Transcript 초고압 가공기술과 쌀_박정환

초고압 가공기술과 쌀(즉석밥)
논문 제목 : 초고압 전처리한 찹쌀과 현미의
텍스처 특성과 세균 저감 효과
바이오산업 박사과정
박정환
1. 선정 논문과 선정 이유
2. 초고압 가공기술
3. 초고압 가공기술과 쌀
4. 선정 논문 발표
* 즉석밥
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1. 선정 논문과 선정 이유
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1. 선정 논문과 선정 이유
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최신 논문 - 2016년 발표
평소 맛있게 먹던 즉석밥
1999년 개발된 햇반을 필두로 '1인가구', '웰빙', '젊은세대' 를 타겟으
로 성장하여 국내 즉석밥 시장이 커지고 있음.
2000년 동안 우리가 먹어온 쌀을 대상으로 식품의 품질에는 영향을
주지 않으면서 미생물의 사멸, 탄수화물 등의 특성 변화로 식감, 찰기
의 변화를 유도 할 수 있는 초고압 가공기술.
자료=오뚜기 제공
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2. 초고압 가공 기술
압력은 단위 면적당 가해지는 힘으로 정의
p 파스칼로 나타낸 압력
F 는 뉴턴으로 나타낸 힘
A 는 제곱미터로 나타낸 면적
 Pa =N/m2
 1 MPa = 9.87 atm = 10 bar
(SI 단위)
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2. 초고압 가공 기술
초고압
• High pressure processing: HPP
• High Hydrostatic Pressure: HHP
• Ultra-High Pressure: UHP
Hydrostatic Pressure
초고압 가공법
• 100-900 MPa의 압력을 순간적으로 균일하게 전달시키는 가공처리
법
• 열 변성이 심한 식품을 살균할 때 이용하는 전처리 방법
• Subjects liquid and solid foods, with or without packaging
• Process temperature during pressure treatment can be specified
from below 0 °C to above 100 °C.
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2. 초고압 가공 기술
초고압 가공이 갖는 장점
• 열처리가공에 비해 현저히 적은 열에너지를 소비하며, 상온 또는 저온
에서 실행 가능함
• 고압살균 처리된 식품은 천연의 맛과 향미, 색, 신선도를 유지할 수 있
음
• 모든 방향에서 압력이 균일하게 작용하므로, 처리 정도의 차이가 존재
하지 않음
• 미생물사멸 외에도 단백질의 변성 또는 변형, 효소활성화 또는 불활성
화, 효소기질 특이성 변화, 탄수화물과 지방의 특성 변화 등을 유도할
수 있음
• 공유결합이나 수소결합에 영향을 주지 않음
• 초고압 가공처리는 플라스틱 필름과 같은 파우치 형태의 bag을 이용
할 수 있어 실험을 용이하게 할 수 있음
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2. 초고압 가공 기술
• 초고압은 비공유결합(이온결합, 소수성결합)에 크게 영향을 끼침
• 수용액상태에서 압력은 이온결합하고 있는 이온 간의 정전기적 인력
을 와해시켜 수용액 상에 노출시키고 부피를 줄어들게 만듬
예) H2O →H++OH – 수소이온과 수산화 이온이 물에서 분리되고
25℃에서 21.3ml/mole만큼 부피가 줄어 듬.
• 순수한 물은 상온에서1기압 상태일 때pH 7 이지만, 같은 상황에
1000기압 상태일 때에는pH가 6.27로 변화되고 물 분자도 해리
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2. 초고압 가공 기술
단백질 변성
• 300 MPa이상의 고압에서는 비가역적으로 일어남
• 고압처리는 단백질 분자의 소수성 결합이나 이온결합을 분해시키는데
단백질의 분자구조가 풀어지면서 단백질의 부피도 감소(열에 의한 단
백질 변성은 주로 공유결합의 형성과 분해에 기인)
• 초고압을 통해 얻어진 surimi gel은 전통적인 방법인 열에 의해 얻어
진 gel보다 투명도가 높은 것으로 나타났고, 광택에서도 윤기가 더 난
다고 보고
• 효소는 300 MPa 이상 가압하게 되면 활성 회복의 가능성은 희박, 활
성 감소
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2. 초고압 가공 기술
세포막 구조의 변화
• 0.1 MPa에서6.6 nm의 두께를 가진 liquid crystalline 상태에서
50MPa 압력처리를 했더니 gel state로 상태변화, 두께는 7.5nm로 증
가하고 200MPa을 적용했을 때에는 두께가 4.8nm로 줌
• 고압처리에 의해 세포막에 있는 단백질이 변성되고 상변화에 의해 세
포막의 유동성이 감소하기 때문
• 세포막은 초고압에 의한 미생물 사멸의 핵심
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2. 초고압 가공 기술
미생물에 대한 효과
• 미생물은 약 200~300 기압까지의 압력조건에서 생육
• barophobic 미생물은 300~400 기압 이상의 높은 압력에서 생육속
도가 느려지거나 거의 생육할 수 없음
• 세포 포자의 살균은 1200MPa 수준까지도 완벽하지 않음
• 운동성 미생물은 20-40Mpa의 압력으로 일정시간 처리하면 운동성
이 없어짐
• E.coli는 10-50MPa에서 성장과 증식억제
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2. 초고압 가공 기술
초고압 처리 기기 시스템
• 압력용기
• 가압시스템
• 온도조절시스템
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2. 초고압 가공 기술
가열 초고압의 특징
• 압력의 증가에 따른 제품 단열 상승 효과(adiabatic temperature
increase)와 압력과 열 시너지 효과에 의한 미생물 사멸 효과의 극대
화
가열 초고압 공정
• 예열-이송-가압-유지-감암-냉각의 과정
• 예열을 통해 60~90℃ 수준의 균일한 제품 초기 온도를 확보한 이후
단열 가압 vessel 내부에서 600MPa 이상의 압력을 가하여
90~130℃로 제품을 상승시킨다.
• 미생물 제어에 필요한 일정 시간 압력을 유지한 후 감압과 냉각으로
살균 공정
 적절한 미생물의 살균과 포자 제어의 장점
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3. 초고압 가공 기술과 쌀
쌀의 구성성분과 현미의 영양성분
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3. 초고압 가공 기술과 쌀
고유점도 및 수분변화
• 이수정 2011
• Sasagawa et al. 2006
25oC에서 10분간 현미에 초고압을
찹쌀 전분의 초고압100MPa, 30oC에서
24시간 처리시 점도가 원료전분보다 줄음 처리하고 침지시킬 경우 수분의 변화
3. 초고압 가공 기술과 쌀
GABA(γ-Aminobutyric acid )
• 자연계에 존재하는 아미노산의 일종
• glutamic acid이 GAD(Glutamic acid dehyrogenase)의 작용을 받아 생성
• 포유류 신경계에서 신경흥분을 조절하는 역할
• Sasagawa et al. 2006
25oC에서 10분간 현미에 초고압을
처리하고 침지시킬 경우 GABA 함량이
증가
• 권수미 등 2007
초고압 300MPa의 압력으로 상온에서 2분간
처리 후 발아현미 즉석밥의 GABA 함량 증가
3. 초고압 가공 기술과 쌀
소화율의 영향
• 즉석밥 시료는300MPa로 상온에서 2분간 초고
압 처리한 후 제조된 현미 즉석밥과 초고압 처
리를 하지 않은 현미 즉석밥을 대조군
• 소화율을 췌장의 α-amylase를 처리한 후 환원
당인 말토오스 함량을 측정
• 현미밥의 경우 초고압 처리를 통해 19% 정도
소화율이 향상
관능적 특성
• 같은 재료로 40명 설문조사
• 초고압 처리한 발아현미 즉석밥은 초고압을 처
리하지 않은 발아현미 즉석밥에 비해 밥이 찰지
다라는 항목에서 매우 높은 점수를 나타냄
• 밥맛과 향의고소/구수함에서도 우수함을 나타
내고 전체적인 수용도가 향상
(이수정. 2011)
4. 선정논문 발표
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4. 선정논문 발표
재료 및 방법
1. 시료
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2.
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3.
•
4.
•
5.
•
백미 찹쌀은 동진벼, 현미 멥쌀은 신동진벼를 구입하여 4oC에서 보관
초고압처리
3번 세척, 선별한 쌀을 25oC에서 1시간 동안 침지, 탈수 후 각 200g씩 진공 포장
물성 개선은 500MPa, 살균효과는 600 Mpa의 압력 조건에서 각각 5분간 처리
텍스처측정
경도(hardness), 찰기(stickiness), 탄력성(springiness), 부착성(adhesiveness)
쌀텍스처 단면측정
field emission scanning electron microscope (FE-SEM)으로 측정
세균수측정
시료10 g을 취하여 살균팩에 넣은 다음 살균 증류수90g을 투입하여 혼합, 분쇄한
후 총 세균수를 측정
• 내열성균은 살균 증류수에 혼합한 분쇄 쌀 시료를100oC에서 20분 동안 가열한 후
위와 동일한 방법으로 측정
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4. 선정논문 발표
결과 및 고찰
1. 텍스쳐 영향
• 백미 찹쌀은 높은 찰기 특성으로 낱알 분
리가 잘 되지 않아 건조밥 제조시 어려움
이 있다고 알려져 있는데 백미 찹쌀을 초
고압 처리하면 찰기가 감소하여 이를 보
완
• 현미의 경도는 초고압 처리 후에 감소
 쌀에 초고압 처리를 하게 되면 높은 압력
에 의해 이화학적 변화가 일어나 전반적
인 맛, 조직감, 외관 등 관능품질 특성에
변화가 일어난다고 보고
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4. 선정논문 발표
결과 및 고찰
2. 텍스쳐 구조
• 쌀의 단면을500배 확대하여 관찰한 결과,
초고압 처리 시 백미 찹쌀과 현미 멥쌀
모두 쌀 내부의 입자가 좀 더 고운 형태
로 변화
 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 초
고압 처리한 쌀의 텍스처가 부드러워지
는 특징을 갖게 되는 것으로 추정
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4. 선정논문 발표
결과 및 고찰
3. 살균효과
• 현미멥쌀에서 생육하는 세균수는 처리
전보다 유의적으로 감소
 초고압 처리 시 압력에 의하여 미생물의
세포막에 영향을 주기 때문에 비가열 조
건에서 효과적으로 저감화할 수 있다고
보고
• 내열성 포자 형성균이 무처리구 수준으
로 유지되어 내열성 포자 형성균에 대한
살균효과는 미약한 것
 외부의 물리화학적 영향에 대해 큰 저항
성을 가지고 있는 단백질로 구성된 코트
(coat) 층과 글리코펩타이드 성분으로 이
루어진 코텍스(cortex) 층의 영향으로 내
열성
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* 즉석밥
햇반의 경우
• 먼저 쌀을 엄선해 품질 유지에 적합한 15℃ 저온 창고에 보관한 후 이
를 도정해 물에 불리게 된다.
• 미생물을 없애고 쌀에 찰기를 주기 위해 불린 쌀에 증기를 8회 뿜은
뒤 ‘취반 과정’에 들어간다. 이 과정에서 수분 함량을 조정해 물을 주
입하고, 100도의 증기를 30~35분 동안 분사해 밥을 짓게 된다.
• 이렇게 완성된 밥은 산소와 수분을 차단하는 다층 구조용기를 사용해
밀봉하므로 첨가물 없이도 상온에서 9개월 동안 보관할 수 있다.
• 용기와 뚜껑은 식품에 적합한 특수 플라스틱으로 만들어져 섭씨 100
도 이상에서도 성분 및 외형이 변형되지 않는다. 끓는 물로도 즉석밥
을 데워 먹을 수 있는 이유다.
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* 즉석밥
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* 즉석밥
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* 즉석밥
• 상기 살균은 100 내지 1000 MPa의 압력 및 10 내지 30 ℃의 온도에서 1 내지
30 분간 수행되는 것인, 쌀의 살균방법을 제공
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참고문헌
1. Sasagawa A, Naiki Y, Nagashima S, Yamakura M, Yamazaki A, Yamada A. Process for
producing brown rice with increased accumulation of GABA using high-pressure
treatment and properties of GABA-increased brown rice. J Appl Glycosci.
2006;53:27-33
2. 권수미, 김창민, 김양하. 초고압 처리 즉석밥의 생물학적 특성. 식품과학과 산업.
2007;40(3):31-35.
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5. 홍석인, 박완수. 생물 시스템에 대한 초고압 처리 효과. 산업식품공학. 1999;3(3):123-133.
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rice by high pressure treatment: Manufacture of processed brown rice enriched with
GABA accumulation using high pressure treatment: Part I. Nippon Shokuhin Kagaku
Kogaku Kaishi. 1999;46(5):323-328.
7. 천희순, 임태환, 조원일, 황금택. 초고압 전처리한 찹쌀과 현미의 텍스처 특성과 세균 저감 효
과. 한국식품과학회지. 2016;48(1):92-95
8. 최현욱, 최현식, 백무열. 천연전분 및 변성전분의 특성. 생명자원과학연구논문집.
2008;27:12-19
9. Kinetics of Microbial Inactivation for Alternative Food Processing Technologies High Pressure Processing http://www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/
SafePracticesforFoodProcesses/ucm101456.htm
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