The East Asian Society Of Dietary Life
[ Original ]
Journal of the East Asian Society of Dietary Life - Vol. 29, No. 3, pp.253-266
ISSN: 1225-6781 (Print) 2288-8802 (Online)
Print publication date 30 Jun 2019
Received 13 Jun 2019 Revised 01 Jun 2019 Accepted 01 Jun 2019
DOI: https://doi.org/10.17495/easdl.2019.6.29.3.253

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 최적화

성정민1 ; 류혜숙2 ; 김옥선3,
1한국식품연구원 가공공정연구단
2상지대학교 식품영양학과
3장안대학교 식품영양과
Optimization of Kimchi Seasoning with Different Amounts of Semi-dry Pepper and Garlic Paste
Jung-Min Sung1 ; Hye-Sook Ryu2 ; Ok-Sun Kim3,
1Research Group of Food Processing, Korean Food Research Institute, Jeonbuk 55356, Republic of Korea
2Dept. of Food and Nutrition, Sangji University, Wonju 26339, Republic of Korea
3Dept. of Food and Nutrition, Jangan University, Hwaseong 18331, Republic of Korea

Correspondence to: Ok-Sun Kim, Tel: +82-31-299-3680, Fax:+82-31-299-3609, E-mail: okboog@hanmail.net

Abstract

This study examined the optimal conditions of kimchi seasoning by preparing kimchi with high quality semi-dry red pepper and garlic paste added to improve the processing of red pepper and confirmed the physicochemical and sensory quality characteristics. The moisture content was affected by the semi-dry red pepper paste content and was the highest with 15 g of garlic paste and 0 g of semi-dry red pepper paste. The pH and salinity were the highest with 15 g of garlic paste and 0 g of semi-dry red pepper paste, respectively. β-carotene had the greatest influence on the content of semi-dry red pepper paste, and was the highest with 15 g of garlic paste and 100 g of semi-dry red pepper paste. The L, a, and b values were also strongly influenced by the semi-dry red pepper paste, and the hue value of the semi-dry red pepper paste was 20.97. The degree of preference was higher for kimchi containing 15g of garlic paste and 50 g of semi-dry red pepper paste . The content of garlic and semi-dry red pepper paste in kimchi seasoning determined from the selected optimal points was estimated to be 15.95 g of garlic paste and 56.21 g of semi-dry red pepper paste.

Keywords:

kimchi seasoning, semi-dry red pepper paste, garlic paste, response surface methodology

서 론

김치는 밥과 더불어 우리 식생활에 있어서 없어서는 안될 음식이며(Choi YJ 등 2016), 계절에 따라 생산되는 배추, 무 등의 주재료와 여러 가지 채소를 소금에 절인 후 고춧가루, 마늘, 생강, 젓갈 등의 다양한 부재료를 혼합하여 만든 한국의 전통 발효식품이다(Park WS 등 1994; Park KY 등 1995; Lee HJ 2017). 김치는 첨가하는 원재료 및 부재료의 종류 및 첨가량, 제조방법에 따라 맛과 종류가 매우 다양하며, 발효 정도에도 차이가 있다(Lee MK 등 2007; Bang BH 등 2008). 이렇게 첨가된 재료들은 김치의 살균작용(Shin JH 등 2011)에 영향을 주고, 숙성을 지연시켜 가식기간을 늘려준다. 또한 감칠맛을 내는데 도움을 주며(Lee HJ 2017), 식이섬유, 비타민, 무기질 등을 공급하는데 도움을 준다(Bang BH 등 2008).

고추와 마늘은 김치에 첨가하는 필수적인 부재료(Lee SK 1989)로 고추(Capsicum annuum L.)는 남아메리카 지역이 원산지이며 가지과(Solanaceae)에 속하는 다년생 초본이다(Kwon JH 등 1998). 콜롬버스가 아메리카에서 스페인으로 가져와 ‘red pepper’라 명명하였으며, 16세기에 유럽을 거쳐 17세기부터 동양에서 고추를 재배하기 시작하여 한국에는 400년 전에 도입되었다(Kim WJ & Choi HS 2003). 고추는 한국의 중요한 조미채소로 고추장, 김치, 다양한 음식에 사용하는데, 수분함량이 많아 건조한 후 분쇄하여 주로 고춧가루로 사용한다(Kwon DJ 등 1990). 현재 수확한 고추는 태양건조와 열풍건조를 이용하여 수분함량을 15% 정도로 건조한 후 저장·유통하고 있다(Govindarajan VS 1985). 태양건조 고추는 건조 중 미생물이나 먼지 등의 오염으로 위생적인 제품을 생산할 수 없으며, 시간이 오래 걸리고 자연기후 조건에 절대 의존해야 하는 단점이 있다(Kim DY 등 1982). 그래서 대부분 농가가 열풍건조를 하게 되는데, 건조를 오래할수록 카로티노이드계 색소 파괴로 검은빛을 띄게 되고, 비효소적 갈색화로 김치에 넣었을 때 김치의 색이 좋지 않다(Sul MS 등 2004). 또한, 건조 후 비닐이나 PP(polypropylene)필름에 넣은 후 상온의 일반형 창고에 보관하고 있어 고추과피에 곰팡이류의 생성이나 고추 색상이 검게 변질되는 현상이 발생하여 품질에 영향을 미칠 수 있으므로(Sung JM 2007) 고추를 신선한 상태로 장기간 저장하고 유통할 때 품질을 유지하는 것이 중요하다. 고추는 김치 제조 시 무게비 2.5∼4% 정도가 들어가 김치의 색감과 맛에 큰 영향을 주며, 식욕을 돋우어 주고 비타민 C의 공급원으로 산화방지와 김치 발효 유산균의 번식을 촉진하는 작용을 한다(Hwang GH 등 2000). 고추를 김치에 첨가할 때 주로 고춧가루 형태로 첨가하지만, 건조 고춧가루만을 사용하여 김치를 제조하는 것보다 반건조 고추를 김치에 적용했을 때 이화학적 품질과 관능평가가 좋았다는 결과가 있다(Bang BH 등 2005).

반건조 고추는 짧은 건조시간으로 영양소의 파괴를 최소화할 수 있고, 고춧가루 빛이 좋아 색이 좋은 양질의 김치를 생산할 수 있다(Bang BH 등 2005). 또한, 반건조 고추를 활용하면 연간 55% 정도의 열효율을 절약할 수 있어 김치 산업에 막대한 비용을 절감할 수 있다고 하였다(The Food & Beverage News 2006).

마늘(Allium sativum L.)은 백합과(Liliaceae) 알리움속(Allium)의 식물로 중앙아시아와 지중해 연안 지역이 원산지이며, 오래전부터 우리 식생활에서 중요한 향미채소로 이용되어 왔다(Choi YJ 등 2016). 다른 채소보다 열량, 비타민, 무기질의 함량이 높고 수분함량이 낮은 것이 특징이며(Choi YJ 2016), 생리활성물질인 폴리페놀, 플라보노이드, 티오설피네이트(thiosulfinate), 알리신(allicin), 아조엔(ajoene), 디아릴디설파이드(diallyl disulfide) 등의 황화합물을 다량 함유하여 항균, 항암, 항산화, 항혈전, 항스트레스 및 지질 저하 등의 다양한 효능을 가지고 있다(Kwon OC 등 2006; Kang MJ 등 2011; Shin JH 등 2011). 마늘을 김치에 첨가할 경우 세균, 곰팡이, 효모의 생육을 억제하는 것으로 나타났고(Kim MH 1987), 마늘첨가량에 따라 항균활성에 차이가 있었으며 김치의 발효 미생물인 류코노스톡 메센테로이데스(Leu. mesenteroides)와 락토바실러스 플란타륨(Lac. plantarum)의 생육을 억제하여 김치의 가식기간을 연장하는 것에도 영향을 미치는 것으로 나타났다(Cho Y & Yi JH 1994; Shin JH 등 2011). 또한 마늘을 첨가하지 않은 김치가 관능적으로 나쁘게 평가되었다는 보고도 있다(Kim MH 1987).

김치 부재료에 관한 연구는 재료를 달리한 김치의 품질(Kim MH 등 1987; No HK 등 1995; Park SH & Lee JH 2006), 배추김치의 재료배합비 표준화(Cho EJ 등 1997), 부재료가 배추김치 숙성에 미치는 영향(Jang KS 1991; Lee IS 등 1994; Ku KH 등 2005), starter 및 멸치액젓 첨가가 김치양념 및 겉절이 김치의 품질에 미치는 영향(Choi TK 2003), 절임 배추와 양념소가 김치 발효에 미치는 영향(Yun JY 등 2014; Song HY 등 2016), 시판 김치의 양념 품질 특성(Cheon SH 2017), 마늘첨가량에 따른 김치의 발효 중 품질 특성 변화(Choi YJ 등 2016) 등이 수행되었으나, 대부분 김치 양념 자체가 아닌 김치 부재료에 따른 김치의 품질 및 발효에 미치는 영향에 대한 연구가 대부분이다. 또한 핵가족화, 싱글족의 증가, 여성의 사회참여로 식생활 방식의 간편화에 대한 요구가 점점 증가할 것으로 예상되는 시점에서 부재료의 준비와 제조방법을 간소화한 김치양념의 최적화에 대한 연구는 매우 필요할 것으로 사료된다.

따라서 본 연구에서는 고추의 색을 유지하면서 품질파괴를 최소로 한 고품질의 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리하여 김치양념을 제조하고, 이화학적 및 관능적 품질특성을 확인하여 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가비의 최적조건을 반응표면분석법으로 찾아보고자 하였다.


재료 및 방법

1. 실험재료

본 연구에 이용된 고추는 2016년 8월에 수확된 품종을 사용하였으며, 붉은 생고추의 꼭지를 제거한 후 세척 후 블렌더(KA-2600, Sung Kwang Electric Heat Co., Korea)로 갈아 준비하였다. 수분함량이 50%인 반건조 고추의 제조를 위하여 열풍건조기(HSED-M, 한성정공주식회사, Seoul, Korea)에서 60℃로 건조한 후, 페이스트 형태로 사용하였다. 마늘은 난지형으로 2016년 6월 해남과 서산에서 재배된 마늘을 구입하여 세척 후 블렌더로 갈아서 페이스트 형태로 사용하였다. 그 외 소금(전남 신안 천일염, (주)사조해표, Seoul, Korea), 멸치액젓(CJ 제일제당, Incheon, Korea), 설탕(CJ 제일제당, Seoul, Korea) 및 무, 생강, 양파는 마트에서 구입하여 사용하였다.

2. 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 최적화 실험계획

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 최적화를 위해 Design Expert 프로그램(ver. 9, Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA)을 사용하여 반응표면분석법의 중심합성디자인(central composite design; CCD)으로 실험을 계획하였다. 독립변수로 마늘 페이스트(X1)와 반건조 고추 페이스트(X2)를 두 가지 요인으로 설정하고 두 가지 요인을 —2, —1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화하였다. 중심점은 반건조 고추를 이용하여 김치를 제조한 선행연구(Sung JM 2007)의 관능평가에서 최적점을 나타낸 반건조 고추와 마늘 양을 기준으로 마늘 페이스트(0∼30 g)와 반건조 고추 페이스트(0∼100g)의 배합비를 Table 1과 같이 결정하였다. 종속변수로는 수분함량, pH, 산도, 염도, 베타카로틴(β-carotene) 함량, 색도(L, a, b) 및 색상(hue), 관능검사의 외관, 색, 향미, 맛, 전체적인 기호도로 설정하였다.

Experimental design of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

3. 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 제조

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념 제조를 위해 무, 양파, 생강은 세척 후 각각 블랜더(KA-2600, Sung Kwang Electric Heat Co., Korea)로 갈아서 준비하였다. Sung JM(2007)의 선행연구를 참고하여 절임배추 1kg 당 반건조 고추(0∼100 g)와 마늘 페이스트(0∼30 g)의 양을 달리하였으며, 그 외 생강(3 g), 무(13 g), 양파(20 g), 멸치액젓(22 g), 설탕(5 g)은 동량으로 혼합하여 김치 양념을 제조하였다. 관능평가를 위해 정선한 배추를 세절(3 cm× 3 cm)하고 15% 소금물에 3시간 절인 다음 3회 세척한 후 1시간을 탈수시켜 최종염도가 3.0±0.1%가 되도록 준비하고 반건조 고추와 마늘 페이스트 양을 달리한 양념을 절임배추에 발라 김치통에 담고 10℃의 냉장고에서 24시간 숙성한 후 실험을 진행하였다.

4. 수분함량

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 수분함량은 상압가열법(AOAC 1990)에 의하여 105℃에서 1시간 건조시키고, 방냉기(desiccator, Kartell, Noviglio, Italy)에서 30분간 방냉하는 과정을 반복하여 항량에 도달한 시료를 3회 측정하여 평균값을 구하였다.

5. pH 측정

pH 측정을 위해 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념 5 g을 10배 희석하여 pH meter(AB 15, Fisher Scientific, Pittsburgh, PA, USA)로 각각 3회씩 측정하여 평균값을 구하였다.

6. 산도 측정

산도 측정을 위해 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념을 10배 희석하여 일정량을 취하고 0.1 N NaOH(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 표준용액(Factor 1.0)으로 pH 8.2가 될 때까지 적정한 다음 아래의 식에 따라 젖산계수로 환산하였다.

총산도(%) = 0.1N NaOH(mL) × 0.0064 × F × 100/Sample(g)

7. 염도 측정

염도측정을 위해 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 시료 약 5 g을 취한 다음 10배 희석하여 여과시킨 다음 여과액 5 mL를 취하여, 지시약 2% potassium chromate(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 1 mL를 가한 뒤 0.1 N AgNO3 용액(Daejung Chemical, Siheung, Korea)으로 적정한 후 측정하였다.

(%) =(A-B) × 0.00585 × f × DS×100
A: 본 시험에 소비된 0.1 N AgNO3 용액의 mL 수
B: 바탕시험에 소비된 0.1 N AgNO3 용액의 mL 수
f: 0.1 N AgNO3 용액의 역가
D: 희석배수
S: 시료채취량(g)

8. 베타카로틴(β-Carotene) 함량

베타카로틴(β-carotene)의 함량을 구하기 위해 반건조 고추와 마늘 첨가량을 달리한 김치 양념 페이스트를 동결건조한 후 시료 0.1 g을 acetone 50 mL에 용해시켜 460 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 표준물질은 베타카로틴(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)으로 표준곡선을 작성하여 계산하였다.

9. 색도와 색상(Hue)측정

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 색도는 표준백판 L=97.75, a=—0.49, b=1.96으로 보정된 색도계(CR-210, Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 셀(35 ×10 mm)에 담아 L값(명도, black 0 to light 100), a값(적색도, red 60 to green —60), b값(황색도, yellow 60 to blue —60)을 측정하였다(Kim BY & Lee KH 2009). Hue angle 값은 1/tan(b / a)로 계산하였다(Hong SJ 등 2018).

10. 관능검사

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 관능검사를 위해 절임배추에 김치 양념을 발라 김치통에 담고 10℃의 냉장고에서 24시간 숙성한 후 진행하였다. 관능검사는 20대 이상 성인 여성 30명을 패널요원으로 선발하여 실험내용에 대한 목적과 취지를 설명하고 평가기준을 숙지시킨 후 검사에 응하도록 하였다. 실험의 객관성을 보장하고 정확도를 증가시키기 위해 균형불완전블록계획법(Balanced Incomplete Block Design)을 사용하여 랜덤화 및 블럭화하여 30명의 관능검사 패널이 11가지의 시료 중 5가지 시료를 관능검사 하였다. 시료는 잎과 줄기 부분을 3 cm × 3 cm 크기로 잘라 약 20 g씩 관능용기에 담아 제공하였으며, 평가항목은 외관, 색, 향미, 맛, 전체적인 기호도를 9점 선척도법(line-scaling method)으로 검사하였다(Cheon SH 등 2017).

11. 통계처리

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 품질 특성 및 성분 간의 상호작용과 경향을 알아보기 위해 Design Expert 9프로그램(State-Ease Inc., Mineapolis, MN, USA)의 ANOVA test 및 회귀분석을 이용하였으며, 모델의 적합성 여부는 F-test로 유의성을 검증하였다. 1차 선형효과, 2차 곡선효과 및 인자 간 교호작용을 보았으며, 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태를 peturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하여 분석하였다. 최적화는 관능평가의 수치최적화(numerical optimization)와 모형최적화(graphical optimization)를 통해 반건조 고추 페이스트와 마늘 페이스트 양을 선정하였고, 그때의 점을 예측하여 최적점으로 선정하였다.


결과 및 고찰

1. 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 이화학적 특성

반응표면 분석법의 중심합성계획으로 반건조 고추와 마늘페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념 11개 샘플의 수분함량, pH, 산도, 염도, 베타카로틴 함량의 결과는 Table 2, Table 3과 같다.

Physicochemical properties of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Prediction model of physicochemical properties of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

1) 수분함량

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 수분함량은 58.78∼79.74% 수준으로 마늘 페이스트 15 g과 반건조 고추 페이스트 0 g 사용군에서 수분함량이 가장 높게 나타났다. Cheon SH 등(2017)의 연구에서 시판 김치 양념의 수분함량이 61.60∼82.99%로 나타났으며, 평균적으로 약 76%의 수분을 함유하고 있는 것으로 보고하였는데, 본 연구의 수분함량도 선행연구의 수분함량 범위와 비슷한 경향을 보였다. 수분함량에 대한 반응표면 분석결과, quadratic 모델이 선택되었으며, 수분함량에 대한 회귀곡선의 결정계수 R2값이 1에 가까운 0.9663으로 p<0.01에서 유의성이 인정되었다. Perturbation plot과 반응표면 분석결과(Fig. 1), 수분함량에는 마늘 페이스트 함량보다 반건조 고추 페이스트 함량이 더 영향을 주고 있었으며, 반건조 고추 페이스트 함량이 증가할수록 수분함량은 낮아지는 것으로 나타났다. 이것은 생고추보다 수분함량이 적은 반건조 고추를 이용하여 양념을 제조하므로 다른 부재료에 있는 수분을 반건조 고추가 흡수하기 때문에 나타난 결과로 보여진다.

Fig. 1.

Response surface analysis of physicochemical properties of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

2) pH

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 pH 범위는 5.03∼6.07 수준으로 반건조 고추 페이스트 함량이 증가할수록 낮은 pH 값을 나타냈다(Table 2). pH에 대한 반응분석결과 quadratic 모델이 선택되었으며, pH에 대한 회귀곡선의 결정계수 R2값이 0.9080으로 1에 가까웠으며, p<0.05 수준에서 모델의 적합성이 인정되었다(Table 3). pH와 산도는 김치의 발효과정 중 여러 효소의 작용과 미생물의 번식으로 김치의 재료에 포함된 성분이 분해되고 탄수화물의 분해로 각종 유기산을 만들어 신선한 신맛을 주기 때문에 김치의 주요 품질지표라 할 수 있다(Kim TW 1998). Nha YA & Park JN(2003)의 연구에서 시판 양념의 제조 직후 pH는 5.00∼5.19, 약 1일에서 3일 경과한 양념의 pH는 4.88∼5.92 범위로 보고하였고, Choi TK 등(2003)의 연구에서도 김치양념의 초기 pH는 약 5.00이라고 보고하였다. Bang BH 등(2005)의 반건조 고춧가루로 제조한 김치의 초기 pH는 5.9∼6.0 수준으로 나타나 본 연구와 비슷한 경향을 나타냈다. Yi JH 등(1995)의 연구에서 산패에 관여하는 락토바실러스 플란타륨(Lac. plantarum)의 생육억제에는 김치 부재료 중 마늘이 가장 효과적이라고 하였다.

3) 산도

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 산도 범위는 0.32∼1.08% 수준을 보였으며, 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 0 g일 때 가장 낮은 수준을 나타냈고, 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 100 g일 때 가장 높은 산도를 나타냈다(Table 2). 산도에 대한 반응표면 분석결과 quadratic 모델이 선택되었으며, 산도에 대한 회귀곡선의 결정계수 R2값이 0.7288로 유의성이 인정되지 않았다(Table 3). Perturbation plot과 반응표면 분석결과(Fig. 1), 산도는 반건조 고추 페이스트 함량이 늘어날수록 높아졌고, 마늘 페이스트의 경우 중심점 함량까지는 증가하다가 중심점이 지나면서 산도가 떨어지는 경향이 나타났다. 김치의 산도는 발효과정에서 유산균이 절임배추와 양념에 함유된 당류를 이용하여 생성한 유기산(lactic acid)에 의한 것(Bang BH 등 2008)으로 Hwang GH 등(2000)의 연구에서도 pH는 떨어지고 산도는 증가하는 경향을 나타냈다. 산도는 범위에 따라 미숙 0.2∼0.4%, 적숙 0.4∼0.8%, 과숙 0.8%이상 단계로 나누고 있으며(Han GJ 등 2011), 적숙 단계가가장 맛있게 먹을 수 있다고 알려져 있다(Lee YH & Yang IW 1970; Lee IS 등 2004). 본 연구는 8월 여름에 양념을 제조하여 10℃에서 24시간 숙성 후 산도를 측정하였기 때문에 발효에 의한 산도변화보다는 각 재료 자체의 산도가 결과에 영향을 준 것으로 사료된다.

4) 염도

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 염도는 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 0 g일 때 8.54% 수준으로 가장 높았으며, 마늘 페이스트 0.0 g, 반건조 고추 페이스트 50.0 g일 때 염도 값은 3.16% 수준으로 낮게 나타났다(Table 2). 염도에 대한 반응표면 분석결과 각요인들이 독립적으로 작용하는 linear 모델이 선택되었으며(Table 3), 염도에 대한 회귀곡선의 결정계수 R2값이 0.6172로 p<0.05 이하에서 유의성이 인정되었다. Cheon SH 등(2017)의 연구에서 시판 김치 양념의 평균 염도는 3.04%로 김치 염도 3%와 유사(Hwang GH 등 2000)하게 나타났으나 본 연구에서는 3.16∼8.54%로 마늘 페이스트와 반건조 고추의 페이스트 함량에 따라 다양하게 분포되어 있었다. 본 연구의 Perturbation plot과 반응표면 분석결과(Fig. 1) 염도는 반건조 고추 페이스트 함량이 높아질수록 낮아지는 경향을 보였다.

5) 베타카로틴(β-Carotene) 함량

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 베타카로틴(β-carotene) 함량은 반건조 고추 페이스트 함량이 0 g인 처리구의 베타카로틴 함량이 0 mg% 로 나타났으며, 반건조 고추 함량이 가장 높은 100 g에서 25.04 mg%로 베타카로틴 함량이 가장 높았다(Table 2). 베타카로틴 함량에 대한 반응표면 분석결과 시료 간 교호작용을 나타내는 quadratic 모델로 결정되었으며, 회귀곡선의 결정계수 R2값이 1에 가까운 0.9822로 p<0.01 이내에서 유의적으로 모델의 적합성이 인정되었다(Table 3). Perturbation plot과 반응표면 분석결과(Fig. 1), 베타카로틴 함량은 반건조 고추의 함량에 따라 비례적으로 증가하는 경향을 나타냈다. 카로티노이드계의 색소 중 하나인 베타카로틴(β-carotene)은 김치와 같은 산성에서 매우 불안정하며, 발효할 때 공기의 혼입으로 산화ㆍ분해되기 쉬우므로(Lee SW 등 1998) 김치의 품질을 판정하는 기준으로 삼을 수 있다. 고추의 카로티노이드류는 80∼85%가 적색 색소로 김치의 부재료인 고추, 파 등에 널리 분포하고 있으며(Jang KS 등 1991), 본 연구에서도 반건조 고추 페이스트 함량이 베타카로틴 함량에 많은 영향을 주고 있었다.

6) 색도와 색상

반응표면 분석법의 중심합성계획으로 반건조 고추와 마늘페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념 11개 샘플의 색도 및 색상 측정 결과는 Table 4, Table 5와 같다.

The color and hue of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Prediction model of color and hue of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 L, a, b 값 및 hue 값의 범위는 각각 34.23∼56.70, 2.20∼26.07, 9.20∼16.30 및 20.95∼82.31 수준으로 나타났다. L, b, hue 값은 반건조 고추 페이스트가 적을수록 높은 값을 나타냈으며, 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 0 g일때 가장 높은 값을 나타냈다. a 값만 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 50 g일 때 높은 값을 나타냈는데, Sung JM(2007)의 연구에서도 반건조 고추를 사용하여 김치를 담갔을 때 a 값만 유의적으로 높은 값을 나타내고 있어본 연구와 같은 경향이었다. 반응표면 분석결과 L, a 값은 시료 간 교호작용을 나타내는 quadratic 모델로 나타났고, b값과 hue angle 값은 linear model로 채택되었으며 이들 중 b 값만 R2 값이 0.7884(p<0.01)로 유의성이 인정되었다(Table 5). Perturbation plot과 반응표면 분석결과(Fig. 2), L, a, b 값은 마늘 페이스트의 함량보다 반건조 고추 페이스트의 영향이 높은 것으로 나타났다. Hue angle 값은 색상의 표시이며(MelendezMartinez AJ 등 2003), 0∼360도의 각도로 표시하게 되는데 0도(360도)는 적색(Red), 90도는 황색(Yellow), 180도는 녹색(Green), 270도는 푸른색(Blue)을 나타낸다(Mclellan MR 1995). 본 연구결과 반건조 고추 페이스트 함량이 높은 처리구에서 hue angle 값은 20.97로 Red에 가까운 색상을 나타냈고, 반건조 고추 페이스트 함량이 가장 낮은 시료의 hue angle 값은 82.31로 Yellow에 가까운 색상을 나타냈다(Table 4).

Fig. 2.

Response surface analysis of color and hue of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

2. 관능검사

반응표면 분석법의 중심합성계획으로 반건조 고추와 마늘페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 제조조건 최적화를 위한 관능검사 결과는 Table 6과 같다. 평가항목은 외관, 색, 향미, 맛, 전반적인 기호도이며, 이들의 평가 수준은 각각 2.33∼7.89, 2.44∼8.22, 2.44∼7.89, 2.13∼7.67 및 2.00∼8.00으로 나타났다. 외관, 색, 향미, 맛, 전반적인 기호도 점수는 두 요인의 중간 값인 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 50 g 인 11번의 실험군에서 9점 만점에 7.89점, 8.22점, 7.89점, 7.67점, 8.00점으로 가장 높았다. 외관, 색, 향미, 맛, 전반적인 기호도의 반응분석결과 시료 간 교호작용을 나타내는 quadratic 모델로 결정되었다(Table 7). 외관, 색, 향미, 맛, 전반적인 기호도의 회귀곡선의 결정계수 R2값이 1에 가까운 0.9313(p<0.01), 0.8779(p<0.05), 0.9868(p<0.001), 0.9724(p<0.001), 0.9770(p<0.001)으로 회귀방정식에 대한 설명력이 높았으며, 모델의 적합성이 인정되었다(Table 7). Perturbation plot과 반응표면 분석결과(Fig. 3), 마늘 페이스트와 반건조 고추 페이스트의 함량이 증가할수록 기호도가 좋아지는 경향을 보였으며 최고점을 지나 낮아지는 경향이 나타났다. Sung JM(2007)의 연구에서 숙성초기와 적숙기에는 반건조 고추를 이용하여 담근 김치의 외관, 색, 맛, 전반적인 기호도가 건고추와 생고추를 이용한 김치보다 좋은 평가를 받아 본 연구와 비슷한 경향을 확인할 수 있었다. Bang BH 등(2005)의 연구에서는 색을 제외한 맛, 풍미, 조직감에서 반건조 고추를 이용한 김치에서 좋은 결과를 나타냈는데 반건조 고추를 사용할 경우 수분함량을 고려하여 반건조 고춧가루의 사용량을 늘려야 색에서도 좋을 결과를 얻을 수 있다고 하였다. 또한, 본 연구와 같이 김치를 하루 숙성한 후 관능검사를 실시한 Hwang GH 등(2000)의 연구에서 건고추만 갈아 넣은 김치에서 외관, 색, 맛이 좋지 않은 것으로 나타났다.

Preference evaluation of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Prediction model of preference evaluation of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Fig. 3.

Response surface analysis of sensory test of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

3. 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 최적화

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 반응표면분석법을 이용한 모형 최적화(graphical optimization)와 petrubation plot, 도출된 최적점에서 관능검사의 종속변인들의 특성을 나타낸 overlay plot의 결과는 Fig. 4와 같다. 김치 양념의 최적화는 독립변수인 마늘 페이스트와 반건조 고추 페이스트의 배합범위 안에서 유의적인 결과를 나타낸 관능검사의 외관, 색, 향미, 맛과 전반적인 기호도를 최대로 설정하여 canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)를 예측하였으며, 지점예측(point prediction)을 통해 최고의 desirability를 나타낸 최적점을 선택하여 도출하였다. 이때 평가최저점을 6점으로 한계점을 두어 분석한 결과, 선택된 최적점과 김치 양념의 표준레시피는 마늘 페이스트 15.95 g, 반건조 고추 페이스트 56.21 g으로 예측되었으며, 이때 외관 7.77점, 색 7.62점, 향미 7.60점, 맛 7.57점, 전반적인 기호도 7.74점으로 나타났다.

Fig. 4.

Optimization of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste


요약 및 결론

본 연구는 고추의 가공공정을 개선한 고품질의 반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념을 제조하고 이화학적 및 관능적 품질 특성을 확인하여 김치양념의 최적조건을 반응표면계획법으로 찾아보고자 하였다.

반건조 고추와 마늘 페이스트 첨가량을 달리한 김치 양념의 수분함량, pH, 염도, 베타카로틴(β-carotene)에서 회귀곡선의 결정계수인 R2값이 0.9663(p<0.01), 0.9080(p<0.05), 0.6172(p<0.05), 0.9822(p<0.01) 수준으로 모델의 적합성이 인정되었으나, 산도에서는 인정되지 않았다. 수분함량에서는 반건조 고추 페이스트 함량이 영향을 주고 있었으며, 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 0 g일 때 수분함량이 가장 높았고, 반건조 고추 페이스트 함량이 수분함량에 영향을 주고 있었다. pH와 염도 또한 수분함량이 높았던 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 0 g일 때 가장 높은 것으로 나타났다. 베타카로틴(β-carotene)은 반건조 고추 페이스트의 함량이 큰 영향을 주고 있었으며, 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 100 g일 때 가장 높았다. L 값과 a 값은 시료 간 교호작용을 나타내는 quadratic 모델로 나타났고, b값과 hue 값은 linear model로 채택되었으며, b 값만 회귀곡선의 결정계수인 R2값이 0.7884(p<0.01)로 모델의 적합성이 인정되었다. L, a, b 값도 반건조 고추 페이스트의 영향이 높은 것으로 나타났으며, 반건조 고추 페이스트 함량이 높은 처리구에서 색상 값이 20.97로 Red에 가깝게 나타냈다. 외관, 색, 향미, 맛, 전반적인 기호도의 결정계수 R2값이 1에 가까운 0.9313(p<0.01), 0.8779(p<0.05), 0.9868(p<0.001), 0.9724 (p<0.001), 0.9770(p<0.001)으로 회귀방정식에 대한 설명력이 높았으며, 마늘 페이스트 15 g, 반건조 고추 페이스트 50 g일 때 기호도가 좋은 것으로 나타났다. 선택된 최적점을 통하여 결정된 김치 양념의 마늘과 반건조 고추 페이스트의 함량은 마늘 페이스트 15.95 g, 반건조 고추 페이스트 56.21 g으로 예측되었다. 최적점에서 외관은 7.77점, 색 7.62점, 향미 7.60점, 맛 7.57점, 전반적인 기호도 7.74점으로 나타났다.

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Fig. 1.

Fig. 1.
Response surface analysis of physicochemical properties of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Fig. 2.

Fig. 2.
Response surface analysis of color and hue of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Fig. 3.

Fig. 3.
Response surface analysis of sensory test of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Fig. 4.

Fig. 4.
Optimization of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Table 1.

Experimental design of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Sample No. Garlic paste (g) Semi-dried red pepper paste (g) Ginger (g) Fermented anchovy extract (g) Radish (g) Onion (g) Sugar (g)
1 4.4 14.6 3 22 13 20 5
2 25.6 14.6 3 22 13 20 5
3 4.4 85.4 3 22 13 20 5
4 25.6 85.4 3 22 13 20 5
5 0.0 50.0 3 22 13 20 5
6 30.0 50.0 3 22 13 20 5
7 15.0 0.0 3 22 13 20 5
8 15.0 100.0 3 22 13 20 5
9 15.0 50.0 3 22 13 20 5
10 15.0 50.0 3 22 13 20 5
11 15.0 50.0 3 22 13 20 5

Table 2.

Physicochemical properties of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Sample No. Ingredients(g) Response factors
Garlic paste Semi-dried red pepper paste Moisture contents (%) pH Titratable acidity (%) Salinity (%) β-Carotene (mg%)
a∼k Different superscripts within the same column are significantly different by Duncan’s multiple range test at p<0.05.
1 4.4 14.6 75.56j 5.14b 0.60 7.49i 12.39c
2 25.6 14.6 74.03i 6.07d 0.59 6.52h 8.83b
3 4.4 85.4 60.61b 5.03a 0.63 4.52c 24.69i
4 25.6 85.4 65.12e 5.03a 0.60 3.86b 24.75j
5 0.0 50.0 64.93d 5.25c 0.41 3.16a 24.18h
6 30.0 50.0 64.15c 5.25c 0.58 5.92e 18.47d
7 15.0 0.0 79.74k 6.07d 0.32 8.54j 0.00a
8 15.0 100.0 58.78a 5.04 1.08 4.86d 25.04k
9 15.0 50.0 66.11h 5.04a 1.01 6.36g 22.17f
10 15.0 50.0 65.92g 5.14b 0.83 6.05f 20.78e
11 15.0 50.0 65.52f 5.14b 0.93 6.38g 22.43g

Table 3.

Prediction model of physicochemical properties of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Response Model R-squared1) Mean±S.D. F-value Prob>F Polynomial equation
1) 0≤R2≤1, close to 1 indicates line fit the model.
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
A, garlic paste; B, semi-dry red pepper paste.
Moisture contents Quadratic 0.9663 67.32±6.42 28.68 0.0011** 65.85+0.23A—6.69B+1.51AB—0.17A2+2.19B2
pH Quadratic 0.9080 5.29±0.39 9.87 0.0126* 5.11+0.12A—0.33B—0.23AB+0.052A2+0.20B2
Titratable acidity Quadratic 0.7288 0.69±0.24 2.69 0.1510 0.92+0.025A+0.14B—3.667E—003AB—0.21A2—0.11B2
Salinity Linear 0.6172 5.79±1.58 6.45 0.0215* 5.79+0.28A—1.36B
β-Carotene Quadratic 0.9822 18.52±8.12 55.08 0.0002*** 21.79—1.45A+7.95B+0.91AB—0.049A2—4.45B2

Table 4.

The color and hue of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Sample No. Ingredients (g) Response factors
Garlic paste Semi-dried red pepper paste L a b Hue
a∼f Different superscripts within the same column are significantly different by Duncan’s multiple range test at p<0.05.
1 4.4 14.6 35.43 24.70 12.00d 25.91
2 25.6 14.6 36.70 25.00 13.67e 28.67
3 4.4 85.4 34.77 24.73 9.47a 20.95
4 25.6 85.4 34.53 23.87 9.20a 21.08
5 0.0 50.0 34.63 25.37 10.33b 22.15
6 30.0 50.0 36.40 25.10 12.17c 25.90
7 15.0 0.0 56.70 2.20 16.30f 82.31
8 15.0 100.0 34.67 24.97 9.57a 20.97
9 15.0 50.0 34.23 25.33 10.27b 22.06
10 15.0 50.0 34.53 25.60 10.37b 22.05
11 15.0 50.0 36.10 26.07 11.93c 24.60

Table 5.

Prediction model of color and hue of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Response Model R-squared1) Mean±S.D. F-value Prob>F Polynomial equation
1) 0≤R2≤1, close to 1 indicates line fit the model.
**p<0.01.
A, garlic paste; B, semi-dry red pepper paste.
L Quadratic 0.6314 37.15±6.54 1.71 0.2845 34.96+0.44A—4.25B—0.38AB—1.03A2+4.05B2
a Quadratic 0.5984 22.99±6.92 1.48 0.3361 25.67—0.12A+3.89B—0.29AB+1.08A2—4.75B2
b Linear 0.7884 11.39±2.14 14.69 0.0020** 11.39+0.50A—2.07B
Hue Linear 0.3859 28.79±17.93 2.51 0.1422 28.79+1.02A—12.41B

Table 6.

Preference evaluation of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Sample No. Ingredients (g) Response factors
Garlic paste Semi-dried red pepper paste Appearance Color Flavor Taste Overall acceptance
1) Acceptability was measured using a 9-point hedonic scale with 1 meaning dislike extremely, 5 meaning neither like nor dislike, and 9 meaning like extremely
a∼i Different superscripts within the same column are significantly different by Duncan’s multiple range test at p<0.05.
1 4.4 14.6 2.331)a 2.44a 3.67b 2.56a 2.78b
2 25.6 14.6 3.11c 2.78a 3.44b 3.22b 3.33bc
3 4.4 85.4 3.78d 4.56b 4.22bc 4.00d 4.11d
4 25.6 85.4 4.89f 5.00b 5.33d 5.33d 5.44e
5 0.0 50.0 5.78g 6.33c 5.00cd 5.11d 5.33e
6 30.0 50.0 5.78g 6.33c 5.00cd 5.11d 5.33e
7 15.0 0.0 2.44b 2.67a 2.44a 2.13a 2.00a
8 15.0 100.0 4.33e 5.00b 4.22bc 4.33c 3.89cd
9 15.0 50.0 7.89i 7.00cd 7.67ef 7.67f 7.78fg
10 15.0 50.0 7.33h 7.33d 7.11e 7.11e 7.22f
11 15.0 50.0 7.89i 8.22e 7.89f 7.67f 8.00g

Table 7.

Prediction model of preference evaluation of kimchi seasoning with different amounts of semi-dry pepper and garlic paste

Response Model R-squared1) Mean±S.D. F-value Prob>F Polynomial equation
1) 0≤R2≤1, close to 1 indicates line fit the model
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
A: garlic paste, B: semi-dry red pepper paste
Appearance Quadratic 0.9313 5.05±2.06 13.56 0.0062** 7.70+0.24A+0.74B+0.083AB—1.23A2—2.42B2
Color Quadratic 0.8779 5.24±1.99 7.19 0.0247* 7.52+0.097A+0.95B+0.028AB—0.94A2—2.19B2
Flavor Quadratic 0.9868 5.09±1.79 74.82 0.0001*** 7.56+0.11A+0.62B+0.33AB—1.28A2—2.11B2
Taste Quadratic 0.9724 4.93±1.94 35.26 0.0007*** 7.48+0.25A+0.83B+0.17AB—1.28A2—2.22B2
Overall acceptance Quadratic 0.9770 5.02±2.02 42.39 0.0004*** 7.67+0.24A+0.76B+0.19AB—1.22A2—2.42B2