[논문]나트륨 저감화 식육가공기술로써 단백질 변성 제어를 위한 hot-boning과 cold-batter mixing 기술의 유효성 고찰 - 연구재단 박사후연수 내용을 중심으로

이홍철

나트륨 저감화 식육가공기술로써 단백질 변성 제어를 위한 hot-boning과 cold-batter mixing 기술의 유효성 고찰 - 연구재단 박사후연수 내용을 중심으로
Effects of hot-boning process and cold-batter mixing technology on protein denaturation control system for low-sodium poultry products - NRF2012 Postdoc Fellowship Report 원문보기

축산식품과학과 산업, v.5 no.2, 2016년, pp.58 - 69

초록
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건강지향의 식육, 육제품에 대한 사회적 요구에 부응하기 위해 기능성 첨가물 대체 연구로부터 원재료인 신선육과 가공공정 중 식육 단백질의 변성을 제어하고 최적화하기 위한 연구과제로써 온도체 가공/급속동결송풍냉각/저온 세절혼합 조합 기술(처리구)에 대한 유효성이 평가되었다. 그 결과 새로 제안된 조합 공정기술은 기존의 냉도체/수침냉각/세절혼합 조합(대조구)과 비교했을 때 단백질 변성 제어를 통한 기능성 단백질 추출성의 향상으로 인해 신선육의 품질향상뿐만 아니라 가열 처리 후 단백질 겔의 수율과 조직감 모두 증진되었으며, 특히 나트륨을 저감화한 조건($2%{\rightarrow}1%$)에서도 기존의 대조구와 유사한 특성을 보여 나트륨 저감화를 위한 기술로 제안될 수 있었다.

AI 본문요약
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문제 정의

나트륨 저감화를 위한 육가공 제조 기술은 식염이 저감화 된 조건에서의 한계성을 극복하기 위해 기능성 첨가물의 도입에만 중점 하였으나, 역발상으로 원재료인 식육의 생산 공정상 개선을 통해 나트륨 저감화 조건에서 발생할 수 있는 단백질 추출성의 감소와 변성 등을 극복할 방안을 고안할 수 있겠다. 다시 말해서 건강지향의 육가공 제조 기술의 일환으로 식육의 생산 공정상의 개선 연구는 나트륨을 저감화하는 기본 목표를 실현하기 위해 식육단백질의 기능성 증진에 목표를 두고 있다 하겠다.
다양한 환경요인(육종계통의 차이-commercial bred, COMM vs traditional random-bred, RB; 가공 중 냉각지연 처리-섭씨 40도 이상 조/30분 경과, no temperature abuse, NTA vs temperature abuse, TA; 냉각조건과 처리방법의 차이-냉도체/수침냉각-WIC vs 온도체/절편화/급속동결 송풍냉각/저온세절혼합의 최적 조합-HB¼-CFAC)에 따른 칠면조 가슴살의 품질과 가열처리 된 단백질 겔의 기능성 증진 효과를 평가한 연구를 통해 냉각의 지연(TA)이나 육종계통의 차이(COMM vs RB)에 의한 단백질 겔 기능성이 저하되는 조건에서도 HB¼-CFAC의 유효성이유지 또는 보완시킬 수 있는지 확인해보고자 하였다(Lee et al. 2016).
한국연구재단의 연수과제로 ”나트륨 저감화 식육가공 기술로써 단백질 변성 제어를 위한 hot-boning과 cold-batter-mixing 기술의 유효성 평가 연구, Effects of hot-boning process and cold-batter mixing technology on protein denaturation control system for low-sodium poultry products”를 제안하기 위해 신선육 단백질 변성을 제어하는 근거 메커니즘을 규명하기 위한 적절한 과학적 방법론을 제시하였고, 또한 단백질 모델연구 방법을 적용하여 기초과학적인 자료의 제시로부터 더 나아가 다양한 식육, 식육가공품 생산 공정을 개선하기 위한 일련의 기술응용을 평가할 수 있음을 피력하였다. 따라서 최신 가금육가공 기술에 대한 연구동향 부분으로 필자가 제출한 한국연구재단 박사후 연수과제 제안하고 보고한 실적을 기본으로 하여 앞서 소개한 연수기관에 대한 내용에 이어서 현재까지 진행해온 연구결과와 관련된 연구동향을 설명하고자 한다.
특히, 다양한 환경요인에 상관없이 그 효과를 유지하며 단백질 기능성 증진에 따른 보수성과 조직감의 향상이 가능하였다. 또한, 가금육 또는 돈육 산업에서 연간 200만불 이상의 손실을 초래하는 이상육(PSE)의 발생은 다양한 환경요인에 의해 지속적으로 나타나고 있어, 이를 보완하기 위한 기술로써 그 가능성을 확인하였다. 다양한 산업에의 응용을 위해서 수침냉각 조건에서도 동일한 효과를 부여할 수 있는 공정개선 연구와 함께 기능성 첨가물의 부가가치 증진 조건을 함께 고려함으로써, 다양한 사회적 요구에 부응할 수 있는 건강지향의 식육, 육가공식품을 제안하기 위한 기반 기술로 발전될 수 있을 것이다.

제안 방법

5 m/s)을 실시하여 근육신전성 유지를 위한 muscle tensioning(육계도체의 양 날개를 뒤로 젖혀 묶어 최대한 가슴살 근육의 수축을 물리적으로 억제하는 방법)의 유효성을 평가하였다. 사후 3시간째에 발골하였고, 가슴살 한쪽은 이화학적 성상을 평가하였으며, 다른 한쪽은 사후 24시간째까지 숙성시켜 가열처리 후 연도(전단력)를 측정하였다(Sansawat et al. 2014; 그림 3-1). 그 결과, 냉각효율은 각각 수침과 송풍동결냉각 시간이 62와 68분으로 유사한 반면에 송풍냉각은 140분으로 2배 이상 소요되어 송풍냉각의 효율을 향상시키는데 송풍동결냉각이 효과적임을 확인할 수 있었다.
육계 가슴육의 연도 개선을 위한 연구에서 각각 도축 가공 중 수침냉각(ice/water slurry at 0.2°C), 송풍냉각(air at 1°C/1.5 m/s), 송풍동결냉각(air at -12°C/1.5 m/s)을 실시하여 근육신전성 유지를 위한 muscle tensioning(육계도체의 양 날개를 뒤로 젖혀 묶어 최대한 가슴살 근육의 수축을 물리적으로 억제하는 방법)의 유효성을 평가하였다.
Marks)과 위생안전성 확보를 위한 전략수립 공동연구 또한 활발히 진행해왔다. 특히, 최근 hot-boning 과 cold-batter mixing 기술을 활용하여 다양한 가공조건에서 신선육의 품질 증진 최적화 공정을 시도해왔으며, 다양한 가공 조건에 따라 개선방법을 제시하였다(그림 2).
한국연구재단의 연수과제로 ”나트륨 저감화 식육가공 기술로써 단백질 변성 제어를 위한 hot-boning과 cold-batter-mixing 기술의 유효성 평가 연구, Effects of hot-boning process and cold-batter mixing technology on protein denaturation control system for low-sodium poultry products”를 제안하기 위해 신선육 단백질 변성을 제어하는 근거 메커니즘을 규명하기 위한 적절한 과학적 방법론을 제시하였고, 또한 단백질 모델연구 방법을 적용하여 기초과학적인 자료의 제시로부터 더 나아가 다양한 식육, 식육가공품 생산 공정을 개선하기 위한 일련의 기술응용을 평가할 수 있음을 피력하였다.

성능/효과

한편, 사후 3시간째 가슴살의 pH와 전단력 값이 24시간째보다 유의적으로 높게 나타난 반면에 24시간째에서 muscle tensioning처리구의 연도가 무처리대조구보다 개선된 것을 알 수 있었다. 결과적으로 송풍동결(급속)냉각과 muscle tensioning의 조합처리가 공기냉각효율과 가슴살 품질향상에 효과적인 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 단순히 사후강직 과정 중 급속냉각 처리가 냉각단축을 야기하는 것이 아니라 연도개선을 위한 최적조건이 온도조건과 물리적 처리방법의 조합 등에 따라 달리 나타날 수 있음을 시사하고 있다(냉각단축과 연도관계: Dunn et al.
그 결과 제안한 기술은 수침냉각보다 더 높은 가공효율을 보였으며, 특히 품질이 향상된 신선육 생산이 가능하였으며, 2차 가공 조건에서 세절혼합공정 중 섭씨 2도 이하를 유지했던 제안 기술조건의 처리구는 단백질 기능성 증진 효과에 근거하여 각각 가열처리 후 높은 수율과 조직감을 보였다. 무엇보다도 더욱 강조되는 부분으로 제안 기술을 통해 나트륨 저감화를 위한 식염첨가량의 감소 (2% → 1%)가 가능하였고(단백질 추출성: Bernthal et al.
2014; 그림 3-1). 그 결과, 냉각효율은 각각 수침과 송풍동결냉각 시간이 62와 68분으로 유사한 반면에 송풍냉각은 140분으로 2배 이상 소요되어 송풍냉각의 효율을 향상시키는데 송풍동결냉각이 효과적임을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 수침의 경우 열교환 효율이 공기냉각 조건보다 25배 이상 높다는 데 근거하고 있다(열교환 효율: Sams and McKee, 2011).
이러한 원료육의 품질특성에 근거하여 가열처리 후 칠면조 육단백질의 기능성을 평가한 결과에서는 COMM은 RB보다 유의적으로 낮은 보수성을 보여주며, 더 많은 유리수분량을 나타냈다. 더욱이 조직감 평가 결과에서는 점성학적 겔의 강도와 응집성이 모두 유의적으로 낮았고, 조직감 측정을 위한 두번 물림 평가 결과에서는 모든 항목(경도, 탄력성, 검성, 씹힘성)에서 더 낮은 값을 나타냈다. 이와 유사하게 TA는 NTA에 비해 더 낮은 가열수율과 더 많은 유리수분량을 나타냄에 따라 보수력이 상당부분감소했으며, 이는 냉각지연에 의한 단백질 변성에 기인한 단백질 기능성 저하에 원인이 발생하여 세절혼합 공정 중 단백질 추출성의 저하를 초래하여 가열 중 열 안정성이 상대적으로 낮아진 것으로 평가할 수 있다.
또는 혐기적 조건에서 젖산생성에 의해 신선육의 pH가 저하되기 전에 hot-boning, pre-blending, 및 cold batter mixing 조건으로 최적의 pH와 온도조건을 유지할 수 있으며, 또한 식염이나 인산염 첨가에 의한 상승효과를 통해 최적의 원료육 기능성(조직감, 보수성)을 유지할 수 있게 된다. 또한 나트륨 저감화 또는 인산염 무첨가 조건에서도 hotboning과 cold-batter mixing의 조합으로 신선육의 단백질 변성을 제어함으로써 cold-boning 조건으로 가공한 신선육의 단백질 물성 수준이상으로 기능성을 유지할 수 있을 것으로 예상되었다.
먼저, 냉각지연 조건(temperature abuse, TA: 섭씨 40도 이상/30분 경과)은 육종계통의 차이 (COMM vs RB)와 상관없이 각각 도체와 칠면조육 가슴 살의 심부 온도를 각각 섭씨 1.3과 4.1도 정도 상승시켰고, 반면에 HB¼-CFAC는 여전히 냉각지연 처리 여부의 동일한 조건(NTA or TA)에서 각각 대조구보다 28%와 50%(COMM-NTA vs TA) 또는 각각 33%와 67%(RBNTA vs TA)씩 냉각시간을 단축시켜 공정효율 개선 효과를 재확인 시켜주었다.
무엇보다도 더욱 강조되는 부분으로 제안 기술을 통해 나트륨 저감화를 위한 식염첨가량의 감소 (2% → 1%)가 가능하였고(단백질 추출성: Bernthal et al. 1989), 기존의 수침냉각 처리구의 식염 2% 첨가구의 단백질 기능성과 유사했다.
연구동향을 종합해볼 때, 급속동결송풍냉각기술은 온도체의 심부온도는 매우 효과적으로 낮추는 동시에 식육 단백질의 품질과 기능성을 유지하는 것을 확인하였다. 더불어 저온 세절혼합 공정은 식육단백질의 용출성을 극대화함으로써 낮은 온도조건에서도 단백질 변성을 제어하며 더 오랫동안 세절혼합 공정을 진행할 수 있게끔 하였다.
육가공품의 원재료인 식육 단백질의 기능성 증진을 평가하기 위해서 현재까지 그 방법의 유효성이 확인되어 널리 이용되고 있는 근원섬유단백질의 물성측정 및 평가방법을 통해 나트륨 저감화 조건에서 식육단백질의 기능성을 최적화하기 위한 가공 공정의 개선 및 처리방법의 유효성을 확인할 수 있다(그림 1-3). 특히, 식육단백질의 기능성 증진에 영향하는 요인을 신선육 생산 공정 중 처리(변성) 조건으로부터 2차 가공 중 식염농도나 세절혼합 조건 및 가열처리 방법 등으로 구분하여 각 요인에 따른 식육단백질의 물성을 평가하고, 각 요인간의 상호작용 메커니즘을 규명함으로써 새로운 대안을 제시하는 방법이라 하겠다.
이러한 원료육의 품질특성에 근거하여 가열처리 후 칠면조 육단백질의 기능성을 평가한 결과에서는 COMM은 RB보다 유의적으로 낮은 보수성을 보여주며, 더 많은 유리수분량을 나타냈다. 더욱이 조직감 평가 결과에서는 점성학적 겔의 강도와 응집성이 모두 유의적으로 낮았고, 조직감 측정을 위한 두번 물림 평가 결과에서는 모든 항목(경도, 탄력성, 검성, 씹힘성)에서 더 낮은 값을 나타냈다.
1도 정도 상승시켰고, 반면에 HB¼-CFAC는 여전히 냉각지연 처리 여부의 동일한 조건(NTA or TA)에서 각각 대조구보다 28%와 50%(COMM-NTA vs TA) 또는 각각 33%와 67%(RBNTA vs TA)씩 냉각시간을 단축시켜 공정효율 개선 효과를 재확인 시켜주었다. 이어서 칠면조 가슴살의 품질특성을 평가한 결과에서는 먼저, 육종계통의 차이에 의한 효과로는 냉각처리 후 COMM이 RB보다 낮은 pH와 더 높은 황색도를 나타냈다. 이와 달리, TA가 NTA보다 명도가 높았으며, 상대적으로 적색도가 낮아졌다.
이와 달리 HB¼-CFAC는 WIC에 비해 보수성이 증진되었고(높은 가열 수율과 낮은 유리수분량), 탄력성을 제외하고 나머지 모든 조직측정 항목에서 유의적으로 높은 조직감을 나타냈다.
더욱이 조직감 평가 결과에서는 점성학적 겔의 강도와 응집성이 모두 유의적으로 낮았고, 조직감 측정을 위한 두번 물림 평가 결과에서는 모든 항목(경도, 탄력성, 검성, 씹힘성)에서 더 낮은 값을 나타냈다. 이와 유사하게 TA는 NTA에 비해 더 낮은 가열수율과 더 많은 유리수분량을 나타냄에 따라 보수력이 상당부분감소했으며, 이는 냉각지연에 의한 단백질 변성에 기인한 단백질 기능성 저하에 원인이 발생하여 세절혼합 공정 중 단백질 추출성의 저하를 초래하여 가열 중 열 안정성이 상대적으로 낮아진 것으로 평가할 수 있다. 역시 조직감 측정결과에서도 앞서 COMM과 RB의 차이에 따른 효과와 유사하게 탄력성을 제외한 모든 측정항목에서 낮은 조직특성을 보였다.
더불어 저온 세절혼합 공정은 식육단백질의 용출성을 극대화함으로써 낮은 온도조건에서도 단백질 변성을 제어하며 더 오랫동안 세절혼합 공정을 진행할 수 있게끔 하였다. 특히, 다양한 환경요인에 상관없이 그 효과를 유지하며 단백질 기능성 증진에 따른 보수성과 조직감의 향상이 가능하였다. 또한, 가금육 또는 돈육 산업에서 연간 200만불 이상의 손실을 초래하는 이상육(PSE)의 발생은 다양한 환경요인에 의해 지속적으로 나타나고 있어, 이를 보완하기 위한 기술로써 그 가능성을 확인하였다.
, 2000). 특히, 위 사례를 통해 송풍동결냉각과 muscle tensioning 조합처리 공정의 이점으로 냉각처리 공정효율의 향상, 가슴살 연도 개선 효과, 물 사용량 감소 등을 제시할 수 있었다.
이러한 결과는 수침의 경우 열교환 효율이 공기냉각 조건보다 25배 이상 높다는 데 근거하고 있다(열교환 효율: Sams and McKee, 2011). 한편, 사후 3시간째 가슴살의 pH와 전단력 값이 24시간째보다 유의적으로 높게 나타난 반면에 24시간째에서 muscle tensioning처리구의 연도가 무처리대조구보다 개선된 것을 알 수 있었다. 결과적으로 송풍동결(급속)냉각과 muscle tensioning의 조합처리가 공기냉각효율과 가슴살 품질향상에 효과적인 것을 알 수 있었다.

후속연구

나트륨 저감화를 위한 육가공 제조 기술은 식염이 저감화 된 조건에서의 한계성을 극복하기 위해 기능성 첨가물의 도입에만 중점 하였으나, 역발상으로 원재료인 식육의 생산 공정상 개선을 통해 나트륨 저감화 조건에서 발생할 수 있는 단백질 추출성의 감소와 변성 등을 극복할 방안을 고안할 수 있겠다. 다시 말해서 건강지향의 육가공 제조 기술의 일환으로 식육의 생산 공정상의 개선 연구는 나트륨을 저감화하는 기본 목표를 실현하기 위해 식육단백질의 기능성 증진에 목표를 두고 있다 하겠다.
또한, 가금육 또는 돈육 산업에서 연간 200만불 이상의 손실을 초래하는 이상육(PSE)의 발생은 다양한 환경요인에 의해 지속적으로 나타나고 있어, 이를 보완하기 위한 기술로써 그 가능성을 확인하였다. 다양한 산업에의 응용을 위해서 수침냉각 조건에서도 동일한 효과를 부여할 수 있는 공정개선 연구와 함께 기능성 첨가물의 부가가치 증진 조건을 함께 고려함으로써, 다양한 사회적 요구에 부응할 수 있는 건강지향의 식육, 육가공식품을 제안하기 위한 기반 기술로 발전될 수 있을 것이다. 특히, 증진 메카니즘을 구조적 및 기능적 변화에 대한 생화학적 또는 생물리화학적인 규명연구를 통해 확실한 과학적 근거를 제시해야 하겠다.
또한 최근 사회전반에서 요구되고 있는 ‘녹색화’와 ‘로컬화’를 근간으로 ‘글로벌화’를 꾀하는 발전방식을 도입하여 지역 식품자원을 기존의 식육 및 식육가공품 제조공정 혁신에 필요한 기능성 첨가물로 이용하기 위한 기초연구로부터 새로운 식육 및 식육가공품 개발까지 종합적인 연구가 필요하다.
먼저, 선행연구에서는 “육종계통이 다른 조건(COMM vs RB)”에서 공포반응(fear response)와 육질 특성을 평가한 결과에서는 공포반응에 대한 차이에 근거한 육질의 차이는 육종계통의 차이와도 상관없이 유사하게 나타남에 따라 칠면조육의 대사특성을 확인하기 위한 도축 직전의 스트레스 상태를 확인하는 추가 연구가 필요하다고 제안했으며, 다른 종류의 측정방법을 통해 공포반응과 육질 사이의 상관관계를 더 평가해볼 의미가 있고, 다른 종류의 가금에서 동일 요인의 효과가 다르게 나타나는 지에 대한 연구 등도 제안했다.
1981). 추후 계속 연구를 통해서 낮은 온도를 유지할 방법론에 대한 고찰과 함께 그 효과 또한 확인될 것으로 기대한다.
한편, 최근 산업전반에서 요구되는 지역화와 녹색화를 통한 글로벌화를 배경으로 최근 연구에서는 지역 식품자원을 활용한 새로운 육가공품 제조 형태를 제시하고 있다. 특히, 이는 지역 생물자원 활용측면에서는 신규성과 독창성을 확보했다 할 수 있으나, 지역 생물자원의 첨가물화 연구는 아직 기초적인 수준이며, 실제 육가공품에 적용하기 위한 대단위 연구는 한계적이었다.
다양한 산업에의 응용을 위해서 수침냉각 조건에서도 동일한 효과를 부여할 수 있는 공정개선 연구와 함께 기능성 첨가물의 부가가치 증진 조건을 함께 고려함으로써, 다양한 사회적 요구에 부응할 수 있는 건강지향의 식육, 육가공식품을 제안하기 위한 기반 기술로 발전될 수 있을 것이다. 특히, 증진 메카니즘을 구조적 및 기능적 변화에 대한 생화학적 또는 생물리화학적인 규명연구를 통해 확실한 과학적 근거를 제시해야 하겠다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	육가공품 제조에서 나트륨 제어에 대한 연구들의 중점적 연구대상은?	육가공품 제조에서 나트륨 함량을 제어하기 위한 선행연구들은 선진국에서 개발되어 사용되고 있는 기능성 첨가물을 기반으로 한 첨가물 재조합 공정에 중점되었다. 한편, 최근 산업전반에서 요구되는 지역화와 녹색화를 통한 글로벌화를 배경으로 최근 연구에서는 지역 식품자원을 활용한 새로운 육가공품 제조 형태를 제시하고 있다.
	현대의 가공식품의 장점은?	이에 대하여 각국의 식품, 보건당국에서는 육류나 가공식품의 섭취를 줄이고, 높은 함량의 칼로리나 나트륨의 섭취 제한을 적극적으로 제안하기에 이르렀다. 하지만 현대인의 식품섭취에 반드시 충족되어야 할 편리성, 기호성, 영양성 등은 현대를 살아가는 소비자들이 직접 관리하기에는 한계가 있는 것이 보편적인 사실이다. 이러한 배경으로 선진국의 영양, 섭취와 관련된 안내서에서는 식품가공업자들의 건강지향적인 식품개발 및 연구의지가 수많은 과학적 근거를 토대로 제안된 식이 섭취 안내를 충족 시키는 데 가장 중요한 요인임을 밝히며 관련자들의 노력을 촉구하고 있는 것이다.
	최종 원료육의 조직감과 보수성감소를 막기위한 방법은?	한편, 도축 후 근육은 더 이상 항상성이 유지되지 못함에 따라 혐기적 조건에 의한 ATP의 젖산으로의 전환과 높은 온도 조건에서 낮아진 pH의 조합으로 최종 원료육의 조직감과 보수성은 감소하게 된다. 이를 막기 위해서는 기존의 원료육 처리방법처럼 신속한 도체의 냉각과 함께 결합된 actomyosin의 relaxation 최적 조건까지 미생물 성장억제 조건에서 판매 전까지 숙성시키게 된다. 또는 혐기적 조건에서 젖산생성에 의해 신선육의 pH가 저하되기 전에 hot-boning, pre-blending, 및 cold batter mixing 조건으로 최적의 pH와 온도조건을 유지할 수 있으며, 또한 식염이나 인산염 첨가에 의한 상승효과를 통해 최적의 원료육 기능성(조직감, 보수성)을 유지할 수 있게 된다. 또한 나트륨 저감화 또는 인산염 무첨가 조건에서도 hotboning과 cold-batter mixing의 조합으로 신선육의 단백질 변성을 제어함으로써 cold-boning 조건으로 가공한 신선육의 단백질 물성 수준이상으로 기능성을 유지할 수 있을 것으로 예상되었다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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