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설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 pH 및 당도는 시료 3 g에 증류수 27 mL를 넣고 균질화한 후 원심분리기(Combi 508, Hanil Scientific Inc., Gimpo, Korea)를 이용하여 3,000 rpm에서 15분간 원심분리한 후 상등액을 취하여 측정하였고, 당도는 당도계(Pal-α, Atago, Tokyo, Japan), pH는 pHmeter(Starter 3100 Ohaus, Parsippany, NJ, USA)를 이용하여 3회 반복 측정한 후 평균값을 구하였다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 퍼짐성은 Na YM 등(2012)의 선행연구를 참조하였다. 1 mm 간격의 모눈종이(section paper) 중심부에 상하부가 개방된 직경 5 cm의 원통관을 놓은 후, 시료 100 g을 담아 원통관을 위로 드는 순간부터 2분 경과 후에 중심부로부터 8부위를 동시에 측정하여 총 3회의 평균값을 구하였다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 색도는 색차계(CM-2600d, Konika Minolta Inc., Osaka, Japan)를 사용하여 Hunter 체계의 명도(L값), 적색도(a값), 황색도(b값)를 3회 반복 측정한 후 평균값을 구하였다. 이때 사용한 표준 백판(standard plate)은 L값 93.31, a값 1.75, b값 0.68이었다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 관능평가는 J대학교 대학생 및 대학원생 30명을 선정하여 실험목적과 관능적 품질 요소 등에 대해 숙지시킨 후 진행하였다. 시료는 5 g씩 흰색의 플라스틱 컵에 담아 동반식품으로 식빵(가로 4 cm×세로 4 cm)과 물을 함께 제공하였다. 17개의 시료는 실험의 오차를 줄이기 위하여 랜덤으로 제공하여 총 3회 실시하였으며, 평가하는데 있어 시료 4개를 평가한 뒤 일정한 시간간격을 두어 시료간의 맛의 상호작용을 최대한 감소시켜 평가를 실시하였다. 또한, 각 시료의 평가 후에는 제공된 물로 입을 헹구어 다음 시료의 평가에 영향을 최소화 하도록 하였다. 평가 항목은 외관(appearance), 향미(flavor), 맛(taste), 발림성(spreadability), 전반적 기호도(overall acceptability)로 총 5가지 항목으로 정하여 기호도를 평가하였고, 평가 방법은 Likert의 9점 척도법(1점: 매우 싫음, 5점: 보통, 9점: 매우 좋음)을 사용하였다. 본 연구의 관능평가는 연구자가 소속된 대학교의 생명윤리위원회의 승인을 받았다(승인번호: JBNU 2020-03-008-001).

본 연구는 Design Expert 11 Program(State-Easy Co., Minneapolis, MN, USA)을 이용하여 수치적 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 각 독립변수의 최적 첨가량을 선정하였고, 지점 예측(point prediction)을 통해 종속변수 각각의 예측값을 구하였다. Canonical 모형을 근간으로 하는 수치적 최적화는 목표 범위(goal area)를 독립변수인 설탕, 펙틴, 구연산을 실험범위 내(in range)로, 종속변수인 관능적 특성 항목의 점수가 유의적인 항목을 최대(maximum)로 설정하고, 신뢰 수준 95% 구간에서 최적점(solution)을 구하였다. 이때 가장 높은 적합도(desirability; D)를 나타내는 최적점을 구하였다.

(D: overall desirability, d: desirability, n: response의 수)

모형적 최적화는 다수의 종속변수의 결과들이 존재할 때 각각의 결과에서 목적으로 하는 중요한 범위를 설정한 후, 그래프가 중첩되는 범위(overlay plot) 안에서 최적점을 찾았다.

모든 실험의 통계분석은 SPSS Statistics Program(ver. 25.0, IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 평균과 표준편차를 산출하였으며, 실험 자료의 분석 및 최적화는 Design Expert 11 Program(State-Easy Co.)을 이용하여 독립변수와 종속변수와의 관계를 분산분석과 회귀분석을 통하여 1차 선형효과, 2차 곡선효과 및 인자 간 교호작용을 보았다. 모델의 적합성은 F-test를 통하여 p<0.05 수준에서 검증하였고, 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태는 perturbation plot과 response surface plot으로 나타내었다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 pH를 측정한 결과, 3.71∼4.39의 범위를 보였으며, 최소값은 sample 7, sample 8, 최대값은 sample 13에서 나타났다. 독립변수가 pH에 미치는 영향에 대한 회귀분석한 결과, 독립변수가 각각 작용하는 linear model(R²=0.7541)이 선정되었으며, p-value가 0.0003으로 유의하게 회귀식에 대한 설명력이 높았다. 적합결여검정(lack of fit) 결과, p-value 0.2479로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수와 반응표면 상태 결과, pH에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 구연산으로 나타났으며, pH는 구연산의 양이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 잼의 제조 시 과일에 설탕을 첨가하면 산에서 형성된 수소이온으로 인하여 펙틴 분자표면의 음전하가 중화되어 펙틴분자의 안정성이 감소됨에 따라 펙틴분자들이 서로 결합해 3차원의 망상 구조를 형성하게 되어, 독립변수들 간에 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다(Son JW 등 2005).

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 당도를 측정한 결과, 48.67∼64.00 °Brix의 범위를 보였으며, 최소값은 sample 9, 최대값은 sample 10에서 나타났다. 독립변수가 당도에 미치는 영향에 대한 회귀분석한 결과, 독립변수가 각각 작용하는 linear model(R²=0.7580)이 선정되었으며, p-value가 0.0003으로 유의하게 회귀식에 대한 설명력이 높았다. 적합결여검정 결과, p-value 0.9274로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수와 반응표면 상태 결과, 당도에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 설탕으로 나타났다. 당도는 설탕의 양이 증가할수록 증가하였으며, 펙틴과 구연산의 양이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. Sim KH 등(2006)의 연구에서도 마늘잼의 당도는 설탕의 양이 증가할수록 높아졌으나, 펙틴의 양이 증가함에 따라 전체 고형분 함량이 증가하기 때문에 나타나는 희석효과로 당도가 낮아지는 결과를 보여 본 연구와 유사한 경향을 나타냈다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 퍼짐성을 측정한 결과, 3.43∼5.23 cm의 범위를 보였으며, 최소값은 sample 8, 최대값은 sample 4에서 나타났다. 독립변수가 퍼짐성에 미치는 영향에 대한 회귀분석한 결과, 독립변수가 교호작용하는 2FI model(R²=0.7740)이 선정되었으며, p-value가 0.0082로 유의하게 회귀식에 대한 설명력이 높았다. 적합결여검정 결과, p-value 0.1321로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수와 반응표면 상태 결과, 퍼짐성은 설탕과 구연산의 양이 증가할수록 감소하였으며, 본 연구에서는 설탕과 구연산의 양이 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 구연산은 시판 잼류의 젤리강도 강화와 풍미향상에 사용되는 산미제로서, 적당량의 당과 산은 젤을 형성할 수 있다(Kim JW 등 2006). 또한, 설탕첨가량이 증가되면서 펙틴분자들의 콜로이드 용액 내의 물분자나 펙틴분자에 수화되어 있는 물분자의 탈수제로 작용하여 분자간의 접촉을 용이하게 하여 잼이 단단해진 결과로 모과잼의 연구(Lee EY & Jang MS 2009)와 유사한 결과를 보였다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 색도를 측정한 결과, 명도 17.99∼23.73(최소값 sample 10, 최대값 sample 9), 적색도 0.04∼1.41(최소값 sample 9, 최대값 sample 10), 황색도 19.22∼26.35(최소값 sample 9, 최대값 sample 2)의 범위로 나타났다. 독립변수가 색도에 미치는 영향에 대한 회귀분석한 결과, 명도와 황색도는 독립변수가 각각 작용하는 linear model(R²=0.8276, 0.7369), 적색도는 독립변수가 교호작용하는 2FI model(R²=0.9136)이 선정되었다. 색도(명도, 적색도, 황색도)의 p-value는 각각 0.0001 미만, 0.0001 미만, 0.0005로 모두 0.1% 이내의 유의수준에서 회귀방정식에 대한 설명력이 높았다. 적합결여검정 결과, p-value가 모두 0.05 이상으로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수와 반응표면 상태 결과, 설탕이 색도에 가장 큰 영향을 미치는 인자로 설탕의 양이 증가할수록 명도는 감소하였으며, 적색도와 황색도는 증가하는 경향을 보였다. 그리고 펙틴과 구연산의 양이 증가할수록 명도는 증가하였지만, 황색도는 감소하는 경향을 보였다. 이는 비환원당인 설탕이 조리 중에 포도당과 과당으로 분해되는 과정을 거쳐 카르보닐기가 회복됨으로써 메일라드 반응이 진행된 것으로 설탕의 양이 많아질수록 반응이 촉진되어 나타난 결과로 보인다.

설탕, 펙틴, 구연산 첨가 생강배잼의 관능평가 결과, 외관 5.64∼6.57점(최소값 sample 7, 최대값 sample 8), 향미 5.29∼6.50점(최소값 sample 17, 최대값 sample 6), 맛 5.64∼6.71점(최소값 sample 5, 최대값 sample 10), 발림성 5.79∼7.14점(최소값 sample 7, 최대값 sample 13), 전반적 기호도 5.71∼6.79점(최소값 sample 14, 최대값 sample 10)의 범위로 나타났다. 독립변수가 관능평가 항목에 미치는 영향에 대한 회귀분석한 결과, 외관은 독립변수가 교호작용하는 2FI model(R²=0.7839), 맛, 발림성, 전반적 기호도는 독립변수가 각각 작용하는 linear model(R²=0.4436, 0.2083, 0.4887)이 선정되었으나, 향미는 각각의 독립변수와 종속변수의 관계를 설명할 적합한 model이 선정되지 않았다. 외관, 맛, 전반적 기호도의 p-value는 각각 0.0067, 0.0483, 0.0289로 모두 5% 이내의 유의수준에서 회귀방정식에 대한 설명력이 높았으며, 적합결여 검정 결과, 세 항목의 p-value가 모두 0.05 이상으로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수와 반응표면 상태 결과, 설탕은 외관과 맛, 펙틴은 발림성, 구연산은 맛과 전반적 기호도에 가장 큰 영향을 미치는 인자로 나타났다. 설탕과 펙틴의 양이 증가할수록 외관, 맛, 전반적 기호도의 점수가 증가하였으나, 발림성의 점수는 감소하는 경향을 보였다. 구연산의 양이 증가할수록 외관의 점수는 증가하였으나, 맛, 발림성, 전반적 기호도의 점수는 감소하는 경향을 보였다. 복분자잼의 연구(Kim TY 등 2008)에서 복분자즙에 펙틴을 첨가하지 않은 시험구에 비해 펙틴을 첨가한 군에서 전반적인 기호도가 가장 높게 나타났는데, 이는 펙틴이 겔을 형성이 증가하면서 잼의 안정성과 품질유지에 긍정적인 영향을 나타낸 것으로 보고하였다. 그러나 멜론잼 연구(Kim BH 2017)에서 설탕과 펙틴이 잼의 중요한 조건이지만, 설탕과 펙틴의 양이 너무 많아지면 색, 맛, 텍스처 등에 바람직하지 않은 영향을 주게 되므로 적절히 사용하는 것이 중요하다고 하였는데, 본 연구에서도 비슷한 경향을 보였다.