고형분과 액상의 분리 및 형상을 달리한 대용량 당근 레토르트 제품의 52주 저장기간에 따른 품질변화 특성

본 실험에 사용된 당근은 2015년 8월에 지역 대형마트 에서 구입하였으며, 큐브 형태(1×1×1 cm)로 잘라 사용하였 다. 레토르트 파우치는 가로×세로(320×460 mm)의 5 kg B2B 제품용으로 표면에서부터 폴리에스터 필름, 나일론, 알루미늄 호일, 폴리프로필렌의 4겹으로 구성된 것을 사용 하였다.

고형분과 액상이 혼합된 실험군(혼합군)에서는 레토르트 파우치에 큐브 형태로 자른 당근조각 1 kg과 증류수 4 kg 을 함께 넣어 진공포장기로 실링 후 레토르트 살균기 (STERI-ACE PRS-10-1, Kyunghan, Gyeongsan, Korea)를 이용하여 121.1°C, 0.15 MPa 조건에서 가열처리 하였으며, 고형분만 담긴 실험군(분리군)에서는 혼합군의 고형분(당 근) 함량을 기준으로 당근 1 kg은 직육면체 형상으로, 1 kg 은 정육면체 형상으로 각각 담아 진공포장기로 실링하여 혼합군과 같은 조건에서 레토르트 가열처리 하였다.

레토르트 가열처리 동안 당근조각 중심부에 무선 온도센서 (Tracksense^®pro, Ellab, Trollesmindealle, Hillerød, Denmark) 를 설치하여 레토르트 가열처리 동안 각 실험군에서의 파 우치 내부 냉점위치를 추정하였다. TTT는 각 실험군의 냉 점위치에서 변화하는 온도를 15초 간격으로 측정하여 식 (1)을 이용하여 F₀-value가 미생물적으로 안전한 6분을 만 족하는 공정시간을 각각 도출하였으며, 냉각 시의 유효 살 균온도는 95°C 이상을 기준으로 하였다. 도출된 TTT만큼 레토르트 가열처리한 후 당근의 조직감 측정 및 저장기간 중 변화하는 당근의 조직감을 측정하였다. 실험에 사용한 F₀-value는 Clostridium botulinum을 대상균으로 하여 지표 온도 121.1°C, z값 10°C를 사용하여 계산하였다(Kim & Yoon, 2016).

위 식에서 t₀는 가열처리 시작 시간(min), t_f는 가열처리 마지막 시간(min), T_f는 임의의 가열처리 온도(°C), T_ref는 가열 기준온도(°C), z는 해당 미생물의 z값을 의미한다.

당근의 조직감은 레토르트 가열처리 전과 각각의 레토르 트 가열처리 후에 물성측정기(CT3 texture analyzer, Brookfield, Middleboro, MA, USA)를 이용하여 측정하였다. 조 직감 측정을 위하여 직경이 25.4 mm인 원기둥 형의 probe (TA11/1000)를 이용하였으며, 측정조건은 10% deformation, trigger load 10 g, test speed 1.0 mm/s로 측정하였다. 모든 측정은 시료를 2회 반복 압착하여 결과를 얻는 texture profile analysis (TPA)로 진행하여 경도(hardness)와 씹힘성 (chewiness)을 7회 반복 측정하여, 반복 측정 값의 평균과 표준편차로 나타내었다. 레토르트 직후 2개의 분리군은 냉 점 부근과 외곽 부근의 당근을 따로 측정하여 각각의 평균 과 표준편차 및 변동계수(coefficient of variation, CV)를 식 (2)로 계산하여 나타내었다.

위 식에서 σ는 표준편차를, μ는 평균을 의미한다.

레토르트 가열처리 후 각 실험군 레토르트 파우치를 25°C 항온기에 넣어 52주간 저장실험을 진행하였다. 0주 (레토르트 가열직후)부터 12주까지는 각 주마다, 14주 이후 부터 52주까지는 2주마다 25°C 항온기에서 레토르트 파우 치를 꺼내어 당근의 조직감을 측정하였다. 2개의 분리군에 서 당근은 냉점 부근(냉점에서 외곽까지의 거리의 25%)과 외곽 부근(외곽에서 냉점까지의 거리의 25%)에서 임의로 선택하여 측정하였다. 모든 결과값은 3회 반복 측정하여 평균과 표준편차를 이용하여 나타내었으며, 52주 전체기간 동안 당근의 변동계수를 계산하였다.

본 연구의 모든 결과는 Excel Program (Excel 2013, Microsoft Co., Redmond, WA, USA)을 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었으며, 결과의 유의성을 검증하기 위하 여 통계분석 프로그램(SPSS Statistics ver. 23, SPSS Inc., Armonk, NY, USA)을 이용하여 일원분산분석(one-way ANOVA) Duncan 사후검정을 실시하였다(p<0.05).

레토르트 가열처리 시 세 실험군에서 가열시간에 따라 변화하는 온도분포를 그래프로 나타내었다(Fig. 1). 혼합군 에서는 레토르트 가열처리 시 증류수의 대류작용으로 5 kg 혼합내용물 충진 시 레토르트 파우치 가로×세로×높이(320 ×460×58 mm) 중 가로 160 mm, 세로 200 mm, 높이 28 mm 부근이 냉점으로 추정되었으며, 냉점에서 F₀-value가 6분을 만족하는 TTT는 114분으로 계산되었다. 분리군에서의 열 전달기작은 전도로써 냉점은 당근 형상의 기하학적 중심으 로 측정되었고, 각 냉점에서 F₀-value가 6분을 만족하는 TTT는 직육면체 형상에서 27분, 정육면체 형상에서 54분 으로 계산되었다. 열전달속도가 전도보다 대류가 더 빠르 다는 연구결과(Koo et al., 1993)와는 달리 파우치 충진량 의 차이로 최종온도 도달시간에서 차이를 보였다.

Fig. 1. Heat penetration curves during retort process (F₀-value = 6 min).

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레토르트 가열처리 전 당근의 경도와 씹힘성은 각각 13,743.3±1,470.35 g, 80.92±10.11 mJ로 측정되었다. 레토르 트 가열처리 직후 세 실험군에서의 당근 조직감 측정값 및 변동계수를 그래프로 나타내었다(Fig. 2). 세 실험군 모두 고온 및 장시간 가열로 인하여 초기 당근의 조직감에 비해 유의적으로 낮은 값을 보였다. 혼합군은 세 실험군 중 가 장 긴 가열시간으로 인하여 유의적으로 가장 낮은 조직감을 보였다. 이는 가열처리 시 당근의 조직감이 낮아지며, 가열 시간에 따라 조직감 변화가 커진다는 Peng et al. (2014) 의 연구와도 일치한다. 한편 (Patras et al., 2009; Ayvaz et al., 2012)에서는 레토르트 당근의 장시간 가열이 색도 L^*, a^*, b^* 및 항산화 효과에도 유의적으로 좋지 않은 영향을 미친다고 보고한 바 있다. 반면, 혼합군에 비해 상대적으로 짧은 가열시간을 보인 두 분리군에서는 높은 조직감을 보 였으며, 그 중 직육면체 형상의 경우 더 짧은 가열시간으 로 인하여 정육면체 형상에 비해 경도가 유의적으로 높게 측정되었다. 버섯의 크기에 따라 표면적에서 받는 열의 차이 로 중심부와 표면간의 조직감 차이가 발생했다는 Lespinard et al. (2009)의 연구와 시뮬레이션으로 차이를 연구한 McGinnis (1986)의 결과와도 일치한다. 변동계수의 경우, 경도와 씹힘성 모두에서 직육면체 형상이 각각 3.32%, 23.51%로 가장 낮은 값을 보였다. 이는 레토르트 가열처리 시 직육면체 형상의 외곽과 중심부 간의 온도구배가 적어 유의적으로 차이를 보이지 않았고, 세 실험군 중 가장 균일 하게 열처리(Fig. 3) 되었음을 의미한다. 반면 경도에서 가 장 큰 값을 보인 정육면체 형상은 중심부와 외곽 간의 온 도구배가 커서 경도와 씹힘성 모두에서 유의적으로 차이가 발생하였으며, 세 실험군 중 가장 불균일하게 열처리 되었 음을 의미한다. Sous-vide 가열처리 시, 고형분의 형상에 따 라 식재료가 품질차이를 보인다는 Hong et al. (2014)의 연 구와도 일치한다. 정육면체 형상의 씹힘성 변동계수에서는 혼합군의 씹힘성 변동계수보다 낮은 값을 보였는데, 이는 혼합군의 당근이 긴 가열시간 동안 전체적으로 조직감 변화 가 많이 일어나 씹힘성 평균값이 너무 작게 측정되었고, 표 준편차가 평균을 넘어서지 않았기 때문으로 해석된다. 낮게 측정된 씹힘성에 대해 Caine et al. (2003)에서는 씹힘성 계 산 인자에 경도가 포함되기 때문에, 낮은 경도값 및 TPA 첫 압착 시 조직이 물러졌기 때문이라고 언급했다.

Fig. 2. Average hardness, chewiness of carrot and these CV after retort thermal processing. (A) hardness, (B) CV of hardness, (C) chewiness, (D) CV of chewiness. ^a-cValues followed by a different letter in the row are significantly different at p<0.05 level.

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Fig. 3. Hardness (A) and chewiness (B) measured from the center and the edge of carrot. ^a-bValues followed by a different letter in the row are significantly different at p<0.05 level.

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본 실험에서 52주간의 저장기간 중 각 실험군별 조직감 변화양상을 Fig. 4와 Table 1에 나타내었다. 레토르트 가열 후 저장기간이 증가함에 따라 세 실험군 모두에서 경도와 씹힘성이 유의적으로 감소하다가 일정해지는 경향을 보였 다. 저장기간에 따라 레토르트 카레의 품질 및 관능평가가 감소하다가 일정해진다는 Park et al. (2015)의 연구와도 일치한다. 경도와 씹힘성이 유의적으로 감소하다가 이후 유의적으로 차이를 보이지 않는 시기는 직육면체 실험군의 경우 각각 6주, 4주였으며, 정육면체 실험군의 경우 각각 3주, 3주였고, 혼합군의 경우 각각 44주, 2주였다. 레토르 트 삼계탕의 저장기간에 따른 품질변화 실험 Jang & Lee (2012)에서 85°C로 가열 후 저장 12주부터 품질변화가 유 의적으로 차이가 나지 않는다는 결과의 경향과 일치한다. 가열처리 직후 경도와 씹힘성에서 세 실험군 중 유의적으 로 가장 낮은 값을 보인 혼합군은 저장기간에 따라서도 유 의적으로 낮은 조직감을 보였다. 가열처리 직후 직육면체 실험군에 비해 낮은 경도를 보인 정육면체 실험군에서는 저장기간에 따라 일정시기 직육면체 실험군과 유의적으로 차이가 없기도 하지만, 직육면체 실험군에 비해 높은 편차 는 그대로 유지되는 경향을 보였다.

Fig. 4. Changes in the hardness of carrot from rectangular parallelepiped (A), cube (B) and solid/liquid mixed group (C) and chewiness of carrot from rectangular parallelepiped (D), cube (E) and solid/liquid mixed group (F) during 52 weeks of storage periods.

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52주 간의 저장기간 동안 각 실험군 당근의 조직감의 변 동계수를 Fig. 5와 Fig. 6에 나타내었다. 분리군의 경우 경 도 변동계수는 17.17%로, 혼합군의 경도 변동계수인 7.24%보다 높은 값으로 나타났으며, 씹힘성 변동계수에서 는 54.67%로 혼합군의 씹힘성 변동계수인 74.64%보다 낮 은 값을 보였다(Fig. 5). 분리실험군을 직육면체군과 정육 면체군으로 구분하여 볼 경우, 직육면체군 경도 변동계수 는 7.56%로 혼합군의 경도 변동계수인 7.24%와 큰 차이 를 보이지 않은 반면, 씹힘성 변동계수에서는 47.19%로 혼합군의 씹힘성 변동계수인 74.64%와 비교했을 때, 그 차이가 더 벌어지는 결과를 보였다(Fig. 6). 이는 52주 저 장기간 중 임의의 레토르트 파우치를 꺼냈을 때, 직육면체 형상으로 가열처리한 분리군이 세 실험군 중 고형분(당근) 의 품질차이가 가장 적음을 의미한다. 반면 정육면체 형상 으로 가열처리한 분리군 및 혼합군은 품질차이가 커서 고 형분의 균일한 품질을 기대하기 힘든 것을 의미한다.