Utilization of Naturally-derived Polymers as Biodegradable Food Packaging Materials and Fat Replacers in Meat Alternatives : Sourced from Plants, Algae, and Bacteria

Jung-Soo Lee 고려대학교 대학원 2023 국내박사

환경오염의 원인은 다양하다. 그 중에서도 식품공학 기술을 통해 해결할 수 있는 환경오염 원인은 플라스틱 식품 포장재와 육류 생산일 것이다. 플라스틱 포장재는 난분해성이므로 폐기될 시 최종 분해까지 수백 년 이상이 걸려 토양 및 해양을 오염시키고, 이를 소각할 시에는 다이옥신 및 퓨란 등의 독성을 지닌 유기화합물이 생성되어 대기 또한 오염시킨다. 육류는 고유한 식감과 풍미를 지녀 많은 이들에게 선호되는 양질의 단백질원이다. 그러나 이를 생산하기 위해서는 막대한 규모의 목축지와 상당한 양의 사료 곡물이 요구되기 때문에 자원 소비가 매우 클 뿐 아니라 동량의 식물성 단백질원에 비해 생산에 투입되는 에너지 효율이 매우 낮다. 또한, 가축들이 배출하는 메탄가스는 지구온난화를 야기하는 온실가스의 상당 부분을 차지한다. 즉, 축산을 통해 얻는 육류는 지구상에서 더 이상 지속 가능하지 않다. 본 논문에서는 플라스틱 식품 포장재와 육류 생산으로 인한 환경오염에 대한 해결책으로 각각 식품 포장 기술을 이용하여 생분해성 식품 포장재를, 식품 가공 기술을 이용하여 대체육 제품을 개발하였다. 생분해성 식품 포장재는 우수한 생분해성을 지니므로 기존의 플라스틱 식품 포장재의 난분해성으로 인한 환경오염 문제를 해결할 수 있다. 한편, 대체육 제품은 실제육 패티를 대체함으로써 육류 소비 감소에 기여하고, 결론적으로 육류 생산에 의한 환경오염 문제 해결에 보탬이 될 수 있을 것이다. 생분해성 식품 포장재 및 대체육 패티 제품에 첨가될 지방대체제의 원료로는 모두 천연 고분자를 이용하였다. 여러 가지 천연자원들 중에서도 각각 식물, 조류, 박테리아에서 유래한 녹두 전분, 한천, 박테리아 셀룰로오스를 주요 고분자 소재로 채택하여 본 논문의 장들을 구성하였다. 녹두 전분 및 한천은 생분해성 식품포장재 개발을 위한 원료로 사용되었으며, 박테리아 셀룰로오스는 생분해성 식품 포장재 및 지방대체제 개발을 위한 원료로 이용되었다. 즉, 본 논문의 전체적인 목표는 플라스틱 식품 포장재 및 육류 생산으로 인한 환경오염을 해결하기 위한 목적으로 식품공학 기술과 다양한 천연자원에서 얻은 천연 고분자를 활용하여 생분해성 식품 포장재 및 대체육 제품을 개발하는 것이었다. 본 논문은 제1–4장으로 구성되어 있다. 제1장은 총설이며 제2–4장의 세부 내용은 다음과 같다. 제2장에서는 해바라기씨유 혼입을 통해 수분 차단성이 향상된 녹두 전분 기반 가식성 필름 개발하였다. 제3장에서는 항균활성을 지니는 계피 정유가 포함된 한천/폴리비닐알코올 혼합 생분해성 필름을 개발하였다. 제4-1장에서는 생분해성을 지니는 박테리아 셀룰로오스 필름 3종 개발하였다. 마지막으로 제4-2장에서는 박테리아 셀룰로오스 페이스트를 지방대체제로 이용한 대체육 패티 제품을 개발하였다. 전분은 우수한 필름 형성성, 가식성, 생분해성, 무독성, 무색·무미·무취 등의 장점을 지닌다. 그러나 높은 친수성으로 인하여 수분 차단성이 낮아 식품 포장 소재로 활용하기에 제약이 따른다. 따라서, 본 연구에서는 소수성을 지니는 해바라기씨유를 전분 용액에 혼입하여 전분 필름의 수분 차단성을 향상시키는 방안을 고안하였다. 그 결과, 전분 용액의 1%(w/w)의 해바라기씨유를 첨가한 필름의 수분 용해도 및 수분 투과도가 대조군 (해바라기씨유 무첨가 필름)에 비하여 약 30%씩 감소하였다. 즉, 해바라기씨유를 전분 용액에 혼합할 경우, 전분 필름의 수분 차단성이 효과적으로 개선되어 식품 포장재로 활용되기에 적합한 것으로 평가되었다. 폴리비닐알코올은 기계적 강도 및 유연성이 우수한 생분해성 합성 고분자이지만 제1장에서 다룬 전분과 마찬가지로 높은 친수성으로 인하여 수분에 취약하기 때문에 식품 포장재로 활용되기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 강력한 겔화 능력 및 고분자 사슬 망 구조를 지녀 수분과 접촉 시에 그 형태가 팽윤되기는 하지만 붕해되지 않는 한천을 혼합하여 한천/폴리비닐알코올 생분해성 필름을 개발하였다. 또한, 광범위한 항균활성을 지니는 계피 정유를 항균물질로서 첨가하여 최종적으로 항균활성을 지니는 한천/폴리비닐알코올 생분해성 필름을 완성하였다. 폴리비닐알코올의 25%-75%(w/w)를 한천으로 대체할 경우 한천의 강력한 사슬 망 구조가 수분에 의한 폴리비닐알코올의 사슬의 분해를 효과적으로 억제하였다. 특히, 폴리비닐알코올의 25%(w/w)가 한천으로 대체될 경우 기계적 특성 및 투광도가 우수하고 대조군(한천 무첨가 필름)에 비하여 수분용해도가 약 27% 감소된 필름이 완성되었다. 박테리아 셀룰로오스는 초산균이 생합성하는 셀룰로오스로 식물 유래 셀룰로오스에 비해 순도, 기계적 강도, 중합도 등이 높다는 장점을 지닌다. 그럼에도 불구하고 이를 식품 포장 소재로 활용한 연구는 매우 드물다. 본 연구에서는 박테리아 셀룰로오스에 세 가지 서로 다른 필름 가공법을 적용함으로써 각각 상이한 특성을 지니는 삼종의 생분해성 박테리아 셀룰로오스 필름을 완성하였다. 이들 중 박테리아 셀룰로오스를 배양된 막 형태 그대로 공기건조한 필름은 나머지 두 필름들 보다 촘촘한 내부 구조로 인하여 가장 우수한 산소 차단성을 나타냈다. 박테리아 셀룰로오스를 막 형태 그대로 동결건조한 후 고압에서 압착함으로써 얻은 필름은 높은 다공성 구조에서 기인한 우수한 수화특성으로 인하여 나머지 두 필름들보다 12배 이상 더 높은 수분흡수율을 나타냈다. 마지막으로, 주조법을 통해 박테리아 셀룰로오스를 마쇄물을 필름화함으로써 얻어진 필름은 3종의 필름들 중 가장 우수한 생분해성을 보였다. 한편, 박테리아 셀룰로오스 마쇄물이 지방과 유사하게 유백색의 외관, 부드러운 질감, 미끄러운 구강촉감, 그리고 가소성을 지니고 있는 것에 주목하여 이를 대체육 제품 제조 시에 지방대체제로 활용하였다. 지방에 대한 박테리아 셀룰로오스 마쇄물 대체 비율이 25-50%일 경우 대조군(박테리아 셀룰로오스 마쇄물 무첨가 패티)에 비하여 외관 특성이 더 우수하였고 조리 손실은 21% 이상 감소하였다. 모든 결과를 종합하였을 때, 지방에 대한 박테리아 셀룰로오스 마쇄물의 대체율에 증가할수록 대체육 패티의 색은 더 붉고, 조리 손실율은 더 낮고, 치수 안정성은 더 우수하고, 씹힘성은 더 높았다. 해당 논문의 연구 내용들은 플라스틱 식품 포장재 및 육류에 대한 대안을 제시함으로써 이들에 의해 야기되는 환경오염을 해결하는 데 도움이 될 수 있을 것이다. 또한, 본 논문은 다양한 천연자원에서 얻은 천연 고분자들을 식품 포장 분야에서부터 식품 가공 분야에까지 확대 적용 함으로써 천연 고분자를 기반으로 한 광범위한 식품 공학 기술 연구를 구축하였다. 따라서, 본 논문은 천연 고분자 소재들을 어떠한 목적과 방식으로 식품공학 분야에 응용할 수 있을지에 대한 기초 자료로도 활용될 수 있을 것이다. There are many causes of environmental pollution. Among them, the causes that can be solved using food engineering technology will be plastic food packaging materials and meat production. Since plastic packaging materials are non-biodegradable, when discarded, it takes hundreds of years or more to finally decompose, polluting the soil and the ocean. In addition, when it is incinerated, toxic organic compounds such as dioxins and furans polluting the air are generated. Meanwhile, meat is a high-quality protein source preferred by many people because of its unique texture and flavor. However, since a vast amount of pasture and a considerable amount of feed grains are required to produce it, resource consumption is very high, and the energy efficiency put into production is very low compared to the same amount of vegetable protein sources. In addition, methane emitted by livestock accounts for a large portion of greenhouse gases that cause global warming. Therefore, meat obtained through livestock farming is no longer sustainable on earth. In this dissertation, as solutions to the environmental pollution caused by plastic food packaging materials and meat production, biodegradable food packaging materials and low-fat meat alternatives were suggested through food packaging and food processing technology, respectively. Since natural polymer-based food packaging materials have excellent biodegradability, it is possible to solve the environmental pollution problems caused by the non-biodegradability of the existing plastic food packaging materials. Meanwhile, the developed meat alternatives will contribute to the reduction of meat consumption by replacing the actual meat products and ultimately solve the environmental pollution problem caused by meat production. Natural polymers were used as raw materials for biodegradable food packaging materials and fat replacers in meat alternatives. Among various natural resources, mung bean starch, agar, and bacterial cellulose derived from plants, algae, and bacteria were selected as major natural polymers to constitute the chapters of this dissertation. Mung bean starch and agar were used as raw materials for the development of biodegradable food packaging materials, and bacterial cellulose was used as raw materials for the development of biodegradable food packaging materials and fat replacers. That is, the overall purpose of this dissertation was to develop biodegradable food packaging materials and meat alternatives using food engineering technology and natural polymers obtained from various natural resources to solve environmental pollution caused by plastic food packaging materials and meat production. This dissertation consists of Chapters 1–4. Chapter 1 is the general introduction, and the details of Chapters 2–4 are as follows: Chapter 2) Development of mung bean starch-based edible film with enhanced water-resistant properties via the incorporation of sunflower seed oil; Chapter 3) Development of agar/polyvinyl alcohol composite biodegradable film containing cinnamon bark oil with antimicrobial activity; Chapter 4-1) Development of three types of biodegradable bacterial cellulose films; Chapter 4-2) Development of patty-type meat alternatives using bacterial cellulose paste as a fat replacer. Starch has advantages such as excellent filmogenicity, edibility, biodegradability, non-toxicity, colorless, tasteless, odorless, etc. However, starch has limits to use as a food packaging material due to its high hydrophilicity, which causes low water barrier properties. Therefore, this dissertation devised a method to enhance the water barrier properties of the starch film by incorporating hydrophobic sunflower seed oil into the starch solution. As a result, the water solubility and water vapor permeability of the starch film containing 1% (w/w) sunflower seed oil was decreased by about 30% compared to the control (sunflower seed oil-free film). That is, when sunflower seed oil was added to the starch solution, the water barrier properties of the starch film were effectively improved, and this film was evaluated as suitable for use as a food packaging material. Polyvinyl alcohol is a biodegradable synthetic polymer with excellent mechanical strength and flexibility, but it is challenging to use as a food packaging material due to it being vulnerable to moisture due to its high hydrophilicity, like the starch discussed in Chapter Ⅱ. Therefore, in this dissertation, an agar/polyvinyl alcohol biodegradable film was developed by blending an agar that does not disintegrate, although it swells when in contact with water due to its strong gelling ability and polymer chain structure. In addition, cinnamon bark oil having a broad spectrum of antibacterial activity was added as an antibacterial agent to complete an agar/polyvinyl alcohol biodegradable film having antibacterial activity. When 25%–75% (w/w) of polyvinyl alcohol was replaced with agar, the strong chain structure of agar effectively inhibited the disintegration of polyvinyl alcohol chains by water. In particular, when 25% (w/w) of polyvinyl alcohol was replaced with agar, a film showed excellent mechanical properties and light transmittance. In addition, the water solubility of the film was reduced by about 27% compared to the control (agar-free film). Bacterial cellulose is biosynthesized by acetic acid bacteria and has the advantage of higher purity, mechanical strength, and degree of polymerization compared to plant-derived cellulose. Nevertheless, there are very few studies using it as a food packaging material. In this dissertation, three types of biodegradable bacterial cellulose films with different properties were completed by applying three film processing methods to bacterial cellulose. In this dissertation, three types of biodegradable bacterial cellulose films with different properties were completed by applying three different film processing methods to bacterial cellulose. Among the three films, air-dried bacterial cellulose membrane film showed the best oxygen barrier properties due to a denser internal structure than the other two films. The film obtained by freeze-drying bacterial cellulose membrane and then compressing it at high pressure showed a water absorption ratio 12 times higher than that of the other two films due to the excellent hydration properties from the highly porous structure. Finally, the film obtained by filming the bacterial cellulose paste (grinding material of bacterial cellulose) through the casting method showed the best biodegradability among the three types of films. On the other hand, I noted that the bacterial cellulose paste has a milky-white appearance, soft texture, slippery mouthfeel, and plasticity similar to fat. Therefore, bacterial cellulose paste was used as a fat replacer in the meat analog patties. When the replacement ratio of bacterial cellulose paste to fat was 25%–50%, the appearance characteristics of patties were better, and the cooking loss was reduced by more than 21% compared to the control (bacterial cellulose paste-free patty). Taking all the results together, the color of the meat alternative patty was redder, the cooking loss rate was lower, the dimensional stability was higher, and the chewiness was higher as the replacement rate of the bacterial cellulose paste for fat increased. The research content of this dissertation was intended to help solve the environmental pollution problem caused by plastic food packaging and meat production by presenting biodegradable food packaging and meat analog products as an alternative to plastic food packaging and meat. In addition, this dissertation established a wide range of food engineering technology research based on natural polymers by applying them in the food packaging field to the food processing field. Therefore, this dissertation can be used as primary data on what purpose and method natural polymer materials can be applied to the field of food engineering.

Metabolic Engineering of Leuconostoc spp. for Biotechnological Application : Overexpression of L-Lactate Dehydrogenase Gene and Knock-out of Dextransucrase Gene

김청 충북대학교 2009 국내박사

Leuconostoc is an industrially important microorganism which is used as a starter culture in the manufacture of various fermented foods like kimchi or sauerkraut and also has great potential in biotechnological applications such as enzyme and vaccine delivery systems. However, an understanding of the basic physiology, genetics of this organism and strain development of Leuconostoc via metabolic engineering are still lacking because of insufficient development of modern molecular genetic tools and techniques. In this study, I focused on developing heterologous overexpression system, site-specific gene inactivation system, and efficient gene transfer system of Leuconostoc to improve its food and biotechnological application. D-form of lactate is often found in fermented foods and excessive dietary intake of D-lactate may cause a metabolic stress in infants and patients with metabolic dieaseas. When cultured in a medium containing glucose, Leuconostoc strains mainly synthesize D-lactate with small amount of L-form. Therefore, to construct Leuconostoc strain producing high level L-lactate and to use as starter culture, first, I investigated the effect of Leuconostoc on D-/L-lactate production in fermented foods. Second, high level L-lactate was produced by expressing heterologous L-LDH in Leuconostoc and the ability of this transformant strain to alter D-/L-lactate ratio in fermented food was finally confirmed when it was used as a starter culture. When kimchi was incubated at 8°C or 22°C, the D-lactate (11-14 mM) was over-produced than L-form (5-8 mM), and Leuconostocs was the leading genus during the period of D-lactate accumulation so that Leuconostoc was determined as the major producer between the initial to mid-phase of fermentation. The ldhL gene was cloned from Lb. plantarum and successfully expressed in L. citreum CB2567, but the shifted level from D-lactate to L-lactate was not sufficient due to low L-LDH activity. To elevate the expression level of ldhL, nucleotides for pyruvate kinase promoter were fused to ldhL and cloned with pLeuCM42 to construct pLC42pkL. Introduction of pLC42pkL in L. mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC8293 significantly improved both L-LDH activity and L-lactate production during MRS fermentation so that D-/L-lactate ratio was altered significantly. When compared to the sauerkraut inoculated with wild type strain, the sauerkraut inoculated with the transformant harboring pLC42pkL resulted in increase in L-lactate concentration but decrease in D-lactate. From this result, the Leuconostoc strain which produce more L-lactate and less D-lactate is regarded as a promising starter to minimize the harmful effect of D-lactate in lactate fermented foods. Next, for metabolic engineering and biotechnological uses of Leuconostoc, a new site-specific inactivation method was established in L. citreum CB2567 by using pLC4255 vector and it was used to delete dextransucrase gene (dsrC) via homologous recombination. Dextransucrase-inactivated mutant, L. citreum CBM-D2567, was selected on agar plate with its non-dextran phenotype. PCR amplification of fragments using correspondence primers, quantification of dextran, and cell scanning electromicroscope of the mutant cells after cultivation in sucrose medium confirmed the deletion of dsrC in the chromosome of L. citreum CBM-D2567. When the wild type and the mutant strain were cultured in sucrose medium, the mutant strain showed longer lag phase (9hrs) compared to that (3hrs) of wild type, providing a new insight about the customary role of dextransucrase in carbohydrate metabolism of Leuconostoc; active uptake of fructose after glucosyltransferation for dextran synthesis. The dextran-/dextransucrase-free mutant strain has potentials for the use of various industrial purposes; as starter for production of non-viscous watery kimchi and as dextran-free host for heterologous production of proteins. Important contributions to the evolution of genetic technology of Leuconostoc include the development of transformation techniques. Low transformation efficiency and lack of reproducibility in L. mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC8293 limited its genetic development. Thus, I determined the critical parameters significantly affecting transformation efficiency and established improved protocol for the electrotransformation of this strain using pLeuCM. Combined treatment of penicillin and lysozyme during the preparation of electrocompetent cells and an increase in electric field strength during electroporation resulted in the optimized conditions with transformation frequencies of up to 1.0 x 104 transformants/ug DNA. Two plasmids pLeuCM and pLeuCM42 were successfully introduced in L. mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC8293 and maintained. This improved methodology was applied to test in other lactic acid bacteria including various Leuconostoc strains and the method resulted in successful transformations in most cases, especially in L. argentinum which showed the highest transformation efficiency of 5.6x104/ug DNA. Therefore, this optimized electroporation condition can be used for a reliable high efficiency transformation of not only L. mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC8293 but also other Leuconostoc strains. Overall, in this study, efficient overexpression, gene inactivation and gene transfer systems of Leuconostoc spp. were established as a platform technology for the functional genomic study and metabolic engineering of this industrially important genus. Leuconostoc 속은 김치와 사우어크라우트 같은 야채발효식품에서 스타터로 이용되는 미생물로서 효소나 백신 생산과 같은 운반 숙주세포로서의 생물공학적인 이용 가능성이 크게 기대되고 있다. 그러나 효율적인 유전적 기술 발전의 제약으로 말미암아 대사공학을 이용한 분자생물학 및 유전학적인 기초 연구 및 산업적 이용을 위한 균주의 개발이 많이 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Leuconostoc의 산업적, 생물공학적 이용을 위한 이형 효소의 다량 발현, 부위 특이적 유전자의 불활성화와 효율적인 유전자 도입시스템을 구축하고자 하였다. D-Lactate는 발효식품의 발효과정에서 생성되며 과량 섭취시 유아나 대사질환을 가진 환자에게서 산중독을 야기시킬 수 있다. Leuconostoc 속은 MRS에서 배양시켰을 때 D-lactate를 주 산물로 생성하면서 소량의 L-lactate를 생성한다. 따라서L-lactate를 다량 생산하는 Leuconostoc속 균주의 개발 및 스타터 균주로서의 이용가능성을 확인하기 위해 먼저 Leuconostoc속이 식품발효에서 D-/L-lactate 생성에 미치는 영향을 알아보았고 두번째로Leuconostoc속에 이형 L-lactate dehydrogenase를 도입하여 발현시킴으로써 L-lactate를 다량 생산하는 균주를 개발하고 이렇게 개발된 균주를 발효식품에 스타터 균주로 접종하여 발효식품의 D-/L-lactate 생성에 미치는 영향을 알아보았다. 김치를 8°C와 22°C에서 발효시켰을 경우 D-lactate (11-14mM)가 L-lactate (5-8mM)보다 많이 생성되었고, 김치발효의 초기와 중기 김치의 D-lactate 축적과정에서 Leuconostocs속이 주 된 작용 균주임을 확인 하였다. Lb. plantarum에서 유래 된 ldhL 유전자를 Leuconostoc citreum에 도입한 결과 ldhL이 발현됨을 확인하였으나 D-lactate와 L-lactate 생성에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다. ldhL의 발현양을 높이기 위해 ldhL 구조 유전자에 Leuconostocs속의 pyruvate kinase promoter를 붙여 pLeuCM42 벡터에 클로닝 후 Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides ATCC8293 균주에 도입하여 발현시킨 결과, MRS 에서 배양 시 L-LDH 활성과 L-lactate 생성양이 현저하게 증가하였음을 확인하였다. 이 균주를 스타터로 첨가하였을 때 D-/L-lactate 생성에 미치는 영향을 알아 보고자 사우어크라우트에 접종하여 발효시킨 결과 야생균주를 접종한 샘플에 비해 D-lactate 생성양은 감소한 반면 L-lactate 생성양은 증가하였다. 이로써 발효식품에 Leuconostoc 속을 스타터로 접종하여 다량 생성되는 D-lactate함량은 L-lactate를 다량 생산하는 Leuconostoc 속 균주를 스타터로 이용함으로써 해결할 수 있을 것으로 기대된다. 산업적, 생물공학적 이용을 위한 Leuconostoc 속 균주 개발의 목적으로 상동서열 재조합에 의한 부위 특이적 삽입방법으로 유전자를 불활성화 시키는 방법을 pLC4255벡터를 이용하여 L. citreum CB2567균주에서 개발하였고 이 방법을 dextransucrase (dsrC) 유전자 불활성화에 적용하였다. Dextransucrase가 불활성화 된 변이균주 L. citreum CBM-D2567은 덱스트란이 생성되지 않는 표현형으로 수크로스 배지에서 선별할 수 있었다. 이렇게 개발된 변이균주는 물김치 생산에서 점질물을 생성하지 않는 스타터로 이용되거나 이형단백질 생산에 필요한 덱스트란을 만들지 않는 숙주세포로 활용할 수 있는 등 그 산업적 이용가치가 높다. 유전자 형질전환 기술의 발달은 미생물의 유전적 기법 이용에 크게 기여한다. Leuconostoc 속의 낮은 형질전환 효율과 낮은 재현성은 이 미생물의 생물공학적 발전을 제약하는 요소이기도 하다. 본 연구에서는 pLeuCM을 이용하여 형질전환효율에 결정적인 역할을 하는 요소를 확인하고 전기침공법을 이용한 Leuconostoc 속 균주의 형질전환 최적 조건을 확립하였다. Penicillin 과 lysozyme을 동시 처리한 후 강한 전기적 충격을 주었을 때 ug plasmid DNA 당 1.0 x 104 이상의 형질전환효율을 얻었고 형질전환효율의 재현성도 현저히 제고되었다. 본 연구를 통하여 Leuconostoc 속에서의 효율적인 효소다량발현 기법, 유전자 불활성화 기법 및 형질전환 기법을 확립하였고 향상된 유전적 기법을 이용하여 산업적으로 이용가치가 높은Leuconostoc 속의 유전학적 연구와 대사공학 발전 및 산업적, 생물공학적 이용에 기여할 것으로 기대된다.

한국인의 모델식이에 대한 다환방향족탄화수소류(PAHs)의 인체노출량평가

김윤희 고려대학교 대학원 2005 국내석사

PAHs 화합물은 유기탄소화합물의 불완전연소에 의해 주로 발생하는데, 일반인들은 대기오염에 의한 호흡노출과 가열조리 식품의 경구섭취가 주요 인체노출경로로 알려지고 있다. 본 연구 에서는 PAHs 화합물에 오염된 식품이 식생활에 많은 부분을 차지하고 있어 한국인의 식생활패턴을 반영한 모델식이방법을 활용하여 가정식과 외식의 식단을 작성하고, 작성한 식단을 근거로 식품 중 PAHs 화합물 오염도를 분석하여 가정식과 외식의 PAHs 화합물 인체노출평가를 비교 평가하였다. 37종(n=210)의 식품에서 PAHs 화합물 오염도는 2.00 ~ 141.28 ug/kg 였으며, 그 중 가장 높게 나타난 식품은 멸치볶음이었다. 분석된 개별PAH 화합물의 상대독성계수(TEFs)를 적용하여 얻은 독성등가량은 0.03 ~ 1.31 ugTEQBaP/kg 범위였고, 가장 높은 값을 가진 식품은 햄버거이었다. 끼니별 가정식과 외식에서 PAHs 화합물의 평균인체노출량은 각각 2.4×10^-3 ugTEQBaP/kg/meal 과 4.3×10^-3 ugTEQBaP/kg/meal으로 외식이 가정식 보다 1.7배 더 높은 수준으로 나타났다. 햄버거, 숯불쇠고기구이, 숯불삼겹살구이, 고등어구이 등은 PAHs 화합물 오염도와 독성등가량 및 1 회분 식품섭취량이 모두 높아 PAHs 화합물의 주요노출기여식품인 것으로 나타났다. 이것으로 노출기여 식품은 가정식보다는 외식에 더 많은 부분을 차지하고 있음을 알 수 있었다. 일반성인을 대상으로 하루 가정식 2회, 외식 1회 섭취에서의 1일 PAHs화합물 인체노출량은 8.5×10^-3 ~ 9.7×10^-3 ugTEQBaP/kg/day 수준으로 나타났다. PAHs 화합물의 대표물질인 benzo(a)pyrene의 발암력7.3 (mg/kg/day)^-1을 만성1일 인체노출량에 반영하여 산출한 성인(20 ~ 64세)의 초과발암 위해도는 3.7×10^-5 ~ 4.3×10^-5으로, 이는 인구 십 만명당 3 ~ 4 명의 위상부암이 발생될 확률을 나타낸다.

향어를 활용한 반건조 제품과 뼈째먹는 레토르트 식품의 개발 및 품질 특성

박예은 경상국립대학교 대학원 2022 국내석사

Israeli carp Cyprinus carpio is an improved variety through a crossbreed of leather carp, which originates from Europe (Germany) and has a low body depth, and the native Israeli carp, which has a high body depth. With its economics feasibility, this particular fish species is farmed widely not just in Israel but also in many countries around the world including Korea, making it a leading inland waters fish type. The texture characteristics of Israeli carp's thick dorsal skin and the mucus on the surface of the skin - in other words a sort of pesticide (linoleic acid) - makes it unlikely to be prone to parasites such as Clonorchis sinesis, and free of the unique dirt smell while its texture is sufficiently soft and yet chewy, similar to that of red sea-bream, and its fatty ventral muscle is quite aromatic as materials for seafood products. But Israeli carp, unlike other fish species, has not only small bones connected to its spine like other fishes but also other small bones that are not connected to the spine but around it, entailing much difficulty in utilizing it for various seafood products as well as sliced raw dish. But as fish bones are mainly consisted of mineral, such as mainly calcium and phosphorus, and protein as well as additional constituents like collagen and other substances, when collagen is gelatinized and eluted from bones under high temperature pressure processing, and thus the collagen regions within the bones are made porous, they can easily be softened. Therefore, one of the ways to efficiently make use of Israeli carp is high temperature pressure processing in consideration of consumer trends, through which it can resolve various problems caused by parasite contamination while also softening small bones connected to the spine as well as small bones that are not connected to it for better intake. Producing semi-dried Israeli carp in the form of home meal replacement (HMR) that can be eaten with all its bones would greatly contribute to the high added value of Israeli carp. The purpose of this study is to develop semi-dried Israeli carp of home meal replacement (HMR) type products, such as Israeli carp retort products, which that allow the fish to be eaten with all its bones, for an advanced use of Israeli carp and consumer trends. 1. Optimum processing procedure for semi-dried Israeli carp and its characteristics Semi-dried Israeli carps were to be produced after processing Israeli carp as fillets to enhance their texture as well as for better convenience, in consideration of the consumer needs. During the semi-drying process, alternating-temperature drying was attempted considering the Israel carps' thickness and to prevent case hardening due to fat content. For the purpose of producing high quality products through the alternating-temperature drying that prevents case hardening, the appropriateness of scoring and optimal alternating-temperature process regarding the acid values and the difference in moisture contents for inside and outside depending on whether the skin was scored and the alternating temperature drying conditions [looking into the time of adjustment and maintenance for the temperature for drying 35℃ and the time of adjustment and maintenance for the low temperature to prevent case hardening - 5℃, and looking into the appropriate temperature for drying (30-40℃ ranges, 5℃ interval)] are as follows. Head and viscera of the raw material Israeli carp are removed before 1st wash; fins and tail are removed before cutting them along the back; fish body, including bones, is then separated into dorsal and ventral parts; and skin is scored with a knife. 2nd wash follows to drain blood and remove foreign substances; then it is soaked in a soaking container (across 58.5 cm × width 38.3 cm × height 15.0 cm) filled with the salt water [purified water 90% (v/w) & bay salt 10% (w/w)] twice (v/w) the amount of pre-treated raw material for 15 min for curing; and 3rd wash (once, 10 seconds) to remove excessive salt and foreign substances follows before dehydrated. The pre-treated Israeli carp goes through three times of drying for 4 hrs at 35℃ and then for 2 hrs at 5℃ before it is dried for 2 hrs at 35℃ for production. A final product is vacuum packaged. Semi-dried Israeli carp produced through the optimum alternating-temperature drying process were much better in taste value compared to the raw material, much superior in acid value and level of browning index compared to the products through the constant temperature drying, and softer in texture. Also, the semi-dried Israeli carps using alternating-temperature drying were superior aesthetically compared to the constant temperature dried products, for their exterior, color, smell, and overall acceptance. Total amino acid contents based on 100 g of a dorsal muscle product and a ventral muscle product were 18.84 g and 16.94 g respectively, and major amino acids were lysine, aspartic acid and glutamic acid for both 2 types of products. Mineral contents based on 100 g of the dorsal muscle and the ventral muscle products in comparison to recommended daily intake for Korean men in the ages of 19-49 or sufficient intake were 4.1% for calcium for both, 39.8% and 34.4%, respectively, for phosphorus, 9.9% and 9.0%, respectively, for potassium, and 26.0% and 23.0%, respectively, for iron. Total fatty acids for the dorsal muscle and the ventral muscle products were 15.6% and 24.9%, respectively, with 3 types of major fatty acids - 16:0, 18:1n-9, & 18:2n-6 - for both 2 types of products. 2. Optimization and characteristic of retort products with edible bones using semi-dried Israeli carp In consideration of consumer needs for their resistance to small bones and preference for convenience, the development of retort Israeli carp with edible bone was attempted. Optimal heat process evaluated through texture, smell and sensory evaluation for spine and flesh processed in different heat processes (target heat processing temperature 121℃, within the range of 30-50 min, 5 min interval) for convenient intake and room temperature distribution of semi-dried Israeli carp was to make use of pressurized retort at the temperature of 121℃ for 40 min. Proximate compositions for 100 g of the dorsal muscle and the ventral muscle products among retort Israeli carp with edible bone produced through optimal process were 60.5 g and 53.6 g, respectively, for moisture, 20.0 g and 18.1 g, respectively, for crude protein, 15.0 g and 24.1 g, respectively, for crude fat, 3.8 g and 3.4 g, respectively, for ash, and 0.7 g and 0.8 g, respectively, for carbohydrate. Compared to the semi-dried products, retort Israeli carp with edible bone had a little more taste value, not much difference in browning index, and a little stronger odor intensity. Also, compared to the semi-dried products, the retort Israeli carp with edible bone products, had soft texture in muscles and weak backbone. Total amino acid contents for 100g of a dorsal muscle and a ventral muscle products among retort Israeli carp with edible bone were 18.59 g and 17.11 g, respectively, and major amino acids were lysine, aspartic acid and glutamic acid for the dorsal muscle product, and aspartic acid and glutamic acid for the ventral muscle product. Mineral contents for the dorsal muscle product and the ventral muscle product among retort Israeli carp with edible bone products in comparison to recommended daily intake for Korean men in the ages of 19-49 or sufficient intake were 99.3% and 96.9%, respectively, for calcium, 86.3% and 82.0%, respectively, for phosphorus, 10.3% and 9.8%, respectively, for potassium, and 19.0% and 15.0%, respectively, for iron. Total fatty acid contents for the dorsal muscle and the ventral muscle products were 14.0 g and 13.9 g, respectively, and the major fatty acids were 16:0, 18:1n-9, & 18:2n-6 in both products. From the results of proximate composition, sensory, and nutrition characteristics, semi-dried Israeli carp products as well as retort Israeli carp with edible bone products are evaluated as products that provide convenience, enhanced taste and texture, and full of nutrition, which deems to have sufficient market competitiveness. 향어는 유럽(독일)이 원산지이면서 체고가 낮은 가죽잉어(leather carp)가 이스라엘로 도입된 다음 이것과 체고가 높은 이스라엘의 토착 품종 잉어와의 교잡에 의하여 개량된 품종으로, 경제성이 있는 어종이어서 지금은 이스라엘뿐만 아니라 우리나라를 포함한 세계 여러 나라에서 양식하고 있는 대표적인 내수면 어종이다. 이와 같은 향어는 껍질이 두꺼운 등의 조직적 특성과 껍질 표면의 점액 성분, 즉 살충성분(linoleic acid)으로 간흡충 등의 기생충 감염이 어렵고, 특유의 흙냄새가 나지 않는 것으로 알려져 있으며, 조직감이 적당히 부드러우면서도 쫄깃하여, 참돔과 유사한 수준의 식감이면서, 뱃살의 지방이 많아 단단하고 고소한 것으로 알려져 있어 우수한 수산가공식품의 소재이다. 그러나 향어는 다른 어류와 같이 중골과 이에 연결된 잔가시가 있을 뿐만이 아니라 잔가시와 연결되어 있지 않으면서 그 부위에 또 다른 잔가시가 존재하고 있어 횟감이나 여러 가지 수산가공품으로 이용하는 데 많은 어려움이 있다. 하지만, 어류뼈는 칼슘과 인을 주로 하는 무기질, 콜라겐을 주성분으로 단백질, 그리고, 기타 성분이 적절히 이루어져 있는 물질이어서, 고온가압처리에 의하여 콜라겐이 젤라틴화되어 뼈로부터 용출되고 제거되어 뼈 내의 콜라겐 존재 부위가 다공화되어 쉽게 연화된다. 따라서 향어를 효율적으로 이용하기 위한 방안 중의 하나가 소비자 트렌드에 부응하게 하는 고온가압처리에 의하여 기생충 감염에 의한 여러 가지 문제점을 해결함과 동시에 중골에 연결된 잔가시 및 연결되어 있지 않은 잔가시와 같은 어류뼈의 연화에 의한 섭취 편의성을 부여하는 것이라 할 수 있다. 향어를 반건조하여 가정간편식(HMR) 형태의 뼈째먹는 생선으로 제조한다면 향어의 고부가가치에 크게 도움이 되리라 판단된다. 본 연구에서는 향어의 고도 이용을 위하고, 소비자 트렌드(customer trend)를 고려하여 향어를 활용한 반건조 제품과 뼈째먹는 향어 레토르트 식품과 같은 가정간편식(Home Meal Replacement, HMR)형 제품을 개발하고자 하였다. 제1장. 향어를 활용한 반건조 제품의 가공공정 최적화 및 특성 소비자 니즈(needs)를 고려하여 향어의 조직감 개선과 편의성 부여를 목적으로 필릿(fillet)으로 처리한 다음 반건조 제품을 제조하고자 하였고, 이때 반건조 시 이스라엘잉어의 두께와 지방함량에 의한 표면경화 억제를 목적으로 변온건조를 시도하였다. 변온건조의 용이성 및 표면경화 억제에 의한 고품질의 제품을 제조할 목적으로 껍질에 칼집 처리 유무와 변온건조 조건[건조를 위한 온도인 35℃ 조정 및 유지 시간, 그리고, 표면경화 억제를 위한 저온 유지 온도인 5℃ 조정 및 유지 시간 구명/건조를 위한 적정 온도(30-40℃ 범위(5℃ 간격)구명)]별 내부와 표면 수분 함량 차이와 산가로 칼집처리의 적정성 및 최적 변온공정은 다음과 같다. 원료 향어의 머리와 내장을 제거하고, 1차 세척한 다음 지느러미 및 꼬리를 제거하였으며, 이어서 등가르기한 후 뼈를 포함하여 어체를 등쪽육과 배쪽육으로 분리 및 껍질에 칼집을 내었다. 이어서, 2차 세척하여 피빼기 및 이물을 제거하였으며, 염지를 위하여 전처리한 원료에 대하여 2배량(v/w)의 염수[정제수 90% (v/w), 천일염 10% (w/w)]가 담긴 침지용기(가로 58.5 cm × 세로 38.3 cm × 높이 15.0 cm)에 15분간 침지한 뒤 3차 세척(1회, 10초)하여 과잉의 염분 및 이물을 제거한 후 탈수하였다. 이어서 전처리 향어는 35℃로 조정된 조건에서 4시간 건조 후 5℃로 조정된 조건에서 2시간 처리하는 과정을 3회 반복한 다음 35℃로 조정된 조건에서 2시간 건조하여 제조하였고, 최종 제품은 진공포장한 것으로 하였다. 최적 변온건조 공정으로 제조한 반건조 향어 제품은 taste value의 경우 원료에 비하여 훨씬 높았고, 산가와 갈변도의 경우 정온건조에 비하여 훨씬 우수하였으며, 조직감의 경우 부드러웠다. 또한 변온건조 반건조 향어 제품은 정온건조 제품에 비하여 관능적으로 외형, 색, 냄새 및 종합적 기호도에서 우수한 것으로 나타났다. 등쪽육 제품과 배쪽육 제품의 총아미노산 함량은 각각 18.84 g 및 16.94 g이었고, 주요 아미노산은 2종의 제품이 모두 lysine, aspartic acid 및 glutamic acid이었다. 등쪽육 제품과 배쪽육 제품의 무기질 함량은 한국인 남자 19-49세의 1일 권장섭취량 또는 충분섭취량에 비하여 칼슘의 경우 모두 4.1%, 인의 경우 각각 39.8% 및 34.4%, 칼륨의 경우 각각 9.9% 및 9.0%, 철의 경우 각각 26.0% 및 23.0%에 해당하였다. 등쪽육 제품과 배쪽육 제품의 지방산 총함량은 각각 15.6% 및 24.9%이었고, 주요 지방산은 2종의 제품이 모두 16:0, 18:1n-9, 18:2n-6과 같은 3종으로 동일하였다. 제2장. 반건조 향어 활용 뼈째먹는 레토르트 식품의 공정 최적화 및 특성 잔가시에 대한 거부감과 편의성과 같은 소비자 니즈(needs)를 고려하여 뼈째먹는 향어 레토르트 식품의 개발을 시도하였다. 반건조 향어의 섭취 편의성 부여와 상온 유통을 목적으로 열처리 정도(목표 열처리 온도인 121℃, 30-50분 범위, 5분 간격)에 따른 중골과 어육의 조직감, 냄새 및 관능검사로 살펴본 최적의 열처리 온도는 가압처리된 레토르트를 이용하여 121℃에서 40분간 처리한 것이었다. 최적 공정으로 제조한 뼈째먹는 향어 레토르트 식품의 등쪽육 제품과 배쪽육 제품 100 g 당의 일반성분 함량은 수분 각각 60.5 g 및 53.6 g, 조단백질 각각 20.0 g 및 18.1 g, 조지방 각각 15.0 g 및 24.1 g, 회분 각각 3.8 g 및 3.4 g, 탄수화물 각각 0.7 g 및 0.8 g이었다. 뼈째먹는 향어 레토르트 식품은 반건조 제품에 비하여 taste value의 경우 약간 높았고, 갈변도의 경우 크게 차이가 없었으며, 냄새강도의 경우 약간 강하였다. 또한, 뼈째먹는 향어 레토르트 식품은 반건조 제품에 비하여 근육의 경우 조직감이 훨씬 낮았고, 중골의 경우도 이질감이 없을 정도로 약하였다. 뼈째먹는 향어 레토르트 식품 중 등쪽육 제품과 배쪽육 제품 100 g 당의 총아미노산 함량은 각각 18.59 g 및 17.11 g이었고, 주요 아미노산은 등쪽육 제품이 lysine, aspartic acid 및 glutamic acid, 배쪽육 제품이 aspartic acid 및 glutamic acid이었다. 뼈째먹는 향어 레토르트 식품 중 등쪽육 제품과 배쪽육 제품의 무기질 함량은 한국인 남자 19-49세의 1일 권장섭취량 또는 충분섭취량에 비하여 칼슘의 경우 각각 99.3% 및 96.9%, 인의 경우 각각 86.3% 및 82.0%, 칼륨의 경우 각각 10.3% 및 9.8%, 철의 경우 각각 19.0% 및 15.0%에 해당하였다. 등쪽육 제품과 배쪽육 제품의 지방산 총함량은 각각 14.0 g 및 13.9 g이었고, 주요 지방산은 모두 16:0, 18:1n-9, 18:2n-6으로 동일하였다. 이상의 일반, 관능 및 영양 특성의 결과로 미루어 보아 향어 반건조 제품과 이의 뼈째먹는 향어 레토르트 식품은 간편성을 부여하면서, 맛과 조직감 등이 개선되면서, 영양이 농축되어 있는 제품으로 평가되어 충분히 시장성이 있으리라 판단되었다.

Application of Non-thermal Sterilization Technology to Reduce Human Norovirus in the Traditional Korean Fermented Seafood

전은비 경상국립대학교 대학원 2022 국내석사

휴먼노로바이러스는 양성 단일가닥의 RNA 바이러스로, Calicivirdae과에 속한다. 또한 외피가 없는 소형 구형을 띄고 있으며 3개의 open reading frame (ORF)으로 구성되어 있다. 휴먼노로바이러스의 유전자 그룹은 10개(GⅠ~Ⅹ)로 나누어져 있으며 그룹에 따라 사람, 쥐, 소 등을 감염시키며 사람에게는 3개의 그룹(GⅠ,Ⅱ,Ⅳ)이 감염을 일으킨다고 알려져 있다. 그 중에서도 휴먼노로바이러스 GII.4는 우리나라를 포함하여 많은 국가에서 약 70% 정도의 높은 발병률을 나타내는 것으로 알려져있다. 휴먼노로바이러스는 겨울철에 흔히 발생하는 급성 위장염을 일으키는 대표적인 원인체이며, 전염성이 강하기 때문에 10~100개의 입자(virion)로도 인체감염이 가능하다. 휴먼노로바이러스의 전파경로는 환자의 구토, 지하수 및 오염된 식품 등으로 인해 분변-구강 경로(Fecal-oral route)로 전파된다. 휴먼노로바이러스는 환경에 대한 내성이 강하기 때문에 냉동ㆍ냉장 온도에서도 감염력이 유지되어 수개월 생존 가능하다. 한편, 젓갈은 어류, 갑각류, 연체류, 극피류 등의 전체 또는 일부분을 원료로 하여 이에 식염을 가하여 발효 · 숙성시킨 우리나라의 전통수산발효식품으로서 다양한 연령층의 소비자를 확보하고 있는 인기 있는 반찬류 중의 하나이다. 젓갈의 경우 식염농도에 따라 고염젓갈, 저염젓갈로 분류되는데 그 중에서도 고염젓갈은 대부분 숙성기간동안 부패를 방지하고 장기간 식용하기 위해 20~30%의 높은 식염을 첨가하여 발효시켜왔다. 그러나 최근 건강에 대한 관심이 고조되면서 점차적으로 식생활의 저염화가 이루어지고 있으며, 10% 이내의 저염젓갈에 대한 소비자의 수용도가 높아지고 있다. 하지만 저염젓갈은 부패성이 큰 수산물을 원료로 하여 장기간 숙성되기 때문에 미생물 등 유해물질의 오염방지를 위한 위생관리가 필요한 시점이다. 2018년 7월에는 어리굴젓과 간장게장에서 휴먼노로바이러스와 대장균이 각각 검출되었으며, 2019년도에는 조개젓갈에서 간염바이러스A가 검출되었다. 젓갈의 경우에는 제조공정 중 살균처리가 없으며, 양념을 하는 과정에서 교차오염에 의한 재감염의 위험성이 사라지지 않고 있기 때문에 바지락젓갈은 식품의 품질의 영향을 최소화하며 효과적으로 휴먼노로바이러스를 사멸시킬 수 있는 추가적인 살균 공정 기술이 요구된다. 실시간 중합효소연쇄반응(real-time quantitative polymerase chain reaction; RT-qPCR)은 민감도와 특이도가 높다는 장점이 있으며, 형광물질을 이용하여 유전자 증폭과정을 실시간으로 모니터링하는 방법이다. 휴먼노로바이러스의 경우에는 배양 검출법이 현재까지 개발되지 않아 RT-qPCR을 이용한 유전자 증폭법이 보편적으로 널리 사용되고 있다. 그러나 RT-qPCR은 감염력이 없는 바이러스와 감염력이 있는 바이러스를 모두 증폭시키기 때문에 감염력이 있는 바이러스만을 증폭시킬 수 있는 추가적인 분자생물학적인 방법이 필요하다. 이러한 단점을 보완하기 위해 RT-qPCR 검출과정 이전에 전처리제로 사용되는 핵산 삽입 염료제(propidium monoazide; PMA)가 있다. PMA는 물리 · 화학적인 처리로 인해 손상된 바이러스 캡시드만을 특정 LED 장치로 투과시킨 후 화학물질의 광 반응을 유발하여 PMA가 DNA 및 RNA와의 공유 결합을 유도한다. 이 과정에서 감염력 있는 미생물의 DNA 및 RNA는 온전한 세포막을 가지고 있기 때문에 PMA에 노출되지 않으며 PMA로 전처리한 후 감염성 있는 RNA 만 RT-qPCR에서 증폭될 수 있으며 이는 특정 샘플에서 어떤 병원체가 활성되어 있는지 확인하는데 도움이 된다. Sodium lauroyl sarcosinate (Sarkosyl)는 일종의 페놀계 이온성 계면활성제의 일종으로, 높은 수용성을 가지고 있기 때문에 PMA 전처리 기술에 적용할 수 있다. 또한 Sarkosyl은 단백질 기반의 물질에 대해 흡착력이 강하기 때문에 손상된 세포에 PMA가 침투할 시 감염력이 없는 세포와 감염력이 있는 세포를 구별하는데 도움을 줄 수 있다. 따라서 PMA와 Sarkosyl을 병합하여 전처리제로 사용된 방법은 휴먼노로바이러스의 감염력 있는 세포의 생존 가능성을 예측할 수 있는 적절한 방법으로 간주된다. 플라즈마(plasma)는 고체, 액체, 기체상태 다음의 제4의 물질상태라고 불리는 전기를 띤 기체들의 집단이며, 양이온 또는 음이온, 전자, 기체 및 분자와 같은 다양한 종으로 구성된 이온화 플라즈마이다. 플라즈마가 발생될 때 이온과 전자가 분리되며 이때 오존(O3), 과산화 수소(H2O2) 등의 활성종(reactive species)을 발생시킨다. 이때 플라즈마가 발생하는 활성종들에 의해서 세균의 세포막의 지질과 단백질 등을 손상시키게 된다. 그 중에서 비가열 살균기술인 유전체장벽방전 (Dielecric barrier discharge, DBD) 플라즈마는 두 개의 전극을 덮는 유전체를 사용하여 전류를 제한하여 두 전극 사이에 전압을 걸어 대기압 상에서 방전시켜 플라즈마를 생성한다. 반면에 FE-DBD 플라즈마는 Floating Electrode Dielectric Barrier Discharge의 약자로 부동 전극을 이용하게 되는데, 금속 물체가 접지에서 분리되어 있음을 의미한다. 전극 중 하나는 유전체로 보호된 전극이며, 나머지 하나는 접지되지 않고 부동 전극으로 남아있으며 시료를 통해 직접 방전하여 시료 표면에 ROS(reactive oxygen species) 및 RNS(reactive nitrogen species)를 생성하여 보다 강력한 살균력을 가지고 있다. 초고압 처리기술은 흔히 Ultra high pressure(UHP) 혹은 high pressure pressure(HPP)로 불리며, 열처리를 대체할 수 있는 식품보존법으로 오랫동안 연구되어왔다. 초고압 처리기술은 일정한 온도에서 식품 전체에 균일하게 높은 정압력(static pressure)을 가하는 기술로서 미생물 살균효과나 유용한 물질의 추출 향상 등의 기능으로 식품산업에 적용되었다. 기존 살균에 이용되던 열처리 살균 방식은 단백질의 변성과 응집, 녹말의 호화, 효소의 불활성화 등 다양한 변화를 일으킬 수 있지만, 초고압 처리기술은 살균 목적을 달성하면서 영양성분의 파괴와 관능적 품질의 손상 등과 같은 열처리 가공 중 발생할 수 있는 부정적인 변화들을 최소화할 수 있다. 최근에 초고압 처리기술은 과일 및 채소 제품(살사, 사과 소스 및 다양한 과일 퓌레 등) 및 조개류 (굴 등의 이매패류)를 포함하여 바이러스 오염에 대한 식품을 처리하는 데 사용되었다. 전자선(electron beam irradiation)조사는 방사선 조사법 중의 하나이며, 가열공정이 없는 비가열(non-thermal) 살균으로써 전자가속기에 의해 발생된다. 전자선조사의 경우에는 식품 고유의 영양적, 품질적 및 관능적 변화를 최소화하며 미생물만 선택적으로 저감 시키는 살균법이다. 전자선조사의 경우 국내의 전자선조사 시설 및 인지 부족 등의 이유로 관련 연구가 미비하였으나, 초 단위의 짧은 처리시간으로 인해 식품의 품질변화가 거의 없고, 전기를 사용하여 친환경적이며 감마선 조사보다 비용이 저렴하다는 장점으로 인해 최근 식품의 전자선조사 관련 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 국내에서는 살균 목적으로 최대 10 kGy 이하의 선량이 허가되어 있다. 바지락젓갈의 경우에는 제조과정 중 살균과정이 따로 없으며 부재료로 인한 교차오염이 될 가능성이 크다. 또한 미생물이 오염되었을 경우 식중독 발생의 위험성은 물론 저장일수가 감소될 가능성이 있으므로 상품의 외형과 영양학적 가치를 유지하면서도 미생물을 사멸시키는 기술은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 비가열 살균기술을 통해 바지락젓갈 중 휴먼노로바이러스의 사멸효과와 RT-qPCR과 결합된 PMA+Sarkosyl 전처리 방법에 의해 휴먼노로바이러스의 감염성 평가를 하고자 하였다. 또한 비가열 살균기술이 바지락젓갈의 품질에 영향을 미치는지 여부를 확인하였다. 제 1장의 연구에서는 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스 감염력 혹은 생존력에 대한 FE-DBD 플라즈마 처리의효과를 조사했다. 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스 생존력은 RT-qPCR을 수행하기 전에 PMA+Sarkosyl 핵산 삽입 염료로 처리하여 평가했다. 또한 품질적인 요인(pH, Hunter colors)에 미치는 영향을 평가했다. 바지락젓갈에 접종한 휴먼노로바이러스는 FE-DBD 플라즈마 처리시간이 증가함에 따라 PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플과 PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플 중 모두 유의하게 감소하였다(P<0.05). PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플의 경우 휴먼노로바이러스는 최대 0.98 log 감소하였으며, PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플의 경우 휴먼노로바이러스는 최대 1.30 log 감소하였다. 또한 휴먼노로바이러스의 감소는 5-30분까지 FE-DBD 플라즈마로 처리 후 PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플의 평균 titer는 PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플 보다 평균 0.35 log 이상 감소하였다(P<0.05). 바지락젓갈의 1차 수학적 모델링을 적용하여 D값을 계산한 결과는 PMA+Sarkosyl 전처리를 하였을 때의 R2는 0.95로 매우 높은 유의성을 나타냈으며 D1값(90% 미생물 감소)는 23.75분으로 나타났다. 품질적인 요인(pH, Hunter colors)은 대조군 바지락젓갈과 FE-DBD 플라즈마 처리 된 바지락젓갈 사이에 유의적인 차이가 없었다 (P>0.05). 결과를 종합하면, 30분 까지의 FE-DBD 플라즈마 처리는 바지락젓갈의 품질에 부정적인 영향을 주지 않으며, PMA+Sarkosyl/RT-qPCR 분석방법을 이용해 휴먼노로바이러스 감염력 혹은 생존력을 구별하는 데 도움이 될 수 있음을 나타낸다. 더욱이, 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스에 대한 비가열 살균 기술인 FE-DBD 플라즈마의 수학적인 저감화 메커니즘은 바지락젓갈 가공 처리 및 유통에 대한 휴먼노로바이러스의 기본 살균정보를 제공할 수 있다. 제 2장의 연구에서는 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스 감염력 혹은 생존력에 대한 초고압 처리의 효과를 조사했다. 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스 생존력은 RT-qPCR을 수행하기 전에 PMA+Sarkosyl 핵산 삽입 염료로 처리하여 평가했다. 또한 품질적인 요인(pH, Hunter colors)과 관능적인 특성(외관, 색상, 풍미, 조직감, 전체적 기호성)에 미치는 영향을 평가했다. 바지락젓갈에 접종한 휴먼노로바이러스는 초고압 처리압력이 증가함에 따라 PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플과 PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플 중 모두 유의하게 감소하였다(P<0.05). PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플의 경우 휴먼노로바이러스는 최대 1.38 log 감소하였으며, PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플의 경우 휴먼노로바이러스는 최대 1.62 log 감소하였다. 또한 휴먼노로바이러스의 감소는 100-600 MPa까지 초고압 처리 후 PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플의 평균 titer는 PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플 보다 평균 0.23 log 이상 감소하였다(P<0.05). 품질적인 요인중에서 pH의 경우 유의적인 차이가 없으나, Hunter colors의 경우에는 L값은 초고압 처리를 할수록 낮아지는 경향을 보였으며, a값과 b값은 증가하는 경향을 보였다(P<0.05). 이는 샘플처리 특성상 바지락젓갈을 갈아서 사용하였는데, 조개의 내장에 의한 색상변화라고 판단되었다. 관능적 특성의 경우에도 색상에서 유의적인 차이를 보였지만 7점 중에서 4점대 이상으로 긍정적인 반응을 볼 수 있었다. 또한 전체적인 기호성은 5.10점~5.50점으로 대조군 바지락젓갈과 초고압 처리 된 바지락젓갈 사이에 유의적인 차이가 없었다(P>0.05). 결과를 종합하면, 600 MPa 까지의 초고압 처리는 바지락젓갈의 품질에 부정적인 영향을 주지 않으며, PMA+Sarkosyl/RT-qPCR 분석방법을 이용해 휴먼노로바이러스 감염력 혹은 생존력을 구별하는 데 도움이 될 수 있음을 나타낸다. 더욱이, 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스에 대한 비가열 살균 기술인 초고압 처리는 품질적인 요인 및 관능적 특성을 최대한 유지할 수 있는 효과적인 비가열 살균법임을 알 수 있었다. 제 3장의 연구에서는 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스 감염력 혹은 생존력에 대한 전자선조사 처리의 효과를 조사했다. 또한 품질적인 요인(pH, Hunter colors)과 관능적인 특성(외관, 색상, 풍미, 조직감, 전체적 기호성)에 미치는 영향을 평가했다. 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스 생존력은 RT-qPCR을 수행하기 전에 PMA+Sarkosyl 핵산 삽입 염료로 처리하여 평가했다. 바지락젓갈에 접종한 휴먼노로바이러스는 전자선조사 흡수선량이 증가함에 따라 PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플과 PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플 중 모두 유의하게 감소하였다(P<0.05). PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플의 경우 휴먼노로바이러스는 최대 1.11 log 감소하였으며, PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플의 경우 휴먼노로바이러스는 최대 1.41 log 감소하였다. 또한 휴먼노로바이러스의 감소는 1-10 kGy까지 전자선조사 처리 후 PMA+Sarkosyl 전처리를 한 바지락젓갈 샘플의 평균 titer는 PMA+Sarkosyl 전처리를 하지 않은 바지락젓갈 샘플 보다 평균 0.22 log 이상 감소하였다(P<0.05). 품질적인 요인(pH, Hunter colors)및 관능적인 특성은 대조군 바지락젓갈과 전자선조사 처리 된 바지락젓갈 사이에 유의적인 차이가 없었다 (P>0.05). 결과를 종합하면, 10 kGy 까지의 전자선조사 처리는 바지락젓갈의 품질에 부정적인 영향을 주지 않으며, PMA+Sarkosyl/RT-qPCR 분석방법을 이용해 휴먼노로바이러스 감염력 혹은 생존력을 구별하는 데 도움이 될 수 있음을 나타낸다. 더욱이, 바지락젓갈에서 휴먼노로바이러스에 대한 비가열 살균 기술인 전자선 조사처리는 품질적인 요인 및 관능적 특성을 최대한 유지할 수 있는 효과적인 비가열 살균법임을 알 수 있었다.

물성조절기술을 적용한 고령친화식 전복장의 개발 및 품질특성

손숙경 경상국립대학교 대학원 2023 국내석사

본 연구는 전복을 활용한 고령친화식품을 개발하기 위한 일련의 연구로 물성(경도) 조절, 영양 강화 및 소화 개선을 통해 고령인들을 위한 고령친화식 전복장을 개발하고, 상품화를 시도하였다. 즉, 고령친화식 전복장의 제조를 위하여 1) 고령친화식품의 국내 기준규격(식품공전 및 한국산업표준)을 조사하고, 2) 전복의 물성 연화 기술을 개발한 다음, 이를 응용하여 고령친화식 전복장을 제조하여 상품화하고자 하였다. 아울러, 제조한 3) 고령친화식 전복장의 고도 이용을 위하여 품질특성에 대하여도 살펴보았다. 국내 고령친화식품의 기준규격은 식품공전의 경우 1) 성상이 고유의 색택과 향미를 가지며, 이미 및 이취가 없어야 하고, 2) 대장균군 n=5, c=0, m=0 (살균제품), 3) 대장균 n=5, c=0, m=0 (비살균제품), 4) 금속 이물 2 mm 이상 불검출, 5) 경도 500,000 N/m2 이하 (경도조절제품), 6) 점도 1,500 mpa·s 이상 (경도 20,000 N/m2 이하의 점도 조절 액상제품), 7) 영양성분 9종[고령친화식품의 100 g 당 단백질 6 g 이상, 비타민 A 70 µg RAE 이상, 비타민 C 10 mg 이상, 비타민 D 1.5 µg 이상, 리보플라빈(riboflavin, 비타민 B2) 0.14 mg 이상, 나이아신(niacin, 비타민 B3) 1.4 mg NE 이상, 칼슘 70 mg 이상, 칼륨 350 mg 이상 및 식이섬유 2.5 g 이상] 중 3개 이상 충족(영양조절제품)하여야 하는 것으로 제시되어 있다. 또한, 한국산업표준에서는 1) 성상의 경우 고유의 색택과 향미를 가지며, 이미, 이취 및 이물이 없어야 하고, 2) 대장균군 n=5, c=0, m=0 (살균제품), 3) 대장균 n=5, c=0, m=0 (비살균제품), 4) 물성의 경우 경도 1단계(50,000 초과-500,000 N/m2 이하), 경도 2단계(20,000 초과-50,000 N/m2 이하) 및 경도 3단계(20,000 N/m2 이하이면서 점도 1,500 mpa·s 이상) 중 하나에 속하여야 하며, 반드시 5) 영양성분 9종(고령친화식품의 100 g 당 단백질 6 g 이상, 비타민 A 75 µg RAE 이상, 비타민 C 10 mg 이상, 비타민 D 1.5 µg 이상, 리보플라빈 0.15 mg 이상, 나이아신 1.6 mg NE 이상, 칼슘 80 mg 이상, 칼륨 0.35 g 이상 및 식이섬유 2.5 g 이상) 중 1종 이상이어야 하는 것으로 제시되어 있다. 고령친화식품 제조용 대조구(무처리 전복)의 경도는 제3법의 경우 8,384.6×1,000 N/m2, 제1법의 경우 11,265.6×1,000 N/m2이었다. 이는 식품공전 및 한국산업표준에서 제시한 기준규격으로부터 고령친화식품 소재로서 부적합하여 전복의 물성 조절 기술이 필요하다. 생 전복의 물성 개선을 위한 두드림 처리(pounding)는 횟수[0-16회(4회 간격), 14회]별로 처리하였고, 이들의 경도는 제3법의 경우 (2,222.1-5,690.1)×1,000 N/m2, 제1법의 경우 (2,404.6-6,968.7)×1,000 N/m2으로 대조구(무처리 전복)의 경도에 비하여 낮았으며, 두드림 처리 횟수가 증가할수록 경도가 낮아졌다. 이때, 두드림 16회 처리한 생전복은 육 조직이 분리되는 경향이 있어 12회 처리(제3법이 2,553.5×1,000 N/m2, 제1법이 2,744.6×1,000 N/m2)한 전복이 적합하다고 판단되었다. 하지만, 이는 두드림 12회 처리한 것의 경도도 식품공전 및 한국산업표준에서 제시한 기준규격에 부적합하여 생 전복을 두드림 처리한 다음 반드시 다른 연화 공정이 동반되어야 할 것으로 판단되었다. 따라서, 두드림 처리(12회) 전복의 물성 조절을 위하여 레토르트 처리[레토르트파우치에 전복장용 소스를 넣고, 두드림 처리한 전복을 넣은 다음 열처리 타깃 온도(118℃ 및 121℃에서 처리)에 각각 도달한 후 5-25분(10분 간격) 가열]한 전복의 경도는 118℃의 경우 제3법이 (368.9-390.1)×1,000 N/m2, 제1법이 (274.5-307.8)×1,000 N/m2, 121℃의 경우 제3법이 (308.8-378.9)×1,000 N/m2, 제1법이 (227.4-298.2) ×1,000 N/m2이었다. 가열처리한 전복장의 중심온도가 높아질수록, 가열시간이 길어질수록 전복의 경도가 낮아졌으나, 중심온도가 121℃에서 25분 처리한 전복의 경우 이보다 단시간 처리한 전복보다 경도가 상승하여 121℃에서 15분 레토르트 처리한 전복장(경도 제3법이 308.8×1,000 N/m2 및 제1법이 227.4×1,000 N/m2)이 가장 적합하였다. 이때, 121℃에서 15분 레토르트 처리한 전복장은 식품공전의 경도조절제품으로 적합하였고 한국산업표준의 1단계 고령친화식품으로 분류되었다. 2단계 및 3단계 전복 고령친화제품 제조를 위한 물성 조절은 생전복을 효소(Flavourzyme) 농도(0.5% 및 1.0%)별 및 침지시간(1-5시간, 2시간 간격)별에 따라 처리하여 실시하고자 하였다. 효소 처리한 전복의 경도는 효소 농도 0.5% 및 1.0%에서 1-5시간 처리한 경우 0.5%가 제3법의 경우 (437.4-850.2)×1,000 N/m2, 제1법의 경우 (405.5-798.0)×1,000 N/m2, 1.0%가 제3법의 경우 (418.9-663.8)×1,000 N/m2, 제1법의 경우 (369.1-620.6)×1,000 N/m2으로, 효소 농도가 높을수록, 그리고 처리 시간이 길어질수록 물성이 연화되었고, 0.5% 효소 농도로 5시간 처리(제3법의 경우 437.4×1,000 N/m2, 제1법의 경우 405.5×1,000 N/m2), 1.0% 효소 농도로 3시간 처리(제3법의 경우 498.3×1,000 N/m2, 제1법의 경우 463.4×1,000 N/m2) 및 5시간 처리(제3법의 경우 418.9×1,000 N/m2, 제1법의 경우 369.1×1,000 N/m2) 만이 식품공전의 경도조절제품으로 적합하였고, 모두 한국산업표준의 1단계 고령친화식품으로 분류되었다. 효소 처리(1.0%, 5시간) 전복의 물성 조절을 위하여 쵸퍼로 마쇄 처리[쵸퍼 플레이트의 지름(4-14 mm, 2 mm 간격)]한 것의 경도는 (11.2-27.1)×1,000 N/m2이었고, 이는 식품공전의 경도조절제품에 적합하였으며, 쵸퍼 플레이트 지름 12 및 14 mm로 마쇄 처리한 전복은 한국산업표준의 2단계 고령친화식품으로 분류되었고, 쵸퍼 플레이트 지름 4-10 mm 범위로 마쇄 처리한 전복은 한국산업표준의 3단계 고령친화식품으로 분류되었다. 즉, 고령친화식 전복장의 공정 최적화를 위하여 중심합성계획에 따라 독립변수인 두드림 횟수(2-14회) 및 레토르트 처리 시간(5-19분)을 5단계로 부호화하여 11구의 시료구를 무작위적으로 제조한 다음 이들의 종속변수(경도 및 종합적 기호도)에 대하여 살펴보았고, 최적 조건은 두드림 횟수가 12회, 레토르트 처리 시간이 17분으로 확인되었다. 따라서, 고령친화식 전복장을 제조하기 위한 최적 공정은 다음과 같다. 이어서 껍질과 내장을 제거한 냉동 전복은 유수 해동한 후 육을 연화시키기 위해 두드림 기계(자체 제작)를 이용하여 12회 두드림 처리한 다음 레토르트파우치에 전복 무게 대비 동량의 전복장용 소스[간장(22%, v/w), 정제수(22%, v/w), 탄산음료(44%, v/w), 미림(11%, v/w), 고추씨(1%, w/w)]를 첨가하고, 이것을 121℃에서 17분 동안 레토르트 처리를 한 후 냉각하여 제조하였다. 위에 언급한 최적 조건으로 제조한 고령친화식품용 전복장의 대장균은 불검출이었고, 중금속은 납 0.06 mg, 총수은 0.00 mg 및 카드뮴 0.04 mg으로, 식품공전의 기준규격에 적합하여 위생적으로 안전하였다. 고령친화식 전복장의 성상은 고유의 색택과 향미를 가지고, 이미, 이취 및 이물이 없었고, 경도는 제3법의 경우 259.1×1,000 N/m2, 제1법의 경우 209.2×1,000 N/m2이었다. 고령친화식 전복장의 영양적 특성은 검체 100 g 당 일반성분의 경우 수분 72.1 g, 단백질 13.1 g, 조지방 0.5 g, 회분 2.0 g, 탄수화물 12.3 g이었고, 비타민중 리보플라빈 0.21 mg, 나이아신 9.8 mg NE, 비타민 A, 비타민 D, 비타민 C의 경우 모두 불검출이었다. 고령친화식 전복장의 100 g 당 무기질 함량은 칼슘 33.2 mg, 칼륨 258.7 mg, 철 10.4 mg, 아연 2.1 mg이었으며, 식이섬유는 불검출이었고, 염도는 1.6 g이었다. 또한, 고령친화식 전복장 100 g 당 총아미노산 함량은 12,440.9 mg이었으며, 주요 아미노산은 aspartic acid 및 glutamic acid과 같은 2종이었다. 고령친화식 전복장 100 g 당의 소화율은 각각 구강에서 69.5%, 위에서 71.0%, 소장에서 76.1%로, 고령자의 저작 기능 및 소화기능을 돕기에 용이하다고 판단되었다. 이상의 결과로부터 고령친화식 전복장의 성상, 대장균 및 중금속은 식품공전과 한국산업표준에서 제시한 모든 기준규격에 적합하였으며, 물성은 식품공전에서 제시한 경도의 분류 기준 내에 있어 경도조절제품으로 적합하였고, 한국산업표준에서 제시한 물성의 분류 기준 중 1단계 고령친화식품으로 분류되었다. 또한, 고령친화식 전복장의 영양성분은 고령친화식품으로서 식품공전과 한국산업표준의 기준에 적용하는 경우 모두 9종 중 3종(단백질, 리보플라빈, 나이아신)이 적합하였다. 따라서, 고령친화식 전복장은 고령친화식품으로서 식품공전에 적용하는 경우 경도조절제품 또는 영양조제제품 모두에 적합하였고, 한국산업표준의 기준에 적용하는 경우 제1단계 고령친화식품으로 분류되었다. This study was conducted to develop senior-friendly foods using abalone. We attempted to develop and commercialize trial abalone marinated in seasoned soy sauce (AM-S) for the elderly by adjusting the texture (hardness), strengthening nutritional components, and improving digestion. Therefore, for the production of trial AM-S for the elderly, we 1) investigated the domestic standards of senior-friendly foods [Ministry of Food and Drug Safety (MFDS) and Korean Industrial Standards (KS)], 2) developed and applied texture-softening technology to abalone in order to produce and commercialize trial AM-S for the elderly, and 3) the quality characteristics were scrutinized in order to advance the value of trial AM-S for the elderly. The MFDS and the KS present standards for senior-friendly foods. The MFDS presents standards on ① properties and condition (a product shall have its own unique shape, color and gloss without unusual taste or odor), ② coliform group (sterilized product) and ③ E. coli (non-sterilized product) (n=5, c=0, m=0 in both), ④ metallic foreign matters of 2 mm or longer (not detected), ⑤ hardness (hardness-controlled products) (500,000 N/m2 or more), and ⑥ viscosity (viscosity-controlled liquid products) (1,500 mpa·s or more in hardness of 20,000 N/m2 or less). ⑦ Of 9 nutrients, 3 or more of nutrients shall be higher than the specification presented (per 100 g, protein 6 g, vitamin A 70 µg RAE, vitamin C 10 mg, vitamin D 1.5 µg, riboflavin 0.14 mg, niacin 1.4 mg NE g, calcium 70 mg, potassium 350 mg, dietary fiber 2.5 g) (nutrient-controlled products). The KS presents standards on ① properties and condition), ② coliform group (sterilized product) and ③ E. coli (non-sterilized product), ④ metallic foreign matters of 2 mm or longer (the same as shown in standards of The MFDS), ⑤ hardness (50,000-500,000 N/m2 in the first step, 20,000-50,000 N/m2 in the second step, and less than 20,000 N/m2 with a viscosity of more than 1,500 mpa·s in the third step). ⑥ of 9 nutrients, 1 or more nutrient shall be higher than the specification presented (per 100 g, protein 6 g, vitamin A 70 µg RAE, vitamin C 10 mg, vitamin D 1.5 µg, riboflavin 0.15 mg, niacin 1.6 mg NE, calcium 80 mg, potassium 350 mg, dietary fiber 2.5 g). The hardness of raw abalone (control) used for producing senior-friendly foods was 8,384.6×1,000 N/m2 for the third method and 11,265.6×1,000 N/m2 for the first method. According to the standards presented by the MFDS and KS, this is unsuitable for senior-friendly foods, which indicates a need for abalone texture-softening technology. The raw abalone was pounded 0-16 times with four intervals in order to soften the texture. The hardness of treated abalone was (2,222.1-5,690.1)×1,000 N/m2 for the third method and, (2,404.6-6,968.7)×1,000 N/m2 for the first method, which was lower than the control. As the number of pounding treatments increased, the hardness demonstrated a decreasing trend. Considering the texture as a senior-friendly food material, the abalone pounded 12 times (2,553.5×1,000 N/m2 for the third method and 2,744.6×1,000 N/m2 for the first method) was the most appropriate, as raw abalone pounded 16 times often resulted in the separation of meat tissue. However, the hardness of the abalone pounded 12 times was still unsuitable according to the standard presented by the MFDS and KS. Therefore, additional softening process after pounding the raw abalone was believed to be necessary. Accordingly, the hardness of abalone that was pounded 12 times to soften the texture and subsequently heated in the retort [put the sauce for soak of abalone in a retort pouch, added the pounded abalone, and then heated for 5-25 minutes (10-minute interval) at 118℃ and 121℃] was (368.9-390.1)×1,000 N/m2 for the third method, (274.5-307.8)×1,000 N/m2 for the first method at 118℃ and (308.8-378.9)×1,000 N/m2 for the third method and (227.4-298.2)×1,000 N/m2 for the first method at 121℃. The hardness of the abalone softened as the core temperature of AM-S increased and the heating time passed. However, the hardness of the abalone treated at a core temperature of 121℃ for 25 min ascended higher than that of the abalone treated for a shorter time, indicating that the hardeness (308.8×1,000 N/m2 for the third method and 227.4×1,000 N/m2 for the first method) of the AM-S heated in a retort at 121℃ for 15 min was the most appropriate. Here, the heated AM-S in a retort at 121℃ for 15 min was suitable as a standard on the hardness of the MFDS and was classified as the first step of senior-friendly foods by the KS. For the production of the second step and the third step products as senior-friendly foods by the KS, the texture-softened abalone was conducted by treating raw abalone according to the enzyme (Flavourzyme) concentration (0.5% and 1.0%) and soaking time (1-5 hours at 2 hours intervals). The hardness of the abalone treated with 0.5% and 1.0% enzyme concentrations for 1-5 hours was (437.4-850.2)×1,000 N/m2, (418.9-663.8)×1,000 N/m2 for the third method, respectively and (405.5-798.0)×1,000 N/m2, (369.1-620.6)×1,000 N/m2 for the first method, respectively. The texture of abalone was softened as the enzyme concentration and treatment time increased. Textures of abalones treated with 0.5% enzyme concentration for 5 hours, with 1.0% enzyme concentration for 3 hours and 5 hours were 437.4×1,000 N/m2, 498.3×1,000 N/m2, 418.9×1,000 N/m2 for the third method, respectively and 405.5×1,000 N/m2, 463.4×1,000 N/m2, 369.1×1,000 N/m2 for the first method, respectively, which were appropriate as hardness-control products according to standard of the MFDS. They are all classified as the first step of senior-friendly foods by the KS. The hardness of the chopped [diameter of the chopper plate (4-14 mm, 2 mm intervals)] abalone treated with 1% enzyme concentration for 5 hours to soften the texture was (11.2-27.1)×1,000 N/m2, which was suitable as a hardness control product according to the MFDS. In addition, the abalones were chopped by choppers with diameters of 12–14 mm and 4-10 mm, and treated with a 1% enzyme concentration for 5 hours, which were classified as the second step and the third step, respectively, of senior-friendly foods by the KS. Processing optimization (number of pounding and heating time in a retort) using RSM (response surface methodology) was attempted to produce the trial AM for the elderly. Processing optimization of the trial AM-S for the elderly was investigated by using a central composite design of RSM. The number of pounding [X1, 2-14 number] and heating time in a retort [X2, 5-19 min] were chosen as independent variables, and hardness (Y1) and overall acceptance (Y2) were chosen as dependent variables. The experimental design consisted of 11 experimental points (trials), including three replicates of the central point. Trial order was completely randomized. The optimum conditions of X1 and X2 were 12 pounding and heating for 17 min in a retort. Accordingly, the optimum process for producing the trial AM-S for the elderly could be presented as follows. The pretreated (shelled and gutted) frozen abalone was thawed and pounded (12 times) with a pounding machine to soften the meat. For preparation of the trial AM-S for the elderly, the pounded abalone was put in a retort pouch, followed by the same amount of seasoned soy sauce based on the weight of the abalone [soy sauce (22%, v/w), water (22%, v/w), carbonated beverage (44%, v/w), cooking alcohol (11%, v/w), red pepper seed (1%, w/w)], heated at 121℃ for 17 minutes in a retort, and finally cooled. The food quality characteristics of the trial AM-S for the elderly prepared under optimum processing conditions were as followed. Escherichia coli was not detected in the trial AM-S for the elderly. Heavy metals per 100 g of the trial AM-S for the elderly were detected (lead 0.06 mg, mercury 0.00 mg, and cadmium 0.04 mg), which met the MFDS and confirmed that the product was hygienically safe. The physical properties of the trial AM-S for the elderly represented its own unique shape, color and gloss without unusual taste or odor, and the hardness was 259.1×1,000 N/m2 for the third method and 209.2×1,000 N/m2 for the first method. The nutrient contents of the trial AM-S for the elderly mentioned below was expressed in units per 100 g. The proximate composition of the trial AM-S for the elderly was moisture 72.1 g, crude protein 13.1 g, crude lipid 0.5 g, ash 2.0 g, and vitamin A, vitamin D, and vitamin C were not detected. The mineral content of the trial AM-S for the elderly was calcium 33.2 mg, potassium 258.7 mg, iron 10.4 mg, and zinc 2.1 mg. The dietary fiber was not detected, and the salinity was 1.6 g. Furthermore, the total amino acid content of the trial AM-S for the elderly was 12,440.9 mg, and the major amino acids were aspartic acid and glutamic acid. The digestibility of the trial AM-S for the elderly was 69.5% in the mouth, 71.0% in the stomach, and 76.1% in the small intestine. The digestibility in the digestive organs suggest that the trial AM-S for elderly is easy food to chew, swallow, and digest for the elderly. Because the sensory properties and the concentrations of E. coli and heavy metals in the trial AM-S for the elderly were below these reported safety limits, the trial AM-S for the elderly appeared safe as senior friendly foods. The texture (hardness) of the trial AM-S for the elderly was classified as a hardness controlled product of senior friendly foods by the hardness classification criteria presented in the MFDS, and was classified as the first step of senior friendly foods by the hardness classification criteria presented in the KS. Furthermore, the nutritional components of the trial AM-S for elderly were suitable in three kinds (protein, riboflavin, and niacin) of nine kinds for the standards and specifications of nutrients among the senior friendly foods presented by the MFDS and KS. Accordingly, the trial AM-S for elderly was classified as a hardness controlled product and nutrient controlled product by the standards and specifications of the senior friendly foods presented in the MFDS and classified as the first step of senior friendly foods by the standards and specifications of the senior friendly foods presented in the KS.

동치미 발효 중 젖산균과 Bacteriophage의 천이와 젖산균 Bacteriophage의 특성

박원정 가천대학교 일반대학원 2017 국내석사

한국인의 식생활에는 발효식품이 큰 비중을 차지하고 있다. 발효식품 중 김치류의 젖산균에 대한 관심이 대두대고 있으며, 김치 발효는 자연발효로써 제어와 조절은 온도를 이용하여 판매되고 있다. 따라서 본 연구에서는 발효 식품 중 동치미를 선정하여 발효 중 젖산균과 bacteriophage의 천이와 젖산균 bacteriophage의 특성에 대한 연구를 수행하고자 하였다. 동치미 발효 중 bacteriophage의 정량분석을 통해 정량적 천이가 발생하는지 확인하기 위하여, 숙주 비감염 bacteriophage 정량분석 방법에 대하여 연구하였다. 숙주 비감염 방법으로 flow cytometry와 형광현미경 방법을 선정하였으며, 기존에 사용하던 숙주감염방법의 plaque assay 방법을 기준으로 상관관계를 분석하였다. 상관관계를 분석하기 위해서는 상관계수 r값의 수치를 계산하였으며, 12개의 샘플을 분석한 결과 flow cytometry와 숙주 감염 분석방법의 Pearson 상관계수 분석결과 r=0.967로 96.7%의 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, R2값은 0.9352로 나타났다. 두 방법 간의 차이 추정치는 1.063으로 나타났다. EPM과 숙주 감염 분석방법의 Pearson 상관계수 분석결과 r=0.990로 99.0%의 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, R2값은 0.9811로 나타났다. 두 방법 간의 차이 추정치는 1.605으로 나타났다. 이 결과 3가지의 정량분석방법에 대하여 bacteriophage 정량분석에 상관성을 가지고 있는 것으로 분석하였다. Bacteriophage 정량분석 방법 중 flow cytometry 방법을 이용하여 상업적으로 판매되는 김치류와 젓갈류를 분석한 결과 flow cytometry를 이용하여 virus like particle 정량분석결과 4.26∼7.16 log event/ml까지 넓은 범위로 계수되었으며, 김치류에서 존재하는 virus 중 bacteriophage의 비율이 높은 것을 참고하여 bacteriophage의 존재를 예상할 수 있었다. 또한 김치에서 총 세균 중 젖산균의 비율이 평균 86%로 높은 것으로 보아 bacteriophage또한 젖산균을 숙주로 하는 bacteriophage라고 예상해볼 수 있다. 반면, 젓갈류는 전체 총 세균 중 젖산균의 비율이 45∼67%로 김치보다 낮은 비율을 나타냈다. 위의 결과를 바탕으로 동치미의 발효 중 젖산균과 bacteriophage의 정량분석에 대하여 분석하였다. 동치미의 발효는 4℃, 20℃로 나누어 발효하였다. 4℃ 발효 중 pH의 변화는 0일차 6.17부터 15일차 3.79까지 감소하는 추세를 보였으며, 20℃ 발효는 발효 1일차부터 3.98로 급격하게 감소하여 발효 15일차에는 3.41로 나타났다. 4℃, 20℃ 모두 발효가 시작됨에 따라 젖산균의 비율은 증가하며, virus like particle(VLP)의 정량 변화가 나타났다. 발효온도에 따라 4℃ 발효에서 bacteriophage의 정량변화는 2일차, 5일차 이고, 20℃발효는 1일차, 3일차에서 변화가 나타났다. 발효 온도에 따라 bacteriophage의 정량변화의 시기가 다르게 나타나며, 변화량도 차이가 나타났다. VLP의 변화가 나타나는 시기의 샘플의 미생물분석해본 결과, 각 시기의 우점종의 변화가 나타났다. 4℃ 발효의 0, 1, 3, 7, 10일차 발효 샘플에서 발효시기에 따른 우점종의 변화는 발효 초기, 중기의 우점종 Leuconostoc이고, 발효 후기는 Lactobacillus로 나타나는 것을 확인하였으며, Weissella는 초기 발효 이후부터 나타나지 않았다. 20℃ 발효는 온도가 높아 빠르게 발효되어 2일차에서 바로 Lactobacillus속이 우점종이고, Leuconostoc이 존재한다. 즉, 발효 중 젖산균의 천이에 대하여 분석하였다. 동치미의 발효 중 젖산균의 천이에 따른 bacteriophage의 변화를 분석하기 위하여 4℃발효 동치미에서 bacteriophage를 분리하였다. 그 결과 0, 1, 2, 3일차 샘플에서 총 17주의 bacteriophage를 분리하였다. 분리된 bacteriophage의 명명은 φ발효일차, 온도, 숙주균주 분리 번호의 순서로 지정하였다. 분리된 bacteriophage의 숙주 동정 결과 발효 0일차에서 Weissella cibaria 감염 bacteriophage 2주와 Enterobacter ludwigii 감염 bacteriophage 1주가 분리되었으며, 발효 1, 2, 3일차에서는 Leuconostoc lactis 감염 bacteriophage 12주, Leuconostoc citreum 감염 bacteriophage가 3주 분리되었다. 즉, 젖산균의 천이에 따라 bacteriophage 분리의 변화가 나타남을 확인하였다. 분리된 bacteriophage의 제한효소 패턴분석, 단백질 구조 패턴분석 등 통해 상동성, 상이성을 확인하여 서로 상이한 6주의 bacteriophage를 선별하였다. 6주의 bacteriophage에 대하여 Transmission Electron Microscopy를 이용해 형태학적 분석한 결과, Weissella cibaria 감염 bacteriophage는 Podoviridae의 형태를 가지고 있었고, Leocnostoc lactis와 Leuconostoc citreum 감염 bacteriophage는 Myoviridae의 형태를 가지고 있었다. 선별된 6주의 bacteriophage의 다양한 pH 안정성에 대하여 분석한 결과, 6주 모두 낮은 pH에서 안정성을 나타냈으며, 특히 φ1D. 4. 1은 pH 2에서 5.7 log PFU/ml 수준의 감소를 보였으나, 산성조건에 매우 안정성을 나타내는 것으로 나타났다. 그러므로 본 연구를 통하여 숙주 비감염 bacteriophage 정량분석에 대한 방법론적인 연구를 하였으며, 숙주 비감염 방법을 이용하여 다양한 발효식품의 virus like particle, 젖산균을 분석하였다. 그 중 동치미를 선정하여 bacteriophage의 정량분석을 통해 변화를 확인하였으며, 젖산균의 천이에 대하여 분석하였다. Bacteriophage의 분리를 통해 젖산균 천이에 따른 숙주감염균주의 변화를 확인하였다. 위 결과에 따라 동치미의 자연발효 중 젖산균 천이에 bacteriophage가 관여됨이 사료된다.

단속식 코로나 방전 플라즈마 제트를 이용한 식품살균 및 저장성 향상

이태훈 嘉泉大學校 2018 국내박사

식품의 보존성을 향상시키기 위한 가열 처리법은 높은 열처리로 인해 영양성분 파괴, 조직감, 색, 맛 등 식품의 품질 저하를 가져와 소비자들의 선호도가 감소하는 추세이다. 최근 소비자들은 천연 지향적인 품질을 요구하고 있으므로 이들 제품의 보존을 위해 열을 가하지 않거나 제한적인 열처리를 함으로서 고품질의 식품을 취식할 수 있는 비가열 살균 기술이 주목 받고 있다. 본 연구에서는 비가열 살균 기술의 하나인 인 저온플라즈마 발생 형태 중 corona discharge plasma를 기반으로 하여 단속식 처리방식을 접목시켜 개발한 intermittent corona discharge plasma jet(ICDPJ)처리 장치를 신선식품에 처리하여 품질변화를 일으키지 않고 살균하여 저장성을 높이는 것을 목적으로 한다. ICDPJ 처리장치는 DC 20 ㎸, frequency 18 ㎑ 전기에너지를 좌우에 있는 ring모양의 electrode에 코로나 방전형태로 발생시키고 송풍장지를 이용하여 토출구 밖으로 플라즈마 제트를 생성하는 형태의 저온 플라즈마 처리 장치에 treatment time controller를 이용하여 plasma-on time 과 plasma-off time을 설정하여 반복 작동할 수 있도록 만들어진 기기로 처리 대상식품의 온도상승을 최소한으로 하며 누적 저온플라즈마처리를 하도록 제작하였다. ICPDJ처리장치의 생성조건인 전류세기 2.0 – 3.0 A, span length 60 – 100 ㎜ 범위에서 가동하였을 때 온도는 최대 48.9℃까지 상승하였고 식품(신선 채소, 생선회, 육류)표면에서 최대 32.1℃ 까지 올라가 식품에 가열효과는 없었다. ICDPJ 처리에 따른 식중독 유래 미생물과 효모 및 진균류에 대한 살균효과를 확인하기 위하여 Eschrichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella Typhimurium, Bacillus cereus, Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus flavus, Vibrio parahaemolyticus 7종에 ICDPJ를 처리한 결과 7종의 균주 모두에서 ICDPJ 처리에 의한 살균효과를 확인하였고 누적 처리시간 120초에서 최소 1.73 - 5.86 log만큼 감소하였으며 전류 세기가 강할수록 토출구로부터 거리가 짧을수록 살균효과가 뛰어나 ICDPJ 처리조건 전류세기 3.0 A, 토출구로부터 거리 60 ㎜에서 최적 살균조건으로 확인하였다. 신선식품에 대한 ICDPJ의 살균효과를 확인하기 위하여 ICDPJ 최적 살균조건에서 처리한 신선채소는 누적처리시간 120초 처리 후 초기오염미생물 aerobic bacteria, yeast and molds, coliform bacteria, Bacillus spp. 가 1.01 – 1.41 log 만큼 감소하였고 생선회는 초기에 오염된 aerobic bacteria, yeast and molds에서 ICDPJ 처리 후 1.20 – 2.00 log 만큼 감소하였으며 육류에서는 aerobic bacteria, yeast and molds에서 1.34 – 1.87 log 만큼 감소하였다. ICDPJ 처리에 의하여 신선채소는 무게, 색차, 당도, 항산화능, Vitmin C, carotenoid, hardness에 대한 변화가 없었고 맛, 향, 식감, 색, 전체적인 느낌에 대한 관능평가에 대하여 ICDPJ 처리에 의한 차이를 보이지 않았다. 생선회와 육류의 ICDPJ 처리에 의한 무게, 색차, pH, 휘발성 염기질소함량 측정(VBN), 과산화 물가(POV), TBA가, hardness 측정에 대하여 품질의 저하를 확인할 수 없었고 생선회의 맛, 향, 식감, 색, 전체적인 느낌에 대한 관능평가에서 처리에 따른 차이를 보이지 않았다. ICDPJ 처리한 식품의 저장성을 상온(25℃)과 냉장(10℃)상태에서 보관하며 확인한 결과 신선 채소류에서 상온보관에서 3 – 6 일 정도 저장 기한이 증가하였고 냉장보관에서 6 – 9 일 정도 저장 기한이 증가하였다. 생선회는 상온보관에서 1 - 2 일 정도먹을 수 있는 기간이 증가하였고 냉장보관에서 3 – 4일 정도 먹을 수 있는 기간이 증가 하였다. 육류는 숙성과 유통, 판매 등을 위한 저장에 있어서 안전성을 증대 하고자 보관을 하며 미생물의 증가량으로 비교한 결과 미생물의 수가 8 log CFU/g이상 매우 심하게 오염될 때 까지 걸리는 기간이 상온보관에서 2 - 3일 증가하였고 냉장보관에서 6 – 9일 정도 증가하였다. ICDPJ 처리장치는 식중독유래 미생물과 효모 및 진균류 모두에 살균효과가 뛰어나 신선식품의 위생성을 향상시킬 수 있고 식품의 저장기간 증대 효과가 있으며 처리에 따른 품질 변화를 거의 일으키지 않는 특성으로 비가열 살균처리 장치로서 사용이 가능하고 신선식품에 적용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Development of biomimetic M13 phage sensors in the diagnosis of food allergy

신재환 중앙대학교 대학원 2022 국내석사

방사선 조사에 의한 phytic acid의 분해특성 및 항산화 활성

박희라 高麗大學校 2005 국내박사

본 연구는 phytic acid의 방사선조사에 의한 특성변화 및 항산화효과를 측정하기위한 연구로서, 먼저 phytic acid 분석방법을 비교검토하고, phytic acid의 함량이 많은 가공식품중 이유식을 선택하여 phytic aicd 함량을 분석하였다. 검토결과 AOAC법이 102%로 가장 좋은 회수율을 보였으며, Wade reagent방법은 94%, HPLC-RI법은 79% 그리고 GC방법이 72%로 가장 낮은 회수율을 나타냈다. 또한 국내에서 생산되는 대표적인 이유식 5가지를 선택하여 고전압 전기영동을 실시한 결과 모두 phytic acid (IP6)와 IP5가 미량으로 확인되었다. AOAC방법을 이용하여 국내 유통중인 이유식 (7회사 27종)에 대한 phytic acid의 함량을 모니터링한 결과 습식을 기준으로 11~487 mg/100g이었으며, 건식을 기준으로 61~634 mg/100g으로 측정되었으며,특히 현미와 야채의 비율이 높을수록 phytic acid함량이 많은 것으로 나타났다. 방사선 조사에 의한 phytic acid의 분해특성 및 항라디칼, 항산화 활성을 평가하기 위하여, phytic acid를 수용액 모델에서 방사선 조사(0-20 kGy) 후 기존 항산화제 (ascorbic acid, tocopherol, BHA)와의 항산화 특성을 비교하였다. 방사선 조사 후 phytic acid의 조사분해를 확인할 수 있었고, 조사선량이 증가함에 따라 그 분해정도가 유의적으로 증가하였으며, phytic acid의 농도가 증가함에 따라 방사선 조사분해 정도가 감소하였다. 또한 방사선 조사된 phytic aicd의 구조적 변화를 살펴보기 위해 free phosphorus함량을 측정한 결과 방사선 조사선량이 증가함에 따라 phosphorus함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 방사선 조사 시 수분으로부터 생성된 hydroxy radical, 수화전자, 수소원자 등 이러한 라디칼 및 이온들의 영향으로 다른 성분들의 조사분해를 유도하고, 또한 phytic acid구조의inositol ring으로부터 free phosphorus를 분리시키는 것으로 사료된다. Phytic acid의 항산화 특성 변화를 측정한 결과 방사선 조사된 phytic acid의 경우 DPPH 라디칼 소거능이 형성되었으며, 조사선량 및 phytic acid의 농도가 증가함에 따라 그 활성이 증가하는 것으로 나타났다. Phytic acid의 환원력 측정에서도 방사선 조사가 phytic acid의 환원능력을 상승시키는 것으로 나타났으며, 저장동안 유지산패의 억제효과 또한 유지모델에서 기존 항산화제보다 phytic acid의 항산화성이 유의적으로 높았고, 방사선 조사에 의해 유지 혹은 다소 상승되는 것으로 나타났다. 육모델을 이용한 유지산패 억제효과도 현재 상업적으로 사용되고 있는 ascorbic acid 보다도 방사선 조사된 phytic acid가 항산화효과가 높은 것으로 나타났다. 그리고 포장효과에서는 진공포장 조건에서 지방산화를 억제하는데 더 유용한 결과를 보였다. Phytic acid는 육색소 안정성에도 효과가 있었는데 적색 및 헴철의 유지능과 산화에 의한 metmyoglobin생성을 저하시키는데로 효과가 있는것으로 나타났다. 따라서 방사선 조사는 phytic acid의 조사분해와 동시에 여러가지 항산화 특성을 증대시킬 수 있는 것으로 사료된다