Utilizing raw rapeseed press cake in foods: A case study on sensory quality and profile of selected bitter compounds in snack bars

이 연구는 생선유채박을 스낵바에 첨가했을 때 농도에 따른 감각적 특성과 KSS, 고이트린 등 특정 대사산물이 쓴맛과 수렴성에 미치는 영향을 규명하여 생선유채박의 식품 활용 가능성과 신품종 육종의 기초를 마련했습니다.

핵심

1. 연구의 배경: 보석 같은 '쓰레기'를 발견하다

유채 (Canola) 는 세계적으로 많이 재배되는 기름 작물입니다. 기름을 짜낸 후 남는 **'유채 압착 케이크 (RPC)'**는 단백질이 아주 풍부한 보석 같은 부산물입니다. 하지만 문제는 이 찌꺼기가 너무 쓰다는 점입니다. 마치 쓴 약을 먹은 것 같은 맛 때문에 사람들이 먹기를 꺼려합니다.

연구진은 이 쓴맛을 무시하고, 그냥 간식 (스낵바) 에 섞어봤습니다. "얼마나 넣으면 맛이 망가지고, 어떤 성분이 쓴맛을 내는 걸까?"를 확인하기 위함이었죠.

2. 실험 방법: 레시피에 '쓰레기'를 조금씩 섞어보기

연구진은 다음과 같은 실험을 했습니다.

• 재료: 견과류, 날짜, 커피 등으로 만든 맛있는 스낵바 베이스.
• 변수: 이 베이스에 유채 찌꺼기를 0%, 7%, 14%, 21% 비율로 섞었습니다.
• 비교: 껍질을 벗긴 씨앗 (Dehulled) 과 껍질째 쓴 씨앗 (Whole) 으로 만든 찌꺼기를 각각 사용했습니다.
• 평가: 전문가 패널이 이 스낵바를 맛보고 "쓴맛, 떫은맛, 양배추 냄새" 등을 점수로 매겼습니다.

3. 주요 발견: 맛의 '한계점'과 '비밀 무기'

① 맛의 '포화 지점' (14% 룰)

쓴맛과 떫은맛은 유채 찌꺼기를 조금씩 넣을수록 강해졌지만, 14% 를 넘어서면 더 이상 강해지지 않고 멈췄습니다.

• 비유: 커피에 설탕을 넣을 때, 처음엔 달아지지만 어느 정도 넘어서면 더 넣어도 달아지는 느낌이 안 들죠. 그 '한계점'이 14% 였습니다.
• 예외: '떫은맛 (Astringency)'은 21% 까지 계속 선형적으로 강해졌습니다. 마치 입안이 마르는 느낌이 계속 심해지는 것처럼요.

② 껍질 벗기기의 효과: 생각보다 미미함

"껍질을 벗기면 쓴맛이 줄어들겠지?"라고 생각했지만, 결과는 다릅니다. 껍질을 벗긴 씨앗으로 만든 찌꺼기를 넣었더니 오히려 '양배추 냄새'나 '팝콘 냄새' 같은 특이한 향이 더 강해졌습니다. 하지만 쓴맛 자체는 줄어들지 않았습니다.

• 교훈: 껍질을 벗기는 과정은 단백질 함량을 높이는 데는 도움이 안 되며, 오히려 향을 더 강하게 만들 수 있습니다.

③ 쓴맛의 진범 (범인) 찾기: '고이트린'과 'KSS'

연구진은 쓴맛을 내는 화학 물질을 수사하듯 찾아냈습니다.

• 기존의 오해: 예전에는 유채의 쓴맛은 '신나핀 (Sinapine)'이라는 물질 때문이라고만 생각했습니다.
• 새로운 발견: 이번 연구에서는 **KSS(카에프페롤 당류)**와 **고이트린 (Goitrin)**이라는 두 가지 물질이 쓴맛의 주범임을 밝혀냈습니다.
  • 특히 고이트린은 유채 찌꺼기를 간식에 넣었을 때, 실제로 우리가 느끼는 쓴맛의 10% 정도를 담당하는 '비밀 무기'였습니다. (기존에는 간식에서 고이트린이 쓴맛을 낸다는 게 알려지지 않았습니다.)

④ 요리 과정의 마법: 화학 반응

재미있는 점은, 찌꺼기를 넣기 전과 간식을 만든 후의 화학 성분이 달랐다는 것입니다.

• 찌꺼기에 있던 '프로고이트린'이라는 물질이 간식을 만드는 과정에서 고이트린으로 변했습니다.
• 마치 생고기를 구우면 고기 맛이 나는 것처럼, 간식을 만들면서 유채 찌꺼기의 성분이 변해 새로운 맛을 만들어낸 것입니다.

4. 결론: 이 연구가 우리에게 주는 메시지

이 논문은 **"유채 찌꺼기라는 재료를 음식으로 쓸 때, 쓴맛을 어떻게 조절할지"**에 대한 지도를 그려줍니다.

1. 적정량 찾기: 간식에 유채 찌꺼기를 14% 이하로 넣으면 쓴맛이 급격히 폭발하지 않고 적당히 조절될 수 있습니다.
2. 새로운 쓴맛 원인: 앞으로 유채 품종을 개량할 때는 단순히 쓴맛을 줄이는 게 아니라, KSS 와 고이트린이라는 특정 물질을 줄이는 데 집중해야 합니다.
3. 지속 가능성: 기름을 짜고 남은 찌꺼기를 버리지 않고, 과학적으로 분석하여 건강하고 맛있는 단백질 간식으로 만들 수 있다는 희망을 줍니다.

한 줄 요약:

"유채 찌꺼기는 쓴맛 때문에 버려지던 보석이었지만, 과학자들이 그 쓴맛의 '범인'을 찾아내고 적정량을 조절하면, 훌륭한 단백질 간식으로 재탄생시킬 수 있다는 사실을 증명했습니다."

기술 요약

1. 연구 배경 및 문제 제기 (Problem)

• 배경: 전 지구적 건강 식이 (Planetary Health Diet) 의 요구에 따라 동물성 단백질에서 식물성 단백질로의 전환이 필요하며, 유채 (Rapeseed, Brassica napus) 는 세계 2 대의 유채 작물입니다. 유채에서 기름을 짜고 남은 부산물인 유채 케이크 (RPC) 는 단백질 함량이 높음 (30-40%) 에 불구하고, 주로 사료로만 사용되고 있습니다.
• 문제점:
  1. 안전성 및 규제: EU 는 고농도의 항영양소 (글루코시놀레이트 등) 로 인해 가공되지 않은 생 RPC 의 식품 사용을 승인하지 않았습니다.
  2. 관능적 거부감: 소비자들은 RPC 의 쓴맛 (bitterness) 과 불쾌한 맛을 이유로 식품으로의 수용을 꺼립니다.
  3. 지식 부족: RPC 를 식품 매트릭스 (예: 스낵바) 에 도입할 때, 어떤 대사물질이 쓴맛을 유발하며, 식품 제조 과정에서 대사물질이 어떻게 변형되어 최종 감각 프로필에 영향을 미치는지에 대한 이해가 부족합니다.

2. 연구 방법론 (Methodology)

• 시료 준비:
  • 원료: 상업적 유채 압착소 (Bornholm's Oliemølle A/S) 에서 제공된 '카놀라 품질'의 통과 (whole) 및 탈피 (dehulled) 유채 씨앗을 냉압착하여 생 RPC 를 제조했습니다.
  • 제품: 코펜하겐의 'Spora'와 협력하여 견과류, 날짜, 커피 등을 베이스로 한 스낵바를 제조했습니다.
  • 실험 설계: RPC 를 0%, 7%, 14%, 21% 비율로 첨가하여 총 7 가지 유형의 스낵바를 제작했습니다.
• 관능 평가 (Sensory Analysis):
  • 패널: 코펜하겐 대학교 식품과학부의 훈련된 전문가 패널 10 명.
  • 방법: 13 가지 RPC 고유의 감각 속성 (쓴맛, 떫은맛, 양배추 냄새 등) 을 15cm 척도로 평가했습니다.
  • 설계: 완전 무작위 블록 설계 (Complete Randomized Block Design) 를 사용하여 3 회 반복 평가했습니다.
• 화학적 분석 (Chemical Analysis):
  • 대사체 분석: 표적 LC-MS/MS 를 사용하여 쓴맛과 관련된 주요 화합물 (Sinapic acid, KSS, KSS-hexose, 글루코시놀레이트류, Goitrin 등) 을 정량화했습니다.
  • 단백질 및 아미노산: 연소分析法로 조단백질을 측정하고, 자유 아미노산 프로파일을 분석했습니다.
• 통계 분석:
  • ANOVA 를 사용하여 농도 및 탈피 처리의 효과를 검정했습니다.
  • 주성분 분석 (PCA) 을 통해 감각 속성과 대사체 간의 상관관계를 규명했습니다.
  • Dose-over-Threshold (DoT) 분석: 쓴맛 역치 농도를 기준으로 화합물이 실제 쓴맛에 기여하는지 평가했습니다.

3. 주요 결과 (Key Results)

가. 관능적 특성 (Sensory Profile)

• 농도 의존성: 대부분의 감각 속성 (쓴맛, 양배추 냄새 등) 은 RPC 농도가 14% 까지 증가함에 따라 강도가 증가하다가 그 이후에는 포화 (plateau) 되는 경향을 보였습니다.
• 예외 (떫은맛): 떫은맛 (astringent mouthfeel) 은 농도가 21% 에 달할 때까지 거의 선형적으로 증가했습니다.
• 탈피 처리의 영향: 탈피된 씨앗으로 만든 RPC 가 포함된 스낵바는 전체적인 냄새, 양배추 냄새/맛, 팝콘 향 등에서 더 높은 강도를 보였으나, 쓴맛이나 단백질 함량에는 유의미한 증가를 보이지 않았습니다. 즉, 껍질을 제거하는 것이 쓴맛 감소나 단백질 농도 증가에 도움이 되지 않았습니다.

나. 대사체 분석 및 쓴맛 화합물 (Metabolites & Bitterness)

• 주요 쓴맛 화합물: PCA 결과, 쓴맛과 떫은맛은 KSS (Kaempferol 3-O-(2‴-O-sinapoyl-β-sophoroside)), KSS-hexose, 그리고 Goitrin과 강한 양의 상관관계를 보였습니다.
• 대사체 변환:
  • Goitrin: RPC 에 포함된 프로고이트린 (progoitrin) 의 약 90% 는 스낵바 제조 과정에서 분해되거나 다른 형태로 변형되어 검출되지 않았습니다. 그러나 검출된 Goitrin은 쓴맛 역치 (DoT factor > 1) 를 초과하는 농도로 존재하여, RPC 기반 식품의 쓴맛에 기여하는 주요 인자임이 처음 확인되었습니다.
  • KSS 및 KSS-hexose: 스낵바 내에서의 KSS 및 KSS-hexose 농도는 원료 RPC 대비 예상보다 5~9 배 높게 검출되었습니다. 이는 식품 제조 과정에서 고차 유도체가 가수분해되거나, 식품 매트릭스에서의 추출 효율이 높아졌음을 시사합니다.
  • Sinapine: 매트릭스 효과로 인해 정확한 정량이 어려웠으나, Sinapic acid 는 농도 비례적으로 증가했습니다.

다. 영양성분

• 스낵바에 RPC 를 첨가해도 전체 조단백질 함량 (약 15-17%) 은 크게 변하지 않았으며, 탈피 여부에 따른 단백질 함량 차이도 미미했습니다.

4. 주요 기여 및 혁신성 (Key Contributions)

1. 최초의 관능 평가: 가공되지 않은 생 RPC 를 함유한 식품 (스낵바) 에 대한 최초의 훈련된 패널 관능 평가 수행.
2. 새로운 쓴맛 원인 규명: 기존에 알려진 Sinapine 외에 Goitrin이 RPC 함유 식품의 쓴맛에 기여한다는 사실을 최초로 보고했습니다.
3. 식품 매트릭스의 영향: 생 RPC 와 최종 식품 제품 간의 대사체 프로파일 차이가 크다는 것을 입증했습니다. (예: 글루코시놀레이트의 급격한 감소, KSS 계열 화합물의 증가). 이는 식품 매트릭스 내에서 대사체 변환이 일어나며, 단순한 원료 분석만으로는 최종 제품의 관능을 예측할 수 없음을 보여줍니다.
4. 탈피 처리의 비효율성 입증: 껍질을 제거하는 것이 쓴맛을 줄이거나 단백질 농도를 높이는 데 효과가 없음을 확인하여, RPC 활용 시 탈피 공정의 필요성에 대한 재고를 촉구했습니다.

5. 의의 및 시사점 (Significance)

• 식품 개발: RPC 를 식품 원료로 활용할 때, 단순한 농도 조절뿐만 아니라 Goitrin과 같은 특정 쓴맛 화합물의 농도 관리와 식품 매트릭스 내에서의 화학적 변화를 고려해야 함을 제시합니다.
• 육종 방향: 유채 품종 개량 시, 단순히 글루코시놀레이트 함량만 낮추는 것이 아니라, KSS 계열 화합물과 Goitrin의 함량을 낮추는 방향으로 육종 전략을 수정해야 함을 시사합니다.
• 지속 가능성: RPC 를 인간 식품으로 재활용함으로써 식량 자원의 낭비를 줄이고 지속 가능한 단백질 공급원을 확보하는 데 기여할 수 있는 과학적 근거를 마련했습니다.

결론적으로, 본 연구는 생 RPC 를 식품에 적용할 때 발생할 수 있는 감각적 장벽 (쓴맛, 떫은맛) 의 화학적 기작을 규명하고, 이를 극복하기 위한 식품 공학적 및 육종학적 접근의 기초 데이터를 제공했습니다.