홍삼 분말을 첨가한 스트링 치즈의 품질 특성

스트링 치즈는 Fig. 1의 제조공정을 적용하여 국립축산과학원 낙농과에서 생산된 양질의 원유로 제조하였으며, 포천인삼영농조합에서 생산된 6년근 홍삼 분말을 사용하였다. 치즈 제조 단계별 홍삼 분말의 첨가 비율은 우유에서부터 제조된 치즈의 수율을 10%로 가정하여 설정하였다. 원유는 65°C에서 30분간 살균하여 냉각시켜 주었는데, T1 처리구의 경우 원유 살균 전 홍삼 분말을 원유 무게의 0.5%만큼 첨가하였다. 34°C까지 냉각한 원유에 상업용 스타터 TM 81(Danisco, France)을 접종하여 40분 유지한 후, 렌넷(Naturen Standard plus 290, Chr Hansen, New Zealand)을 첨가하고 40분간 유지하였다. 응고된 커드는 가로, 세로 1 cm 크기로 절단하여 43°C까지 올려주는 가온 과정을 거친 후, 15분 추가 교반하였다. 추가 교반이 완료된 이후에는 정치시켜주고, 유청의 pH가 5.9에 도달 시 유청을 전량 배출하여 커드의 pH가 5.2까지 떨어지면 열수에 녹여 성형을 개시하였다. 커드를 잘게 다진 후 75°C 열수에 담가 반죽하여 늘림으로써 스트링 치즈의 모양을 만들어 주게 되는데, T2 처리구의 경우, 다진 커드에 무게 대비 5%의 홍삼 분말을 첨가하여 혼합한 후 성형 하였으며, T3는 75°C 열수에 마찬가지로 5%의 홍삼 분말을 첨가하여 여기에 일반 커드를 담가 성형해 주었다. 홍삼 분말을 원유에 첨가한 T1의 첨가 비율은 0.5%로, 커드와 열수에 각각 5%씩 첨가한 T2 및 T3와 첨가 비율이 다른 것은 치즈 제조 시 수율을 10%로 가정하였을 때, 원유 100 kg으로 제조 시 90 kg은 유청(whey)으로 배출되고, 나머지 10 kg만이 커드가 되기 때문에 최종적으로 형성되는 커드의 양을 고려하여 동일한 수준으로 첨가해 주었다. 대조구(C)의 경우 홍삼 분말은 첨가하지 않고, 그 외 모든 과정을 처리구와 동일하게 제조하였다. 성형 완료한 치즈들은 처리구별로 포화소금물에 담가 10분간 염지한 후, 4°C의 냉장 온도에서 13시간 동안 표면 건조시켜 진공 포장하였다. 완성된 치즈는 4°C의 냉장고에 보관하면서 저장기간 0주, 2주차 품질 특성 분석을 진행하였다.

Fig. 1. Procedure of string cheese production added with red ginseng powder.

Download Original Figure

수분과 단백질, 지방, 염분의 분석은 Anderson 등(2007)의 방법에 준하여 Foodscan(78810, Foss, Hillerod, Denmark) 장비를 활용하여 측정하였으며, 치즈의 pH는 치즈 분석용 pH meter (HI98165, Hanna, Nusfalau, Romania)를 치즈에 탐침하여 5반복 분석하였다.

한국산업표준에서 제정한 고령친화식품 물성 측정 방법(Korean Agency for Technology and Standards, 2017)에 따라 치즈 시료는 가로, 세로, 높이 1 cm 크기로 절단하여 준비하고, Instron(Model 5543, Instron, Norwood, MA, USA)을 활용하여 경도(hardness), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness) 항목을 분석하였다. 직경 10 mm의 원형 probe를 사용하였고, 2 mm/s의 Test speed와 70%의 compression으로 5회 반복하여 측정하였다.

치즈의 색도는 색차계(CR-400, Konica Minolta, Tokyo, Japan)를 활용하여 명도(lightness, L*)와 황색도(yellowness, b*)를 5반복 측정하였으며, 이 때 사용된 표준 백색판은 Y값이 87.3, x값이 0.32, y값이 0.32였다.

치즈의 홍삼 성분을 측정하기 위하여 진세노사이드 Rb1, Rg1, Rg3의 함량을 분석하였다. 치즈 시료를 1 g 정량 후 10 mL methanol에 30분간 초음파 추출 처리하였으며, 분석에는 HPLC(Ultimate 3000, Thermo Fisher, Sunnyvale, CA, USA) 및 TSQ Endura(Thermo Fisher)를 활용하였으며 이온화 방식에는 H-ESI(Heated electrospray ionization)를 적용하였다. 진세노사이드 Rb1, Rg1, Rg3의 표준물질은 ChemFace (Wuhan, China)에서 구입하여 사용하였고, column은 Kinetex C₁₈(2.6 μm, 100 mm×21 mm, Phenomenex, Torrance, CA, USA)을 사용하였으며, 이동상 용매로는 5mM ammonium formate를 포함한 0.1% formic acid 수용액과 5mM ammonium formate와 0.1% formic acid를 포함한 methanol을 사용하였고 column temperature는 35°C, 샘플 injection volume은 10 μL, flow rate는 0.3 mL/min으로 실시하였다.

관능 평가를 위한 치즈 시료는 가로, 세로, 높이 각 1 cm 크기로 균일하게 절단하였으며, Yoo 등(2017)의 방법으로 국립축산과학원 축산물이용과의 훈련된 패널 10명이 참여하여 색, 향미, 조직감, 맛, 종합적 기호도에 대한 기호 점수를 9점 척도법으로 평가하였다. 관능평가는 공용기관생명윤리위원회 심의 결과 승인(P01-202102-23-006)을 받아 시행하였다.

분석 결과는 SAS Enterprise Guide 7.1(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 활용하여 ANOVA 분석하였으며 Duncan의 다중검정(multiple range test)으로 5%의 유의성 수준으로 시료 간의 통계적 유의성을 분석하였다.

제조 단계별로 홍삼 분말을 첨가한 스트링 치즈의 일반성분 및 pH 분석 결과는 Table 1과 같다. 원유 단계에 홍삼 분말을 첨가한 T1의 수분함량이 다른 처리구에 비해 유의적으로 높게 나타났으나, 그 외 처리구는 대조구와 큰 차이가 없었다. 이는 홍삼 분말을 첨가한 설기떡의 특성을 분석한 연구(Shin 등, 2009)에서 홍삼 분말에 따른 수분 함량의 변화가 없게 나타난 결과와 유사하였으며, 홍삼 추출액을 첨가한 아시아고 치즈(Choi 등, 2015)에서 수분함량이 증가한 것과는 상반되는 결과였다. 액상과 달리 분말 성상의 홍삼을 첨가할 경우 일반성분에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보여지며, T1의 경우 홍삼 분말이 렌넷에 의한 우유의 응고 작용에 영향을 미쳐 수분함량이 높은 것으로 추측된다. 처리구에 비해 대조구의 단백질 함량이 유의적으로 낮고, 지방 함량과 염분은 더 높게 나타났다. 저장기간이 경과함에 따라 T2를 제외한 치즈의 수분함량은 증가하는 경향을 보였으며, 이는 저장기간에 따른 모짜렐라 치즈의 성분 특성을 분석한 Sulieman 등(2012)의 연구에서 저장기간 15일차의 수분함량이 0일차에 비해 유의적으로 증가한 양상과 유사하였으나 본 연구에서 T1을 제외한 처리구의 수분함량 변화에는 유의적인 차이는 없었다. pH의 경우, 홍삼분말을 첨가한 처리구에서 대조구보다 유의적으로 낮게 나타났는데, Bae와 Nam(2006)의 홍삼 추출물 첨가 발효유 연구에서 홍삼의 첨가에 따른 pH 감소는 홍삼이 citric acid, pyruvic acid와 같은 유기산을 함유하고 있기 때문인 것으로 추측한 것과 같은 이유로 보여진다. 저장기간이 2주 경과함에 따라 치즈의 pH는 모든 처리구에서 감소하였는데, 이는 저장기간 4주까지 모짜렐라 치즈의 pH가 감소하는 양상을 나타낸 Ahmed 등(2011)의 연구, 홍삼 발효물을 첨가한 신선치즈에서 저장 15일까지 pH가 감소한 박 등(2014)의 연구 결과와 유사하였으며, 이는 치즈 스타터 유산균의 작용에 기인한 것으로 보여진다. 특히 박 등(2014)은 홍삼에 함유된 당으로 인한 유산균 발효가 진행되어 홍삼 발효물 첨가량이 많을수록 치즈의 pH가 감소하는 것으로 추측하였다.

제조 단계별로 홍삼 분말을 첨가한 스트링 치즈의 조직감 분석결과는 Table 2와 같다. 치즈의 단단한 정도를 나타내는 경도(hardness)의 경우, 액상의 원유에 홍삼 분말을 첨가한 T1에서 유의적으로 가장 낮게 나타났으며, 커드에 첨가한 T2에서 가장 높고, 열수에 첨가한 T3는 대조구와 큰 차이를 보이지 않은 경향을 보였다. 홍삼 분말을 첨가한 설기떡의 경도 분석 결과(Shin 등, 2009), 홍삼 분말 첨가 시 대조구에 비해 경도가 낮아졌으며, 이는 홍삼 분말로 인해 쌀가루의 상호 결합력이 약해졌기 때문으로 보았다. T1 처리구에서도 이와 마찬가지로 원유에 홍삼 분말을 첨가할 경우, 홍삼 분말이 렌넷에 의한 유단백질의 응고 과정에 영향을 미쳐 수분함량이 높고, 이로 인해 커드 형성이 약하게 된 것으로 추측된다. 고형물인 커드에 홍삼 분말을 첨가한 T2의 경도 값이 높은 경향을 나타낸 것은 스펀지케이크(Seo 등, 2015)나 어묵(Shim 등, 2012)의 고형물에 홍삼 분말을 첨가할 경우, 경도가 높아진 연구 결과와 유사하였다. 새싹보리 분말을 열수 성형 단계 전에 첨가한 스트링 치즈의 특성 연구(Park 등, 2017)에서 또한 새싹보리 분말 첨가에 따라 치즈의 경도가 증가한 것과도 일치하였다. 커드를 늘려주는 열수 성형 과정을 거치면서 스트링 치즈는 평형의 섬유 구조를 형성하게 되는데(Gonçalves 등, 2020), 홍삼 분말을 커드에 첨가할 경우, 커드와 분말을 혼합시키기 위하여 주물러주는 과정을 거침으로써 더 단단한 특성을 가지게 된 것으로 보여진다. 반면, 커드에 홍삼 추출액을 첨가한 아시아고 치즈의 경우(Choi 등, 2015)에서는 커드에 홍삼 추출액을 첨가함에 따라 경도가 감소하는 양상으로 본 연구결과와 상반되는 결과를 나타내었다. 저장기간 2주 경과 후 대조구의 경도값은 감소하였으나, 홍삼 분말을 첨가한 처리구의 경도는 T1의 경우 오히려 증가하였으며, T2와 T3에서는 유의적 차이를 보이지 않았고, 치즈의 탄력성과 응집성은 대부분 감소하는 경향을 나타내었다. 저장기간이 경과함에 따라 모짜렐라 치즈 내 응유 효소의 작용으로 α_s1-casein이 분해되고, 이로 인해 단백질 구조가 재배치, 약화되어 치즈의 조직이 더 부드럽고, 덜 탄력적으로 변화한다고 보고된 바 있다(Tunick 등, 1997). 대조구와 달리 처리구의 경도 감소폭이 크지 않은 것은 홍삼 분말의 영향 때문인 것으로 보이며, 이는 스트링 치즈가 시간이 지남에 따라 물러지는 조직적 품질 저하를 완화할 수 있을 것으로 기대된다.

Table 3의 색도 분석 결과, 홍삼 분말이 첨가된 스트링 치즈의 명도(lightness, L*)는 대조구보다 유의적으로 낮고, 황색도(yellowness, b*)는 더 높게 나타나 어두운 빛을 띄었으며, 이는 홍삼 분말 첨가 설기떡(Shin 등, 2009), 어묵(Shim 등, 2012), 까망베르 치즈(Lee와 Bae, 2017)의 색도 분석 결과와 일치하였다. 특히 홍삼 분말을 커드에 첨가한 T2의 명도와 황색도 값이 대조구와 가장 큰 차이를 보여 외관상으로도 뚜렷한 차이를 느낄 수 있었고, 열수에 첨가한 T3의 명도와 황색도 값은 대조구와 가장 유사하게 나타났다. 저장기간 경과에 따른 명도는 T1을 제외한 치즈에서 모두 감소하였으며, 황색도는 모든 치즈에서 증가하는 경향을 보였고, 이는 향신료를 첨가한 모짜렐라 치즈의 특성을 28일 동안 분석한 Akarca 등(2016)의 연구 결과와 일치하였다. 다만, Akarca 등(2016)은 치즈의 저장기간 경과에 따른 수분함량 감소가 명도 감소, 황색도 증가에 영향을 미친다고 보고하였으나, 본 연구에서는 치즈의 유의적인 수분 함량 변화가 없거나 오히려 증가하였기에 수분 외에 색도에 영향을 미칠 수 있는 다른 요소에 대한 추가적인 검토가 필요한 것으로 보인다.

제조 단계별로 홍삼 분말을 첨가한 스트링 치즈의 진세노사이드 Rb1, Rg1 및 Rg3 함량 분석 결과는 Table 4와 같다. 식품의약품안전처의 건강기능식품의 기준 및 규격에 따르면, 홍삼 및 홍삼 함유 기능 식품의 규격 기준이 Rg1, Rb1, Rg3의 합으로 제시되어 있으므로 이들의 함량을 분석하였다. 치즈 제조에 사용된 홍삼 분말의 진세노사이드 함량은 Rb1, Rg1, Rg3 순으로 높게 나타났으며, 이를 첨가한 치즈에서도 동일 순서로 높게 나타났다. 첨가 시기에 있어서는 홍삼 분말을 열수에 첨가한 T3의 진세노사이드 Rb1, Rg1, Rg3의 합이 59.47 mg/kg으로 가장 높게 나타났으며, 커드에 첨가한 T2에서는 55.99 mg/kg으로 T3와 유의적 차이를 보이지 않았다. 원유 살균 단계에 첨가한 T1에서 34.41 mg/kg으로 가장 낮게 나타났다. 치즈를 100 g 단위로 환산하였을 때 T1과 T2, T3의 진세노사이드 함량은 각각 3.4 mg, 5.6 mg과 5.9 mg으로, 이는 식약처 건강기능식품의 기준 및 규격 내 홍삼의 면역력 증진, 피로 개선 효과 일일 섭취량 기준(3-80 mg)에 부합하는 수준이었다. 이는 본 연구에서 적용된 치즈를 실제 판매 시 제품에 대한 기능성 표시가 가능함을 의미한다. Park 등(2014)은 홍삼 발효물 5%를 쿼크치즈 타입 신선치즈의 제조 단계별로 첨가한 결과, 커드 성형 전에 첨가한 치즈에서 사포닌과 폴리페놀 함량이 70% 이상 잔존하였다고 보고하였다. 또한 사전 제조 및 분석에서 홍삼 추출액을 활용할 경우, 분말보다 원료 자체의 진세노사이드 함량이 낮고, 제조된 치즈에서의 진세노사이드 잔여율도 0.5% 내외로 분말 첨가 시 보다 더 낮게 나타남을 확인하였다(data not shown). 이상의 결과를 바탕으로 본 연구에서는 진세노사이드의 치즈 내 잔여율을 고려하였을 때, 홍삼 추출액보다는 분말을 치즈 커드나 열수 성형 단계에서 첨가하는 것이 원유에 첨가하는 것 보다 상대적으로 경제적인 것으로 보여진다.

홍삼 분말을 첨가한 스트링 치즈의 관능적 기호도 결과를 Table 5에 나타내었다. 색에 대한 기호 점수는 처리구에서 대조구에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며, 이는 홍삼 발효물을 첨가한 쿼크치즈 타입 신선치즈(Park 등, 2014), 홍삼 분말을 첨가한 설기떡(Shin 등, 2009)에서의 결과와 마찬가지로 홍삼의 색상이 기호에 부정적인 영향을 미친 것으로 보인다. 향미, 맛 등 전반적인 항목은 진세노사이드 함량이 가장 높게 나타났던 T3에서 가장 낮은 경향을 보였으나, 유의적 차이는 없었다. Bae와 Nam(2006)은 홍삼 추출물을 첨가한 발효유의 향, 조직감, 맛 등 전반적 기호 점수가 추출물 함량이 높아짐에 따라 낮게 나타났으며, 이는 홍삼 특유의 강한 향에 기인한 것으로 보고하였는데, 본 연구에서도 홍삼 성분의 치즈 내 잔여율이 가장 높았던 T3에서의 낮은 기호 점수는 홍삼 특유의 맛과 향에 기인한 것으로 추측된다. 저장기간 경과에 따라서는 대부분의 치즈에서 조직감, 맛, 종합적 기호도 점수가 0주차에 비해 2주차에서 유의적으로 낮아졌으나, T2의 2주차 조직감 점수는 0주차와 유의적 차이가 없었으며, 대조구 및 다른 처리구보다 높은 경향을 나타냈다. Table 2의 조직감 분석 결과에서 대조구와 달리 홍삼 분말 첨가 처리구의 저장기간 경과에 따른 경도 변화는 증가하거나(T1) 큰 차이가 없는 것으로(T2, T3) 확인하였는데, 특히 홍삼 분말을 커드에 첨가하여 성형할 경우 냉장 저장시간이 흐를수록 스트링 치즈가 물러지는 조직적, 관능적 결함을 완화할 수 있을 것으로 기대된다. 결과적으로 저장기간에 걸친 전반적인 기호 점수와 진세노사이드의 잔여율을 고려하였을 때, 홍삼 분말을 커드에 첨가하여 스트링 치즈를 제조하는 것이 가장 적합할 것으로 보인다.