다양한 겔화제에 따른 말차 밀크캐러멜의 품질 특성

서 론

캐러멜(caramel)은 독특한 풍미와 특유의 질감으로 다양한 식품 산업에서 시럽이나 소스, 고형체 상태로 두루 활용되었으며, 그 중에서 밀크캐러멜(milk caramel)은 우유, 설탕, 콘시럽, 지방의 혼합물로 구성된 대중적인 유형의 스낵이 되었다(Steiner AE 등 2003). 그리고 오늘날에는 밀크캐러멜을 적당한 양으로 섭취할 경우 얻는 즐거움과 함께 건강적인 효능까지 고려하게 되었다(Marfil PH 등 2012). 즉, 밀크캐러멜을 영양 보조제로 생각하면서 단 것을 줄이는 대신 성분 일부를 수정하고, 보충적인 이점을 추가하여 건강기능성 식품으로 인식하게 되었다(Tomassone MA 등 2012). 최근에는 파인애플 열매(Rukmi DL 등 2021), 두리안 과일과 감귤류 주스(Sulistyowati E 등 2019), 흑마늘(Min JH 등 2020), 엠프리트 생강 및 세캉 목재 추출물(Rahayu S 등 2023) 등 여러 가지 건강 식재료를 활용한 밀크캐러멜에 관한 연구가 보고되고 있다.

말차(抹茶, Matcha)는 과거에는 주로 전통 의례에 사용되었으나, 최근 몇 년간은 일본뿐만 아니라 해외에서 음료, 스낵, 초콜릿, 아이스크림 및 기타 식품에 건강 기능성 성분으로 이용되며, 시장 수요가 크게 증가하고 있다(Kochman J 등 2020). 말차에는 카테킨, 카페인, 페놀산, 루테인, 비타민K와 같이 건강에 유익한 다양한 활성성분이 들어있으며(Sakurai K 등 2020). 특히, 다양한 유형의 카테킨은 페놀성 화합물에 속하는 생리 활성화 물질로 항산화, 항염증 등의 특성을 가지고 있어 여러 질병을 예방한다. 따라서 말차를 정기적으로 섭취하면 신체적, 정신적 건강에 긍정적인 영향을 미쳐 불안감 감소, 기억력과 인지기능 향상, 심장 대사 증진, 항종양 효과와 함께 염증성 사이토카인이 감소하고, 산화 스트레스가 완화되는 다양한 건강상의 이점이 있다(Sokary S 등 2023). 또한, 녹차는 뜨거운 물에 우려서 마시지만, 말차는 가루 전체를 물에 타서 마시기 때문에 모든 성분을 섭취할 수 있어 생물학적 활성이 더욱 향상되는 것으로 확인되었다(Pervin M 등 2018).

일반적으로 밀크캐러멜은 혼합물을 118∼125℃까지 가열한다(Minifie BW 1999). 따라서 말차를 첨가한 밀크캐러멜을 높은 온도까지 최종 가열하게 되면, 온도가 상승함에 따라 점점 갈변화되고, 캐러멜 풍미가 더욱 진해져(Barra G 2004) 결국 말차 고유의 색과 맛이 약해지게 된다(Lee MJ & Hwang ES 2016). 반면에 말차 밀크캐러멜을 낮은 온도로 최종 가열하게 되면, 비교적 말차의 특성이 유지되지만, 부드러워진 질감으로 인하여 시간이 지남에 따라 평평하게 늘어지고, 뭉개지면서 포장지에서 녹은 밀크캐러멜이 새어나오는 경우가 생길 수 있다(Mendenhall H & Hartel RW 2014). 결국, 말차 밀크캐러멜은 최종 가열온도에 따라 질감과 색상이 달라지기 때문에 가열온도에 따라 때로는 제품의 문제가 해결되기도 하지만, 또 다른 문제가 나타날 수도 있다(Mendenhall H & Harte RW 2014). 보통 단단한 밀크캐러멜은 부드러운 밀크캐러멜보다 더 오래 높은 온도까지 최종 가열한 것이다. 따라서 최종 가열온도가 낮았을 때는 부드러운 질감으로 인해 보관, 유통과정에서 문제점이 나타날 수 있게 된다(Markovic J 2021). 식품에서는 이와 같이 부드러운 식감을 개선하기 위하여 다양한 겔화제를 이용하고 있다(Kim YM 등 2020).

겔화제(gelling agent)는 겔(gel)을 형성할 수 있는 친수성 콜로이드인 검류로써(Kwon JY 등 2005) 펙틴, 한천, 곤약, 젤라틴, 젤란검 등이 있다. 펙틴(pectin)은 고등식물의 세포벽에서 추출된 고분자량, 생체 적합성, 무독성의 음이온을 띠는 천연 다당류(Willats WGT 등 2006)로 겔화제, 증점제, 안정제로 식품산업에서 기능성 성분으로 널리 이용되고 있으며, 대부분 젤리, 잼, 과일 음료 농축액, 디저트, 발효 유제품 등에 사용된다(Lopes da Silva JA & Rao MA 2006). 젤란검(Gellan gum)은 스핑고모나스 엘로데아(Sphingomonas elodea, ATCC 31461)를 배양, 발효하여 얻어진 다당류(Sworn G & Stouby L 2021)로 뛰어난 안정성, 우수한 기계적 특성, 산과 열에 대한 저항성이 강해 여러 분야에서 활용되며(Park A 등 2020), 특히 식품 산업에서는 점탄성을 제어하기 위한 질감 조절제로 사용된다(Barra G 2004). 또한 한천(agar)과 유사한 텍스쳐를 가져 최근 고령자용 겔화제로 주목받고 있다(Funami T 등 2006). 한천(agar)은 해조류인 우뭇가사리에서 추출되며, 85℃ 이상의 온도에서 용융하고 40℃ 이하에서는 단단하고 쉽게 부서지는 겔을 형성하는 특징이 있다(Imeson A 2009). 한천은 저열량, 고식이섬유 식품 소재로서 현대사회에서 비만 문제 해결에 기여할 수 있는 단백질 및 지방 대체제로 높은 가능성을 인정받고 있으며(Ryu JN 등 2012), 겔화제, 증점제, 안정제, 유화제 등으로 식품산업에서 다양하게 활용된다(Liao Y 등 2022). 최근 들어, 제과제빵 산업에서 겔화제와 같은 대체원료에 대한 물성을 이해하고, 기존 식품을 대체하려는 연구가 활발히 이루어지고 있어 다양한 겔화제의 물리적 특성에 대한 관심이 상당히 높아지고 있다(Kim YM 등 2020). 하지만 밀크캐러멜에 있어서 겔화제를 첨가한 연구로는 k-카라기난과 젤란검을 첨가한 후에 이를 비교한 연구(Barra G 2004)와 콘시럽의 일부를 한천과 젤라틴으로 대체한 연구(Wagoner TB 등 2016) 정도가 있을 뿐 매우 미흡한 실정이다.

따라서 본 연구는 건강 기능성 식재료인 말차를 첨가한 밀크캐러멜 제조 시에 말차 고유의 맛과 색을 살리기 위해 최종 가열온도를 낮출 경우, 조직감이 부드러워져서 생기는 문제점을 개선하기 위해 다양한 겔화제를 첨가하여 제조하였다. 그리고 기계적 측정을 통해 겔화제 간의 물리적 특성을 확인하고, 소비자 기호도를 조사하여, 말차 본연의 특성이 잘 구현되면서 안정적인 질감까지 함께 유지될 수 있는 가장 적절한 겔화제를 찾아 말차 밀크캐러멜의 품질을 향상시키고자 하였다.

재료 및 방법

2. 시료 제조

다양한 겔화제를 첨가한 말차 밀크캐러멜의 배합은 선행연구(Pi YJ & Yoon HH 2023)를 참조하였으며 Table 1과 같다. 본 실험에 사용된 펙틴, 젤란검, 한천은 모두 겔화제, 증점제, 안정제, 유화제로 식품 산업에서 다양하게 활용되는(Liao Y 등 2022) 검류로써 특히 모두 열에 안정성이 높기 때문에 말차 밀크캐러멜 제조에 있어 적합하였다(Park A 등 2020). 고메톡실 펙틴은 pH가 3.3∼3.5일 때 겔이 잘 형성되는 반면에 저메톡실 펙틴의 겔화는 pH 2.6∼6.5 사이의 넓은 영역에서 겔을 형성할 수 있으며, 칼슘과 같은 2가 양이온이 존재할 때 더욱 잘 반응한다(Oakenfull D & Scott A 1984). 따라서 본 연구에서는 배합을 고려했을 때, 저메톡실 펙틴(Pectin LM: P)이 적절하다고 판단되었으며, Choi EJ 등(2007)의 연구를 참고하여 각각 0.25%, 0.5% 비율로 첨가하였다. 그리고 젤란검은 단단하고 탄력이 없으며, 깨지기 쉬운 겔을 생성하여 상업적으로 주로 이용되는 저아실 젤란검(Gellan gum LA: GG)으로 정하였으며(Sanderson GR & Clark RC 1983), Barra G(2004)의 연구를 바탕으로 저아실 젤란검과 한천의 첨가량을 각각 0.25%, 0.35%, 0.45%로 설정하여 실험하였다. 예비 실험 결과, 저메톡실 펙틴 0.25%, 저아실 젤란검 0.25%, 한천 0.25%의 비율이 가장 적합하다고 판단되어 본 연구의 시료로 채택하였다. 말차는 사용 전에 30 mesh 체(Test sieve, Chunggye Sanggongsa, Co., Korea)를 통과시킨 후, 설탕과 고르게 혼합하여 준비하였다. 스테인리스 스틸 냄비(Amicook Fan No. 24, Amicook Co., Korea)에 우유와 생크림을 넣고 혼합한 뒤, 전자유도 가열식 조리기(BKP20TCHO, 2000W, Dipo Induction Co., China)를 5단으로 설정하여 우유 막이 생기지 않도록 내열성 스패출러(Elveo Spatule, Matfer Co., France)로 30 rpm 속도로 계속 저어가며 3분간 가열하였다. 단, 이때 배합표 내에서 소량의 설탕과 함께 미리 섞어둔 한천은 처음부터 넣고 가열했으며, 저메톡실 펙틴과 저아실 젤란검은 약 85℃에서 첨가하였다. 완전히 끓어오르면, 전화당, 콘시럽, 설탕과 혼합해 둔 말차를 넣고 같은 속도로 교반하며 2분간 가열하였다. 이후 버터를 넣고 1분간 추가로 가열하여 전체적으로 녹으면, 가열온도를 2단으로 낮춘 후, 핸드블랜더(Bamix Deluxe M160, Bamix Co., Switzerland)의 회전 속도를 1단(10,000∼12,000 rpm)으로 설정하고 20초 동안 충분히 유화시켰다. 바닥이 타지 않도록 30 rpm 속도로 계속 저어주면서, 온도계(Dretec Digital Thermometer 0-219, Dretec Co., China)로 온도를 확인하며 115℃까지 가열이 되면 가열 온도를 1단으로 낮췄다. 그리고 60 rpm으로 빠르게 교반하며 최종 온도 118℃까지 끓여 시료를 제조하였다(Barra G 2004). 스테인리스 스틸 사각틀(18 × 18 × 3 cm)에 시료를 10 mm 높이로 고르게 부었다. 이후, 30분 동안 상온(24℃)에서 냉각한 뒤, 시료가 건조되지 않도록 사각 틀을 랩으로 밀봉한 후, 보관 백에 넣어 냉장고(Lassele LS-525R_BP, Lassele Co., Seoul, Korea)에서 24시간 동안 수분 손실을 방지하며 보관하였다. 상온에서 30분간 방치한 후, 시료는 초음파 컷팅기(Ultrasonic Slicer MC-2020T, MECS TECH Co., Korea)를 사용하여 가로 20 mm, 세로 10 mm 크기로 절단하여 사용하였다.

Table 1.

Preparation of matcha milk caramel according to various gelling agent

결과 및 고찰

1. 수분 함량

다양한 겔화제에 따른 말차 밀크캐러멜의 수분 함량은 Table 2와 같다. 식품의 수분 함량은 제품의 조직감과 유연성을 제공하며, 수화 및 여러 화학 반응의 촉매 역할을 한다(Park SM 2005). 본 실험의 결과, CON의 수분 함량은 9.69%였고, 겔화제의 종류에 따라 A, GG, P 순으로 9.31%, 8.61%, 8.21%로 감소하여 시료들 간에 유의한 차이를 보였다(p<0.01). 이는 겔화제 종류에 따라 겔 형성 시 흡수되는 수분율에 차이가 있기 때문에 수분 함량에 영향을 미쳤을 것으로 보인다(Gao Y 등 2024). Barra G(2004)는 밀크캐러멜에서 카라기난과 젤란검의 첨가량이 증가함에 따라 수분 함량이 감소하였다고 보고하였다. 또한, Javanmard M 등(2012)의 연구에서도 망고 잼에서 하이드로콜로이드가 존재할 때, 설탕과 같은 친수성 분자와 하이드로콜로이드 간의 물에 대한 경쟁이 발생하여 사슬 간 결합이 촉진되어 수분 함량이 감소하는 것으로 나타났다. 결국 하이드로콜로이드를 첨가하면 더 단단하고 농도가 높아지게 되고, 수분은 줄어든 결과가 되었다.

Table 2.

Moisture content, pH, °brix, and color value matcha milk caramel according to various gelling agent

4. 조직감

다양한 겔화제에 따른 말차 밀크캐러멜의 조직감 결과는 Table 3에 나타나 있다. 경도(hardness)에서 CON의 값은 333.86 g으로 가장 낮았으며, 겔화제의 종류에 따라 A, GG, P 순으로 각각 452.16 g, 569.44 g, 932.00 g으로 점차 증가하여, 겔화제에 따라 겔의 강도가 달랐으며, P가 가장 단단한 것으로 확인되었다(p<0.001). Lee EJ & Ko BK(2017)의 연구에서는 0.2% 한천을 첨가한 쌀 묵 시료가 대조군보다 더 높은 경도를 보였으며, Kim DS & Iida F(2022)의 연구에서도 커스터드에 한천을 농도별로 첨가했을 때, 농도 증가에 따라 점도가 현저히 증가한 결과를 보여주었다. 또한 Barra G(2004)의 연구에서도 젤란검을 첨가한 겔의 경도가 젤란검 농도에 따라 증가하였으며, 동일한 농도에서 젤란검이 한천, κ-카라기난과 비교했을 때, 더 강한 경도를 보였다고 보고하였다. 본 연구에서도 유사한 결과를 보여주어, GG가 A보다 더 높은 경도를 나타내었다.

Table 3.

Quality characteristics of matcha milk caramel according to various gelling agent

부착성(adhesiveness)의 결과는 CON이 —496.40으로 가장 낮았으며, 겔화제의 종류에 따라 A, GG, P가 각각 —673.09, —850.45, —980.53으로 점점 더 높은 부착성 결과값을 보였다(p<0.001). 이는 경도와 마찬가지로 겔화제의 종류가 밀크캐러멜의 부착성에 영향을 미치는 것으로 해석될 수 있으며, 부착성은 경도와 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 탄력성(springiness)에서는 GG가 0.60으로 가장 높았고, 시료 간에 유의한 차이가 있었으나(p<0.05), 응집성(cohesiveness)에서는 시료 간에 유의한 차이가 나타나지 않았다.

검성(gumminess)과 씹힘성(chewiness) 결과는 CON이 각각 177.87과 65.69로 다른 시료들에 비해 가장 낮았으며, A, GG, P가 순으로 점차 높아지는 경향을 보였다(p<0.001). 이와 같이 조직감 결과는 Choi EJ 등(2007)의 연구에서 0.35% 한천과 0.3% 젤란검을 첨가한 포도젤리의 조직감 결과와 유사하여, 겔화제의 종류에 따라 전체적으로 비슷한 패턴을 보였다. 결과적으로 겔화제는 겔화되면서 식품의 질감 특성에 영향을 미치며, 또한 겔화제 종류에 따라 겔화 되는 강도가 달라 조직감에 유의한 차이가 나타나는 것으로 확인되었다.

5. 퍼짐성

다양한 겔화제에 따른 말차 밀크캐러멜의 퍼짐성 결과는 Table 4에 나타나 있다. 겔화제를 첨가하지 않고 118℃까지 최종 가열한 CON의 퍼짐성 값은 3.53 cm로 가장 많이 퍼졌으며, 겔화제를 첨가한 A, GG, P 순으로 각각 3.41, 3.21, 3.11 cm로 감소하여 P의 퍼짐성이 가장 약하였다. 이로써 겔화제를 첨가한 모든 시료들은 CON과 비교했을 때, 퍼짐성이 유의미하게 감소한 것을 확인할 수 있었다(p<0.001). 이러한 결과는 TPA 검사 중에서 경도와 관련이 있는 것으로 조직감이 단단할수록 퍼짐성이 감소하였다. 그리고 시판용 밀크캐러멜(M)의 퍼짐성 값은 3.23 cm으로 측정되었으며, M과 비교했을 때, A는 M보다 더 퍼졌지만, GG와 P는 M보다 퍼짐성이 더 약하게 나타났다. 결국 겔화제가 첨가되지 않은 CON은 퍼짐성이 커서 보관, 유통 시에 안정성이 떨어질 수 있지만, 겔화제를 사용한 모든 시료는 겔화 작용의 의해 전반적으로 질감이 단단해져 퍼짐성이 감소하게 되고, 특히 0.25%의 GG 또는 P를 첨가하게 되면, 시판용 밀크캐러멜(M)의 퍼짐성보다 약해져 부드러운 질감으로 인한 문제점이 개선될 수 있다는 결론을 도출할 수 있었다.

Table 4.

Spreadability of matcha milk caramel according to various gelling agent

6. 기호도 검사

다양한 겔화제에 따른 말차 밀크캐러멜의 기호도 검사 결과는 Table 5에서 나타냈다. 외관(appearance)에 대한 기호도는 P가 5.67로 가장 높은 기호도를 보였으며, A, GG, CON의 기호도는 각각 5.06, 4.84, 3.10으로 나타나 시료 간에 유의한 차이가 있었다(p<0.001). 냄새(odor)에 대한 기호도는 모든 시료가 4.47∼4.91의 범위에서 통계적으로 차이가 없이 비슷한 수준의 기호도를 나타냈으며, 맛(taste)에 대한 기호도 역시 4.80∼5.21 사이에서 유의한 차이 없이 모두 평가되어 겔화제 첨가가 향미에 대한 기호도에 전혀 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다. 조직감(texture)에 대한 기호도에서는 P가 5.26으로 가장 높았으며, GG, A, CON은 각각 4.29, 4.16, 3.41로 나타나 유의한 차이를 보였다(p<0.001). 기계적 측정에서 나타난 경도의 결과값과 종합해 볼 때, 겔화제의 첨가로 시료의 높아진 경도는 소비자 검사의 조직감에 대한 기호도에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단되었다. 전체적인 기호도(overall acceptance) 측정 결과, 겔화제를 첨가하지 않은 CON이 4.11로 가장 낮은 기호도를 보였으며, 다음으로 GG가 4.66, A가 4.76으로 기호도가 높아져 겔화제를 첨가했을 경우, 만족도가 향상되는 것으로 확인이 되었다. 특히, 외관과 조직감의 기호도에서 모두 높은 기호도를 보여준 P가 전체적인 기호도에서도 5.31로 가장 높은 기호도를 보여 말차 밀크캐러멜의 제품 품질을 개선시키는 가장 적절한 겔화제로 평가되었다(p<0.001). 결국, 말차 밀크캐러멜에 겔화제를 첨가하게 되면, 향미에 대한 기호도에는 유의한 영향을 미치지 않지만, 외관과 조직감에 대한 기호도를 높혀 전체적인 소비자 만족도를 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다.

Table 5.

Consumer acceptance of matcha milk caramel according to various gelling agent

요 약

본 연구의 목적은 말차 밀크캐러멜의 최종 가열온도를 낮춰 말차 본연의 특성은 잘 살리되, 부드러워진 질감 때문에 생기는 보관, 유통 상의 문제점은 다양한 겔화제를 첨가하여 개선시키고자 하였다. 본 실험을 위한 말차 밀크캐러멜은 겔화제를 첨가하지 않은 대조군(CON)과 저메톡실 펙틴(P), 저아실 젤란검(GG), 한천(A)을 각각 0.25%씩 첨가한 실험군으로 118℃까지 최종 가열하여 준비하였다.

기계적 측정 결과에 따르면, 말차 밀크캐러멜의 수분 함량은 겔화제를 첨가하지 않은 CON이 가장 높았으며, 겔화제가 첨가된 A, GG, P 순으로 유의하게 수분 함량이 낮아졌다. 이와 같은 수분 함량은 당도에 영향을 미쳐, 수분 함량이 낮아질수록 당도는 높아지는 것을 확인할 수 있었다. pH와 색도 값(L, a, b)은 각 시료 간에 유의한 차이가 있었다. 조직감 측면에서, 경도, 부착성, 검성, 씹힘성 모두 CON이 가장 낮은 값을 보였고, A, GG, P 순으로 점점 높은 값을 나타냈으며, 응집성에서는 시료 간에 유의한 차이가 없었다. 퍼짐성 검사 결과, 겔화제를 첨가하지 않은 CON이 가장 퍼짐성이 강하였으며, A, GG, P 순으로 퍼짐성이 유의하게 약해졌다. 특히, 시판용 밀크캐러멜(M)의 퍼짐성과 비교했을 때, GG와 P는 M보다 퍼짐성이 더 약하게 나타나 질감의 안정성에 효과적일 수 있음을 보여주었다. 결과적으로 첨가된 겔화제는 시료의 물리적 특성에 전체적으로 영향을 미친 것으로 나타났다.

기호도 검사 결과, 냄새와 맛에 대한 기호도는 시료 간에 유의한 차이가 없었던 반면, 외관, 조직감에 대한 기호도를 포함한 전체적인 기호도 평가에서도 겔화제를 첨가한 모든 시료들이 CON에 비해 높은 기호도 수준을 보여주어 전반적으로 제품 품질이 우수해진 것으로 확인되었다. 특히, P가 가장 높은 기호도 수준으로 평가되어 소비자들이 가장 선호하는 것으로 나타났다. 따라서 말차 밀크캐러멜에 겔화제를 첨가하게 되면, 낮은 온도로 최종 가열하더라도 겔화에 의해 경도가 단단해지고, 퍼짐성이 약해질 뿐만 아니라 말차 고유의 특성이 유지될 수 있게 되어 전체적으로 품질이 향상되는 것으로 평가되었다.

말차 밀크캐러멜에 다양한 겔화제를 첨가하고, 시료에 나타난 겔화 강도 및 특성을 비교한 기계적 측정 결과를 학문적으로 분석함으로써 향후 겔화제를 활용한 연구, 개발에 있어서 유용한 선행 자료가 될 것으로 사료된다. 그리고 실무적으로 말차 밀크캐러멜에 겔화제를 첨가할 경우, 생산자 입장에서는 최종 가열온도를 낮춤으로써 총 가열시간이 단축되면, 제조 공정에서 시간과 비용이 절감되어 생산 효율성까지 증대시킬 수 있을 것이다. 더불어 소비자 입장에서도 맛과 질감에 있어 제품 품질이 향상되어 만족도가 높아지는 긍정적인 효과를 기대해 볼 수 있을 것이다.

Acknowledgments

본 소논문은 제1저자 피윤정의 박사학위 논문 중 일부를 수정 보완한 것임을 밝힙니다.

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