리바우디오사이드 A와 M의 단맛 지각에 영향을 미치는 생리적 요인과 식행동 특성: PROP 민감도, 단맛 기호도, 스테비아 섭취 빈도를 중심으로 = The Roles of PROP Sensitivity, Sweet Liking, and Stevia Consumption Frequency in the Relative Sweetness and Sensory Profiles of Rebaudioside A and M

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Amid growing concerns over excessive sugar intake, steviol glycosides, especially rebaudioside A (Reb A) and rebaudioside M (Reb M), have emerged as promising natural alternative sweeteners. To replace sucrose effectively, it is critical to estimate the relative sweetness of these compounds at sucrose-equivalent concentration (SEC). However, the inherent bitterness and off-flavors of Reb A and Reb M can suppress sweetness perception, complicating accurate estimation. Additionally, individual differences in sensory perception, influenced by genetic factors such as sensitivity to 6-n-propylthiouracil (PROP), and behavioral factors such as sweet liking and stevia consumption frequency, introduce inter-individual variation, thereby influencing the determination of SEC and consumers’ sweetness perception. This study aimed to empirically examine, among general consumers, how PROP sensitivity and dietary behavior traits affect the relative sweetness (RS) and sensory profiles of Reb A and Reb M.
This study involved 143 adults aged 20-60 years over a three-week period. RS and sensory profiles of Reb A and Reb M were determined at 4% and 8% SEC based on the Korean criteria for low-sugar labeling and the typical concentrations used in commercially available beverages. A sucrose-caffeine mixture was used as a control stimulus to clearly assess the influence of bitterness. Tests were conducted three times, one test per week. In the first and second weeks, RS was estimated using a two-alternative forced choice (2-AFC) test, with sample order randomized via a Williams Latin square design. In the third week, sensory profiles of the samples at 4% and 8% SEC were obtained using a 7-point scaled rate-all-that-apply (RATA; 1 = very weak, 4 = neither weak nor strong, 7 = very strong). Participants’ PROP sensitivity was determined by rating a 3.2 mM PROP solution twice using the generalized labeled magnitude scale (gLMS). In addition, demographic and behavioral data such as sweet liking and stevia consumption frequency were collected. Participants were classified according to the quartile distribution of PROP intensity ratings, and the preliminary classification was further refined using kernel density estimation, which eliminated 37 individuals located near the quartile cutoffs, leaving a total of 106 participants. Sweet liking was grouped using predefined ranges on the 7-point hedonic scale (LSL: 1-3; MSL: 4-5; HSL: 6-7), and stevia consumption frequency was classified as low (rarely/never or 1-2 times/6 months) versus higher frequencies based on self-reported intake. RS values were estimated as the concentration corresponding to a 0.5 response proportion on the concentration-response curve. However, for the sucrose-caffeine control, one-sided binomial test identified concentrations at which sweetness differed significantly from sucrose reference. Group differences in RS were examined using a binomial generalized linear model (GLM). Sensory profiles were analyzed through multivariate analysis of variance (MANOVA), principal component analysis, and multiple factor analysis to comprehensively characterize complex interactions among factors. Significant MANOVA attributes were further analyzed using analysis of variance with Duncan’s test or paired/independent-samples t-tests.
Results showed that participants were classified, according to PROP sensitivity, as non-tasters (n = 30), medium tasters (n = 46), and supertasters (n = 30). Based on sweet liking, they were grouped into low (n = 28), medium (n = 52), and high sweet likers (n = 26), while stevia consumption frequency resulted in two groups (low stevia consumption frequency group, LSC; n = 46 and high stevia consumption frequency group, HSC; n = 60). Contrary to expectations, PROP sensitivity had no significant effect on the RS and RATA results for Reb A and Reb M. In contrast, sweet liking and stevia consumption frequency had significant impacts on both RS and RATA results. At 4% SEC, low sweet likers showed higher RS values and higher RATA ratings for the sweet aftertaste of both Reb A and Reb M than other groups, whereas medium and high sweet likers perceived non-sweet attributes, such as chalky mouthfeel, more intensely. This suggests that higher sweet liking, accompanied by greater habitual exposure to sweetness, may induce sensory adaptation, reducing sweetness dominance and revealing masked non-sweet characteristics. Stevia consumption frequency produced clear differences in both 2-AFC and RATA results. The LSC showed a significantly higher baseline on the C-R curves than the HSC for Reb M and Reb A at both 4% and 8% SEC. Additionally, in the RATA data the HSC provided relatively higher ratings for non-sweet attributes such as bitter aftertaste and off-flavors. These effects varied with the concentration-dependent changes in the sweeteners’ sensory characteristics: For Reb M at 4% SEC, group differences were significant, but at 8% SEC, strong sweetness masked bitterness, eliminating differences between groups. For Reb A, whose bitterness increased with concentration, the HSC clearly distinguished bitter aftertaste from sweetness at 8% SEC, resulting in pronounced between-group differences in perceived sweetness. These differences may be attributable to adaptation to sweetness and perceptual learning, whereby the HSC with greater product experience more clearly distinguished sweetness from other sensory attributes, whereas the LSC tended to conflate sweetness with non-sweet sensations, inflating sweetness ratings.
In conclusion, this study demonstrates that consumers’ sweetness perception and evaluation of Reb A and Reb M are driven more by behavioral factors than by genetic factors such as PROP sensitivity. By demonstrating that dietary behavior factors, rather than PROP sensitivity alone, influence two key indices of Reb A and Reb M sweetness, relative sweetness and sensory profiles, this study helps clarify major sources of variability in sweetness evaluation. These findings provide a solid basis for future research aimed at understanding individual differences in sweetness perception and offer practical implications for the application of rebaudiosides in product development.

국문 초록 (Abstract)

과도한 당류 섭취로 인한 건강 문제가 대두되면서 천연 대체 감미료인 스테비올배당체, 특히 리바우디오사이드 A와 M이 주목받고 있다. 설탕을 대체하기 위해서는 기존 설탕과 동등한 단맛 강도를 발현하는 감미료의 상대감미도를 정확히 산출해야 한다. 그러나 리바우디오사이드계 감미료 특유의 쓴맛과 이취는 단맛 지각을 억제하여 정확한 상대감미도 산출을 저해하는 요인으로 작용한다. 또한 감각 지각은 6-propyl-2-thiouracil (PROP) 민감도와 같은 유전적 요인과 단맛 기호도, 스테비아 섭취 빈도와 같은 식행동 특성에 따라 달라지므로, 소비자의 단맛 지각은 개인 간 편차를 보인다. 이에 본 연구는 일반 소비자를 대상으로 PROP 민감도와 식행동 특성이 리바우디오사이드 A와 M의 상대감미도 및 감각 특성 프로파일에 미치는 영향을 실증적으로 규명하고자 하였다.
본 실험은 만 20~60세의 성인 143명을 대상으로 총 3주간 진행되었다. 쓴맛 강도와 감미 프로파일이 상이한 리바우디오사이드 A와 M을 시료로 선정하였으며, 설탕 기준 농도는 국내 식품 저당 표시 기준과 시판 음료 농도를 고려하여 저농도(4%)와 고농도(8%)로 설정하였다. 또한 쓴맛의 영향을 명확하게 관찰하기 위해 설탕-카페인 혼합 용액을 대조군으로 활용하였다. 1-2주차에는 이점 강제 선택(two-alternative forced choice, 2-AFC) 검사를 통해 시료의 상대감미도를 산출하였으며, Williams Latin square design에 따라 시료를 제시하였다. 3주차에는 2-AFC 결과를 기반으로 제조된 시료에 대해 7점 척도의 rate-all-that-apply(RATA; 1=매우 약하다, 4=약하지도 강하지도 않다, 7=매우 강하다)를 이용하여 감각 프로파일을 도출하였다. 이후 generalized labeled magnitude scale(gLMS) 훈련 후, PROP 용액(3.2 mM)의 강도를 측정하여 참여자의 PROP 민감도를 평가하였고, 단맛 기호도, 스테비아 섭취 빈도 등의 식행동 및 인구통계학적 설문조사를 실시하였다. 참여자의 PROP 강도 평가값에 따라 사분위수로 분류한 후, 커널 밀도 추정을 통해 각 그룹의 중심 분포에 해당하는 패널만을 선별하여 민감도 그룹을 구분하였다. 또한, 단맛 기호도 및 스테비아 섭취 빈도 수준에 따라 k-means 분석을 통해 참여자를 그룹으로 분류하였다. 2-AFC 검사 결과로부터, 상대감미도는 농도-반응 곡선의 응답 비율이 0.5인 지점에서 산출하였으며, 설탕-카페인 혼합의 경우 단측 검정을 통해 설탕 시료와 유의한 단맛 차이가 발생하는 농도를 도출하였다. 집단 간 단맛 지각 차이는 이항 일반화선형모형(generalized linear model, GLM)을 적용하여 검증하였다. 감각 특성은 다변량 분산분석(multivariate analysis of variance, MANOVA)과 주성분 분석, 다중요인분석을 활용하여 요인 간의 복합적인 상호작용을 종합적으로 규명하였다. MANOVA 결과 유의한 효과에 대해서는 각 속성별로 분산분석을 수행하였으며, 사후 분석은 Duncan 다중 범위 검정 또는 대응표본 t-검정 또는 독립표본 t-검정으로 검증하였다.
결과 분석에는 총 106명이 포함되었으며, 이들은 PROP 민감도에 따라 비미각자(n=30), 중간 미각자(n=46), 초미각자(n=30)로 구분되었다. 단맛 기호도에 따라서는 저기호도군(n=28), 중간 기호도군(n=52), 고기호도군(n=26)으로 구분되었으며, 스테비아 섭취 빈도에 따라서는 저빈도 섭취군(n=46)과 고빈도 섭취군(n=60)으로 구분되었다. PROP 민감도는 리바우디오사이드 A와 M의 상대감미도 산출 및 감각 특성 전반에 유의한 영향을 미치지 않은 반면, 식행동 특성인 단맛 기호도와 스테비아 섭취 빈도는 단맛 지각에 유의한 영향을 미쳤다. 구체적으로 단맛 기호도가 낮은 집단은 저농도 스테비올배당체를 더 높은 상대감미도로 평가하였으며, RATA에서 ‘단맛 후미’를 예민하게 감지하였다. 이와 달리, 기호도가 높은 집단은 동일한 자극임에도 ‘떫은(텁텁한) 느낌’과 같은 비(非)단맛 특성을 더 강하게 지각하였다. 이는 기호도가 높을수록 일상적인 단맛 노출로 인해 감각이 적응되면서 단맛의 지배력이 약해지고, 그 결과 가려져 있던 비(非)단맛 특성이 상대적으로 부각되었을 가능성이 있다. 또한 스테비아 섭취 빈도는 2-AFC와 RATA 결과 모두에서 뚜렷한 차이를 보였다. 저빈도 섭취군은 리바우디오사이드 A와 M 모두에서, 고빈도 섭취군보다 농도-반응 곡선의 기저선이 유의하게 더 높았다. 또한 RATA 결과에서 고빈도 섭취군은 쓴맛 후미와 이취 등 비(非)단맛 특성에 대해 상대적으로 더 높은 강도로 평가하였다. 이러한 효과는 농도에 따라 변화하는 감미료의 감각 특성에 의해 달리 나타났다. 저농도 리바우디오사이드 M에서는 스테비아 섭취 빈도 집단별 차이가 유의하였지만, 고농도에서는 단맛이 매우 강해 쓴맛이 마스킹되면서 집단 간 차이가 나타나지 않았다. 하지만 농도가 증가할수록 쓴맛도 강해지는 리바우디오사이드 A의 경우, 고빈도 섭취 집단이 고농도에서 ‘쓴맛 후미’를 단맛과 명확히 분리해 평가하여 두 그룹 간 단맛 지각 차이가 확연히 드러난 것으로 해석할 수 있다. 이러한 차이는 단맛에 대한 감각 적응과 지각 학습(perceptual learning)의 영향으로 설명될 수 있다. 섭취 빈도가 높은 소비자는 섭취 경험 축적으로 인해 단맛과 기타 감각 특성을 명확히 분리해 인지하는 반면, 경험이 적은 소비자는 비(非)단맛 특성을 단맛의 범주에 포함하여 단맛 강도를 더 높게 평가했을 가능성을 보여준다.
종합하면, 스테비올배당체의 단맛 지각은 유전적 요인보다는 후천적 식행동 경험에 의해 달라지는 가변적 특성임이 규명되었다. 본 연구는 식행동 요인으로 연구 범위를 확장하고 통계적 모델링을 통해 소비자 유형별 지각 메커니즘을 실증하였다는 점에서 학문적 의의가 있으며, 향후 소비자 식행동 유형을 고려한 맞춤형 제품 설계의 필요성을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목차 ⅳ
• List of tables ⅶ
• List of figures ⅸ
• Ⅰ. 서론 1
• 1. 천연 대체 감미료의 필요성 1
• 2. 리바우디오사이드계 감미료의 감미 특성 2
• 3. 리바우디오사이드계 감미료의 감미 특성 측정 3
• 4. 단맛 지각 관련 개인차 요인 6
• 4.1. PROP 민감도와 미각 민감도 6
• 4.2. 식행동 특성 8
• 4.2.1. 단맛 기호도 8
• 4.2.2. 반복 노출에 따른 감각 민감도의 변화 9
• 5. 연구 목적 10
• Ⅱ. 재료 및 방법 11
• 1. 재료 11
• 2. 연구 참여자 모집 및 선정 11
• 3. 감각 평가 절차 12
• 3.1. 연구 설계 12
• 3.2. 상대감미도 분석 16
• 3.2.1. 시료 준비 16
• 3.2.2. 평가 절차 18
• 3.3. 지각된 감각 특성과 강도 분석 19
• 3.3.1. 시료 준비 19
• 3.3.2. 평가 절차 21
• 3.4. 쓴맛 민감도 측정 22
• 3.4.1. 시료 준비 22
• 3.4.2. 평가 절차 22
• 4. 통계 분석 23
• 4.1. 연구 참여자의 특성 분석 23
• 4.2. 상대감미도 및 단맛 지각 임계값 분석 24
• 4.3. 시료의 감각 특성 규명 24
• 4.4. PROP 민감도 및 식행동 특성에 따른 참여자 분류 25
• 4.5. PROP 민감도, 단맛 기호도, 스테비아 섭취 빈도에 따른
• 감각 지각 차이 분석 27
• 4.5.1. 단맛 지각 차이 분석 28
• 4.5.2. 대체 감미료 감각 특성 지각 차이 분석 29
• 4.6. 통계 분석 소프트웨어 및 유의 수준 30
• Ⅲ. 결과 31
• 1. 연구 참여자의 특성 31
• 1.1. 인구통계학적 특성 31
• 1.2. PROP 민감도에 따른 유형화 33
• 1.3. 식행동에 따른 유형화 35
• 1.3.1. 단맛 기호도에 따른 유형화 35
• 1.3.2. 스테비아 섭취 빈도에 따른 유형화 37
• 2. 감미료의 감미 특성 39
• 2.1. 상대감미도 39
• 2.2. 감각 특성 40
• 3. PROP 민감도에 따른 차이 48
• 3.1. 단맛 지각 48
• 3.2. 감각 특성 지각 55
• 4. 식행동에 따른 차이 59
• 4.1. 단맛 기호도의 영향 59
• 4.1.1. 단맛 지각 59
• 4.1.2. 감각 특성 지각 65
• 4.2. 스테비아 섭취 빈도의 영향 69
• 4.2.1. 단맛 지각 69
• 4.2.2. 감각 특성 지각 75
• Ⅳ. 고찰 79
• 1. 연구 참여자의 특성 79
• 1.1. PROP 민감도 분류 79
• 1.2. 단맛 기호도 및 스테비아 섭취 특성 80
• 2. 감미료의 감미 특성 81
• 3. PROP 민감도가 단맛 지각에 미치는 영향 83
• 4. 단맛 기호도가 단맛 지각에 미치는 영향 86
• 5. 스테비아 섭취 빈도가 단맛 지각에 미치는 영향 90
• Ⅴ. 요약 및 결론 94
• 참고문헌 98
• Appendices 117
• Appendix 1. 117
• Appendix 2. 119
• Appendix 3. 122
• Appendix 4. 124
• Appendix 5. 126
• Abstract 127