KR101417288B1 - 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스가 첨가된 혈당조절용 쌀 빵 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스가 첨가된 혈당조절용 쌀 빵에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 쌀가루에 난백 거품 및 통상의 부재료를 첨가하여 쌀 빵 반죽을 제조한 후 가열처리하여 제조되는 쌀 빵에 있어서, 쌀 빵 반죽 제조 시 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose)를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 쌀 빵 제조 시 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스를 첨가함으로써 쌀 빵의 가공성 및 기호도를 향상시킬 수 있으며 체내 글리코겐 및 인슐린 농도를 증가시키고 포도당 조절 효소의 활성을 증가시킴으로서 혈당조절을 할 수 있다.

Description

히드록시 에틸 메틸셀룰로오스가 첨가된 혈당조절용 쌀 빵 및 그 제조방법 {Rice bread for controlling blood glucose added with hydroxy ethyl methyl cellulose and preparation method thereof}

본 발명은 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스가 첨가된 혈당조절용 쌀 빵에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 쌀가루에 난백 거품 및 통상의 부재료를 첨가하여 쌀 빵 반죽을 제조한 후 가열처리하여 제조되는 쌀 빵에 있어서, 쌀 빵 반죽 제조 시 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose)를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵 관한 것이다.

식생활이 간편화·서구화됨에 따라 우리의 주곡 작물인 쌀의 섭취 형태도 다양하게 변화되면서 소비자들의 기호성을 충족시킬 수 있는 방향으로의 제품 개발을 통한 쌀 소비확대 및 쌀 가공제품의 다양화를 유도하여야 할 필요성이 있다.

쌀 가공제품으로서 주식의 형태로 활용할 수 있는 아이템은 쌀 빵과 쌀국수를 들 수 있으며, 이들 품목에 대한 정부 및 국민들의 관심도 높아서, 쌀 관련 제품개발에 열을 올렸으며, ‘라이스존’, ‘밀엔미’, ‘우리쌀 식빵’ 등 쌀 빵 전문제과점들도 생겨나기 시작하였다. 그러나 기대와는 달리 성형성과 조직감에 문제점들이 많아서 소비자들의 반응은 높지 않았고, 전문 베이커리들도 쌀 빵 제품의 종류를 식빵의 형태가 아닌 모닝 빵과 봉지 빵 등으로 제한하고 있는 실정이다. 본 연구자들도 쌀 빵 제조를 위한 다양한 시도를 하였으나, 이스트에 의한 발효 빵의 경우에 쌀의 종류에 따른 성형성 및 조직감의 문제를 극복하지 못하여 실용화 되지 못하고 있는 실정이다.

속성빵(quick-bread)인 머핀은 특유의 조직감인 스폰지성은 밀가루의 글루텐과 난백의 유화성에 기인하는 망상구조 형성능(Arozarena I 등 2001, Turabi E 등 2008)이라 할 수 있는데 (Arozarena I et al., 2001. Eur Food Res Technol 213:312-316; Turabi E et al., 2008. Food hydrocolloids 22(2):305-312), 쌀가루의 경우에는 글루텐이 함유되어 있지 않으므로 난백과의 상호작용에 의한 망상구조 형성능이 미약할 가능성이 예상된다. 그러므로 속성빵인 머핀 제조에 적절한 바이오폴리머를 첨가함에 따른 가공성을 검토할 필요성이 있다고 사료된다.

일반적으로 글루텐-프리 반죽(gluten-free dough)으로서 제빵성을 검토하는 경우에는 제품의 레올로지적 특성들은 첨가하는 바이오폴리머(hydrocolloid)들의 특성과 상관성이 있기 때문에 (Dickinson E. 2003. Food Hydrocolloids 17(1):25-39; Dobraszczyk BJ et al., 2003. Cereal Chem 80(2):218-224; Schober TJ et al., 2008. J Cereal Sci 48(3):755-767), 본 발명에서는 바이오폴리머 중 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose, HEMC) 2종류와 난백과의 혼합에 의한 각각의 거품 특성과 빵 제조를 위한 가공성을 검토하였다. 식품산업이 성장하면서 식품의 제조 및 가공단계에서 식품의 기능성 유지 및 가공성 향상 등을 목적으로 바이오폴리머들이 다양하게 사용되고 있으며 (WHO. 1991. WHO Food Additives Series No 28(IPCS)), 특히 셀룰로오스 유도체들은 안전성이 확보되어 있다는 점에서 전 세계적으로 가장 많이 활용되고 있는 실정이다(DeVries JW 2003, Jones JM 2000) (Devries JW. 2003. Proceedings of the Nutrition Society 62:37-43; Jones JM. 2000. Cereal Foods World. 45:219-220).

히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose, HEMC)는 셀룰로오스 계열의 식이섬유로서, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스(hydroxypropyl methylcellulose, HPMC)와 유사하게, 점도, 분자량, 치환기(메톡시기와 히드록시에틸기의 성분비율)에 따라 다양한 특성을 나타내며 (Gomez M et al., 2007. Food Hydrocolloids 21(2):167173; Collar C et al., 1999. Food Hydrocolloids 13(6):467475), 특히 치환도에 따라 식품에 다양하게 응용될 수 있는 유용한 특성을 가지고 있을 것으로 사료되는 식품 첨가물이다 (Burdock GA. 2007. Food Chem Toxicol 45(12):2341-2351).

이에, 본 발명에서는 건강 기능성이 확보된 새로운 식품 첨가물로서의 HEMC 활용 방안을 모색하는 의미에서 순 쌀로써 빵을 제조함에 따른 HEMC의 제빵적성에 대해서 쌀 빵의 가공성 및 기호도에 대한 관능검사 결과를 토대로 검토하였다.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 가공성 및 기호도가 우수한 쌀 빵으로서 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스가 첨가된 혈당조절용 쌀 빵을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스가 첨가된 혈당조절용 쌀 빵의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 쌀가루에 난백 거품 및 통상의 부재료를 첨가하여 쌀 빵 반죽을 제조한 후 가열처리하여 제조되는 쌀 빵에 있어서, 쌀 빵 반죽 제조 시 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose, HEMC)를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵을 제공한다.

본 발명은 쌀 빵 제조 시 HEMC를 첨가하는 기술적 특징을 가짐으로써 쌀 빵 섭취 시 혈당이 증가하는 것을 완화시킬 수 있다. 따라서 혈당조절이 필요한 당뇨병 환자 또는 당뇨병 의심 환자의 식이조절용 식품으로 유용하다.

상기 용어 ‘혈당조절’은 식후 체내 당 흡수를 저해하거나 글리코겐 형태로 변환 또는 저장하여 혈당이 증가하는 것을 억제하거나, 또는 체내 인슐린의 농도를 증가시킴으로써 혈당이 증가하는 것을 억제하는 것을 의미한다.

상기 용어 ‘통상의 부재료’는 제빵에서 사용되는 감미제, 조미제, 팽창제 등을 말하는 것으로, 예컨대 설탕, 소금, 베이킹 파우더, 식용유, 탈지분유 등을 포함할 수 있으며 적절히 취사선택하여 사용할 수 있다.

본 발명의 쌀 빵에 있어서, 쌀 빵 제조 시 상기 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스는 물을 이용하여 0.5 내지 2.0 중량% 농도로 희석시키고 1 내지 48시간 동안 팽윤시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 쌀 빵 제조에 적합한 HEMC의 농도를 결정하기 위해 사전 시험한 결과, 0.5 내지 2.0 중량% 농도의 HEMC가 거품 형성능 및 거품 안정성이 우수한 것으로 나타나 쌀 빵 제조에 적합한 농도를 결정하였다 (표 2 및 3 참조).

본 발명의 쌀 빵에 있어서, 쌀 빵 제조 시 상기 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스는 난백 거품에 대하여 25 내지 50 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 쌀 빵 제조에 적합한 HEMC와 난백의 혼합 비율을 결정하기 위해 사전 시험한 결과, HEMC 거품을 난백거품에 대하여 25 내지 100 중량%로 혼합하여 쌀 빵을 제조할 수 있었으며, HEMC 거품을 25 내지 50 중량%의 혼합비로 할 경우 성형성이 매우 좋은 것으로 나타났다 (표 6 및 도 2 참조).

본 발명의 쌀 빵에 있어서, 상기 혈당조절은 체내 글리코겐(glycogen) 및 인슐린(insulin) 농도를 증가시킴으로써 혈당강하 효과를 나타내는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 고지방 식이 동물모델을 이용한 혈당조절 실험결과, HEMC가 첨가되지 않은 고지방 식이동물(HF)에서는 체내 글리코겐 및 인슐린 농도가 일반 식이동물(NC)과 큰 차이가 없어 혈당조절이 이루어지지 않았으나 HEMC가 첨가된 고지방 식이동물(HF-HV, HF-LV)에서는 체내 글리코겐 및 인슐린 농도가 상대적으로 증가하여 혈당증가를 완화시키는 것으로 판단할 수 있다 (표 9 참조). 또한 간 포도당 조절 효소로서 글루코키나아제(Glucokinase)와 글루코오스-6-포스파타제(Glucose-6-phosphatase) 활성 측정 결과에서 HEMC가 첨가된 고지방 식이동물은 상대적으로 높은 활성을 나타내었다 (표 10 참조). 따라서 체내 글리코겐 및 인슐린 농도를 증가시키고 포도당 조절 효소의 활성을 증가시키는 HEMC가 첨가된 쌀 빵은 혈당조절용 식품으로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 a) 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(HEMC)를 물을 이용하여 0.5 내지 2.0 중량% 농도로 희석시키고 1 내지 48시간 동안 팽윤시켜 HEMC 팽윤액을 제조하는 단계; b) 상기 HEMC 팽윤액, 난백 및 설탕을 첨가하여 혼합하면서 거품을 안정화시키는 단계; c) 상기 혼합물에 쌀가루, 밀가루, 소금, 베이킹파우더를 넣고 쌀 빵 반죽을 제조하는 단계; 및 d) 상기 쌀 빵 반죽을 휘핑한 후 가열처리하여 쌀 빵을 제조하는 단계;를 포함하는 혈당조절용 쌀 빵의 제조방법을 제공한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 쌀 빵 제조 시 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스를 첨가함으로써 쌀 빵의 가공성 및 기호도를 향상시킬 수 있으며 체내 글리코겐 및 인슐린 농도를 증가시키고 포도당 조절 효소의 활성을 증가시킴으로서 혈당조절을 할 수 있다. 따라서 쌀 빵 섭취 시 혈당이 증가하는 것을 완화시켜 혈당조절이 필요한 당뇨병 환자 또는 당뇨병 의심 환자의 식이조절용 식품으로 매우 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 난백(egg white)과 1.0% HEMC-HV를 이용하여 휘핑한 시료의 거품형태를 관찰한 사진이다.
도 2는 HEMC 함량에 따라 제조된 쌀 빵의 절단 이미지를 나타낸다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시 예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

재료

쌀 빵 제조에 적당한 바이오폴리머를 선정하기 위해, 각각 점도와 치환도가 다른 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose, HEMC) 2종류를 삼성정밀화학(울산)에서 제공받아 사용하였다 (표 1 참조). 쌀 빵 제조에는 박력 쌀가루(쌀 100%, (주)대두식품, 군산), 박력분(1등급, 대한제분, 부산)을 사용하였다. 난백은 신선란(봉화계란, 봉화)을 할란하여 난황을 제거한 후 이용하였다. 기타 부재료로는 백설탕(삼양사, 울산), 소금((주)영진그린식품, 신안), 식소다(전원식품, 김포)를 시중에서 구입하여 사용하였다.

실시예 1. 거품 형성능 및 안정성 측정

시료의 거품 형성능은 다음과 같은 방법으로 측정하였다. 종류별 바이오폴리머를 증류수를 이용하여 0.1, 0.5 및 1 중량(w/v)%의 농도로 만들었다. 시료 200 g을 10분간 제과용 믹서(Model K5SS, Kitchen Aid Inc., Detroit, MI, USA)의 최대속도에서 휘핑(whipping)하여 형성된 100 mL의 무게를 각각 측정하였으며, 거품 형성능은 오버런(overrun, %)으로 나타내었으며 그 결과는 하기 표 2과 같다.

상기 표 2에서, 2종류 바이오폴리머 0.1 %, 0.5 %, 1 % 농도의 거품 형성성 및 안정성을 검토한 결과, HEMC-LV는 0.1 %에서 비교군인 난백(801.23 %)보다 높은 over-run 수치(862.92 %)를 나타내고 있었으며, 농도가 증가할수록 거품 형성성은 낮아지고 있었다. 한편, 고점도 특성을 가지는 HEMC-HV는 HEMC-LV 보다 고농도인 1 %에서 비교군인 난백과 유사한 정도의 거품 형성성을 보였다.

거품의 안정성, 즉 드레이니지(drainage)는 농도별 바이오폴리머 용액을 10분간 휘핑한 후 측정하였다. 형성된 거품을 즉시 100 mL의 용기에 20 g씩 옮겨 담고 직경 5 mm의 구멍이 일정하게 뚫린 틀에 올려 실온에 방치하였다. 한 시간 후 흘러나온 액체의 무게를 디지털 중량계(digital balance, Dragon 204, Mettler Toledo Co., Ltd., Shanghai, China)로 측정하였다. 결과는 하기 표 3와 같다.

일단 망상구조가 형성된 후 빵의 성형 및 가열과정 동안 반죽이 형성하는 망상구조의 안정성이 유지되어야 조직감 및 성형성이 우수한 쌀 빵의 제조가 가능하다.

상기 표 3에서, 저분자량을 가지며 낮은 점성을 가지는 HEMC-LV는 0.5% 농도에서도 안정된 거품이 형성되는 것을 확인할 수 있었으며, HEMC-HV는 1.0% 농도의 경우부터 안정된 거품을 형성하고 있음을 확인하였다. 따라서 바이오 폴리머를 사용하는 경우 난백 단독의 경우보다 형성된 망상구조의 안정성이 아주 우수함을 알 수 있었다.

실시예 2. 난백과 HEMC 거품의 형태 관찰

휘핑한 시료를 채취하여 동결건조(VD-400F, Goshigaya, Taitec, Japan)한 후 이를 주사 전자현미경(S-4200, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 10,000배 확대배율로 각각의 시료를 찍은 후 비교·관찰하였다.

도 1은 난백(egg white)과 1.0% HEMC-HV를 이용하여 휘핑한 시료의 거품형태를 관찰한 사진이다. 쌀 빵 반죽에서의 망상구조 형성에 관여할 난백과 바이오폴리머에 의해서 형성되는 망상 구조의 차이를 비교하기 위하여, 각각의 반죽을 10,000배 확대하여 관찰하였다 (도 1). 이때 바이오폴리머는 거품형성능과 안정성 측정에서 가장 우수한 결과를 보인 1% HEMC-HV 용액을 사용하였다. 난백과 바이오폴리머 거품의 망상구조 형성성은 유사하지만 (각각 806.21, 844.86%), 망상구조의 조직은 상이함을 알 수 있었다. 난백거품의 경우 빵의 부피감에 영향을 끼치는 기포가 크고 많이 보이는 반면 바이오폴리머의 경우 기포의 수가 적고 그 크기도 균일하지 못하다. 즉, 바이오 폴리머는 망상구조를 형성하지만 그것이 기포에서 기인한다고 볼 수 없다고 사료된다. 그러나 거품안정성은 난백거품보다 바이오폴리머 1% 용액이 훨씬 높은데 이는 촘촘히 보이는 바이오폴리머 거품 때문인 듯하다. 또한 기포를 감싸 안을 여지가 없는 형태의 망상구조를 형성하는 특성 때문에 발효 빵의 제조가 불가능하였던 것이라고 사료된다.

실시예 3. 쌀 빵 제조방법

쌀 빵의 제조는 하기 표 4의 배합비에 따라 수행하였다. 빵 반죽은 제과용 믹서(Model K5SS, Kitchen Aid Inc., Detroit, MI, USA)를 사용하였다. HEMC는 증류수를 이용해 24시간이상 팽윤시켜 사용하였다. 쌀 빵 제조 시 HEMC 거품 양은 난백거품의 0, 25, 50, 75, 100%가 되도록 첨가하였다. 믹싱볼에 난백 혹은 1 중량%(w/v) HEMC 팽윤액을 넣고 80 rpm으로 2분간 저어 준 뒤 설탕을 첨가하였다. 255 rpm에서 7분간 혼합한 뒤 60 rpm에서 1분간 저어 거품을 안정화시켰다. 믹싱볼을 반죽기에서 분리한 뒤 체에 친 박력분 혹은 쌀가루와 소금, 베이킹파우더를 넣고 주걱으로 20초간 저어 반죽을 마무리하였다. HEMC와 난백 혼합반죽은 각각 휘핑한 후 분량대로 나눠 섞었다. 믹싱이 끝난 반죽은 7×5.5×4.5 cm의 원형 팬에 50 g씩 담고 윗 불 170℃, 밑불 150℃로 예열된 전기 데크오븐(전진공업, 서울)에서 20분간 구웠다.

실시예 4. 쌀 빵 반죽의 점도, 비중 및 pH 측정

빵 반죽과 난백, HEMC의 비중(specific gravity)은 하기식에 의해 산출하였다. 이때 물의 밀도는 1.00 g/mL로 가정하였다.

난백, HEMC 거품 및 반죽의 pH는 거품 혹은 믹싱이 끝난 반죽 15 g에 증류수 100 mL을 넣어 현탁액을 만들어 30분간 혼합한 다음 실온에 10분 방치한 후 pH 미터(MP220, Mettler Toledo, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.

또한, 빵 반죽은 믹싱 직후 회전식 점도계(Digital Viscometer, Model DV-1+, Brookfield Engineering, USA)를 이용하여 점도를 측정하였다. 측정 조건은 비커에 50 g의 시료를 담아 스핀들 No. S64, 회전속도 6 rpm에서 약 1분간 회전시킨 후, 10회 이상 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 반죽의 점도, 비중 및 pH 측정 결과는 하기 표 5와 같다.

상기 표 5에서, 밀가루에 난백 거품 대신 바이오폴리머 100%로 대체한 반죽은 6배 정도 높은 점도를 보이는데 반해 쌀가루 반죽은 3.7배 정도 차이를 보였다. 쌀가루+바이오폴리머 100% 반죽의 점도보다 밀가루+바이오폴리머 100% 반죽의 점도가 약 1.15배 높게 측정되었다. 밀가루에 하이드로콜로이드(hydrocolloid)를 첨가하면 점도가 증가하는 것은 전분입자들이 수소결합으로 직선상과 측쇄상으로 결합되어 있는 결정형과 무정형분자들로 구성되어 있으며 열을 가하면 결정형 분자의 수소결합이 파괴되면서 무정형 부분이 증가되고, 동시에 전분입자의 수화와 팽윤이 일어나면서 직쇄상의 아밀로오스가 용출되기 시작하여 점도가 상승되고 여기에 하이드로콜로이드가 존재하면 점도상승은 더욱 가속화된다. 그러나 쌀가루에선 전분 분자 사이의 회합이 일어날 때 망상구조의 형성이 약하기 때문으로 사료된다. 바이오폴리머의 첨가량이 증가할수록 빵 반죽이 높은 점도를 나타내는 것은 바이오폴리머 용액의 점도가 높기 때문이다. 또한 바이오폴리머 첨가량이 증가할수록 거품의 안정성도 크게 나타난 것으로 보아 점도와 거품안정성과는 밀접한 관계가 있는 것을 알 수 있다.

반죽의 비중은 부피와 texture 특성에 영향을 미치는 요인으로 비중이 클수록 완성품의 부피는 줄어든다. 실험 결과, 반죽의 비중은 0.37∼0.56 범위로 측정되었다. 완성된 쌀 빵을 보면 쌀가루에 바이오폴리머 25% 첨가한 빵은 밀가루와 쌀가루에 난백거품 100%를 첨가한 빵과 비슷한 부피를 보인다. 그러나 비중은 쌀가루에 바이오폴리머 25∼75% 첨가군에서 유의적인 차이가 없었다. 100% 바이오폴리머 첨가 빵의 경우 밀가루보다 쌀가루 첨가 시 비중이 낮아진 것은 쌀가루의 기포 안정화 능력이 낮기 때문으로 생각된다.

반죽이 고유의 pH 범위를 벗어나 산성 쪽으로 치우치게 되면, 케이크는 미세한 기공, 옅은 표피의 색깔, 약한 향, 톡 쏘는 맛 및 작은 부피 등을 나타내며, 반면 알칼리성 쪽으로 치우치게 되면 케이크는 거친 기공, 강한 표피의 색상 및 강한 향과 소다 맛이 난다고 하였다. 신선한 계란의 pH는 9정도로 상기 실험에서도 이와 비슷하게 측정되었고, 바이오폴리머 거품도 7.43으로 측정되어 스펀지케이크의 경우 7.3∼7.6이 일반적인데 쌀 빵 제조에 적합한 것으로 생각된다. 바이오폴리머 첨가량이 증가할수록 반죽의 pH는 유의적으로 감소하였다. 그러나 밀가루와 쌀가루에 100% 바이오폴리머 첨가한 빵의 pH는 유의적인 차이가 없었다.

실시예 5. 쌀 빵의 부피, 비체적 및 굽기 손실률

쌀 빵을 구운 후 실온에서 1시간 식힌 후 무게를 측정하고, 종자치환법으로 부피(volume)를 측정하였다. 비용적(specific cake volume)은 쌀 빵 1 g이 차지하는 부피로 쌀 빵 무게로 나누어 표시하였고, 굽기 손실률(baking loss)은 아래의 식으로 계산하였다. HEMC 함량에 따른 부피, 비용적 및 굽기 손실률의 측정 결과는 하기 표 6과 같다.

상기 표 6에서, 쌀 빵의 부피는 밀가루와 쌀가루에 100% 바이오폴리머를 첨가한 빵이 가장 작은 부피를 보였지만, 밀가루와 쌀가루에 난백거품 100% 첨가한 빵과 더불어 쌀가루에 25% 바이오폴리머를 첨가한 빵의 부피는 163.20∼177.00 mL으로 유의적인 차이 없이 가장 높은 부피를 나타내었다. 바이오폴리머 첨가량이 증가할수록 대조구와 비교해 부피는 유의적으로 감소하였는데 이는 단단하게 형성된 바이오폴리머의 기포가 굽기(baking)에 의해 유지되지 않는 것으로 생각된다. 상기 실험에서는 25% 첨가를 제외하고는 대조구보다 바이오폴리머를 첨가한 시험구의 부피가 감소하였는데 이는 많은 바이오폴리머의 사용량 때문으로 사료된다. 충분한 수분 보유는 굽는 동안 수증기의 팽창으로 인하여 부피를 증가시키며 촉촉한 질감을 주기도 한다고 하였다. 수분보유력이 뛰어난 바이오폴리머의 특성을 적절히 이용한다면 바이오폴리머 25% 첨가 빵처럼 오히려 빵의 부피에 도움을 줄 수 있을 것이다.

비체적은 바이오폴리머 첨가량이 증가할수록 감소하는 양상을 보인다. 따라서 바이오폴리머 첨가가 비체적 감소를 초래한다면 이를 보완하기 위해 다른 팽창제등의 사용이 필요할 것으로 판단된다. 그러나 밀가루에 난백거품을 혼합한 빵과 쌀가루에 25% 바이오폴리머를 첨가한 빵의 비체적이 유의적인 차가 없는 것을 보면, 적절한 양의 바이오폴리머 첨가는 빵의 부피와 외관상 모양, 조직감의 결손을 초래하지 않는다고 사료된다. 상기 실험에서는 쌀가루의 대체가 비체적에 크게 영향을 미치지 못하였다. 이는 실험에 사용한 쌀가루가 제빵용으로 나온 밀가루와 같은 정도의 고운 입자 크기(mesh)를 가졌기 때문으로 사료된다. 또한 밀가루에 비해 쌀가루의 기포 안정화능력이 낮다고 보고되는데 이를 보완하는 것이 높은 거품안정성을 가진 바이오폴리머 때문이라고 생각된다.

굽기 손실률은 밀가루에 난백거품으로 만든 빵이 가장 낮았고, 밀가루에 바이오폴리머 100% 첨가 빵이 유의적으로 가장 높았다. 그러나 쌀가루에 난백거품을 첨가한 빵과 바이오폴리머 25% 첨가 빵의 굽기 손실률이 유의적인 차이 없이 시험구 중 두 번째로 낮음을 알 수 있다. 이를 보면 쌀가루에 바이오폴리머의 적절한 양의 첨가는 굽기 손실을 줄일 수 있는 것으로 사료된다.

또한, HEMC 함량에 따른 쌀 빵의 절단 이미지를 도 2에 나타내었다. 도 2에서, 완성된 쌀 빵의 단면 구조는 바이오폴리머 첨가량이 증가할수록 기공의 크기가 균일하지 않고 빵의 부피를 감소시키며 외형적으로 균형을 이루지 못하는 등의 바람직하지 못한 결과를 보인다. 그러나 난백거품과 바이오 폴리머 거품을 75:25의 비율%(w/w)로 혼합하여 제조한 쌀 빵의 성상은 밀가루에 난백 단독으로 사용하여 제조되는 통상의 빵보다 오히려 바람직한 형태를 띠는 것으로 보아, 빵의 성형성에 좋은 결과를 부여하는 것을 알 수 있었다.

실시예 6. 쌀 빵의 기호도에 대한 관능검사

난백 거품과 HEMC 거품을 혼용한 쌀 빵의 관능검사는 빵 제조 후 상온에서 3시간 저장 후 사용하였다. 경북대학교 식품영양학과 대학원생 20명을 선정하여 실험 목적 및 평가 항목에 대하여 교육을 한 후 소비자 기호도 조사를 실시하였다. 쌀 빵의 색, 향, 맛, 조직감과 전체적인 기호도의 5가지 항목에 대해 주관적인 기호도에 대해 7점 척도법으로 평가하였다. 평가 결과는 하기 표 7과 같다.

상기 표 7에서, 쌀 빵 내부의 색은 밀가루와 쌀가루에 난백거품 100%로 제조한 빵에서 가장 높은 것으로 나타났다. 밀가루와 쌀가루 모두 바이오폴리머 100%로 제조한 빵이 가장 낮은 색 기호도를 보였으며 바이오폴리머의 양이 증가할수록 낮은 기호도를 보였다. 향의 기호도는 쌀가루에 바이오폴리머 25%를 첨가하여 제조한 빵이 가장 높았다. 맛은 쌀가루에 난백거품 100%를 첨가한 빵이 가장 높은 기호도를 보였지만 쌀가루에 바이오폴리머 25∼75% 첨가한 빵과 밀가루에 난백거품 100%를 첨가한 빵은 그 보단 수치는 낮았지만 유의차는 없었다. 조직감에서도 밀가루나 쌀가루에 난백거품 100%로 제조한 빵이 가장 높은 기호도를 보였지만 쌀가루에 바이오폴리머 25% 첨가한 빵과 유의적인 차이는 없었다. 전체적인 기호도는 쌀가루에 난백거품 100%로 제조한 빵이 가장 높았다. 그러나 쌀가루에 바이오폴리머 25%를 첨가한 빵과 난백거품 100% 밀가루 빵과 유의적인 차이는 없다.

따라서 대체적으로 바이오폴리머의 첨가는 밀가루보단 쌀가루 빵에 더욱 어울리는 결과를 보인다. 여타의 시료에 대한 전반적인 관능적 기호도면에서 유의차가 많지 않은 점을 감안하면 쌀가루에 바이오폴리머 25%를 첨가하여 제조하는 쌀 빵의 기호도가 우수한 것을 알 수 있다.

실시예 7. HEMC 섭취 동물에서 체중, 먹이섭취량 및 지방조직의 변화

생후 4주령(체중 12.0 g)의 수컷 C57BL/6N 마우스를 국내 (주)오리엔트사를 통해 입수하였다. 처음 2주간 pellet형의 lab. chow 식이를 제공하면서 사육환경을 적응시킨 후, 난괴법(randomized block design)에 의해 실험동물을 각 군당 8마리씩 4개의 식이군으로 나누었다. 실험 식이는 AIN-76 diet(American Institute of Nutrition, 1980)를 기본으로 정상식이를 급여한 NC군(normal control)과, 비만 및 당뇨를 유도시키기 위한 고지방식이(total fat 17%)를 하는 HF군(high fat diet) 및 고지방식이를 기본으로 하여 점도가 다른 HEMC-HV와 HEMC-LV를 식이에 보충하여 급여하는 2군의 실험군으로 구성하여서 6주간 실험 식이를 제공하였다. 동물 사육실의 환경은 온도는 25±2℃, 습도는 50±5%, 6시부터 18시까지 주기조명 사육하였으며 식이와 수분은 제한 없이 자유롭게 섭취하도록 하였고 모든 실험 식이는 사육기간 동안 -70℃에서 냉동 보관하였다. 식이는 매일 일정한 시간에 제공하였다. 체중은 일주일에 한 번씩 측정하였고 체중의 변화는 실험식이 개시 일을 0일로 하여 1주일마다 체중을 달아 실험식이 종료일까지 동물의 체중변화 상태를 비교하였다. 하기 표 8은 실험식이 보충 6주간의 각 실험군의 쥐의 체중 증가량(body weight gain), 먹이 섭취량(total feed intake) 및 지방조직무게(adipose tissue weight)를 나타내었다.

상기 표 8에서, 고지방 식이를 급여한 HF군이 가장 높은 체중증가량을 보였으며, 고지방식이를 급여하지 않은 정상 군과 유의적인 차이를 보였다. 점도가 다른 HEMC-LV군과 HEMC-HV군을 비교했을 때는 점도가 높을수록 체중 증가량이 더 적게 나타났다. 식이섭취량은 모든 실험 군에서 유의적인 차이가 없었다. 지방조직의 무게는 모두 HF군에 비해서 유의적으로 낮았지만, 점도에 따른 지방조직의 무게의 유의적 차이는 없었다. 이 결과에서, 고지방식이에도 불구하고 HEMC의 첨가는 지방조직의 무게를 줄이고 체중도 줄이는 것을 알 수 있고, 그중에서도 점도가 높은 HEMC가 효과가 더 좋은 것으로 보아, high fat diet에 HEMC를 첨가한 식이는 체중감소에 어느 정도 효과가 있는 것으로 보인다.

실시예 8. 글리코겐 함량과 혈장 인슐린 농도 측정

간 조직의 글리코겐 함량은 Seifter 등(Seifter et al., 1950. Arch. Biochem. 25:191200)의 방법을 수정 보완하여 측정하였다. 실험식이 급여가 7주가 되었을 때 동물을 18시간 절식시킨 후 CO₂ 가스를 흡입시켜 희생시켰다. 간을 적출하여 PBS로 여러 번 헹군 후 가제로 수분을 제거하여 칭량하였다. 간 조직은 효소활성도 측정 및 조직지질정량을 위해 분리 수집하여 액체질소에 급냉 시킨 후 시료 분석 시까지 -70℃에 보관하였다.

간 조직 0.5 g 당 30% KOH 용액을 10배 가하여 균질화 하였다. 이것을 100℃에서 30분간 반응시킨 후 95% 에탄올로 침전시키고 끓는점까지 가열하여 식힌 후 200×g, 4℃, 15분간 원심분리 하였다. 상층액을 제거한 수, 증류수에 녹여 0.2% 안트론(anthrone) 시약(95% H₂SO₄) 가한 후 100℃에서 20분간 반응시킨 후 620 nm에서 흡광도 변화를 측정하여 글루코오스(glucose) 표준액과 비교하여 정량하였다. 실험 종료 후 원심분리한 혈장을 이용하여 인슐린(insulin)의 농도를 측정하였다. 인슐린 측정키트(Mouse insulin ELISA kit, shibataki, Japan)를 이용하여 인슐린 농도를 측정하였다.

하기 표 9는 HEMC가 첨가된 고지방 식이 쥐의 글리코겐 및 인슐린 농도를 비교한 결과이다.

상기 표 9에서, 글리코겐 함량은 NC, HF군에 비해 HEMC 보충군이 유의적으로 높고, 점도에 따라서는 유의적인 차이가 없었다. 인슐린은 췌장의 β-cell에서 합성, 분비되는 호르몬으로, 혈당량이 높아지면 분비되어 혈액 내의 포도당을 세포내로 유입시킬 뿐만 아니라, 지방조직에서의 포도당 산화 및 지방산 전환을 도우며, 근육에서 단백질을 합성하기 위한 아미노산 흡수를 촉진시키는 등 탄수화물 대사 뿐 아니라 지방과 단백질 대사에도 깊이 관여하여 신체의 전반적인 연료대사를 조절하는 주요 호르몬이다. 실험에서 혈장 인슐린 농도는 NC군에 비해서는 다른 군들이 모두 유의적으로 높았고, HF군에 비해서는 실험군 HEMC-HV만이 유의적으로 인슐린 농도를 낮추었다. 인슐린은 혈당이 높아지면 혈중 포도당을 세포로 유입시켜 글리코겐으로 저장시키며, 지방조직의 포도당 산화와 지방산으로의 전환을 돕는다. 정상적인 상태에서 간 조직의 글리코겐 대사는 인슐린, 글리코겐 그리고 여러 가지 호르몬들의 기작을 통해 항상성을 유지하게 된다. 하지만 일반적으로 당뇨가 진행될수록 췌장의 β-cell의 기능이 저하되어 인슐린 부족으로 glycogen phosphorylase가 활성화되어 당의 저장형태인 글리코겐의 분해가 증대되어 혈당의 상승과 간의 글리코겐 함량이 감소된다. 상기 실험에서 간 글리코겐 함량은 HF군에 비해 HEMC 보충군 모두가 유의적으로 높았으며, 혈중 인슐린 농도는 시험물질의 점도가 높은 그룹에서만 HF군과 유의적 차이를 나타내었다. 고지방 식이에 첨가된 HEMC가 혈중 인슐린 농도를 증가시키고 간 글리코겐 함량을 감소시킨 것은 실험보충군이 포도당의 글리코겐 전환률을 증가시켜 포도당 이용율을 증가시켰음을 시사하고, 더불어 당질 대사 개선에 효과가 있음을 보여준다.

실시예 9. 당대사효소 활성도 측정

1) 글루코키나아제(Glucokinase, GK)

GK 활성도는 Davidson과 Arion (Davidson, A.L. and Arion, W.J., 1987. Arch. Biochem. Biophys. 253:156167)의 방법을 수정, 보완하여 NAD+가 NADH로 환원되는 정도를 측정하였다. 간 조직 내 효소원을 분리하기 위해 Hulcher 등 (Hulcher, F.H. and Oleson, W.H., 1973. J. Lipid Res. 14:625631)이 실시한 분리방법을 일부 수정하여 적용하였다.

실험동물의 동일 간엽에서 취한 간 조직 0.3 g을 0.1 M triethanolamine, 0.02 M EDTA(ethylenediamine tetracetate, pH 7.4), 0.002 M DTT(dithiothreitol)가 포함된 완충용액으로 분쇄한 후, 1,000×g (4℃)에서 15분간 원심분리하여 상층액만 취한 후 다시 10,000×g (4℃)에서 15분간 원심분리하였다. 분리된 상층액은 취하여 105,000×g (4℃)에서 1시간 초원심분리하였다. 이때 얻어진 상층액은 세포질 분획으로 GK 활성도 측정에 사용되었다. 83.33 mM Hepes-NaOH(pH 7.4) 600 μL에 1 M KCl 100 μL, 2.5 mM DTE(dithio erythrit-ol) 100 μL, 75 mM MgCl₂ 100 μL, 10 mg/ml BSA 50 μL, 50 mM NAD+ 10 μL, 1000 unit glucose-6-phosphate dehydrogenase 10 μL, 1 M glucose 10 μL를 첨가한 후 상기의 세포질 분획 10 μL를 가하여 37℃ 10분간 반응시킨 후, 다시 50 mM ATP 10 μL를 첨가하고 340 nm에서 10분간 흡광도 변화를 측정하였다. 활성도 단위는 cytosolic protein 1 mg당 1분간 생성된 NADH의 nmol로 나타내었다 (nmol NADH oxidized/min/mg protein).

2) Glucose-6-phosphatase (G6Pase)

Alegre (Alegre, M. et al., 1988. Anal.Biochem. 173:185189)의 방법을 사용하여 측정하였다. 간 조직 내 효소원을 분리하기 위해 Hulcher 등 (Hulcher, F.H. and Oleson, W.H., 1973. J. Lipid Res. 14:625631)이 실시한 분리방법을 일부 수정하여 적용하였다.

실험동물의 동일 간엽에서 취한 간 조직 0.3 g을 0.1 M triethanolamine, 0.02 M EDTA(ethylenediamine tetracetate, pH 7.4), 0.002 M DTT(dithiothreitol)가 포함된 완충용액으로 분쇄한 후, 1,000×g (4℃)에서 15분간 원심분리하여 상층액만 취한 후 다시 10,000×g (4℃) 에서 15분간 원심분리하였다. 분리된 상층액은 취하여 105,000×g (4℃)에서 1시간 초원심분리하였다. 이때 얻어진 마이크로좀 분획은 상층액의 세포질 분획과 분리된 침전물로 완충용액을 첨가하여 105,000×g (4℃)에서 한 시간 동안 다시 초원심분리한 후 침전물을 1 mL 완충용액에 녹여 G6Pase활성도 분석에 사용하였다. 131.6 mM Hepes(pH 6.5) 765 μL에 18 mM EDTA(pH 6.5) 100 μL, 265 mM glucose-6-phosphate(pH 6.5) 100 μL, 0.2 M NADP+ 10 μL를 넣고, mutarotase(aldose-1-epimerase) 및 glucose dehydrogenase를 0.6 IU/mL과 6 IU/mL가 되도록 첨가하여 37℃에서 4분간 반응시켰다. 다음, 상기의 microsome 분획 5 μL를 가하여 37℃에서 4분간 반응시킨 후 340 nm에서 흡광도를 변화를 측정하였다 (nmol NADPH oxidizaed/min/mg protein).

3) Phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK)

Bentle와 Lardy (Bentle, L.A. and Lardy, H.A., 1976. J. Biol. Chem. 251:29162921)의 방법을 적용하여 측정하였다. 간 조직 내 효소원을 분리하기 위해 Hulcher 등 (Hulcher, F.H. and Oleson, W.H., 1973. J. Lipid Res. 14:625631)이 실시한 분리방법을 일부 수정하여 적용하였다.

실험동물의 동일 간엽에서 취한 간 조직 0.3 g을 0.1 M triethanolamine, 0.02 M EDTA(ethylenediamine tetracetate, pH 7.4), 0.002 M DTT(dithiothreitol)가 포함된 완충용액으로 분쇄한 후, 1,000×g (4℃)에서 15분간 원심분리하여 상층액만 취한 후 다시 10,000×g (4℃) 에서 15분간 원심분리하였다. 분리된 상층액은 취하여 105,000×g (4℃)에서 1시간 초원심분리하였다. 이때 얻어진 상층액은 세포질 분획으로 PEPCK 활성도 측정에 사용되었다. 76.92 mM Hepes-NaOH(pH 6.5) 650 μL에 10 mM DTT(dithiothreitol) 100 μL, 500 mM NaHCO₃ 100 μL, 10 mM MnCl₂ 100 μL를 모두 혼합하여 pH 6.5로 보정 후 100 mL fill-up한다. 상기 버퍼 950 uL에 25 mM NADH 10 μL를 첨가하고 7.2 unit L-malate dehydrogenase 10 μL, 100 mM IDP(inosine-5´-diphosphate) 10 μL 및 200 mM PEP(phosphoenolpyruvate) 10 μL 에 효소원 세포질 분획 10 uL를 가하여 25℃, 340nm에서 2분간 흡광도 변화를 측정하였다.

하기 표 10은 HEMC가 첨가된 고지방 식이 쥐의 간 포도당 조절 효소 활성을 비교한 결과이다.

상기 표 10에서, 간조직의 GK(glucokinase)의 활성도는 NC, HF군과 실험군간에 유의적인 차이를 보인다. 점도가 다른 HEMC 군간의 유의적인 차이는 없었다. G6Pase (Glucose-6-phosphatase) 활성도는 모든 군이 NC군보다는 유의적으로 높게 나타났고, 간조직 PEPCK(Phosphoenolpyruvate carboxykinase) 활성도는 모든 실험군에서 유의적인 차이가 없었다.

당뇨병은 당대사에 관여하는 효소의 활성을 유도하는데 필요한 인슐린을 분비하는 췌장 β-cell의 기능이 저하되는 질환이다. 혈중 포도당 농도가 높아지면 여분의 글루코오스는 간으로 유입되어 GK(glucokinase)에 의해서 glucose-6-phosphate로 전환되며, 간의 GK는 혈당조절 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 또한 GK는 fructose-6-phosphate와 GK regulartory 단백질에 의해 저해되는데, 인슐린은 GK의 발현을 촉진하며 글루카곤은 이와 반대되는 작용을 한다. GK는 췌장에서 포도당 대사의 pacemaker로, GK 발현은 β-cell의 promoter에 의해서 조절되고, 효소 활성은 혈중 글루코오스 농도로부터 조절된다. 간의 GK(glucokinase), PDH(pyruvate dehydrogenase), G6PD(Glucose-6-phosphate dehydrogenase)는 공복이나 당뇨병일 경우에 그 활성도가 낮고, 이 효소들의 활성 감소는 혈당을 상승시키는 요인이 되며, 인슐린 저항성과도 관계가 있다. 당대사에 관여하는 또 다른 효소인 G6Pase(glucose-6-phophatase)는 주로 간과 신장에 분포하고, 마이크로솜에 존재하는 막부착 효소로, 당질대사에서 중요한 역할을 한다. G6Pase의 활성 증가는 포도당 불내성과 고인슐린혈증에 의한 것으로 밝혀져 있다. PEPCK(Phosphoenolpyruvate carboxykinase)는 당신생 과정에서 pyruvate가 oxaloacetate를 거쳐 PEP가 되는 과정에 관여하는 효소로, Mg^{2 +} 의존적이며 인산기 공여체 GTP를 필요로 하며, 이렇게 만들어진 PEP는 글루코오스로 전환된다. PEPCK는 당신생과정의 속도 조절 효소이다. 본 실험에서 간의 GK 활성도는 HEMC 보충군이 HF보다 유의적으로 높은 것을 보면 간의 GK는 공복이나 당뇨병일 경우에 그 활성도가 낮고, GK 의 활성 감소는 혈당을 상승시키는 요인이 되며, 인슐린 저항성과도 관계가 있다는 것과 관련지어 생각해보면, 고지방식이에 HEMC의 보충이 혈당 강하와 인슐린 저항성을 낮춰주는 역할을 함을 알 수 있으며, 높은 GK 활성도는 간의 글리코겐 축적을 증가시키는데, 상기 실험에서 역시 GK 활성도와 글리코겐 축적은 거의 비슷한 경향을 보였다. PEPCK 활성도는 HF군에 비해서는 시험물질 보충군이 활성도가 조금 더 낮았지만, 유의적으로 큰 차이를 보이지는 않았다.

따라서 고지방식이에 HEMC 보충은 당 대사 관련 효소인 GK의 활성을 증가시켜 high fat 식이로 높아진 혈당을 낮추고, 인슐린 저항성도 개선시켜 혈장의 인슐린 농도를 낮추고, 간의 글리코겐 함량을 높이는 역할을 함으로써 당질 대사를 개선하는 것으로 보이며, 이러한 당 대사 개선 효과는 HEMC의 점도가 높아짐에 따라 효과도 커지는 것으로 보인다.

통계분석

본 발명의 통계분석은 SPSS V 18.0(Statistical Package for the Social Sciences, Chicago, IL, USA)을 이용하여 ANOVA를 실시하였다. 측정값 사이의 유의성은 Duncan's multiple range test로 p<0.05 수준에서 검정하였다.

Claims (5)

1. 쌀가루에 난백 거품과 감미제, 조미제, 및 팽창제를 첨가하여 쌀 빵 반죽을 제조한 후 가열처리하여 제조되는 쌀 빵에 있어서, 쌀 빵 반죽 제조 시 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(hydroxy ethyl methyl cellulose)를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스는 물을 이용하여 0.5 내지 2.0 중량% 농도로 희석시키고 1 내지 48시간 동안 팽윤시킨 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스는 난백 거품에 대하여 25 내지 50 중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 혈당조절은 체내 글리코겐(glycogen) 및 인슐린(insulin) 농도를 증가시킴으로써 혈당강하 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 혈당조절용 쌀 빵.
   
5. 하기 단계들을 포함하는 혈당조절용 쌀 빵의 제조방법:
   a) 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(HEMC)를 물을 이용하여 0.5 내지 2.0 중량% 농도로 희석시키고 1 내지 48시간 동안 팽윤시켜 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(HEMC) 팽윤액을 제조하는 단계;
   b) 상기 히드록시 에틸 메틸셀룰로오스(HEMC) 팽윤액, 난백 및 설탕을 첨가하여 혼합하면서 거품을 안정화시키는 단계;
   c) 상기 b)단계의 혼합물에 쌀가루, 밀가루, 소금, 베이킹파우더를 넣고 쌀 빵 반죽을 제조하는 단계; 및
   d) 상기 쌀 빵 반죽을 휘핑한 후 가열처리하여 쌀 빵을 제조하는 단계.

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