-1℃(빙온) 숙성을 이용한 돼지고기 장기 숙성 처리

-1℃(빙온) 숙성을 이용한 돼지고기 장기 숙성 처리 시 일반세균수 및 맛 성분 농도에 미치는 영향

細見亮太*，岸本友里恵*，福田雄一*，中村潤平*，福間康文**，吉田宗弘*，福永健治* （*関西大学 化学生命工学部，**株式会社氷温研究所）

Effect of Superchilling (Hyo-On) Aging on the Total Bacterial Count and Concentration of Taste Components of Pork Loin

Ryota Hosomi*, Yurie Kishimoto*, Yuichi Fukuda*, Junpei Nakamura*, Yasufumi Fukuma**, Munehiro Yoshida*, Kenji Fukunaga* (*Department of Life Science and Biotechnology, Kansai University, **Hyo-On Laboratories Inc.)

돼지고기의 장기 숙성 처리에 빙온(氷温)을 활용하는 유용성을 평가하기 위해, 일반적으로 사용되는 4℃와 빙온인 -1℃에서 돼지 등심을 숙성시켜, 일반세균수, 이노신산 및 유리아미노산 농도에 미치는 영향을 비교 평가하였다.

-1℃ 숙성 처리에서는, 4℃ 숙성 처리에 비해 숙성 7일, 14일, 21일 시점에서 일반세균수가 유의하게 낮았다. 또한, -1℃에서 42일간 숙성한 경우에도, 육류의 부패 기준으로 간주되는 일반세균수 10810^8108 CFU/g에는 도달하지 않았다.

한편, -1℃ 숙성 처리 시 이노신산 농도는 4℃ 숙성 처리에 비해 완만하게 감소하였다. 일반세균수가 거의 동일했던 4℃ 숙성 14일과 -1℃ 숙성 42일 샘플에 대해 유리아미노산 농도 측정과 관능평가를 실시하였다. 그 결과, -1℃에서 42일 숙성한 돼지 등심은 4℃에서 14일 숙성한 것보다 감칠맛 성분인 글루탐산의 농도가 유의하게 높았으며, 기호형 관능평가에서도 종합적으로 우수하다는 평가를 받았다.

이러한 결과로부터, 돼지 등심의 -1℃ 숙성 처리는 4℃ 숙성 처리보다 일반세균수의 증식을 억제하면서도 풍미 특성을 향상시켜, 부가가치 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

서론

육류의 가공 공정에서 숙성 처리는 식미(食味) 관점에서 매우 중요한 공정이다. 일반적으로 육류의 숙성 처리는 냉장온도(0℃~4℃)에서 수행되며, 감칠맛에 관여하는 유리아미노산 및 펩타이드를 증가시키고, 단백질로 구성된 결합조직의 분해를 통해 육질을 부드럽게 만든다.

최근에는 0℃부터 식품이 얼기 시작하는 온도(빙결점)까지의 비동결 온도 영역인 ‘빙온’을 이용한 숙성 처리가 주목을 받고 있다. 육류를 빙온에서 숙성하는 ‘빙온숙성’ 처리는 기존의 냉장숙성에서는 나타나지 않는 성분 변화를 유도하는 것으로 보고되고 있다.

소고기의 경우, 108일이라는 장기간의 빙온숙성 처리를 하더라도 일반세균수나 과산화물가 등 위생 지표에서 이상이 나타나지 않았다는 보고가 있다. 또한 우리 연구팀은 빙온숙성한 돼지 등심의 피하지방에서 지방의 융점이 최대 4.0℃까지 낮아지는 현상을 보고한 바 있다. 더불어 돼지 등심의 빙온숙성은 기존의 냉장숙성에 비해 더 장기간 숙성이 가능하며, 맛 성분인 총 유리아미노산 농도가 증가함을 확인하였다.

이는 빙온이 돼지 등심 숙성 중 유리아미노산 생성을 관장하는 효소의 활성을 억제하기보다는, 일반세균수의 증식을 효과적으로 억제했기 때문에 발생한 현상으로 판단된다. 그러나 빙온을 활용한 장기 숙성에 따른 돼지 등심의 일반세균수, 이노신산 및 유리아미노산 농도 변화에 대해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

지금까지의 연구에서 우리는 돼지 등심의 흉최장근의 빙결점이 -1.1℃이며, 이때의 빙온 영역은 0℃~-1.1℃임을 보고한 바 있다. 이에 본 연구에서는 기존 냉장법과 빙온법에 해당하는 숙성 온도인 4℃ 및 -1℃에서 돼지 등심을 장기 숙성 처리하고, 그 기간 동안의 일반세균수 및 이노신산 농도 변화를 평가하였다. 또한 부패의 지표로 간주되는 일반세균수가 유사했던 4℃ 숙성 14일 및 -1℃ 숙성 42일의 돼지 등심을 대상으로 유리아미노산 농도 측정 및 관능평가를 실시하였다.

실험 방법
(1) 숙성 처리 및 조사 방법

실험에 사용된 시료는, 랜드레이스 및 대요크셔계(모돈)와 듀록(수퇘지)의 삼원 교배종(상품명: 고베 포크)의 등심 블록육이며, 고베 소재 산코 식품 주식회사로부터 구입하였다. 동일한 한 마리 돼지에서 얻은 등심 블록육 2개를 각각 하나씩 4℃ 숙성용과 –1℃ 숙성용으로 사용하였다.

돼지 등심 블록육은 두께 1cm로 절단한 후, 진공 포장기(BH951P, 파나소닉 주식회사, 카도마시)를 사용하여 진공 포장하였다. 이들 시료는 각각 4℃ 및 –1℃로 설정한 인큐베이터(MIR154-PJ, PHC 홀딩스 주식회사, 도쿄) 내에서 숙성 처리를 시작하였다.

4℃ 숙성 처리는 0일, 7일, 14일 및 21일 후에, –1℃ 숙성 처리는 0일, 7일, 14일, 21일, 28일, 35일 및 42일 후에 돼지 등심을 회수하였다. 이후 흉최장근을 절취하여 일반세균수 및 이노신산 분석에 사용하였다. 한편, 4℃ 숙성 14일 시료와 –1℃ 숙성 42일 시료에 대해서는 상기 분석에 더하여 유리아미노산 농도 측정 및 관능 평가를 실시하였다.

관능 평가에 사용할 돼지 등심육은 분석 전까지 –35℃에서 보관하였다. 본 실험에서 사용된 돼지 등심 블록육은, 실험 개시 시점에서 도축 후 7일이 경과한 것이었다.

(2) 일반세균수
돼지 흉최장근을 절취한 후, 멸균 생리식염수와 함께 스트로머(MiniMix, Interscience, France)로 유화하여 이를 시료 원액으로 사용하였다. 클린벤치 내에서 시료 원액을 멸균 생리식염수로 희석하고, 희석한 시료를 각각 멸균된 페트리 접시에 첨가하였다. 여기에 오토클레이브 처리 후 50℃로 보온 중이던 표준 한천 배지(일수제약주식회사, 도쿄)를 첨가하고, 조용히 회전시켜 혼합한 후 냉각시켜 고형화하였다. 배지가 완전히 고형화된 페트리 접시는 거꾸로 뒤집어好기조건 및 혐기조건에서 배양하였다. 혐기 조건은 혐기 배양 키트(아네로팩, 미쓰비시가스화학주식회사, 도쿄)를 사용하였다. 배양은 37℃로 설정한 인큐베이터(MIR-154-PJ) 내에서 48시간 동안 실시하였다. 이후 접시 내에서 자란 콜로니 수를 계측하여, 호기 및 혐기 각각의 일반세균수를 산출하였다.

(3) 이노신산
돼지 흉최장근을 10% 과염소산 용액으로 균질화한 후, 원심분리하였다. 상등액을 탄산칼륨 용액으로 중화하고, 여과지(No.1, ADVANTEC, 도쿄)로 여과하였다. 이어서 기존 연구 방법[8]에 따라 고속액체크로마토그래프(HPLC)를 사용하여 이노신산(IMP) 농도를 분석하였다.

(4) 유리아미노산
유리아미노산 분석은 (3)에서 얻은 추출액을 사용하여 기존 연구[9]에 따라 HPLC로 분석하였다.

(5) 관능평가
4℃ 숙성 14일 처리 시료와 –1℃ 숙성 42일 처리 시료의 돼지 등심에 대해 기호형 관능 평가를 실시하였다. 평가 패널은 22~24세 대학생 24명(남성 12명, 여성 12명)으로 구성하였다. 냉동 보관 중이던 돼지 등심육은 –1℃에서 하룻밤 해동하였다. 해동한 각 시료의 등심 속살과 등심 위의 지방을 함께 절취하여, 220℃로 예열한 핫플레이트에서 한 면은 60초, 반대편은 90초간 가열하였다. 가열 후 즉시 시료를 제공하였다. 2점 기호 시험법을 사용하여 종합적인 기호도를 평가하였다.

(6) 통계 분석
실험 데이터는 평균 ± 표준오차로 표시하였다. 일반세균수 및 IMP 농도는 Student의 t-검정을 사용하여 유의차를 검출하였다. 일반세균수의 증식 속도는 선형 회귀분석을 실시하였다. 유리아미노산 농도는 일원 분산분석을 통해 검정하고, 각 처리군 간 차이는 Tukey의 다중비교검정을 통해 검출하였다. 관능 평가는 이항 검정법으로 유의차를 검정하였으며, p값이 0.05 이하인 경우 유의차가 있는 것으로 간주하였다. 통계 분석은 GraphPad Prism 7(GraphPad Software Inc., USA) 및 Microsoft Excel for Mac 2011을 사용하여 수행하였다.

(1) 일반세균수

그림 1은 돼지 등심육의 숙성 처리 기간 중 호기 및 혐기 조건에서 배양한 경우의 일반세균수 변화를 나타낸 것이다. 숙성 기간이 길어짐에 따라 호기 및 혐기 조건 모두에서 일반세균수의 증가가 관찰되었다. 4℃ 숙성 처리는 −1℃ 숙성 처리와 비교하여, 숙성 7일, 14일 및 21일 시점에서 호기 및 혐기 조건 모두에서 일반세균수가 유의하게 증가하였다.

일반적으로 식품 내 미생물은 증식을 시작하면 초기는 완만한 증가를 보이지만 점차 그 속도가 빨라지고, 세대 시간이 일정해지면 로그 곡선을 따라 증식한다고 알려져 있다. 그림 1에 일반세균수를 반로그 그래프로 나타낸 결과, 호기 및 혐기 조건 모두에서 4℃ 및 −1℃ 숙성 처리 모두에서 선형적인 증가가 확인되었다(p < 0.05).

4℃ 및 −1℃ 숙성 처리 각각에 대해 회귀계수를 숙성에 따른 하루당 일반세균수 증가 속도로 정의하면, 일반세균수의 증식 속도는 호기 조건에서 각각 0.194 및 0.062 (log10 CFU/g·day), 혐기 조건에서 각각 0.213 및 0.088 (log10 CFU/g·day)로 나타났다.

이전 연구에서는 0℃, 5℃, 10℃ 및 20℃에서 저장한 육류 표면 미생물총의 증식 속도가 온도가 5℃ 낮아질 때마다 절반, 10℃ 낮아질 경우 1/4로 감소한다고 보고된 바 있다. −1℃ 숙성 처리는 4℃ 숙성 처리에 비해 5℃ 낮은 온도에서 진행되었으며, 호기 및 혐기 조건 모두에서 일반세균수의 증식 속도를 각각 68.0% 및 58.9% 억제하는 결과를 보였다. 이는 기존 보고보다도 미생물 증식 속도를 더욱 강하게 억제함을 시사한다.

냉장 중의 일반세균수 증가는 주로 저온세균의 작용에 의한 것이다. 이 저온세균도 온도가 낮아질수록 증식 속도가 느려지며, 특히 −1℃에서 −3℃ 사이에서는 증식 속도가 현저히 감소한다고 보고되어 있다. −1℃ 숙성 처리는 0℃보다 낮은 온도를 이용하고 있어 육류 표면에 존재하는 미생물총의 증식을 강하게 억제하였고, 이로 인해 기존 보고보다도 일반세균수의 증식 속도 억제가 더 강하게 나타난 것으로 판단된다.

그림 1.
돼지고기를 4℃ 및 −1℃에서 숙성하는 동안, 호기 조건 및 혐기 조건 하에서의 일반세균수 변화.

각 값은 평균 ± 표준 오차(SEM, n=4)를 나타낸다.
*는 p < 0.05로, 유의한 차이를 의미한다.
CFU: colony-forming units (집락 형성 단위)

그래프 해석 요약:

4℃에서 숙성한 시료(●, 검은색 선)는 호기 및 혐기 조건 모두에서 일반세균수가 빠르게 증가함.

−1℃에서 숙성한 시료(■, 회색 선)는 세균수 증가가 억제됨.

특히 21일 이후부터 4℃ 시료는 log10 CFU/g 기준으로 6~8 수준까지 급증함에 반해, −1℃ 시료는 42일 시점까지도 낮은 수준 유지.

이는 −1℃ 숙성 조건이 미생물의 증식을 효과적으로 억제함을 시사한다.

(2) 이노신산(IMP)

그림 2는 돼지 등심육의 숙성 처리 기간 중 IMP 농도의 변화를 나타낸 것이다. 숙성 처리 기간이 길어짐에 따라, 4℃ 및 −1℃ 숙성 처리 모두에서 IMP 농도의 감소가 관찰되었다. 또한, 4℃ 숙성 처리에서는 −1℃ 숙성 처리와 비교하여 숙성 7일, 14일 및 21일 시점에서 IMP 농도가 유의하게 감소하였다.

IMP는 도축 직후 아데노신 삼인산(ATP)이 분해됨에 따라 생성된다. 먼저, ATP는 에너지를 방출하고 아데노신 이인산(ADP)이 되며, 이어서 두 분자의 ADP가 미오키나아제의 작용을 받아 한 분자의 ATP가 재합성되고, 동시에 한 분자의 아데노신 일인산(AMP)이 생성된다. 이 AMP는 AMP 디아미나아제의 작용을 받아 IMP로 전환되고, 이 IMP는 5’-뉴클레오티다아제의 작용에 의해 이노신으로 변화된다. 이후 이노신(HxR)은 최종적으로 히포잔틴(Hx)으로 분해된다.

IMP에 작용하는 5’-뉴클레오티다아제의 활성이 AMP 디아미나아제보다 훨씬 약하기 때문에, IMP가 조직 내에 축적되어 감칠맛에 기여하게 된다. IMP 농도의 감소는 도축 직후의 총 ATP 농도, 5’-뉴클레오티다아제를 비롯한 분해 효소의 활성, 또한 온도 및 pH에 의해 영향을 받는 것으로 보고되어 있다.

야마나카 등은 여러 종류의 식육을 5℃, 0℃ 및 −1℃에서 저장하였을 때의 ATP 관련 물질의 변화 경향을 조사하였고, 특히 −1℃ 저장이 IMP의 분해 속도를 억제하는 데 효과적이라고 보고하였다. 또한 후쿠마 등은 전갱이에서 추출한 조효소액을 사용하여 다양한 온도에서의 5’-뉴클레오티다아제 활성을 평가한 결과, 빙온(氷温, −1℃ 전후)에서 활성이 가장 낮다는 사실을 보고하였다.

본 연구에서도, −1℃ 숙성 처리는 4℃ 숙성 처리보다 5’-뉴클레오티다아제의 최적 온도로부터 더 떨어져 있기 때문에, 이 효소의 활성이 낮았던 것으로 판단된다. 따라서 −1℃에서 숙성한 돼지 등심육은 IMP의 분해가 완만하게 진행되었을 것으로 사료된다.

이 그래프(Fig. 2)는 돼지 등심육을 4℃ 및 -1℃에서 숙성시켰을 때, 시간에 따른 이노신산(IMP: Inosine Monophosphate) 농도의 변화를 나타냅니다.

세로축(μmol/g): 이노신산 농도

가로축(Days): 숙성 기간 (0~42일)

검은 원: 4℃

회색 사각형: -1℃

별표(*): p < 0.05 수준에서 통계적으로 유의한 차이를 나타냄

주요 해석 요약:

숙성이 진행됨에 따라, 두 온도 모두에서 IMP 농도는 점차 감소합니다.

특히 7일, 14일, 21일 시점에서 4℃ 숙성군은 -1℃ 숙성군에 비해 유의하게 더 낮은 IMP 농도를 보였습니다.

-1℃에서는 IMP가 더 오랜 기간 유지되어 감칠맛 성분 손실이 덜한 것으로 해석할 수 있습니다.

이는 -1℃에서의 숙성이 IMP 분해를 늦춰 맛 성분 보존 효과가 높다는 것을 실험적으로 보여주는 결과입니다.

� 이노신산(IMP)이란?

핵산 유래 물질로, 아데노신 삼인산(ATP) → ADP → AMP → IMP → 이노신 → 히포잔틴 순으로 분해되는 과정 중 생성됨. 주로 고기(육류)와 생선에서 풍부하며, 감칠맛을 유도하는 핵심 성분입니다. **글루탐산(글루타민산)**과 함께 있을 때 시너지 효과로 감칠맛이 훨씬 강해집니다.



� 고기 숙성과의 관계

도축 직후 고기 속 ATP는 시간이 지나며 IMP로 분해됩니다. 숙성 초기에는 IMP 농도가 가장 높아, 고기가 가장 맛있게 느껴지는 시기입니다. 이후 IMP는 점점 이노신(HxR), 히포잔틴(Hx)으로 분해되며, 맛이 떨어지게 됩니다.



❄️ 저온 숙성과 IMP 유지

4℃보다 낮은 -1℃(氷温, 빙온) 숙성은 효소활성을 낮추고 미생물 증식을 억제하여, IMP의 분해를 늦춥니다. 그 결과 IMP 농도가 더 오래 유지되어 감칠맛이 오래 지속됩니다.

(3) 유리아미노산 및 관능 평가

식품의 부패에는 미생물의 작용이 크게 관여한다. 따라서 육류의 유통기한 표시를 위한 시험 방법 중 하나로 일반 생균수 측정이 사용되고 있다. 해당 가이드라인에서는 일반 생균수가 10⁸ CFU/g 이상일 경우 이상으로 판단한다고 명시되어 있다.

본 연구는 웻에이징(wet aging) 방식으로 진행되었기 때문에, 혐기 조건에서의 일반 생균수를 부패의 지표로 삼는 것이 바람직하다고 판단된다. 혐기 조건에서의 일반 생균수는, 4℃ 숙성 14일과 -1℃ 숙성 42일 시점에서 각각 5.72±0.06 및 5.91±0.26 (log₁₀ CFU/g)이었으며, 이는 거의 동일한 부패 상태에 있다고 판단할 수 있다.

따라서 부패 정도가 동일한 이 두 시료에 대해 유리아미노산 농도 측정과 기호성 관능 평가를 실시하였다.

표 1에는 돼지 등심육의 숙성 전, 4℃ 숙성 14일, 그리고 -1℃ 숙성 42일 시점의 유리아미노산 농도를 제시하였다.

※ 표 주석:

각 수치는 평균값 ± 표준 오차 (n = 4)로 표시하였다.

동일 행 내에서 같은 알파벳 첨자가 없는 값들은 p < 0.05 수준에서 통계적으로 유의미한 차이를 나타낸다 (Tukey’s 다중비교법).

*총 아미노산에는 Asp, Thr, Ser, Glu, Pro, Gly, Ala, Val, Met, Ile, Leu, Tyr, Phe, Lys, Arg가 포함된다.

숙성 처리 전과 비교하여, 4℃ 및 -1℃ 숙성 처리 모두에서 유리아미노산 및 총 유리아미노산 농도가 유의하게 증가하였다. 한편, 유리 아르기닌 농도는 숙성 처리 전과 비교하여 -1℃에서 42일 숙성했을 때에만 유의한 증가가 나타났다. 이는 숙성 처리 중에 작용하는 엔도펩티데이스 및 아미노펩티데이스의 작용에 의해 유리아미노산이 생성되었기 때문으로 판단된다.

4℃에서 14일 숙성한 시료와 -1℃에서 42일 숙성한 시료를 비교했을 때, 세린, 글루탐산, 프롤린, 글리신, 발린, 메티오닌, 아이소류신, 류신, 페닐알라닌, 라이신 및 총 유리아미노산 농도에서 유의한 증가가 확인되었다. 육류의 숙성 과정 중 아미노산의 생성에는 아미노펩티데이스 C 및 H의 관여가 크다는 것이 보고되어 있다. 따라서, 돼지 등심육의 -1℃ 숙성 처리는 4℃ 숙성 처리에 비해 부패와 관련된 일반 세균 수 및 저온세균 수의 증식을 강하게 억제하지만, 유리아미노산 생성에 관여하는 아미노펩티데이스 C 및 H의 활성을 크게 억제하지 않는 것으로 보인다. 향후에는 4℃와 -1℃에서의 돼지고기 내 아미노펩티데이스 C 및 H의 활성 차이에 대해 명확히 할 필요가 있다.

한편, 감칠맛 성분인 글루탐산은 IMP와 상승 효과를 보이기 때문에 이들의 균형은 중요하며, 글루탐산 및 IMP 농도로부터 육류 내 감칠맛 강도를 산출할 수 있다. 4℃에서 14일 숙성한 시료와 -1℃에서 42일 숙성한 시료의 감칠맛 강도는 각각 64.6 ± 6.2 및 68.6 ± 3.8이었으며, 통계적으로 유의한 차이는 나타나지 않았다.

표 2는 돼지 등심육의 4℃ 14일 숙성 및 -1℃ 42일 숙성 시료에 대한 기호형 관능 평가 결과를 나타낸 것이다.

해석:
24명의 평가자 중 17명이 -1℃에서 42일간 숙성한 돼지고기를 더 선호했으며, 이는 통계적으로 유의한 차이(p < 0.05)를 보였다. 이는 장기간의 저온(빙온) 숙성이 감칠맛 성분과 기호도를 개선시킬 수 있음을 시사한다.

−1℃에서 42일간 숙성한 시료는, 4℃에서 14일간 숙성한 시료와 비교하여 종합적인 평가에서 유의하게 더 우수하다는 결과를 보였다. 본 연구에서는 관능 평가에 숙련된 패널을 확보하는 것이 어려웠기 때문에, 종합적인 기호도에 대한 평가만을 기호형 관능 평가로 실시하였다. 따라서 어떤 요인이 −1℃ 숙성 시료가 더 우수하다고 판단된 것인지는 명확하지 않다. 향후에는 관능 평가에 숙련된 패널을 구성하여 분석형 관능 평가를 실시하고, −1℃ 숙성 처리의 특성을 보다 명확히 밝힐 필요가 있다.

이상의 결과를 종합하면, 빙온을 활용한 −1℃ 숙성 처리는 기존의 4℃ 숙성 처리와 비교하여 일반 생균수의 증식과 IMP의 분해를 억제하는 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 부패의 지표 중 하나인 혐기 조건에서의 일반 생균수가 동일하였던 4℃ 숙성 14일 및 −1℃ 숙성 42일 시료에 대하여, 유리 아미노산 농도 측정 및 기호형 관능 평가를 실시하였다. 그 결과, −1℃ 숙성 42일 시료는 4℃ 숙성 14일 시료와 비교하여 감칠맛에 관여하는 글루타민산 농도가 유의하게 증가하였고, 관능 평가에서도 종합적으로 더 우수한 평가를 받았다.

이러한 결과로부터, 돼지 등심의 −1℃ 숙성 처리는 4℃ 숙성 처리보다 일반 생균수의 증식을 억제하고, 풍미를 향상시키는 데 기여함으로써 돼지고기의 부가가치를 높이는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다.

감사의 말씀
본 연구의 일부는 2020년도 간사이대학교 젊은 연구자 육성 경비(개인 연구) 지원을 받아, 연구 과제 "숙성 처리 온도의 차이가 육류의 감칠맛 성분 생성에 관여하는 아미노펩티다제 활성에 미치는 영향"의 일환으로 수행된 결과를 발표하는 것이다.

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