KR100616082B1 - 풍미가 증진된 우유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우유의 풍미를 증진시키고 신선도를 오랫동안 유지시키기 위한 우유 제조방법에 관한 것으로 좀더 상세히는 우유의 제조과정 중 원유의 살균과정 전단계에 질소치환공정과 탈기공정을 배치하여 우유에 남아 있는 용존산소와 이미 이취 성분 등을 제거하여 후레쉬한 맛의 우유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이미 이취, 질소치환, 탈기

Description

풍미가 증진된 우유의 제조방법{A manufacturing method to improve flavor and taste of milk}

도 1은 본 발명의 우유제조 공정도이다.

1: 원유 공급관 2: 원유저장 탱크

3: 질소 공급부 4: 혼합믹서기(mixer)

5: 질소치환 탱크 6: 발란스 탱크

7: 예열기 8: 탈기 장치(deodorizer)

9: 균질기 10: 살균유 저장탱크

11: 질소 공급부 12: 출구(outlet)

도 2는 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 우유의 관능평가에 대한 분석도이다.

본 발명은 우유의 풍미와 신선도를 증진시키기 위한 우유 제조방법에 관한 것으로 좀더 상세히는 원유에 포함되어 있는 이미 이취 성분과 용존산소량을 우유 제조과정 중 물리적인 방법을 통하여 감소시킨 후 살균처리를 진행함(이하 명세서에서 "GT 공법"이라 명명함)으로써 우유 본래의 신선한 맛과 풍미를 증진시키고 유통 중 신선도가 오래 유지될 수 있는 우유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

국산 낙농산업 구조는 대규모 농장으로 점차 변화되고 있지만 아직은 소규모 낙농가를 중심으로 기반이 구성되어 있기 때문에 젖소 사양기술, 원유 위생관리 수준 등이 과거에 비해서 선진화되었다고는 하나 아직도 낙농선진국에 비해서는 열악한 수준이다. 특히 소규모로 구성된 국내 낙농가는 유기질 목초사료 대신 동물성 농후사료에 대다수 의존하고 있고, 방목대신 비좁은 축사에서 사양관리가 이루어지기 때문에 목장취, 사료취, 저급지방산 등에 의한 이미 이취(off-flavor)의 발생이 원유에 악영향을 미칠 수 있다. 특히 전체적으로 동물성 농후사료 의존도가 높은 동절기에는 그 영향이 더욱 커진다. 이미 이취는 휘발성 저급 화합물이 그 성분들로서 플레이트 타입(plate type), 관 타입(tubular type) 방식과 같이 밀폐공간에서 살균처리를 하는 간접 살균방식 과정에서 휘발되지 않고 다른 성분들과 화학반응을 일으켜 발생되는 것으로 우유의 깨끗한 맛을 떨어뜨리는 큰 요인으로 작용한다.

또한, 원유에는 공기가 용해되어 있으며, 이의 함량은 착유 젖소의 혈관(bloodstream) 중 공기함량에 의해 결정된다. 일반적으로 산소농도는 낮고 이산화 탄소 함량은 높은 편이나 우유 제조과정 중에 공기 중에 노출되므로써 산소는 용해되고 CO₂가 방출된다. 원유 속의 공기성분 중 일부는 원유에 용해되어 있는 것이 아니라 분산상으로 존재하며 유지방에 붙어있게 된다. 표 1은 일반원유에 함유되어 있는 가스의 함량을 부피%로 나타낸 것이다(출처: Dairy Processing Handbook, 1995).

	산 소	질 소	이산화탄소	전체 가스 량
최 소	0.30	1.18	3.44	4.92
최 대	0.59	1.63	6.28	8.50
평 균	0.47	1.29	4.45	6.21

상기 언급한 바와 같이 원유 중 이미 이취 성분과 공기, 특히 산소는 종합적으로 우유에 신선한 맛을 저해하는 요인으로 작용한다. 우유를 장기보존하기 위해서 130℃이상의 고온에서 2~4초간 살균처리를 해야 하는데 이 때 상기의 성분들이 가열취(heated smell)라 불리는 황화합물을 생성하여 우유의 후레쉬한 맛이 떨어진다. 황화합물의 대표 향기성분은 디메틸설파이드(dimethyl sulfide)로서 이것은 살균 우유제품에서 맛과 향을 가장 크게 떨어뜨리는 성분이다. 따라서 우유의 후레쉬한 맛을 살리기 위해서는 살균과정에서 발생하는 디메틸설파이드의 생성을 최대로 억제시켜야 한다.

따라서, 살균처리 전에 이미 이취 성분과 산소의 함량을 최대한 줄여서 우유의 여러 관능적인 항목(우유풍미, 달콤한 맛, 부드러움, 고소함, 목 넘김, 끝맛 등)이 이상적으로 조화가 되도록 하여야 한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래 기술로는 대한민국 공개특허 제2004-27731호에는 이러한 문제들을 제거하기 위하여 원유 중 용존산소를 노즐을 이용한 질소가스 치환장치에 의해 줄여주고 살균한 후 우유 가열취를 진공챔버에서 제거하는 방법에 대하여 기재하고 있으며, 일본 공개특허 제2001-78665호는 우유의 자연스런 맛이 살아나도록 가열취 원인물질인 황화합물 생성을 최소화하기 위하여 물리적으로 원유에 질소가스를 강제혼합과 노즐을 통해 분무하는 방법을 병행하여 용존산소 농도를 2ppm이하로 낮추어 살균하는 방법에 대하여 기재하고 있다.

그러나, 상기 발명들은 질소가스 치환공정으로 원유 중 용존산소량은 감소시킬 수 있으나 국내 원유 특성상 취약한 이미 이취 성분인 휘발성 저급 화합물들은 그대로 잔존하게 되어 밀폐조건으로 살균을 실시할 경우 휘발되지 않고 열에 의한 화학반응이 초래되어 우유의 깨끗한 맛이 떨어지는 문제점이 남아 있다.

질소가스 치환과정 중 발생되는 미세거품을 제거하기 위하여 상기 한국 공개특허 제2004-27731호에서는 원유와 질소가스를 혼합하여 노즐을 통해 3~3.5 bar의 고압으로 질소가스 치환탱크에 분무하여 거품생성이 진행되지 않게 하였으며, 일본 공개특허 제2001-78665호에서는 원유에 원유 용적대비 40~50% 질소가스를 투입하여 강제 혼합하여 노즐을 통해 분무하는 방법으로 생성된 거품을 제거하는 방법이 사용되고 있으나, 상기 두 발명 모두 미세거품 생성을 완벽하게 차단하는 데 한계가 있기 때문에 균질 및 살균효율 저하 등의 문제점이 잠재하고 있으며, 노즐을 통하여 원유를 높은 압력으로 분무할 경우에 지방입자의 크기가 큰 지방구의 경우에는 지방구를 둘러싼 피막 단백질에 물리적인 손상을 줄 수 있으며, 이에 따라 손상된 지방구는 미생물 또는 미생물 효소(lipase, Protease)등에 공격받기 쉬워 연속 살균 공정에 곧바로 투입되지 않고 대기하는 경우에는 우유 풍미에 악영향을 줄 수 있다.

그리고, 상기 양 발명 모두 질소치환 공정에서 투입되는 질소가스의 양과 질소가스투입공정에 소요되는 비용 등에 따라 제품 원가상승의 문제가 발생하며, 상기 국내 발명의 경우 전량을 노즐을 통하여 분무할 경우 분무시간이 오래 소요되고 질소가스치환 설비를 대용량으로 설치하여야 하므로 비용이 많이 들어 효율적인 측면에서 실용화에 어려움이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 본 발명은 살균처리를 하기 전에 원유 중 용존산소(DO)와 이미 이취(off-flavor) 성분을 동시에 제거하여 가열취가 생기는 것을 막아 좀더 후레쉬한 우유를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 밀폐 환경 하에서 살균처리하여 발생되는 가열취를 근본적으로 제거하기 위하여 원유 중의 이미 이취 성분과 용존산소를 효과적으로 제거하여 우유 제조과정에서 맛을 저감시키는 황산화물들의 생성률을 낮추어 우유 본래의 맛을 살리고 신선도가 오래가도록 하는 것이다.

또한, 본 발명은 살균유의 저장탱크에 질소가스를 주입하여 보관 중에도 산소와의 접촉을 차단하여 용존산소량이 증가되지 않도록 하는 공정을 추가하는 우유 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 설비비용을 낮추고, 원가절감, 우유 제조시간 단축 등의 효율적인 방법을 모색한 결과, 원유 질소치환 장치에 탈기장치를 접목시켜 살균이전의 제조공정에 적용하여(GT 공법) 우유의 신선도와 풍미를 유지시키도록 하는 우유 제조방법을 개발하였다.

본 발명은 원유를 살균, 냉각, 보관하는 공정으로 이루어지는 우유제조방법에 있어서,

원유를 살균하는 공정 전에 원유의 부피 기준으로 15~20%의 질소가스를 원유에 투입하고 혼합하여 용존산소 농도를 5ppm 이하로 낮추는 질소치환공정과,

상기 질소치환된 원유를 50~60℃로 예열하고 0.1~0.7bar의 진공압력하에서 탈기하여 용존산소 농도를 2ppm 이하로 낮추고 질소치환공정 중 발생한 미세기포와 잔존하는 이미 이취 성분을 제거하는 탈기공정을 수행하여 풍미가 증진된 우유의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 살균된 우유를 보관하는 공정에서 질소가스를 주입하여 산소와의 접촉을 차단하는 질소충진 공정을 추가하는 것을 특징으로 한다.

뿐만 아니라, 본 발명은 원유를 살균, 냉각, 보관하는 공정으로 이루어지는 우유 제조방법에 있어서,

원유를 살균하는 공정 전에 원유를 50~60℃로 예열하고 0.1~0.7bar의 진공압력하에서 탈기하여 용존산소 농도를 2ppm 이하로 낮추고 잔존하는 이미 이취 성분을 제거하는 탈기공정을 거쳐 살균, 냉각한 후 살균유에 질소를 충진하여(GT 공법) 풍미가 증진된 우유의 제조방법에 관한 것이다.

즉, 살균 전에 상기 조건으로 탈기공정을 수행하여 용존산소의 양을 조절하고 원유의 이미 이취 성분을 제거하여 가열취가 발생하는 것을 미리 억제할 수 있다.

불활성 기체인 질소는 공기 중에 대량으로 존재하여 비교적 비용이 저렴하고 더욱이 안전성이 확인되어 있음과 동시에 우유의 맛에 영향을 주지 않기 때문에 산소와의 치환가스로 사용하기에 적절하다. 원유의 용존산소를 질소가스로 치환하면 보존중 호기성, 호냉성 세균의 증식을 억제할 수 있기 때문에 원유의 품질을 유지시키기에 유리한 점이 많이 있다.

그리고, 본 발명의 탈기장치는 진공 챔버 속으로 원유 주입구의 표면적을 넓게 하여 주입함으로써 원유 중 미세기포와 잔존 질소가스 및 이미 이취 성분들을 진공조건하에서 빠르게 소거하는 원리이다. 한편, 탈기공정을 통해 원유 중에 용존산소를 제거 할 경우에 우유의 향기성분이 같이 제거되기 때문에 문제가 된 바 있으나, 본 발명에서는 이를 검토하여 탈기장치를 가동시 원유의 예열 온도조건과 진공압력 조건을 최적화하여 우유 본래의 맛과 풍미가 살아날 수 있도록 고려하였다.

이하, 본 발명의 구성을 도면과 실시예를 통해 자세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 원유의 질소치환 공정

원유 중 용존산소(DO)를 불활성가스인 질소가스로 치환하기 위하여 원유의 용적기준으로 20%의 질소가스를 투입해서 혼합믹서(4)를 이용하여 2,000ℓ질소가스 치환탱크(5)로 12,000ℓ/hour의 이송속도로 용액공급 파이프로부터 탱크 기벽에 박막상태로 흘려보내 공급과 동시에 30rpm으로 저속교반하여 질소가스 치환효율을 높였다. 그 결과 질소가스 치환탱크 내의 기체상태의 산소농도가 약 7.0%(v/v) 이하인 때의 용존산소 농도를 측정한 결과 5ppm을 하회하였다.

실시예 2: 질소 치환된 원유의 탈기공정

본 실시예는 실시예 1에서 질소가스로 치환된 원유를 탱크(5)에서 대기시키지 않고 바로 탈기장치(Deodorizer)(8)를 가동하여 질소가스 치환 중 발생된 미세기포와 잔존 질소가스, 이미 이취 성분을 제거하였으며 용존산소 농도를 2ppm으로 낮추었다.

이 때, 탈기공정은 원유의 예열온도를 무리하게 높일 경우 또는 탈기장치의 진공압력을 무리하게 높일 경우 우유의 고유한 풍미까지 제거하는 문제점이 발생하기 때문에 원유의 예열 온도조건과 탈기장치 진공압력을 적절히 조절하여 탈기장치를 가동시켜 최적조건을 설정하였다.

탈기공정의 조건의 최적화를 위하여 실시예 1에서 용존산소 농도를 5ppm 이하로 낮춘 원유를 예열기(7)를 이용하여 각각 50℃, 60℃, 70℃로 온도를 달리하고 탈기장치의 진공압력을 0.1bar~1.0bar로 조절한 후 탈기공정을 실시한 후 130℃ 이상에서 2~4초간 살균처리하였다. 탈기조건을 달리하여 제조한 각각의 우유에 대해서 용존산소 농도와 현미경을 통해 미세기포 잔존유무를 확인하고, 그 결과는 표 2에 나타내었다.

탈기 조건	용존산소 농도(ppm)/미세버블
	50℃	60℃	70℃
0.1 bar	4.8/+	4.2/±	4.0/-
0.3 bar	4.0/±	2.8/-	2.0/-
0.5 bar	3.6/-	2.5/-	2.0/-
0.7 bar	3.0/-	2.0/-	1.6/-
1.0 bar	2.0/-	1.6/-	1.0/-

- : 우유 중 미세기포가 없음

±: 우유 중 미세기포가 약간 있음

+ : 우유 중 미세기포가 눈에 많이 띰

상기 결과에서 알 수 있듯이 원유의 예열온도와 탈기장치의 진공압력을 높일 경우에 용존산소 함량이 감소하여 높은 온도에서 탈기압력이 1.0 bar일 때 용존산소량이 최저 1.0ppm까지 감소하였다. 현미경 검경 결과, 미세기포는 50℃ 가온 후 탈기압력을 0.5 bar 이상 또는 60℃ 가온 후 탈기압력을 0.3 bar 이상, 70℃ 가온 후 탈기압력 0.1bar 이상의 조건에서 미세기포가 완전히 제거됨을 확인하였다.

실시예 3: 탈기 공정의 조건에 따른 관능검사

실시예 2에서 제조된 우유를 50명의 전문 패널을 대상으로 관능평가를 실시하였다. 관능검사 결과는 표 3과 같다.

	관능 평가
	50℃	60℃	70℃
0.1 bar	Ｏ	◎	◎
0.3 bar	◎	◎	◎
0.5 bar	◎	◎	◇
0.7 bar	◎	◇	◇
1.0 bar	◇	◇	◇

주) 관능평가(일반 우유와 비교 시 차이)

Ｏ: 차이가 있다

◎: 통계적으로 유의적 차이가 있고, 후레쉬한 우유 맛이 그대로 살아있다.

◇: 통계적으로 유의적 차이가 있으나, 우유풍미가 떨어진다

상기 관능평가의 결과와 같이, 원유 예열온도 50℃에서 탈기장치 진공압력을 0.3bar~0.7bar, 60℃에서 진공압력을 0.1bar~0.5bar 및 예열온도 70℃에서 진공압력을 0.1bar~0.3bar일 때 기존 일반우유 제품과 맛에서 유의적 차이가 나타났으며, 후레쉬한 맛과 우유의 풍미를 충분히 살릴 수 있었다.

실시예 4: 선호도 조사

원유를 질소가스로 치환하여 용존산소 농도를 5ppm 이하로 낮춘 다음 탈기조건을 원유 예열온도 70℃에서 탈기장치 진공압력을 0.3bar로 하여 다시 용존산소를 2ppm 이하로 낮춘 후 살균, 냉각공정을 거쳐 우유를 제조하였고, 대조군으로는 질소치환과 탈기처리를 하지 않은 원유를 상기와 동일한 살균 및 냉각 처리하여 제조하였다. 대조군을 기준으로 전문패널(50명)을 이용하여 맛의 차이를 조사함과 동시 에 헤드페이스(head space) 분석법으로 향기성분 즉 디메틸 설페이드의 함량을 분석하였다. 결과는 아래 표 4, 5와 같다.

	대조군	본 발명의 우유
풍미 차이	-	5%유의적 차이 있음
선호도(선호인/전체 수)	10/50	40/50

	대조군	본 발명의 우유
Dimethyl sulfide(ppb)	79	10

표 4와 같이 원유를 질소치환 및 탈기처리(Deodorizer)한 결과, 풍미와 선호도 조사 결과 유의적인 차이를 나타냈다(카이자승 검정법, 5% 유의수준).

실시예 5: 관능평가

미각이 뛰어난 전문 패널요원 15명을 선발하고 우유 맛의 묘사항목에 정의를 인식시키고, 묘사항목에 대한 강도별 훈련을 실시하여 최종 10명의 전문 패널리스트를 선발하였다. 각 묘사항목에 대한 평가결과는 15cm 선 위에 그 정도를 표시하도록 하여 그 길이의 평균으로 정량적 묘사분석을 실시한 결과를 표 6 및 도 2에 나타내었다.

	우유 풍미	단맛	진한맛	부드러운맛	후레쉬한 맛	끝맛	목넘김 느낌	기호도
대조군	9.4	8.3	8.6	7.5	7.0	8.0	7.5	8.0
본 발명의 우유	10.5	8.4	8.7	8.0	9.0	8.8	9.0	10.0

단위) cm

맛 묘사분석 결과 대조군에 비해 질소치환 및 탈기처리한 본 발명의 우유에 대한 평가가 전체적으로 우수하며, 특히 후레쉬한 맛, 끝맛과 목넘김 느낌 등이 매우 뛰어난 것으로 조사되었고 기호도 또한 우수하였다(도 2).

실시예 6: 살균유 보관시 질소충진에 따른 신선도 유지 측정

살균유 저장탱크(10)에서 산소와 접촉을 최대로 차단하기 위해 탱크 헤드스페이스에 질소가스를 주입하였다. 용존산소 농도를 원유 질소치환 및 탈기장치(Deodorizer)를 이용하여 감소시키고 살균처리한 살균유를 저장탱크로 이송시 탱크내 존재하는 산소와의 접촉은 제품의 품질을 떨어뜨리는 부분 요인이 된다. 따라서 보관 중 불활성 질소가스를 탱크 상단에 자동 주입하는 질소가스 컨트롤 시스템을 구축하여 제품이 산소와의 접촉을 최대로 차단시켰다.

따라서, 살균유 저장탱크에서 산소와의 접촉차단은 살균유의 용존산소 증가율을 완화시키고 포장 후 제품 유통기간 중 신선도를 유지시킨다. 이에 용존산소에 의한 지방산패의 부산물인 메틸케톤(methyl ketone)류가 많이 검출될수록 신선도가 떨어지게 된다. 따라서, 그 대표적인 물질인 2-Butanone의 함량변화를 조사하였다. 우유의 유통 중 신선도를 확인하기 위하여 일반우유 대조군과 본 발명의 우유를 15일간 10℃에서 보관하고 맛의 변화를 표 7에, 2-Butanone 함량의 차이를 표 8에 나타내었다.

	보존 일 수
	1	3	5	7	9	11	13	15
대조군	-	-	-	-	-	±	+	++
본발명의우유	-	-	-	-	-	-	-	-

- : 맛에서 문제점 없음

± : 약간의 맛에 차이는 있으나 거의 차이를 알 수 없음

+ : 약간 지방산화 냄새를 느낄 수 있다

++ : 지방산화 냄새가 있음

	보존일 수
	0	15
대조군	57 ppb	75 ppb
본 발명의 우유	57 ppb	60 ppb

상기 표 7, 8에서 확인할 수 있듯이, 질소치환 및 탈기처리된 본 발명의 우유를 질소충진하여 보관 중에도 산소와의 접촉을 차단한 결과, 일반우유에 비해 시간경과에 따른 맛의 변화가 거의 없고 양호한 맛을 유지하였다. 또한 지방산패의 대표물질로서 2-Butanone 생성율이 낮아 관능검사의 결과를 뒷받침하였다.

이상과 같이 본 발명은 살균 전에 탈기공정을 진행하여 이미 이취, 잔존 질소가스, 미세거품 그리고 용존산소를 최소화함으로써 살균처리로 인한 가열취 즉, 황화합물의 생성을 미연에 최소화하여 신선한 맛과 풍미를 갖는 우유를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 기존 원유 저장설비에 적은 양의 질소가스를 투입하여 원유 중 용존산소 농도를 5ppm 이하로 조절한 후 탈기장치(Deodorizer)를 이용하여 우유 풍미를 그대로 보존하면서 2차로 용존산소를 2ppm이하로 낮추어 살균함으로써 후레 쉬한 맛과 목넘김 느낌이 더욱 향상된 우유를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명은 살균유 저장탱크 상단의 헤드스페이스(head space)에 공기대신 질소가스를 주입하여 제품의 산소와의 접촉을 최대로 차단시켜 우유의 신선도를 오래 유지할 수 있도록 한다.

Claims (3)

1. 원유를 살균, 냉각, 보관하는 공정으로 이루어지는 우유제조방법에 있어서,

   원유를 살균하는 공정 전에 원유의 부피 기준으로 15~20%의 질소가스를 원유에 투입하고 혼합하여 용존산소 농도를 5ppm 이하로 낮추는 질소치환공정과,

   상기 질소치환된 원유를 50~60℃로 예열하고 0.1~0.7bar의 진공압력하에서 탈기하여 용존산소 농도를 2ppm 이하로 낮추고 질소치환공정 중 발생한 미세기포와 잔존하는 이미 이취 성분을 제거하는 탈기공정을 수행하여 풍미가 증진된 우유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 살균된 우유를 보관하는 공정에서 질소가스를 주입하여 산소와의 접촉을 차단하는 질소충진 공정을 추가하는 것을 특징으로 하는 풍미가 증진된 우유의 제조방법.
3. 원유를 살균, 냉각, 보관하는 공정으로 이루어지는 우유제조방법에 있어서,

   원유를 살균하는 공정 전에 원유를 50~60℃로 예열하고 0.1~0.7bar의 진공압력하에서 탈기하여 용존산소 농도를 2ppm 이하로 낮추고 잔존하는 이미 이취 성분을 제거하는 탈기공정을 거쳐 살균, 냉각한 후 살균유에 질소를 충진하여 풍미가 증진된 우유의 제조방법.

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