과피(감귤, 사과, 포도) 분말을 첨가한 쌀모닝빵의 품질특성, 영양성분 및 항산화 활성 = Quality characteristics, nutritional composition, and antioxidant activity of rice morning bread added with citrus, apple, and grape peel powders

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 국내 쌀 소비 감소와 과일 가공 부산물 처리 문제라는 두 가지 사회적·산업적 과제를 동시에 해결하기 위한 전략으로, 감귤(Citrus unshiu), 사과(Malus domestica), 포도(Vitis vinifera) 껍질 분말을 활용한 쌀 모닝빵의 품질 특성과 항산화 활성을 규명하였다. 본 연구는 감귤, 사과, 포도 껍질을 동일 조건에서 정밀 분석하고, 강력쌀가루를 기지로 한 모닝빵 반죽에 단계별 비율(감귤 0, 3, 6, 9%; 사과 0, 4, 8, 12%; 포도 0, 3, 6, 9%)로 첨가하여 영양성분, 항산화능, 관능 특성의 변화를 체계적으로 규명하였다. 분석 항목은 일반성분(단백질, 지질, 회분, 탄수화물), 아미노산, 지방산, 유리당, 유기산, 미네랄, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 총 카로티노이드, 비타민 C·E와 페놀산·플라보놀 조성을 분석하였다. 또한 항산화 활성은 DPPH, ABTS, FRAP의 세 가지 대표적 분석법을 적용하였으며, Pearson 상관분석, 주성분분석(PCA), 계층적 군집분석(HCA) 등 다변량 통계 기법을 활용하여 성분–기능 간 상관성을 해석하였다. 감귤 껍질은 펙틴, 플라보노이드, 카로티노이드, 식이섬유와 미네랄 함량이 높게 나타났다. 사과 껍질은 퀘르세틴, 루틴, 클로로젠산 등 플라보놀·페놀산과 유기산·유리당이 높게 나타났다. 포도 껍질은 안토시아닌, 레스베라트롤, 프로토카테인산, 갈릭산 등 색소 및 폴리페놀 성분과 미네랄·아미노산이 높았다. 쌀 모닝빵 제조 결과, 껍질 첨가군에서는 단백질·지방의 함량이 일부 낮게 나타났으나, 고단백 강력쌀가루의 함량으로 품질 저하는 제한적이었다. 또한 식이섬유, 미네랄, 불포화지방산이 증가하였으며, Na/K 비가 개선되고, 항산화 성분 및 활성이 높게 나타났다. 특히 감귤 6–9%, 사과 8–12%, 포도 6–9% 첨가 범위에서 영양학적·항산화적 효과가 뚜렷하게 나타났다. 항산화 활성의 경우 사과 껍질의 라디칼 소거 능력(HAT 기전), 감귤 껍질의 전자 전달 기반 환원력(SET 기전), 포도 껍질의 색소·폴리페놀에서 긍정적인 효과를 나타냈다. PCA와 HCA 분석은 껍질별 성분 특성이 항산화 기전과 구조적으로 연계됨을 확인하였으며, 혼합·블렌딩 전략을 통해 상호보완적 시너지를 창출할 수 있음을 보였다. 이상의 결과 과일 껍질의 자원 순환형 활용과 쌀가루 기반 기능성 제빵 개발을 위한 과학적·실증적 근거를 제공하였으며, 향후 다양한 가공식품군(케이크, 쿠키, 파스타, 음료 등)으로의 응용 가능성을 제시하였다. 따라서 감귤·사과·포도 껍질 분말을 활용한 쌀 모닝빵은 영양성분 보충, 항산화 활성 증가와 지속가능성 확보라는 다차원적 효과를 동시에 달성할 수 있는 전략적 식품 개발 모델로 평가된다. 본 연구는 한국 식품산업이 직면한 쌀 소비 감소, 부산물 처리, 건강 지향 식품 개발, 지속가능성 강화라는 네 가지 과제를 동시에 해결할 수 있는 통합적 접근을 제시하며, 향후 학문적 탐구와 산업적 실용화의 중요한 토대가 될 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study presents a strategic approach to addressing two pressing socio-industrial challenges in South Korea: the declining consumption of domestic rice and the disposal of fruit processing by-products. Specifically, it investigates the quality characteristics and antioxidant activities of rice-based morning bread enriched with peel powders derived from citrus (Citrus unshiu), apple (Malus domestica), and grape (Vitis vinifera). Under controlled experimental conditions, peel powders from citrus, apple, and grape were incorporated into high-protein rice flour bread formulations at incremental concentrations (citrus: 0, 3, 6, 9%; apple: 0, 4, 8, 12%; grape: 0, 3, 6, 9%). Comprehensive analyses were conducted to evaluate changes in nutritional composition, antioxidant capacity, and sensory attributes. Measured parameters included proximate composition (protein, lipid, ash, carbohydrate), amino acid and fatty acid profiles, free sugars, organic acids, minerals, total polyphenols, total flavonoids, total carotenoids, and vitamins C and E, as well as detailed phenolic and flavonol profiles. Antioxidant activity was assessed using three standard assays—DPPH, ABTS, and FRAP. Furthermore, multivariate statistical analyses, including Pearson correlation, principal component analysis (PCA), and hierarchical cluster analysis (HCA), were employed to elucidate the relationships between compositional variables and antioxidant functionality. Citrus peel was characterized by high levels of pectin, flavonoids, carotenoids, dietary fiber, and minerals. Apple peel exhibited a rich composition of flavonols and phenolic acids such as quercetin, rutin, and chlorogenic acid, in addition to organic acids and free sugars. Grape peel was abundant in anthocyanins, resveratrol, protocatechuic acid, and gallic acid, and notable for its polyphenolic pigments, amino acids, and mineral content. The incorporation of peel powders resulted in moderate reductions in protein and fat contents; however, these effects were offset by the use of high-protein rice flour, maintaining overall bread quality. Enriched samples demonstrated increases in dietary fiber, unsaturated fatty acids, and essential minerals, along with an improved Na/K ratio. Antioxidant compound levels and activities were significantly enhanced, particularly at higher inclusion levels (citrus: 6–9%; apple: 8–12%; grape: 6–9%).Distinct antioxidant mechanisms were observed depending on peel type: apple peel exhibited strong radical scavenging activity via hydrogen atom transfer (HAT) mechanisms; citrus peel demonstrated effective electron transfer (SET)-based reducing capacity; and grape peel contributed polyphenol- and pigment-driven antioxidant effects. Multivariate analyses confirmed that these functional traits were structurally linked to each peel’s unique composition. Additionally, blending strategies revealed synergistic effects, further enhancing antioxidant functionality. Overall, this study provides empirical evidence supporting the circular utilization of fruit peels as value-added ingredients in functional rice-based bakery products. It highlights the potential for peel-enriched rice morning bread to serve as a nutritionally enhanced, antioxidant-rich, and sustainable food innovation. These findings offer practical insights for expanding applications in processed foods such as cakes, cookies, pasta, and beverages, while addressing four key challenges in the Korean food industry: declining rice consumption, by-product valorization, health-oriented product development, and sustainability. This integrated approach lays a foundation for future academic research and industrial application in functional food development

목차 (Table of Contents)

• 표목차 VII
• 그림목차 XI
• 국문초록 XII
• Ⅰ. 서론 01
• Ⅱ. 연구내용 및 방법 06
• 1. 과피(감귤, 사과, 포도) 분말 및 모닝빵의 분석 06
• 1.1. 실험 재료 06
• 1.2. 과피분말(감귤, 사과, 포도)첨가 모닝빵 제조 06
• 1.3. 모닝빵의 품질특성 분석 07
• 1.3.1. 중량, 부피, 높이 및 비용적 07
• 1.3.2. 색도 측정 07
• 1.3.3. 텍스쳐 특성 09
• 1.3.4. 소비자 기호도 평가 09
• 1.4. 영양성분 분석 09
• 1.4.1. 일반성분 분석 09
• 1.4.2. 식이섬유소 분석 10
• 1.4.3. 아미노산 분석 10
• 1.4.4. 지방산 조성 분석 11
• 1.4.5. 유기산 및 유리당 분석 11
• 1.4.6. 미네랄 분석 13
• 1.5. 항산화 분석 13
• 1.5.1. 항산화능 분석 13
• 1.5.2. 총 페놀 화합물 함량 분석 15
• 1.5.3. 총 플라보노이드 함량 분석 15
• 1.5.4. 총 카로티노이드 함량 분석 15
• 1.5.5. 총 안토시아닌 함량 분석 16
• 1.5.6. Vitamin C 분석 16
• 1.5.7. Vitamin E 분석 17
• 1.5.8. Phenolic acids 분석 17
• 1.5.9. 통계분석 19
• Ⅲ. 실험 결과 및 고찰 20
• 1. 과피분말(감귤, 사과, 포도) 영양성분 및 항산화 특성 20
• 1.1. 과피분말의 영양성분 특성 20
• 1.1.1. 일반 성분 20
• 1.1.2. 아미노산 조성 23
• 1.1.3. 지방산 조성 25
• 1.1.4. 유리당 함량 28
• 1.1.5. 유기산 조성 30
• 1.1.6. 미네랄 조성 33
• 1.2. 과피 분말의 항산화 특성 36
• 1.2.1. 감귤사과포도 껍질 분말의 항산화 활성 36
• 1.2.2. 총플라보노이드, 카로티노이드 함량, 안토시아닌 함량 39
• 1.2.3. 총 페놀 함량 42
• 1.2.4. HPLC-DAD를 이용한 페놀산 및 플라보놀의 정량 특성 44
• 1.2.5. 개별 페놀산과 플라보놀 조성 46
• 1.2.6. Vitamin C, α-토코페롤, 레티놀 함량 50
• 1.2.7. 항산화지표 간의 상관관계 분석 52
• 1.2.8. 개별 페놀산과 항산화 활성 간의 상관관계 분석 55
• 1.2.9. 항산화 활성 및 페놀 화합물 간 주성분분석(PCA) 58
• 1.2.10. 계층적 군집분석 61
• 1.3. 결론 63
• 2. 감귤 분말을 이용한 쌀 모닝빵의 품질특성, 영양성분 및 항산화 활성 65
• 2.1. 감귤 모닝빵의 품질특성 65
• 2.1.1. 중량, 부피, 높이 및 비용적 65
• 2.1.2. 색도측정 67
• 2.1.3. 텍스쳐 특성 69
• 2.1.4. 소비자 기호도 평가 71
• 2.2. 감귤 모닝빵의 영양성분 74
• 2.2.1. 일반성분 74
• 2.2.2. 아미노산 조성 76
• 2.2.3. 지방산 조성 78
• 2.2.4. 유리당 함량 80
• 2.2.5. 유기산 조성 82
• 2.2.6. 미네랄 조성 84
• 2.2.7. 주성분 분석(PCA) 87
• 2.3. 감귤 모닝빵의 항산화 활성 89
• 2.3.1. 항산화능 89
• 2.3.2. 총 플라보노이드 및 총 카로티노이드 함량 89
• 2.3.3. 총 페놀 화합물 함량 92
• 2.3.4. HPLC-DAD를 이용한 페놀산 및 플라보놀의 정량 특성 94
• 2.3.5. 감귤껍질 분말 첨가 쌀 모닝빵의 페놀산 및 플라보놀 함량 96
• 2.3.6. 항산화지표 간의 상관관계 분석 98
• 2.3.7. 개별 페놀산과 항산화 활성 간의 상관관계 분석 99
• 2.4. 결론 104
• 3. 사과 분말을 이용한 쌀 모닝빵의 품질특성, 영양성분 및 항산화 활성 106
• 3.1. 사과 모닝빵의 품질특성 106
• 3.1.1. 중량, 부피, 높이 및 비용적 106
• 3.1.2. 색도측정 108
• 3.1.3. 텍스쳐 특성 108
• 3.1.4. 소비자 기호도 평가 112
• 3.2. 사과 모닝빵의 영양성분 114
• 3.2.1. 일반성분 114
• 3.2.2. 아미노산 조성 116
• 3.2.3. 지방산 조성 119
• 3.2.4. 유리당 함량 121
• 3.2.5. 유기산 조성 123
• 3.2.6. 미네랄 조성 125
• 3.2.7. 주성분 분석(PCA) 127
• 3.3. 사과 모닝빵의 항산화 활성 131
• 3.3.1. 항산화능 131
• 3.3.2. 총 플라보노이드, 카로티노이드 및 안토시아닌 함량 133
• 3.3.3. 총 페놀 화합물 함량 136
• 3.3.4. Phenolic acids 및 Flavonols 분석법의 직선성, 감도 및 회수율 평가 139
• 3.3.5. 개별 페놀산 및 플라보놀 정량 분석 141
• 3.3.6. Vitamin C, α-Tocopherol 및 레티놀 함량 변화 144
• 3.3.7. 항산화 지표 간 상관관계 분석 147
• 3.3.8. 개별 페놀성 성분과 항산화 활성 간 상관관계 분석 149
• 3.3.9. 항산화 활성 및 페놀 화합물 간 주성분분석(PCA) 152
• 3.3.10. 계층적 군집분석 154
• 3.4. 결론 157
• 4. 포도껍질 분말을 이용한 쌀 모닝빵의 품질특성, 영양성분 및 항산화 활성 · 158
• 4.1. 포도 모닝빵의 품질특성 158
• 4.1.1. 중량, 부피, 높이 및 비용적 158
• 4.1.2. 색도측정 160
• 4.1.3. 텍스쳐 특성 162
• 4.1.4. 소비자 기호도 평가 162
• 4.2. 포도 모닝빵의 영양성분 166
• 4.2.1. 일반성분 166
• 4.2.2. 아미노산 조성 169
• 4.2.3. 지방산 조성 171
• 4.2.4. 유리당 함량 174
• 4.2.5. 유기산 조성 176
• 4.2.6. 미네랄 조성 179
• 4.2.7. 주성분 분석(PCA) 182
• 4.3. 포도 모닝빵의 항산화 활성 185
• 4.3.1. 항산화능 185
• 4.3.2. 총 플라보노이드, 카로티노이드 및 안토시아닌 함량 187
• 4.3.3. 총 페놀 화합물 함량 189
• 4.3.4. HPLC-DAD를 이용한 페놀산 및 플라보놀의 정량 특성 192
• 4.3.5. 포도껍질 분말 첨가 쌀 모닝빵의 페놀산 및 플라보놀 함량 195
• 4.3.6. Vitamin C, α-Tocopherol 및 레티놀 함량 변화 197
• 4.3.7. 항산화지표 간의 상관관계 분석 200
• 4.3.8. 개별 페놀산, Vitamin C 및 Vitamin E와 항산화 활성 간의 상관관계
• 분석 202
• 4.3.9. 항산화 활성 및 페놀 화합물 간 주성분분석(PCA) 204
• 4.3.10. 계층적 군집분석 207
• 4.4. 결론 209
• Ⅳ. 요약 및 결론 211
• 참고문헌 209
• Abstract 244