KR20160073066A - 고전압 펄스 전기장 처리 및 저온 가열 살균을 이용한 우유의 살균방법 및 이에 따라 살균된 우유 - Google Patents

고전압 펄스 전기장 처리 및 저온 가열 살균을 이용한 우유의 살균방법 및 이에 따라 살균된 우유 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원유 본연의 단백질이 보존되는 우유의 살균방법 및 이에 따라 살균된 우유에 관한 것으로 원유(原乳)를 회분식 또는 연속식 처리 용기에 투입하는 단계; 및 상기 원유에 전기장 1 내지 50 kV/cm, 주파수 50 내지 200 Hz 및 에너지 100 내지 300 kJ로 고전압 펄스 전기장 처리를 1 내지 50회 수행하는 단계;를 포함함으로써, 종래 가열 살균방법에 비하여 원유 본연의 단백질 보존율이 높으며 저장성이 증가된다.

Description

고전압 펄스 전기장 처리 및 저온 가열 살균을 이용한 우유의 살균방법 및 이에 따라 살균된 우유{Sterilization method of milk using pulsed electric field and low temperature long time, and sterilized milk therefrom}
본 발명은 저온 가열 살균 및 고전압 펄스 전기장을 이용함으로써, 종래 가열 살균방법에 비하여 원유 본연의 단백질 보존율이 우수하며 저장성이 증가된 우유의 살균방법 및 이에 따라 살균된 우유에 관한 것이다.
유가공품의 살균 또는 멸균 공정은 따로 정하여진 경우를 제외하고는 축산물 가공기준 및 성분규격(농림수산검역검사본부 고시)에 따라 저온장시간 살균법(LTLT, 63 내지 65 ℃, 30분), 고온단시간 살균법(HTST, 72 내지 75 ℃, 15초 내지 20초), 초고온순간 살균법(UHT, 130 내지 150 ℃, 0.5초 내지 5초) 또는 이와 동등하거나 그 이상의 효력을 가지는 방법으로 실시하여야 한다.
또한, 살균 제품에 있어서는 살균 후 즉시 10 ℃ 이하로 냉각시켜야 하고, 멸균 제품은 멸균한 용기 또는 포장에 무균공정으로 충전 및 포장하여야 한다고 규정되어 있어 유제품을 생산하기 위해서는 많은 에너지가 살균 및 냉각에 사용되고 있는 실정이다.
현재 시중에 판매되고 있는 우유의 대부분은 130 ℃에서 2초 이상 살균하는 초고온순간 살균법으로 살균된 우유로서 상기와 같은 살균 온도조건의 고온에서 우유를 살균할 경우, 소위 가열취라고 하는 원인 물질인 황화합물이 생성되어 우유의 풍미를 손상시키는 문제가 있다.
이렇게 생성된 황화합물의 주요 물질은 다이메틸 설파이드(dimethyl sulfide) 및 다이메틸 다이설파이드(dimethyl disulfide)이고, 이와 같은 물질들은 가열 살균한 제품의 풍미를 손상시키기 때문에 살균시 황화합물의 생성을 억제시키는 것이 필요하다. 상기의 황화합물의 생성을 억제하기 위해서 살균온도를 낮추면 황화합물의 생성을 억제할 수 있으나, 미생물적으로 안전한 제품의 생산을 위해서는 살균온도 130 ℃에서 2초 이상으로 하는 것이 절대적으로 필요하며 이 같은 조건에서 살균을 수행하면, 필연적으로 황화합물의 생성을 막을 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기와 같이 가열을 이용한 우유 살균법을 사용하는 경우, 열에 약한 우유의 유청단백질은 단백질 변성이 일어나고, 수용성 비타민인 티아민, 리보플라빈, 비타민 B12의 손실을 가져온다.
한편, 고전압 펄스 전기장 기술(pulsed electric field, PEF)은 고전압을 시료에 가하여 세포막을 선택적으로 붕괴시키는 비 가열 처리 기술로서, 상기 PEF 기술은 주로 액상 식품인 주스, 우유 및 발효유 등의 비 가열살균을 위한 연구가 많이 이루어지고 있다. 그러나 고전압 펄스 전기장 기술은 이러한 살균효과에만 국한되지 않으며 최근에는 건조, 추출, 효소 불활성화, 스트레스 반응을 통한 대사체 연구도 이루어지고 있다.
고전압 펄스 전기장 장치 설비의 경우 전기발생 장치 이외에 특별히 별도의 설비기를 필요치 않아 간단하게 현장 적용이 가능하며, 기기장치의 도입 비용도 저렴하고 처리비용도 저렴하여 열에너지에 대한 절약 효과가 뛰어나며, 연속적 공정으로 사용이 가능하여 식품 가공 기술로서 다양한 적용을 시도할 수 있다.
따라서, 풍미를 손상시키지 않으면서 상기와 같은 단백질을 포함하는 영양 성분의 변성을 최소로 할 수 있는 우유의 살균방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0696703호 대한민국 등록특허 제10-1413091호
본 발명의 목적은 종래 가열 살균방법에 비하여 원유 본연의 단백질 보존율이 우수하며 저장성을 증가시킬 수 있는 우유의 살균방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 살균방법에 따라 살균된 우유를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우유 살균방법은 (A) 원유(原乳)를 회분식 또는 연속식 처리 용기에 투입하는 단계; 및 (B) 상기 원유에 전기장 1 내지 50 kV/cm, 주파수 50 내지 200 Hz 및 에너지 100 내지 300 kJ/kg로 고전압 펄스 전기장 처리를 1 내지 50회 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 (B)단계 이후에 상기 고전압 펄스 전기장으로 처리된 원유를 50 내지 70 ℃에서 저온 가열 살균하는 단계를 추가할 수 있다. 이때 상기 저온 가열 살균은 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
상기 (A)단계에서 회분식 또는 연속식 처리 용기에는 전극이 1 내지 80 mm 간격으로 다수개 구비될 수 있다.
상기 (A)단계 및 (B)단계 사이에, 상기 회분식 또는 연속식 처리 용기에 담긴 원유의 온도가 1 내지 50 ℃가 되도록 승온시키는 단계를 추가할 수 있다.
상기 (B)단계에서 상기 고전압 펄스 전기장 처리 시 펄스 수는 300 내지 5000일 수 있다.
상기 (B)단계에서 상기 고전압 펄스 전기장 처리 시 온도는 20 내지 50 ℃를 유지시킬 수 있다.
또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 살균된 우유는 상기의 살균방법으로 살균된 것일 수 있다.
본 발명의 살균된 우유는 종래의 가열 방법으로 살균된 우유에 비하여 관능성이 우수할 뿐만 아니라 원유에 함유된 단백질이 최소한으로 변성되어 원유 본연의 단백질 보존율이 높다.
또한, 본 발명의 살균된 우유는 60일이 지나더라도 미생물이 성장하지 않으므로 저장성이 월등히 향상되었다.
본 발명은 종래 가열 살균방법에 비하여 원유 본연의 단백질 보존율이 우수하며 저장성이 증가된 우유의 살균방법 및 이에 따라 살균된 우유에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 우유 살균방법은 (A) 원유(原乳)를 회분식 또는 연속식 처리 용기에 투입하는 단계; 및 (B) 상기 원유에 전기장 1 내지 50 kV/cm, 주파수 50 내지 200 Hz 및 에너지 100 내지 300 kJ로 고전압 펄스 전기장 처리를 1 내지 50회 수행하는 단계;를 포함한다. 또한, 상기 (B)단계 이후에, (C) 상기 고전압 펄스 전기장으로 처리된 원유를 50 내지 70 ℃에서 저온 가열 살균하는 단계;를 추가할 수 있다.
먼저, 상기 (A)단계에서는 원유를 회분식 또는 연속식 처리 용기에 투입한다.
원유가 투입되는 회분식 또는 연속식 처리 용기에는 고전압 펄스 전기장(PEF) 처리를 위한 전극이 구비되는데, 상기 전극은 1 내지 80 mm, 바람직하게는 5 내지 30 mm의 간격으로 2 내지 15개로 구비된다.
전극의 간격이 상기 하한치 미만인 경우에는 원유 본래의 성분들이 변질될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 원유에 고르게 고전압 펄스 전기장(PEF) 처리가 수행되지 않을 수 있다.
상기 (A)단계 및 (B)단계 사이에, 상기 회분식 또는 연속식 처리 용기에 담긴 원유의 온도를 1 내지 50 ℃, 바람직하게는 20 내지 40 ℃가 되도록 승온시키는 단계를 추가할 수 있다.
고전압 펄스 전기장(PEF) 처리 직전에 원유를 승온시키는 것은 원유의 단백질이 파괴되지 않고 보존되는 보존성 및 저장성의 증대를 극대화시키기 위한 것으로서, 온도가 상기 하한치 미만인 경우에는 저장성이 증대되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 단백질이 파괴될 수 있다.
다음으로, 상기 (B)단계에서는 상기 원유에 고전압 펄스 전기장(PEF) 처리를 수행한다.
상기 고전압 펄스 전기장 기술(PEF)은 1 내지 87 kV/cm의 고전압을 마이크로초(microsecond, us) 단위로 시료를 처리하여 생성된 세포막 전위차가 1 V를 넘어서는 순간 세포막을 선택적으로 붕괴시키는 비가열처리 기술이다.
본 발명에서 사용된 고전압 펄스 전기장의 조건은 1 내지 50 kV/cm, 바람직하게는 5 내지 20 kV/cm의 전기장; 50 내지 200 Hz, 바람직하게는 100 내지 150 Hz의 주파수; 100 내지 300 kJ/kg, 바람직하게는 120 내지 200 kJ의 에너지;로 1 내지 50회 수행된다. 이때 펄스 수는 300 내지 5000, 바람직하게는 500 내지 2000이고; 온도는 20 내지 50 ℃, 바람직하게는 20 내지 40 ℃를 유지한다.
상기 고전압 펄스 전기장 처리 시 전기장 및/또는 에너지가 상기 하한치 미만인 경우에는 우유의 저장기간이 증대되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 원유 본연의 단백질이 다량 파괴될 수 있다.
또한, 상기 고전압 펄스 전기장 처리 시 주파수, 온도 및/또는 펄스 수가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 원유의 단백질이 그대로 보존되지 못할 뿐만 아니라 저장기간이 증대되지 못할 수 있다.
다음으로, 상기 (C)단계에서는 고전압 펄스 전기장 처리된 원유를 저온 가열 살균(LTLT, low temperature long time)한다.
상기 저온 가열 살균은 원유를 고전압 펄스 전기장 처리하더라도 존재하는 미생물을 사멸하여 저장성을 더욱 높이기 위하여 실시하는 것이 바람직하며, 상기 저온 가열 살균 시 온도는 50 내지 70 ℃, 바람직하게는 63 내지 65 ℃이다.
또한, 저온 가열 살균하는 시간은 10 내지 60분, 바람직하게는 20 내지 40분이다. 살균 시간이 상기 하한치 미만인 경우에는 저장성이 증대되지 못할 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 원유에 함유된 단백질이 파괴될 수 있다.
상기와 같이 살균된 우유는 저온 가열 살균된 우유 또는 고온 가열 살균된 우유에 비하여 저장기간이 증대되고 원유 본연의 단백질이 높은 함량으로 보존된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
대조군.
아무 처리도 하지 않은 원유를 준비하였다.
실시예 1. 고전압 펄스 전기장(PEF)
원유(原乳)가 담긴 탱크에서 펌프를 이용하여 30 L/h의속도로 고전압 펄스 전기장 처리장치의 회분식 처리용기에 1000 mL를 투입하고, 고전압 펄스 전기장 처리 전에 원유의 온도를 35 ℃까지 승온시킨 후 전기장 10 kV/cm, 주파수 125 Hz, 에너지 150 kJ/kg, 펄스 수 2000, 온도 30 ℃의 조건으로 1회 처리하여 우유를 살균한 후 냉각하였다.
실시예 2. 고전압 펄스 전기장(PEF) + 저온 가열 살균(LTLT)
원유(原乳)가 담긴 탱크에서 펌프를 이용하여 30 L/h의속도로 고전압 펄스 전기장 처리장치의 회분식 처리용기에 1000 mL를 투입하고, 고전압 펄스 전기장 처리 전에 원유의 온도를 35 ℃까지 승온시킨 후 전기장 10 kV/cm, 주파수 125 Hz, 에너지 150 kJ/kg, 펄스 수 2000, 온도 30 ℃의 조건으로 1회 처리한 다음 냉각하지 않고 68 ℃로 세팅된 항온수조로 이송하고 항온수조의 중심부 온도가 65 ℃에 도달한 순간부터 진탕으로 30분 동안 우유를 살균한 후 냉각하였다.
실시예 3.
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 고전압 펄스 전기장 처리전에 원유의 온도를 35 ℃까지 승온시키는 과정을 생략하여 우유를 살균한 후 냉각하였다.
비교예 1. 저온 가열 살균(LTLT)
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 고전압 펄스 전기장 처리는 수행하지 않고 원유를 바로 68 ℃로 세팅된 항온수조에 투입하고 항온수조의 중심부 온도가 65 ℃에 도달한 순간부터 진탕으로 30분 동안 우유를 살균한 후 냉각하였다.
비교예 2. 고온 가열 살균(HTST)
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 고전압 펄스 전기장 처리가 수행되지 않은 원유를 17초 동안 78 ℃로 세팅된 항온수조에 설치된 코일에 통과시켜 우유를 살균한 후 냉각하였다.
< 시험예 >
시험예 1. 미생물 측정
실시예 및 비교예에서 살균된 우유를 4 ℃ 저장고에서 저장한 후 미생물 수를 측정하였다.
일반균수의 측정은 3M사의 건조배지(petrifilm, USA)를 사용하였으며, 일반 균수 측정용 배지는 petrifilm aerobic count 배지로 37 ℃에서 24시간 배양하여 측정하였다.
대장균수 및 대장균군수는 우유 5 mL을 취한 뒤 45 mL의 멸균된 0.85% 생리식염수를 혼합하여 stomacher(Bagmixer 400, Interscience, Co., Saint Nom, France)를 이용하여 3분간 균질화시킨 후 각각의 시료액을 1 mL씩 취하여 9 mL의 희석액에 단계 희석하였다. 배지는 3M 주식회사(Minnesota, USA)로부터 구입하였으며, 건조필름배지는 대장균 및 대장균군수(PEC, 3M)를 사용하였다.
진균수는 멸균된 0.85% NaCl 용액 9 mL에 시료액 1 mL을 가하여 10배 희석한 후 상기 시료액 및 10배씩 단계 희석액을 각 1 mL 씩 페트리접시에 분주한다. 43~45 ℃로 유지한 PDA를 페트리접시에 분주하고 상기 시료액과 배지를 흔들어 섞어준 다음 응고된 배지에 PDA를 더 가하여 중첩시키고 응고시킨다. 상기 응고시킨 배지를 뒤집어 25 배양기에서 3~5일 배양 후 집락수를 계산하고 그 평균을 생균수로 한다.
상기 일반균수, 대장균수, 대장균군수 및 진균수는 처리구 1 g 당 colony forming unit(CFU)로 나타내었으며, 이에 대한 결과는 하기 [표 1]에 나타내었다.
구분 구분 대조군 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
일반균수
(CFU/g)		 0 day 4.7X104 4 5 8 2.1X102 81
6 day 7.9X105 6 13 16 2.8X102 654
11 day 3.1X107 77 23 39 2.0X104 3.0X103
15 day 5.6X107 209 125 159 3.0X104 4.8X103
20 day 8.6X107 377 189 248 3.7X104 9.6X103
24 day 2.8X108 763 357 567 1.2X105 5.2X104
30 day 1.7X109 2.0X103 437 846 2.9X105 3.0X105
대장균군수
(CFU/g)		 0 day 1.7X103 0 0 0 0 0
6 day 3.2X103 0 0 0 0 0
11 day 3.0X104 0 0 0 0 0
15 day 1.3X105 0 0 0 0 0
20 day 3.3X105 0 0 0 0 0
24 day 5.4X105 0 0 0 0 0
30 day 1.3X106 0 0 0 0 0
60 day 3.7X108 0 0 0 2.6X103 1.8X102
진균수
(CFU/g)		 0 day 753 0 0 0 0 0
6 day 1.3X103 0 0 0 0 0
11 day 1.6X103 0 0 0 0 0
15 day 1.6X103 0 0 0 0 0
20 day 1.6X103 0 0 0 0 0
24 day 1.7X103 0 0 0 0 0
30 day 2.2X103 0 0 0 0 0
60 day 5.6X108 0 0 0 5.1X104 2.9X103
위 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 살균된 우유는 30일 동안 대장균, 대장균군, 진균수는 검출되지 않았고 일반균수는 대조군, 비교예 1 및 2에 비하여 월등히 낮게 검출된 것을 확인하였다. 특히, 실시예 1 내지 3의 일반균수는 고온 가열 살균한 비교예 2에 비해서도 낮은 것을 확인하였다.
또한, 우유를 살균한지 60일에는 실시예 1 내지 3에서는 미생물이 검출되지 않았으나 비교예 1 및 2는 대장균군 및 진균이 검출된 것을 확인하였다.
시험예 2. 면역 단백질 보존율
실시예 및 비교예에 따라 살균된 우유에 대하여 32일 동안 lgG, 락토페린 및 α-락트알부민의 농도를 측정하였으며, 이는 sandwich ELISA법을 이용하여 정량하였다.
구분 구분 대조군 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
lgG
(ug/ml)		 3 day 358 234 185 178 151 53
11 day 224 194 155 143 130 30
18 day 216 171 140 134 115 21
25 day 271 176 165 150 101 26
32 day 121 110 107 101 82 10
락토페린
(ug/ml)		 3 day 63 57 55 55 20 15
11 day 48 51 50 49 21 11
18 day 46 43 41 40 18 9
25 day 39 36 34 32 16 7
32 day 24 19 19 17 11 4
α-락트알부민
(ug/ml)		 3 day 711 719 640 618 581 502
11 day 874 901 816 798 743 611
18 day 695 667 670 684 605 517
25 day 623 556 542 538 500 402
32 day 524 510 506 497 431 356
위 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 살균된 우유는 대조군의 면역 단백질에 비해서는 대체로 감소된 수치를 보이지만 비교예 1 내지 2에 비해서는 높은 수치를 보이는 것을 확인하였다. 이는 원유를 고전압 펄스 전기장 처리 또는 고전압 펄스 전기장 처리와 저온 가열 살균을 함께하면 저온 가열 살균(비교예 1) 또는 고온 가열 살균(비교예 2)만 처리한 경우에 비하여 면역 단백질을 더욱 보존할 수 있다는 것을 확인하였다.
시험예 3. 관능 검사
실시예 및 비교예에서 살균된 우유를 전문패널 20명에게 시식하게 한 후 5점 척도법(정도가 클수록 5점에 가까움)으로 관능검사를 실시하여 평균값을 구하였으며, 이를 하기 [표 3]에 나타내었다.
-고소함, 부드러움, 풍미, 지방감 및 종합적인 기호도: 1=매우 나쁘다, 5점=매우 좋다
구분 구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
고소함 3 day 4.1 3.7 3.4 3.6 3.6
11 day 3.8 3.3 3.0 2.9 2.8
18 day 3.6 3.0 2.7 2.5 2.6
25 day 3.0 2.6 2.1 1.9 2.2
32 day 2.5 2.1 1.8 1.3 1.9
부드러움 3 day 4.3 4.0 3.6 3.7 3.6
11 day 3.9 3.5 3.1 3.0 3.1
18 day 3.2 2.9 2.4 2.3 2.3
25 day 2.8 2.3 1.9 1.8 1.8
32 day 2.3 2.0 1.6 1.6 1.7
풍미 3 day 4.5 4.1 4.0 3.9 3.8
11 day 3.9 3.5 3.6 3.4 3.5
18 day 3.5 3.0 2.8 2.4 2.7
25 day 3.1 2.7 2.1 1.9 2.0
32 day 2.6 2.2 1.8 1.4 1.8
지방감 3 day 4.3 4.2 4.0 3.8 3.7
11 day 3.6 3.4 3.1 3.2 3.1
18 day 3.0 2.6 2.2 2.4 2.2
25 day 2.5 2.1 1.9 1.8 1.8
32 day 2.1 1.8 1.7 1.5 1.6
종합적인 기호도 3 day 4.2 4.1 4.2 3.6 3.9
11 day 3.8 3.6 3.5 3.3 3.4
18 day 3.4 3.1 2.8 2.5 2.7
25 day 3.0 2.6 2.3 1.9 2.6
32 day 2.4 2.1 1.9 1.6 1.8
위 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 살균된 우유는 비교예 1 내지 2의 우유에 비하여 고소함, 부드러움, 풍미, 지방감 및 종합적인 기호도 모두 우수한 것을 확인하였다.
특히, 실시예 1 > 실시예 2 > 실시예 3의 순으로 고소함, 부드러움, 풍미, 지방감 및 종합적인 기호도가 우수한 것을 확인하였다.

Claims (7)

  1. (A) 원유(原乳)를 회분식 또는 연속식 처리 용기에 투입하는 단계; 및
    (B) 상기 원유에 전기장 1 내지 50 kV/cm, 주파수 50 내지 200 Hz 및 에너지 100 내지 300 kJ/kg로 고전압 펄스 전기장 처리를 1 내지 50회 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 우유의 살균방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (B)단계 이후에 상기 고전압 펄스 전기장으로 처리된 원유를 50 내지 70 ℃에서 10 내지 60분 동안 저온 가열 살균하는 단계를 추가하는 것을 특징으로 하는 우유의 살균방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (A)단계에서 회분식 또는 연속식 처리 용기에는 전극이 1 내지 80 mm 간격으로 다수개 구비되는 것을 특징으로 하는 우유의 살균방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (A)단계 및 (B)단계 사이에, 상기 회분식 또는 연속식 처리 용기에 담긴 원유의 온도가 1 내지 50 ℃가 되도록 승온시키는 단계를 추가하는 것을 특징으로 하는 우유의 살균방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (B)단계에서 상기 고전압 펄스 전기장 처리 시 펄스 수는 300 내지 5000인 것을 특징으로 하는 우유의 살균방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (B)단계에서 상기 고전압 펄스 전기장 처리 시 온도는 20 내지 50 ℃를 유지시키는 것을 특징으로 하는 우유의 살균방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 우유의 살균방법으로 살균된 우유.
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