J Korean Soc Food Sci Nutr 한국식품영양과학회지 45(6), 889~893(2016) http://dx.doi.org/10.3746/jkfn.2016.45.6.889 고압처리원유로제조한발효유의저장중유산균수변화와이화학적특성 안성일 1 정인애 2 정운시 2 주진우 1 김거유 1 전정태 2 1 강원대학교동물생명과학대학동물응용과학부축산식품과학전공 2 삼양식품 ( 주 ) 통합 R&D팀 Changes in Lactic Acid Bacteria and Physicochemical Properties of Yogurt Made with High Pressure Processing Treated Milk Sung-Il Ahn 1, In-Ae Chung 2, Woon-Si Chung 2, Jin-Woo Jhoo 1, Gur-Yoo Kim 1, and Jung-Tae Jeon 2 1 Animal Products and Food Science Program, Division of Applied Animal Science, College of Animal Life Sciences, Kangwon National University 2 Integrated R&D Team, Samyang Foods Co. ABSTRACT This study was carried out to investigate the physicochemical and fermentation properties of yogurt made from high pressure processing (HPP) treated milk. Raw milk and commercial yogurt starter were used to make yogurt. Raw milk was HPP treated at 350 or 450 MPa (HPP 350 or 450) for 15 min or heat treated at 80 C for 10 min. The numbers of lactic acid bacteria of the HPP treated group (HPP yogurt) rapidly increased during 2 4 h, whereas there was not significant difference from control (P<0.05). Titratable acidity of all samples increased, and ph decreased during storage from 0.99 to 1.24%, as well as from 4.59 to 4.20, respectively. It is confirmed that these values are in general ranges for yogurt. Control showed higher viscosity than HPP 350. Syneresis was significantly lower than that of the control (P<0.05). Based on the data obtained from the present study, HPP treatment was effective to enhance the quality of yogurt. Key words: high pressure processing, yogurt, non-thermal treatment 서 최근들어많은소비자가건강에관한관심이높아지면서영양적으로우수하고다양한기능성을겸비한식품들을찾고있다. 발효유제품은 probiotic bacteria를섭취함으로써얻을수있는체내콜레스테롤저하, 유당불내증의완화, 면역시스템의개선등과같은여러효과때문에오래전부터기능성이있는것으로인식되어왔다 (1). 그중발효유는 probiotics 제품중에서가장대중적이고세계에서가장많이소비되고있는유제품이다 (2). 발효유는일반적으로우유, 산양유, 마유등과같은포유류의유즙에유산균이나효모또는그두가지를혼용하여발효한제품을말하며, 여기에향료, 과즙등을첨가하여마시기좋게만들기도한다 (3). 한편, 최근소비자들의식품에관한관심은건강과더불어안전이며, 가급적천연의상태, 첨가물이들어있지않은 Received 26 February 2016; Accepted 18 May 2016 Corresponding author: Jung-Tae Jeon, Integrated R&D Team, Samyang Foods Co., Wonju, Gangwon-do 26368, Korea E-mail: jtjeon77@gmail.com, Phone: +82-33-811-2110 론 안정적인제품을요구하고있다. 식품의보존성을향상하기위해서전통적으로가열, 냉장, 건조, 식품보존제첨가와같은방법을사용해왔다. 그러나냉동, 건조방법은품질과소비자의기호도를감소시킬우려가있으며, 식품보존제의사용또한점차소비자들이피하고있다. 널리쓰이고있는가열공정은열에의한영양성분의파괴및변성, 향기성분손실등의품질저하를초래한다 (4). 이에따라여러종류의비가열처리기술들이연구, 개발되고있다. 현재식품의비가열처리방법에는고압처리 (HPP), 고전압펄스전기장, 진동자기장, 방사선조사법등이있다 (5). 이들중 HPP는 Hite(6) 에의해처음소개되었으며, 열처리의장점을유지하면서도 Maillard reaction, 비타민의파괴, 맛의손실, 물리화학적변화등과같은열처리시발생하는단점을최소화할수있는장점이있으며, Horie 등 (7) 이과일잼을만들어본결과, 과일특유의색과향을보존할수있다는연구이후로최근주목을받고있다 (4). 그동안 HPP 처리를한우유가일반적인저온살균처리한시유에비해관능적특성이우수하다 (8) 고보고되는등그우수성이입증되고있으나, HPP 처리한유제품에관한연구는 HPP를이용한원유의살균처
890 안성일 정인애 정운시 주진우 김거유 전정태 리및단백질의변화 (9-11) 또는치즈제조 (12-15) 등에국한되어왔고, HPP 처리원유를이용한발효유에관한연구는상대적으로미미한실정이다. 따라서본연구에서는 HPP 처리한원유를이용하여발효유를제조하고, 이것의발효특성과저장기간이화학적특성을살펴보고자한다. Table 1. Formula composition of the yogurt making Ingredients Recipes (%) Milk Powdered skim milk Starter Sugar 재료및방법 실험재료실험에사용된원유는 ( 주 ) 삼양식품 (Seoul, Korea) 에서제공받아사용하였다. 발효유제조에이용한균주는 Streptococcus thermophilus, Lactobacillus fermentum과 Lactobacillus delbrueckii sub sp. bulgaricus가혼합된상업용균주 (FD-DVS Yo-Flex Harmony 1.0, Chr. Hansen, Hoersholm, Denmark) 를사용하였다. 이균주는점성이높고후발효가거의일어나지않아 stirred type 발효유에적합하며동결건조된 direct-in-vat-set 타입으로특별한전처리없이바로투입하여사용할수있다. 탈지분유는 ( 주 ) 롯데푸드 (Seoul, Korea) 에서수입한 skim milk powder 88% 와 demineralized whey powder 12% 가혼합된제품을사용하였으며, 정백당은 ( 주 ) 큐원 (Seoul, Korea) 에서생산된제품을사용하였다. 발효유의제조 Table 1에제시된배합비에따라 starter를제외한나머지원료들을혼합한후, 대조군은 85 C에서 10분간살균후 40 C로냉각하여 starter를 0.005%(w/w) 접종하고 (Table 1) 43 C의배양기 (BOD Incubator, HB-103M, Han Baek Scientific Co., Bucheon, Korea) 에서 ph가 4.6이될때까지약 8시간배양하였다. 실험군은대조군과동일하게원료배합후 HPP(NC Hiperbaric 420, Hiperbaric Co., Burgos, Spain) 처리를각각 350, 450 MPa로 15분간실시하였다. 이것을 40 C로예열후동일하게 starter를접종하여 8시간배양하였다. 고압처리발효유의이화학적특성유산균배양중발효유의발효특성을알아보기위하여실험군과대조군모두 starter를접종한후, 발효 8시간동안 2시간간격으로유산균수를측정하였다. 또한, 발효가완료된발효유를 4 C의항온기에보관하면서저장기간에따른유산균수, ph, 적정산도및색도의변화를 4일간격으로 89.995 5 0.005 5 Total 100 15 일까지측정하였다. 유산균수측정 시료는 vortex를이용하여균질화한후일정량을취하여사용하였다. 준비된시료 1 ml에 0.1% peptone 용액 9 ml 를혼합하여 10배희석법으로희석하였다. 각희석액 1 ml 를멸균된유산균배지 Bromocresol purple count agar (BCP, Eiken Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japan) 에접종하여, 37 C incubator에서 48시간배양후에형성된 colony 수를계측하고여기에희석배수를곱하여시료 ml당 CFU (colony forming unit) 로나타내었다. ph 및적정산도발효유의 ph는 ph meter(fiveeasy Plus, Mettler- Toledo, Greifensee, Switzerland) 를이용하여측정전에 ph 4.0과 7.0의표준완충용액으로기기를보정한후, 시료 50 ml를비커에담아 3회측정하여평균 ph 값을얻었다. 적정산도는시료 10 g을취하여증류수 10 ml를가한후이를 0.1 N NaOH로 ph 8.3이될때까지적정하여, 이때소비된 0.1 N NaOH를 lactic acid의양으로환산하였다. Lactic acid (%)= 0.1 N NaOH 소비량 (ml) 100 Sample (g) 점도분석 요구르트 200 ml를 250 ml 비커에담아 4 C에서 24시간저장후미생물의활동을중지시키고충분히점도를회복시킨후 8~9 C를유지하며 Brookfield viscometer(model LVDV2T, Brookfield Engineering Laboratories Inc., Middleboro, MA, USA) 의 4번 spindle을사용하여 10 rpm, 4분에서 8분까지 1분간격으로점도를측정하여그평균치를 data로활용하였다. Syneresis Keogh와 O'Kennedy(16) 의방법에따라요구르트 30 g 을 50 ml conical tube에취하고 4 C에서 0, 5, 15일보관후 1,500 rpm, 10분간원심분리하여분리된상등액무게로 syneresis(%) 를계산하였다. Syneresis (%)= 분리된상등액의무게 100 발효유의무게 통계분석 본연구에서얻어진실험결과에대한통계처리는 SAS package(ver. 9.4, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 를사용하였다. 각실험군간의유의성을검증하기위하여 ANOVA 분석을하였으며, 사후검증으로 Duncan's multiple range test에의해 5% 유의수준에서검증하였다.
고압처리원유로제조한발효유의특성 891 Fig. 1. Change of lactic acid bacteria in yogurt made with milk and 450 MPa during incubation at 37 C. 1) Control: sterilized at 80 C for 10 min. Fig. 2. Change of lactic acid bacteria in yogurt made with milk and 450 MPa during storage at 4 C. Control: sterilized at 80 C for 10 min. 결과및고찰발효유배양중유산균수변화 Fig. 1은발효유의유산균발효중유산균수의변화를나타낸것이다. 고압처리원유로제조한발효유 (HPP 350, 450) 의경우 HPP 처리군모두배양 2~4시간에서유산균이급격히증식됨을알수있었고, 그이후에는완만한증가추이를보였다. 80 C로살균한원유로만든발효유 ( 대조군 ) 의경우발효초반 (0~2 h) 에유산균수의비교적가파른증가추이를보였으나, 전체적으로배양시간동안일정한비율로증가함을알수있었다. da Cruz 등 (2) 은원유의 HPP 처리는발효유제품제조시 probiotic bacteria의생육을증진한다고보고하였다. 본실험에서는고압처리군에서발효초반에유산균이급격히증가하였으나, 발효완료시점인배양 8시간에서의유산균수는대조군과큰차이가없는것으로나타났다. 이는 da Cruz 등 (2) 의보고와는다소차이가있으며, 원유의 HPP 처리가발효유제조시유산균생육에크게영향을미치지않음을알수있었다. 발효유저장중유산균수변화고압처리및열처리한원유로제조한발효유를 4 C에서 15일간저장하면서유산균수의변화를관찰한결과는 Fig. 2와같다. 실험군과대조군모두저장기간유산균수가감소하는경향을나타내었으나, 저장 15일차에서군별유산균수에서는큰차이가나타나지않았다. Patrignani 등 (17) 은고압처리한원유를이용하여발효유를제조하고, 4 C에서저장하는동안유산균수의변화를관찰하였다. 그결과저장 14일차에서는 HPP 처리군과열처리군모두에서유의적차이가나타나지않았으나, 저장 35일차에서는 HPP 처리군의유산균생존율이더높은것으로보고하였다. 본연구에서는저장기간을 15일까지로한정하여실험하였는데, Patrignani 등 (17) 과같이저장기간을늘려실험한다면저장기간의유산균수생존율에서확연한차이가드러날것으로기대된다. 저장기간에발효유의산도및 ph 변화 Fig. 3과 4는저장기간발효유의산도및 ph 변화를나타낸것이다. 저장 15일동안발효유의산도는증가하는경향을보였고, 이에따라 ph는감소하는경향을나타내었다. 산도는 350, 450 MPa로처리한군과대조군이각각 1.01에서 1.15, 1.04에서 1.24, 그리고 0.99에서 1.06% 로증가하였다. 모든처리군에서 0.99~1.24% 의산도를나타내었는데, 이는정상적인발효유의적정산도가 0.7~1.20% 라는 Davis(18) 의보고와유사하였다. ph는 350, 450 MPa로처리한군과대조군이각각 4.52에서 4.37, 4.49에서 4.34, Fig. 3. Change of titratable acidity in yogurt made with milk and 450 MPa during storage at 4 C. 1) Control: sterilized at 80 C for 10 min.
892 안성일 정인애 정운시 주진우 김거유 전정태 Table 2. Syneresis of yogurt made with milk sterilized at 80 C or high pressure processing treated milk at 350 and 450 MPa during storage at 4 C for 15 days Treatment Control 1) 350 Mpa 450 Mpa Storage (d) 0 5 15 2.328±0.286 aa 0.000±0.000 bb 0.383±0.671 ba 0.007±0.005 ab 0.008±0.001 aa 0.002±0.003 ba 0.066±0.003 ab 0.003±0.003 bb 0.001±0.001 ba 1) Control: sterilized at 80 C for 10 min 2) Values with different superscripts in a column (a,b) and row (A,B) are significant at P<0.05 by Duncan's multiple range test. Fig. 4. Change of ph in yogurt made with milk sterilized at 80 C or sterilized with high pressure processing during storage at 4 C. 1) Control: sterilized at 80 C for 10 min. 그리고 4.59에서 4.43으로감소하였으며, 실험군이대조군보다 ph가더낮은것으로나타났고그중 450 MPa로처리한군의 ph가더낮았다. 일반적으로요구르트의바람직한 ph 범위는 ph 3.27~4.53이라고알려져있는데 (19-21), 본연구에서제조한요구르트의 ph는약 4.34~4.59로대체로위의보고들과일치하는경향을나타내었다. 저장기간에발효유의점도변화 Fig. 5에서보는바와같이저장기간중발효유의점도를관찰한결과, 대조군이실험군보다점도가높게나타났으며실험군내에서도 450 MPa 처리한군의점도가더높게나타났다. 이는 Udabage 등 (22) 의보고와일치하였다. Udabage 등 (22) 은각각 100, 250, 400 MPa로처리한원유로발효유를제조하여열처리만을시행한원유로제조한발효유와점 도를비교하였는데, 처리압력이높아질수록점성이증가하는양상을보였으나열처리를한대조군에비해점성이모두떨어지는결과를보였고, 이는 250 MPa 이상의원유고압처리가 casein micelle 간의 network를약화하기때문이라고보고하였다. 한편, Johnston 등 (23) 은 600 MPa에서 1시간동안 HPP 처리한원유로발효유를제조하였을때점도가증가했다고하여본연구와는다른결과를보였는데, 이는오랜시간동안원유를 HPP 처리하여점도에영향을줄만큼충분히 casein micelle의변성을초래했기때문으로생각된다. 저장기간중발효유의 syneresis 변화저장기간중발효유의 syneresis를측정한결과는 Table 2와같다. 대체로시간이지남에따라 350 MPa 처리군을제외한대부분의군에서 syneresis가줄어드는경향을보였으며, 450 MPa 처리군에서대조군보다 syneresis가유의적으로적게나타나는것을확인할수있었다 (P<0.05). 발효유에서 syneresis는제품의물성및외관에영향을주기때문에중요한품질특성으로볼수있다. Syneresis는 plain 타입의 stirred yogurt에서유청분리현상을의미하므로그값이높을경우품질저하요인으로볼수있다 (24). da Cruz 등 (2) 은 HPP 처리가발효유의 syneresis를감소시켜 stabilizer의첨가를줄일수있다고보고하였다. Goyal 등 (9) 은 300 MPa 이상의압력으로우유를처리하면비가역적으로 casein micelle의크기가줄어들게된다고보고하였다. 또한 Loveday 등 (25) 은고압처리에의한 casein micelle의크기변화로인해발효유의 curd가수분을 holding 하는능력이높아진다고보고하였다. 따라서발효유제조공정에서원유를적절한압력으로처리하는것은발효유의물성을개선하는데효과가있다고할수있다. 요 약 Fig. 5. Change of viscosity in yogurt made with milk sterilized at 80 C or sterilized with high pressure processing at 350 and 450 MPa during storage at 4 C. 1) Control: sterilized at 80 C for 10 min. Values with different letters in whole storage (A-C) and the same day (a-c) are significant at P<0.05 by Duncan's multiple range test. 본연구에서는고압처리 (high pressure processing) 한원유를이용하여발효유를제조하고, 발효특성및저장기간물리화학적특성의변화를살펴보았다. 고압처리한원유를이용하여발효유제조시발효초반에유산균이급격히증식
고압처리원유로제조한발효유의특성 893 됨을확인하였으나, 발효완료후총유산균수는대조군과크게차이가나지않았다. 저장기간중실험군과대조군모두유산균수가서서히감소하는경향을나타내었다. 또한산도및 ph는각군모두정상적인발효유의범위를나타내었다. 각군의점도를대조해본결과대조군이실험군보다점도가높게나타났으나, syneresis는 450 MPa 처리군이대조군보다유의적으로적게발생한것으로나타났다 (P< 0.05). 따라서적절한압력을이용한원유의고압처리는발효유의물성을개선하는데효과가있다고할수있으며, 이분야에관한연구가좀더이루어져야할필요가있다. 감사의글 본연구는농림축산식품부고부가가치식품기술개발사업 ( 과제번호 : 114028-02) 지원에의해수행되었습니다. REFERENCES 1. Hekmat S, Reid G. 2006. Sensory properties of probiotic yogurt is comparable to standard yogurt. Nutr Res 26: 163-166. 2. da Cruz AG, Faria JSF, Saad SMI, Bolini HMA, Sant'Ana AS, Cristianini M. 2010. High pressure processing and pulsed electric fields: potential use in probiotic dairy foods processing. Trends Food Sci Technol 21: 483-493. 3. Lee JL, Huh CS, Baek YJ. 1999. Utilization of fermented milk and it's health promotion. Korean J Dairy Sci Technol 17: 58-71. 4. Park J, Na S, Lee Y. 2010. Present and future of non-thermal food processing technology. Food Science and Industry 43(1): 2-20. 5. Smelt JPPM. 1998. Recent advances in the microbiology of high pressure processing. Trends Food Sci Technol 9: 152-158. 6. Hite BH. 1899. The effect of pressure in the preservation of milk. Bull West Virg Univ Agric Exp Stat 58: 15-35. 7. Horie Y, Kimura K, Ida M, Yosida Y, Ohki K. 1991. Jam preparation by pressurization. Nippon Nogeikagaku Kaishi 65: 975-980. 8. Lim CM, Joo TW, Hong SH, Park SY, Park JH, Jeon GY, Jung WS, Kim JT, Kim GY, Jhoo JW. 2015. Effect of high pressure processing on quality characteristics of grass-fed cow's milk. Ann Anim Resour Sci 26: 29-41. 9. Goyal A, Sharma V, Upadhyay N, Sihag M, Kaushik R. 2013. High pressure processing and its impact on milk proteins: a review. Res Rev J Dairy Sci Technol 2: 12-20. 10. Gola S, Mutti P, Manganelli E, Squarcina N, Rovere P. 2000. Behaviour of E. coli O157:H7 strains in model system and in raw meat by HPP: microbial and technological aspects. High Pressure Res 19: 91-97. 11. Gao YL, Wang YX, Jiang HH. 2005. Effect of high pressure and mild heat on Staphylococcus aureus in milk using response surface methodology. Process Biochem 40: 1849-1854. 12. Saldo J, Sendra E, Guamis B. 2000. High hydrostatic pressure for accelerating ripening of goat's milk cheese: proteolysis and texture. J Food Sci 65: 636-640. 13. Malone AS, Wick C, Shellhammer TH, Courtney PD. 2003. High pressure effects on proteolytic and glycolytic enzymes involved in cheese manufacturing. J Dairy Sci 86: 1139-1146. 14. Okpala COR, Piggott JR, Schaschke CJ. 2010. Influence of high-pressure processing (HPP) on physico-chemical properties of fresh cheese. Innovative Food Sci Emerging Technol 11: 61-67. 15. Sandra S, Stanford MA, Goddik LM. 2004. The use of high-pressure processing in the production of Queso Fresco cheese. J Food Sci 69: FEP153-FEP158. 16. Keogh MK, O'Kennedy BT. 1998. Rheology of stirred yogurt as affected by added milk fat, protein and hydrocolloids. J Food Sci 63: 108-112. 17. Patrignani F, Burns P, Serrazanetti D, Vinderola G, Reinheimer J, Lanciotti R, Guerzoni ME. 2009. Suitability of high pressure-homogenized milk for the production of probiotic fermented milk containing Lactobacillus paracasei and Lactobacillus acidophilus. J Dairy Res 76: 74-82. 18. Davis JG. 1970. Laboratory control of yogurt. Dairy Ind 35: 139-144. 19. Kroger M, Weaver JC. 1973. Confusion about yogurt-compositional and otherwise. J Milk Food Technol 36: 388-391. 20. Chambers JV. 1979. Culture and processing techniques important to the manufacture of good quality yoghurt. Cult Dairy Prod J 14: 28-33. 21. Duitschaever CL, Arnott DR, Bullock DH. 1972. Quality evaluation of yogurt produced commercially in Ontario. J Milk Food Technol 35: 173-175. 22. Udabage P, Augustin MA, Versteeg C, Puvanenthiran A, Yoo JA, Allen N, McKinnon I, Smiddy M, Kelly AL. 2010. Properties of low-fat stirred yoghurts made from high-pressure-processed skim milk. Innov Food Sci Emerg Technol 11: 32-38. 23. Johnston DE, Murphy RJ, Birksl AW. 1994. Stirred-style yoghurt-type product prepared from pressure treated skimmilk. High Pressure Res 12: 215-219. 24. Lim YS, Lee SK. 2009. Characteristics of exopolysaccharide produced in goat milk yogurt cultured with Streptococcus thermophilus LFG isolated from Kefir. Korean J Food Sci Ani Resour 29: 143-150. 25. Loveday SM, Sarkar A, Singh H. 2013. Innovative yoghurts: novel processing technologies for improving acid milk gel texture. Trends Food Sci Technol 33: 5-20.