호박을 이용한 식사대용식 발효 호박죽 제조

실험에 사용된 늙은호박(고흥산), 단호박(고흥산), 호박잎(고흥산), 호박씨(고흥산)는 이마트에서 구입하여 55℃에서 12시간 열풍건조한 후 마쇄하여 100 mesh 이하의 분말로 제조하여 시료로 사용하였다. 찹쌀가루(뚜레반), 설탕(제일제당), 정제염(대상), 감자 등은 시중 농협에서 구입하여 사용하였다.

실험에 사용하는 황국균(Aspergillus oryzae)은 amylase, protease, lipase 등 다양한 가수분해효소를 체외로 분비하는 균으로 우리나라 전통발효식품에 널리 이용되고 있는 식용가능한 안전한(GRAS) 균이다. 황국균이 호박죽에 사용할 각종 재료에서 생육이 가능한지 여부를 알아보기 위하여 늙은호박, 단호박, 호박씨, 호박잎의 4가지의 호박원료를 사용하였다. 호박 배지조제는 각종 원료를 25-35%, 한천 1.5%, 물 73.5-63.5%를 혼합하여 고압증기 멸균(121℃, 1.3기압, 15분)이 끝난 후, 무균상자에서 petri dish에 분주하여 굳혀서 호박배지를 제조하였다.

Potato dextrose agar(PDA)에서 순수 배양하여 활성화된 황국균(A. oryzae)의 포자를 접종하였다. 호박 원료 25-35% 함유한 고체배지에 황국균의 포자를 접종하여 30℃ 배양기에서 4일간 배양하면서 생육을 조사하였다.

호박죽의 발효 전과 발효 후 단백질 분해효소 활성을 비교하기 위해 skim milk agar(Difco, Sparks, MD, USA) 배지에 호박죽 시료를 발효 전과 발효 후로 나누어 멸균수에 같은 농도로 희석하여 희석한 발효액을 50 μL씩 접종하고 35℃에서 30시간 배양 후 단백질을 분해한 정도를 관찰하였다.

호박죽의 발효 전과 발효 후 전분 분해효소 활성을 비교하기 위해 starch agar(Difco) 배지에 호박죽 시료를 발효 전과 발효 후로 나누어 멸균수에 같은 농도로 희석하여 희석한 발효액을 50 μL씩 접종하고 35℃에서 20시간 배양 후 요오드액을 부어 전분을 분해한 정도를 관찰하였다.

발효 호박을 제조하기 위한 공정은 다음과 같다. 원료를 손질하여 이물질 제거한 후 각각의 원료를 분쇄하여, 비율대로 혼합하였다. 이후 황국균이 잘 자랄 수 있도록 수분을 보충하기 위해서 원료 중량의 50% 멸균수를 혼합하여 주었다. 수분 보충 후 원료의 0.1% 함량의 황국균을 접종하고, 균 접종 후 30℃에서 4일간 발효하였다. 발효가 끝난 후 60℃에서 3일간 건조하여 분쇄한 후 사용하였다.

발효 호박죽을 제조하기 위한 재료 배합비는 Table 1과 같다. 주재료(호박, 호박잎, 호박씨) 함량 65% 중 호박잎과 씨 각각 0.25% 첨가한 시료(0.5%), 각각 0.5%씩 첨가한 시료(1.0%), 각각 1.0%씩 첨가한 시료(2%)를 발효과정을 거쳐 제조한 분말과, 1.0%(호박잎과 호박씨 각각 0.5%) 첨가하여 제조한 분말(비발효) 시료를 대조구로 사용하다.

호박 열매, 잎과 씨앗을 발효시켜 일정 비율 첨가하여 제조한 호박죽의 일반성분은 AOAC방법(18)과 식품공전(19)에 따라 분석하였다. 즉, 수분은 상압가열건조법, 조회분은 건식회화법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 Micro kjeldahl 법으로 각각 분석하였다.

발효 호박죽 분말의 총당은 phenol-sulfuric acid법으로 분석하였다(20). 시료 일정량을 취하여 균질화하고 증류수 50 mL로 정용하고 원심분리 후 여과하였다. 여액 1 mL를 100 mL로 정용한 시료 용액 1 mL에 5% phenol 용액 1 mL를 가하여 혼합하고 H₂SO₄ 용액 5 mL를 가하여 10분간 방치한다. 이를 20-30℃의 water bath(JSWB-22T, JS Research Inc., Gongju, Korea) 에서 20분간 유지한 후 spectrophotometer(UV/VIS spectrometer, Lambda 25, Perkin Elmer, Shelton, USA) 470 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 맥아당(Yakuri Pure Chemicals Co., Ltd., Osaka, Japan)을 사용하여 검량선을 작성 한 후 시료 중 총당 함량을 구하였다.

유리당은 Gancedo 등의 방법(21)에 따라 시료에 증류수를 가하여 실온에서 4시간 추출한 다음 추출물을 Sep-pak C₁₈ cartridge로 정제한 후 0.45 μm membrane filter로 여과한 후 High performance liquid chromatography(HPLC-RID, Shiseido nanospace SI-2, Japan)를 이용하여 컬럼은 carbohydrate analysis(3.9×300 mm), 주입량은 20 μL, 용매는 water:acetonitrile(17:83)으로 1.0 mL/min의 속도로 분석하였다.

색도는 색차계(Color and color difference meter, Model No. TC-3600, Tokyo Denshoku Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 측정하여 Hunter system 의 3 자극치인 명암도를 나타내는 L(lightness) 값, 적색도의 정도를 나타내는 a(redness) 값, 황색도의 정도를 나타내는 b(yellowness) 값으로 나타내었다(22). 이때 사용한 표준백판은 L=90.5, a=0.4, b=3.5였다.

각 실험은 3회 반복하여 얻은 결과를 평균과 표준편차로 나타내었으며, 그 결과는 SAS package로 통계처리(23)하였으며, 시료간의 유의검증은 Duncan's multiple range test로 검증하였다.

호박죽의 발효 전과 발효 후 단백질 분해 효소 활성을 비교하기 위해 skim milk agar 배지에 호박죽 시료를 발효 전과 발효 후로 나누어 멸균수에 같은 농도로 희석한 발효액을 50 μL씩 접종하고 35℃에서 30시간 배양 후 단백질을 분해한 정도를 관찰한 결과는 Fig. 1과 같다. Paper disk 주변의 투명환이 클수록 단백질 분해능이 크다는 것을 의미한다. 실험 결과 발효 전과 발효 후 단백질이 분해되어 투명환의 크기 차이를 관찰할 수 있었으며, 발효 후 배지에서 단백질 분해 효소활성이 우수함을 알 수 있었다.

Fig. 1. Proteolytic activity of A. oryzae in skim milk plate at 35℃ for 30 h.

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호박죽의 전분 분해효소 활성을 비교하기 위해 starch agar 배지에 호박죽 시료를 발효 전과 발효 후로 나누어 멸균수에 같은 농도로 희석한 발효액을 50 μL씩 접종하고 35℃에서 20시간 배양 후 요오드액을 부어 균이 전분을 분해한 정도를 관찰한 결과는 Fig. 2와 같다. 전분이 분해가 되면 요오드액을 부었을 때 발효액을 접종한 주위에 투명한 환이 생기며, 투명환이 클수록 amylase 전분 분해능이 크다는 것을 의미한다. 결과에서 발효 전과 발효 후 전분이 분해되어 투명환의 크기 차이를 관찰할 수 있었으며, 발효 후 amylase 전분 분해효소 활성이 우수함을 알 수 있었다.

Fig. 2. Amylase activity of A. oryzae in starch agar plate at 35℃ for 20 h.

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발효 호박죽의 일반성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 대조구인 호박 재료를 65%(호박 64%, 호박잎과 호박씨 각각 0.5%)를 첨가하여 제조한 분말과 0.5%(호박 64.5%, 호박잎과 씨 0.25%씩 첨가), 1.0%(호박 64.0%, 호박잎과 씨 0.5%씩 첨가), 2%(호박 63.0%, 호박잎과 씨 각각 1.0% 첨가)로 부위별 호박 함량을 달리하여 혼합한 후 발효과정을 거쳐 제조한 분말의 일반성분은 탄수화물 75.40-76.94%, 조단백질 7.57-8.96%, 수분 6.35-7.42%, 조지방 4.12-5.16%, 회분 4.28-4.45%의 함량을 보였다. 수분함량을 제외한 전체 건물량을 기준으로 영양성분을 비교한 결과에서도 비슷한 결과를 보여 탄수화물, 조단백질, 조지방, 회분 순이었다.

첨가 수준별 발효 호박죽 시료의 경우 발효 전 시료인 대조구에 비해 탄수화물과 조단백질 함량을 증가하는 경향을 보였고, 수분, 조지방 함량은 조금 감소하였으며 회분 함량은 변하지 않은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 호박 열매, 잎과 씨 첨가량 비율과는 무관한 것으로 판단된다.

수분함량을 제외한 전체 건물량을 기준으로 영양성분을 비교한 결과에서, 탄수화물 함량은 분말 첨가량이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 보였으며, 조단백질과 조지방 함량은 큰 차이는 아니지만 감소하였으며, 회분 함량은 변화를 보이지 않은 것으로 나타났다.

Jo 등(24)은 호박죽의 재료와 배합비에 따른 영양성분을 분석한 결과 수분을 제외한 건물량을 기준으로 탄수화물 함량이 65.71-82.83%라고 보고하여 본 실험 결과와 유사한 결과를 보였으나, 조단백질과 조지방 함량의 경우 조금 낮은 결과를 보고하였다.

시료별 총당을 측정한 결과(Table 3), 발효 전 대조구가 26.23±2.15%으로 가장 높게 나타났으며, 발효 후 시료는 18.31-19.05%로 발효 처리를 한 시료의 경우 총당 함량이 전체적으로 낮아지는 결과를 보였다. 첨가 비율에 따른 결과는 0.5% 첨가 발효 호박죽이 18.76±0.97%, 2% 첨가 시료가 18.31±1.35%로 시료 간 큰 차이를 보이지 않은 것으로 나타났다.

호박의 부위별 함량을 달리한 시료의 유리당 함량을 분석한 결과는 Table 3과 같다. 분석한 유리당은 glucose, fructose와 sucrose이며, 3종의 유리당을 분석한 결과 모든 시료에서 검출이 되었다. Glucose의 경우 발효 전과 후의 함량이 차이를 보이지 않은 것으로 나타났고, fructose와 sucrose는 발효 전 함량에 비해 발효를 시킨 호박죽 분말에서 함량이 낮아졌으며, 특히 sucrose 함량은 발효에 의해 크게 감소하는 것으로 나타났다.

총 유리당 함량에서도 대조구가 36.54±1.41%로 가장 높은 결과를 보였으며, 발효처리를 한 시료의 경우 14.93-15.72%로 크게 감소하였다. 이는 sucrose 함량 감소가 가장 주된 이유로 나타났으며, 총당 측정 결과 발효과정에 따라 함량이 감소하는 결과와 비슷한 것으로 나타났다.

Kim 등(25)은 당 첨가 민들레 발효 추출물의 발효과정 중 유리당 함량 변화를 측정한 결과 발효 및 숙성 과정을 거치면서 발효 과정 중에 생육되는 미생물의 영양원, 유산발효, 유기산 발효의 기질로 당이 이용되었기 때문에 유리당 함량이 감소된 것으로 판단된다고 보고하여 본 실험 결과와 비슷하였다.

호박을 주재료로 하고 잎과 씨앗을 일정 비율로 첨가하여 제조한 분말 호박죽의 색도를 측정한 결과(Table 4), 명도를 나타내는 L 값은 발효과정을 거치지 않은 분말의 경우 71.21이었으며, 발효과정을 거친 제품의 경우 0.5% 첨가구가 71.39, 1% 첨가구가 71.06, 2% 첨가구가 69.70으로 조금 낮아지는 결과를 보였으며, 이는 발효에 따른 결과보다는 재료의 첨가량에 따라 달라진다고 판단된다. 적색도를 나타내는 a 값과 황색도를 나타내는 b 값의 경우 발효유무에 따라 값이 차이를 보여 모두 낮아지는 결과를 보였으나, 재료별 첨가량에 따른 차이는 관찰되지 않은 것으로 나타났다.

발효과정을 거치지 않은 시료와 발효과정을 거친 시료간의 색차값을 비교한 ΔE 값의 변화는 0.5% 첨가한 발효 호박죽 분말이 10.09로 나타났으며 1.0% 첨가시료가 8.96, 2.0% 첨가시료가 10.34로 나타나 natural bureau of standard(NBS)의 기준(26)에 따라 상당한 변화가 있는 것으로 간주되는 3.0 이상의 값을 보여 발효과정이 분말 고유의색에 영향을 주는 것으로 나타났다. 호박잎과 씨앗 함량에 따른 색차값의 경우에는 시료 간 거의 차이를 보이지 않아 함량이 분말의 색에 영향을 주지 않은 것으로 보인다. NBS 기준에서 나타내는 색차값의 범위는 0-0.5, 0.5-1.5, 1.5-3.0이면 각각 trace, slight, noticeable한 정도의 육안적인 차이에 해당한다. NBS 기준은 감각적인 색의 차이와 잘 대응하므로 널리 이용되고 있으며, 일반적인 사람이 떨어져 있는 2색에 차이가 없다고 인정하는 색의 허용 차이는 ΔE≦3 이라고 보고되어 있다(27).