소고기 기호성 및 해동 중 육즙 손실에 미치는 영

냉동 상태에서의 가공과 해동 후 가공, 그리고 이후 재냉동이
소고기 등심 스테이크의 기호성 및 해동 중 육즙 손실에 미치는 영향

Jade E. Edwards¹, Keayla M. Harr¹, Morgan Denzer¹, Morgan Pfeiffer¹,
Gretchen G. Mafi¹*, Ranjith Ramanathan¹*

¹ 미국 오클라호마주 스틸워터, 오클라호마주립대학교
동물·식품과학과(Department of Animal and Food Science)

* 교신저자
이메일:

ranjith.ramanathan@okstate.edu

(Ranjith Ramanathan),

gretchen.mafi@okstate.edu

(Gretchen G. Mafi)

초록(Abstract)
본 연구의 목적은 냉동 상태에서의 가공과 해동 후 가공, 그리고 이후 재냉동이 소고기 등심(longissimus lumborum) 스테이크의 기호성, 해동 손실(thaw loss), 조리 손실(cook loss)에 미치는 영향을 평가하는 데 있다. 미국 농무부(USDA) 초이스 등급의 소고기 등심(n = 20)은 상업적 육가공 시설로부터 확보하였다.

서브프라이멀(subprimal)은 최초 냉동 사이클을 모사하기 위해 4℃에서 21일간 숙성한 뒤 −21℃에서 14일간 냉동하였다. 이후 각 등심 쌍(pair) 내에서 하나는 냉동 상태에서 가공하도록, 다른 하나는 해동 후 가공하도록 배정하였다. 해동 후 가공 처리군은 4℃에서 7일간 해동하였으며, 냉동 상태 가공 처리군은 가공 시점까지 −21℃를 유지하였다.

각 등심에서 두께 2.54cm의 스테이크를 절단한 후, −12℃, −18℃, −21℃의 세 가지 냉동 저장 온도 중 하나에 배정하여 180일간 냉동 보관하였다. 각 냉동 저장 온도 처리구 내에서 스테이크는 소비자 관능평가, 훈련된 관능평가 패널, 그리고 Warner–Bratzler 전단력(WBSF) 분석의 세 가지 평가 항목 중 하나에 배정되었다.

소비자 관능평가 결과, 연도, 다즙성, 풍미, 전반적 기호도, 이취(off-flavor) 감지 여부에서 가공 시점이나 저장 온도에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P > 0.05). 마찬가지로, 훈련된 관능평가 패널에서도 초기 다즙성, 지속 다즙성, 연도, 결합조직량, 이취, 또는 쇠고기 고유 풍미에서 가공 시점에 따른 차이는 관찰되지 않았다(P > 0.05). 또한, 훈련된 관능평가 패널은 모든 처리 조합에서 내부 조리 색도 비율에 유의적인 차이가 없다고 보고하였다(P > 0.05).

해동 후 가공된 스테이크는 냉동 상태에서 가공된 스테이크에 비해 Warner–Bratzler 전단력(WBSF) 값이 유의적으로 낮게 나타났다(P < 0.05). 또한, 해동 후 가공 처리구의 등심과 스테이크는 냉동 상태 가공 처리구에 비해 해동 손실 비율이 유의적으로 높았다(P < 0.05).

한편, 가공 시점이나 냉동 저장 온도와 관계없이 스테이크의 조리 손실에서는 유의적인 차이가 관찰되지 않았다(P > 0.05). 냉동–해동 사이클을 한 차례 거친 등심과 스테이크는 수율 손실로 인해 파운드당 1.64달러의 손실이 발생한 반면, 두 차례 사이클을 거친 경우에는 파운드당 2.02달러의 손실이 발생하였다. 냉동 상태에서 가공한 뒤 장기 저장할 경우, 전반적인 유출 손실(purge loss)과 조리 손실이 감소함으로써 제품 수율이 증가하였으며, 이는 기호성에는 영향을 미치지 않았다. 따라서 식품서비스 업계는 수분 손실과 전반적인 경제적 손실을 최소화하기 위해, 조리 시점까지 냉동 등심 및 스테이크를 해동하지 않는 것이 바람직하다고 판단된다.

주요어(Keywords)
쇠고기, 가공, 냉동, 식품서비스, 기호성

Meat and Muscle Biology 9(1): 18932, 1–10 (2025)
doi: 10.22175/mmb.18932
투고일: 2025년 1월 6일
게재 승인일: 2025년 2월 11일

서론(Introduction)

냉동을 통해 저장 기간을 연장하고 공급이 부족한 시기에 제품을 활용하는 방식은 수세기 동안 다양한 형태로 사용되어 왔다.

육류의 냉동은 세균 증식을 최소화하고 저장 및 운송의 유연성을 높이며, 추가적인 유통기한 연장을 가능하게 한다는 점에서 육류 산업에 있어 필수적인 기술이다(Lagerstedt et al., 2008; Dang et al., 2021).

육류는 신선 상태에서 미생물 부패에 취약한 화학적 특성을 지니고 있어, 유통기한을 연장할 수 있는 방법이 제한적이다(Dang et al., 2021). 소비자들은 일반적으로 육류를 냉동하면 식미 품질이 저하된다고 인식하고 있으나, 이러한 인식은 과학적 연구 결과에 의해 뒷받침되지는 않는다(Pietrasik and Janz, 2009).

최근 수년간 다수의 산업 관계자들과의 개인적 소통에 따르면, 가공 과정에서 발생하는 소매 부위 손실을 줄이기 위해 프라이멀(primal)을 절단 가공(fabrication) 전에 냉동하는 방식이 점차 보편화되고 있다. 이러한 관행이 실제로 이루어지고 있음에도 불구하고, 제품 수율, 조리 손실, 그리고 기호성에 미치는 영향에 대해서는 아직 충분한 연구가 이루어지지 않았다.

냉동 기술은 오래전부터 활용되어 왔으나, 최근 쇠고기 수급의 불균형으로 인해 최종 소비자에게 도달하기 전까지 제품이 냉동과 해동을 거치고, 경우에 따라 다시 냉동되는 사례가 증가하고 있다. 2020년 COVID-19 팬데믹은 다수의 외식업체 폐업을 초래하였고, 이에 따라 제품 유통이 외식 시장에서 소매 시장으로 이동하였다(Darcy, 2021; Whitehead and Kim, 2022). 또한 인력 부족과 지속적인 공급망 혼란은 많은 가공업체와 마케터들로 하여금 기존의 가공 계획을 수정하도록 만들었으며, 그 결과 일부 제품은 여러 차례의 냉동–해동 사이클을 거치게 되었다.

더 나아가, 연중 특정 시기에 수요가 높고 공급이 부족해지는 상황에 대응하기 위해, 많은 포장업체(packers)들이 프라이멀의 냉동과 해동을 도입하게 되었다. 포장업체 및 2차 가공업체들과의 소통에 따르면, 제품을 냉동한 뒤 가공을 위해 해동하고, 이후 최종 목적지로 운송하기 위해 다시 냉동하는 경우가 일반적인 것으로 나타났다. 또한 쇠고기 수출 증가로 인해 운송을 목적으로 냉동되는 쇠고기의 양이 늘어나면서, 최종 목적지에 도달하기 전까지 여러 차례의 냉동–해동 사이클을 거칠 가능성도 커지고 있다. 그럼에도 불구하고, 다회 냉동–해동이 제품에 미치는 영향, 특히 소비자의 기호성 특성에 미치는 영향에 대한 연구는 매우 제한적인 실정이다.

기존의 냉동 관련 연구는 주로 얼음 결정 형성과 그로 인한 연도 변화에 초점을 맞추어 왔다. 냉동 과정에서 근섬유 사이에 얼음 결정이 형성되어 세포막이 손상된다는 사실은 이미 잘 확립되어 있다(Rahelić et al., 1985a; Rahelić et al., 1985b; Qian et al., 2022). 세포막 손상은 해동 시 수분 손실을 증가시키며, 이는 한 번도 냉동되지 않은 신선육에 비해 소비자 만족도를 저하시킨다(Wheeler et al., 1990; Lagerstedt et al., 2008; Beyer, 2023). 연구 결과가 일관되지는 않으나, 일부 연구에서는 얼음 결정 형성으로 인해 전체 근육 형태의 쇠고기 부위에서 전단력 값이 감소하는 현상도 관찰되었다(Lagerstedt et al., 2008; Kim et al., 2018).

또한, 더 낮은 온도에서 이루어지는 빠른 냉동은 세포 간 얼음 결정 형성을 줄이고, 보다 작고 균일한 형태의 얼음 결정을 형성함으로써 근섬유 손상을 감소시키는 것으로 보고되었다(Rahelić et al., 1985a). 그러나 냉동 속도와 온도가 전단력 값이나 해동 손실에 영향을 미친다는 증거는 확인되지 않았다(Eastridge and Bowker, 2011; Hergenreder et al., 2013; Kim et al., 2015). 최근 Beyer 등(2023)은 냉동 스테이크에서 소비자가 인지하는 다즙성이 감소하였다고 보고하였다.

쇠고기 수급의 변화는 여러 가공업체로 하여금 기존 생산 모델에서 벗어나, 이전에 냉동된 제품을 활용하는 방식으로 전환하도록 만들었다. 냉동의 영향에 대한 연구는 다수 존재하지만, 쇠고기가 여러 차례 냉동–해동 사이클을 거칠 경우 소비자의 식미 경험에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 정보는 여전히 부족하다. 이에 본 연구의 목적은 냉동 상태에서의 가공과 해동 후 가공, 그리고 이후 재냉동이 소고기 등심(longissimus lumborum) 스테이크의 기호성, 해동 손실, 조리 손실에 미치는 영향을 평가하는 데 있다.

재료 및 방법(Materials and Methods)

제품 수집(Product collection)

미국 농무부(USDA) 로우 초이스(Low Choice) 등급의 소고기 채끝 등심(strip loin; longissimus lumborum, IMPS #180) 20쌍(좌·우 한 쌍 기준, 총 40개)을 도축 후 2일째 되는 시점에 상업적 쇠고기 가공시설로부터 수집하였다. 도체 관련 자료(온도체 중량, 예비 육량등급, 보정 예비 육량등급, 등심단면적, 마블링 점수, 골격 성숙도 점수)는 Oklahoma State University 연구진에 의해 수집되었으며, 해당 자료는 표 1(Table 1)에 제시하였다.

또한 각 등심에는 개별 식별표(tag)를 부착하여 가공 전 과정 동안 고유 식별이 유지되도록 하였으며, 이를 통해 분석 전반에 걸쳐 동일 개체에서 유래한 좌·우 쌍(pair)이 일관되게 사용되도록 관리하였다. 채끝 등심은 진공 포장한 후, 얼음을 이용한 냉장 상태로 오클라호마주립대학교 로버트 M. 커 식품·농업제품센터(Robert M. Kerr Food and Agricultural Products Center)로 운송하였다.

포장 및 저장(Packaging and storage)

오클라호마주립대학교에 도착한 후 각 채끝 등심(strip loin)은 4℃에서 21일간 습식 숙성(wet aging)하였다. 진공 포장 상태는 숙성 기간 동안 누설 여부를 정기적으로 점검하였으며, 포장지 파손 또는 실링(seal) 불량이 확인될 경우 재포장하였다.

숙성 종료 후 각 등심의 중량을 측정한 뒤, −21℃에서 14일간 냉동하였다.

14일 냉동 기간이 종료된 시점에, 각 좌·우 짝(pair) 등심은 냉동 상태를 유지할 처리 또는 해동 처리로 배정하되, 좌측과 우측이 냉동·해동 처리군에 균등하게 배정되도록 하였다. 냉동 유지 처리로 지정된 등심은 −21℃에서 추가로 7일간 보관하였다. 해동 처리로 지정된 등심은 4℃에서 7일간 보관하였다.

냉동 유지 또는 해동 기간이 종료된 후 등심의 중량을 다시 측정하고, 밴드쏘(bandsaw; Biro Manufacturing Co., Cleveland, OH)를 사용하여 전방(anterior) 끝에서부터 두께 2.54cm의 스테이크로 절단 가공(fabrication)하였다. 전방면에서 얻은 첫 스테이크(anterior face steak)는 일반성분 분석(proximate analysis)에 사용하도록 지정하였다.

각 등심에서 얻은 9개의 스테이크는 무작위로 배정하되, 균등하게 3가지 냉동 온도 처리(−12℃, −18℃, −21℃) 중 하나에 배정하였다. 또한 각 등심에서 각 냉동 온도 처리구마다 1개 스테이크를 소비자 관능평가(consumer sensory panel), 훈련된 관능평가(trained sensory panel), Warner–Bratzler 전단력(WBSF) 분석 중 하나에 배정하였다. 아울러 WBSF 분석용으로 지정된 스테이크는 조리 후 지질 산화(cooked lipid oxidation) 평가에도 활용하였다.

훈련된 관능평가 및 소비자 관능평가용으로 지정된 스테이크는 해동 손실(thaw loss)과 조리 손실(cook loss) 평가에 사용하였다. 내부 조리 색도(internal cooked color) 분석은 훈련된 관능평가용으로 지정된 스테이크에서 수행하였다. 모든 스테이크는 개별 중량을 측정한 뒤 진공 포장하고, 벌크 단위로 박싱하여 지정된 냉동 저장 온도에서 180일간 보관하였다. 연구 기간 동안 냉동고 온도는 지속적으로 모니터링하였으며, 냉동고의 성에는 제조사 권고에 따라 제거(제상)하였다.

해동 손실 및 조리 손실(Thaw and cook loss)

등심은 최초 냉동 이전과 절단 가공(fabrication) 직전에 중량을 측정하여, 첫 번째 냉동 사이클에서 발생한 수분 손실을 산출하였다.

중량 측정은 포장 상태 그대로에서 먼저 실시하였다. 이어서 등심을 포장에서 꺼낸 뒤 종이타월로 표면 수분을 닦아내고 중량을 측정하였다. 포장재와 태그(tag)는 공기 중에서 건조시킨 후 중량을 측정하였으며, 첫 번째 냉동 사이클의 총 해동 손실은 다음 식으로 계산하였다.

첫 번째 냉동 사이클 해동 손실(%) ((포장 상태 등심 중량−비포장 등심 중량−포장재 중량)/포장 상태 등심 중량)×100\big((\text{포장 상태 등심 중량} - \text{비포장 등심 중량} - \text{포장재 중량})/\text{포장 상태 등심 중량}\big)\times 100((포장 상태 등심 중량−비포장 등심 중량−포장재 중량)/포장 상태 등심 중량)×100

4℃에서 24시간 해동한 뒤, WBSF 분석, 훈련된 관능평가, 소비자 관능평가에 배정된 스테이크는 포장 상태에서 중량을 측정하고, 포장에서 꺼낸 후 종이타월로 표면 수분을 닦아내어 다시 중량을 측정하였다. 중량 측정 후 스테이크는 Rational 오븐(모델 SCC WE 102G, Rational AG, Landsberg am Lech, Germany)을 204℃, 상대습도 0%로 설정하여 내부온도 68℃까지 가열한 뒤 71℃로 템퍼링(tempering)하였다. 조리 과정 동안 스테이크의 온도는 오븐 온도계를 이용하여 모니터링하였고, 템퍼링 온도는 Thermapen Mk4(Thermoworks, American Fork, UT)를 사용하여 측정하였다.

포장재와 태그는 건조 후 중량을 측정하였으며, 두 번째 냉동 사이클의 총 해동 손실은 다음 식으로 계산하였다.

두 번째 냉동 사이클 해동 손실(%)

((포장 상태 스테이크 중량−비포장 스테이크 중량−포장재 중량)/포장 상태 스테이크 중량)×100

스테이크는 WBSF 절차에 따라 앞서 기술한 방식으로 조리하였으며, 최고 도달 온도(peak temperature)를 기록하였다. 조리 손실을 계산하기 위해 해동 손실 계산에 사용한 생고기 중량(raw steak weight)을 사용하였고, 최고 도달 온도에 도달한 후 조리 후 중량(cooked weight)을 측정하였다. 조리 손실은 다음 식으로 계산하였다.

((생 스테이크 중량−조리 후 스테이크 중량)/생 스테이크 중량)×100

WBSF(Warner–Bratzler 전단력)

Warner–Bratzler 전단력(WBSF) 측정은 미국육과학협회(AMSA)의 관능평가 지침(Sensory Guidelines)에 따라 수행하였다(AMSA, 2016). 스테이크는 조리 손실 측정에서 기술한 방법과 동일하게 조리한 뒤, 금속 팬 위에 올려 4℃에서 18시간 냉각한 후 전단 시험을 실시하였다.

각 스테이크로부터 근섬유 방향과 평행하게 직경 1.27cm의 코어(core) 6개를 채취하였다. Instron 만능시험기(모델 66 5943; Instron Corporation; Norwood, MA)에 제조사 제공 WBSF 블레이드를 장착하여 각 코어의 최대 하중(kgf)을 측정하였으며, 시료당 6개 코어의 평균값을 분석에 사용하였다. 크로스헤드 속도(crosshead speed)는 250 mm/s로 설정하였다.

훈련된 관능평가 패널(Trained sensory panel)

오클라호마주립대학교 기관생명윤리위원회(Institutional Review Board, IRB)는 소비자 패널과 훈련된 패널 분석 모두를 승인하였다(승인번호: IRB-22-434). 관능평가 패널은 미국육과학협회(AMSA)의 관능평가 지침에 따라 훈련하였다(AMSA, 2016). 훈련된 패널 평가는 2주 동안 진행되었으며, 각 패널은 훈련된 평가자 8명으로 구성되었다.

스테이크는 WBSF에 사용된 스테이크와 동일한 방법으로 해동 및 조리하였다.

최고 도달 온도(peak temperature)는 온도계(Thermopen mk4, Salt Lake City, UT)를 사용하여 확인하고 기록하였다. 시료는 조각 크기의 균일성을 확보하기 위해 절단 가이드를 사용하여 1 cm × 1 cm × 1.9 cm 크기로 절단하였다. 절단된 시료는 패널리스트에게 제공하기 전까지 상업용 보온 장치(commercial warmer)에 보관하였다.

패널리스트에게는 처리 조합(treatment combination)별로 2개씩, 총 12개 시료를 무작위 순서로 제공하였다. 각 패널리스트는 각 시료당 1 cm × 1 cm × 1.9 cm 조각 2개를 제공받았다. 패널리스트에게는 냅킨, 이쑤시개, 물컵, 뱉는 컵(expectorant cup), 무염 크래커를 제공하였다. 또한 6개 문항으로 구성된 종이 설문지가 제공되었으며, 다음 항목을 8점 척도로 평가하도록 하였다:

초기 다즙성(initial juiciness), 지속 다즙성(sustained juiciness), 연도(tenderness), 결합조직량(connective tissue amount), 쇠고기 풍미 강도(beef flavor intensity), 이취 강도(off-flavor intensity). 척도 기준은 다음과 같다: 1 = 극도로 건조함, 8 = 극도로 다즙함; 1 = 극도로 질김, 8 = 극도로 연함; 1 = 결합조직 없음, 8 = 결합조직이 매우 많음; 1 = 극도로 담백함(풍미가 약함), 8 = 극도로 강함(풍미가 강함).

시료는 익힘 정도에 대한 편향(degree of doneness bias)을 방지하기 위해 적색 조명 하에서 평가하였다. 또한 패널리스트의 평가 기준이 시간 경과에 따라 흔들리는 현상(panelist drift)을 예방하기 위해, 평가 시작 전에 “워밍업(warm-up)” 시료를 제공하였다.

내부 조리 색도(Internal cooked color)

내부 조리 색도 분석에 사용된 스테이크는 훈련된 관능평가(trained sensory analysis)에서 기술한 방법과 동일하게 준비하였다. 조리 후 스테이크는 절단면에 직각이 되도록 슬라이스하였으며, HunterLab 4500L MiniScan EZ 분광측색기(개구부 2.5cm, 조명광원 A, 표준 관찰자 각도 10°; HunterLab Associates, Reston, VA)를 사용하여 표면 색을 3회 측정함으로써 내부 조리 색도를 평가하였다.

내부 조리 색도의 평가는 CIE L*, a*, b* 값과 400–700 nm 범위의 분광 스펙트럼 측정값을 활용하여 수행하였다. 크로마(chroma)와 색상각(hue) 값은 AMSA 색도 지침에 따라 산출하였다(King et al., 2023). 또한 훈련된 패널리스트 8명은 조리 색도를 6점 척도로 평가하였다(1 = 매우 붉음/레어, 3 = 분홍색/미디엄 레어, 6 = 황갈색·갈색/매우 잘 익음).

소비자 관능평가 패널(Consumer sensory panel)

훈련되지 않은 소비자 패널리스트(n = 160)는 오클라호마주 스틸워터(Stillwater, OK) 지역에서 모집하였으며, 참여에 대한 보상을 제공하였다. 총 10회의 패널 세션이 오클라호마주립대학교 내 대형 강의실 형태의 공간에서 진행되었고, 각 세션에는 16명의 패널리스트가 참여하였다. 시료는 훈련된 관능평가(trained sensory analysis)에서 기술한 방법과 동일하게 준비하였다.

소비자들은 패널 세션 동안 6개의 시료를 평가하도록 요청받았다. 각 스테이크는 총 8명의 개별 패널리스트가 각각 2조각씩 받을 수 있도록 절단하였다. 소비자들은 개인 스마트폰을 사용하여 디지털 설문(Qualtrics Software, Provo, UT)을 작성하였다. 설문은 인구통계(demographics) 설문, 쇠고기 소비(소비·구매) 설문, 그리고 6개 시료 평가 설문으로 구성되었다.

인구통계 설문에는 성별, 연령, 인종·민족(ethnicity), 세전 연간 가구 소득 수준, 교육 수준이 포함되었다. 소비자들은 월간 쇠고기 섭취량 및 구매 습관, 스테이크 섭취 시 가장 중요하게 여기는 특성, 선호하는 최종 익힘 정도(endpoint cookery preference)에 관한 문항에 수치로 응답하였다.

시료 평가는 9점 기호 척도(hedonic scale)를 사용하여 연도(tenderness), 다즙성(juiciness), 풍미 기호도(flavor liking), 전반적 기호도(overall liking)를 평가하도록 하였다(1 = 극도로 질김, 9 = 극도로 연함; 1 = 극도로 건조함, 9 = 극도로 다즙함; 1 = 극도로 싫음, 9 = 극도로 좋음). 또한 각 시료에서 이취(off-flavor)가 감지되는지를 확인하기 위해 예/아니오(yes-or-no) 문항에 응답하도록 하였다.

더불어 각 시료 평가 말미에는 소비자가 이취의 특징을 서술하거나, 시료에 대한 추가 의견을 기재할 수 있는 자유 서술 공간을 두었다.

소비자에게는 냅킨, 이쑤시개, 물컵, 뱉는 컵(expectorant cup), 무염 크래커를 제공하였다. 평가 시작 전에는 설문 작성 방법(ballot), 시험 절차, 구강 정화제(palate cleanser) 사용에 관한 안내를 구두로 제공하였다.

티오바비투르산 반응성 물질(Thiobarbituric acid reactive substances)

지질 산화(lipid oxidation)는 두 번째 냉동 저장 기간 이후, 티오바비투르산(TBA) 반응성 물질 분석법(thiobarbituric acid reactive substances assay)을 Witte 등(1970)의 방법을 수정하여 평가하였다.

스테이크는 WBSF 분석에서 기술한 방식과 동일하게 조리하였다. 스테이크 외부 표면에서 3 g의 시료를 채취하여, Waring 상업용 블렌더(모델 33BL7; New Hartford, CT)에서 27 mL의 트리클로로아세트산(TCA)과 함께 10초간 균질화(blending)하였다.

균질화 후 각 시료는 Whatman 42 여과지를 사용하여 여과하였다. 여과가 끝난 뒤, 여과액 1 mL를 취해 유리 시험관에 넣고 TBA 1 mL를 첨가하였다. 이후 시험관을 100℃ 수욕(water bath)에서 10분간 반응시킨 다음, 실온에서 5분간 냉각하였다. 흡광도(absorbance)는 분광광도계(UV-2600, UV–VIS Spectrophotometer; Shimadzu; Columbia, MD)를 사용하여 532 nm에서 측정하였다.

표준(standard)은 TCA 1 mL와 TBA 1 mL를 혼합하여 설정하였다. 지질 산화 값은 AMSA 색도 지침(King et al., 2023)에 제시된 계산식에 따라 고기 1 kg당 말론알데하이드(malonaldehyde) mg 단위(mg malonaldehyde/kg meat)로 보고하였다.

통계 분석(Statistical analysis)

첫 번째 냉동–해동 사이클 이후의 등심 절단 가공 수율(loin fabrication yield)을 분석하기 위해, 실험단위를 등심(loin)으로 하고 처리(treatment)는 도체(carcass)로 블로킹(blocking)한 **무작위 완전블록 설계(randomized complete block design)**를 적용하였다.

두 번째 냉동–해동 사이클 이후에는, 모든 분석에서 절단 가공 상태(fabrication state)와 냉동 저장 온도의 효과를 규명하기 위해 **분할구 설계(split-plot design)**를 사용하였다. 전체구(whole plot)에서는 절단 가공 상태(냉동 상태 가공 또는 해동 후 가공)의 효과를 평가하기 위해 무작위 완전블록 설계를 적용하였고, 전체구의 실험단위는 등심으로 설정하였으며 개체(동물)를 블록 요인으로 처리하였다. 부분구(sub-plot)에서는 각 스테이크를 −12℃, −18℃, −21℃의 냉동 저장 온도 중 하나에 배정하였다.

좌·우 한 쌍의 채끝 등심(strip loin) 20쌍을 반복(replicate)으로 사용하였다. 고정효과(fixed effects)로는 절단 가공 상태, 냉동 온도, 그리고 이들의 상호작용(interaction)을 포함하였다.

최소제곱평균(least-squares means)은 SAS의 PROC GLIMMIX 절차(SAS 9.4; SAS Inst.; Cary, NC)를 이용하여 산출하였으며, P < 0.05를 유의수준으로 하여 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 판단하였다. 또한 모든 분석에서 분모 자유도(denominator degrees of freedom) 산출을 위해 Kenward–Roger 방법을 적용하였다. PDIFF 옵션을 사용하여 최소제곱평균을 비교·분리하였고, 전체 F-검정(overall F-test)에서 유의차가 확인된 경우 LINES 문(statement)을 사용하여 상첨자(superscripts)를 생성하였다.

결과(Results)

지질 산화(Lipid oxidation)

절단 가공 상태(fabrication status)와 냉동 저장 온도의 영향을 비교하였을 때, 지질 산화 값에서는 유의적인 차이가 나타나지 않았다(P > 0.05)(표 2).

해동 손실 및 조리 손실(Thaw and cook loss)

등심과 스테이크의 해동 손실 및 조리 손실(%)은 표 2에 제시하였다. 절단 가공 전에 해동한 등심은 냉동 상태에서 절단 가공한 등심에 비해 해동 손실 비율이 유의적으로 높았다(P < 0.05). 냉동 상태 가공군과 해동 후 가공군 사이의 수분 손실 차이는 5.02%였다.

이에 상응하여, 냉동–해동 사이클을 1회만 거친 등심에서 유래한 스테이크는 냉동–해동 사이클을 2회 거친 등심에서 유래한 스테이크보다 해동 손실이 더 크게 보고되었다(P < 0.05). 전체적으로 절단 가공 전에 해동된 등심은, 절단 가공 시점까지 냉동 상태로 유지된 등심에 비해 총 수분 손실량이 수치상 292.6 g 더 많았다. 이는 냉동–해동 사이클을 2회 거친 등심에서 유래한 스테이크의 총 수분 손실이 수치상 19.51 g 증가하는 것으로 환산된다.

냉동–해동 사이클을 1회 거친 등심에서 유래한 스테이크는 수분 손실로 인해 1.64달러의 가치 손실이 발생한 반면, 냉동–해동 사이클을 2회 거친 등심에서 유래한 스테이크는 2.02달러의 가치 손실이 발생하였다. 이 값은 해동 중 중량 손실과, USDA 초이스 채끝 등심(IMPS #180)의 당시 보고 가격(USDA, 2024)을 바탕으로 산출하였다. 전반적으로 냉동 상태에서 절단 가공한 등심은 해동 후 절단 가공한 등심에 비해 5.71달러의 가치를 더 보존하는 것으로 나타났다.

한편, 냉동 저장 온도는 스테이크의 해동 손실에 유의적인 영향을 미치지 않았다(P > 0.05). 또한 냉동–해동 사이클을 1회 또는 2회 거친 등심에서 유래한 스테이크 모두에서 조리 손실 비율은 유의적인 차이가 나타나지 않았다(P > 0.05). 마찬가지로 냉동 저장 온도 또한 조리 손실 비율에 영향을 미치지 않았다(P > 0.05).

WBSF(Warner–Bratzler 전단력)

WBSF 값은 표 2에 제시하였다. 냉동–해동 사이클을 2회 경험한 등심에서 유래한 스테이크는 냉동–해동 사이클을 1회 경험한 등심에서 유래한 스테이크에 비해 WBSF 값이 유의적으로 낮았다(P < 0.0001). 냉동 저장 온도는 WBSF 값에 유의적인 차이를 유발하지 않았다(P > 0.05). 또한 냉동–해동 사이클 횟수와 냉동 저장 온도 간 상호작용은 관찰되지 않았다(P > 0.05).

훈련된 관능평가 패널(Trained sensory panel)

훈련된 패널리스트가 평가한 모든 기호성 특성의 최소제곱평균(least-squares means)은 표 3에 제시하였다. 훈련된 패널리스트는 냉동–해동 사이클을 1회 또는 2회 거친 스테이크를 비교하였을 때, 초기 다즙성, 지속 다즙성, 연도, 결합조직량, 이취(off-flavor), 쇠고기 풍미(beef flavor)에서 유의적인 차이를 확인하지 못하였다(P > 0.05). 또한 냉동 저장 온도는 어떠한 기호성 특성에도 유의적인 영향을 미치지 않았다(P > 0.05).

내부 조리 색도(Internal cooked color)

내부 조리 색도 자료는 표 4에 제시하였다. 훈련된 조리 색도 평가자는 냉동–해동 사이클 횟수와 무관하게 스테이크의 내부 조리 색도에서 유의적인 차이를 감지하지 못하였다(P > 0.05). 또한 3가지 서로 다른 저장 온도에서 냉동한 스테이크 사이에서도 내부 조리 색도의 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P > 0.05).

냉동–해동 사이클 횟수는 내부 조리 색도의 L*, a*, b*, 크로마(chroma), 색상각(hue), 또는 630/580 값에 영향을 미치지 않았다. 마찬가지로 냉동 저장 온도 역시 L*, a*, b*, 크로마, 색상각, 또는 630/580 기기 측정 조리 색도 값에서 유의적인 차이를 유발하지 않았다(P > 0.05).

표 2. 냉동 상태 또는 해동 상태에서 절단 가공(fabrication)한 소 채끝 등심(strip loin, n = 40)의 수분 손실률(%)ᵃ, 해동 손실률(%)ᵇ, 조리 손실률(%)ᶜ, WBSFᵈ, TBARS 값ᵉ에 대한 최소제곱평균(LS-means)과, 절단 가공 후 서로 다른 3가지 냉동 저장 온도에 노출된 소 등심근(longissimus lumborum) 스테이크(n = 240)의 해당 지표에 대한 최소제곱평균.

약어·각주 번역

약어: MDA = 말론디알데하이드(malondialdehyde); TBARS = 티오바비투르산 반응성 물질(thiobarbituric acid reactive substance); WBSF = Warner–Bratzler 전단력.

ᵃ 채끝 등심의 냉동/해동 전·후 중량을 기록함(냉동/해동 후 중량 ÷ 초기 중량 × 100).

ᵇ 스테이크의 냉동/해동 전·후 중량을 기록함(냉동/해동 후 중량 ÷ 초기 중량 × 100).

ᶜ 스테이크의 조리 전·후 중량을 기록함(조리 후 중량 ÷ 초기 중량 × 100).

ᵈ WBSF는 값이 낮을수록 더 연하고(연도↑), 씹어서 절단하는 데 필요한 전단력이 더 적음을 의미함.

ᵉ TBARS는 값이 높을수록 지질 산화가 더 큼을 의미함.

ᶠ 동일 처리구·동일 지표 내에서 **서로 다른 위첨자(a, b)**를 공유하지 않는 평균은 유의적으로 다름(P < 0.05).

소비자 인구통계 및 구매 동기
160명의 소비자 패널 참여자에 대한 인구통계 정보는 표 5에 제시되어 있다. 패널 참여자는 남성(37.7%)과 미혼(30.0%)보다 여성(62.3%)과 기혼(70.0%)이 주를 이루었다. 또한 참여자는 대체로 백인(72.5%)이었고, 40세 미만(74.3%)이 다수를 차지했으며, 가구원 수 4인 이하(77.2%) 가구에 거주하는 비율이 높았다. 교육 수준은 대학교 일부 이수 이상이 90.6%로 나타났다. 참여자의 가구소득은 주로 75,000달러에서 150,000달러 사이(54.4%)에 분포하였다.

소고기 스테이크를 섭취할 때 가장 중요하게 여기는 기호성(팔라터빌리티) 특성을 묻는 질문에서, ‘풍미(Flavor)’가 50.0%로 가장 빈번한 응답이었고, 그다음은 ‘연도(Tenderness)’ 31.1%, ‘다즙성(Juiciness)’ 11.9% 순이었다. 소비자가 선호하는 익힘 정도는 미디엄 레어(51.3%)가 가장 많았고, 다음으로 미디엄(20.6%)이 뒤를 이었다. 소비자는 대부분 월 5회 초과 빈도로 소고기를 섭취(75.6%)하였으며, 구매 역시 월 5회 초과가 47.5%로 우세하였다.

소비자 관능(감각) 패널 결과
소비자 패널 참여자의 관능 특성에 대한 최소제곱평균(least-squares means)은 표 6에 보고되어 있다. 동결–해동 반복 횟수에 따라 연도, 다즙성, 풍미 기호도, 이취(off-flavor) 감지, 전반적 기호도에서 차이가 나타나지 않았다(P>0.05). 또한 냉동 저장 온도에 대해서도, 평가한 모든 소비자 관능 특성에서 차이가 관찰되지 않았다(P>0.05).

요약) 참여자 특성은 여성·기혼·40세 미만·백인 비중이 높았고, 스테이크에서 가장 중요한 요소로 ‘풍미’를 가장 많이 꼽았다. 관능평가에서는 동결–해동 횟수와 냉동 저장 온도에 따른 기호도 차이가 유의하지 않았다.

표 3. 동결 상태 또는 해동 상태에서 분할(정형)한 뒤, 분할 이후 3가지 서로 다른 냉동 저장 온도 조건에 노출시킨 소 등심(Longissimus lumborum) 스테이크(n=120)에 대해, 훈련된 관능(감각) 패널이 평가한 기호성(팔라터빌리티) 점수의 최소제곱평균(least-squares means)ᵃ.

요약) 표는 동결–해동 횟수(1회/2회)와 냉동 저장 온도(−12/−18/−21°C)에 따라, 훈련된 관능패널이 평가한 다즙성·연도·결합조직감·이취·소고기 향미 점수(최소제곱평균)와 표준오차, P값(및 상호작용 P값)을 정리한 것이다.

표 4. 동결 상태 또는 해동 상태에서 분할(정형)한 뒤, 분할 이후 3가지 서로 다른 냉동 저장 온도 조건에 노출시킨 소 등심(Longissimus lumborum) 스테이크(n=120)의 내부 가열육 색도 값에 대한 훈련된 패널 평가치의 최소제곱평균: L*, b*, a*c, b*d, 채도(Chroma)ᵉ, 색상각(Hue)ᶠ, 그리고 630/580 nm 비율ᵍ.

ᵃ 가열육 색 관능 점수: 1 = 매우 붉음/레어(덜 익음), 3 = 분홍색/미디엄 레어, 6 = 황갈색·갈색/웰던(아주 잘 익음).

ᵇ L* 값: 값이 클수록 **밝기(명도)**가 높음을 의미한다.

ᶜ a* 값: 값이 클수록 붉은 기가 강함을 의미한다.

ᵈ b* 값: 값이 클수록 **황색(노란 기)**이 강함을 의미한다.

ᵉ 채도(Chroma): 값이 클수록 표면의 붉은 기가 강함을 의미한다.

ᶠ 색상각(Hue): 값이 클수록 표면의 황색 기가 강함을 의미한다.

ᵍ 630/580 nm 비율: 반사 스펙트럼으로부터 계산한 값이며, 1에 가까울수록 조리색이 더 갈색화되었음을 의미한다.

ʰ 스테이크는 Rational 오븐을 사용하여 중심온도 71°C까지 가열하였다.

요약) 이 표는 동결–해동 횟수와 냉동 저장 온도(−12/−18/−21°C)에 따라, 조리 후 내부 육색의 관능 점수와 색도 지표(L*, a*, b*, 채도, 색상각, 630/580 nm 비율)의 보정평균 및 P값(상호작용 포함)을 제시한 것이다.

토의(Discussion)

분할(정형) 이후의 냉동 저장 온도는, 본 연구에서 수행한 객관적·주관적 기호성(팔라터빌리티) 측정치 어떤 항목에도 영향을 미치지 않았다. 냉동 속도가 육질에 미치는 영향은 선행연구에서 충분히 검토되어 왔다(Farouk et al., 2003; Kim et al., 2015; Setyabrata et al., 2019). 냉동 과정에서 냉동 속도는 육류의 세포 구조에 영향을 주며, 그 결과 수분 보유력(water holding capacity)에 영향을 미치는 것으로 보고되어 있다(Huff-Lonergan and Sosnicki, 2005; Dang et al., 2021). 산업 현장에서는 비교적 표준화된 냉동 온도를 유지하는 편이나, 운송 과정과 식품서비스 업장에 도착한 이후의 시간은 더 변동적인 냉동 저장 온도를 시사할 수 있다. 본 연구를 설계할 때 연구진은, 두 번째 냉동 사이클에서의 냉동 저장 온도 차이가 지질 산화와 연도 값에 차이를 유발할 가능성이 있다고 가정하였다. 그러나 Viera et al.(2009)은 −20°C와 −80°C에서 냉동했을 때 지질 산화와 연도 값에 차이가 없다고 보고하였다. 본 연구에서 사용한 온도 범위는 −12°C에서 −21°C였는데, 연구진은 이 범위가 선행연구에서 제시된 것과 같은 유의한 세포 구조 변화나 산화 변화를 유도하기에는 충분히 크지 않았을 가능성이 있다고 판단한다.

냉동과 연도의 관계는 폭넓게 연구되어 왔으나, 다회 동결–해동이 근원섬유(myofibrillar) 수준의 연도에 미치는 영향에 대해서는 문헌이 많지 않다. 얼음결정 형성으로 인한 세포막 파열은 전단력을 감소시켜 기기적(instrumental) 연도를 개선하는 것으로 알려져 있다(Rahelić et al., 1985b; Grayson et al., 2014). 본 연구에서는 동결–해동 사이클이 1회 추가될 때 WBSF(워너–브래츨러 전단력) 값이 17.2% 감소하여 객관적 연도가 개선됨을 확인하였다. 다만, 기계적 연도는 냉동으로 개선되었음에도, 훈련된 패널과 소비자 패널 모두는 그 차이를 감지하지 못했다. 또한 1회 또는 2회의 동결–해동을 거친 두 등심(로인)의 스테이크는 모두 “Certified Very-Tender” 등급의 기준 임계치(ASTM, 2011)보다 낮은 WBSF 값을 보였다. 훈련·비훈련 패널 모두 동결–해동 횟수에 따른 관능적 차이를 확인하지 못했다. 더불어 본 연구에서는 냉동 저장 온도가 객관적·주관적 관점 모두에서 연도에 영향을 미치지 않았다. 연구진은 그 이유로, 냉동 온도 범위가 상대적으로 좁았던 점과 재냉동이 스테이크에서 일어나 훨씬 빠르게 냉동되었을 가능성을 들며, 이 경우 세포막 손상이 더 적게 발생했을 수 있다고 설명한다.

본 연구 결과는, 2회의 동결–해동을 거친 스테이크와 1회의 동결–해동을 거친 스테이크 사이에서 지질 산화에 차이가 있음을 시사하지 않았다. 동결–해동 횟수와 냉동 저장 온도 조건 전반에서 지질 산화 값은 모두 소비자가 지질 산화를 감지하는 임계치(<2.0 mg malondialdehyde/kg) 아래에 있었다(Love and Pearson, 1971). Setyabrata and Kim(2019), Rahman et al.(2015)은 다회 동결–해동이 지질 산화를 유의하게 증가시킬 수 있다고 결론지었으나, 두 선행연구 모두 숙성(aging) 기간을 일정하게 유지하지 않았고, 이는 본 연구와의 결과 차이에 부분적으로 기여했을 수 있다. 얼음결정의 형성과 용해는 세포막 안정성을 교란하여 금속과 헴 단백질의 방출을 촉진하고, 이들은 산화촉진제(pro-oxidants)로 작용하여 지질 산화 수준을 높일 수 있다(Zhang et al., 2023). 또한 다회 동결–해동 과정에서 진행되는 산화는 관능평가에서 풍미와 전반적 기호도에 불리한 변화를 초래할 수 있다(Xia et al., 2009).

수율(yield)의 극대화는, 식품서비스 시장에 판매되는 제품을 분할·정형하고 유통하는 주체들에게 중요한 경제적 동인이다. 1회 동결–해동을 거친 로인에서 만든 스테이크는 수분 손실로 인해 1.64달러의 가치 손실이 발생한 반면, 2회 동결–해동을 거친 로인에서 만든 스테이크는 USDA 초이스 등급 스트립로인(채끝등심)의 현재 보고 가격을 기준으로 2.02달러의 가치 손실이 발생하였다. 이는 해동 상태에서 분할하는 것보다 동결 상태에서 분할하는 것이 스테이크 1장당 0.38달러의 비용 절감으로 이어짐을 의미한다. 전체적으로 동결 상태에서 분할한 로인은, 해동 상태에서 분할한 로인에 비해 5.71달러의 가치를 더 유지하였다. 이러한 차이는 수천 파운드 규모의 제품으로 확대될 경우 상당한 경제적 함의를 갖는다. 연구진이 아는 한, 동결 상태 분할과 해동 상태 분할의 경제적 영향을 평가한 과학적 연구는 아직 보고된 바가 없다. 따라서 냉동과 해동의 경제적 차이를 평가하여 전체 경제적 근거를 문서화하기 위한 추가 연구가 필요하다. 동결 상태 분할과 단 1회의 동결–해동에서 기인하는 수분 손실 감소는, 의미 있는 경제적 유인을 제공할 수 있다.

결론(Conclusion)

분할 시점의 상태(동결/해동)와 분할 이후 냉동 저장 온도는 소고기 스테이크의 품질 특성에 본질적으로 큰 영향을 미치지 않았다. 소비자 패널과 훈련된 패널 모두에서 기호성 차이는 확인되지 않았다. 그러나 분할 전에 해동된 로인과 그 로인에서 만든 스테이크는, 동결 상태에서 분할한 경우에 비해 해동 손실(thaw loss) 비율이 유의하게 증가하였다. 해동 손실의 증가는 신선육 수율에 영향을 주며, 경제적으로 불리하게 작용한다. 예컨대, 동결 상태에서 분할한 로인은 냉동 이후에도 해동 상태에서 분할한 로인보다 5.71달러의 가치를 더 유지하였다. 따라서 신선육 수율과 소비자 기호성을 극대화하기 위해서는, 로인을 분할 공정 내내 동결 상태로 유지하고, 조리 직전에만 해동하는 것이 바람직하다.

요약) 냉동 저장 온도(−12~−21°C)와 동결–해동 횟수는 관능 기호도 차이를 만들지 못했지만, 해동 후 분할은 해동 손실을 늘려 수율과 경제성에 불리했다. 따라서 동결 상태로 분할하고, 조리 직전에 해동하는 전략이 수율·가치 측면에서 유리하다고 결론짓는다.