Ch 10Chapter 10

유가공 각론

(발효유 치즈)(발효유, 치즈)

1. 발효유A. 정의

- 일반적 정의 : 포유동물의 유즙을 유산균을 이용하여 발효시킨 것- IDF(국제낙농연맹) : 균질 or not, 살균 or not 된 우유를 일정한 미생물로 발효- 한국(식품공전) : 원유 또는 유가공품을 유산균, 효모로 발효시킨 것으로

MSNF 3% 이상은 발효유(유산균수 107/ml 이상), 8% 이상은 농후발효유(유산균수 108/ml 이상)

B. 미생물- 전통적으로 Lactobacillus bulgaricus,

St t th hili 이용Streptococcus thermophilius 이용

C. 분류 : 젖산발효유, 젖산-알콜발효유

D. 형태 : 고상, 호상, 액상, 살균 발효유

E. Lactic acid fermentation

1) 유산균의 정의) 유 의 의

- 생육중 lactate를 부산물로 생성하는 세균

- Gram+, rod-shape or cocci

- catalase- : 혐기성 발효

- glucose로부터 50% 이상 유산 생성 -> 대장균은?

no spore- no spore

2) Homolactic fermentation

l l (85% 이상 수율)- glucose -> lactate (85% 이상 수율)

- aldolase+ : F-1,6 BP -> Gly-1-P + DHAP

- no gas productionno gas production

- Lac. lactis, Lac. cremoris, L. bulgaricus, L. casei, L. acidophilus

- DL-lactate, L형, D형 생산 (균주에 따라)

- L(+)-lactate : 체내흡수 용이

3) Heterolactic fermnt - glucose -> lactate (50% 이상 수율)- aldolase-, Glu-6-P DHG+, phosphoketolase+ , , p p- CO2 gas production- L. breve, L. fermentun,

Leuconostoc mesenteroidesLeuconostoc mesenteroides

4) Bifidum fermnt- Bifidobacterium을 이용함Bifidobacterium을 이용함- heterolactic fermnt

- 2 glucose -> 2 lactate + 3 acetate- lactate : acetate = 2 : 3- lactate : acetate = 2 : 3- 완전혐기성균- phosphoketolase 가 중요

F. Starter

1) 종류 : single starter, multiple starter 2) 기능 : - 산생성 및 발효- 발효유 향미성분 결정

-> acetaldehyde, diacetyl, 젖산> Lac diacetylactis Leuconostoc mesenteroides-> Lac. diacetylactis, Leuconostoc mesenteroides

☞ Multi-starter의 공생관계

G 제조G. 제조

1) 원료유 : 소, 양, 염소, 말 -> 고형분 표준화 작업 필요2) 균질화 : 지방분리 방지, 유청분리 감소, 65oC, 100-200 kg/cm2

- 액상요구르트 : 발효후 균질3) 열처리: 80-85oC, 30분 -> HTST, UHT 등 이용

-호상요구르트의 경우 batch 식 직접살균도 이용4) 부재료 첨가 : 감미료, 향, 색소, 안정제(젤라틴, 펙틴, 카라기난…)5) 발효

- inoculum size : 2% 정도- 단기배양법 : 40-41C, 4시간 -> 호상요구르트- 장기배양법 : 30C, 14-16시간 -> 액상- 최종 적정산도 : 0.9 ~ 0.95% 최종 적정산☞ striking : 액상 YG 발효 중 교반(5-10분) -> 물성향상, 과배양 방지

6) 냉각 : 단계별 냉각- 15-20C -> 과육첨가 -> 5-6C로 냉각 : 유청분리 방지15 20C 과육첨가 5 6C로 냉각 : 유청분리 방지

7) 생산라인- 액상 : 원유->blending->holdingTK->균질->열처리->배양기(발효)->균질기->

냉각기->blending(향 색소)->holdingTK->충진냉각기 >blending(향, 색소) >holdingTK >충진- 호상 : 원유->holdingTK->균질->열처리->배양기(발효)->냉각->저장->과육첨가

->blending->포장

H. 기타발효유제품

1) 동결YG (frozen Yogurt) : 발효유+아이스크림 -> 안정제 사용량 높음2) 분말YG : 사막지역 건조된 것을 우유에 용해하여 응고 후 섭취2) 분말YG : 사막지역, 건조된 것을 우유에 용해하여 응고 후 섭취3) Kefir : 동유럽, 젖산-알콜발효유

- 젖산 : 0.6~0.8%, 알코올 : 0.5~1%, CO2 포함t t 대신 K fi i 사용- starter 대신 Kefir grain 사용-> 외부(젖산균) + 내부(효모)

4) Koumiss : 중앙아시아, 마유 이용, 젖산-알콜발효유젖산 0 6 1% 알코올 0 7 2 5% CO 0 5 0 9%- 젖산 : 0.6~1%, 알코올 : 0.7~2.5%, CO2 : 0.5~0.9%

- starter : L. acidophilus, L. bulgaricus + Kluyveromyces (yeast)5) Acidophilus milk : L. acidophilus 균을 사용6) 발효 buttermilk, 발효크림, 두유요구르트

I. 발효유 starter 제조

1) 종류 : 액상, 동결, 분말 ST; seed culture->mother ST->feeder ST-> bulk ST(0.4ml) (40ml) (2-4L) (200-500L)( ) ( ) ( ) ( )

(1) 액상 ST- 10% 환원탈지유배지-> 배양 -> 냉각보존 -> 3개월마다 계대- 15~30회 계대 후 교체

(2) 동결 ST- mother ST 동결, -20~-40oC 보관- glycerol(20~30%), sugar(5%) 첨가 -> 동결보호제분말 장기 관용 동결건 분 건 낮은생 율(3) 분말 ST : 장기 보관용, 동결건조, 분무건조, 낮은생존율(1~2%)

2) 활성저하요인지속적 계대사용 : 50회 이상 > 돌연변이 발생- 지속적 계대사용 : 50회 이상 -> 돌연변이 발생

- 잔류 항생물질 : 페니실린, streptomycin- bacteriophage

-> host range 좁음> host range 좁음-> burst size : 60~90-> 원인 : 동일균주 장기간 사용-> 대책 : 예방, 혼합균주사용, 파지저항성 균주 개발대책 예방, 혼합균주사용, 파지저항성 균주 개발

- 잔류 살균제, 세제- 기타 : bacteriocin, lactenin

새로운 유산균 라브레균☞ 새로운 유산균 라브레균

- 장까지의 도달률이 우수한 유산균 (일본의 교토 파스퇴르 연구소에서 발견)

- 원래 학명은 Lactobacillus brevis, 줄여서 라브레균원래 학명은 Lactobacillus brevis, 줄여서 라브레균

- 위액과 동일한 강산성 조건에서 실험

-> 일반 유산균 및 미생물이 배양 1-2시간 후 거의 사멸

-> 라브레균은 12시간 이상 안정

-> 음식물이 위에 머무는 시간이 약 3시간 전후

라브레균이 위를 통과하여 장까지 도달되는 과정에서도 안전- 라브레균이 위를 통과하여 장까지 도달되는 과정에서도 안전

- 50도에서 1시간 이상 방치 -> 약 50퍼센트의 생균수 감소 -> 고온에서 안정

- 상온에서 사용이 가능하며 처리가 용이함상온에서 사용이 가능하며 처리가 용이함

- 항바이러스, 항암 효과를 가지고 있는 인터페론의 생성을 직접적으로 증가

- 라브레균을 캡슐로 10명의 건강한 사람에게 1일 6정 투여 시

->투여 전 인터페론 6262단위/ml에서 2주 후 10350단위/ml로 증가,

- 악성종양 체내생성 시 자연치유 살해세포의 활성도: 투여 전 39.5퍼센트에서 2주

후 57 9퍼센트로 증가후 57.9퍼센트로 증가

2. 치즈A. 정의

- 가용성 casein micelle을 외부적 처리를 통해 불용성으로 응고시킨 것- 동물에 관계없이 모든 유즙으로 제조 가능

B 분류B. 분류1) 원료유에 의한 분류 : 우유, 염소유, 양유, 물소유, 낙타유, Yark유 …2) 건물량에 의한 분류 : 숙성중 수분량 계속 감소

(1) 생치즈 : 제조후 즉시소비-> 숙성 없으므로 불완전치즈로 불림(2) 연질치즈(soft) : spreadable 한 정도(3) 반경질(semi-hard) : 일반적 치즈, 칼로 절단(4) 경질(hard) : 절단 어려움, 숙성후 분말치즈 제조

3) 표피형태에 따른 분류 : 숙성 중 표피(rind) 형성 수분증발 억제 부패방지3) 표피형태에 따른 분류 : 숙성 중 표피(rind) 형성, 수분증발 억제, 부패방지(1) no-rind : 생치즈, 짧은 숙성기간(2) dried-rind : 장시간 숙성(3) colored-rind : 색소세균 표면증식-> 황색, 적색-> 맛 증가효과(4) white-flowered rind : 흰곰팡이증식-> 높은 영양가-> 대부분의 연질치즈(5) blue vined rind(청맥치즈) : 푸른곰팡이

4) 지방량에 의한 분류

(1) FDM(fat in dry matter) : 건물중 지방량-> 높을수록 연한조직감일반적인 FDM 값 40 50%- 일반적인 FDM 값 : 40~50%

- 0%: 무지방치즈, 30%: 저지방, 45%: 중지방, 60%: 고지방, 75%: 초고지방

(2) P 점 :(2) P 점 : - 건물량, 지방량, 수분의 특성 반영- Courtine (1973) 제안

ex) 지방 20.1%수분 27.4%무지고형분 52.5%

건물량 : 72.6%(지방 + MSNF)

(3) 한국의 치즈분류- 생치즈 : 숙성과정 없음- 숙성치즈- 살균치즈 : 연질치즈를 캔에 넣어 살균- 가공치즈- 가공치즈- 합성치즈(imitation) : - 수입치즈

C. 치즈품종다양화 요인- 착유동물 : 종류, 품종, 사양법- 우유 생산공정- 치즈공정치즈공정

-> 미생물학적 요소 : 미생물군-> 생물학적요소 : rennet, 응유효소 농도 성질-> 이화학적요소 : 온도, pH, 전위차, 삼투압-> 화학적합성 : Ca 량, 수분, 염농도, 이산화탄소, 가스량-> 기계적 요소 : 절단 분쇄, 압착(curd 처리방법)

D 제조 공정D. 제조 공정1) 원료유 : 전유, 분유, 탈지유, 농축유, 유지방보충2) curd 형성 및 분리

curd 형성 방법 : (1) 유산발효에 의한 pH 강하 후 rennet 첨가첨 첨(2) 산응고 : starter 첨가 or 산첨가

(3) 산성화된 가열유에 식염 첨가(salting out)3) 기본공정

(1) 원유정치 : 유산균의 제한적 증식 (starter 첨가 or not)(1) 원유정치 : 유산균의 제한적 증식 (starter 첨가 or not)(2) 응고 : gel 형성(3) 절단 및 유청 배제 : 기계적 처리, gel 파괴, 유청배제, 수분제거, 세균증식억제(4) 성형

염지 피건 풍미 미생물선택적 증식 효 활성 변화(5) 염지 : 표피건조, 풍미, 미생물선택적 증식, 효소활성도 변화(6) 숙성 : 유당 완전분해, 수분손실, 풍미생성, 표피생성

☞ 우유의 렌넷응고과정ChymosineChymosine

GMP

점도

micropeptide

4) 치즈수율 :4) 치즈수율 : (1) 유청배제 후 curd 내 유성분 잔존율 : 일반적으로 고형분의 50% 정도 잔존

Fat : 92%, Casein : 94%, 유당 : 5%, 염 : 20%, MSNF : 33%, 건물량 : 50%

(2) 1L 원유당 치즈수율(g) = 원유중고형분(g/L) x 치즈잔존율(%)/치즈중우유고형분(%)

(3) G 계수 : 원유 1L당 생산된 치즈의 무지고형분

- 일반적으로 27~30일반적으로 27~30G = E(e-s)/(E-s), e:원유의 건물량, E:치즈의 건물량, s:유청의 건물량

E. 치즈공업의 미생물치 공업의 미생물1) 원유미생물

- 치즈원료유 살균 필요성 : 병원성균 제거, 산성화 일단정지- 살균의 문제점 : 응고능력감소, 유청분리 어려움, curd 장력 약화, 생유 향미성분감소살균의 문제점 : 응고능력감소, 유청분리 어려움, curd 장력 약화, 생유 향미성분감소

치즈살균파(위생학자, 기술자) vs 살균반대파(Roquefort 치즈:생원유사용) 2) 저온정치(maturation) : 원유의 overnight holding(10~15C)

- 목적 : 유산균의 완만한 증식 -> 106/ml 까지 산도증가는 미약(산도 1~2 증가)목적 : 유산균의 완만한 증식 > 10 /ml 까지, 산도증가는 미약(산도 1 2 증가)- 살균원유 : rennet 첨가 전 starter 첨가 -> 짧은 숙성 거침- 연질치즈 : Streptococcus 이용(0.5~1%비율)- 유산균접종 : casein의 부분적 변화 -> rennet 응고성 증가유산균접종 : casein의 부분적 변화 > rennet 응고성 증가

3) 생치즈의 산성화 : Streptococcus 접종 -> 산성화 -> 생치즈 제조4) 곰팡이 starter : 연질치즈 표피제조용 (백화피, 청맥피) -> Penicillium species 이용

5) 팽화 (blowing) : 표피치즈 발효 중 내부에서 기체발생 -> 파열 균열

- 전기팽화(early blowing) : 제조후 일주일이내 -> 대장균오염이 원인-> 대책 : 제조전 저온 살균, 숙성기간 단축

- 후기팽화(late blowing) : 제조 후 3-6주경 발생-> butyric acid, H2, CO2 발생 -> 불쾌한 맛 냄새 -> 제품폐기-> Clostridium butyricum이 주 원인균 : 대표적 혐기성 포자형성 토양세균

1 염경(1) 오염경로-> blue ensilage가 주원인-> 치즈내 균수 40/kg 이상 -> 팽화가능성

토양중 세균 -> plant -> ensilage -> 사료 이용 -> 우유감염(300~400/g토양) 발효열이용 증식 (분뇨, 접촉)

포자발아106~107/g

(2) 억제방법-> 목장 : ensilage 사용금지, 위생청결, 원유살균

원유살균문제점 고온살균 응고속도지연 저온살균 포자발아촉진->원유살균문제점 : 고온살균-> 응고속도지연, 저온살균->포자발아촉진-> 공장 : 억제인자(nisin)첨가, nisin 생성 st 사용, C. butyricum 길항 st 사용-> 새로운 공정개발 :

bactofuge 이용 > 99% 포자 세균제거 >유산균 재접종 필요- bactofuge 이용 -> 99% 포자,세균제거 ->유산균 재접종 필요- 원유에 크림첨가->정치->크림제거(세균제거)->치즈제조

Clostridium tyrobutyricum 의 탄수화물 대사

F 응유효소와 응고F. 응유효소와 응고1) 효소의 선택

- 응유효소 : endopeptidase-> 동물, 식물, 미생물에서 생산 -> k-casein 분해-> 문제점 : 강한 단백분해능 -> 단백질 유출문제점 강한 단백분해능 단백질 유출

curd 조직 부실비정상적 맛 발현(쓴맛)

- rennet 부족 현상 발생: 치즈생산량증가, 대체품이 없음, 적정량보다 과량사용- 대체응유효소 개발 요인 : 가격, 품질, 비동물성(종교사회적이유), 숙성촉진

2) 응유효소 종류(1) 동물성 : pepsin -> rennet 과 유사, 단독사용부적합(쓴맛), rennet과 동량사용(2) 식물성(식물성액즙) Fi i P i B li(2) 식물성(식물성액즙) : Ficin, Papain, Bromelin

- 응고활성도에 비해 단백분해능이 너무 큼- 쓴맛, 조직불량

(3) 미생물(3) 미생물- Bacillus 속 호기성포자균 이용 -> 응집력이 약함- 곰팡이효소 : 상업적으로 이용가능

-> Mucor pucillus(토양중온성 곰팡이) Endothia parasitica(밤나무 기생곰팡이)> Mucor pucillus(토양중온성 곰팡이), Endothia parasitica(밤나무 기생곰팡이)(4) rennet : 건조된 4위 벽 -> 10% 염수에서 침출하여 사용

- chymosine 이 주성분 ->rennin 으로 불림- 수유중 송아지의 제4위벽에서 생산수유중 송아지의 제 위벽에서 생산- prochymosin으로 분비 -> active chymosin(자동촉매반응)- 단순단백질(금속인자 없음), 31 kD, optimum pH(4~4.5, 7.5에서 정지))

3) 응유효소 특성 결정인자3) 응유효소 특성 결정인자(1) 응유활성도 (activity) :희석정도, pH, Ca 이온농도, 우유온도

- rennet 최적온도 : 40C, mucor 효소 : 65C (2) 안정성(stability) : 보관상태(powder vs 액체상태), pH( ) 안정성( y) 관상태(p 액체상태), p(3) 단백분해능 :

- 초기속도, Km, Vmax (그림)- 단백분해활성도 측정 : chymosin의 Phe-Met 분해능 이용- hexapeptide 합성기질 이용 : Leu-Ser-Phe(NO2)-Nle-Ala-Leu-O-methyl- 분해 후 -Phe-NO2 측정 (310 nm)- Nle(norleucine) : Met 대신 치환-> 분해능 낮으나 peptide 안정성기여

3) 응유효소 특성 결정인자3) 응유효소 특성 결정인자

(4) 유산균영향 : 단백분해물이 유산균 생육에 영향- 단백분해물이 유산균 생육에 영향

- rennet 보다 미생물효소 증식효과 큼(5) 응고요인

micelle 크기 : 작을수록 응고속도 느림- micelle 크기 : 작을수록 응고속도 느림- ca+2 농도 : 응고시간 -> ca/nitrogen 비율에 반비례- 우유 예열 -> 응고속도 감소 (그림)

우유온도 20C 느림 40 42C 최고- 우유온도 : 20C 느림-> 40~42C 최고- 산도 : pH 저하 -> Ca의 이온상태 전환-> 시간 단축

(6) 응고성 변화요인저온 동결저장 응고시간 지연 d 경도 감소- 저온, 동결저장 -> 응고시간 지연, curd 경도 감소

- 가열(살균) ->응고시간 지연 -> 중온에서 저장하면 회복(복리현상, hysteresis)- 우유농축 : 응고시간 단축

입자 기 가-> 입자크기 증가-> casein 입자 집합-> 가용성 Ca+2 증가

(7) 우유응고과정 비교(7) 우유응고과정 비교

Factor Rennet 처리 자발적 산성화

생화학과정 효소작용(유당분해 없음) 유당분해 후 유산발효생화학과정 효소작용(유당분해 없음) 유당분해 후 유산발효

Casein 변화 Paracasein으로 변환, NPN 형성 단백질화학적 변화 없음

pH 6.8 4.6pH 6.8 4.6

Curd 조성 Ca-paraphosphocaseinate Metal 이온 제거된 casein 융합체

Curd 특성 탄성, 불침투성 젤 응집력 약함, 부스러지기 쉬움

융합속도 신속 완만

G 유청배제 성형 염지G. 유청배제, 성형, 염지1) 유청배제

(1) 자발적 유청배제 : 유산발효-> pH 저하-> 유청배제촉진 : 속도는 느림(2) 압착에 의한 배제(2) 압착에 의한 배제

2) 성형 : 치즈모양 결정3) 염지(salting) : 평균염농도 -> 1~2%, 염지 후 숙성

효과 : 표면미생물침입방지 세균증식억제 표피형성촉진 맛 과량사용시 숙성지연- 효과 : 표면미생물침입방지, 세균증식억제, 표피형성촉진, 맛, 과량사용시 숙성지연- 방법 : 건염법, 액염법(침지법), 성형전 분쇄 커드에 염혼합, 응고전 우유에 염혼합

H 숙성H. 숙성

1) 개요 (aging, maturation)

- 미생물관여 : 향기, 맛 형성, 조직 외부모양 결정미생물관여 : 향기, 맛 형성, 조직 외부모양 결정

- 숙성 중 제품변화: 수분감소, 유당분해, 단백분해, 지방분해, 표피형성, 유산소멸

2) 미생물 :

- 다양한 미생물종간 상호작용(유산균, 효모, 곰팡이)

- 서늘하고 습기있는 숙성실, 동굴에서 숙성

저온숙성 10 12C 고온숙성 15 18C- 저온숙성 : 10~12C, 고온숙성: 15~18C

- 습도는 85~95% 유지

3) 유산발효(유당분해)) 유산발효(유당분해)

- 유산균, 향생성, pH 저하-> 미생물증식억제

4) 유산소멸 : Ca 에 의한 중화, 2차발효의 기질-> butyric acid, propionic acid 발효

5) 단백분해(casein 가용화) : 유산구균의 protease에 의함

6) 지방분해 : 향미생산(저분자지방산), 조직변화 없음, 식염첨가후에도 계속 진행

한 학기 동안 수고하셨세여!

장군의 가족

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