Transcript 1 - 식품가공응용학 연구실

식품가공학특론
HHP
(High Hydrostatic Pressure)
Department of Food Science and Biotechnology
Presenter : Yeong Mi Ji
2016.05.19
0
CONTENTS
01
Abstract
02
Paper
03
Results and
Discussion
04
References
1
01 Abstract
초고압처리기술의 발전
초고압 기술
비가열 처리
생활수준 향상
& 신선식품 및
건강식품에 대
한 수요↑
가열처리
- 식품의 품질에 영
없이 살균, 가공, 조
리가 가능
- 식품의 조직감
및 풍미를 저하
- 유용성분 효율적으
로 얻음
- 신선식품에 제
한적
- 특정물질의 수율
향상
ex) 초고압법, 감마선
조사 추출법, 고전압
펄스전기장 등
- 식품의 본연의 품질 유지
- 미생물과 효소의 불활성
화
☞ 고품질, 고기능성 제품에
대한 활용도가 높아져 식품
산업에서 그 중요성이 커지
고 있음
☞ 단점 : 압력이 높아질수
록 장치비 및 운영비가 소요
(ex : 포자 생성균에 대해서
는 살균효과가 낮아 이들에
대한 살균효과를 얻고자 할
경우 매우 높은 압력을 적용
해야 함)
2
01 Abstract
초고압처리기술(HHP)이란?
초고압 (High Hydrostatic Pressure(HHP)) 기술
• 정의 : 열처리를 하지 않고 천연으로 식품고유의 맛, 영양소, 향 등의 파괴가 없
어 보다 안전하게 소비자에게 제공할 수 있는 비열 식품가공 기술
• 원리 : 100-1000 MPa의 압력을 이용하여 압력 매체로 물이나 오일을 이용해
압력을 순간적으로 균일하게 전달시키는 비가열처리 기술
3
01 Abstract
처리 압력에 따른 초고압처리 효과
 처리 압력에 따른 초고압처리 효과
• 100 MPa : 단백질 해리, 세포막의 파괴, 효소 반응속도의 변화
• 200 MPa : 효소의 가역적 불활성화
• 300 MPa : 미생물 사멸, 바이러스 사멸
• 400 MPa : 전분의 호화, 단백질 변성 및 침전
• 500 MPa : 효소의 비가역적 불활성화
• 600 MPa : 내열성 포자의 사멸
4
01 Abstract
초고압 처리에 의한 세포막 구조의 변화
• 세포막은 외부환경 변화에 가장 민감하게 영향을 받는 부분
• 세포막은 압력에 의해 구조적인 변화를 갖게 됨
• 압력처리를 통해 인지질 이중막의 탄화수소 사슬은 liquid crystalline에서 gel phase로 전환
→ 탄화수소 사슬은 그 길이가 늘어남
 처리압력이 낮은 경우(50 MPa) : 인지질의 이중막은 가역적인 변화를 통해 원래의 모습을 회복
 처리압력이 높은 경우(200MPa) : 비가역적인 변화를 거쳐 인지질의 부피가 감소하게 됨
☞ 이러한 결과는 고압 처리에 의해 세포막에 있는 단백질이 변성되고 상변화에 의해 세포막의 유동성이
감소하기 때문
5
01 Abstract
미생물에 대한 초고압 처리 효과
• 미생물의 증식 지연 및 사멸을 유발하는 고압처리는 미생물의 종류에 따라 적용되는 압력이 다름
 대부분의 미생물은 약 200-300 기압까지의 압력조건에서 생육 가능
 일부 미생물은 400-500 기압 이상에서도 생육 가능
 다른 미생물은 300-400 기압 이상의 높은 압력에서 생육속도가 느려지거나 거의 생육할 수 없음
• 또한, 일정 수준의 고압처리는 미생물의 성장과 증식을 억제하지만, 세포 포자의 살균은 1200 MPa 수준
까지도 완벽하지는 않아 초고압과 고온의 병합처리를 시도하고 있음
→ 이를 통해 가열과 고압을 적절히 병용처리 할 경우 살균의 효과를 높일 수 있고 비용도 절감할 수 있음
6
01 Abstract
단백질에 대한 초고압 처리 효과
1) 단백질 변성 (Denaturation of proteins)
•
단백질에 대한 고압처리는 변성을 유도함
•
단백질의 종류와 공정조건, 적용 압력에 따라 변성의 정도가 달라짐
•
100-300 MPa의 범위에서 가역적으로 일어나며, 300 MPa이상의 고압에서는 비가역적으로
일어남
•
압력에 의한 단백질 변성은 열처리에 의한 것과는 다른 양상

열에 의한 단백질 변성은 주로 공유결합의 형성과 분해에 기인

반면, 고압처리는 단백질 분자의 소수성 결합이나 이온결합을 분해
→ 단백질의 분자구조가 풀어지면서 단백질의 부피가 감소하고 단백질의 기능적 특징도
변함
7
01 Abstract
단백질에 대한 초고압 처리 효과
2) 효소
•
효소의 불활성화는 고압에 의해 분자 내 구조가 변형되거나 활성자리에 변화가 생기기 때문

일부 효소의 경우 100-300 MPa로 가압하여도 불활성화는 가역적으로 일어남(감압 후
활성의 회복 여부는 효소분자의 변형 정도에 따라 다름)

•
일반적으로 300 MPa 이상 가압하게 되면 활성 회복 가능성 희박
고압처리에 의한 효소의 활성변화는 온도와 압력, 시간 등 여러 요소에 의해 효소 반응속도 및
기질과의 반응 특이성을 변화시킬 수 있음
→ 고압처리와 다른 요소의 복합처리를 통해 식품의 보존기간을 늘릴 수 있음
8
01 Abstract
초고압처리기술의 특징
비열처리기술
(상온 또는 저온에서
실행 가능)
식품의 맛과 향미, 색,
신선도 유지
비공유결합
(수소, 이온, 소수성
결합)에만
영향을 줌
미생물 사멸 및
효소 활성화 또는
불활성화
초고압처리기술
(High Hydrostatic Pressure)
모든 방향에서
압력이 균일하게
작용
비열처리기술 적용
기존에 가공제품의 저장성 확보를 위한 방법으로 가열처리기술이 사용됨
9
01 Abstract
초고압처리기기
 초고압처리기기
• Horizontal model
• Vertical model
10
01 Abstract
초고압처리기술의 공정
11
01 Abstract
초고압처리기술의 식품적용
12
02 Paper
13
02 Paper
Materials and Methods
블루베리
(Vaccinium ashei)
초고압 추출
300MPa/5,15min
추출
60℃, 24h
여과 및 농축
동결건조
14
02 Paper
Results and Discussion : Extraction yield
 Discussion
- 초고압 처리 추출물의 수율이
18.48, 19.89%로 높은 수율을 나
타내어 일반 열수추출공정과 비교
하여 약 1.6배의 높은 추출 수율을
나타냄
- 이는 기존 추출 방법으로는 용출
되지 않았던 성분들이 초고압 처리
를 통한 조직과 세포막의 변형으로
인해 용매들이 세포 안으로 쉽게
들어감으로써 기존 물질들의 용출
량이 증가했기 때문
15
02 Paper
Results and Discussion : Total polyphenol & Total flavonoids & DPPH radical scavenging ability
 Discussion
- 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 총
폴라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지
않은 것보다 다소 증가됨
 Discussion
-항산화 활성도는 시료 농도에 의존적으로 시료의 농
도가 증가함에 따라 증가함
- 일반 열수추출물보다는 초고압 열수추출물의 항산화
도가 높게 측정됨
- 이는 초고압 추출공정을 통해 블루베리 세포 및 조직
의 파괴로 인한 활성물질의 용출이 증가되었으며, 초고
압 처리가 활성물질의 변성 및 파괴에 효과적으로 기
여하는것으로 보여짐
16
02 Paper
Results and Discussion : Anthocyanin contents & Reducing power
 Discussion
-천연 항산화제로서 잘 알려져 있는 anthocyanin 함량이 초고압 공정
을 통해서 용출이 증가됨
- 초고압 5분, 15분 처리 추출물이 일반 열수추출물에 비해 각각 1.2배,
1.4배 까지 증가됨
- 이를 통해 초고압 공정을 통해서 유용성분의 용출이 증가할 수 있음
을 확인함
 Discussion
-환원력은 일반 추출물보다 초고압 추출물의 활성이 높았으며 이를 통
해 항산화 활성도가 증가하는 것을 알 수 있었음
- 초고압 공정의 병행을 통해 활성이 증진되는 것으로 유용성분의 수율
증진가능성을 확인함
- 그러나 초고압 공정을 통한 유용성분 증진은 시료 자체의 조직에 따
라 추출 수율 및 유용 생리활성 물질의 차이를 보일 수 있음
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02 Paper
Results and Discussion
 Discussion
- 주사전자형미경(SEM)을 통해 관찰한 추출공정에 따른 블루베리 시료의 조직은 60℃ 추출
시료의 조직(a)이 아직 크게 남아 있는 반면 초고압을 5분(b), 15분(C) 처리한 시료는 작은 절
편으로 조각나 있음
- 이는 초고압 추출이 블루베리 내부 조직까지 영향을 주어 세포벽이 깨어지면서 조직 및 구조
가 변화한 것으로 이를 통해 수율 및 활성 성분의 용출 증가가 이루어진 것으로 판단됨
18
03 Conclusion
1
초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정
과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 블루베리의
항산화 활성 증진을 확인하고자 연구 수행
2
초고압 처리를 통해 추출 수율 및 총 페놀과 총 폴라보
노이드 함량, 환원력 등이 증진됨
초고압 처리를 통해 조직 및 구조가 변화했기 때문
3
따라서 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의
추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 이룰 것으로
판단됨
19
02 Paper
20
02 Paper
Materials and Methods
좁쌀탁주
가열 처리
고압 처리
•
100-600 MPa
• 26-66℃
• 10-60 min
•
65℃
• 30 min
효소활성 측정
미생물 검사
•
세균
• 젖산균
• 효모
•
α-amylase
• Glucoamylase
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02 Paper
Results and Discussion : 처리압력에 따른 미생물의 살균효과
• 세균은 200 MPa 처리로 초기균수에서
약 2 log cycle 감소하였으며, 압력을 높
여도 큰 변화는 나타나지 않음
• 세균의 포자는 1200 MPa에서도 견디
는데, 이는 세균의 강력한 포자각의 구조
와 두께에 의한 것으로 추정됨
• 따라서 600 Mpa 수준의 압력처리에 의
해서도 세균은 사멸되지 않는 것으로 추
정됨
• 젖산균과 효모는 압력의 증가에 따라
급격히 감소, 400 MPa 이상에서는 완전
히 사멸
• 미생물의 압력에 의한 손상은 주로 세
포막에서 일어나는데, 세포막 단백질의
변성으로 인하여 아미노산 섭취가 저해
되었기 때문
• 또한 압력 처리에 의하여 미생물 세포
내 구성분들이 유출되면 세포막에 손상
을 입히게 되고, 용출되는 양이 많을수록
세포의 사멸과 상해는 가속화됨
22
02 Paper
Results and Discussion : 고압살균에 미치는 온도의 영향
7.9×104 CFU/ml
• 고압처리시 온도를 높여서 병용처리하
면 살균효과가 높아짐
• 젖산균과 효모는 모든 온도 조건에서 완전히 사멸
• 세균은 처리온도의 증가에 따라 급격히 감소하는 경향, 완전히 사멸
되지는 않음
• 잔존하는 세균은 포자 형성능이 있는 것으로 판단됨
☞ 젖산균과 효모는 초고압처리시 내압과 내열성이 작은 반면, 세균인 경우 내압과 내열성이 커서 포
자를 형성할 가능성이 있으며, 초고압처리는 가열살균에 비해 낮은 온도에서 단시간으로 가열살균을
대체할 수 있는 가능성 확인
23
02 Paper
Results and Discussion : 처리시간에 따른 미생물의 살균효과
• 26℃/200 MPa에서는 처리시간에 관계없이 멸
균되지 않음
• 300 MPa에서는 젖산균과 효모는 60분 처리로
모두 사멸 되었지만 세균은 무처리에 비하여 2 log
cycle 감소
• 고온 고압 처리시 효모와 젖산균은 처리시간에
관계없이 모두 사멸되었으나, 세균은 400 MPa
에서 60분, 600 MPa에서 10분 이상 처리로 사
멸
• 세균의 포자는 상온에서 고압처리인 경우 사멸이 불가하지만 고온을 병행할 경우 현저히 살
균효과가 높게 나타남
• 고온과 고압의 조건에서 세균 포자각의 결합이 느슨해지거나 균열이 나타나, 세포벽 및 포자
내부의 원형질이 변성되었기 때문
24
02 Paper
Results and Discussion : 처리시간에 따른 효소의 불활성화
8배
98.8%
불활성화
• amylase의 경우 압력이 높을수록 효소활성
저하 뚜렷
• 고압에서 처리시간의 증가에도 불구하고
20.5-26.7% 감소
• 효소는 열에너지의 증가로 불활성화 되었다
가 가압처리 시 재활성화 됨
→ 초고압처리에 의한 체적감소 및 이온성 수화,
수소결합에 의한 수화 등이 촉진
→ 열에너지로 느슨해진 분자구조의 회복 및 활
성부위 주변의 구조회복
→ 효소활성이 회복
25
03 Conclusion
1
2
3
좁쌀탁주를 초고압으로 처리하여 미생물 살균 및 효소
불활성화 효과 측정
초고압 처리한 결과 젖산균과 효모는 압력의 증가에 따라 급격
히 감소하였으며, 세균은 고온 고압 조건에서 완전히 사멸됨
효소 활성은 처리압력에 따라 감소하였으며, 가열처리 보다 잔
존활성이 감소함을 알 수 있었음
따라서 초고압처리는 가열살균에 비해 낮은 온도와 단
시간으로 가열살균을 대체할 수 있는 가능성이 있으며
나아가 품질과 저장성이 있는 민속 주류의 제조방법을
개발하는데 도움을 줄 것으로 예상됨
26
04 References
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27
감사합니다.
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