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문제 정의
- 본 연구에서는 건조 쌀에 적합한 가공적성과 세균 저감화를 위하여 백미 찹쌀(동진벼)과 현미 멥쌀(신동진벼)에 초고압 전처리를 하였다. 백미 찹쌀과 현미 멥쌀을 500 MPa의 압력 하에서 5분간 초고압 처리하였을 때, 건조 쌀 제조에 있어 중요한 특성인 백미 찹쌀의 찰기와 현미 멥쌀의 경도가 유의적으로 감소하였는데(p<0.
- 백미 찹쌀은 찰기 때문에 건조 시 낱알 분리가 잘 되지 않으며 현미는 건조 후 딱딱한 식감으로 사용에 제한이 따른다. 본 연구에서는 초고압 전처리로 백미 찹쌀과 현미 멥쌀의 텍스처의 변화를 유도하여 가공적성을 개선함과 동시에 가공식품용 쌀의 미생물 안전성을 향상시키기 위해 비가열 조건에서 세균 저감화에 미치는 영향을 확인하였다. 이를 통해 백미 찹쌀과 현미 멥쌀을 이용한 다양한 종류의 건조 쌀을 상업화하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 내열성균은 살균 증류수에 혼합한 분쇄 쌀 시료를 100°C에서 20분 동안 가열한 후 위와 동일한 방법으로 측정하였다. 쌀의 침지가 세균 생장 억제에 미치는 영향을 확인하기 위하여 침지 전후의 세균수도 확인하였다.
제안 방법
- 200-600 MPa의 압력 조건으로 3-60분간 전처리한 예비 실험 결과를 바탕으로 텍스처 변화와 살균에 적합한 초고압 처리 조건을 설정하였다. 초고압 처리 압력이 높을수록 소재의 물리화학적 특성 변화와 감균 효과가 향상되지만 상업적 적용 시 비용도 상승한다는 제한점이 발생한다.
- 3번 세척, 선별한 쌀을 25°C에서 1시간 동안 침지, 탈수 후 각 200 g씩 진공 포장했다.
- 초고압 처리한 백미 찹쌀과 현미 멥쌀의 텍스처 변화를 무처리구와 비교, 분석하기 위하여 쌀 시료를 stub에 부착하고 쌀에 백금을 약 10 nm 두께로 도금한 후, field emission scanning electron microscope (FE-SEM) (SUPRA 55VP, Carl Zeiss, Wetzlar, Germany)을 이용하여 30 kV의 가속전압에서 텍스처를 촬영하였다. FE-SEM으로 촬영한 이미지들은 디지털 파일의 형태로 저장하여 분석하였다.
- 접촉 면적 25 mm2의 puncture probe를 20 kg의 하중으로 first bite 25%, second bite 90%의 압력으로 10회 반복 측정하였다. 경도(hardness), 찰기(stickiness), 탄력성(springiness)과 부착성(adhesiveness)을 측정하여 무처리구와 초고압 처리구를 비교하였다. Chauvent 이상치 판정법을 이용하여 이상치를 제외한 값들의 평균을 측정값으로 하였다(9).
- 내열성균은 살균 증류수에 혼합한 분쇄 쌀 시료를 100°C에서 20분 동안 가열한 후 위와 동일한 방법으로 측정하였다.
- 시료는 물에 불리고 가수하여 98°C, 20분 가열, 10분 뜸 들이는 취반 과정을 거친 후 10 g씩 평량하여 컵에 압축성형하고 2분간 정치시킨 후 텐시프레서에 장착하였다.
- 초고압 처리 압력이 높을수록 소재의 물리화학적 특성 변화와 감균 효과가 향상되지만 상업적 적용 시 비용도 상승한다는 제한점이 발생한다. 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 물성 개선을 위한 초고압 처리는 텍스처 변화가 시작되는 500 MPa에서, 살균효과를 위한 초고압 처리는 감균 효과가 발생하는 600 MPa의 압력 조건에서 각각 5분간 처리하였다.
- 저작감을 수치화하여 나타낼 수 있는 텐시프레서(Tensipresser) (My Boy System, Taketomo Electric Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 시료의 텍스처를 측정하였다. 시료는 물에 불리고 가수하여 98°C, 20분 가열, 10분 뜸 들이는 취반 과정을 거친 후 10 g씩 평량하여 컵에 압축성형하고 2분간 정치시킨 후 텐시프레서에 장착하였다.
- 시료는 물에 불리고 가수하여 98°C, 20분 가열, 10분 뜸 들이는 취반 과정을 거친 후 10 g씩 평량하여 컵에 압축성형하고 2분간 정치시킨 후 텐시프레서에 장착하였다. 접촉 면적 25 mm2의 puncture probe를 20 kg의 하중으로 first bite 25%, second bite 90%의 압력으로 10회 반복 측정하였다. 경도(hardness), 찰기(stickiness), 탄력성(springiness)과 부착성(adhesiveness)을 측정하여 무처리구와 초고압 처리구를 비교하였다.
- 초고압 처리한 백미 찹쌀과 현미 멥쌀의 텍스처 변화를 무처리구와 비교, 분석하기 위하여 쌀 시료를 stub에 부착하고 쌀에 백금을 약 10 nm 두께로 도금한 후, field emission scanning electron microscope (FE-SEM) (SUPRA 55VP, Carl Zeiss, Wetzlar, Germany)을 이용하여 30 kV의 가속전압에서 텍스처를 촬영하였다. FE-SEM으로 촬영한 이미지들은 디지털 파일의 형태로 저장하여 분석하였다.
- 초고압 처리한 생쌀 상태의 현미 멥쌀과 무처리구 시료 10 g을 취하여 살균팩에 넣은 다음 살균 증류수 90 g을 투입하여 혼합, 분쇄한 후 총 세균수를 측정하였다. 총 세균수는 한천평판(plate count agar) (Difco, Detroit, MI, USA) 배지 15 mL에 37°C에서 48시간 동안 배양한 후 콜로니 계수법으로 측정하였다.
- 3번 세척, 선별한 쌀을 25°C에서 1시간 동안 침지, 탈수 후 각 200 g씩 진공 포장했다. 포장한 시료를 고압프레스(high pressure press) (Avure Quintus 35 L, Avure Technologies AB, Vasteras, Sweden)를 이용하여 초고압 처리를 하였다.
대상 데이터
- 백미 찹쌀은 2013년 11월에 도정한 12분도 동진벼(Hanguk Industrial Inc., Nonsan, Korea)를, 현미 멥쌀은 신동진벼(Hanguk Industrial Inc., Nonsan, Korea)를 구입하여 4°C에서 보관하면서 시료로 사용하였다.
데이터처리
- , State College, PA, USA)을 사용하여 통계 처리하였다. 두 실험군 간 유의성 검정은 t-test를 실시하여 평균값을 비교하였고, 3개 이상의 실험군 간의 유의성 검정은 분산분석(ANOVA), 던칸(Duncan) 다중범위검증(multiple range test)을 이용하여 비교하였다.
- 모든 실험은 5회 이상 반복 진행하였으며, Minitab program (MTB13, Minitab Inc., State College, PA, USA)을 사용하여 통계 처리하였다. 두 실험군 간 유의성 검정은 t-test를 실시하여 평균값을 비교하였고, 3개 이상의 실험군 간의 유의성 검정은 분산분석(ANOVA), 던칸(Duncan) 다중범위검증(multiple range test)을 이용하여 비교하였다.
이론/모형
- 경도(hardness), 찰기(stickiness), 탄력성(springiness)과 부착성(adhesiveness)을 측정하여 무처리구와 초고압 처리구를 비교하였다. Chauvent 이상치 판정법을 이용하여 이상치를 제외한 값들의 평균을 측정값으로 하였다(9).
- 총 세균수는 한천평판(plate count agar) (Difco, Detroit, MI, USA) 배지 15 mL에 37°C에서 48시간 동안 배양한 후 콜로니 계수법으로 측정하였다.
성능/효과
- 600 MPa의 압력 하에서 5분간 초고압 처리했을 때, 현미 멥쌀에서 생육하는 세균수는 처리 전보다 유의적으로 감소하였지만(p<0.05), 내열성 세균수에는 유의적인 차이가 없었다.
- 백미 찹쌀과 현미 멥쌀을 500 MPa의 압력 하에서 5분간 초고압 처리하였을 때, 건조 쌀 제조에 있어 중요한 특성인 백미 찹쌀의 찰기와 현미 멥쌀의 경도가 유의적으로 감소하였는데(p<0.05), 이는 초고압 처리법은 백미 찹쌀의 낱알 분리가 힘든 찰진 특성과 현미 멥쌀의 딱딱한 식감을 효과적으로 개선할 수 있다는 점을 확인해 주었다.
- 05), 이는 초고압 처리법은 백미 찹쌀의 낱알 분리가 힘든 찰진 특성과 현미 멥쌀의 딱딱한 식감을 효과적으로 개선할 수 있다는 점을 확인해 주었다. 쌀 텍스처 단면의 입자를 FESEM를 이용하여 관찰한 결과, 초고압 처리한 백미 찹쌀과 현미 멥쌀의 단면의 텍스처가 처리 전보다 부드러워졌음을 확인할 수 있었다. 600 MPa의 압력 하에서 5분간 초고압 처리했을 때, 현미 멥쌀에서 생육하는 세균수는 처리 전보다 유의적으로 감소하였지만(p<0.
- 2). 쌀의 단면을 500배 확대하여 관찰한 결과, 초고압 처리 시 백미 찹쌀과 현미 멥쌀 모두 쌀 내부의 입자가 좀 더 고운 형태로 변화한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 구조적인 변화는 백미 찹쌀과 현미 멥쌀 모두 초고압 처리 시 높은 압력에 의해 일차적으로 쌀 과피 구조가 붕괴되고 쌀 내부 기포가 제거됨에 따라 내부 세포막 표면이 수축되고, 전분 입자 내에 수분이 쉽게 스며듦에 따라, 무처리구에 비해 초고압 처리한 쌀의 텍스처가 부드러워지는 특징을 갖게 되는 것으로 추정된다(4,5,10,11).
- 200 MPa 이상에서부터 식품 내 단백질의 해리, 세포막의 파괴, 효소반응 속도의 변화 등이 발생하며, 500 MPa 이상에서는 효소의 비가역적 불활성화와 내열성 포자의 사멸 등의 변화가 시작된다고 보고되었다(1,14). 이러한 변화는 식품 내 미생물 생육 감소로 인한 식품의 보존성 향상 등 여러 방면에 초고압 처리법을 활용할 수 있다고 생각하는데, 본 연구에서도 효과적인 감균 효과를 보였다.
- 진공 포장 현미 시료를 25oC에서 600 MPa의 압력 조건으로 5분간 처리하여 살균 효과를 살펴본 결과, 현미 멥쌀에서 생육하는 107CFU/g 정도의 균은 초고압 처리 이후에 104CFU/g 정도로 감소했다(Fig. 3A). 초고압 처리 시 압력에 의하여 미생물의 세포막에 영향을 주기 때문에 쌀을 비롯한 곡물에 존재하는 각종 병원성 오염균들을 비가열 조건에서 효과적으로 저감화할 수 있다고 보고된 바 있다(1,12).
- 초고압 비가열 처리를 통한 현미 내 내열성 포자 형성균에 대한 살균 효과를 확인한 결과, 600 MPa의 압력 조건으로 5분간 초고압 처리 후에도 내열성 포자 형성균이 무처리구 수준으로 유지되어 내열성 포자 형성균에 대한 살균효과는 미약한 것으로 나타났다(Fig. 3B). 상온에서 400 MPa 이상의 초고압 처리는 미생물의 영양세포는 파괴하지만, 포자를 제거하기 위해서는 900 MPa의 고압과 더불어 고온 병합 처리가 요구되는 것으로 보고되었다(13,15-17).
- 초고압에 의한 쌀의 텍스처 변화를 확인하기 위해 FE-SEM을 이용하여 쌀의 전반적인 단면과 500배 확대한 단면을 관찰한 결과, 초고압 처리 시 백미 찹쌀과 현미 멥쌀 내부의 입자들의 배열이 갈라진 것을 확인할 수 있었다(Fig. 2). 쌀의 단면을 500배 확대하여 관찰한 결과, 초고압 처리 시 백미 찹쌀과 현미 멥쌀 모두 쌀 내부의 입자가 좀 더 고운 형태로 변화한 것을 확인할 수 있었다.
- 1B와 같다. 현미의 경도는 초고압 처리 후에 감소하는 경향이 있었으며, 가공밥 적성에 있어 중요한 찰기 특성도 무처리구에 비해 약 27% 감소하였다. 현미의 탄성과 부착성은 초고압 처리 후에 소폭 감소하는 것으로 나타났지만 유의적인 차이는 없었다(Fig.
후속연구
- 본 연구에서는 초고압 전처리로 백미 찹쌀과 현미 멥쌀의 텍스처의 변화를 유도하여 가공적성을 개선함과 동시에 가공식품용 쌀의 미생물 안전성을 향상시키기 위해 비가열 조건에서 세균 저감화에 미치는 영향을 확인하였다. 이를 통해 백미 찹쌀과 현미 멥쌀을 이용한 다양한 종류의 건조 쌀을 상업화하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 또한 초고압 처리 시 세균 포자의 사멸효과는 온도에 의하여 크게 좌우되며, 그 외 pH, 수분활성도, 이온강도 등에 의해서도 영향을 받는 것으로 알려져 있다(13,14,16,17). 즉 열과 압력 이외의 조건 변화를 통하여 쌀 내부의 내열성 세균의 저감화에 미치는 추가 연구가 필요하다고 생각한다.
- 쌀에 초고압 처리를 하게 되면 높은 압력에 의해 이화학적 변화가 일어나 전반적인 맛, 조직감, 외관 등 관능품질 특성에 변화가 일어난다고 보고된 바 있다(1,4,5). 초고압 처리는 현미를 원료로 하여 제조한 팽화미와 같은 건조 쌀을 제조할 때 나타나는 가장 큰 단점인 취반 후 딱딱한 식감을 극복할 수 있는 효과적인 방법이며 상업적인 활용이 기대된다.
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