Preparation of water-in-oleogel emulsion for thermoresponsive release of cacao pigment and its application in plant-based meat analog model

Abstract

This study aims to fabricate thermoresposive microcapsules containing cacao pigment and investigate the feasibility of mimicking the browning system of real meat by applying it to plant-based analog meat (PBMA) model. The color change was accompanied by enzymatic decolorization of red beet pigment. Firstly, cacao pigment-loaded water-in-oleogel emulsions (CP/OEs) were prepared with varied concentrations of candelilla wax (CW, 2.5, 5.0, 7.5, and 10.0%) and evaluated for morphology, particle size, thermal rheology, pigment release, and storage stability. As a result, the CP/OEs exhibited a decrease in particle size and an increase in a gel-sol transition temperature as the CW concentration increased. In addition, the CP/OEs showed a temperature-dependent pigment release pattern, from less than 13% at 60°C for 1 min to more than 67% at 80°C, and a burst release pattern, approximately more than 77% at 70℃ for 8 min. The highest pigment release rate, approximately 91%, was shown at CP/OE with CW (2.5%), which was completely stable during storage at -18℃ for 28 days. Subsequently, red beet pigment (RBP) and laccase (LC) were applied to soy protein isolate patty containing CP/OE with CW (2.5%) (CP/OE-SP), and the color values (L*, a*, b*, and ΔE) before and after cooking were compared with those of beef patty. During oven cooking, the release of masked pigment was confirmed in CP/OE-SP. And the combination of RBP (0.10%) and LC (0.15%) in the presence of CP/OE was most suitable to imitate the color of the beef patty. These findings demonstrated the applicability of a thermoresponsive encapsulation method as a novel approach for enhancing the color property of PBMA during cooking. |식물성 대체육은 식물 유래 단백질을 이용하여 육류를 모방한 형태의 제품으로 지속 가능성, 경제성 등의 다양한 이점으로 인해 최근 그 수요가 증가하고 있다. 조리 중 미오글로빈 변성으로 인한 육류의 색 변화를 모방하기 위해 콩 단백질을 기반으로 제조되는 식물성 대체육은 추가적인 색소 첨가나 기술이 필요하나 이와 관련된 연구는 아직 부족한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 온도감응형 색소 방출을 목적으로 올레오겔 에멀젼을 제조하여 식물성 대체육에서 유사 육색을 구현하고자 한다. 이를 위해 candelilla wax (CW)의 농도(2.5, 5.0, 7.5, 10.0%, w/w)를 달리하여 카카오색소 포집 W/Og emulsion (CP/OEs)를 제조하였다. 모든 입자는 구형의 형태를 띄며 33.51–21.92 um의 입자 크기를 가졌다. 온도에 따른 점탄성 측정 결과, 입자의 겔-졸 전이 온도는 CW 농도가 증가할수록 증가하였고 44.67–68.00℃의 값을 가졌다. 가열 온도 및 CW 농도에 따른 CP/OEs의 색소 방출 프로파일을 비교 분석한 결과, 모든 CP/OEs는 60, 70, 80℃에서 1분간 가열 시 온도가 증가할수록 색소 방출율이 증가하였고 70℃에서 CW의 농도에 따른 색소 방출율의 뚜렷한 유의적인 차이를 보였다. 또한, 70℃에서 8분간 가열 시77% 이상의 색소 방출율을 나타내어 버스트 방출 특성을 가지는 것을 확인하였다. 그 중, 가장 높은 색소 방출율을 보이는 CW 2.5% 로 제조된 CP/OE (CW2.5)의 저장안정성(25, 4, -18℃, 28일)을 측정하고 해당 조건의 에멀젼이 첨가된 soy protein isolate patty (CP/OE-SP)를 제조하여 조리 전후 색도를 평가하였다. 그 결과, -18℃에서 28일간 입자의 상 분리 및 색 변화가 나타나지 않아 가장 안정하였고, 오븐 조리(170℃, 7분)에 의해 마스킹 되어 있던 카카오색소가 방출이 되는 것을 확인하였다. 또한, 레드 비트 색소(RBP)와 락케이즈 (LC)를 CP/OE-SP에 농도별로 첨가하여 조리 전후 색을 beef patty와 비교했을 때, RBP 0.10%와 LC 0.15%가 첨가된 패티가 조리 전후 모두에서 가장 작은 ΔE값을 나타내어 beef patty와 가장 유사한 색을 가지는 것을 확인하였다. 결론적으로, 본 연구 결과는 CP/OE가 조리 중 식물성 대체육에서 색소를 방출하여 식물성 대체육의 색 특성을 개선하기 위한 새로운 방법으로 적용될 수 있음을 시사한다.