육류 과학의 기초
육류 과학의 기초
Basics of Meat Science
제이 B. 웬더, Ph.D. 미국 육류 가공업자 협회
소개
근육은 동물의 완전한 기능을 위해 구조적 지지력을 제공하고, 움직임을 생성하며, 대사 과정을 유지하는 데 사용되는 고도로 전문화된 조직입니다. 근육은 수축을 위한 에너지를 공급하고 그 수축 운동을 골격에 전달하는 고도로 조직화된 조직입니다.
수년에 걸쳐 육류는 여러 저자에 의해 다양한 방식으로 정의되어 왔습니다. 일반적으로 육류는 식품으로 사용하기에 적합한 동물 조직으로 정의됩니다. 여기에는 이러한 조직으로 제조할 수 있는 모든 가공 및 제조 제품이 이 정의에 포함됩니다. 육류는 고품질 단백질의 공급원으로 간주됩니다. 단백질이라는 단어는 '일차적'이라는 뜻의 그리스어 프로테오스에서 유래한 것으로, 단백질이 인간의 영양적 웰빙에 얼마나 중요한지를 시사합니다. 육류의 특성은 육류 가공업자에게 특정 가공육 제품을 제공하기 위해 단백질을 조작할 수 있는 기회를 제공합니다.
근육 구성
살코기, 즉 근육 조직은 평균 70-75%의 수분, 19-23%의 조단백질, 3-2%의 지방, 그리고 각각 1% 내외의 미네랄과 당질을 함유하고 있습니다.
수분
수분은 근육 무게에 가장 큰 영향을 미치는 단일 요인이며 육류에서 쉽게 손실됩니다. 육류가 유지하는 수분을 수분 보유력(WHC)이라고 합니다. 육류의 물리적, 화학적 구조는 육류 내 수분의 보유량과 관련이 있습니다. 수분은 결합된 수분, 고정된 수분, 자유 수분으로 분류할 수 있습니다.
결합 수분은 육류 단백질에 화학적 결합에 의해 직접적으로 유지되는 수분으로, 근육에서 발견되는 전체 수분의 4~5%를 차지합니다. 이 수분은 심한 기계적 또는 기타 물리적 힘을 통해 근육 단백질에 단단히 결합된 상태로 유지됩니다.
고정된 수분은 육류 단백질의 전기적으로 하전된 반응성 그룹에 의해 간접적으로 유지됩니다. 육류 가공업체의 경우, 고정된 상태의 수분이 많을수록 제품의 수분 보유 능력이 높아져 연도가 높아집니다. 육류에 고정된 수분의 양은 대략 35~75%에 달할 수 있습니다.
자유 수분은 근육막과 모세혈관 작용에 의해 유지되는 수분입니다. 갈거나 분쇄하는 등의 육류 가공은 근육막을 손상시켜 육류가 이 자유 수분을 방출하게 합니다. 소매용 부위에서 자유 수분이 손실되는 것을 드립 손실 또는 퍼지라고 합니다. 육류 가공업체의 목표는 자유 수분을 고정된 상태로 전환하는 것입니다.
단백질
근육 단백질은 근육과 근섬유의 구조 내 위치, 물리화학적 특성(예: 용해도), 육류의 추가 가공과 관련된 기능성에 따라 여러 가지로 분류할 수 있습니다. 근육 단백질은 근섬유 단백질, 유육종 단백질, 결합 조직 또는 기질 단백질이라고 하는 세 가지 큰 단백질 그룹을 형성합니다.
근섬유 단백질은 주로 미오신, 액틴, 트로포마이오신, m 단백질, 알파-액티닌, 베타-액티닌, c 단백질, 트로포닌 T, I, C 및 근섬유와 관련이 있지만 매우 소량으로 존재하는 기타 부수적인 단백질로 구성됩니다. 미오신과 액틴은 전체 근육 단백질의 65%를 차지하며, 트로포마이오신과 트로포닌은 각각 5%를 추가로 기여하고 나머지 25%는 다른 조절 및 구조 단백질로 구성됩니다. 주로 미오신과 액틴으로 구성된 다른 근섬유 단백질은 중성 염 용액에 용해될 수 있기 때문에 “수용성 단백질”이라고도 합니다.
당질 단백질은 미오글로빈, 헤모글로빈, 시토크롬 단백질 및 다양한 내인성 효소로 구성됩니다. 이러한 단백질은 전체 근육 단백질의 30~35%를 차지합니다. 당질 단백질은 염분 농도가 낮은 용액에는 용해되지만 물에는 용해되지 않습니다. 이러한 단백질은 때때로 순수한 물로 추출되기 때문에 “수용성 단백질”이라는 이름이 일반화되었습니다. 미오글로빈은 제품의 품질과 관련된 육색을 담당하기 때문에 아마도 육질의 가장 중요한 단백질로 추정됩니다. 미오글로빈은 구형 단백질 부분(글로빈)과 헴 고리라는 비단백질 부분으로 구성됩니다. 색소의 헴 부분은 헴 고리 내의 철의 산화 상태에 따라 육색이 결정되는 특별한 역할을 합니다.
기질 단백질 또는 결합 조직 단백질은 주로 콜라겐과 엘라스틴으로 구성됩니다. 콜라겐은 포유류에서 가장 풍부한 단일 단백질로 뼈, 피부, 힘줄, 연골 및 근육에 존재합니다. 콜라겐, 엘라스틴 및 세포막의 리포 단백질은 근육에서 가장 중요한 결합 조직 단백질 중 하나입니다. 근육에서 결합 조직은 주로 콜라겐 단백질로 구성되어 있으며 섬유의 세포 외 지지대 역할을 합니다.
지방
지방은 근육/육류의 주요 구성 요소이기도 합니다. 지방은 육류의 가장 가변적인 성분 중 하나입니다. 지방은 매우 높은 에너지 화합물이며 칼로리뿐만 아니라 육류의 풍미, 육즙, 식감에도 기여합니다. 지방의 양은 동물뿐만 아니라 고기의 부위나 부위에 따라 매우 다양할 수 있습니다. 종에 따른 풍미의 차이는 각 종의 지방 구성이 다르기 때문이라고 합니다.
지방은 도체나 고기 부위 전체에서 발견됩니다. 외부 지방은 도체 또는 부위의 표면에 존재하며 등지방이라고도 합니다. 근육 간 지방은 부위 내 근육 사이에 존재하며 심부 지방이라고도 합니다. 근육 내 지방은 근육 내부의 지방 덩어리로 마블링이라고 합니다. 마블링은 고기의 풍미와 육즙에 기여합니다. 신장, 골반, 심장 지방으로도 알려진 내장 지방의 양은 소고기 도체의 육질 등급을 결정하는 방정식에 활용됩니다.
지질 또는 지방은 글리세롤과 지방산으로 구성됩니다. 지방산은 글리세롤 분자에 붙어 있습니다. 동물성 지방은 대부분 트리글리세라이드로 구성되어 있으며 동물성 지방 내 전체 지질의 대부분을 차지합니다. 트리글리세리드란 글리세롤 분자에 세 개의 지방산이 붙어 있는 것을 의미합니다. 글리세롤 분자의 각 수산기(O++) 부분에 하나의 지방산이 에스테르화됩니다. 모노글리세라이드(글리세롤 분자에 하나의 지방산) 또는 디글리세라이드(글리세롤에 2개의 지방산)인 지질을 가질 수 있습니다.
지방산은 한쪽 끝에 산(카르복실) 그룹이 있는 반복되는 메틸 단위의 사슬입니다. 지방산은 두 가지 일반적인 범주로 명명되거나 분류됩니다. 하나는 사슬 길이의 탄소 수에 따른 분류입니다. 사슬 길이에 탄소가 4개인 지방산부터 탄소가 24개인 지방산까지 있습니다. 지방산은 또한 포화 또는 불포화에 따라 분류됩니다. 탄소 원자는 (간단히 말해서) 4개의 반응성 부위를 가지고 있습니다. 네 개의 반응 부위가 모두 수소 또는 다른 탄소로 채워져 있으면 포화 상태로 간주합니다. 탄소 원자의 반응성 부위에 3개의 수소가 포함되어 있지 않으면 불포화 상태입니다. 불포화 지방산은 수소 원자가 두 개 없기 때문에 탄소 사이에 이중 결합이 있습니다. 고도 불포화 지방산은 사슬 길이에 두 개 이상의 이중 결합이 있습니다.
미네랄
모든 종의 육류에는 약 1%의 미네랄이 함유되어 있습니다. 미네랄 함량은 동물의 일생 동안 다른 구성의 변화 등에 관계없이 크게 변동하지 않습니다. 영양학적인 관점에서 볼 때 붉은 고기는 철분과 아연뿐만 아니라 다른 많은 미네랄의 훌륭한 공급원입니다. 미오글로빈은 구조의 중요한 부분으로 철분을 함유하고 있다는 점을 기억하세요. 칼슘은 근육 수축에 필수적이지만 소량만 함유되어 있습니다. 따라서 육류는 칼슘의 좋은 영양 공급원으로 간주되지 않습니다.
근육 구조
고기는 세 가지 근육 유형으로 나눌 수 있습니다: 골격근, 평활근, 심장 근육입니다. 골격근은 육류 동물의 도체 무게의 대부분(35~65%)을 차지하며 뼈에 직간접적으로 붙어 있는 근육계의 기관입니다. 평활근은 소화관을 구성하는 근육입니다. 심장은 심장 근육으로 구성되어 있습니다.
경제적 관점에서 볼 때 골격근은 세 가지 유형의 근육 중 가장 중요한 근육입니다. 이 근육은 움직임을 촉진하거나 신체를 지지하는 역할을 합니다. 성숙한 골격근의 가장 작은 독립 세포 단위를 섬유라고 합니다. 골격근은 다양한 길이의 원통형 다핵 근섬유(세포)로 구성된 매우 복잡한 수축 시스템으로, 근내막이라고 하는 결합 조직 층으로 둘러싸여 있습니다. 이러한 근육 섬유 다발은 페리미시움으로 알려진 결합 조직 피막으로 둘러싸여 있으며, 전체 근육은 에피미시움이라고 하는 더 조밀한 결합 조직 피막으로 둘러싸여 있습니다.
근육의 구조적 복잡성은 근육, 근육 다발, 근섬유(또는 세포), 근섬유, 근섬유 필라멘트 등 근육의 기능적 부분의 크기가 작아질수록 다음과 같이 구성될 수 있습니다. 각 근육 섬유에는 수백 개의 근섬유가 포함되어 있습니다.
근섬유는 원통형 육종의 선형 배열로, 양쪽 끝이 근섬유 원형질막 또는 육종의 정교한 연장인 막 시스템으로 둘러싸여 있습니다. 횡세관 또는 t-세관이라고 하는 이러한 유공막의 확장은 유공막이 근육 섬유의 각 근섬유 끝에 접촉할 수 있도록 합니다.
t-세관 사이에 있는 유육종은 고농도의 Ca2+를 함유하는 소포체라고 하는 특수한 소포체로 덮여 있습니다. 소포체에서 방출된 Ca2+와 유육종 내에서의 상호 작용은 근육 수축을 유발합니다.
근육이 고기로 전환되는 과정
사후 도축으로 간주되는 도축 과정과 그 이후에는 고기의 품질과 기능에 영향을 미치는 많은 화학적, 구조적 변화가 일어납니다. 이러한 변화를 근육이 고기로 전환되는 과정이라고 합니다. 살아있는 동물의 글리코겐(동물성 전분)은 간에서 근육으로 운반됩니다. 수축을 위해 에너지가 필요할 때 글리코겐은 ATP로 전환됩니다. 이 반응이 일어나려면 시스템에 산소가 있어야 합니다. 미오글로빈은 ATP를 생성하는 데 사용할 수 있는 산소를 근육에 저장한다는 사실을 기억하세요. 사망 후에도 체내에 산소가 있는 한 앞서 설명한 반응은 계속됩니다. 도축 중 혈액이 제거되어 산소가 고갈되어 보충할 수 없게 되면 추가 ATP를 생성할 수 없습니다. ATP가 고갈되면 두꺼운 필라멘트와 얇은 필라멘트가 서로 고정되고 글리코겐은 젖산으로 전환됩니다. 젖산은 글리코겐이 대부분 소진될 때까지 육류에 축적됩니다.
도축 후에는 근육에 강직이 발생합니다. 사후 변화는 강직이 진행되면서 발생합니다. ATP가 고갈되고 근섬유의 굵고 가는 필라멘트가 서로 고정되면 근육이 경직된 상태라고 합니다. 또한 강직성 근긴장이 시작되면 근육이 짧아지고 제자리에 고정됩니다. 근육이나 고기는 단축되거나 부분적으로 수축되고 굵고 가는 필라멘트가 느슨해져 고기가 매우 질기게 됩니다. 구조적 변화 외에도 젖산이 축적되면 고기의 pH가 낮아지고 산성화됩니다. 살아있는 근육의 pH는 약 7로 중성 산도이지만, 죽은 후에는 정상적인 조건에서 pH가 5.4~5.7로 떨어집니다.
육류 품질
pH가 떨어지면 최종 육류 제품의 전반적인 품질에 영향을 미칩니다. pH는 육류의 수분 보유 능력에 영향을 미치며 육류의 색에도 영향을 미칠 수 있습니다.
단백질 기능성은 최종 제품의 품질 속성으로 판단할 때 단백질 시스템의 처리 및 거동에 영향을 미치는 물리화학적 특성으로 정의된 일반적인 용어입니다. 육류 가공품이 만들어지는 제조 단계까지 원료에 중요한 육류 구성 성분의 특성을 포괄하는 개념입니다. 주요 기능적 특성은 다음과 같습니다: (1) 수분 결합력(또는 수분 보유력): (2) 지방 안정화(또는 지방 유화): (3) 입자 간 결합 능력(또는 단백질 겔화); (4) 바람직한 색상 특성의 개발입니다.
수분 보유 능력
수분 보유 능력에 대해 논의할 때, 단백질이 육류 제품에 물을 보유하는 주된 메커니즘을 만든다는 사실을 다시 한 번 강조할 필요가 있습니다. 근섬유 단백질은 육류의 수분 결합에 가장 중요한 단백질입니다. 이 단백질은 순 음전하를 띠고 있습니다. 익히 알고 있어야 할 개념 또는 용어는 등전점(pl)입니다. 이것은 양전하가 음전하와 같은 pH입니다. 육류의 등전점은 약 5.2입니다. 젖산이 축적되어 육류의 pH가 낮아지면 pH가 등전점에 가까워집니다. pH가 5.2가 되면 양전하와 음전하의 차이가 점점 줄어들게 됩니다. 양전하와 음전하가 같을 때 수분 보유 능력이 가장 낮은 수준에 도달합니다.
지방 유화
육류 에멀젼은 고기와 물을 갈거나 잘게 다져 염화나트륨을 첨가하여 미세한 균질액으로 만들어 동물성 지방(주로 돼지고기 지방)이 분산되는 매트릭스를 형성합니다. 재료의 첨가는 육류 에멀젼의 형성과 안정성에 중요한 역할을 합니다. 일반적인 절차는 근섬유 단백질이 가장 많이 함유된 살코기를 다지기에 추가하는 것으로 시작됩니다. 성공적인 육류 에멀젼에서는 일반적으로 수용성 근섬유 단백질, 특히 미오신 또는 액토미오신 복합체가 주요 유화제로 간주됩니다. 이러한 근섬유 단백질은 염 용성이므로 가장 효과적인 반응을 위해서는 염도가 살코기의 4 ~ 4.5%가 되어야 합니다.
가용화된(추출된) 미오신은 다진 고기 반죽에 끈적끈적한 접착력을 부여합니다. 살코기에는 약 75%의 수분이 포함되어 있지만, 보통 미오신 추출을 위해 추가 양을 첨가합니다. 추출한 미오신에 얼음이나 물의 일부(약 절반)가 첨가됩니다. 물은 열린 근섬유 구조에 갇히기도 하고 단백질의 음전하와 결합하기도 합니다.
온도가 7°C(45°F)로 올라가면 남은 얼음이나 물을 추가하여 살코기 조직에 흡수되도록 해야 합니다. 그다음 지방이 많은 고기와 다른 재료를 추가하면서 최종 에멀젼 온도가 13°C(55°F)~18°C(64°F)가 될 때까지 계속 다져야 합니다. 모든 단계가 성공적으로 완료되면 지방이 완전히 유화되어 수용성 근섬유 단백질이 각 지방 입자를 완전히 코팅하고 열처리 과정에서 단백질이 변성되어 모든 지방과 결합하게 됩니다.
안정적인 유화가 이루어지지 않으면 최종 조리된 제품의 표면이나 내부에 유화되지 않은 지방, 결합되지 않은 수분 또는 젤라틴의 증거가 남게 됩니다. 유화되지 않은 지방은 소시지 끝에 지방(지방 캡)으로 존재하거나 소시지 표면에 얇은 그리스 코팅으로 존재할 수 있습니다.
단백질 겔화
근섬유 단백질의 겔화는 재구조화, 성형 및 소시지 제품에서 발생하는 가장 중요한 특성이며 가공 제품의 질감, 점탄성 특성, 육즙, 지방 에멀젼의 안정화를 담당하기도 합니다. 열을 가하면 가공육에 사용되는 근섬유 단백질에 일련의 사건이 발생합니다. 액토미소신의 열 변성 과정에서 형태 변화가 발생합니다.
단백질과 단백질의 상호작용은 열에 의한 질서정연한 응집을 통해 육류 제품의 구조적 무결성과 관련될 수 있는 기능적 사건입니다. 이러한 응집은 30°C에서 50°C 사이의 온도에서 미오신의 머리 부분과 50°C 이상의 온도 영역에서 막대 부분을 포함하는 두 가지로 이루어집니다. 생산된 고기 반죽의 수분, 지방, 단백질, 염분과 원료 육류 성분의 pH 및 근육 변화를 최소화하는 것이 중요합니다.
색상
육류의 색은 중요한 품질 특성입니다. 미오글로빈은 육류의 색소 또는 색입니다. 미오글로빈은 붉은색을 띠며 근육 내 미오글로빈의 농도에 따라 색이 결정됩니다. 미오글로빈은 환원 미오글로빈, 옥시미오글로빈, 메트미오글로빈의 세 가지 상태로 존재할 수 있습니다. 환원 미오글로빈은 산소가 붙어 있지 않은 미오글로빈을 말합니다. 반면 메트미오글로빈은 철 분자가 다른 상태로 산화(철, Fe++에서 철, Fe+++로)된 것을 말합니다.
육류는 미오글로빈 분자의 산소 유무에 따라 다른 색을 띠게 됩니다. 도축 후 육류는 산소가 결핍된 상태, 즉 미오글로빈 분자에 산소가 부착되어 있지 않은 상태입니다. 이것은 환원된 미오글로빈이며 보라색을 띕니다. 고기를 자른 후 표면이 공기 중의 산소에 노출되면 미오글로빈이 이 산소를 흡수하여 밝은 붉은색인 옥시미오글로빈이 됩니다. 미오글로빈에 산소를 첨가하는 반응을 화학자들은 산소화라고 부릅니다.
신선육에 사용되는 포장 필름은 선명한 붉은 색을 유지하기 위해 산소 투과성을 갖도록 설계되었습니다. 소고기와 같은 신선한 육류는 정육 코너에 놓아두면 종종 짙은 적갈색으로 변합니다. 이 색은 소비자에게 상한 고기를 연상시키기 때문에 바람직하지 않습니다. 이 색은 미오글로빈이 산화 과정을 거쳐 메트미오글로빈을 형성한 결과입니다. 산화 과정은 미오글로빈 분자의 철을 철(Fe++) 상태에서 철(Fe+++) 상태로 변화시킵니다.
결론
육류의 구조와 구성은 특정 목적을 위한 육류 선택에 영향을 미칩니다. 신선육은 가공육 제품을 만들기 위해 선택되는 육류와는 다른 이유로 선택됩니다. 특정 목적을 위해 육류를 선택할 때 고려되는 몇 가지 요소는 수확 당시 동물의 나이, 결합 조직의 양, 전반적인 품질, 마블링, 색상 및 원료의 살코기 대 지방 비율입니다. 전반적으로 육류 과학 및 가공육의 기본 개념에 대한 지식이 있으면 고품질의 바람직한 육류 제품을 생산할 수 있습니다.
참조
로만스 JR, 존스 KW, 코스텔로 WJ, 칼슨 CW, 지글러 PT. 1985. 우리가 먹는 고기. 12th ed. 일리노이 주 댄빌; 인터 스테이트 프린터 및 출판사, Inc.
Reference
Romans JR, Jones KW, Costello WJ, Carlson CW, Ziegler PT. 1985. The Meat We Eat. 12th ed. Danville, IL; The Interstate Printers and Publishers, Inc.
