[논문]수력학적 공동현상을 이용한 가열 살균처리가 우유의 영양성에 미치는 영향 - 비타민 A, B2, 칼슘, 인, 마그네슘, 아연, 지방 -

박중근; 성시진; 엄애선

doi:10.20878/cshr.2016.22.8.019

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수력학적 공동현상을 이용한 가열 살균처리가 우유의 영양성에 미치는 영향 - 비타민 A, B2, 칼슘, 인, 마그네슘, 아연, 지방 -

Effect of Heat Sterilization on Milk Nutrition by Hydrodynamic Cavitation - Vitamin A, B2, Calcium, Phosphorus, Magnesium, Zinc, Fat -

Culinary science & hospitality research = 한국조리학회지 v.22 no.8 = no.83 , 2016년, pp.219 - 225

박중근 (한양대학교 생활과학대학 식품영양학과 ) ; 성시진 ( 한양대학교 생활과학대학 식품영양학과 ) ; 엄애선 ( 한양대학교 생활과학대학 식품영양학과)

초록

용어
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본 연구는 멸균 방법 중 하나인 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 인한 우유의 비타민, 무기질 및 지방 함량에 대한 영향을 조사하고자 한다. 비타민(vitamin A, vitamin $B_2$),무기질(Ca, P, Mg, Zn) 및 조지방 함량을 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법에 따라 측정하였다. Vitamin A는 처리 후 약 23% 감소하였고, vitamin $B_2$는 약 19% 감소하였다. 무기질의 경우, 처리 전후의 함량 차이가 거의 보이지 않았다. 또한 P는 2 mg/100g, Mg은 0.1 mg/100g의 함량 차이를 보였다. 우유의 조지방 함량은 처리 전 3.46%, 처리 후 3.41%로 차이가 거의 나타나지 않았다. 수력학적 공동현상 처리 시 우유의 비타민과 무기질 함량을 변화시키지 않아 기존 살균 방법을 대체할 수 있는 가능성을 보여주었다. 따라서 기존 가열 살균처리 시 발생하는 이화학적 특성 및 품질의 변화를 강조하고, 우수한 품질의 우유를 공급하기 위하여 수력학적 공동현상 살균처리에 대한 명확하고 체계적인 연구가 더 이루어져야할 것으로 보인다.

Abstract

This study was conducted to investigate the amount of fat, vitamins and minerals in milk can be affected by hydrodynamic cavitation since cavitation is recently focused on as one of the sterilization methods. Vitamins (vitamin A, $B_2$), minerals (Ca, P, Mg, Zn) and fat contents were measured according to Ministry of Food and Drug Safety's Processing Standards and Component Specifications of Animal Product. Vitamin A & $B_2$ contents decreased approximately 23% & 19%, respectively after cavitation. Minerals content showed no change after cavitation. Also, P and Mg contents were reduced after cavitation to 2 mg/100g and 0.1 mg/100g, showing no change. Milk fat content was 3.46% before cavitation and 3.41% after cavitation, displaying no difference. Hydrodynamic cavitation process displays a possibility to replace existing pasteurizing method, as it does not change vitamin or mineral contents in milk. Therefore, a more clear and systematic research on hydrodynamic cavitation pasteurization is needed to distribute excellent quality milk and to emphasize physiochemical properties and quality change of existing heat pasteurization process.

주제어

#hydrodynamic cavitation #milk #nutrient change #sterilization

본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리 우유의 영양학적 품질변화를 살펴보고자 한다.

수력학적 공동현상을 이용한 살균처리는 최소한의 살균 공정으로 대용량 처리가 가능하며, 다른 살균법보다 높은 에너지효율을 보이고 있다(Milly, Toledo, Kerr,& Armstead, 2008). 따라서 본 연구에서는 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리 우유의 영양학적 품질변화를 살펴보고자 한다.
따라서 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 인한 비타민, 무기질, 유지방의 함량 변화와 이를 통한 품질 변화를 보고자 하였다.

그러나 우유 중에는 단백질, 유지방, 비타민, 무기질 등과 같은 우리 몸에 꼭 필요한 영양소를 함유하고 있으며, LTLT, HTST, UHT와 같은 우유의 가열 살균처리를 통해 품질 변화뿐만 아니라, 이러한 열에 의해 쉽게 소실되는 영양소인 비타민, 무기질, 유지방 등을 소실시키는 단점이 있다. 따라서 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 인한 비타민, 무기질, 유지방의 함량 변화와 이를 통한 품질 변화를 보고자 하였다. 우유를 수력학적 공동현상 처리 시 Vitamin A 함량은 45.
본 연구는 멸균 방법 중 하나인 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 인한 우유의 비타민,무기질 및 지방 함량에 대한 영향을 조사하고자 한다.

본 연구는 멸균 방법 중 하나인 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 인한 우유의 비타민,무기질 및 지방 함량에 대한 영향을 조사하고자 한다. 비타민(vitamin A, vitamin B₂), 무기질(Ca, P,Mg, Zn) 및 조지방 함량을 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법에 따라 측정하였다.

제안 방법

무기질의 경우 분해기기는 Microwave Digestion System(Ethos 1, Milestone, USA)를 이용하였고, 분석기기는 ICP(Jobin Yvon JY 38 Plus, Longjumeau,France)를 사용하여 분석하였으며, 기기 조건은[Table 2]와 같다.

무기질의 경우 분해기기는 Microwave Digestion System(Ethos 1, Milestone, USA)를 이용하였고, 분석기기는 ICP(Jobin Yvon JY 38 Plus, Longjumeau,France)를 사용하여 분석하였으며, 기기 조건은[Table 2]와 같다.
HCR 장치 운전조건을 가압펌프 설정 값(Pset) 기준 0.5 bar 및 전동기(Motor)의 회전속도(ωr: Rotating velocity) 3,600rpm, 유량은 4.2±0.05 L/min로 설정하였으며, 목표 순간상승온도는 ΔT=30℃, 출구온도는 70℃의 조건으로 수행하였다.

HCR 장치 운전조건을 가압펌프 설정 값(Pset) 기준 0.5 bar 및 전동기(Motor)의 회전속도(ωr: Rotating velocity) 3,600rpm, 유량은 4.2±0.05 L/min로 설정하였으며, 목표 순간상승온도는 ΔT=30℃, 출구온도는 70℃의 조건으로 수행하였다.
본 실험에서는 HPLC(Nanospace SI-1, Shiseido,Tokyo, Japan)와 UV Detector(UV 3200, Shiseido,Japan)를 사용하여 Vitamin A, B2 분석을 수행하였으며, 기기 분석 조건은 [Table 1]과 같다.

본 실험에서는 HPLC(Nanospace SI-1, Shiseido,Tokyo, Japan)와 UV Detector(UV 3200, Shiseido,Japan)를 사용하여 Vitamin A, B₂ 분석을 수행하였으며, 기기 분석 조건은 [Table 1]과 같다. 무기질의 경우 분해기기는 Microwave Digestion System(Ethos 1, Milestone, USA)를 이용하였고, 분석기기는 ICP(Jobin Yvon JY 38 Plus, Longjumeau,France)를 사용하여 분석하였으며, 기기 조건은[Table 2]와 같다.
본 연구에서는 수력학적 공동현상 처리한 우유의 비타민(Vitamin A,Vitamin B2), 무기질(Ca, P, Mg, Zn) 및 조지방의 함량을 측정하였다.

우유의 가열살균 처리는 우유의 성분에 이화학적 변화와 함께 영양소 손실을 야기하는 것으로 알려져 있다(In & Jung, 2001). 본 연구에서는 수력학적 공동현상 처리한 우유의 비타민(Vitamin A,Vitamin B2), 무기질(Ca, P, Mg, Zn) 및 조지방의 함량을 측정하였다. 수력학적 공동현상 처리에 따른 Vitamin A, Vitamin B₂의 함량은 [Table 3]과같다.
본 연구에서는 열에 쉽게 변성되는 비타민(Vitamin A, Vitamin B2), 무기질(Calcium(Ca), Phosphorus(P), Magnesium(Mg), Zinc(Zn)) 및 조지방 함량을 측정하였다.

우유는 살균처리과정에서 고온에 노출되어 열충격에 약한 영양성분들이 손실되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 열에 쉽게 변성되는 비타민(Vitamin A, Vitamin B₂), 무기질(Calcium(Ca), Phosphorus(P), Magnesium(Mg), Zinc(Zn)) 및 조지방 함량을 측정하였다. 각 분석항목은 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법(Processing Standards and Component Specifications of Animal Product, 2016)에 따라 실험하였다.
수력학적 공동현상을 이용한 살균처리가 우유의 무기질인 Ca, P, Mg, Zn의 함량에 미치는 영향을 알아보고자 측정하였으며, 그 결과는 [Table 4]와 같다.

수력학적 공동현상을 이용한 살균처리가 우유의 무기질인 Ca, P, Mg, Zn의 함량에 미치는 영향을 알아보고자 측정하였으며, 그 결과는 [Table 4]와 같다.

이론/모형

각 분석항목은 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법(Processing Standards and Component Specifications of Animal Product, 2016)에 따라 실험하였다.

본 연구에서는 열에 쉽게 변성되는 비타민(Vitamin A, Vitamin B₂), 무기질(Calcium(Ca), Phosphorus(P), Magnesium(Mg), Zinc(Zn)) 및 조지방 함량을 측정하였다. 각 분석항목은 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법(Processing Standards and Component Specifications of Animal Product, 2016)에 따라 실험하였다.
본 연구에서 Kwon과 Yoon(2013)이 개발한 수력학적 공동현상 장치(Hydrodynamic CavitationReactor; HCR)를 사용하였다.

본 연구에서 Kwon과 Yoon(2013)이 개발한 수력학적 공동현상 장치(Hydrodynamic CavitationReactor; HCR)를 사용하였다. HCR 장치 운전조건을 가압펌프 설정 값(P_set) 기준 0.
비타민(vitamin A, vitamin B2), 무기질(Ca, P,Mg, Zn) 및 조지방 함량을 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법에 따라 측정하였다.

본 연구는 멸균 방법 중 하나인 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 인한 우유의 비타민,무기질 및 지방 함량에 대한 영향을 조사하고자 한다. 비타민(vitamin A, vitamin B₂), 무기질(Ca, P,Mg, Zn) 및 조지방 함량을 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법에 따라 측정하였다. Vitamin A는 처리 후 약 23% 감소하였고, vitamin B₂는 약 19% 감소하였다.
축산물 가공기준 및 성분규격의 유지방 측정법(Gerber법)에 따라, 시료와 황산 및 아밀알코올을 겔벨유지계에 주입하여 시료를 녹이고 원심분리기(700 rpm 이상)에서 원심분리한 후 온탕 중에 담가 석출한 지방층의 도수를 유지방량의 %로 하였다(Processing Standards and Component Specifications of Animal Product 2016).

축산물 가공기준 및 성분규격의 유지방 측정법(Gerber법)에 따라, 시료와 황산 및 아밀알코올을 겔벨유지계에 주입하여 시료를 녹이고 원심분리기(700 rpm 이상)에서 원심분리한 후 온탕 중에 담가 석출한 지방층의 도수를 유지방량의 %로 하였다(Processing Standards and Component Specifications of Animal Product 2016).

성능/효과

Ca과 Zn의 NHCT와 HCT 간의 함량 차이는 없었으나, P는 2 mg/100g의 함량 차이를 보였고, Mg은 0.1 mg/100g의 함량 차이를 보였다.

0007338 mg/g으로 약 19%감소하였다. Ca과 Zn의 NHCT와 HCT 간의 함량 차이는 없었으나, P는 2 mg/100g의 함량 차이를 보였고, Mg은 0.1 mg/100g의 함량 차이를 보였다. NHCT의 조지방 함량은 3.
NHCT의 조지방 함량은 3.46%였으며, HCT의 조지방 함량은 3.41%로 함량 차이가 거의 나타나지 않았다.

1 mg/100g의 함량 차이를 보였다. NHCT의 조지방 함량은 3.46%였으며, HCT의 조지방 함량은 3.41%로 함량 차이가 거의 나타나지 않았다. 이러한 결과는 수력학적 공동현상살균처리가 기존 가열 살균처리의 단점을 보완하면서 최소한의 살균 공정으로 대량 생산이 가능한 것으로 보인다.
대조군인 NHCT(Non Hydrodynamic Cavitation Treatment)와 실험군인 HCT(Hydrodynamic Cavitation Treatment)의 Vitamin A 함량은 각각 45.045μg RE/100g, 34.336 μg RE/100g으로 약 23% 감소하였고, Vitamin B2는 약 19% 감소하였다.

대조군인 NHCT(Non Hydrodynamic Cavitation Treatment)와 실험군인 HCT(Hydrodynamic Cavitation Treatment)의 Vitamin A 함량은 각각 45.045μg RE/100g, 34.336 μg RE/100g으로 약 23% 감소하였고, Vitamin B2는 약 19% 감소하였다.
또한 현재 연구된 사과주스 등뿐만 아니라, 우유에서도 기존 살균법보다 높은 에너지효율과 품질 변화가 적은 것으로 나타났다.

이러한 결과는 수력학적 공동현상살균처리가 기존 가열 살균처리의 단점을 보완하면서 최소한의 살균 공정으로 대량 생산이 가능한 것으로 보인다. 또한 현재 연구된 사과주스 등뿐만 아니라, 우유에서도 기존 살균법보다 높은 에너지효율과 품질 변화가 적은 것으로 나타났다. 그러나 현재 열처리에 따른 우유의 성분 변화 중단백질 및 관능적 특성에 관한 연구는 있으나, 비타민에 관한 연구는 부족한 실정이다.
본 연구에서는NHCT의 조지방 함량은 3.46%였으며, HCT의 조지방 함량은 3.41%로 함량 소실이 거의 나타나지 않았다[Table 4].

43%의 함량 차이가 나타났다는 연구결과를 발표하였다. 본 연구에서는NHCT의 조지방 함량은 3.46%였으며, HCT의 조지방 함량은 3.41%로 함량 소실이 거의 나타나지 않았다[Table 4]. 종합적으로 LTLT, HTST, UHT와 같은 가열 살균처리보다 수력학적 공동현상처리 시 무기질 및 비타민, 유지방의 소실이 적은 것으로 나타났다.
본 연구의 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리는 열과 압력에 따라 발생되는 에너지를 이용하여 2초 내외로 처리하는 만큼, 가열 살균처리보다 Vitamin A, Vitamin B2의 소실이 적은 것으로 나타났다.

또한 비타민의 경우, LTLT 처리 시 10∼15%, HTST 처리 시 20%, UHT 처리 시 20% 정도가 손실되는 것으로 알려져 있다(Edmund, 1989;Kim, 1999; Sieber, 1989). 본 연구의 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리는 열과 압력에 따라 발생되는 에너지를 이용하여 2초 내외로 처리하는 만큼, 가열 살균처리보다 Vitamin A, Vitamin B₂의 소실이 적은 것으로 나타났다.
선행연구와 본 연구 결과를 통해 수력학적 공동현상 살균처리 시 우유의 이화학적 특성 및 품질변화가 적고, 미생물제어를 할 수 있는 우유의 대량 생산이 가능한 것으로 나타났다.

(2008)은 수력학적 공동현상을 이용하여 사과주스의 Sacchoarmyces cerevisiae 살균 성능에 대해 연구한 결과, 최소한의 살균공정으로 대용량 처리가 가능하며, 에너지효율이 최대 84%로 나타나 기존 UHT 처리 방식의 단점을 보완하면서 자연현상에 의해 발생되는에너지를 이용함으로써 높은 열효율과 에너지 절감이 가능하다고 발표하였다. 선행연구와 본 연구 결과를 통해 수력학적 공동현상 살균처리 시 우유의 이화학적 특성 및 품질변화가 적고, 미생물제어를 할 수 있는 우유의 대량 생산이 가능한 것으로 나타났다. 또한 최근까지 우리나라에서 우유의 열처리 조건에 따라 우유의 성분 및 영양에 미치는 영향과 장단점에 대해서 많은 관심을 가지고 있다(In & Jung, 2001).
수력학적 공동현상 처리 시 우유의 비타민과 무기질 함량을 변화시키지 않아 기존 살균 방법을 대체할 수 있는 가능성을 보여주었다.

41%로 차이가 거의 나타나지 않았다. 수력학적 공동현상 처리 시 우유의 비타민과 무기질 함량을 변화시키지 않아 기존 살균 방법을 대체할 수 있는 가능성을 보여주었다. 따라서 기존 가열 살균처리 시 발생하는 이화학적 특성 및 품질의 변화를 강조하고, 우수한 품질의 우유를 공급하기 위하여 수력학적 공동현상 살균처리에 대한 명확하고 체계적인 연구가 더 이루어져야할 것으로 보인다.
우유를 수력학적 공동현상 처리 시 Vitamin A 함량은 45.045 μg RE/100g에서 34.336μg RE/100g으로 약 23% 감소하였고, Vitamin B2는 0.0009094 mg/g에서 0.0007338 mg/g으로 약 19%감소하였다.

우유를 수력학적 공동현상 처리 시 Vitamin A 함량은 45.045 μg RE/100g에서 34.336μg RE/100g으로 약 23% 감소하였고, Vitamin B2는 0.0009094 mg/g에서 0.0007338 mg/g으로 약 19%감소하였다.
이러한 결과는 수력학적 공동현상살균처리가 기존 가열 살균처리의 단점을 보완하면서 최소한의 살균 공정으로 대량 생산이 가능한 것으로 보인다.

41%로 함량 차이가 거의 나타나지 않았다. 이러한 결과는 수력학적 공동현상살균처리가 기존 가열 살균처리의 단점을 보완하면서 최소한의 살균 공정으로 대량 생산이 가능한 것으로 보인다. 또한 현재 연구된 사과주스 등뿐만 아니라, 우유에서도 기존 살균법보다 높은 에너지효율과 품질 변화가 적은 것으로 나타났다.
종합적으로 LTLT, HTST, UHT와 같은 가열 살균처리보다 수력학적 공동현상처리 시 무기질 및 비타민, 유지방의 소실이 적은 것으로 나타났다.

41%로 함량 소실이 거의 나타나지 않았다[Table 4]. 종합적으로 LTLT, HTST, UHT와 같은 가열 살균처리보다 수력학적 공동현상처리 시 무기질 및 비타민, 유지방의 소실이 적은 것으로 나타났다. Milly et al.

후속연구

그러나 열처리에 따른 우유의 성분 변화 중 단백질 및 관능적 특성에 관한 연구는 있으나, 비타민에 관한 연구는 부족한 실정이므로(In et al., 2002) 우유의 미생물학적 변화뿐만 아니라, 영양학적 변화에 관한 연구들과 수력학적 공동현상 살균처리에 대한 명확하고 체계적인 연구가 더 이루어져야할 것으로 보인다.

또한 최근까지 우리나라에서 우유의 열처리 조건에 따라 우유의 성분 및 영양에 미치는 영향과 장단점에 대해서 많은 관심을 가지고 있다(In & Jung, 2001). 그러나 열처리에 따른 우유의 성분 변화 중 단백질 및 관능적 특성에 관한 연구는 있으나, 비타민에 관한 연구는 부족한 실정이므로(In et al., 2002) 우유의 미생물학적 변화뿐만 아니라, 영양학적 변화에 관한 연구들과 수력학적 공동현상 살균처리에 대한 명확하고 체계적인 연구가 더 이루어져야할 것으로 보인다.
따라서 기존 가열 살균처리 시 발생하는 이화학적 특성 및 품질의 변화를 강조하고, 우수한 품질의 우유를 공급하기 위하여 수력학적 공동현상 살균처리에 대한 명확하고 체계적인 연구가 더 이루어져야할 것으로 보인다.

그러나 현재 열처리에 따른 우유의 성분 변화 중단백질 및 관능적 특성에 관한 연구는 있으나, 비타민에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 기존 가열 살균처리 시 발생하는 이화학적 특성 및 품질의 변화를 강조하고, 우수한 품질의 우유를 공급하기 위하여 수력학적 공동현상 살균처리에 대한 명확하고 체계적인 연구가 더 이루어져야할 것으로 보인다.

질의응답

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핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
수력학적 공동현상	수력학적 공동현상은 어떤 에너지를 이용하여 우유를 가공하는 기술인가?	열과 압력에 따라 달라지는 유체의 상변화에 의해 발생되는 에너지를 이용한 기술 최근 품질 변화를 최소화하기 위한 최소가공기술(Minimal Process Technology)에 대한 관심이 높아지고 있으며(Lee et al., 2014), 그 중 수력학적 공동현상(Hydrodynamic Cavitation; HC)은 열과 압력에 따라 달라지는 유체의 상변화에 의해 발생되는 에너지를 이용한 기술이다. 수력학적 공동현상을 이용한 살균처리는 최소한의 살균 공정으로 대용량 처리가 가능하며, 다른 살균법보다 높은 에너지효율을 보이고 있다(Milly, Toledo, Kerr,& Armstead, 2008).
우유	우유 내 영양소는 어떤 요인에 영향을 받는가?	계절, 수유 기간, 유전적 요인 및 가공 공정 등에 영향을 받는다 그리고 주성분인 단백질과 지방의 소화율이 각각 100%에 가까울 뿐만 아니라, 칼슘은 53%로 채소 10∼20%, 생선류 20∼40%인 것에 비해(Nam & Park, 2011) 영양소 소화이용률이 높다. 우유 내 영양소의 경우, 계절, 수유 기간, 유전적 요인 및 가공 공정 등에 영향을 받는다. 특히 비타민의 경우 정확히 알려진 수치는 없으나, 다른 영양소에 비해 부족한 것으로 나타나 비타민을 강화한 우유들이 시장에 나오고 있다(In, Jung, Jeong,& Ham, 2002).
수력학적 공동현상	수력학적 공동현상을 이용한 살균처리로 우유의 비타민 함량은 어떤 변화를 보였는가?	Vitamin A는 처리 후 약 23% 감소하였고, vitamin B2는 약 19% 감소하였다 비타민(vitamin A, vitamin B2), 무기질(Ca, P,Mg, Zn) 및 조지방 함량을 식품의약품안전처의 축산물 가공기준 및 성분규격 실험법에 따라 측정하였다. Vitamin A는 처리 후 약 23% 감소하였고, vitamin B2는 약 19% 감소하였다. 무기질의 경우, 처리 전후의 함량 차이가 거의 보이지 않았다.

저자의 다른 논문

박중근(2) 성시진(1) 엄애선(74)

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