서 론
명아주과(Chenopodiaceae)에 속하는 레드비트(Beta vulgaris L.)는 동부지중해 연안과 중앙아시아 지역이 원산지로, 비타민 A, 비타민 B군, 비타민 C 및 미네랄이 풍부하여 천연항산화물질의 공급원이다(1-4). 주요 생리활성으로는 소화계 질환, 면역계 질환, 다양한 대사성 질환, 고혈압과 심혈관 질환의 예방·치료에 효과가 뛰어나며, 다량의 철분과 엽산함량으로 기형아 발생을 줄이는데 도움을 주는 것으로 보고되고 있다(5,6). 레드비트 천연색소의 주요성분으로 알려진 betalains은 alkaloid의 하나로 페놀성물질 및 안토시아닌계 화합물로 분류되며, 적색의 betacyanin은 열안정성과 저장안정성이 높아 건강기능성 식품의 소재로 음료, 피클, 물김치, 아이스크림, 캔디류, 레토르트 등으로 그 이용가치가 확대되고 있다(7-11). 또한, Kim(12)은 비트의 색소추출물이 E. coli, S. enteritidis, B. substilis, S. aureus 균종에 있어 향균효과가 나타났으며, 특히 B. substilis 균주에서는 5-10 mm2크기의 강한 항균력을 보였다고 보고하였다.
두부는 콩 가공품 중 하나로 수용성 단백질의 disulfide결합 및 수소결합 등에 의해 응집되어 침전되거나 pH에 의해 등전점(pH 4.2-4.6)에서 침전되는 성질을 이용하여 제조한 것으로 결핍되기 쉬운 lysine 등의 필수 아미노산 함량이 높으며, 소화흡수율이 96%로 높은 양질의 단백질 급원 식품이다(13-15). 또한, 두부의 식물성 단백질은 혈중 콜레스테롤, 혈중 지질 지방단백질(LDL) 등의 농도 감소로 동맥경화와 심장병 예방 효과가 있으며, 식이섬유는 콜레스테롤 배설 촉진, 장 기능에 대한 생리활성효과, 식후 혈당 상승과 인슐린 분비 억제 등의 효과가 있어 기능성 식품으로서 주목을 받고 있다(16,17). 그러나 두부는 수분함량이 80% 이상으로 높은 수분함량에 의해 보존성이 떨어지는 단점을 가진다(18). 시판되는 포장 두부는 포장 후 열처리 후 유통되고 있으며, 포장하지 않은 판두부는 저장기간이 실온에서 1-2일로 매우 짧다. 계절에 따라 4-10월에는 24시간, 11-3월은 48시간, 0-10℃ 냉장에서는 3일을 권장하고 있으며 특히, 여름철에는 하루를 넘기지 못할 정도로 저장성이 떨어져 낮은 상품성을 초래하고 있다(19,20). 최근에는 두부의 품질을 고급화하고 저장성을 높이기 위하여 다양한 생리활성 성분을 함유한 천연 소재(양파, 파래, 함초 등)를 두부에 첨가하여 기능성 보완 및 기호성 향상을 동시에 추구하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다(21-25).
본 연구에서는 최근 건강식품으로 주목받고 있는 레드비트 분말의 첨가량을 달리하여 두부를 제조하고, 이들의 이·화학적, 항산화 활성, 관능적 품질 특성 및 저장성에 대해 비교 분석함으로써 고품질 두부식품 개발에 필요한 기초 연구 자료를 제공하고자 하였다.
재료 및 방법
본 실험에 사용된 비트는 제주도 제주시에서 수확된 아틀란 품종으로 수확 후, ㈜ 인그린(Ingreen Co., Ltd., Pocheon, Korea)에서 건조분말로 가공 및 제조한 것을 2019년 1월에 구입하여 사용하였다. 두부 제조에 사용된 대두는 전라북도 완주군에서 수확된 대원콩 품종으로 수확 후, ㈜ 늘푸른(Neulpuren Co., Ltd., Icheon, Korea)에서 건조분말가공 및 제조한 것을 2019년도 1월에 구입하여 사용하였다. 응고제로는 MgCl2를 NH 마켓(Nonghyup Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 구입하여 사용하였다. 연구에 사용된 시약은 Folin-Ciocalteu's phenol reagent, galic acid, 2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazy(DPPH), butylated hydroxyanisoe equivalent, 2,2'-anizo-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic-acid)(ABTS), trpydyltriazine(TPTZ)는 Sigma-Aldrich(Sigma chemical Co., St. Louis. MO, USA)에서 구입하였다.
두부는 Lee 등(26)의 방법에 의해 제조되었다. 100 g의 대두분말과 물 1,800 mL를 두부제조기(SoyLove, IOM-201B, Ronic Co. Ltd., Paju, Korea)를 이용하여 90℃에서 60분 동안 혼합한 후 면포로 여과하여 비지를 제거하였다. 제조된 두유를 2,000 mL 유리비커에 옮기고 80℃로 냉각시킨 다음, 두유량 대비 비트 분말을 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0%(w/w)로 첨가하여 교반하였다. 응고제는 원료대두의 4% 농도로 첨가하여 30분 동안 실온에서 15분 동안 방치하고 압착 성형틀(12×18×8 cm)에 면포를 깔고 완성된 순두부를 넣고 14 g/cm2으로 50분 동안 압착하여 두부를 성형·제조하였다. 성형된 두부는 증류수에 30분간 수침하였으며 경사진 쟁반에서 15분간 방치하여 두부 표면의 수분을 제거한 후 저장실험을 위하여 일정규격(4×3×1.5 cm)으로 자른 후 polypropylene zipper bag(14×18 cm)에 증류수 200 mL로 침지한 후 30℃에서 10일간 실험을 진행하였다(27). 수율(g / 100 g soyflour)은 두부의 압착 성형 후 무게를 측정하여 사용한 대두 무게(100 g)를 기준으로 계산하였다.
비트 분말 첨가량에 따른 두부의 당도 변화를 살펴보기 위하여 두부 5 g에 50 mL의 증류수를 넣어 균질화하여 Abbe refractometer(ATAGO CO., 501-DS, Tokyo, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하였다.
색도의 경우, 두부를 일정한 크기(5×5×1 cm)로 절단하여 두부 표면을 표준백색판(L=93.6, a=0.31, b=0.32)으로 보정된 색차계(Minolta Sensing Inc., Chroma Meter CR-400, Osaka, Japan)를 이용하여 L(lightness), a(redness) 및 b(yellowness)값을 3회 반복 측정하였다.
비트 분말 첨가량에 따른 두부의 조직감을 분석하기 위하여 두부를 일정한 크기(2×2×2 cm)로 절단한 다음 Texture Analyzer(Stable Micro stable system Ltd., TA-XT Express, Surrey, England)를 사용하였다. Probe는 25 mm cylinder를 장착하였고, texture profile analysis(TPA) mode에서 pre-test speed와 post-test는 5.0 mm/s으로 하였으며, 조건당 5회 반복 측정한 값을 평균하여 나타내었다. Force time curve로부터 경도(hardness), 탄력성(springiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness), 부착성(adhesiveness) 및 씹힘성(chewiness)을 산출하여 평균값을 구하였다.
비트 분말 첨가량에 따른 두부의 총 폴리페놀 함량 및 항산화 활성을 분석하기 위하여 각 조건의 두부를 액체질소를 이용하여 급속동결하였고 이를 동결건조하여 분말화하였다. 건조시료를 80% 메탄올로 희석하고 균질기(Wiggen Hauser, D-50, Berlin, Germany)로 10,000 rpm에서 30초간 균질하였다. 이를 Shaker(n-Biotech, NB-303, Inchen, Korea)를 이용하여 200 rpm으로 4℃에서 2시간 동안 추출한 후 여과한 것을 실험에 사용하였다.
총 폴리페놀 함량의 경우 여과액 1 mL와 증류수 9 mL를 혼합하여 1 mL의 Folin & Ciocalteu's phenol reagent를 첨가한 후 실온 암실에서 5분간 방치한다. 그 후 7% sodium carbonate 10 mL과 증류수 4 mL을 첨가하여 총량을 25 mL으로 하였다. 이를 실온 암실에서 2시간 동안 방치한 다음 분광광도계(Shimadzu Corporation, UV-1800, Kyoto, Japan)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 총 폴리페놀 함량은 g gallic acid equivalent(GAE)/kg dry weight(DW)로 나타내었다(28).
DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디컬 소거 활성은 Blois(29)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. 100 mL의 에탄올을 8 mg의 DPPH를 용해시켜 DPPH 원액을 제조하였다. 여과액 0.1 mL은 DPPH 용액(OD:1.000) 0.9 mL과 혼합하여 실온 암실에서 30분간 방치 후 분광광도계를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 이를 g butylated hydroxyanisole equivalent(BHAE)/kg DW로 나타내었다.
2-2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 라디컬 소거능은 Forroogh 등(30)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. ABTS 용액은 7 mM ABTS diammonium salt와 2.45 mM potassium persulphate를 혼합 후 실온 암실에서 16시간 동안 방치하여 제조하였다. 여과액 20 μL와 ABTS 용액 980 μL를 혼합 후 실온 암실에서 6분 동안 방치한 후 분광광도계를 이용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. ABTS 라디컬 소거능은 g ascorbic acid equivalent(AAE)/kg DW로 나타내었다.
FRAP(ferric ion reducing antioxidant power) 측정은 Benzie와 Strain(31)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. 즉 300 mM sodium acetate buffer(pH 3.6)와 40 mM HCl로 용해시킨 10 mM trpydyltriazine(TPTZ), 20 mM FeCl2·6H2O을 제조하였고, 이를 각각 10:1::1 (v/v/v) 비율로 혼합하여 FRAP 용액을 제조하였다. 여과액 50 μL 와 FRAP 용액 1.5 mL를 혼합 후 실온 암실에서 30분간 방치한 후 분광광도계를 이용하여 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. FRAP 환원력은 g Fe(II)/kg DW로 나타내었다.
저장기간에 따른 비트 분말 첨가 두부의 미생물 수 측정은 stomacher bag에 시료 1 g과 0.85% 멸균생리식염수 9 mL를 가하여 stomacher를 이용하여 120초간 균질화한 다음 0.85% 멸균생리식염수를 이용하여 단계별로 희석해 시료를 준비하였다. 단계별 희석액 1 mL을 일반세균은 PetrifilmTM aerobic count plate(3M Company, St. Paul, MN, USA)를 이용하여 접종한 후 각각 48시간 동안 35℃에서 배양 후 30-300개 사이의 집락을 계수하여 확인하였고, 검출된 미생물 수는 시료 1 g당 log colony forming unit(log CFU/g)으로 나타내었다. 대장균군은 상기의 방법과 동일하게 실시한 후 PetrifilmTM coliform count plate(3M Company, St. Paul, MN, USA)를 이용하여 24시간 동안 35℃에서 배양 후 집락을 계수하여 확인하였다. 효모 및 곰팡이는 상기의 방법과 동일하게 실시한 후 PetrifilmTM yeast and mold count plate(3M Company, St. Paul, MN, USA)를 이용하여 120시간 동안 25℃에서 배양 후 집락을 계수하여 확인하였다.
결과 및 고찰
레드비트 분말의 첨가량에 따라 제조한 두부의 수율은 압착·성형 후 무게를 측정하여 사용한 대두 무게를 기준으로 계산하여 비교하였다(Fig. 1). 그 결과 레드비트 분말의 첨가량 0-1.5% 첨가구에서는 차이를 보이지 않았으며, 레드비트 분말의 첨가량 2% 첨가구에서는 약간 감소하는 경향을 보였으나 유의적인 차이를 보이지 않았다. 일반적으로 알려진 대두 100 g으로 얻을 수 있는 두부의 양은 230-250 g이며(32), 두부의 수율은 수분함량뿐만 아니라, 콩의 수용성 단백질 함량과 지방질 함량 및 부재료의 첨가에 따라 직접적인 관련이 있다고 보고된 바 있다(33). Choi 등(34)은 채소류 첨가는 단백질 결합보다는 오히려 단백질의 결합을 방해하여 첨가농도를 증가시킬수록 수율이 낮아진다고 보고하였으며, Park (32)은 0, 5, 10, 20% 마늘을 첨가하여 제조하였을 때, 10% 이상 첨가부터 감소하는 일관성 있는 결과를 얻었다고 보고하였다. 천연물의 첨가가 단백질의 응고를 방해하는 것으로 첨가량이 증가할수록 수율이 감소하는 경향을 나타낸다고 보고되고 있다(35).
레드비트 분말의 첨가량에 따른 두부의 당도 및 색도 결과를 Table 1에 나타내었다. 레드비트분말의 첨가량에 따른 당도의 경우 대조군은 15.00 °Brix였고, 비트첨가농도가 증가함에 따라 전체적으로 15.33 °Brix에서 17.67 °Brix로 증가하는 경향을 나타내었다. Cho와 Choi(5)는 비트분말을 첨가한 젤리 제조에서 첨가량이 증가할수록 당도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이는 비트에 함유된 당 성분 즉, 여러 가지 다당류, 올리고당, sucrose에 의한 것이라고 보고하였다.
레드비트 분말의 첨가량에 따른 두부의 색도 측정 결과 L 값과 b 값은 첨가량이 증가함에 따라 유의적으로 감소한 반면 a 값의 경우, 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었다. L 값은 대조구가 98.20로 가장 높게 나타났으며, 레드비트 분말 첨가량이 증가할수록 L 값이 61.37-57.50으로 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다(p<0.05). a 값의 경우 대조구가 1.93으로 가장 낮았고, 레드비트 분말 첨가량이 증가할수록 a 값이 2.20-5.91으로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 안토시아닌계 화합물인 베타시아닌 색소에 의한 것으로 L 값의 경우 베타시아닌 색소가 증가함에 따라 빛의 투과가 감소되어 명도가 감소하면서 L 값이 낮아진 것이며 a 이 증가한 것으로 보고되고 있다(6). 본 연구와 유사하게 머핀(4)·식빵(37)의 연구결과 모두 레드비트첨가량이 증가함에 따라 b 값이 감소하였다고 보고하였다.
비트 분말의 첨가량에 따른 두부의 조직감 특성을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 두부의 Hardness는 대조구와 레드비트 분말 0.5%, 1% 첨가구에서는 유의적 차이가 없는 것으로 나타났으며, 1.5%, 2% 첨가구의 경우, 각각 406.32 g, 412.90 g으로 대조구에 비해 유의적으로 낮게 나타났다. Cohesiveness, Springiness 및 Chewiness는 대조구와 첨가구간의 유의적 차이가 없었다. Gumminess는 대조구와 레드비트 분말 0.5%, 1% 첨가구의 경우 유의적 차이가 없는 것으로 나타났으며, 1.5%, 2% 첨가구의 경우, 각각 208.46 g, 204.98 g으로 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. Kim 등(38)은 기호도가 높은 두부는 견고성이 낮고 부착성이 어느 정도 있는 두부라고 보고하였으며, Kim 등(39) 해조류 첨가 두부의 조직감 특성에서 해조류 첨가시 대조구에 비하여 감소하였다고 보고하였다. 또한, 본 연구와 유사하게 Min 등(40)은 강황 첨가 두부에서 Hardness 분석 결과 일반 두부에 비하여 감소하였다고 보고하였으며, Gumminess와 Brittleness의 경우 강황농도가 증가될수록 감소하였으며 가장 높은 첨가구에서 가장 낮은 값을 가지는 것으로 나타났다. Kim 등(41)은 인삼을 첨가한 건강 기능성 두부에서 인삼의 첨가량은 두부의 조직특성 중 하나인 gumminess의 경우 인삼첨가 방법과 첨가량에 따른 통계적 유의성은 없는 것으로 나타났다.
비트 분말 첨가량에 따른 두부의 총 폴리페놀 함량 및 항산화 활성은 DPPH 라디컬 소거능, ABTS 라디컬 소거능 및 FRAP을 통하여 알아보았고 측정한 결과는 Fig. 2에 나타내었다. 먼저, 총페놀 함량의 경우 대조구는 0.79 mg GAE/kg으로 나타났고, 레드비트 분말 첨가량이 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량이 증가하는 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다. 폴리페놀물질은 식물체에 색깔을 부여하고 식물성 식품의 고유한 맛에도 기여한다(42). 페놀성 물질들은 hydroxyl(―OH)기를 가지고 있어 단백질 및 기타 거대 분자들과 결합하며, 특히 단백질과 결합하는 특성은 미생물 세포와 작용하여 성장저해를 유발시켜 항산화, 항암 등 다양한 생리활성에 관여한다(43-45). DPPH 라디컬 소거능의 경우 대조구의 경우 3.93 g BHAE/kg의 소거활성을 보였고 0.5%, 1%, 1.5%, 2% 첨가하였을 때, 각각 4.78 g BHAE/kg, 4.79 g BHAE/kg, 5.04 g BHAE/kg, 5.22 g BHAE/kg로 로 유의적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. ABTS 라디컬 소거능의 경우 대조구의 경우 4.04 g AAE/kg의 소거활성을 보였으며, 0.5%, 1% 첨가하였을 때, 각각 4.84 g AAE/kg, 5.21 g AAE/kg로 유의적으로 증가하였으며, 1-2% 첨가구에서는 유의적으로 차이가 없는 것으로 나타났다. FRAP의 경우 대조군은 7.44 g Fe(II)/kg였으며 레드 비트분말 첨가 농도가 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 비트의 항산화 작용으로부터 유래한 것으로 보이며, 레드비트의 Free radical 소거활성능은 양파껍질, 흑미, 오디, 적양배추 결과와 일치하며, 이러한 Phenol성 화합물은 μ-electron system 주위의 ㅇelocalization에 의한 unpaired electron을 지원하고, 또한 aromatic hydroxyl group에서 활성 산소로 hydrogen원자를 쉽게 내어 줌으로써 항산화능을 나타내는 중요한 요인이다(46). 또한, 식물유래 천연색소의 항산화활성(47)연구에서 일반적으로 천연물에 존재하는 생리활성물질은 대부분 화합물로 항산화와 항균효과를 가지고 있는데, 이러한 천연 항산화 물질은 생체 내에서 활성산소로부터 생체를 보호하는 작용을 함으로써 성인병 예방 및 항암, 항노화 기능을 수행한다.
비트 분말 첨가량을 달리한 두부의 저장기간에 따른 일반세균, 대장균군, 효모 및 곰팡이의 변화를 측정한 결과는 Fig. 3와 같다. 대장균군 및 곰팡이는 모든시료에서 불검출 되었고, 일반세균의 경우 저장기간 0일차 1.60 log CFU/g 수준이었으며, 대조구의 경우 저장기간이 지남에 따라 1.60-8.32 log CFU/g의 범위로 급격하게 증가하는 것으로 나타났다. 레드비트분말 첨가구의 경우, 첨가량이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 즉, 0.5% 첨가구의 경우 1.60-6.30 log CFU/g, 1% 첨가구의 경우 1.60-4.30 log CFU/g, 1.5% 첨가구의 경우 1.60-4.30 log CFU/g, 2% 첨가구의 경우 1.60-3.00 log CFU/g 수준으로 점차 감소하는 것으로 나타났다. 효모의 경우 저장기간 0일차 불검출이었으며, 대조구의 경우 저장기간이 지남에 따라 0-3.80 log CFU/g 범위로 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 비트 분말 첨가구의 경우 첨가량이 증가함에 따라 효모의 증식이 지연되는 것으로 나타났다. 즉, 저장기간 3일차부터 0.5% 첨가구의 경우 1.10-2.22 log CFU/g, 1% 첨가구의 경우 0-1.30 log CFU/g, 1.5% 첨가구의 경우 0-1.3 log CFU/g, 2% 첨가구의 경우 0-0.35 log CFU/g 수준으로 대조구에 비해 급격히 저해되는 것으로 나타났다. 일반적으로 두부의 경우 오염미생물이 두부의 단백질을 분해시켜 저분자량의 peptide와 amino acid 및 amine 등 양성 전해질을 생성한며, 총 세균 수가 107 이상이면 부패가 진행되는 것으로 간주한다(48). 본 연구에서 대조군 두부는 저장 5일차에서 부패가 이미 시작되었고 레드비트 분말 첨가구의 경우 부패가 억제된 것을 확인할 수 있었다.
요 약
비트 분말 첨가량을 달리하여 제조한 두부의 이·화학적 및 관능적 품질 특성을 조사하였다. 비트 분말의 첨가에 따른 두부의 수율은 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 당도는 비트분말의 첨가량이 증가할수록 증가하였다. 색도는 L값 및 b값은 감소하는 것으로 나타났으며, 조직감에서 hardness는 첨가량이 증가할수록 감소하였고, cohesiveness, springiness 및 chewiness의 경우 유의적으로 차이를 보이지 않았으며, gumminess는 감소하였다. 항산화 지표인 총 페놀화합물 함량과 항산화 활성(DPPH, ABTS 및 FRAP)은 비트 분말의 첨가량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 대조군의 총 세균수는 저장 기간 5일차 이후 급격히 증가하여 부패가 시작되었으며, 비트 분말이 첨가된 시료군의 총 세균수는 저장 기간 10일차까지 낮게 유지되어 비트분말에 함유된 항균성 물질에 의해 세균의 증식이 억제된 것으로 판단된다. 따라서 두부의 품질을 유지하는 동시에 건강 기능성 효과를 활용하기 위한 비트의 최적첨가량은 1%가 가장 적절한 것으로 판단된다.
