본 실험은 초고압 동결 및 해동기법이 돈육의 이화학적 특성에 미치는 효과를 규명하고자 시도하였다. 동결 및 해동처리 과정에서 가압에 따른 pH 증가 및 단백질 변성에 따른 보수력의 저하로 관찰되었지만, 초고압 동결 기법을 이용함으로써 효과적으로 해동 및 가열감량을 최소화할 수 있었다. 반면에 초고압 해동기법은 느린 해동속도에 기인한 얼음 재결정화로 해동육의 수율 측면에 영향을 미칠것으로 판단되었다. 따라서 초고압 동결처리에 의한 빠른 동결 및 빠른 해동처리를 통하여 돈육의 물리적 특성 저하를 최소화할 수 있을 것으로 간주되었다. 반면에 250 MPa의 압력은 돈육의 색도에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 실험은 초고압 동결 및 해동기법이 돈육의 이화학적 특성에 미치는 효과를 규명하고자 시도하였다. 동결 및 해동처리 과정에서 가압에 따른 pH 증가 및 단백질 변성에 따른 보수력의 저하로 관찰되었지만, 초고압 동결 기법을 이용함으로써 효과적으로 해동 및 가열감량을 최소화할 수 있었다. 반면에 초고압 해동기법은 느린 해동속도에 기인한 얼음 재결정화로 해동육의 수율 측면에 영향을 미칠것으로 판단되었다. 따라서 초고압 동결처리에 의한 빠른 동결 및 빠른 해동처리를 통하여 돈육의 물리적 특성 저하를 최소화할 수 있을 것으로 간주되었다. 반면에 250 MPa의 압력은 돈육의 색도에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
This study was conducted to investigate the effect of various high pressure freezing and thawing treatments on the physical properties of pork. To compare the effects of the freezing and thawing process on meat quality, atmospheric freezing followed by running water thawing (AFRT), pressure shift fr...
This study was conducted to investigate the effect of various high pressure freezing and thawing treatments on the physical properties of pork. To compare the effects of the freezing and thawing process on meat quality, atmospheric freezing followed by running water thawing (AFRT), pressure shift freezing followed by running water thawing (SFRT), and pressure shift freezing and pressure assisted thawing (SFAT) were conducted at pressure of 250 MPa and cooling temperature of $-22^{\circ}C$. SAFT and SFRT showed a shorter phase transition time and total thawing time than AFRT. The pH value of treated samples increased significantly (p<0.05) compared to unfrozen meat. In addition, SFAT and SFRT showed a higher pHvalue than AFRT. Although the water holding capacity was significantly decreased (p<0.05) for SFAT and SFRT, SFRT reduced drip loss. In regards to color, SFAT and SFRT resulted in a significant increase in color parameters (p<0.05) relative to AFRT, while SFAT produced a higher L*-value. High pressure treatment significantly increased shear force (p<0.05) compared to AFRT, and, where SFRT showed the highest shear force. Therefore, these combined results indicated that the hydrostatic pressure treatment improved the functional properties of pork and increased the freezing and thawing rate.
This study was conducted to investigate the effect of various high pressure freezing and thawing treatments on the physical properties of pork. To compare the effects of the freezing and thawing process on meat quality, atmospheric freezing followed by running water thawing (AFRT), pressure shift freezing followed by running water thawing (SFRT), and pressure shift freezing and pressure assisted thawing (SFAT) were conducted at pressure of 250 MPa and cooling temperature of $-22^{\circ}C$. SAFT and SFRT showed a shorter phase transition time and total thawing time than AFRT. The pH value of treated samples increased significantly (p<0.05) compared to unfrozen meat. In addition, SFAT and SFRT showed a higher pHvalue than AFRT. Although the water holding capacity was significantly decreased (p<0.05) for SFAT and SFRT, SFRT reduced drip loss. In regards to color, SFAT and SFRT resulted in a significant increase in color parameters (p<0.05) relative to AFRT, while SFAT produced a higher L*-value. High pressure treatment significantly increased shear force (p<0.05) compared to AFRT, and, where SFRT showed the highest shear force. Therefore, these combined results indicated that the hydrostatic pressure treatment improved the functional properties of pork and increased the freezing and thawing rate.
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문제 정의
따라서 Schubring 등 (2003)은 상전이 동안 높은 열 유동율로 빠른 해동을 유도할 수 있고 전통적인 해동보다 육즙손실을 저하시키며 조직감을 향상시킨다고 하였다. 따라서 본 연구는 이러한 이론배경을 기초로 초고압 동결 및 해동방법의 조합이 돈육의 물리적 특성에 미치는 효과를 규명하기 위하여 수행되었다.
본 실험은 동결 및 해동 처리 방법에 따른 돈육의 물리적 특성 변화를 규명하고자 실시되었다. 각 측정치의 결과 분석은 SAS 9.
본 실험은 초고압 동결 및 해동기법이 돈육의 이화학적 특성에 미치는 효과를 규명하고자 시도하였다. 동결 및 해동처리 과정에서 가압에 따른 pH 증가 및 단백질 변성에 따른 보수력의 저하로 관찰되었지만, 초고압 동결 기법을 이용함으로써 효과적으로 해동 및 가열감량을 최소화할 수 있었다.
가설 설정
1. Temperature and pressure evolution in the pork during the (a) SFAT and (b) SFRT processes.
제안 방법
2°C의 냉장고에서 예냉시킨 시료는 -50°C의 deep freezer(NF-400SF, Nihon Freezer Co., Japan)에서 시료의 빙점보다 10°C 더 냉각되었을 때까지 동결한 후 신속히 5°C 항온수조에서 중심부의 온도가 2°C에 도달할 때까지 유수해동을 하였다.
가열감량을 측정한 시료는 1 cm의 두께로 근섬유 방향과 평행하게 절단하여 Digital force gauge(DPS-20, IMADA Co., Japan)를 이용하여 전단력을 측정하였으며, 이때의 cross head speed는 60 mm/min으로 하였다. 시료의 전단력은 각 처리구당 15회 반복 측정하였다.
K)로 측정하였다. 각 시료는 5회 반복 측정하였다.
각 시료의 중심부에 k-type thermocouple을 장착하여 polyethylene bag으로 진공 포장한 후 냉장고에서 중심 온도가 2°C에 도달하도록 예비 냉각하여 동결처리를 하였다.
건조된 거즈를 넣어 둔 원심분리관에 약 1 g의 시료(Wmeat)를 넣고, 4°C로 조절된 저온원심분리기(RC-3, Sorvall Co., USA)를 이용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후, 시료를 제거하고 건조 전(Wbefore)과 후(Wafter)의 무게를 측정하여 다음의 공식을 이용하여 나타내었다.
가열감량은 해동한 시료를 75°C water bath에서 30분간 가열 처리한 후 30분 동안 상온에서 방냉하여 감소된 무게를 백분율로 나타내었다. 따라서 총 손실량은 해동감량(m2)과 가열감량(m3)을 합친 양을 동결 전 시료의 무게(m1)를 측정하였고 다음의 공식으로 나타내었다.
시료의 가압처리는 자체 제작한 가압시스템을 이용하였다. 가압시스템은 250 mL 용량의 pressure vessel, air compressor(S-40, Seowon compressor Co.
, Japan)를 이용하여 전단력을 측정하였으며, 이때의 cross head speed는 60 mm/min으로 하였다. 시료의 전단력은 각 처리구당 15회 반복 측정하였다.
시료의 표면을 color reader(CR-10, Korea Minolta Sensing Inc., Japan)를 사용하여 CIE L*, a* 및 b*값을 7회 반복 측정하였다. 이때 L*값이 97.
대상 데이터
시료의 가압처리는 자체 제작한 가압시스템을 이용하였다. 가압시스템은 250 mL 용량의 pressure vessel, air compressor(S-40, Seowon compressor Co., Korea) 및 pressure intensifier(HSF-300, Haskel International Inc., CA)로 구성되었고, 가압 유체로는 95% ethanol이 사용되었다. 각 시료의 중심부 온도는 thermocouple을 mobile corder(MV104, Yokogawa Co.
돈육 등심(M. longissimus dorsi)부위는 도살된 지 24시간 이내의 것을 무작위로 선별하여 채취하였다. 시료는 2.
longissimus dorsi)부위는 도살된 지 24시간 이내의 것을 무작위로 선별하여 채취하였다. 시료는 2.5 cm의 직경과 5 cm의 길이로 근섬유방향과 평행한 원통형으로 정형하였다. 각 시료의 중심부에 k-type thermocouple을 장착하여 polyethylene bag으로 진공 포장한 후 냉장고에서 중심 온도가 2°C에 도달하도록 예비 냉각하여 동결처리를 하였다.
데이터처리
본 실험은 동결 및 해동 처리 방법에 따른 돈육의 물리적 특성 변화를 규명하고자 실시되었다. 각 측정치의 결과 분석은 SAS 9.1(Statistics Analytical System, USA, 1989~1999) 프로그램을 사용하여 Duncan의 multiple range test에 의하여 평균치간의 유의성을 95% 신뢰수준에서 검증하였다.
이론/모형
시료의 보수력은 Hong 등(2007)의 방법을 이용하여 5회 반복 측정하였다. 건조된 거즈를 넣어 둔 원심분리관에 약 1 g의 시료(Wmeat)를 넣고, 4°C로 조절된 저온원심분리기(RC-3, Sorvall Co.
성능/효과
반면에 SFAT 처리구는 비록 동결과정에서 작고 균일한 얼음 결정체를 형성하였고, 식육 단백질의 겔화에 기인하여 물 분자를 효과적으로 포집할 수 있었지만, 이후 pressure assisted thawing(PAT)과정에서 얼음 재결정화가 현저하게 발생하였고, 이들이 최종 해동육의 조직파괴에 영향을 미쳐 대조구보다 높은 가열감량을 나타낸 것으로 사료된다. 결국 PSF 처리는 빠른 동결에 기인하여 식육의 조직 파괴를 최소화할 수 있었지만, PAT 처리는 압력 하에서 긴 해동시간에 기인하여 식육의 해동방법으로 적합하지 않은 것으로 판단되었다.
이는 다른 문헌상에서도 동일하게 관찰되는데, Lakshmanan 등(2005)은 cold smoked salmon을 가압처리하였을 때, 육의 전단력 증가를 관찰하였고, Ikeuchi 등(1992)은 가압처리가 근원섬유 단백질의 변성을 야기하며, 정전기적 작용 및 disulfide 결합에 의하여 단백질의 가교 결합이 형성된다고 하였다. 결국 가압처리에 따른 postrigor 육의 전단력 증가는 압력의 크기 뿐만 아니라 가압 시간(Hong et al., 2005) 및 처리온도(Smeller, 2002) 또한 영향을 미치는 바, 본 실험에서 초고압 하에서 돈육의 동결이 발생하기까지 소요된 가압시간은 SFRT에서 44.1 min, SFAT에서 112.2 min을 나타내었고(Table 1), 따라서 동결전 가압시간의 증가에 의한 식육의 미세구조가 더욱 조밀해지며(Chevalier et al., 2000), 그 결과 돈육의 전단력이 유의적으로 증가된 것으로 판단되었다.
따라서 초고압 방법은 전통적인 방법보다 빠른 동결과 해동속도를 보일 것으로 판단된다. 그러나 본 연구에서 전체 동결 및 해동 처리공정은 초고압 동결처리구가 상압 동결처리구보다 길게 나타났다. 이는 초고압시스템에서 시료의 냉각에 다소 긴 시간이 소요되었고, 따라서 전체 동결 및 해동공정이 단축될 수 있는 보다 효과적인 열전달시스템의 제작이 요구되었다.
본 실험은 초고압 동결 및 해동기법이 돈육의 이화학적 특성에 미치는 효과를 규명하고자 시도하였다. 동결 및 해동처리 과정에서 가압에 따른 pH 증가 및 단백질 변성에 따른 보수력의 저하로 관찰되었지만, 초고압 동결 기법을 이용함으로써 효과적으로 해동 및 가열감량을 최소화할 수 있었다. 반면에 초고압 해동기법은 느린 해동속도에 기인한 얼음 재결정화로 해동육의 수율 측면에 영향을 미칠 것으로 판단되었다.
반면에 초고압 해동기법은 느린 해동속도에 기인한 얼음 재결정화로 해동육의 수율 측면에 영향을 미칠 것으로 판단되었다. 따라서 초고압 동결처리에 의한 빠른 동결 및 빠른 해동처리를 통하여 돈육의 물리적 특성 저하를 최소화할 수 있을 것으로 간주되었다. 반면에 250 MPa의 압력은 돈육의 색도에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
3 min으로 상대적으로 빠른 해동속도를 보였다. 또한 pressure shift thawing을 한 SFAT가 유수해동의 SFRT보다 다소 짧은 해동시간을 나타내었다. 따라서 초고압 방법은 전통적인 방법보다 빠른 동결과 해동속도를 보일 것으로 판단된다.
모든 동결 처리구는 대조구에 비하여 유의적으로 높은 pH를 나타내었다(p<0.05).
모든 동결처리구는 대조구에 비하여 유의적으로 높은 색도 함수값을 나타내었고(p<0.05), 이러한 색도 변화는 초고압 동결처리군에서 더욱 현저하게 나타났다.
동결 및 해동과정에 따른 해동감량, 가열감량 및 총손실량에 대한 결과는 Table 2에 제시하였다. 본 실험의 결과에서 동결 및 해동방법이 돈육의 육즙손실에 다소 영향을 주는 것으로 나타났다. 초고압 동결처리군이 상압 동결처리구보다 다소 낮은 감량을 나타내었지만, 전반적으로 모든 동결처리군 간에 유의적인 차이가 발견되지 않았다(p>0.
05). 본 연구에서 보수력의 변화는 pH와 유의적인 상관관계를 나타내었는데, 초고압 동결처리에 의한 식육 단백질의 변성은 돈육의 pH를 상승시켰으며, 이러한 결과 돈육의 보수력은 저하된 것으로 사료되었다. 이상의 결과는 Ko 등(2006)과는 상반된 결과로서, 이들은 돈육을 초고압 동결하였을 때, 상압 동결처리구보다 유의적으로 높은 보수력을 나타내었고, 초고압 동결처리군에 있어서 가압시간의 증가는 보수력을 다소 향상시킨다고 하였다.
본 연구에서 상압 동결 및 유수해동처리구(AFRT)는 과냉각이 발견되지 않았지만, 초고압 동결처리구에서는 20°C의 과냉각을 나타내었다.
본 연구에서 상압 동결처리구는 대조구와 전단력의 유의적인 차이가 인정되지 않은 반면(p>0.05), 초고압 동결처리군은 대조구보다 높은 전단력을 나타내었다(p<0.05).
, 1982). 본 연구에서 초고압 동결처리군은 7분 미만의 빠른 상전이 시간을 나타내었고, 초고압 하에서 식육 단백질의 구조변화는 이들 단백질의 겔화 능력에 기인하여 효과적으로 수분을 식육 내부에 포집할 수 있다는 연구결과(Knorr et al., 2006)를 기초로 사료한다면 SFRT 처리구가 대조구보다 낮은 가열감량을 나타낸 것으로 판단된다. 반면에 SFAT 처리구는 비록 동결과정에서 작고 균일한 얼음 결정체를 형성하였고, 식육 단백질의 겔화에 기인하여 물 분자를 효과적으로 포집할 수 있었지만, 이후 pressure assisted thawing(PAT)과정에서 얼음 재결정화가 현저하게 발생하였고, 이들이 최종 해동육의 조직파괴에 영향을 미쳐 대조구보다 높은 가열감량을 나타낸 것으로 사료된다.
, 2008). 본 연구에서는 초고압 동결방법으로써 PSF만을 이용하였고, 이후 해동과정에서 pressure assisted thawing(PAT)과 유수해동을 비교하였고, 그 결과 두 해동처리구의 pH는 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 비록 SFAT는 SFRT에 비하여 초고압 처리과정에서 상대적으로 긴 시간이 요구되었기에 SFAT 처리구에서 유의적으로 높은 pH을 예상하였지만, 차이가 없었다.
상압 동결처리구(AFRT)의 보수력은 대조구와 유의적인 차이를 나타내지 않은 반면(p>0.05), 초고압 동결처리구는 대조구보다 유의적으로 낮은 보수력을 나타내었다(p0.05).
, 2004). 시료간 해동시간 비교에서는 AFRT시료의 해동시간이 95.4 min 소요되었고 초고압 동결처리구 SFRT와 SFAT는 각각 68.1 min와 53.3 min으로 상대적으로 빠른 해동속도를 보였다. 또한 pressure shift thawing을 한 SFAT가 유수해동의 SFRT보다 다소 짧은 해동시간을 나타내었다.
이러한 상반된 결과는 초고압 동결 조건, 돈육의 상태 및 처리장비 등의 요인에 의한 것으로 판단되는데, 본 연구에서 사용된 돈육의 보수력은 초기에 90% 이상의 높은 값을 나타내었고, 상압 동결처리구의 빠른 동결처리는 해동 후 돈육의 보수력 저하에 크게 영향을 미치지 않은 반면, 초고압 동결처리군에서는 시료를 250 MPa의 압력 수준에서 -22°C까지 냉각시켰고, 그 결과 돈육은 고압 및 저온 환경에서 상대적으로 긴 시간 처리되었다.
초고압 처리에 의한 식육의 색도 변화에 대하여 Jung 등(2003)은 globin 변성에 의한 L*값의 증가 및 환원 효소계의 활성에 기인한 a*값의 증가를 보고하였다. 이러한 색도 변화는 가압시간과도 관련되는데, 본 연구에서 SFAT 처리구가 SFRT 처리구보다 높은 L*값을 야기한 것은 동결 및 해동과정에서 돈육이 초고압 환경에 노출됨으로써 기인된 것으로 판단되었다. 초고압 처리에 의한 식육의 색도 변화는 실제 초고압 처리의 식육 산업의 응용에 제한이 될 수 있는 반면, 다소 낮은 압력 수준을 이용함으로써 식육의 육색을 향상시킬 수 있음이 Cheah와 Ledward(1996)에 의하여 보고되었다.
05). 이상의 결과는 보수력 결과와 다소 상반된 결과인 바, 본 연구에서 초고압 동결처리군은 대조구 및 상압 동결처리구보다 낮은 보수력을 나타내었지만, SFRT 처리구에서의 낮은 육즙 손실은 해동과정 중에 형성된 얼음 재결정화에 기인한 것으로 사료된다. 일반적으로 동결에 의한 조직파괴를 최소화하기 위하여 빠르게 동결처리된 식육은 빠른 해동처리가 요구되는 반면, 완만 동결된 식육은 완만 해동처리에 의하여 조직 파괴를 최소화할 수 있다(Hamm et al.
초고압 동결처리군이 상압 동결처리구보다 다소 낮은 감량을 나타내었지만, 전반적으로 모든 동결처리군 간에 유의적인 차이가 발견되지 않았다(p>0.05).
총 손실량에 있어서, 상압 동결처리구와 SFAT 처리구는 대조구보다 유의적으로 높은 육즙손실을 나타낸 반면(p<0.05), SFRT 처리구는 낮은 가열감량에 기인하여 대조구보다 낮은 값을 나타내었다(p<0.05).
후속연구
그러나 PSF는 압력을 해제함과 동시에 동결을 제어할 수 있으므로 냉각속도의 향상에 따른 급속동결이 용이하며 가압시간을 단축하여 압력에 의한 육의 변성을 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 초고압기술은 동결과정뿐만 아니라 해동과정에도 응용할 수 있고 연구 가치가 높다. 대기압에서 물이 얼음으로 상전이 될 때 333 kJ/kg의 융해잠열이 발생하는데 물에 압력을 193 MPa로 가하면 융해잠열이 241 kJ/kg으로 감소된다(Karino et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
식품의 품질을 장기간 보존하기 위해 이용할 수 있는 효과적인 방법은 무엇인가?
식품의 품질을 장기간 보존하기 위해서는 동결이 효과적인 방법으로 이용될 수 있다. 전통적인 방법에 의한 동결은 일반적으로 얼음결정체 형성과정에서 잠열의 제거가 느리게 전개되어 세포막 밖에 큰 얼음 결정을 형성하여 조직에 손상을 준다(Fennema, 1973).
전통적인 동결 및 해동방법의 문제점은 무엇인가?
식품의 품질을 장기간 보존하기 위해서는 동결이 효과적인 방법으로 이용될 수 있다. 전통적인 방법에 의한 동결은 일반적으로 얼음결정체 형성과정에서 잠열의 제거가 느리게 전개되어 세포막 밖에 큰 얼음 결정을 형성하여 조직에 손상을 준다(Fennema, 1973). 또한 해동과정에서 드립으로 인한 수분과 영양소 손실, 색 및 조직감 변화, 미생물에 의한 오염 등의 품질저하를 야기한다. 이러한 전통적인 동결 및 해동방법을 개선하기 위해서 압력에 따라 물의 상전이 온도 변화를 응용한 초고압 동결기술에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다.
전통적인 방법에 의한 동결의 문제점은 무엇인가?
식품의 품질을 장기간 보존하기 위해서는 동결이 효과적인 방법으로 이용될 수 있다. 전통적인 방법에 의한 동결은 일반적으로 얼음결정체 형성과정에서 잠열의 제거가 느리게 전개되어 세포막 밖에 큰 얼음 결정을 형성하여 조직에 손상을 준다(Fennema, 1973). 또한 해동과정에서 드립으로 인한 수분과 영양소 손실, 색 및 조직감 변화, 미생물에 의한 오염 등의 품질저하를 야기한다.
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