서 론
신선편의 과채류 가공식품은 1980년 초부터 미국과 유럽 을 중심으로 급격한 성장속도를 보이고 있는 소비 형태로 서 이미 많은 제품과 연구가 발표되었다. 우리나라는 1990 년대 후반부터 국민소득이 높아지고, 여성의 사회진출 및 1 인 가구의 증가로 생활패턴 뿐만 아니라 식품 소비 패턴도 지속적으로 변화하고 있다(Kim et al., 2005). 외식의 횟수 가 증가하고 집에서 간편하게 조리 가능한 냉동편의식품의 선호도가 증가하고 있다. 이에 따라 국내산 냉동식품에 대 한 관심이 늘고 냉동식품산업이 활성화 되고 있다.
냉동처리는 식품의 장기간 저장이나 유통 중에 물리적 및 영양적, 미생물적 품질보존에 효과적이며, 특히 육류나 수산물 식품군에 효과적인 공정이며, 최근에는 웰빙 문화 로 인한 식생활 패턴변화로 과채류의 소비가 증가하고 있 으며 가공법에 대한 연구가 진행 중이다. 이러한 소비 형 태에 따라 냉동채소류 제품을 개발하는 연구도 늘고 있다 (Yun et al., 1996). 그러나 식품의 냉동 시 물의 상변화로 인해 식품내의 조직들이 손상되어 품질이 저하 된다. 조직 의 변성은 특히 얼음 결정 모양, 크기에 많은 영향을 끼친 다. 재결정화 현상은 냉동시간이 길면 길수록 얼음결정의 크기는 정비례하며 커진다(Lee, 2013). 또한 과냉각에 의해 얼음결정의 모양이 결정됨으로 상변이 구간을 보다 짧고 결정의 모양을 최소화 하여야 조직의 손상이 최소가 된다. 따라서 액화 질소 분사 냉동, 고압 냉동 등 다양한 기술들 이 개발되고 있다(Pham, 2014).
식품을 냉동하는데 있어 다양한 냉동 방법들이 있으며 Individual quick freezing(IQF), 강제송풍냉동방법, 극저온 냉동법 등이 있다. IQF는 각각 조각으로 잘려있는 과일, 채소, 고기 등의 식재료를 일반 냉동처리보다 낮은 온도로 (-30°C ~ -40°C) 강하게 바람을 불어줌으로 표면적이 넓어 진 각 식재료들이 단시간에 냉동함으로써 강제로 찬 공기 를 순환하는 강제송풍냉동방법의 단점을 보완한 냉동방법 이다(Wilson & Singh, 1987). 초급속 냉동법은 액화질소나 dry ice 등의 냉매를 이용하여 -60°C 이하에서 냉동을 하 는 방법이다. 급속도로 냉동함으로써 얼음의 결정 구조가 작아짐에 따라 조직 손상을 최소화 할 수 있다(Nispa et al., 2015). 그러나 액체질소나 dry ice의 냉매는 사용 후 회수가 불가능 하여서 운용비가 매우 많이 들기 때문에 경 제적인 효율성이 낮은 문제가 있다.
일반적으로 냉동식품을 가공하기 위해서는 해동공정이 필요하다. 해동공정은 냉동공정 만큼 식품 품질에 영향을 미친다. 해동공정 시 일어나는 가장 큰 문제점은 해동 시 얼음이 물보다 열의 흡수가 더욱 빨라 표면이 먼저 해동 되고 해동된 물이 열을 흡수하기 때문에 냉동식품의 중심 부는 냉동상태로 존재하게 되고, 내부까지 열이 전달되는 것을 막게 된다. 그래서 해동시간이 길어짐에 따라 냉동식 품의 drip loss가 커지는 문제점을 야기한다(Fennema et al., 1973). 또한 손상된 조직들의 유용성분들이 빠져나가 식감, 맛, 향미가 떨어지게 된다(Persson & Londahl, 1993). 이러한 문제점으로 인해 냉동 기술은 조직에 최대한 손상 을 최소화하기 위해 개발되고 있는 실정이다. 더욱이 냉동 공정은 생산자들이 막대한 자본 및 기술로 인해 실시하지 만, 냉동식품의 특성상 해동은 소비자들의 몫이므로 동결 에 대한 연구개발 보다 해동기술의 연구가 미비하다.
일반적으로 알려진 해동법으로는 자연해동, 유수해동, 마 이크로파해동, 초음파해동 등이 있으며, 가정에서는 주로 전자렌지를 이용한 마이크로파 해동법과 자연해동법을 사 용한다. 자연해동의 경우 긴 시간이 소요되며, 미생물학적 오염이 나타날 수 있다. 이를 보완한 해동법이 유수해동이 며, 열 전달율이 높은 물을 이용하여 비교적 단 시간에 해 동을 하는 방법이다. 하지만 유수해동은 대부분 산업체에 서 활용하며 가정에서는 장비문제 및 여건에 의해 어려울 수 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 내부까지 단시간 에 열을 발생할 수 있는 마이크로파의 이용이 활용되며, 이에 20시간 이상 소요 되는 해동시간을 몇 분으로 단축 시킬 수 있었지만, 가정에서는 다양한 식품군에 맞는 적절 한 해동시간을 설정하기는 쉽지 않다. 또 다른 해동방법으 로 초음파를 이용한 급속해동이다. 냉동식품에 30-60MHz 의 고주파를 통과시켜 냉동식품의 얼음과 물의 분자운동에 의한 발열에 의해 급속히 해동시키는 방법은 현재 사용되 고 있는 해동법 중에서는 급속 해동할 수 있는 방법이다 (Tong et al., 1993).
본 연구에서는 다양한 냉동방법(강제송풍식냉동, 극저온 냉동, 일반냉동)과 해동방법(자연해동, 유수해동, 초음파해 동, 전자레인지해동)을 조합하여 처리한 후 표고버섯의 물 리적 품질에 미치는 영향을 관찰하고, 표고버섯의 품질을 유지하는 가장 효과적인 냉·해동 공정을 탐색하는 것이 목 적이었다.
재료 및 방법
본 실험에서 사용한 표고버섯은 서울 화양동에 있는 이 마트에서 구입하여 사용하였다. 구입한 표고버섯을 정형(1 cm × 1 cm × 5 cm, 약 5 g)하였으며, 100°C 끓는 물에 1분 간 데치기를 실시한 후 물기를 충분히 제거한 다음 실험에 사용하였다.
본 연구에서는 다양한 냉동 및 해동기술을 적용하였다. 첫번째 냉동기술은 강제송풍식냉동(air blast freezing, ABF)으로 (주)서진프리져에서 공급받은 강제송풍식냉동고 (air blast freezer, SEOJIN, Korea)를 사용하였으며 fan에 의한 풍속은 2.5 m/s로 설정하였다. -45°C의 냉동고에 전처 리 된 시료를 채반에 펼치고, 시료 중심부의 온도센서를 삽입하여 -12°C에 도달할 때까지 냉동처리 하였다. 두번째 냉동기술은 극저온냉동(liquid nitrogen freezing, LNF)으로 ㈜현대 F.A에서 질소압력을 이용하여 액화질소가 분사되는 컨베이어 형태의 장치를 자체 제작하여 사용하였다. 컨베 이어의 속도를 9.4 m/s 조절하였고, 장치의 내부온도가 약 -80°C에 도달하면 처리된 시료를 채반에 고르게 펼치고 시 료에 중심부의 온도센서를 삽입하여 중심온도가 -100°C까 지 냉동 공정을 실시하였다. 세번째 방법은 -24°C의 일반 냉동고(CRFD-0621, Samsung, Korea)를 사용하여 냉동 (conventional freezing)을 실시하였다. 세 가지 냉동방법으 로 처리 된 각각의 시료는 60 g씩 개별진공포장 하여 -24 °C에서 보관하였다.
해동공정은 자연해동법(natural air convection thawing, NT), 유수해동법(flowing water thawing, FT), 초음파해동 법(sonication thawing, ST), 전자레인지해동(microwave thawing, MT)법으로 각각 실시하였다. 모든 해동은 시료의 중심부에 광센서(fiber optic temperature sensor, FISO, Technologies Inc., Canada)를 삽입하여 중심온도가 4°C가 될 때 종료하였다. 자연해동은 상온에서 방치 하였고, 유수 해동은 냉동 처리된 시료 중심부에 온도센서를 삽입한 후 흐르는 물(4°C)에서 실행하였다. 초음파해동은 주파수 40 kHz 초음파세척기(SD-250H, Mujigae CO. LTD, Seoul, Korea)를 사용했고, 전자레인지해동은 전자레인지(KRS340TC, DAEWOO, Korea)를 사용했으며 이 때 출력의 세기는 400W로 설정하였다.
5g의 시료와 45mL의 증류수를 혼합 후 호모믹서(Handy blender, CNHR26, BSH Hisini aparati d.o.o., Nazarje, Slovenia)를 이용하여 1분간 균질하였다. pH meter (S220 SevenCompactTM pH/Ion, Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland)를 이용하여 균질된 시료의 pH를 3회 반복하 여 측정하였다.
색도는 Chroma meter(CR-400, Konica Minolta, Inc., Tokyo, Japan)를 사용하여 명도(lightness)를 나타내는 L*값, 적색도(redness)를 나타내는 a*값 및 황색도(yellowness)를 나타내는 b*값을 3회 반복 측정하였다. 표준색은 L*= 94.49, a*=-0.66, b*=3.32인 calibration plate를 표준으로 사 용하였다. 색도 변화는 데치기된 표고버섯과 처리구 표고 버섯의 색도차를 다음과 같은 공식에 대입하여 값을 산출 하였다. L*1, a*1, b*1은 대조구의 색도를 나타내는 값이며, L*2, a*2, b*2는 처리구의 색도를 나타낸다.
표고버섯의 전단력은 texture analyzer (CT3-1000, Brookfield Engineering Laboratories, Inc., Midddleboro, MA, USA)를 이용하여 3회 반복하여 측정하였다. 전단력 의 측정 조건은 V형 plain probe, compression type, test speed 2.5 mm/s, target distance 15 mm, trigger load 650 g 를 적용하여 측정하였다.
표고버섯의 보수력은 Wierbicki & Deatherage (1958) 방법을 변형하여 3회 반복 측정하였다. 원심분리관(W2)에 건조된 거즈와 약 1 g (W1)의 시료를 넣은 후, 4°C, 1,500 × g에서 10분간 원심분리기(Centrifugal separator, 1736R, Labogene, Seoul, Korea)를 이용하여 처리 하였다. 원심분 리 후 시료를 제거한 원심분리관 무게(W3)를 측정하여 아 래의 식에 대입하여 보수력을 산출하였다.
W1: 표고버섯 시료 무게(g)
W2: 원심분리관 무게(g)
W3: 원심분리 후 시료를 제거한 후 무게(g)
결과 및 고찰
Fig. 1과 2는 다양한 처리에 따른 표고버섯의 냉동 및 해동곡선이다. Fig. 1에서 보듯이 가장 빠르게 중심온도가 -12°C로 도달된 냉동 방법은 LNF (1.5 min)이며 다음으로 는 ABF (8 min)로 표고버섯을 급속냉동 한 반면에 가장 느린 냉동법은 CF (74 min)이다. LNF는 상변의 구간이 거 의 존재하지 않으며 초당 1.1°C 속도로 표고 버섯을 냉동하 였고, ABF는 CF에 비해 상변이 구간이 짧고 속도 또한 약 9배 정도 빠르게 냉동이 되었다. 이는 강제 순환장치에 의한 공기의 순환으로 단시간 내 냉동 된 것을 보여준다. 다양한 냉동방법으로 처리된 표고버섯을 4가지 해동법으로 각각 해동한 결과는 Fig. 2와 같다. 모든 샘플은 0°C에 도 달한 이후 급속하게 중심온도가 상승하였다. FT의 경우 급 속냉동(ABF, LNF) 한 경우 저속냉동(CF) 처리한 샘플이 먼저 0°C에 도달하였다. 이와는 반대로 FT경우에는 저속냉 동 처리한 샘플이 먼저 0°C에 도달하고 그 뒤로 LNF, ABF 처리된 샘플이 뒤 따랐다. ST 경우 CF 및 ABF처리 된 샘플이 먼저, LNF 처리군이 가장 늦게 0°C에 도달했다. MT 경우 다른 해동법에 비해 월등히 해동속도가 빠르며, CF, ABF, LNF 순으로(1.5, 1.7, 2 min) 0°C에 도달했다. NT 경우 다른 해동법 비해 가장 늦게 해동되었고, 다른 해동법 과 달리 급속냉동 한 샘플이 저속냉동 한 샘플보다 먼저 0°C에 도달했다. FT와 ST는 거의 비슷한 속도로 샘플을 해 동하였으며 MT와 마찬가지로 급속냉동 한 샘플이 저속냉 동 한 샘플보다 늦게 0°C에 도달하였다. NT보다 FT의 속 도가 월등히 빠른 것은 상온의 공기보다 흐르는 물(4°C)이 열전도도가 높기 때문이며(Lee et al., 2007), ST경우 초음파 의 음파에 의해 생기는 압력과 공동현상(cavitation)을 이용 하게 되는데, 식품에 수많은 진동과 기포들을 형성하여 생 기는 에너지들을 식품 내부까지 효과적으로 침투시킴으로써 해동속도를 높이고(Grosso, 1973; Dushaw et al., 1993), MT 경우 전기에 의해 마이크로파가 방출되어 식품안의 물 분자의 운동에너지를 증가시킴으로서 해동시간을 단축하는 효과를 보이게 된다(Zielinsk et al., 2015).
다양한 냉동방법으로 처리 한 후 여러 가지 해동법으로 해동 후 해동감량을 측정한 결과는 Fig. 3과 같다. 다양한 냉동법이 표고버섯에 미치는 영향을 관찰했을 때, 각각 다 른 냉동법(CF, ABF, LNF)으로 처리된 표고버섯의 해동감 량은 NT했을 때 가장 높은 값(20.9%, 15.7%, 13.4%)을 보였으며, ST 혹은 MT했을 때 전반적으로 낮은 해동감량 을 나타냈다. 또한 같은 해동방법으로 처리한 결과 CF 혹 은 ABF로 냉동처리 된 샘플의 유의적으로 해동감량이 높 았으며(p<0.05), LNF로 처리했을 때 모든 해동방법(NT, FT, ST, MT)에서 각각 유의적으로 가장 낮은 해동감량 (13.4%, 10.3%, 9.3%, 7.6%)을 보였다. 일반적으로 냉동속 도가 빠를수록 빙결정은 작게 형성 되고, 세포의 손상과 탈수가 적어, 해동처리 동안 수분 뿐만 아니라 영양성분이 유출되는 것을 막거나 지연하는 효과가 있다(Lee et al., 2015). 다시 말해서 상변이 구간이 월등하게 길었던 CF는 표고버섯 조직이 손상 되어 해동 시 많은 양의 수분 및 영양소들이 빠져 나가는 것으로 사료된다.Fig .4,5
다양한 냉동 및 해동 처리 후 표고버섯의 보수력을 관찰 한 결과는 Fig. 6과 같다. ABF-FT 처리했을 경우 보수력 (73.6%)은 대조구(59.6%)보다 유의적으로 높았으며 (p<0.05), 샘플 중 가장 높게 측정되었다. 반면에 CF-ST인 경우 가 장 낮은 보수력(52.4%)을 나타냈다. 또한 MT처리했을 때 냉동방법에 따른 유의적 차이를 나타내지 않았다(p>0.05). 표고버섯의 보수력을 측정한 결과 각 냉동법에 따라 효과 적인 해동법이 있음을 알 수 있었으며, 대체적으로 급속냉 동과 급속해동 중 하나만 했을 경우 보다는 두 처리공정을 모두 했을 때 보수력이 높은 것으로 나타났으며, CF 혹은 NT와 같은 저속냉동 및 저속해동을 한 경우 보수력이 낮 게 측정되었다. 채소 및 육류의 보수력은 냉동 및 해동 처 리동안 세포벽 손상, 조직의 변성 등에 의해 감소되는 것 이 일반적이다. Jang (2015)연구에서도 양파를 냉동 및 해 동한 경우 blanching한 시료보다 유의적으로 감소하는 결 과를 나타냈다(p<0.05).
냉동표고 버섯의 전단력을 측정한 결과는 Fig. 7와 같다. FT 해동인 경우 모든 냉동법에 대해서 높은 값을 보이며, 대조구와도 유의적 차이를 보이지 않았다(p>0.05). ABFNT, MT 혹은 LNF-NT, MT인 경우 대조구 보다 유의적으 로 경도가 낮아짐을 보였다(p<0.05). FT 혹은 ST인 경우 냉동방법에 따른 유의적 차이를 보이지 않으며(p>0.05) 다 른 해동법에 비해 냉동방법에 따른 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. 반면에 NT 및 MT경우 CF처리한 샘플이 ABF 혹은 LNF 처리한 샘플보다 경도가 유의적으로 높다. 전자 레인지 해동이 다른 처리군 보다 낮아지는 경향은 전자레 인지가 균일하지 않게 열을 받아 일부분이 시료가 가열됨 으로 조직의 연화가 된 것으로 사료된다. 일부 연구는 냉 동식품은 신선한 식품에 비해 경도가 감소한다고 보고되어 진다. 그 이유로는 얼음 결정의 형성에 의한 발생이 경우, 조직 손상에 기인하기 때문이다(Jang, 2015). 채소류의 전 처리 및 다양한 가공공정에서 가장 중요하게 고려 할 특성 은 조직감 변화 이다. 버섯은 다른 과실 및 채소에 비해 수확 후에 호흡 및 대사 작용으로 인한 중량감소 및 변색 등이 잘 일어나기 때문에 저장 및 가공 전에 blanching를 반드시 해줘야 하는 채소 중 하나이다(Choi & Kim, 2013). 본 연구에서는 조직감 변화를 방지하기 위해 표고버섯을 냉동처리 전 water-blanching 처리하여 조직의 연화를 방지 하는 효과를 기대했으며, Lee et al. (2013) 연구에서도 동 결 전에 다양한 채소를 각각 적정 조건으로 blanching 한 처리가 조직의 부피, 밀도 및 중량의 변화뿐만 아니라 세 포 구조를 변화시켜 장기저장 하는데 있어서 조직감을 유 지하는데 효과적이라고 했다.
다양한 냉동 및 해동방법으로 처리된 표고버섯의 pH는 Fig. 4와 같다. 모든 냉동과정에서 NT 했을 때 pH가 증가 하는 경향을 보이나 유의적 차이를 나타내진 않았다 (p>0.05). ABF 처리 후 NT 및 FT한 경우 ST와 MT처리 한 샘플보다 유의적으로 pH가 낮은 것으로 측정되었다 (p<0.05). 그러나 대조구(blanched samples)와 유의적 차이를 보이진 않는다(p>0.05). LNF처리는 다른 냉동방법에 의해 해동방법과 상관없이 pH변화에 안정적인 것으로 관찰되었 다. 일반적으로 채소에 함유된 glutamic acid은 가열하면 열 에 의해 pyrrolidone carboxylic acid (C5H7NO3) 쉽게 생성 되며 이는 pH를 감소시킨다(Clydesdale et al., 1972). 그러 나, 본 연구에서는 생시료(pH 5.27) 보다 water-blanching 후에 pH가 유의적으로 증가하는 경향을 보였으며(p<0.05), Jaworska & Bernas (2010)의 연구에서도 Boletus edulis mushrooms을 water-blanching한 경우 pH가 약간 증가는 경 향을 보였으며, 더욱이 버섯의 머리 부분과 줄기 부분이 각 각 pH가 다름을 관찰하였다.
표고버섯의 수분함량은 생시료가 91.7%, 대조구인 waterblanching된 버섯은 87.2%로 측정되었다. 전처리 후 다양 한 냉동 및 해동방법에 따른 표고버섯의 수분함량은 유의 적인 변화경향을 나타내지 않았다(Fig. 5)(p>0.05). 모든 처리구 중에서 ABF-NT 조합에서 가장 낮은 수분함량 (84.2%)을 보였고, LNF-MT 조합에서 가장 높은 수분함량 (87.8%)이 측정되었다. 전체적으로 MT 처리한 경우 수분 함량이 전반적으로 평균 약 86%으로 높은 값을 보였고, 급속냉동 한 경우 저속 냉동보다 유의적으로 높은 수분함 량을 보였다(p<0.05). 빠른 냉동속도와 해동속도로 처리하 는 경우 식품의 조직의 변성 등을 최소로 하여 상대적으로 높은 수분함량을 나타내는 것으로 사료된다.
전처리 및 냉·해동 처리된 표고버섯의 색도 관찰은 결과 는 Table 1과 같다. Lightness 경우 대조구와 처리구간의 유의적인 차이가 나타나지 않았다. Redness는 LNF-FT와 LNF-MT 조합으로 처리한 샘플만 0.36, 0.31 각각 나타내며 대조구 보다 유의적으로 증가하였다(p<0.05). Yellowness 경우, CF 혹은 ABF 냉동법으로 처리된 샘플을 NT 혹은 ST로 처리한 경우, LNF처리한 샘플은 FT, MT처리했을 때 유의적으로 대조구 보다 증가하였고(p<0.05) 이는 표고 버섯이 냉동방법보다 해동방법에 영향을 받는 것으로 사료 된다. 총 색도 변화를 계산한 결과 샘플간의 유의적 차이 를 나타내지 않았다. 한국식품정보원에 따르면 hunter color system의 색을 표현하는 색차 지수값이 3.0-6.0은 현 저한 차이, 6.0-12.0은 극히 현저한 차이를 나타내고 12 이 상은 다른 계통의 색으로 변색된 것으로 나눌 수 있다고 보고하였는데, 본 연구에서는 최저 1.96에서 최고 3.93의 총 색도 값을 나타낸 것으로 보아 전체적으로 약간 색이 변한 것으로 판단한다.
Thawing was finished at 4°C of core temperature of sample (NT: Natural air convection thawing, FT: Flowing thawing, ST: sonification thawing, MT: Microwave thawing).
Freezing was done at -12°C of core temperature of sample (CF: Conventional freezing, ABF: Air blast freezing, LNF: Liquid nitrogen freezing)
요 약
본 연구는 다양한 냉동방법(강제송풍식냉동, 극저온냉동, 일반냉동)과 해동방법(자연해동, 유수해동, 초음파해동, 전 자레인지해동)을 조합하여 처리했을 때 표고버섯의 물리적 품질에 미치는 영향을 관찰하고, 표고버섯의 품질을 유지 하는 가장 효과적인 냉·해동 공정을 탐색하는 것이 목적이 었다. 급속냉동법(강제송풍식냉동, 극저온냉동)으로 처리한 경우 표고버섯의 해동감량, 보수력, 수분함량은 큰 변화 없 이 품질을 유지 하는데 효과적인 것으로 관찰되었다. 특히 보수력은 저속냉동(일반냉동) 및 저속해동(자연해동) 처리 의 유무가 영향을 미치는 것으로 나타났다. 전단력의 경우 냉동방법에 의한 영향보다, 전처리 및 해동방법에 더 영향 을 받는 것을 판단된다. pH 및 색도는 냉동방법 및 해동 방법에 따라 거의 차이가 없는 것으로 관찰되었다. 표고버 섯의 물리적 특성을 효과적으로 유지 할 수 있는 처리 조 합은 급속냉동(극저온냉동) 및 급속해동(유수해동, 초음파 해동, 전자레인지해동)을 한 경우이며, 또한 유지하고 하는 물리적 특성에 따라 냉동 및 해동방법을 다양하게 조합하 여 처리한다면, 식품의 품질을 보존하는데 더욱 효과적일 것으로 사료된다.
