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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 청국장을 위생적인 제조방법으로 대량생산하고, 진공포장 후 저온살균을 실시하여 유통과정 중에 일어날 수 있는 2차 오염과 이상발효에 의한 곰팡이 번식 및 부패세균을 억제하여 보존성 및 유통기한을 연장시킬 수 있는 연구를 수행하기 위하여 살균온도, 저장온도 및 저장기간의 각 조건별로 생균수, 진균류, 가스발생량, pH 및 아미노태 질소함량의 품질변화를 SAS program의 반응표면분석법으로 monitoring하고 최종적으로 대량생산 및 유통과정에서의 품질변화를 방지할 수 있는 조건을 예측화하여 상품성을 연장시키고자 하였다.
제안 방법
- 최적조건은 중심합성 계획법 (central composite design)으로 설계하였고, 9)반응표면회귀분석을 위해서 Statistical Analysis System(SAS) program을 사용하였다.10) 중심합성계획에서 실험조건은 독립변수로서 살균온도(X], 50~9(TC), 저장온도 (X2, 5-45℃), 저장시간(X3, 20~100 days)이었으며, 실험계획은 -2, -1, 0, 1, 2 등 5단계로 부호화하여 Table 1과 같이 16개의 실험구로 설정하여 실시하였으며, 그 실험값을 Table 2에 나타내었다. 또 실험중의 종속(반응)변수(Yb)로서 아미노태 질소, pH, 가스 발생량, 생균수로 하였고 이들은 각기 3회 반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다.
- 동정된 Bacillus subtilis K-1 균주를 분양받아 4℃에서 보관하며 사용하였다.8) 보관중인 균주를 Nutrient Agar (Difco) 배지에 도말하여 35℃에서 24시간 배양 활성화시킨 후 생성된 colony를 100 m/의 Nutrient Broth에 현탁하여 40℃에서 24시간 배양하여 종균으로 사용하였다.
- 10) 중심합성계획에서 실험조건은 독립변수로서 살균온도(X], 50~9(TC), 저장온도 (X2, 5-45℃), 저장시간(X3, 20~100 days)이었으며, 실험계획은 -2, -1, 0, 1, 2 등 5단계로 부호화하여 Table 1과 같이 16개의 실험구로 설정하여 실시하였으며, 그 실험값을 Table 2에 나타내었다. 또 실험중의 종속(반응)변수(Yb)로서 아미노태 질소, pH, 가스 발생량, 생균수로 하였고 이들은 각기 3회 반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다. 이때 세 개의 독립변수와 종속변수에 대한 2차 회귀 모형식은 다음과 같다.
- 포장방법. 발효가 종료된 제품은 산소 차단성이 우수한 재질인 Nylon/PE him을 사용하여 일반 포장한 것과 진공포장한 것으로 나누어 분류하였다. 이때 일반포장은 접착기를 사용하였고 진공포장은 760 mmHg의 진공으로 포장하였다.
- 0%(w/w)를 혼합하여 12FC에서 20분간 가압 . 살균한 후 80℃ 전후에서 운반통에 담아 분무기를 이용하여 원료 콩의 0.1%(w/w) 무게에 해당하는 종균을 골고루 혼합하였다. 종균을 접종한 청국장은 잡균오염 방지를 위하여 세척, 소독한 자동 충진기를 이용하여 40℃ 이상의 온도를 유지하면서 150 g씩 비닐팩에 충진한 후, 발효 상자에서 발효하였다.
- 살균. 위에서 포장한 제품을 비살균군과 살균군(50, 60, 70, 80, 90℃)으로 분류하였고 살균군은 각각 60분간 살균하였다. 저장.
- 저장. 청국장을 일반포장, 진공포장과 그리고 비살균, 살균제품으로 구분하고 저장온도를 각각 5, 15, 25, 35, 45℃로 설정하여 각각 0, 20, 40, 60, 80, 100일간 저장하면서 실험을 수행하였다.
- 생균수 및 진균류의 측정. 청국장을 팩에서 으깬 다음 무균적으로 1 g을 취하여 멸균 생리식염수를 이용하여 적당히 희석하고 생균은 Plate Count Agar(Difco) 배지에 도말한 후 35℃에서 24시간 배양한 다음 나타난 colony수를 계수하였고, 진균류는 멸균된 10% 주석산으로 pH를 3.5로 맞춘 PDA 배지 (Difbo)를 이용해서 25℃에서 5일 동안 배양 후 colony를 계수하였다.
- pH 측정. 청국장의 pH는 청국장을 분쇄하여 동량의 증류수를 가하고 30분간 교반한 다음 15,000 rpm에서 30분 동안 원심분리하여 얻어진 상등액을 pH meter(METEROM 2169, Japan)로 측정하였다.
- 가스발생량 측정. 청국장의 저장중의 포장내의 가스 발생량은 이산화탄소 농도 측정장치(ABISS PAK 12P, Swiss)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 청국장 제조에 사용한 균주는 볏짚에서 분리 . 동정된 Bacillus subtilis K-1 균주를 분양받아 4℃에서 보관하며 사용하였다.8) 보관중인 균주를 Nutrient Agar (Difco) 배지에 도말하여 35℃에서 24시간 배양 활성화시킨 후 생성된 colony를 100 m/의 Nutrient Broth에 현탁하여 40℃에서 24시간 배양하여 종균으로 사용하였다.
- 원료콩. 본 실험에 사용된 대두는 경북 경산시 하양읍 하양 시장에서 구입하여 사용하였다. 이 콩의 주요성분은 수분 12.
데이터처리
- 회귀분석에 의한 모델식의 예측에는 SAS program이 사용되었고, 10)회귀분석의 결과 임계점(critical point)이 최대점 (maximum)이거나 최소점 (minimum)이 아닌 안장점 (saddle point)의 경우에는 능선분석(ridge analysis)을 하여 최적점을 구하였다. 또한 저장조건에 대한 특성의 monitoringe SAS에서 예측된 모델식를 이용하여 Mathematica program을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.11)
- 반응표면분석 . 최적조건은 중심합성 계획법 (central composite design)으로 설계하였고, 9)반응표면회귀분석을 위해서 Statistical Analysis System(SAS) program을 사용하였다.10) 중심합성계획에서 실험조건은 독립변수로서 살균온도(X], 50~9(TC), 저장온도 (X2, 5-45℃), 저장시간(X3, 20~100 days)이었으며, 실험계획은 -2, -1, 0, 1, 2 등 5단계로 부호화하여 Table 1과 같이 16개의 실험구로 설정하여 실시하였으며, 그 실험값을 Table 2에 나타내었다.
성능/효과
- pH 값의 변화에 대한 회귀분석결과 두 포장군 모두가 정상점이 안장점의 형태를 가져 능선분석을 행한 결과 진공포장은 최하 5.95, 최고 6.79를 보였고, 일반포장은 각각 5.72와 6.78로 나타났다. Kim은 증자대두의 경우 pH는 6.
- 진공포장과 일반포장의 경우 살균온도가 낮고 저장기간이 길수록 생균 수가 많았고 저장온도가 높은 경우 살균온도가 높아도 생균 수의 발생이 많아지는 것으로 나타났다. 결국 생균수는 진공포장과 일반포장 둘 다 살균온도에 따른 영향^ 가장 큰 것으로 나타났고 두 포장군 모두 5% 이내에서 유의확률을 가지는 것으로 나타났다.
- 3과 같다. 대개 살균온도가 낮고, 저장기간이 길며, 저장온도가 높을수록 가스발생량이 높은 것으로 나타났다. 일반포장의 경우 가스 발생량에 대한 반응표면 회귀식은
- 형태를 나타내었다(Table 6). 따라서 능선분석을 행한 결과 진공포장은 살균온도 70℃, 저장온도 60℃, 저장기간 25일에서 최저점이었고 살균온도 53.62℃, 저장온도 62.46℃, 저장 기간 36.41 일에서 최고발생량을 보였다. 또한 일반포장의 경우 살균온도 71.
- 또한 생균수는 두 포장군 다 정상점이 안장점의 형태를 띄어서 능선분석을 행한 결과 진공포장은 살균온도 74.23℃, 저장온도 33.9SC에서 18.83일간 저장하였을 때 18.43X106 CFU/ g의 균수를 나타내어 가장 낮았고, 일반포장은 살균온도 74.08℃에서 살균한 개체를 20.46℃ 저장온도에서 49.66일간 저장하였을 때 33.23X 106 CFU/g의 생균수를 나타내어 가장 낮은 생균 수의 분포를 보였다.
- 진공포장과 일반포장에서 NH2-N 함량에는 저장온도, 저장기간, 살균온도의 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났고(Table 5), 일반포장의 경우 살균온도가 10% 이내의 유의확율을 가지는 것으로 나타났다. 또한 예측된 정상점은 최대점이었고, 최적값은 살균온도 67.66℃, 저장온도 27.95℃, 저장기간 62.69일에서 최대값을 나타내었다(Table 6).
- 41 일에서 최고발생량을 보였다. 또한 일반포장의 경우 살균온도 71.48℃, 저장온도 23.68℃, 저장기간 59.47일 일 때가장 작은 가스발생량이었고 살균온도 55.4FC, 저장온도 38.3SC, 저장기간 65.88일에서 가스발생량이 가장 많았다.
- subtilis 계열의 세균으로 사료되었다. 본 시료 중에서 진균류가 검출되지 않은 점은 청국장 제조시 고압살균으로 콩에 존재하던 일반잡균이 제거되었으며, 순수 분리한 B. subtilist: 배양하여 종균 . 접종하였기 때문이라 판단되며, 상기 제조방법이 발효 숙성중의 2차오염이 일어나지 않는 가장 위생적인 제조공정으로 생각된다.
- 7과 같다. 아미노태 질소 함량값은 살균온도가 높고 저장온도가 낮은 경우에 감소하였고, 살균온도가 낮으며, 20~301의 저장온도에서 저장기간은 60~70일 부근에서 함량이 높게 나타났다. 이는 저장환경에서 미생물의 작용으로 계속적으로 콩 단백질의 분해가 일어나는 것으로 사료된다(Table 5).
- 8과 같다. 아미노태 질소 함량값이 진공포장과 마찬가지로 살균온도, 저장온도, 저장시간에 대한 영향이 크게 나타났다. 진공포장과 일반포장에서 NH2-N 함량에는 저장온도, 저장기간, 살균온도의 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났고(Table 5), 일반포장의 경우 살균온도가 10% 이내의 유의확율을 가지는 것으로 나타났다.
- 큰 영향을 주지 않았다. 일반포장의 경우 살균온도가 1% 이내의 유의확률에서 가장 큰 영향을 주었고 저장온도는 5% 이내의 유의확률을 가져 그 다음으로 영향을 주었고 진공포장과 마찬가지로 저장기간은 큰 영향을 주지 않았다.
- 5,6,13) 그러나 본 연구에서 실험한 시료에서는 효모나 곰팡이가 검출되지 아니한.점을 미루어 볼 때, 청국장 시료에서 검출된 호기성 포자형성균은 발효균으로 접종된 B. subtilis 계열의 세균으로 사료되었다. 본 시료 중에서 진균류가 검출되지 않은 점은 청국장 제조시 고압살균으로 콩에 존재하던 일반잡균이 제거되었으며, 순수 분리한 B.
- 진공포장과 일반포장군의 pH값의 변화에 대해서 저장온도와 살균온도의 순으로 영향을 미치며 두 포장군 모두가 저장온도가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으나 저장시간은 큰 영향을 보이지 않았다(Table 5).
- 아미노태 질소 함량값이 진공포장과 마찬가지로 살균온도, 저장온도, 저장시간에 대한 영향이 크게 나타났다. 진공포장과 일반포장에서 NH2-N 함량에는 저장온도, 저장기간, 살균온도의 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났고(Table 5), 일반포장의 경우 살균온도가 10% 이내의 유의확율을 가지는 것으로 나타났다. 또한 예측된 정상점은 최대점이었고, 최적값은 살균온도 67.
- 2와 같다. 진공포장과 일반포장의 경우 살균온도가 낮고 저장기간이 길수록 생균 수가 많았고 저장온도가 높은 경우 살균온도가 높아도 생균 수의 발생이 많아지는 것으로 나타났다. 결국 생균수는 진공포장과 일반포장 둘 다 살균온도에 따른 영향^ 가장 큰 것으로 나타났고 두 포장군 모두 5% 이내에서 유의확률을 가지는 것으로 나타났다.
- 대체로 진공포장과 비슷한 형태를 보였으나 가스발생량은 진공포장에 비해 월등히 많이 발생하였다. 특히 살균온도가 낮으며 고온에서 오래 동안 저장할 경우 가스발생량은 급격히 증가하는 것으로 나타났다.
- 회귀분석결과 가스발생량은 진공포장과 일반포장 둘 다 안장점의 형태를 나타내었다(Table 6). 따라서 능선분석을 행한 결과 진공포장은 살균온도 70℃, 저장온도 60℃, 저장기간 25일에서 최저점이었고 살균온도 53.
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