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문제 정의
- DHP는 주스 고유의 영양과 색을 최대한 보존하면서 미생물 안전성을 높여 줄 수 있기 때문에(12), 소비자의 만족도가 높은 딸기 주스를 제작하는데 살균 방법으로 적용될 수 있을 것이다. 본 연구의 목적은 DHP 처리(단독 또는 열병합)와 기존 가열처리 공정의 딸기 주스에 존재하는 중온 토착 미생물에 대한 저해 효과와 4℃ 저장 중 딸기 주스의 미생물 안정성, 비타민 C, 색도, 당도, pH에 대한 영향을 측정하고 비교하는 것이었다.
가설 설정
- 2)Conventional heating temperature and time were 110℃ and 1 min, respectively.
- 3)Values with different letter superscripts are significantly different each other at p<0.05.
제안 방법
- 3 mL의 딸기 주스를 채운 petri dish를 표준 백색판(Calibration Plate CR-400)위에 올리고 색차계(Minolta Chroma Meter CR-400, Minolta Camera Co., Osaka, Japan)를 이용하여 주스의 Hunter L(lightness), a (redness), 그리고 b (yellowness)값을 측정하였다. 색차계 측정에는 D65와 10°가 사용되었고, 측정된 딸기 주스의 색도는 밝기(L)와 색상각(arctangent b/a*57.
- 주스의 주입온도는 주입탱크에 장착된 가열판 열교환기(Woori Tech, Seoul, Korea)를 이용하여 50, 60, 70℃로 조절되었다. 50, 60, 70℃로 가열할 시료들은 35℃까지(1.5분) 항온수조를 이용하여 선 가열하였다. 가열판 열교환기가 장착된 주입탱크에서 50, 60, 70℃로 시료가 가열되는 데까지는 각각 4, 8, 13분이 소요되었다.
- 단독 DHP 처리, 열병합된 DHP 처리, 그리고 일반 가열처리한 딸기 주스를 50-mL 멸균된 폴리프로필렌 튜브(Corning, Acton, MA, USA)에 공기 층이 최소가 되도록 충진한 후 4℃에서 저장하면서 저장 0, 7, 14, 21, 28, 35, 49, 63일 차에 미생물 안정성, 비타민 C, 색도, 당도, pH를 측정하고 비교하였다. 가열처리는 토착 미생물 저해 실험에서 사용한 조건과 동일한 조건에서 이루어졌고, 단독 DHP 처리는 주스(주입온도 20℃)를 205 MPa 압력으로 3 패스 처리하여 이루어졌다. 열처리와 병합된 DHP 처리는 70℃를 주입온도로 하여 205 MPa 압력에서 3 패스 처리를 통해 수행되었다.
- 가열처리와 DHP 처리를 통해 딸기 주스 내 존재한 토착 미생물이 얼마나 저해되는가를 측정하였다. 딸기 주스를 가열처리와 DHP 처리하기 전에 37℃의 배양기(VS-1203P1, Vision Scientific Co.
- 단독 DHP 또는 열병합된 DHP와 가열처리 한 딸기 주스는 멸균한 0.1% peptone water로 희석한 후 plate count ager (PCA)와 plate dextrose ager (PDA)배지에 평판도말 하여 각각 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이를 계수하였다. PCA 배지는 37℃에서 48시간 동안 배양 하였고, PDA 배지는 25℃에서 3일간 배양하였다.
- 단독 DHP 처리, 열병합된 DHP 처리, 그리고 일반 가열처리한 딸기 주스를 50-mL 멸균된 폴리프로필렌 튜브(Corning, Acton, MA, USA)에 공기 층이 최소가 되도록 충진한 후 4℃에서 저장하면서 저장 0, 7, 14, 21, 28, 35, 49, 63일 차에 미생물 안정성, 비타민 C, 색도, 당도, pH를 측정하고 비교하였다. 가열처리는 토착 미생물 저해 실험에서 사용한 조건과 동일한 조건에서 이루어졌고, 단독 DHP 처리는 주스(주입온도 20℃)를 205 MPa 압력으로 3 패스 처리하여 이루어졌다.
- 단독 DHP 처리, 열병합된 DHP 처리, 또는 가열처리 한 딸기 주스의 미생물 저해와 저장 중 미생물 안정성, 비타민 C, 색도, 당도, pH 측정 실험은 2회 반복되었고 1회의 반복마다 4회씩 측정이 이루어졌다. 각 표본 평균값의 차이를 SPSS (SPSS Inc.
- , Gongju, Korea)를 이용해 딸기 주스를 110℃에서 1분간 처리 하였다(20). 단독 DHP 처리에 의한 딸기 주스의 토착 미생물 저해 효과를 알아보는 실험에서는 205 MPa의 압력으로 1, 2, 3 패스 처리하였다. 이때 DHP 처리 시스템 내로의 주스 주입온도는 20℃이었다.
- 딸기 주스에 단독 DHP 처리 또는 열처리와 병합된 DHP 처리를 하였을 경우 6 log CFU/mL 이상의 토착 미생물 저해를 보여주었다. 단독 DHP 처리와 열병합된 DHP 처리는 딸기 주스의 비타민 C와 색도에 영향을 주지 않으면서 당도를 상승시켰고 4℃ 저장 중 색도와 당도를 유지시켰다. 특히 열병합된 DHP 처리는 저장 중 일반 가열처리와 유사한 미생물 안정성을 보이면서도 가열처리 보다 높은 비타민 C 함량과 색상 안정성을 보여주었다.
- 당도는 휴대용 디지털 당도계(PAL-1, ATAGO, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였고, pH는 pH meter (FiveEasyTM Plus, Mettler Toledo, Schwerzenbach, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.
- 딸기 주스를 원심분리기(Supra 22K, Hanil Science Industrial, Incheon, Korea)를 이용하여 22℃에서 10분간 12,500×g로 원심분리한 후에 상층액을 0.45 µm filter(Whatman 6750-2504 syringe filter, Piscataway, NJ, USA)로 여과하여 분석 시료로 사용하였다.
- 열처리와 병합된 DHP 처리의 효과를 알아보는 실험에서는 주스 주입온도를 상기 기술된 방법에 따라 50, 60, 70℃로 맞추었고, DHP 처리 시스템내로 유입된 주스는 205 MPa 압력에서 1, 2, 그리고 3 패스 DHP 처리되었다. 열처리와 병합된 DHP 처리에서 DHP 처리 효과를 제외한 열처리만의 효과를 알아보기 위해서 시료 온도를 20, 50, 60, 70℃로 맞춰준 후 압력 처리 없이 DHP 처리 때와 같은 속도로 3 패스 처리하였다.
- 이때 DHP 처리 시스템 내로의 주스 주입온도는 20℃이었다. 열처리와 병합된 DHP 처리의 효과를 알아보는 실험에서는 주스 주입온도를 상기 기술된 방법에 따라 50, 60, 70℃로 맞추었고, DHP 처리 시스템내로 유입된 주스는 205 MPa 압력에서 1, 2, 그리고 3 패스 DHP 처리되었다. 열처리와 병합된 DHP 처리에서 DHP 처리 효과를 제외한 열처리만의 효과를 알아보기 위해서 시료 온도를 20, 50, 60, 70℃로 맞춰준 후 압력 처리 없이 DHP 처리 때와 같은 속도로 3 패스 처리하였다.
- 8 log CFU/mL의 토착 미생물을 가진 딸기 주스를 준비하였다. 일반 가열처리에 의한 토착 미생물의 저해 효과를 알아보기 위해서 고압증기 멸균기(JSAC-60, JS Research Inc., Gongju, Korea)를 이용해 딸기 주스를 110℃에서 1분간 처리 하였다(20). 단독 DHP 처리에 의한 딸기 주스의 토착 미생물 저해 효과를 알아보는 실험에서는 205 MPa의 압력으로 1, 2, 3 패스 처리하였다.
- 일정 속도(0.6 mL/min)로 흐르는 5 mM tetrabutylammonium phosphate:acetonitrile (75:25 v/v) 이동상에 20 µL 분석 시료를 주입하여 254 nm의 파장에서 UV-Vis detector (G1315B, Agilent Technologies)로 분석하였다.
- 저장 중 딸기 주스 내 존재하는 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이를 계수하여 미생물 저장 안정성을 확인하였고, 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이 수는 ‘토착 미생물 저해 실험’에서 설명된 된 방법과 동일하게 각각 PCA와 PDA 배지에 평판도말하여 결정되었다.
- 구동부는 유압식 실린더, 챔버, 냉각기, 주입탱크, 그리고 programmable logic controller(PLC) 조정상자로 구성되고 챔버의 내부는 Z 형태이며 다이아몬드로 코팅되어 있다(14). 주스의 주입온도는 주입탱크에 장착된 가열판 열교환기(Woori Tech, Seoul, Korea)를 이용하여 50, 60, 70℃로 조절되었다. 50, 60, 70℃로 가열할 시료들은 35℃까지(1.
대상 데이터
- 가열처리와 DHP 처리를 통해 딸기 주스 내 존재한 토착 미생물이 얼마나 저해되는가를 측정하였다. 딸기 주스를 가열처리와 DHP 처리하기 전에 37℃의 배양기(VS-1203P1, Vision Scientific Co., Bucheon, Korea)에서 이틀간 방치하여 7.3-7.8 log CFU/mL의 토착 미생물을 가진 딸기 주스를 준비하였다. 일반 가열처리에 의한 토착 미생물의 저해 효과를 알아보기 위해서 고압증기 멸균기(JSAC-60, JS Research Inc.
- , MA, USA) column은 column oven (G1316A, Agilent Technologies)을 이용하여 23±2℃의 온도로 유지했다. 표준 곡선을 만드는 데 사용한 비타민 C는 Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA)에서 구매하였다.
데이터처리
- 각 표본 평균값의 차이를 SPSS (SPSS Inc., Ver. 20 Chicago, IL, USA)를 이용해 분산분석법(Analysis of variance, ANOVA)으로 분석하였고, 유의차가 있는 경우 Tukey 다중범위검증을 실시하였다(α=0.05).
이론/모형
- 비타민 C는 high-performance liquid chromatography (HPLC, Agilient 1100 series, Agilent Technologies, CA, USA)를 이용하여 Kim 등(21)의 방법으로 측정하였다. 딸기 주스를 원심분리기(Supra 22K, Hanil Science Industrial, Incheon, Korea)를 이용하여 22℃에서 10분간 12,500×g로 원심분리한 후에 상층액을 0.
성능/효과
- 1)DHP treatment pressure and pass number were 205 MPa and 3 cycles, respectively. Temperatures for DHP treatment only and heating-combined DHP treatment were 20 and 70℃, respectively.
- 1)DHP treatment pressure and pass number were 205 MPa and 3 cycles, respectively. Temperatures for DHP treatment only and heating-combined DHP treatment were 20 and 70℃, respectively.
- 70℃ DHP 처리(205 MPa, 1 패스) (병합처리)에 의한 호기성 미생물 저해 정도(6.3±0.1 log CFU/mL)는 70℃에서 압력처리가 이루어지지 않은 처리로부터의 호기성 미생물 저해 정도(3.8±0.4 log CFU/mL)와 단독 DHP 처리(205 MPa, 1패스)로부터의 저해 정도(1.7±0.5 log CFU/mL)의 합(~5.5 log CFU/mL)보다 컸다(Fig. 1).
- 1, 2). 70℃를 주입온도로 하여 205 MPa 압력에서 3 패스 처리하였을 경우 일반 가열처리와 유사한 7 log CFU/mL 이상의 토착 미생물 저해를 보였다(최소검출한계: 10 CFU/mL). 열병합된 DHP처리가 미생물 저해에 효과적이라는 것은 다음의 연구들에도 보고되었다.
- 열병합된 DHP처리가 미생물 저해에 효과적이라는 것은 다음의 연구들에도 보고되었다. DHP를 통해 5-50℃의 주입온도와 100-300 MPa압력을 처리 조건으로 하여 phosphate 완충 saline 용액에 접종된 Staphylococcus aureus, Yersinia enterocolitica, Escherichia coli MG1655를 처리 하였을 때, 50℃의 주입온도에서 300 MPa 압력으로 DHP 처리한 시료가 가장 높은 미생물 저해를 보였고(22,23), 두유를 55, 65, 75℃의 주입온도와 200 또는 300 MPa 압력에서 DHP 처리하였을 때, 75℃ 온도와 300 MPa 압력이 가장 높은 미생물 저해를 보였다(24).
- 앞서 ‘토착 미생물 저해 실험’에서 보인 결과와 같이 열병합된 DHP와 가열처리는 단독 DHP 처리보다 주스의 토착 미생물 저해도가 높았다(Table 1). 그러나 저장 14일 차에 아무 처리도 하지 않은 신선 딸기 주스의 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수가 각각 5.0 log CFU/mL과 5.9 log CFU/mL인 반면 63일차의 단독 DHP 처리 한 딸기 주스의 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수는 각각 2.8 log CFU/mL과 2.7 log CFU/mL로서 신선 딸기 주스보다 높은 미생물 저장 안정성을 보여주었다(Table 1). Maresca 등(16)은 150 MPa-3 패스-DHP처리가 사과 주스의 4℃ 저장 중 미생물 안정성을 향상시켰다고 보고하면서 이것은 DHP 처리가 미생물의 세포를 손상시켜 냉장환경에서 증식하는 기능을 잃어버리게 했기 때문이라고 설명하였다.
- 7 log CFU/mL이었고, 이것은 DHP 단독처리가 기존의 가열처리 보다 딸기 주스의 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이를 저해시키는데 상대적으로 효과가 낮음을 보여주는 결과이다. 단독 DHP 처리를 통해 20℃의 주입온도와 205 MPa 압력에서 1, 2, 3 패스로 딸기 주스를 처리 하였을 때, 대체적으로 패스 횟수가 많아질수록 미생물 저해 정도가 높아짐을 알 수 있었다(Fig. 1, 2). Maresca 등(16)도 DHP를 통해 50, 100, 150 MPa압력 처리 조건에서 파인애플 주스, 레드 오렌지 주스, 그리고 오렌지 주스에 접종된 S.
- 단독 DHP 처리를 통해 딸기 주스를 20℃의 주입온도에서 205 MPa 압력으로 3 패스 처리하였을 때 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 저해 수준은 각각 6.6±0.7 log CFU/mL과 6.5±0.7 log CFU/mL이었고, 이것은 DHP 단독처리가 기존의 가열처리 보다 딸기 주스의 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이를 저해시키는데 상대적으로 효과가 낮음을 보여주는 결과이다.
- 특히 열병합된 DHP 처리는 저장 중 일반 가열처리와 유사한 미생물 안정성을 보이면서도 가열처리 보다 높은 비타민 C 함량과 색상 안정성을 보여주었다. 따라서 DHP 처리(단독 또는 열병합)는 딸기 주스의 품질 변화를 최소화 시키면서 미생물 저장 안정성을 높일 수 있는 최신 살균공정으로 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 딸기 주스를 205 MPa 압력에서 1 패스 또는 2 패스 처리 할 때 주스의 주입온도가 20℃에서 70℃로 증가할 경우 미생물 저해 정도가 유의적으로 증가하는 것을 알 수 있었다(p<0.05) (Fig. 1, 2).
- 딸기 주스를 단독 DHP 처리를 통해 20℃의 주입온도에서 205 MPa 압력으로 1 패스 처리하였을 때와 열병합된 DHP 처리를 통해 50 또는 70℃의 주입온도에서 205 MPa 압력으로 1 패스 처리하였을 경우를 비교하였을 때, 호기성미생물 저해 정도가 3.1과 4.5 log CFU/mL로 각각 증가하였고(p<0.05), 효모 및 곰팡이 저해 정도도 2.8과 4.5 log CFU/mL로 각각 증가하였다(p<0.05)(Fig. 1, 2).
- 반면에 가열처리된 딸기 주스는 신선 딸기 주스와 비교하여 밝기(L)가 낮아지고 더 높은 황색도(색상각)를 띄는 것을 알 수 있었다(p<0.05)(Fig. 4) (Table 2).
- Villay 등(31)도 구아검, 하이드록시에 틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로스나트륨, 알긴산나트륨, 또는 아라비아검 수용액을 각각 DHP 처리하였을 때 당도가 증가하였음을 보고하였는데, 이는 DHP 처리에 의한 다당류 붕괴 때문으로 설명되었다. 본 연구에서는 딸기 주스 내 펙틴과 같은 다당류가 DHP 처리에 의해 저분자의 가용성 당들로 변환되어 당도가 높아졌을 것으로 판단되었다(4). 신선 딸기 주스의 당도는 14일의 저장 기간 동안 8.
- 신선 딸기 주스, 열처리 주스, 단독 DHP 처리 주스, 그리고 열병합된 DHP 처리 주스의 pH는 저장 중 각각 3.8±0.2, 3.7±0.1, 3.7±0.2, 그리고 3.7±0.2이었으며 그 값이 처리 방법과 저장에 의해 유의적으로 변하지 않음을 알 수 있었다(p>0.05)
- 앞서 ‘토착 미생물 저해 실험’에서 보인 결과와 같이 열병합된 DHP와 가열처리는 단독 DHP 처리보다 주스의 토착 미생물 저해도가 높았다(Table 1).
- 1, 2). 이를 통해 시료 주입 온도가 열병합된 DHP 처리의 미생물 저해 효과를 결정하는 주요 요인임을 알 수 있었다. 3 패스 처리의 경우에는 20℃에서도 충분히 많은 저해가 일어났기 때문에 주입 온도에 의한 미생물 저해 효과를 확인 할 수 없었다(Fig.
- 5). 저장 중 당도 분석 결과는 DHP 처리를 이용하여 당도가 높은 딸기 주스를 생산할 수 있음을 보여주었다.
- 4) (Table 2). 저장기간 동안 가열처리 한 딸기 주스는 점차 황색도가 높아졌지만 단독 DHP 처리 또는 열병합된 DHP 처리한 딸기 주스는 그렇지 않았으며 가열처리한 딸기 주스와 비교하여 높은 밝기를 보여주었다(Fig. 4) (Table 2). 과일 주스를 가공 할 때에 색도에 영향을 주는 요인들 중 열은 주스의 카보닐 화합물과 아미노산을 반응시켜 갈변반응이 일어나게 한다(30).
- 처리직후(저장 0일) 단독 DHP 처리 딸기 주스와 열병합된 DHP 처리 주스의 당도(각각 9.3±0.3과 9.6±0.2°Bx)는 신선 딸기의 당도(8.6±0.2°Bx) 보다 높아(p<0.05) (Fig. 5) DHP 처리가 주스의 당도를 높였음을 알 수 있었다.
- 단독 DHP 처리와 열병합된 DHP 처리는 딸기 주스의 비타민 C와 색도에 영향을 주지 않으면서 당도를 상승시켰고 4℃ 저장 중 색도와 당도를 유지시켰다. 특히 열병합된 DHP 처리는 저장 중 일반 가열처리와 유사한 미생물 안정성을 보이면서도 가열처리 보다 높은 비타민 C 함량과 색상 안정성을 보여주었다. 따라서 DHP 처리(단독 또는 열병합)는 딸기 주스의 품질 변화를 최소화 시키면서 미생물 저장 안정성을 높일 수 있는 최신 살균공정으로 적용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- cerevisiae를 처리하였을 때, 각각의 압력에서 패스 횟수가 증가할수록 미생물 저해 정도가 증가하였다고 보고하였다. 패스 횟수의 증가에 따른 처리 시간의 증가로 인해 미생물의 저감화 정도가 증가했음을 알 수 있었다.
- 하지만 저장 중 비타민 C 농도는 시료 별로 서로 다르지 않아(p>0.05), 단독 DHP 또는 열병합된 DHP 처리 주스의 초기 높은 비타민 C 농도가 저장 중 유지되지 않음을 알 수 있었다.
후속연구
- 05), 단독 DHP 또는 열병합된 DHP 처리 주스의 초기 높은 비타민 C 농도가 저장 중 유지되지 않음을 알 수 있었다. 본 연구에서 주스 시료들을 단순히 폴리프로필렌 튜브에 충진하여 저장하였는데, 저장 중 산화가 최소화가 될 수 있는 포장 방법을 적용한다면 DHP 처리 주스의 초기 높은 비타민 C 함량이 저장 중 오래 유지되게 할 수 있을 것으로 생각된다.
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