KR20190117987A - 카카오 빈을 포함하는 쌀 압출성형물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물을 제공한다. 본 발명의 카카오 빈-쌀 압출성형물은 카카오 빈의 함량의 변화에 따라 특징적인 이화학적 특성을 나타내어, 카카오 빈 첨가가 쌀·카카오의 팽화 특성에 영향을 미치며, 카카오 빈의 총 페놀 함량은 로스팅과 압출성형에 의해 감소되지만, DPPH 라디컬 소거능은 로스팅을 하지 않고 압출성형하는 경우에 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 발명의 카카오 빈-쌀 압출성형물은 식품 분야에서 팽화 스낵 등의 식품 재료로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

카카오 빈을 포함하는 쌀 압출성형물{Rice extrudates comprising cacao beans}

본 발명은 쌀 압출성형물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 카카오 빈을 포함하는 쌀 압출성형물에 관한 것이다.

최근 자연 지향적 추세에 따라 천연물 유래의 각종 생리활성 물질들이 식품개발에 다양하게 이용되고 있다(1). 카카오(Theobroma cacao L.)는 벽오동나무과(Sterculiaceae)에 속하는 다년생 식물로 라틴 아메리카가 원산지이지만, 최근에는 적도의 남북 위도 20° 이내의 수림지역에서 광범위하게 재배되고 있다(2). 카카오 빈(cacao bean)은 형태학적으로 외피(shell or husk),내피(thin skin), 배유(cotyledon) 및 배아(germ)로 구성되어 있고, 산업적으로 이용되고 있는 것은 배유를 마쇄한 페이스트(paste) 상의 물질로 카카오 매스(cacao mass) 또는 카카오 액(cacao liquor)이라고 한다(3). 이 카카오 매스는 쉘(shell)이 탈각된 85% 정도로서 초콜릿, 초콜릿 음료 등의 원료로 가공되고 있으며(4), 초콜릿의 주성분으로 각종 기능성 식품 및 생리활성 소재로 널리 주목받고 있는 폴리페놀류가 매우 풍부하게 함유되어 있다(5). 페놀성 화합물은 항산화물질로서 다양한 구조와 분자량을 가지며, 폴리페놀성(polyphenolic) 화합물들의 분자 내 페놀성 히드록실(phenolic hydroxyl)기가 단백질 등과 결합하는 성질에 의해 항산화, 항암 및 항균 등의 다양한 생리활성을 나타낸다(6). 특히 Castillejo 등(7)은 변비 진단을 받은 소아 환자들에게 식이섬유가 풍부한 카카오 빈을 섭취시킨 그룹과 위약을 섭취시킨 대조군을 비교한 실험에서 카카오 빈에 있는 식이섬유가 변비 증상 완화에 효과가 있다고 하였다.

식품의 압출성형기술은 적당한 수분함량을 갖는 천연 고분자 물질이 압출성형기 내부의 높은 온도와 압력하에서 스크류의 회전과 가열에 의해 열반응과 성형이 동시에 발생하도록 함으로서 스낵, 아침편의식(8), 애완동물용 사료, 식물조직화단백질 제조(9, 10)등에 이용되고 있다. 또한 밀가루를 대체한 쌀과자 및 쌀빵, 쌀국수, 압출성형 쌀스낵 등의 제품들이 다수 개발되어 판매되고 있다(11, 12).

카카오에 대한 연구로는 카카오 내피로부터 분리한 충치 예방물질 연구(13), 카카오 용매분획물의 항산화 및 항염증연구(14), 발효, 건조, 로스팅을 하는 동안 코코아의 화학적 특성(15), 코코아 분말(cocoa powder)와 콘밀(cornmeal)을 이용한 압출성형(16) 등이 있었지만 부가가치를 높이기 위해 카카오를 첨가한 다양한 형태의 제품개발이 필요하다.

이에 본 연구는 밀가루에 비해 알레르기 유발 비율이 현저히 낮고 소화가 잘되며 필수아미노산 등 영양적인 측면에서 우수한 쌀(17, 18)과 항산화 활성이 높은 폴리페놀을 다량 함유하고 있는 카카오 빈의 영양 및 기능적 특성이 강화된 팽화스낵이나 제과, 제빵 등의 중간소재로 활용하여 보다 간편하고 다양한 식품으로 이용하기 위하여 카카오 빈 함량을 20, 40, 60%로 달리하여 압출성형하고 팽화특성 등의 물리적 특성과 DPPH 라디컬 소거능, 총 페놀 등의 항산화 활성의 변화를 조사하였다.

한국 공개특허 제10-2010-0101142호 (2010.09.16.) 한국 등록특허 제10-0917710호 (2009.09.09.) 한국 공개특허 제10-2013-0073212호 (2013.07.03)

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본 발명의 발명자들은 압출성형시에 쌀과 카카오 빈의 영양적 특성, 기능적 특성, 팽화 특성, DPPH 라디컬 소거능, 총 페놀 등의 항산화 활성의 변화에 대하여 연구하던 중, 특정 비율 및 조건의 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하는 경우에 DPPH 라디컬 소거능, 총 페놀 등의 항산화 활성이 높게 측정됨으로써 팽화 스낵 등의 식품 재료로서 유용하게 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따라, 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물이 제공된다.

일 구현예에서, 상기 카카오 빈은 20 ~ 60 중량%로 포함될 수 있고, 120 ~ 140 ℃로 열처리된 것일 수 있다.

일 구현예에서, 상기 압출성형은 쌍축 압출성형기를 사용하여 수행될 수 있으며, 스크루 직경 20.0 ~ 40.0 mm, 길이/직경의 비(L/D ratio) 20 ~ 25:1인 스크루를 사용하여 수행될 수 있다.

일 구현예에서, 상기 압출성형은 수분 함량 15 ~ 35%, 스크루 회전속도 100 ~ 300 rpm, 사출구 온도 120 ~ 140℃의 조건으로 수행될 수 있다.

본 발명에 의해, 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물에 있어서 카카오 빈의 함량의 변화에 따라 특징적인 이화학적 특성(밀도와 비길이, 겉보기 탄성계수, 파괴력, 수분용해지수, 수분흡착지수, 명도, 적색도, 황색도, 색도차, 페이스트 점도, 저온최고점도)을 나타내어, 카카오 빈 첨가가 쌀·카카오의 팽화 특성에 영향을 미치며, 카카오 빈의 총 페놀 함량은 로스팅과 압출성형에 의해 감소되지만, DPPH 라디컬 소거능은 로스팅을 하지 않고 압출성형하는 경우에 증가하는 것으로 확인되었다.

따라서, 본 발명의 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물은 식품 분야에서 팽화 스낵 등의 식품 재료로서 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 카카오 빈-쌀 압출성형물의 압출성형 공정에서 사용한 스크루 배열을 나타낸 것이다.
도 2는 카카오 빈-쌀 압출성형물의 페이스트 점도 곡선이다.
도 3은 카카오 빈-쌀 압출성형물의 횡단면의 기공 구조를 촬영한 주사 전자 현미경 사진(scanning electron micrograph)이다[(a) RC 20%, (b) RC 40%, (c) RC 60%, (d) NRC 20%, (e) NRC 40%, (f) NRC 60%, (g) 쌀 100%].

본 발명은 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 카카오 빈은 20 ~ 60 중량%, 바람직하게는 40 ~ 60 중량%, 더욱 바람직하게는 60 중량%로 포함될 수 있으며, 열처리하지 않고 사용하거나 120 ~ 140 ℃, 바람직하게는 125 ~ 135 ℃로 약 30분 동안 열처리하여 사용될 수 있다.

일 구현예에서, 상기 압출성형은 통상적으로 사용되는 압출성형기를 사용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 쌍축 압출성형기를 사용하여 수행될 수 있다. 압출성형기에는 스크루 직경 20.0 ~ 40.0 mm, 길이/직경의 비(L/D ratio) 20 ~ 25:1인 스크루를 사용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 스크루 직경 25.0 ~ 35.0 mm, 길이/직경의 비(L/D ratio) 22 ~ 24:1인 스크루를 사용하여 수행될 수 있다.

일 구현예에서, 상기 압출성형은 수분 함량 15 ~ 35%, 바람직하게는 18 ~ 22%, 스크루 회전속도 100 ~ 300 rpm, 바람직하게는 150 ~ 250 rpm, 사출구 온도 120 ~ 140℃, 바람직하게는 125 ~ 135 ℃의 조건으로 수행될 수 있다.

상기 공정으로 얻어진 카카오 빈-쌀 압출성형물은 카카오 빈의 함량의 변화에 따라 특징적인 이화학적 특성(밀도와 비길이, 겉보기 탄성계수, 파괴력, 수분용해지수, 수분흡착지수, 명도, 적색도, 황색도, 색도차, 페이스트 점도, 저온최고점도)을 나타내었다. 열처리하지 않은 카카오-빈의 경우에 총 페놀 함량과 DPPH 라디컬 소거능이 더 높은 것으로 나타났다. 요약하면, 카카오 빈 첨가가 쌀·카카오의 팽화 특성에 영향을 미치며, 카카오 빈의 총 페놀 함량은 로스팅과 압출성형에 의해 감소하였지만, DPPH 라디컬 소거능은 로스팅을 하지 않고 압출성형하는 경우에 증가하는 것으로 확인되었다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.

<실시예>

1. 재료 및 방법

(1) 재료

본 연구에 사용된 쌀은 신통정미소(Asan, Korea)에서 구입하였고, 카카오 빈은 초코동이(Suwon, Korea)에서 구입하여 130℃로 30분간 열처리한(roasted) 카카오 빈(RC)과 열처리하지 않은(non-roasted) 카카오 빈(NRC)으로 사용하였다.

쌀을 주재료로 RC, NRC를 각각 0, 20, 40, 60 중량%[RC 20%, RC 40%, RC 60%, NRC 20%, NRC 40%, NRC 60%]로 첨가하여 압출성형 시료로 사용하였으며, 쌀의 일반성분은 수분 10.92%, 조지방 0.58%, 조단백 5.37%, 조회분 0.38%, 탄수화물 82.75%이었으며, 카카오 빈의 일반성분은 수분 6.85%, 조지방 48.06%, 조단백 11.56%, 조회분 3.70%, 탄수화물 29.83%이었다.

(2) 압출성형

압출성형물의 제조에 사용된 압출성형기는 자체 제작한 실험용 쌍축 압출성형기(THK31T, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)를 사용하였으며 스크루 배열은 도 1과 같다. 스크루 직경은 30.0 mm이며 길이와 직경의 비(L/D ratio)는 23:1이었고, 사출구는 원형으로 직경이 3.0 mm인 것을 사용하였으며 원료 사입량은 100 g/min으로 고정하였다. 수분 함량은 25%, 스크루 회전속도는 200 rpm으로 고정하고 사출구 온도는 130℃로 각각 조절하였다. 제조된 압출성형물은 열풍건조기(DS-FCPO 250, Dongseo Sci. Co., Seoul, Korea)에서 50℃로 건조하여 물리적 특성 연구에 사용하였고, 가정용 분쇄기(SMKA-4000, PN Poongnyun Co., Ltd., Ansan, Korea)로 분쇄하여 50-70 mesh의 분말을 시료로 사용하여 화학적 특성을 측정하였다.

(3) 일반성분 분석

쌀가루와 카카오분말의 일반성분 분석은 AOAC법(19)에 따라 수분은 105℃ 상압건조법, 조지방은 속슬레(Soxhlet) 추출법, 조단백은 세미-마리크로-킬달(semi-micro-kjeldahl)법, 조회분은 직접회화법으로 정량하고 탄수화물함량은 100-(회분+조단백+조지방+수분)으로 계산하였다.

(4) 직경팽화율 및 비길이

직경팽화율(expantion ratio)은 캘리퍼스(CD-15C, Mitutoyo Co., Tokyo, Japan)로 10회 측정하여 사출구의 직경과 압출성형물 직경비의 평균값으로 산출하였고, 비길이(specific length)는 일정한 길이로 절단한 압출성형물의 단위 무게당 길이의 비로 10회 측정하여 평균값을 각각 계산식 1과 계산식 2로 계산하였다(20).

[계산식 1]

[계산식 2]

(5) 조각밀도

압출성형물의 조각밀도는 차조를 이용하여 종자치환법으로 총 10회 반복하여 평균값을 산출하였다. 즉 125 mL 계량컵을 사용하여 차조를 일정한 높이에서 떨어뜨려 가득 채우고 눈금자로 평평하게 한 다음 질량을 측정하여 차조 부피의 평균값을 구하였다. 위의 방법과 동일하게 압출성형물과 차조를 포함한 부피를 측정하여 압출성형물의 조각밀도를 계산식 3을 이용하여 계산한 후 평균값을 산출하였다(21).

[계산식 3]

(6) 겉보기탄성계수와 파괴력

압출성형물의 겉보기탄성계수와 파괴력은 유동계(Sun Rheometer, Compac-100Ⅱ, SunSci. Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 10회 측정하여 평균값을 산출하였다. 측정조건은 프로브 앵글 타입[probe angle type](65°), 최대응력 10 kg, 지지대 이동속도 60 mm/min, 지지대간의 거리 3 cm이었다. 측정치를 Ryu와 Ng(22)의 방법을 이용하여 겉보기탄성계수(Eapp)와 파괴력(Fbs)을 각각 계산식 4와 계산식 5로 계산하였다.

[계산식 4]

[계산식 5]

(7) 압출성형물의 미세구조

압출성형물을 2 mm길이로 잘라 12시간 건조한 뒤 백금으로 코팅 후 고분해능 주사전자현미경(MIRA LMH, Tescan, Brno, Czech)으로 가속전력 10kV에서 14배율로 관찰하였다.

(8) 수분흡착지수와 수분용해지수

압출성형물과 RAW의 수용성 성질을 분석하고자 AACC 방법(23)을 응용하여 건량기준의 시료 1 g에 증류수 25 mL를 가하여 30℃의 항온수조(BF-45SB, Biofree Co., Seoul, Korea)에서 30분간 교반한 후 원심분리기(H-1000-3, Hanil Science Industrial Co., Incheon, Korea)에서 3,000 rpm으로 30분간 원심분리 하였다. 상등액을 알루미늄접시에 부은 후 침전물의 무게를 측정하고, 알루미늄접시를 105℃ 열풍건조기(HB-502MP, Han Beak Co., Gyeonggi, Korea)에서 2시간 동안 건조한 뒤 상등액의 고형분 함량을 측정하여 수분흡착지수(water absorption index)와 수분용해지수(water solubility index)를 아래의 계산식 6과 계산식 7로 각각 계산하였다.

[계산식 6]

[계산식 7]

(9) 색도

RAW와 압출성형물을 분쇄한 시료를 색차계(Chroma Meter CO­300, Minolta Co. Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b) 값을 3회 측정한 평균값으로 나타내고 계산식 8로 색 변화도(color difference, △E) 값을 나타내었다. 표준 색판의 값은 L=93.05, a=-0.19, b=3.70 이었다.

[계산식 8]

(10) 페이스트 점도

압출성형물과 RAW의 페이스트 점도를 측정하기 위해 신속점도 측정기(RVA, Rapid viscosity analyser, RVA3D, Newport Scientific Inc., Narrabeen, Australia)를 사용하였다. 시료 3.5 g(14%, w.b.)을 알루미늄 캔에 넣은 후 증류수 25 mL를 가하고 유리막대를 이용하여 1차 교반한 후 페이스트 점도를 측정하였다.

신속점도측정기의 가열과 냉각조건은 초기온도 25℃에서 2분간 유지한 후 5분간 95℃로 가열 후 3분간 95℃로 유지하였으며, 5분간 25℃로 냉각하였다. 총 소요 시간은 20분이었으며 페달의 회전은 초기 시료의 분산을 증대시키기 위해 960 rpm으로 회전시킨 후 160 rpm에서 점도를 측정하였다(24).

도 2의 페이스트 점도 곡선으로부터 최고점도(peak viscosity, PV), 저온최고점도(cold peak viscosity, CPV), 최저점도(trough viscosity, TV), 최종점도(final viscosity, FV), 구조파괴점도(breakdown viscosity, BV) 등의 페이스트 점도 지표를 각각 구하였다.

(11) DPPH radical 소거 활성

RAW와 압출성형물의 DPPH 라디컬 소거 활성 실험은 Brand­Williams 등 (25)의 방법을 사용하였다. 시료 1 g을 80% 메탄올 10 mL에 넣고 2시간 동안 추출한 후 3,000 rpm으로 30분 동안 원심 분리하였다. 상등액 0.1 mL를 취하여 메탄올에 녹인 DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 시약 3.9 mL에 넣고 실온의 암실에서 30분 동안 반응시킨 후 분광광도계 515 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 공시험도 역시 같은 방법으로 시행하고 산출된 흡광도를 이용하여 하기 계산식 9에 대입하였다.

[계산식 9]

(12) 총 페놀함량

총 페놀성 화합물의 함량은 폴린-시오칼토(Folin­Ciocalteu) 비색법(26)에 따라 측정하였다. 즉 반응액 0.1 mL의 샘플용액에 10배 희석한 폴린-시오칼토 페놀 시약(Folin­Ciocalteu's phenol reagent, Sigma­Aldrich Co., St, Louis, MO, USA) 1.5 mL를 첨가하여 5분간 반응시킨 다음 6%의 Na₂CO₃ 1.5 mL를 첨가하여 상온의 암소에서 90분 동안 반응시켜 UV/Vis­spectrophotometer를 사용하여 725 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 갈산(Gallic acid)의 다양한 농도를 이용하여 작성한 검량선을 통해 페놀성 화합물을 계산하였다.

(13) 통계처리

결과의 통계처리는 SPSS(Statistical Package for the Social Science, version 23.0) 프로그램(IBM-SPSS, Thornwood, NY, USA)을 이용하여 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시한 후 유의적 차이가 있는 항목에 대해서 P<0.05 수준에서 그 결과를 Duncan's multiplerange test로 검정하였다.

2. 결과 및 고찰

(1) 카카오 빈 압출성형물의 팽화특성

일반적인 압출성형에서 물리적 특성(팽화율, 비길이, 조각밀도)은 압출성형물의 조직감, 소비자의 기호성 및 제품의 품질을 결정하는데 중요하다. 카카오 빈을 첨가한 압출성형물의 물리적 특성은 표 1과 같다.

압출성형물의 팽화는 압출성형기 내에서 원료가 고온, 고압의 상태에서 사출구를 통과할 때 압력의 차이로 인한 수분 증발이 용융물의 기포를 생성시켜 급격하게 팽화가 일어나게 된다(27). 압출성형물 RC 20% 첨가군의 팽화율이 3.89로 가장 높았으며, 압출성형한 쌀 100% 대조군의 팽화율은 3.82였고, 카카오 빈의 함량이 20, 40, 60%로 늘어날수록 RC 첨가군은 3.89, 2.64, 1.81로 감소하였고, NRC 첨가군은 3.70, 2.50, 1.71로 감소하였다.

비길이는 카카오 빈의 함량이 증가할수록 증가하는 경향을 보였으며, 쌀 100% 대조구가 2.74 cm/g으로 가장 낮았으며, RC군 60%가 7.15 cm/g으로 가장 높게 나타났다. 이는 밀과 옥수수가루를 이용한 130℃ 이상의 압출성형공정에서 직경팽화율이 증가하면 비길이는 감소하는 음의 상관관계를 갖는다고 보고한 Gu와 Ryu(28)의 결과와 일치하였다.

밀도는 카카오 빈의 함량이 증가할수록 증가하는 경향을 보였는데 RC 20% 첨가군이 0.17 g/cm³ 로 가장 낮았으며, NRC 60% 첨가군이 0.56 g/cm³ 로 가장 높았다. 쌀 100% 대조군은 0.31 g/cm³ 로 카카오 빈을 40% 첨가했을 때와 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 직경팽화율이 증가하면 체적밀도는 감소하는 연관성을 나타내었는데 이는 Gil 등(20)의 보고와 일치하였다.

(2) 겉보기 탄성계수와 파괴력

겉보기 탄성계수와 파괴력은 팽화율과 밀도, 기공구조에 영향을 받으며, 압출성형물의 품질을 결정하는데 중요하다(29). 카카오 빈을 첨가한 압출성형물의 겉보기 탄성계수와 파괴력은 표 1에 기재된 바와 같다. 카카오 빈의 함량이 증가할수록 겉보기 탄성계수는 증가하였다. RC 20% 첨가군과 NRC 20% 첨가군은 쌀 100% 대조군보다 낮은 겉보기 탄성계수를 나타내었으며, NRC 첨가군이 RC 첨가군보다 높은 겉보기 탄성계수를 나타내었다. 파괴력은 카카오 빈의 함량이 20, 40, 60%로 증가할수록 감소하였다. 쌀 100% 대조군이 60.09 N/cm² 로 RC, NRC 20% 첨가군보다 낮은 파괴력을 보였으며, 카카오 빈의 함량이 증가할수록 RC군이 62.20, 56.63, 34.14 N/cm² 으로 감소하였고, NRC군도 65.76, 48.30, 33.45 N/cm² 으로 감소하였다. Chinnaswamy와 Hanna(30)는 옥수수전분을 사용하여 사출구 온도 110-120℃의 압출성형공정을 이용한 실험에서 팽화율이 증가할수록 파괴력은 감소한다고 하였는데 본 실험에서는 지방이 많은 카카오 빈의 첨가로 인하여 전분의 양은 감소하고 지방의 양이 상대적으로 증가하면서 나타난 결과로 판단된다.

(3) 미세구조

카카오 빈을 함유한 쌀 압출성형물의 기공 구조를 도 3에 나타내었다. 이는 카카오 빈이 증가할수록 상대적으로 전분의 양은 감소하고 지방의 증가에 의해 압출성형물의 점도가 낮아져 기공의 크기는 작고 기공의 수는 증가하는 것으로 판단된다. 그러나 쌀 100% 대조군보다 높은 직경팽화율을 보인 카카오 빈 20% 첨가군의 경우 카카오 빈이 전분의 점도에 영향을 미쳐 쌀100% 대조군보다 균일한 크기의 기공을 보인 것으로 판단된다. 또한, 쌀 100% 대조군은 크기가 다양한 기공과 두꺼운 벽을 가졌다.

(4) 수분흡착지수와 수분용해지수

카카오 빈의 함량을 달리하여 제조한 압출성형물의 수분흡착지수(WAI)와 수분용해지수(WSI)를 하기 표 2에 나타내었다.

수분흡착지수(WAI)와 수분용해지수(WSI)는 호화도와 팽화율에 영향을 받으며 스낵 제품으로서 이들의 수치는 높을수록 좋은 품질로 인정된다(31). 압출성형 처리구의 WSI와 WAI는 무 처리구(RAW)에 비해 증가하였다. RAW의 WAI는 카카오 빈의 함량에 따라 큰 차이를 보이지 않았으나 압출성형물의 경우 쌀 100% 대조구가 2.99 g/g을 나타내었고, 카카오 빈의 함량이 20, 40 60%로 증가할수록 RC 군이 4.21, 3.83, 3.63, NRC 군이 4.06, 4.05, 3.43 g/g으로 감소하였다. WAI는 전분과 단백질의 수화를 나타내는 지표로서(32) 수분흡착지수의 증가 요인은 전분 용융물이 기계적 전단력이 취약해져 수분을 흡수하기 쉬운 기공이 많은 조직으로 변화되었기 때문으로 본 실험에서 카카오 빈의 함량이 증가할수록 상대적으로 감소한 전분의 양에 비례하여 감소하는 결과가 나타났다. WSI는 압출성형 하였을 때 RAW에 비해 크게 증가하는 값을 나타내었다. RAW에서는 쌀 100% 대조군이 가장 낮은 1.96%를 나타내었으며, 카카오 빈의 함량이 늘어날수록 RC군은 4.30, 6.08, 9.34%로 증가하였고, NRC군은 4.06, 5.70, 8.41로 증가하였다. 그와 반대로 압출처리구의 경우 카카오 빈의 함량이 증가할수록 감소하여 쌀 100% 대조구에서 62.09%의 가장 높은 수치를 나타내었고, 카카오 빈의 함량이 증가할수록 RC군은 41.65, 34.14, 23.86%, NRC군은 39.74, 36.27, 30.34%로 감소하였다. Tie 등(33)은 호화도가 증가할수록 WSI가 높은 값을 나타낸다고 보고하였으며, WSI는 전분분자의 붕괴에 의해 발생하는 수용성 물질의 양에 비례한다고 하였는데(34) 카카오 빈의 함량이 증가할수록 WSI 값이 감소한 것은 카카오 빈의 함량이 증가되면서 전분의 함량은 감소하고 지방의 양이 증가하여 나타난 것으로 판단된다.

(5) 색도

카카오의 함량을 달리한 쌀 압출성형물의 색도 L, a, b값을 하기 표 3에 나타내었다.

카카오 빈의 첨가량이 증가할수록 명도(L)가 감소하였으며 압출성형 처리구와 무 처리구(RAW) 모두에서 NRC군이 RC군보다 L값이 높았다. 압출성형 처리구가 RAW에 비해 낮은 L값을 나타내었으며 열처리(roasting)를 한 뒤 압출성형을 한 처리군에서 모두 낮은 L값을 보였는데 이는 팽화스낵 제조과정 중 발생하는 메일라이드 반응(Maillard reaction)과 열처리(roasting)에 의한 갈변반응이 원인인 것으로 판단되며 갈변반응은 일반적으로 온도가 높을수록 쉽게 일어나는 것으로 알려져 있다(21).

적색도(a)는 압출성형 처리구와 RAW 모두에서 쌀 100%가 가장 낮았고 압출성형 처리구의 NRC 40% 첨가군에서 가장 높은 11.6을 나타내었다. 카카오 빈의 함량이 증가할수록, RAW보다 압출성형 처리구가 높은 a값을 나타내었다.

황색도(b)는 RAW보다 압출성형 처리구가 높은 b값을 나타내었고 RAW의 경우 카카오 빈의 함량이 증가할수록 b값이 증가한데 비해 압출성형 처리구의 경우 카카오 빈의 함량이 증가할수록 낮은 b값을 나타내었다.

총 색도차는 RC, NRC군 모두 카카오 빈의 함량이 증가할수록 증가하였으며 RC군이 NRC군 보다 색도변화가 크게 일어났다. 팽화스낵 제조과정 중 유리 아미노기가 환원당과 결합하여 메일라이드 반응에 의해 전분이 갈색으로 변화하고 RC군의 경우 열처리(roasting) 과정 중 열을 한 번 더 가하여 갈변화가 증가된 것으로 판단된다.

(6) 페이스트 점도

신속점도 측정기(RVA)로 측정한 압출성형물과 무 처리군(RAW)의 페이스트 점도를 하기 표 4에 나타내었다.

카카오 빈을 첨가한 압출성형 처리군에서 최고점도, 최저점도, 구조 파괴점도, 최종점도, 회복점도가 RAW에 비해 현저히 낮게 나타났다. 압출성형 처리군과 RAW 모두 카카오 빈의 함량이 증가할수록 최고점도, 최저점도, 구조 파괴점도, 최종점도, 회복점도가 모두 감소하였다.

주목할 만한 것은 일반적으로 곡류 압출성형물의 페이스트 점도 곡선을 보면 50℃ 이하에서 저온최고점도(cold peak viscosity)가 나타나는데 이는 압출성형과정 중 곡류전분이 호화가 일어나 낮은 온도(25℃)에서 생전분과 다르게 물을 흡수하여 점도가 나타나기 때문으로 RAW의 RC 첨가군 20, 40, 60%에서 저온최고점도가 나타난 것은 카카오 빈의 열처리(roasting) 과정 중 카카오 빈 내부의 전분이 호화가 일어난 것으로 판단되며 열처리한 카카오 빈의 함량이 증가할수록 저온최고점도도 증가하였다. 압출성형 처리군에서는 RC, NRC군 모두 저온최고점도와 빠른 피크 타임(peak time)을 나타내었고, 카카오 빈의 함량이 증가할수록 감소하였다. 최저점도는 압출성형 처리군이 현저히 낮았고, RC, NRC군의 첨가에 따른 변화는 NRC군의 경우 현저히 낮게 나타났다.

구조 파괴점도는 최고점도와 최저점도의 차이로 호화과정 중 RVA의 패들(paddle)이 페이스트에 작용하는 물리적 힘에 의한 호화전분입자의 파괴와 전분사슬의 절단정도를 나타낸다(35). 쌀 100% 첨가 시 압출성형 처리구보다 RAW가 현저히 높게 나타났으며, 카카오 빈의 함량이 증가할수록 감소하였다.

최종점도와 회복점도는 쌀100%의 RAW가 가장 높았으며, 압출성형 처리구의 RC 60%, NRC 60% 첨가군은 최종점도와 회복점도 값이 나타나지 않았다. 노화도가 낮을수록 최종점도는 낮게 나타나는데 실험결과 카카오 빈의 함량이 증가했을 때 상대적으로 전분의 양은 감소하고 카카오 빈의 지방 성분이 아밀로오스와 결합하여 호화에 영향을 준 것으로 판단된다.

(7) DPPH 라디컬 소거능

카카오 빈을 첨가한 압출성형 처리구와 무 처리구(RAW)의 비교를 하기 표 5에 나타내었다.

압출성형물의 DPPH 라디컬 소거능은 NRC군을 첨가한 압출성형 처리구가 모든 조건에서 높았으며, RAW의 경우 RC 첨가군이 NRC 첨가군보다 높은 값을 나타내었다. 또한 압출성형 처리군과 RAW 모두 카카오 빈의 함량이 증가할수록 DPPH 라디컬 소거능이 증가하였다. Gu 등(29)은 110℃ 보다 고온인 130℃에서 압출성형한 삼종실이 DPPH 라디컬 소거능 측정 결과가 높았다고 보고했으며, Suh 등(36)은 커피의 생두에 비해 배전 후 원두의 DPPH 라디컬 소거능이 높았다고 보고하였다. 온도 증가로 인해 압출성형물에 함유되어 있는 단백질 펩타이드가 가수분해 되면서 항산화 활성능력도 비례하여 향상된 것으로 NRC를 첨가하여 압출성형 하였을 때 RAW보다 DPPH 라디컬 소거능이 높은 본 실험결과와 일치하였다. 원료 카카오 빈은 열과 압력이 동시에 가해지는 압출성형 공정에 의해 단백질 펩타이드의 가수분해가 증가하여 DPPH 라디컬 소거능이 증가하는 것으로 판단되며, 로스팅한 카카오 빈을 압출성형 하였을 때 DPPH 라디컬 소거능이 감소한 것은 반복된 열처리로 인하여 항산화기능이 있는 페놀(phenol)의 함량이 감소한 것으로 판단된다.

(8) 총 페놀 함량

페놀성 화합물은 항산화물질로서 다양한 구조와 분자량을 가지며 분자 내의 페놀성 히드록실(phenolic hydroxyl) 기가 단백질 등과 결합하는 성질에 의해 항산화와 항암, 항균 등의 다양한 생리활성을 나타낸다(6). 압출성형물과 무 처리구(RAW)의 총 페놀 함량은 표 5에 나타난 바와 같다. 압출성형 처리구와 RAW 모두 카카오 빈의 함량이 증가할수록 총 페놀 함량이 증가하였다. RAW의 RC 20% 첨가군이 NRC 20% 첨가군보다 높은 것을 제외하고 RAW와 압출성형물에서 NRC 첨가군이 RC 첨가군 보다 총 페놀함량이 높았다. Brito 등(15)은 카카오 빈의 생두보다 열처리하였을 때 총 페놀 함량이 감소한다고 하였다. 이는 카카오 빈 내의 단백질 및 다당류와 복합체를 이루는 페놀이 열처리에 의해 가수분해 되어 나타나는 것으로 RAW가 압출성형물 보다 높은 총 페놀 함량을 나타낸 본 실험과 일치하였다. RC 첨가군도 열처리의 영향으로 NRC 첨가군보다 페놀함량이 감소한 것으로 판단된다.

3. 요약

본 실험은 카카오 빈의 함량(0, 20, 40, 60%)을 달리하여 쌀가루와 압출성형물을 제조하여 물리화학적인 특성을 관찰하고자 하였다. 공정 조건은 수분함량 25%, 스쿠루 회전속도 200 rpm, 사출구온도 130℃로 조절하였다. 팽화율은 카카오 빈의 함량이 증가할수록 감소하였다. 밀도와 비길이, 겉보기 탄성계수는 카카오 빈의 함량이 증가함에 따라 증가하였고, 파괴력은 카카오 빈의 함량이 증가할수록 감소하였다. 수분용해지수와 수분흡착지수는 압출성형 공정 후 모두 증가하였다. 카카오 빈의 첨가량이 증가할수록 명도는 감소하였고, 적색도는 증가하였으며, 황색도는 무 처리구(RAW)에서 카카오 빈이 증가함에 따라 증가하였지만, 압출성형 공정 후 카카오 빈이 증가함에 따라 감소하였다. 색도차는 카카오 빈의 함량이 증가할수록 증가하였다. 페이스트 점도는 카카오 빈의 함량이 증가할수록 모든 조건에서 감소하였으며, 압출성형을 한 모든 실험군과 RAW의 RC 첨가군에서 저온최고점도(CPV)를 나타내어 낮은 온도에서도 점성을 나타내는 특성을 보였다. 총 페놀 함량은 NRC 첨가군이 RC 첨가군 보다 높았으며, DPPH 라디컬 소거능은 압출성형한 NRC 첨가군에서 가장 높게 나타났다. 결론적으로 카카오 빈 첨가가 쌀·카카오의 팽화 특성에 영향을 미치며, 카카오 빈의 총 페놀 함량은 로스팅과 압출성형에 의해 감소하였지만, DPPH 라디컬 소거능은 로스팅을 하지 않고 압출성형 하였을 때 증가하였다.

Claims (6)

1. 카카오 빈 및 쌀을 압출성형하여 제조된 카카오 빈-쌀 압출성형물.
2. 제1항에 있어서, 상기 카카오 빈이 20 ~ 60 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 카카오 빈-쌀 압출성형물.
3. 제1항에 있어서, 상기 카카오 빈이 120 ~ 140 ℃로 열처리된 것을 특징으로 하는 카카오 빈-쌀 압출성형물.
4. 제1항에 있어서, 상기 압출성형이 쌍축 압출성형기를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 카카오 빈-쌀 압출성형물.
5. 제1항에 있어서, 상기 압출성형이 스크루 직경 20.0 ~ 40.0 mm, 길이/직경의 비(L/D ratio) 20 ~ 25:1인 스크루를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 카카오 빈-쌀 압출성형물.
6. 제1항에 있어서, 상기 압출성형이 수분 함량 15 ~ 35%, 스크루 회전속도 100 ~ 300 rpm, 사출구 온도 120 ~ 140℃의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 카카오 빈-쌀 압출성형물.

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