Design and Characterization of Thermo-Responsive Agar-Wax Bigels: Effect of Agar Concentration on Thermal Behavior and Meat Flavor Release Simulation = 한천-왁스 기반 열감응성 바이겔 설계 및 특성 분석과 향미 방출 거동

국문 초록 (Abstract)

최근 식물성 대체 지방에 대한 수요가 급증함에 따라 대체 지방을 동물성 제품과 유사하게 만들려는 연구가 진행되어왔으나, 주로 외관과 질감 같은 단일 기능만 고려됐습니다. 대체 지방이 실제 동물성 지방과 유사하게 인식되기 위해서는 질감과 함께 향미도 고려되어야 합니다. 따라서 본 연구는 한천 농도를 기반으로 한 바이겔(bigel) 시스템을 개발하여 동물성 지방의 물리적 특성을 재현하고, 수용성 및 지용성 향미 화합물을 모두 포집하며, TVP와 혼합 가능한 통합 시스템을 구축하였습니다. 한천 농도를 달리하여 한천-칸데릴라 왁스 기반 bigel을 제조했습니다. 한천에 의한 열적 특성 지배적이었으며, 한천 농도가 증가할수록 이중 나선 구조 응집체가 증가하여 네트워크가 강화되고 기공 크기가 감소했습니다. 이에 따라 한천 농도가 증가하며 경도가 증가하였고 고농도에서 변화폭이 작았습니다. 유변학적 분석에서 4% bigel은 돼지 지방과 유사한 저장 탄성률(G')과 손실 탄성률(G")을 나타냈으며, 이는 선형 점탄성 영역에서 동물성 지방과 유사한 점탄성 특성을 가짐을 의미합니다. 또한 한천 농도가 높을수록 겔-솔 전이 온도가 증가하며 열에 대한 구조 안정성이 증가했습니다. 향미 방출 분석 결과 고밀도 네트워크가 향미 화합물의 확산 경로를 제한함으로써 방출을 억제하고 가열 과정에서 겔 구조 파괴를 지연시킴을 알 수 있었습니다. 본 연구 결과는 식물성 대체 지방 소재 개발 시, bigel의 구조적 물성 조절을 통해 향미 방출을 효과적으로 제어할 수 있는 가능성을 제시했습니다. 나아가, 향후 식물성 대체식품의 향미 품질 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the recent surge in demand for plant-based alternative meats, research has focused on creating alternative fats since fat plays a key role in sensory characteristics in meat products. However, previous research has focused on gel systems with a single attribute such as appearance or texture. Thus, a gel system replicating both texture and flavor behavior is essential to mimic animal fat more closely.
This study aimed to develop an agar-based bigel system capable of replicating the physical properties of pork fat and release of flavor compounds upon heating. Agar-candelilla wax bigels were prepared with varying agar concentrations 2%, 4% and 6%. While the network structure strengthened with increase in agar concentration due to double-helical aggregation and reduced pore size, the enhancement in structural rigidity reached a limit at higher concentrations. Rheological analysis demonstrated that 4% bigel exhibited storage modulus (G') and loss modulus (G") similar to pork fat at small strain deformation. Additionally, higher agar concentrations increased the gel-sol transition temperature, enhancing thermal stability. Flavor release analysis revealed that 6% bigel exhibited the highest retention of both water-soluble (diacetyl) and fat-soluble (4-methylthiazole) flavor compounds indicating that its dense network restricted flavor diffusion pathway and delayed gel structure degradation during heating.
This study suggested the possibility of the bigel as fat replacers and controlled flavor-release system by adjusting the structural properties. Furthermore, it is expected to contribute to improving the quality of plant-based alternative foods in the future.

목차 (Table of Contents)

• I. INTRODUCTION 1
• II. MATERIALS AND METHODS 5
• 2.1 Materials 5
• 2.2 Preparation of bigels 5
• 2.3 Colorimeter 6
• 2.4 Thermal properties 6
• 2.5 Microstructure 7
• 2.5.1 CLSM 7
• 2.5.2 Cryo-SEM 8
• 2.6 TPA 8
• 2.7 Rheological properties 9
• 2.8 Flavor release 9
• 2.8.1 Flavor release properties in TVP 10
• Ⅲ. RESULTS AND DISCUSSION 11
• 3.1 Bigel Optimization 11
• 3.2 Appearance 12
• 3.3 Microstructure 16
• 3.4 Texture Profile Analysis 21
• 3.5 Thermal properties 24
• 3.6 Rheological properties 26
• 3.7 Flavor release 32
• CONCLUSION 36
• REFERENCES 38
• 국문초록 46