The East Asian Society Of Dietary Life
[ Original ]
Journal of the East Asian Society of Dietary Life - Vol. 29, No. 3, pp.228-237
ISSN: 1225-6781 (Print) 2288-8802 (Online)
Print publication date 30 Jun 2019
Received 08 Apr 2019 Revised 18 Jun 2019 Accepted 19 Jun 2019
DOI: https://doi.org/10.17495/easdl.2019.6.29.3.228

타가토스, 알룰로스, 과당으로 설탕을 대체하여 제조한 파운드 케이크의 이화학적 특성 연구

황자영1 ; 이선미2,
1동남보건대학교 식품영양학과
2대전대학교 식품영양학과
Studies on the Physicochemical Properties of Pound Cakes Made by Substituting Tagatose, Allulose and Fructose for Sucrose
Ja Young Hwang1 ; Sun Mee Lee2,
1Dept. of Food and Nutrition, Dongnam Health University, Suwon 16328, Republic of Korea
2Dept. of Food and Nutrition, Daejeon University, Daejeon 34520, Republic of Korea

Correspondence to: Sun Mee Lee, Tel: +82-42-280-2477, Fax:+82-42-280-2468, E-mail: sweet@dju.kr

Abstract

This study determined the physicochemical properties of pound cakes made with using sucrose and using combinations of these sugars: 1) sucrose 100% (SU), 2) sucrose:tagatose (1:1 (w/w)) (TA), 3) sucrose:allulose (1:1 (w/w)) (AL) and 4) sucrose:fructose (1:1 (w/w)) (FR). The specific volume (SV), baking loss rate, and color of cakes were measured. We also conducted sensory evaluation (taste, color, hardness, etc.) and moisture content and changes of texture were measured during storage. The SV of the cakes was the highest in the SU cakes and the SV was the lowest in the AL cakes. The baking loss rate did not significantly vary depending on the types of sugar. The moisture content decreased in all experimental groups throughout the storage period. When comparing the moisture contents of pound cakes on the day 0, the SU cakes were significantly lower than other samples, but there were no significant differences among the TA, AL and FR cakes. L values of the crust and crumb were significantly higher in the SU cakes and significantly lower in the TA cakes as compared to that of the other groups of cakes, so the Maillard reaction occurred more in the TA cakes. a value of the TA cakes was the highest, and so the crumbs of the TA cakes appeared tinged with red. On the texture profile analysis, hardness, chewiness and fracturability increased and springiness and cohesiveness decreased during storage for all the groups of cakes. The FR cakes were significantly softer than the other groups of cakes. All the other textural properties except hardness were not significantly different among the groups of cakes. On the sensory evaluation, the TA group was seemed to be the darkest, and the FR group showed the highest moistness and overall acceptability. The SU and AL groups of cakes showed no significant differences in overall acceptability. In conclusion, it is thought that the replacement of sugar with a different functional sugar (allulose) by 50% can be applicable for baking cakes, so we can provide low calorie pound cakes with reduced health risks. Tagatose accelerated the browning reaction, so allulose is considered more suitable for baking than tagatose.

Keywords:

pound cake, tagatose, allulose, fructose, texture profile analysis

서 론

케이크(cake)의 정의는 여러 가지이지만 일반적으로 설탕, 지방, 달걀, 수분의 함량이 높으며, 박력분으로 만든 달콤한 구운 제품을 말한다. 잘 만들어진 제품은 볼륨이 크고 내부에 큰 구멍이 없이 미세한 많은 작은 기공을 가지고 있다. 대표적 종류 중 하나인 파운드 케이크는 원래 밀가루, 설탕, 버터, 달걀을 각각 1 파운드씩 넣어 만들던 데서 명명되었으며, 여러 단계로 이루어진 크림법으로 제조된다. 현재에 와서는 비율이 약간 변형되고 화학적 팽창제가 첨가되어 제조된다(Miller R 2016).

파운드 케이크 제조 시 다량 첨가되는 설탕은 비환원성의 이당류로 케이크 제조 시 가장 일반적으로 사용되며 단맛을 나타내는 것 외에, 반죽 시 크리밍 단계에서 연마효과(abrasive effect)를 나타내어 지방구를 작게 부수는 역할을 한다. 또한 글루텐 단백질과 물에 대해 서로 경쟁하여 케이크 반죽의 글루텐 형성을 방해한다(Wilderjans E 등 2013). 그 외에도 베이킹 시 전분의 호화, 달걀 단백질의 변성 온도에 영향을 끼쳐 오븐 라이즈(oven rise), 케이크의 구조 고정이나 붕괴 등에 영향을 끼친다(Delcour JA 등 2010). 2008∼2011년 국민건강영양조사 자료를 이용한 한국인의 총 당류 섭취실태 평가에 의하면, 우리 국민의 총 당류 섭취량은 1인 1일 평균 61.4 g이었다. 빵류는 설탕과 음료 종류에 이어 네 번째로 당 섭취량이 많은 가공 식품이었으며, 이로부터 평균 3.2 g의 당이 섭취되고 있다(Lee HS 등 2014). 케이크 제조 시 설탕은 천연 재료로써 단맛을 나타내고, 여러 가지 기능을 부여하지만 혈당지수(Glycemic index)가 높으며, 비만을 일으켜 고지혈증, 당뇨, 심혈관계 질환 등을 나타나게 하고 충치를 유발하는 등 해로운 점이 많아 건강을 위하여 다른 대체당을 제과제빵에 이용하는 연구가 많이 이루어지고 있다. 당알코올첨가 스폰지 케이크의 품질특성(Lee JK & Oh MS 2010), 설탕 대체 팔라티노스의 제과 적용 가능성(Kim HU 등 2014), 하수오 머핀 제조 시 당 종류가 품질에 미치는 영향(Park GS 등 2011), 타가토스와 에리스리톨로 제조한 다쿠아즈의 물리화학적 특성 연구(Lee NR 등 2017), 소비톨 첨가 시폰 케이크의 품질 특성 연구(Song YN & Han JA 2015), 사카린을 첨가한 머핀의 품질특성(Kim E & Lee KS 2015), 설탕과 타가토스를 사용하여 제조한 머핀의 저장기간에 따른 물리적 특성 연구(Hwang JY 등 2015), 알룰로스를 첨가하여 제조한 머핀의 특성 연구(Hwang JY & Lee SM 2018), 스테비아잎 분말로 설탕을 대체한 카스텔라의 품질특성(Choi SN 등 2013) 등의 연구가 있다.

과당은 단당류로 과일이나 꿀에 많이 존재하며 포도당과 결합하여 설탕의 구성성분이 된다. 자연에 존재하는 당 중에 가장 달고 혈당지수가 설탕보다 낮아 종종 당뇨환자에게 권장된다. 산업적으로는 전분을 분해하여 포도당을 얻고 이를 이성질화하여 제조한다(Singh RS 등 2007).

국내에서 비교적 최근에 대량 생산되어 판매되고 있는 설탕 대체재 중에 타가토스(tagatose)와 알룰로스(allulose)가 있다. 타가토스와 알룰로스는 과당의 이성질체로 그 구조는 Fig. 1(Noronha JC (2017)에 나타내었다. 타가토스는 과당의 C-4 epimer이며 설탕과 비슷한 조직감을 나타내고 단맛의 강도는 설탕의 92%로 거의 비슷하나 열량은 1.5 kcal/g 으로 설탕의 약 38% 수준이다. 2001년 WHO/FDA에서 Generally Recognized As Safe(GRAS)로 승인받아 새로운 저칼로리 감미료로 사용되어 왔다(Levin GV 2002). 설탕은 혈당지수가 68인데 비해 타가토스는 3으로 매우 낮으며, 혈당 상승 억제작용이 있고 섭취 후에도 혈당이나 인슐린 분비에 영향을 주지 않아 당뇨병 환자에게 도움을 주며(Donner TW 등 1996) 또한 충치를 잘 일으키지 않는다. 타가토스는 가공이나 저장시 안정하여 사탕, 음료수, 추잉검, 빙과류 등에 사용되고 있으며(FAO 2004), 베이킹에 사용 시 Maillard 반응을 강하게 일으켜 짙은 갈색과 풍미를 부여한다. 약간의 쓴 뒷맛이 있어 고강도 감미료와 함께 사용되기도 한다(Wikipedia, 2018).

Fig. 1.

Structure of sucrose, fructose, tagatose and allulose

알룰로스(allulose)는 무화과나 건포도와 같은 몇몇 과일에 자연적으로 존재하는 단당류이며 과당의 C-3 epimer이다(Fig. 1). 체내에서 흡수되지만 거의 대사되지 않아 열량은 0.2 kcal/g으로 설탕 대비 95% 낮은 거의 칼로리가 없는 감미료이며 단맛은 설탕의 70%를 나타낸다. 2014년 미국 FDA에서 GRAS로 승인받았다. 과자, 빵류나 음료수, 아이스크림, 소스, 잼이나 젤리 등에 사용될 수 있다(Calorie control council, 2019). 현재까지 알룰로스에 대한 연구는 주로 생산방법(Chen X 등 2017, Men Y 등 2014, Park CS 등 2016)이나 생리적 효과에 관한 것들(Kim SE 등 2017, Hossain MA 등 2011)이 일부 있을 뿐 식품에 적용하여 특성을 살펴 본 연구는 많지 않다.

본 연구에서는 설탕과 유사한 조직감을 갖고 감미도도 상대적으로 높으며 칼로리 섭취 감소와 혈당 조절 기능이 있는 타가토스와 알룰로스, 그리고 이들과 epimer 관계인 과당을 파운드 케이크 제조 시 설탕을 대체하여 첨가하고, 케이크의 이화학적인 특성을 비교하고 관능검사를 실시하여 설탕 대체 가능성을 알아보았다.


재료 및 방법

1. 실험재료

파운드 케이크 제조 시 사용된 재료는 박력분 밀가루(Qone, Samyangsa, Asan, Korea), 설탕(CJ Cheiljedang, Incheon, Korea), 타가토스(CJ Cheiljedang, Incheon, Korea), 알룰로스(CJ Cheiljedang, Incheon, Korea), 결정과당(CJ Cheiljedang, Incheon, Korea), 무가염 버터(Seoulmilk, Yangju, Korea), 베이킹 파우더(Kwang Il, Asan, Korea), 소금(Chungjungwon, Shinan, Korea), 달걀(지역 마트에서 구입), 그리고 종이 파운드 케이크 틀(65 mm(w) × 185 mm(L) × 50 mm(H), 700 cc, Temma, Osaka, Japan)이었다.

2. 실험방법

1) 파운드 케이크의 제조 및 저장

반죽의 배합비는 Table 1과 같았다. 설탕을 대체하여 첨가한 타가토스, 알룰로스, 결정과당의 양은 예비시험을 통하여 50%로 정하였다. 구입한 알룰로스는 함량이 92%이고 설탕이 약 8% 함유되어 있으므로 이를 고려하여 최종적으로 설탕의 50%를 대체하도록 첨가하였다. 파운드 케이크는 Kim NY(2011)의 방법을 변형하여 제조하였고 크림법으로 Fig. 2과 같이 반죽을 만들었다. 먼저, 버터를 볼에 넣고 반죽기(NVM-12-3P, DaeYung Bakery Machinery Ind. Co. Ltd, Korea)로 1단에서 1분간 풀어 주고 소금과 설탕을 넣은 뒤 3단에서 3분간 크리밍 하였다. 계속 믹싱을 하면서 반죽이 분리되는 것을 막기 위하여 별도의 그릇에 풀어 놓은 달걀을 10분간 5회에 걸쳐 크림화 된 버터에 첨가하였다. 볼을 반죽기에서 분리하고 체 친 밀가루와 베이킹파우더를 넣었다. 물을 붓고 가루가 보이지 않을 때까지 50회 주걱으로 섞었다. 완성된 반죽을 파운드 케이크 틀에 약 360 g씩 담고 위 불 180℃와 아래 불 160℃로 예열시킨 오븐(FDO-7102E, DaeYung Bakery Machinery Ind. Co., Ltd, Korea)에 넣고 40분간 구웠다. 골고루 익히기 위하여 오븐에 넣고 20분 후에 180도로 케이크 틀을 회전시켰다. 다 구운 후 꺼내어 식힘망 위에 놓고 25℃에서 2시간 방냉 후 실험재료로 사용하였다. 저장실험을 위한 시료는 지퍼백에 밀봉하여 20℃로 세팅된 저온 항온기(LTI-1200, EYELA, Tokyo, Japan)에 7일간 보관하면서 0일, 1일, 3일, 7일에 분석을 실시하였다. 모든 실험은 3회 이상 반복하였다.

Ingredients of pound cakes with different sugars

Fig. 2.

Making process of pound cakes with different sugars

2) 반죽의 비용적과 케이크의 비용적, 굽기 손실률 측정

반죽의 비용적(Specific volume)은 반죽을 컵에 담고 무게를 측정한 후 부피로 나누어 구하였다. 케이크의 부피는 종자치환법(AACC, 1983)을 이용하여 측정하였다. 파운드 케이크의 굽기 손실률(Baking loss rate)은 반죽의 무게와 케이크의 무게를 이용하여 다음과 같이 구하였다.

(Baking loss rate)(%) =    ×100
3) 수분함량 측정

제조한 파운드 케이크의 수분함량은 케이크 내부의 높이와 길이의 중심부에서 시료 약 3 g을 취하여 AOAC 법(2000)에 따라 105℃의 건조 오븐(HY-8000S, Chang Shin Scientific Co. Seoul, Korea)에서 상압가열 건조법으로 측정하였다.

4) 색도 측정

파운드 케이크의 갈색 윗면(crust)과 내부(crumb)의 색도는 색차계(CR 2500d, Minolta, Tokyo, Japan)를 사용하여 L(lightness), a(redness), b(yellowness) 값을 각각 3번씩 측정하여 그 평균값으로 나타내었으며, 이 때 사용된 표준 백색판의 L 값은 93.00, a 값은 -2.11, b 값은 1.85이었다.

5) 조직감 측정

당의 종류에 따른 파운드 케이크의 저장기간별 텍스쳐 특성을 알아보기 위하여 Texture Profile Analysis를 실시하였다. 파운드 케이크 중앙부위를 35 × 35 × 35 mm로 잘라 Rheometer(Compac-100, Sun Sci. Co. Ltd, Tokyo, Japan)를 이용하여 경도(hardness), 응집성(cohesiveness), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness), 부서짐성(fracturability)을 측정하였다. 측정조건은 Table 2와 같았다.

Operation condition of rheometer for texture profile analysis of pound cakes

6) 관능검사

당의 종류에 따른 파운드 케이크에 대한 관능검사는 제조후 한 시간 실온에서 식힌 시료에 대하여 대학의 식품영양학전공 학생 중 희망자 20명을 대상으로 하였으며 이때 남학생은 4명, 여학생은 16명이었다. 4명의 준비요원이 시료의 케이크 가장 자리 양쪽 3 cm 부분은 제외하고 중앙부분을 1.5cm 폭으로 잘라 한 조각씩 흰색 사각 종이접시에 나란히 담고 입가심용 물과 함께 제공하였다. 시료의 번호는 난수표를 이용하여 세 자리 숫자로 표시하였다. 시료의 위치는 균등하게 배치되도록 하였고 왼쪽부터 맛을 보고 평가하도록 하였다. 케이크 내·외부의 갈변도(약하다(1점)∼강하다(9점)). 매끄러운 정도(매끄럽다(1점)∼거칠다(9점)), 촉촉한 정도(건조하다(1점)∼촉촉하다(9점)), 단단한 정도(부드럽다(1점)∼단단하다(9점)), 단맛의 기호도(나쁘다(1점)∼좋다(9점)), 전체적인 기호도(나쁘다(1점)∼좋다(9점))를 9점 척도를 이용하여 측정하였다.

7) 통계처리

실험결과는 SPSS(Statistics Package for the Social Science, Ver. 22.0 for Window, Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 p<0.05 수준에서 일원배치 분산분석(ANOVA)을 하였으며, Duncan's multiple range test(p<0.05)로 시료간의 차이검증을 실시하였다.


결과 및 고찰

1. 반죽의 비용적 및 케이크의 비용적, 굽기 손실률

당의 종류를 달리하여 만든 케이크의 물리적 특성을 분석하기 위해 케이크의 비용적(Specific volume), 굽기 손실률(Baking loss rate) 및 반죽의 비용적을 분석하였고 그 결과는 Table 3과 같았다.

Baking properties of pound cakes prepared with different sugars

케이크 반죽의 비용적은 설탕을 첨가하였을 때 유의적으로 낮게 나타났으며 과당 첨가 반죽의 비용적이 유의적으로 높게 분석되었다. O’Charoen S 등(2014)은 설탕과 알룰로스, 타가토스를 이용하여 머랭을 제조하였을 때 알룰로스와 타가토스를 첨가한 머랭의 거품 형성능력이 설탕 첨가군보다 더 높다고 하여 알룰로스와 타가토스의 거품형성 능력으로 인해 부피가 커져 비용적이 커진 결과로 나타냈다고 생각된다.

케이크의 비용적은 설탕 첨가군인 SU가 가장 높고 알룰로스 첨가군인 AL이 가장 낮게 나타났다. Hwang YK 등(2014)은 타가토스를 첨가한 머핀의 품질특성에서 설탕 첨가 머핀의 비용적이 타가토스 첨가 머핀보다 낮았다고 보고하여 본 연구와 유사한 경향을 나타내었다. Kim CS(1994)는 케이크에서 당은 글루텐의 형성을 방해하여 질감을 부드럽게 하고 기포의 형성은 어렵게하나 안정성을 높여주며 전분의 호화온도를 높인다고 하였다. 이에 본 연구에서 설탕보다 대체당들의 경우 기포의 형성능력은 높여 반죽의 비용적은 높게 나타나지만 설탕에 비해 안정성이 낮으므로 케이크의 팽창은 설탕보다 적어 반죽의 비용적은 낮은 것으로 생각된다.

굽기 손실률은 당의 종류에 따라 유의적인 차이가 나타나지 않았다. Hwang JY & Lee SM(2018)은 알룰로스의 함량을 달리하여 제조한 머핀에 있어서 설탕 첨가 머핀과 알룰로스 첨가 머핀 사이에 굽기 손실률에 유의적인 차이가 없다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다.

2. 수분함량

당의 종류를 달리하여 제조한 케이크를 20℃ 항온기에 저장하면서 저장기간에 따른 수분함량 변화를 측정하였으며, 그 결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 수분 함량은 저장기간이 증가함에 따라 모든 실험군에서 감소하는 경향을 나타내었다. 저장기간에 따른 당의 종류별 수분함량을 비교해보면 저장 0일째 SU의 수분함량이 다른 당첨가군에 비해 유의적으로 낮게 분석되었고 TA, AL과 FR 사이에는 유의적 차이가 나타나지 않았다. 저장 7일까지도 SU의 수분함량이 가장 낮게 분석되었으며 다른 당 첨가군 사이에는 유의적 차이는 나타나지 않았다. Kang SA 등(2014)은 설탕과 타가토스를 이용하여 쉘초콜릿을 만들었을 때 타가토스 첨가군이 설탕 첨가군보다 유의적으로 수분함량이 높게 분석되었다고 보고하여 본 연구와 유사한 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 타가토스의 이화학적 특성을 분석한 Roh HJ 등(1999)의 연구 결과에서처럼 타가토스의 흡습성이 설탕보다 높기 때문으로 생각된다. Kim YH 등(2016)은 알룰로스가 과당의 이성질체로 과당의 높은 흡습성, 용해도, 수분활성도 등의 이화학적 특성이 매우 유사한 특성을 갖는다고 하였다. 이에 FR의 수분함량이 높은 것은 과당의 흡습성이 높은 것으로 기인한 것이며 과당과 유사한 이화학적 특성을 갖는 알룰로스 역시 흡습성이 높아 AL의 수분함량이 SU보다 높은 것으로 사료된다.

Moisture contents of cakes prepared with different sugars

3. 색도

당의 종류를 달리하여 제조한 케이크의 색도는 외부의 상층부분과 내부 중심부분으로 나누어 측정하였으며, 그 결과는 Table 5와 같다. 케이크 외부 상층부에서 명도를 나타내는 L 값은 SU에서 유의적으로 높았고 TA에서 유의적으로 낮게 분석되었다. 케이크의 내부 역시 SU가 유의적으로 높고 TA가 유의적으로 낮게 분석되었다 적색도를 나타내는 a값은 상층부에서는 TA와 AL에서 유의적으로 높게 나타났으며 SU에서 유의적으로 낮았다. 내부는 TA가 유의적으로 높고 SU에서 가장 낮게 분석되었다. 황색도를 나타내는 b 값은 상층부에서는 SU의 값이 가장 크고 나머지 당의 값은 낮게 분석되었다. 내부의 b 값은 SU에서 가장 낮았고 TA에서 가장 높게 분석되었다. Roh HJ 등(1999)은 타가토스는 154℃ 이상의 고온에서 갈변화가 진행된다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. Young M 등(2016)은 알룰로스를 이용하여 쿠키를 제조하였을 때 알룰로스와 과당을 첨가한 쿠키가 더 짙은 색깔을 나타내었다고 하여 본 연구와 같은 결과를 나타내었다. Baek SH 등(2008)은 당의 종류에 따른 메일라드 반응을 분석하였는데 설탕에 비해 타가토스, 알룰로스, 과당의 메일라드 반응이 더 크게 나타났으며 100℃에서 5시간 동안 관찰한 결과 타가토스의 갈변이 가장 높게 나타났으며 과당과 알룰로스가 유사하였고 설탕이 가장 낮게 나타나 본 연구 결과와 유사한 결과를 나타내었다. O’Charoen S 등(2014)은 설탕과 대체당을 이용해서 머랭 쿠키를 제조하였을 때 설탕의 b 값이 가장 낮고 과당, 알룰로스, 타가토스의 b 값이 높게 분석되어 이 역시 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 이는 설탕의 경우 구조에서 케톤기나 알데히드기가 없으므로 ketose에 속하는 과당, 알룰로스, 타가토스에 비해 갈변반응에 대한 영향이 크지 않기 때문으로 생각된다. 각 파운드 케이크의 내부 단면의 모습은 Fig. 3과 같다.

Hunter’s color values of cakes prepared with different sugars

Fig. 3.

Cross-sections of pound cakes with different sugarsSU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.

4. 조직감

당의 종류를 달리하여 제조한 케이크의 경도(hardness), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness), 부서짐성(fracturability)를 측정한 결과는 Table 6과 같다.

Texture profile analysis of cakes prepared with different sugars

경도는 저장 기간에 따라 모든 실험군에서 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다. 저장 0일째 FR의 경도가 유의적으로 가장 낮았으며 SU, TA, AL의 경도가 유의적으로 높았다. 수치적으로 SU가 두 번째로 낮았으나 유의적인 차이가 있지는 않았다. 저장 1일째는 SU와 FR의 경도가 유의적으로 낮고 TA와 AL이 높게 분석되었다. 저장 7일째 역시 SU와 FR의 경도가 더 낮았으나 저장 기간에 따라 당의 종류에 따른 차이는 감소하는 경향을 나타내었다. Hwang JY 등(2015)은 타가토스와 설탕을 첨가한 머핀의 특성을 분석하였는데 경도가 저장 기간에 따라 유의적으로 증가하여 본 연구 결과와 유사하게 분석되었다. 또 Taylor TP 등(2008)은 타가토스와 설탕을 첨가한 쿠키에 있어 타가토스 첨가 쿠키의 경도가 더 높다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하게 나타났다. Lee JK & Oh MS(2010)는 당의 종류를 달리하여 케이크를 만들었을 때 케이크의 비용적이 작은 경우 케이크이 기공이 조밀하고 딱딱하다고 하였다. 본 연구에서도 TA의 비용적이 낮게 분석되어 이러한 낮은 비용적으로 인해 조직이 단단해진 것으로 생각된다. 탄력성은 저장 0일째 모든 실험군에서 가장 높았으며 1일째 감소하여 7일째까지 유의적인 변화는 나타나지 않았다. 또한, 당의 종류에 따른 유의적 차이도 나타나지 않았다. 응집성은 전체적으로 저장 0일째 가장 높고 저장하면서 감소하는 경향을 보였고 당의 종류에 따른 차이도 거의 나타나지 않았다. 씹힘성은 저장기간에 따라 커지는 경향을 나타내었다. FR의 씹힘성이 유의적으로 낮았고 이러한 경향은 저장 7일째에도 유사하게 나타났다. 부서짐성은 저장기간에 따라 커지는 경향을 나타냈으며 AL과 FR의 부서짐성은 저장 7일째 유의적으로 높게 분석되었다. 그러나 부서짐성은 당의 종류에 따른 유의적 차이는 거의 나타나지 않았다. 조직감의 경우 저장기간에 따른 차이는 관찰되었으나 경도를 제외하면 당의 종류에 따른 유의적 차이는 거의 나타나지 않았다.

5. 관능검사

당의 종류를 달리하여 제조한 케이크의 관능검사 결과는 Table 7과 같다. 껍질과 내부의 갈변도는 껍질과 내부 모두 TA가 가장 높게 나타났다. Young M 등(2016)은 설탕, 과당, 알룰로스, 타가토스 등 당의 쿠키에 대한 적용가능성을 분석하였는데 타가토스의 경우 환원당으로 메일라드 반응이 쉽게 많이 일어나 갈변도가 높다고 분석하였다. 본 관능검사결과에서 TA가 껍질과 내부의 갈색정도가 가장 높게 나타난 것 역시 타가토스가 다른 당들에 비해 Maillard 반응을 통한 갈변에 더 큰 영향을 끼친 때문으로 생각되어진다. 케이크를 씹었을 때 조직감의 경우 FR이 가장 낮게 평가되었다. 촉촉한 정도는 FR이 가장 높고 다른 당들 사이에서는 유의적 차이를 나타내지 않았다. 이는 수분함량 분석에서 SU의 수분함량이 유의적으로 낮고 다른 당들 사이에 유의적 차이를 나타내지 않은 것과는 다른 양상을 나타내, 촉촉함을 판단하는 관능적 특성은 수분함량 이외의 요소가 영향을 미치는 것으로 분석되었다. Song ES 등(2002)은 말토덱스트린을 첨가하여 제조한 케이크에서 지방대체물의 혼합비율이 케이크의 조직감에 영향을 준다고 분석하였다. 경도의 경우 FR이 가장 부드러운 것으로 분석되었고 TA가 가장 단단한 것으로 평가되었다. 이는 TPA 분석에서 경도가 FR이 가장 낮게 분석된 것과 유사한 양상을 나타내었다. 단맛 기호도의 경우 FR이 단맛의 기호도에서는 가장 높게 평가되었고 다른 당들 사이에서는 유의적 차이를 나타내지 않았다. 단맛의 관능적 기호도는 단순히 당의 감미도와 일치하지는 않는 것으로 분석되었다. 종합적 기호도는 FR이 가장 높았으며 AL과 SU가 유사하게 나타났고 TA가 가장 낮게 나타났다.

Sensory evaluation of cakes prepared with different sugars


요약 및 결론

설탕을 대체하여 타가토스, 알룰로스, 과당을 첨가한 케이크의 물리화학적 특성을 살펴보았다. 케이크의 비용적은 설탕 첨가군이 가장 높고 알룰로스 첨가군이 가장 낮게 분석되었다.

굽기 손실률은 당의 종류에 따라 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 수분 함량은 저장기간이 증가함에 따라 모든 실험군에서 감소하는 경향을 나타내었다. 당의 종류별 수분함량을 비교해보면 SU(설탕 첨가군)의 수분함량이 다른 당첨가군에 비해 유의적으로 낮게 분석되었고 TA(타가토스 대체군), AL(알룰로스 대체군), FR(과당대체군) 사이에는 유의적 차이가 나타나지 않았다. 케이크 외부 상층부와 내부에서 L값은 SU에서 유의적으로 높았고 TA에서 유의적으로 낮게 분석되었다. a 값은 상층부에서는 TA와 AL에서 유의적으로 높게 나타났으며 SU에서 유의적으로 낮았다. 내부는 TA가유의적으로 높고 SU에서 가장 낮게 분석되었다. 황색도를 나타내는 b 값은 상층부에서는 SU의 값이 가장 컸다. 내부의 b 값은 SU에서 가장 낮았고 TA에서 가장 높게 분석되었다. 조직감의 경우 경도, 씹힘성, 부서짐성은 저장기간에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며 탄력성과 응집성은 감소하였다. 당의 종류에 따른 조직감의 차이는 경도는 FR이 유의적으로 가장 낮았으며 SU, TA, AL의 경도가 유의적으로 높았다. 그러나 경도를 제외하면 당의 종류에 따른 조직감의 유의적 차이는 거의 나타나지 않았다. 관능평가의 경우 껍질과 내부의 갈색정도가 타가토스 대체 시 가장 높게 나타났으며, 조직감과 단단한 정도는 FR이 유의적으로 부드럽게 분석되었고, 촉촉한 정도 역시 FR이 유의적으로 높게 나타났다. 그러나 SU, AL, TA는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 전체적 기호도 역시 FR이 가장 높았으며 SU와 AL은 유의적 차이가 없었고 TA가 가장 낮게 나타났다. 결론적으로 설탕을 대체하여 알룰로스와 타가토스를 50%까지 대체하여 사용할 수 있을 것으로 생각되며 다만 타가토스의 경우 갈변도가 가장 높아 색 및 전체적 기호도에 대한 부분을 고려하면 알룰로스가 더 적합한 대체 감미료로 생각된다. 알룰로스의 경우 칼로리가 거의 0에 가까우므로 이를 이용한다면 저칼로리 다이어트 케이크를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

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Fig. 1.

Fig. 1.
Structure of sucrose, fructose, tagatose and allulose

Fig. 2.

Fig. 2.
Making process of pound cakes with different sugars

Fig. 3.

Fig. 3.
Cross-sections of pound cakes with different sugarsSU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.

Table 1.

Ingredients of pound cakes with different sugars

Ingredients (g) Sample1)
SU TA AL FR
1) SU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.
Wheat flour 1,000 1,000 1,000 1,000
Sucrose 800 400 400 400
Tagatose 0 400 0 0
Allulose 0 0 400 0
Fructose 0 0 0 400
Egg 800 800 800 800
Butter 800 800 800 800
Baking powder 20 20 20 20
Salt 30 30 30 30
Water 200 200 200 200

Table 2.

Operation condition of rheometer for texture profile analysis of pound cakes

Option Parameter
Probe diameter 15 mm
Table speed 120 mm/min
Deformation 30%
Load cell 2 kg
Sample-adaptor distance 0.5 mm

Table 3.

Baking properties of pound cakes prepared with different sugars

Sample1) F-value
SU TA AL FR
1) SU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.
a∼c Means in a row by different superscripts are significantly different at p<0.05.
*p<0.05.
Batter specific volume (mL/g) 1.03±0.01a 1.08±0.01ab 1.14±0.10bc 1.19±0.02c 6.90*
Cake specific volume (mL/g) 2.26±0.06c 2.14±0.01b 2.01±0.03a 2.11±0.07b 13.70*
Baking loss rate (%) 6.11±0.22a 6.27±0.45a 6.36±0.39a 6.45±0.21a 1.08

Table 4.

Moisture contents of cakes prepared with different sugars

Sample1) Storage day F-value
0 1 3 7
1) SU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.
a∼c Means in a row by different superscripts are significantly different at p<0.05.
A∼B Means in a column by different superscripts are significantly different at p<0.05.
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
Sucrose 24.23±2.49bA 25.55±0.11bA 21.25±1.24aA 21.04±0.72aA 7.21*
Tagatose 27.76±0.62cB 26.59±0.31bB 22.90±0.37aB 22.97±0.96aB 120.27***
Allulose 27.45±0.40bB 26.57±0.38bB 23.72±0.69aB 23.09±0.50aB 52.64***
Fructose 27.28±0.39cB 26.80±0.27cB 23.81±0.42bB 22.56±0.23aB 138.88***
F-value 4.72* 11.73** 7.23* 12.58**

Table 5.

Hunter’s color values of cakes prepared with different sugars

Sample1) L a b
1) SU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.
a∼d Means in a column by different superscripts are significantly different at p<0.05.
**p<0.01, ***p<0.001.
Crust SU 62.75±1.42d 8.14±0.89a 37.63±0.73b
TA 38.23±1.98a 16.51±0.26c 25.85±2.79a
AL 41.84±2.24c 16.32±0.36c 28.91±2.85a
FR 40.32±1.82bc 15.28±0.15b 27.10±2.14a
F-value 145.90*** 251.50*** 21.56***
Crumb SU 76.65±1.56c —5.20±0.88a 23.26±0.42a
TA 70.80±0.83a —0.93±0.28c 28.11±0.49c
AL 72.72±1.71ab —3.09±0.79b 27.22±1.20bc
FR 73.55±0.27b —3.12±0.69b 26.38±1.06b
F-value 13.23** 32.99*** 20.94***

Table 6.

Texture profile analysis of cakes prepared with different sugars

Sample1) Storage day F-value
0 1 3 7
1) SU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.
a∼d Means in a row by different superscripts are significantly different at p<0.05.
A∼D Means in a column by different superscripts are significantly different at p<0.05.
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
Hardness (g) SU 203.80±11.52aB 334.75±23.73bA 411.25±24.55cA 467.00±37.71dA 92.58***
TA 211.00±13.92aB 359.75±13.07bAB 478.75±33.76cB 539.50±52.79dAB 141.81***
AL 211.75±12.20aB 389.25±38.09bB 430.25±24.66bA 606.50±59.91cB 72.45***
FR 172.25±4.57aA 318.00±21.63bA 402.00±26.52cA 497.25±29.66dA 144.81***
F-value 10.84*** 5.11* 6.13** 6.74**
Springiness (%) SU 83.41±3.92bA 72.30±5.98aA 63.93±2.36aB 70.19±8.81aA 9.37*
TA 81.59±4.26bA 67.21±3.60aA 64.43±2.54aB 65.92±4.87aA 25.07***
AL 82.25±2.51bA 67.38±1.77aA 62.56±2.01aB 71.36±12.57aA 6.56**
FR 82.64±5.90bA 68.15±3.45aA 59.04±0.96aA 63.89±9.85aA 10.80**
F-value 0.19 1.40 5.59* 0.56
Cohesiveness (%) SU 57.23±4.38cA 47.74±3.97bB 39.00±2.18aA 38.53±2.95aA 27.96***
TA 54.18±3.09cA 41.84±1.73bA 39.75±1.51bA 36.17±1.28aA 69.01***
AL 54.26±2.86cA 41.96±1.91bA 39.16±0.99abA 38.19±1.09aA 62.80***
FR 55.71±3.82cA 43.59±0.75bA 38.28±0.54aA 36.06±1.06aA 69.24***
F-value 0.90 4.89* 0.70 2.17
Chewiness (g) SU 116.67±11.34aB 159.64±15.37bA 160.48±14.25bA 180.53±25.25bA 11.59**
TA 114.33±10.34aB 150.55±8.69bA 190.57±19.04cB 195.10±20.42cA 39.79***
AL 115.07±11.71aB 163.73±21.98bA 168.56±12.08bAB 231.64±24.16cB 27.09***
FR 96.08±8.95aA 138.53±7.33bA 153.88±10.30cA 179.17±9.38dA 57.42***
F-value 3.55* 1.87 4.99* 5.54*
Fracturability (g) SU 97.66±13.78aA 115.77±17.50aA 102.84±12.59aA 128.17±32.50aAB 1.97
TA 93.48±11.55aA 101.34±10.30aA 122.88±14.00bB 128.19±10.56bAB 10.74***
AL 94.74±11.44aA 110.47±16.41aA 105.55±9.85aA 165.86±36.77bB 8.76**
FR 79.78±12.72aA 94.24±0.95abA 90.83±5.91aA 114.70±20.15bA 5.16**
F-value 1.77 1.73 5.75* 2.65

Table 7.

Sensory evaluation of cakes prepared with different sugars

Crust color Crumb color Coarseness Moistness Hardness Sweet taste acceptability Overall acceptability
1) SU, pound cake made with sucrose; TA, pound cake substituted with tagatose; AL, pound cake substituted with allulose; FR, pound cake substituted fructose.
a∼d Means in a row by different superscripts are significantly different at p<0.05.
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
SU 4.79±1.40a 3.53±1.07a 4.89±1.57b 5.16±1.74a 4.42±1.74ab 4.84±1.50a 5.63±1.80b
TA 8.00±0.91c 8.00±0.69d 5.28±1.53b 4.23±1.81a 5.28±1.60b 4.11±1.53a 3.78±1.56a
AL 6.58±0.95b 6.29±0.77c 4.32±1.68ab 4.32±1.45a 4.68±1.86ab 4.68±2.05a 5.13±1.61b
FR 4.47±0.86a 4.39±1.04b 3.53±1.96a 6.34±1.80b 3.89±2.18a 6.50±1.36b 7.34±1.18c
F-value 45.25*** 89.34*** 3.74* 6.08** 1.76 7.39*** 16.67***