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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.31 No.5 pp.737-750
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2018.31.5.737

Effect of Acid Soaking and Thermal Sterilization on the Shape and Quality Characteristics of Tteokbokki Rice Cake

Hwabin Jung, Chae Rin Yu, Hyeon Woo Park, Won Byong Yoon*
Master’s Student, Dept. of Food Science and Biotechnology, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
*Full Professor, Dept. of Food Science and Biotechnology, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
Corresponding author: Won Byong Yoon, Full Professor, Dept. of Food Science and Biotechnology, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea. Tel: +82-33-250-6459, Fax: +82-33-241-0508, E-mail: wbyoon@kangwon.ac.kr
14/08/2018 28/08/2018 30/09/2018

Abstract


Effects of acid soaking (AS) and thermal sterilization (TS) on the shape and quality characteristics of Tteokbokki rice cake (TRC) were investigated. The F-value of a sequential process (SP) of the combination of AS and TS was quantitatively determined with a reference microorganism of Bacillus cereus. F-values were evaluated according to the minimum and the maximum D-value of B. cereus and the reduction exponent (m=12). The heat penetration curves at cold point (CP) of TRC (400 g) were used to estimate the TS time at 121, 100, and 95°C. F-values of the SP were revised according to the adjusted m values after AS at different pH. The non-uniformity parameters (NUP) of TRC had no significant changes during AS but it dramatically increased after applying TS at a low pH by AS. The result of solubilized starch contents (SSC) demonstrated that the shape changes during SP are related to SSC. The texture characteristics and the whiteness were significantly influenced by a low pH condition (3.5) (p<0.05). Sensory analysis showed that a lower pH and a longer thermal processing time influenced negatively on the acceptability. This study showed that pH 4.0 and 95°C was an optimum condition for the SP.



산침지와 가열 살균이 떡볶이 떡의 형상 변화와 품질 특성에 미치는 영향

정 화빈, 유 채린, 박 현우, 윤 원병*
강원대학교 농업생명과학대학 식품생명공학 전공 석사과정
*강원대학교 농업생명과학대학 식품생명공학 전공 정교수

초록


    서 론

    압출떡은 분쇄된 쌀에 물과 소금을 섞어 일정 온도에서 호 화를 시킨 상태에서 압출하여 만들어진 떡류를 지칭한다. 이 와 같은 압출떡 중 하나인 떡볶이용 떡은 2015년 기준 69.7% 로 가장 높은 시장 점유율을 나타내며 지속적으로 증가하고 있다. 2015년 식품산업통계정보에 의하면 2013년 기준 떡 볶이 떡 업체 중 97.3%가 영세소규모 업체로, 대형유통업체 의 경우 냉장유통이 원활하여 냉장매대를 통한 떡볶이의 판 매가 가능하나, 그 외의 유통경로의 경우 냉장유통이 원활하 지 않으므로 당일 주문방식의 취약한 유통구조를 가지고 있 다. 이와 같은 당일 주문방식의 생산 및 유통 체제는 떡볶이 떡의 짧은 유통기한(생산 후 상온 4일 이내 소진)이 근본적 인 원인으로, 이는 떡볶이 떡의 국내 시장 성장의 가장 중요 한 저해요인일 뿐만 아니라, 수출의 가장 큰 제한 요인으로 작용한다.

    떡류의 유통기한 연장을 위하여 다양한 천연 항균제를 첨 가하여 유통하는 연구(Lee 등 2000; Jo & Han 2003; Park 등 2004; Kim 등 2005), 포장 내 대기 조성을 조절하는 포장법에 관한 연구(Moon 등 2010), 주정처리를 이용한 연구(Lee 등 2000)가 이루어져 왔으며, 이를 통하여 유통기한은 76일 이내 의 연장 결과가 발표되었다. 또한, 최근 산미료처리와 가열 살 균과정을 통한 유통기한 연장에 대한 연구가 보고되었으며, 유통기한이 최대 10개월까지 연장되는 결과가 발표되었다 (Kang 등 2013; Cheon 등 2017). 이는 떡류의 유통기한에 영 향을 미치는 진균류 등이 가열처리 조건에 취약함을 나타내 었으며, 떡을 가열처리하는 가공 공정이 떡류의 유통기한 연 장에 유용함을 나타내었다(Cheon 등 2017).

    가열처리를 통한 살균공정은 식품의 많은 부분에 응용되 고 있으며, 가장 보편적으로 이용되는 살균방법으로 많은 상 온 유통의 가공식품이 가열살균공정을 통하여 생산되고 있 다. 이에 따라 다양한 식품의 가열살균공정의 효과와 최적화 에 대한 연구가 보고되고 있다(Shin 등 2003; Juliano 등 2012; Lee & Yoon 2014). 식품의 살균공정은 안전성과 직결되므로 식품 내의 냉점을 정확히 측정하여 그 냉점에서의 살균도 (lethality)를 나타내는 가열치사시간(F-value)을 원하는 목표 치에 달성할 수 있게끔 설계되어야 한다. 많은 연구결과가 가 열살균의 온도와 시간의 조건을 적용하여 살균효과를 나타 내고 있으나(Park 등 2015; Choi 등 2017; Choi 등 2018), 구체 적으로 연구결과가 해당 식품의 냉점에서의 살균온도와 시 간을 바탕으로 계산된 F-value를 제시하여 연구결과를 나타 낸 경우는 매우 드물며, 압출떡의 경우도 살균도에 대한 정확 한 정의가 없이 연구가 수행되었다(Cheon 등 2017). F-value 는 이론적으로 감소지수(m)와 D-value의 곱으로 정의되며, 정 확하게 측정되지 않은 F-value는 감소지수에 영향을 주어 미 생물의 수가 살균 후 10의 멱승의 형태로 증가(살균부족) 또 는 감소(과살균)하는 현상을 가져오게 되므로 유통 중인 식 품의 안전성에 매우 중요한 지표이다. 따라서 가열살균공정 은 정확한 살균도나 가열치사시간(F-value)을 바탕으로 설계 되어야 한다.

    쌀가공제품의 경우, B. cereus가 식중독균으로 가열살균공 정의 지표 균으로 보고되고 있다(Azanza & Centeno 2007; Kim 등 2011; Wang 등 2016). 일반적인 내열성균(포자생성균)을 포 함한 식품의 가열살균은 121.1℃를 기준으로 F-value를 계산 하여 살균의 정도를 표시하며, 이를 통하여 레토르트(고온가 압살균기)의 온도를 121.1℃로 설정하고, 가열시간을 조절하 여 살균도를 조절한다(Singh & Heldman 2001). 이와 같이 고 온인 상태로 식품을 가열할 경우, 식품의 다양한 품질 특성 (예, 색, 향, 맛, 조직감)과 형상에 변화를 주게 된다(Iturriaga 등 2006; Palav & Seetharaman 2006). 야채류나 양파와 같은 경우, 조직의 구조가 고온 가압의 상태에서 파괴되고, 또한 조 직 내부의 수분의 이동으로 인한 변형이 주된 원인으로 보고 되고 있으며(Oey 등 2008), 전분을 주성분으로 하는 가공식품 의 경우 높은 온도에서 내부의 수분이 전분의 용해를 유도하 고, 궁극적으로 내부의 전분이 외부로 용출되면서 형상이 심 하게 변형되며, 주위의 다른 제품과 엉겨 붙는 현상이 발생한 다(Li 등 2016). 이와 같은 품질의 변화와 형상의 변화는 고온 가압살균 공정의 최적공정 조건을 결정하는 가열온도와 가 열시간을 설정하는데 매우 중요한 요인이다.

    식품 표면에서 미생물 저감효과를 가져오기 위하여 비가 열처리방식으로 산침지나 주정분무가 많이 사용되고 있다. 산침지나 주정분무의 경우 pH나 주정의 알콜농도 및 침지시 간에 따라 1 log CFU/g이나, 그 이상의 감균효과를 가져올 수 있다. 이와 같이 산침지를 압출떡에 사용할 경우 압출떡의 표 면의 균을 감균함과 동시에 떡의 내부 pH의 저하로 유통 중 의 미생물의 성장을 억제하는 효과도 가져올 수 있다. 이와 같은 산침지와 가열살균이 복합공정으로 설계될 경우, 가열 살균의 열처리 온도나 시간을 낮추어 열에 의한 식품의 품질 변화를 최소화하며, 안전성을 유지할 수 있게 된다. 하지만 이 와 같은 복합공정은 살균도를 기준으로 매우 정교하게 설계 되어야 한다. 산침지에 의한 미생물의 감소지수를 규명하고, 이에 따라 가열살균공정을 계산하는 절차가 필요하나, 많은 연구결과는 복합공정의 상호관계를 정량적으로 규명하지 않 고 살균효과를 나타내고 있다(Kang 등 2013; Cheon 등 2017).

    떡볶이 떡의 경우, 상온유통이 절대적으로 필요한 가공식품 이며, 상온에서의 유통기한 연장을 위한 기술개발이 매우 필 요하다. 산침지와 가열살균공정을 혼합한 복합공정은 떡볶 이 떡의 유통기한을 수개월로 연장할 수 있는 기술로 보고되 었으나, 대량 생산체제로 생산하기에는 정교한 살균도의 제 시와 가열살균 공정 중의 다양한 품질변화에 대한 연구가 필 요하다.

    이에 따라 본 연구는 1) 떡볶이 떡의 산침지와 가열살균 복합 공정 중 떡볶이 떡의 형상변화를 측정할 수 있는 새로운 영상분석법을 개발하고, 2) 영상분석을 통한 가열살균조건에 따른 형상변화를 정량화 할 수 있는 지표를 설정하며, 3) 산 침지와 가열살균공정을 기준이 되는 B. cereus의 열특성에 맞 추어 적용할 수 있는 최소 및 최대 살균도를 계산하여 실제 산업화에서 산침지 및 열처리공정을 설계하여 떡볶이 떡의 유통기한을 연장할 수 있는 공정지표를 제시하고자 한다.

    재료 및 방법

    1. 실험재료

    본 연구에서 떡볶이 떡 제조에 이용한 재료는 2017년산 멥쌀(Hoengseong Nonghyup, Hoengseong, Korea)과 소금(CJ Cheiljedang, Seoul, Korea)을 시중에서 구입하여 4℃에서 보관 하며, 품질변화가 없는 상태에서 시료로 사용하였다.

    2. 떡볶이 떡 시료 준비

    떡볶이 떡은 초기 수분함량 12%인 멥쌀을 3시간 동안 정 제수에 수침한 후 분쇄하여 습식 미분을 제조하였다. 이후 미분과 정제수의 비율을 8.5:1로 하고, 소금 함량이 1%가 되 도록 혼합하여 반죽한 후 이를 증자하여 스크류에서 압출 성 형을 하였다. 이렇게 제조한 떡볶이 떡의 최종 수분 함량은 47.11±1.11%였으며, AOAC(AOAC 1995) 방법에 따라 105℃ 에서 24 h 건조 후 무게를 측정하여 이를 계산하였다. 떡볶이 떡은 1 h 동안 폴리에틸렌 백 내에서 상온에 방치하여 25℃ 가 되도록 한 후 실험에 이용하였다.

    떡의 살균 실험을 위하여 상온으로 냉각한 떡 400 g을 가 로 17 cm, 세로 20 cm의 포장지(Ny(15 μm)/PE(20 μm)/LLDPE (50 μm))(Ny: Nylon, PE: Poly Ethylene, LLDPE: Linear Low Density Polyethylene)에 넣고 함기포장하였으며, 포장 후 떡 의 형상은 판형이라 가정하였을 때 13×13×3.5 cm3이었다. 모 든 실험에 이용된 떡은 노화를 방지하기 위하여 산침지 및 열처리가 완료된 후 1 h 이내에 측정하였다.

    3. 떡볶이 떡 살균

    떡볶이 떡의 살균은 400 g 포장 떡볶이 떡 3개(400 g×3)를 1회 살균으로 하여 3회 실시하였으며, 95℃의 경우 항온수조 에서 살균을 수행하고, 100℃와 121℃의 경우 레토르트(SR-240, TOMY SEIKO Co., Ltd, Japan) 기기를 이용하여 살균을 수행 하였다.

    감소지수(m)는 초기의 미생물의 농도와 가열살균 후의 미 생물 온도의 비로서 안전한 유통을 위해 필요한 감균의 정도 를 나타내는 인자이며, 본 연구에서는 가열살균에 적용되는 감소지수(mthermal)를 다음 식을 이용하여 구하였다(Eq. (1)).

    m t h e r m a l = log N 0 N
    (1)

    N0는 초기 균수를 의미하며, N은 살균 후 목표하는 균수를 나타낸다.

    일반적으로 내열성균의 살균은 m=12로 초기균수의 1012의 감균이 이루어진 상태를 저산성 식품의 상온유통에 안전한 상태로 간주한다(Pflug IJ 1987). 가열치사시간(F-value, F)은 m과 decimal reduction time(D-value, D)의 곱으로 정의한다 (Eq. (2)).

    F = m D
    (2)

    본 연구에서는 떡가공제품에서 살균 후에도 가장 많이 분 포되어 있는 B. cereus를 살균공정의 미생물 지표균으로 선정 하였다. B. cereusD-value는 균주의 열 저항성에 따라 다양 한 범위를 가지고 있으므로 본 연구에서는 살균온도 95℃를 기준으로 최소 D-value(Dmin=0.64 min)와 최대 D-value(Dmax= 7.04 min)를 문헌(Hariram & Labbe 2016)을 통하여 설정하여 최소 F-value(Fmin)와 최대 F-value(Fmax)를 다음과 같이 설정하 였다(Eqs. (3)~(4)).

    F m i n = 12 D m i n
    (3)

    F m a x = 12 D m a x
    (4)

    일반적으로 레토르트(고온 가압 살균기)를 사용하여 저산 성 상온유통 식품을 제조할 경우, 사용되는 내열성 균의 기준 살균온도인 121℃, 유통기한 연장을 위한 살균압출 떡의 연 구(Cheon 등 2017)에 사용된 살균온도 100℃ 및 대기압에서 물의 비등점보다 낮은 온도인 95℃를 사용하여 본 연구에서 는 살균 시의 살균온도가 떡볶이 떡의 품질에 주는 영향을 조사하였다.

    특정 살균온도에서 목표로 하는 FminFmax를 만족시키기 위한 살균 시간인 F-value (F)를 계산하는 다음과 같은 수식 을 이용하여 계산되었다(Eq. (5)).

    F = 0 t 10 T ( t ) T r e f z d t
    (5)

    식에서 t는 열처리 시간, T(t)는 시간 t에서의 온도, Tref는 레퍼런스 온도이며, 본 연구에서는 95℃를 이용하였다. 계산 에 이용된 z-value(z)는 Van & Zwietering(2006)의 연구에서 열 저항성 B. cereus의 z-value를 이용하였다.

    위와 같은 Eq. (5)를 이용하기 위해서는 살균 동안의 냉점 에서의 시간에 따른 온도변화를 측정하여야 한다. 냉점을 구 하기 위해서 본 연구에서는 Park & Yoon(2018)의 방법을 이 용한 수치해석기법과 무선 온도센서(TrackSence Pro, Ellab, Inc., Centennial, CO)를 이용한 측정을 이용하여 냉점을 설정 하였으며, 설정된 냉점에서의 살균 중의 온도변화를 측정하 여 Eq. (5)에 이용하여 해당 살균온도에서의 살균시간을 도출 하였다.

    또한, 계산한 레퍼런스 온도인 95℃에서의 F-value를 다음 과 같이 계산하여 100℃와 121℃의 온도에서 동일한 F-value 를 나타내는 살균 시간을 도출하였다.

    F T = F r e f · 10 ( T T r e f ) / z
    (6)

    4. 산미료 침지 및 pH 측정

    떡볶이 떡을 젖산 39.6%, 구연산 5.0%, L-젖산나트륨 7.0%, 글루코노델타락톤 5.0%, 솔비톨액 4.5%, 정제수 38.9%로 이 루어진 식품첨가물용 산미료(Power dip A-E, JP trading Inc., Seoul, Korea) 10% 수용액에 시간별로 침지하며, pH를 측정 하였다(Kang 등 2013). 산미료 수용액에서 떡을 꺼낸 후 떡 표면의 산미료를 페이퍼타월로 제거한 후 떡 10 g을 증류 수 40 g과 균질기(Polytron PT 2100, Kinematica AG, Luzern, Switzerland)로 분쇄하여 pH미터(Starter 3000, Ohaus Corp., Florham Park, NJ, USA)로 pH를 측정하였다.

    5. 수학적 모델

    산미료 침지 시간에 따라 변화하는 pH를 다음과 같이 수 소이온농도로 계산하여 Peleg model을 이용하여 모델링하였 다(Eqs. (7)-(8)).

    H = 10 p H
    (7)

    H = H i + t K 1 + K 2 t
    (8)

    위의 식에서 H는 수소이온농도(mol/mm3), Hi는 초기 수소 이온농도(mol/mm3), t는 시간(s)이다. K1K2는 Peleg 상수를 나타내며, Peleg rate constant (h%-1) 상수 K1은 흡수 속도를, Peleg capacity constant(%-1), 상수 K2는 최대 수소이온농도 를 나타낸다. 위의 Eqs. (7)~(8)을 Matlab R2016a(Mathworks, Natick, MA, USA) 소프트웨어를 이용하여 데이터에 모델링 하였으며, Peleg 상수를 이용하여 수소이온농도가 산침지 시 간에 따라 평형을 이룰 때, 다음 수식을 통하여 평형 수소이 온농도(He)를 구하였다.(9)

    H e = H i + 1 K 2
    (9)

    6. 산침지와 살균복합공정에서의 살균도

    떡볶이 떡의 산미료 침지 후 떡의 균 수는 감소된다. 이와 같이 산침지 후 미생물의 감균 효과는 가열 살균 전 m의 값 에 변화를 주므로 침지 후 적용되는 macid는 다음과 같이 구하 였다(Eq. (10)).

    m a c i d = log N 0 N a c i d
    (10)

    침지 후 변화된 m값에 따라 산침지와 살균복합공정에서 의 살균도를 구하기 위한 mfinal은 Eq. (11)과 같이 구하였으며, 복합공정에서의 가열치사시간은 Ffinal는 Eq. (12)와 같이 구하 였다.

    m f i n a l = m t h e r m a l m a c i d
    (11)

    F f i n a l = m f i n a l D
    (12)

    7. 떡볶이 떡 형상 분석

    떡볶이 떡의 살균 온도 및 산침지에 따라 변화하는 떡의 형상을 정량하기 위하여 이미지 분석을 수행하였다. 살균 및 산침지 이전의 떡볶이 떡을 대조군으로 하여 떡의 형상이 균 일하지 않은 정도를 non-uniformity로 계산하였다. 먼저, 떡볶 이 떡을 흑색 촬영용 배경천에 위치시킨 후 디지털 카메라 (DSLR-500D, Canon Inc., Tokyo, Japan)로 20 cm의 거리의 위 에서 측정하였다. 이후 Matlab 소프트웨어를 이용하여 Canny edge operator로 edge detection을 수행하였으며, 떡의 형상을 백색, 배경을 흑색으로 변환하여 이미지의 분할(segmentation) 을 수행하였다. 살균된 떡을 무작위하게 5개의 시료군으로 취하여 그 중 15개를 무작위로 선택하여 다음과 같이 비균일 도를 계산하였다.

    N = i = 1 n ( A i A ¯ ) 2 n
    (13)

    위의 식에서 n은 시료의 개수, Ai는 각 시료의 면적, AAi의 평균을 의미한다.

    8. 전분 용출도 측정

    살균 온도 및 pH에 따른 떡볶이 떡의 전분 용출도는 Cheon 등(2017)의 실험 방법을 변형한 방법을 이용하였다. 전분 용 출도는 떡볶이 떡 100 g을 물 400 g을 넣고 각 살균 온도인 95, 100, 121℃에서 시간별로 열처리를 하고, 전분이 용출된 물을 분광광도계(SpectraMax i3, Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 파장 480 nm에서 용출액을 통과할 때 흡수되는 빛의 양인 흡광도를 측정하여 분석하였다. 같은 방 법을 이용하여 떡의 산침지 시간에 따른 흡광도를 산미료 10% 수용액을 대조군으로 하여 측정하였으며, 이후 95℃에서 열 처리 시 떡의 pH가 3.5~6.0일 때 시간에 따른 전분 용출도를 측정하여 살균 온도 및 pH가 살균 시간에 따라 형상의 변형 과 밀접한 관련이 있는 전분 네트워크에 미치는 영향을 확인 하였다.

    9. 떡의 Bacillus cereus 균수 측정

    떡볶이 떡의 초기 pH 및 열처리 살균 시간에 따른 B. cereus 의 균수를 측정하였다. 멸균백 내에서 떡볶이 떡 시료 10 g에 0.1% 멸균 펩톤수 90 g을 균질기를 이용하여 2 min간 분쇄하 였으며, 균질화한 시료 현탁액 1 mL를 9 mL의 0.1% 멸균 펩 톤수에 단계적으로 희석하고 균질화하여 미생물 검출에 이 용하였다. 미생물 검출을 위하여 B. cereus의 선택 배지인 50% egg yolk enrichment와 Antimicrobic Vial P(Difco, Becton Dickinson and Company, Sparks, MD, USA)와 함께 제조한 mannitol egg yolk polymyxin agar(MYP; Difco, BD)를 이용하였다. 미생 물 실험은 pour plate 방법을 이용하였으며, 1 mL의 희석한 시료 현탁액을 빈 페트리 접시에 분주한 후 45℃로 냉각된 배지 용액을 넣고 약한 강도로 흔들며 시료와 배지를 혼합하 였다. 이후 10 min 동안 배지를 냉각시킨 후 30℃에서 24시간 동안 배양하여 B. cereus 균수를 측정하였다.

    10. 떡의 조직감 측정

    다양한 pH를 나타내는 떡볶이 떡을 95℃에서 가열살균하 기 전과 후의 조직감을 texture analyzer(TA-CT3, Brookfield Engineering Laboratories Inc., Middleboro, MA, USA)를 이용 하여 texture profile analysis(TPA)로 경도(hardness), 부착성 (adhesiveness), 응집성(cohesiveness), 씹힘성(chewiness), 탄성 (springiness), 검성(gumminess)을 측정하였다. 조직감 측정을 위하여 떡볶이 떡을 직경 15 mm, 높이 10 mm가 되도록 절단 하였으며, 측정은 TA11/1000 probe(cylindrical probe, ∅25.4 mm)를 이용하여 60% deformation, pre-test speed 2 mm/s, test speed 0.5 mm/s, trigger load 7 g의 조건으로 6회 반복 측정하 였다.

    11. 색도 측정

    살균 전과 후의 떡볶이 떡의 명도(L), 적색도(a), 황색도(b) 를 색차계(CR-310, Konica Minolta, Tokyo, Japan)로 측정하였 다. 색차계는 측정 전 표준 백색판을 이용하여 보정하였으며, 백색도(whiteness)를 다음과 같이 계산하였다.

    Whiteness = L - 3b
    (14)

    12. 관능평가

    산침지 후 다양한 pH를 나타내는 떡볶이 떡을 95℃에서 살균한 후 기호도를 확인하기 위하여 강원대학교 생명윤리 위원회(IRB)의 심의를 통과한 후 관능평가를 실시하였다(승 인번호: KWNUIRB-2017-05-002-001). 강원대학교 식품생명공 학과에 재학 중인 학생 10인을 관능평가의 항목과 정의에 대 하여 숙지하도록 2회 이상 사전 교육을 수행한 후, 각 실험군 별 떡볶이 떡 10 g에 대하여 맛(taste), 향(flavor), 색(color), 조직 감(texture), 전체적 기호도(overall acceptability)를 7점(1점: 대 단히 약함, 7점: 대단히 강함) 척도로 평가하도록 하였다.

    13. 통계처리

    본 연구에서의 모든 실험은 최소 3회 이상 반복 측정하였 으며, 데이터의 통계 분석은 SPSS(SPSS Statistics 21, IBM, Armonk, NY, USA)의 분산분석(ANOVA)을 이용하여 p<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

    결과 및 고찰

    1. 떡볶이 떡의 살균 온도 및 시간 도출

    떡볶이 떡의 다양한 온도에서의 살균 시 가열치사시간(F) 을 계산하였다(Table 1). F-value는 Eqs. (3), (4) 및 Hariram & Labbe(2016)의 연구 결과에 의하여 식품에서의 다양한 내열 성을 가지는 B. cereus 균의 95℃에서의 DminDmax을 구하였 으며, 이를 통하여 계산한 F-value의 최소(Fmin) 및 최대(Fmax) 값은 각각 7.68 min 및 84.48 min이었다. 떡볶이 떡을 동일하 게 포장하여 100℃와 121℃에서의 FminFmax를 Eq. (6)을 이 용하여 계산한 결과, 100℃에서의 Fmin은 2.966 min, Fmax는 32.624 min이며, 121℃에서의 Fmin은 0.055 min, Fmax는 0.600 min임을 확인하였다. 이는 95℃에서의 특정 시간 동안의 열 처리와 동일한 열처리 정도를 100℃ 및 121℃의 온도에서 수 행하고자 할 때 각 온도에서 살균에 필요한 시간이 감소하며, 온도의 증가와 선형적으로 반비례하지 않기 때문에 본 연구 의 방법으로 계산을 하여 정확한 살균 시간의 도출이 가능함 을 의미한다.

    2. 살균 중의 떡볶이 떡의 온도 변화

    떡볶이 떡 400 g을 포장하여 열처리 시 떡의 온도는 초기 25℃에서 서서히 증가하게 된다. 그러나 살균 시 열은 외부의 열이 표면에서부터 내부로 전달이 되며, 이에 따라 가장 온도 가 천천히 증가하는 지점인 냉점(cold point)이 존재하게 된다 (Lee & Yoon 2014). 따라서 F-value를 계산하는 기준은 떡의 냉점이 되어야 하며, 냉점을 시뮬레이션을 통하여 설정한 후 이를 실험을 통하여 검증하였다(Fig. 1). 시뮬레이션 결과, 떡 의 판형 형상에서는 모든 방향에서 열이 균일하게 전달이 되어 중심 부근의 온도가 가장 천천히 상승함을 확인하였다 (Fig. 1(a)~(c)). 가열 시간에 따라 가열 중반부인 20 min 경과 후에는 윗면 및 측면의 열전달을 확인하였을 때 중심부에서 가열이 가장 천천히 발생됨을 확인하였다(Fig. 1(a)). 가열 후 반부인 40 min 경과 후에는 중반부와 유사한 경향을 나타내 었으며(Fig. 1(b)), 냉점의 위치가 중심임을 확인하기 위하여 가열 종료 직전에서 온도 범위를 축소시켜 확인하였을 때 기 하학적 중심에 냉점이 위치하여 있음을 확인하였다(Fig. 1(c)). 시뮬레이션 냉점 추정 결과의 검증을 위하여 실제 400 g 포 장 떡볶이 떡에 무선온도센서를 위치시켜 온도를 측정하였 다(Fig. 2(a)~(b)). 시간에 따른 온도 변화 측정 결과, 떡의 기 하학적 중심인 센서 위치 B에서 가장 느린 온도 상승이 발생 하였으며, 떡의 표면과 가까운 D와 F 위치에서 가장 빠른 온 도 상승이 발생함을 확인하였다(Fig. 2(a)).

    이에 따라 포장 떡볶이 떡의 기하학적 중심에서의 온도를 95℃, 100℃, 121℃에서 가열살균하는 동안 측정하여(Fig. 3(a)) 121℃를 기준으로 각 열침투곡선의 F0-value를 Fig. 3(b)에 나 타내었다. 실제 공정에 적용하기 위한 각 살균 온도에서의 F-value는 각 살균 온도에서의 D-value를 고려한 보정된 Fvalue로 환산되어야 하기에 떡의 각 온도별 최소, 최대 F-value 를 각 살균 온도의 D-value로 보정하여 계산하였다(Table 1). 보정된 F-value는 감소지수와 D-value의 곱으로 이론적으로 설정된 값이므로, 실제 목표 온도에 도달하기까지의 comeup- time(CUT)을 고려하지 않은 시간이다. 그렇기 때문에 이 를 CUT를 고려한 가열살균시간(thermal processing time)으로 도출하여야 하며, 따라서 각 살균 온도에서의 열침투곡선을 통하여 실제 공정에 적용되어야 할 각 최소, 최대 F-value에 해당하는 가열살균시간을 확인하였다(Table 2). 이를 통하여 400 g으로 포장된 떡볶이 떡 냉점에서의 각 온도별 가열살균 시간은 95℃에서 최소 63.4 min, 최대 174.9 min, 100℃에서 최소 38.5 min, 최대 73.8 min, 121℃에서 최소 26.6 min, 최대 36.6 min임을 확인하였다.

    3. 살균 온도에 따른 떡의 형상 변화

    포장된 떡볶이 떡의 95℃, 100℃, 121℃에서의 살균 온도 에 따른 FminFmax로 살균한 결과를 Fig. 4에 나타내었다. 대 조군인 살균하지 않은 떡의 형상과 비교하였을 때, 121℃에 서 살균한 떡은 26.6 min의 짧은 열처리 시간에도 불구하고, 떡이 중첩되어 있는 부위에서 형상이 뒤틀리고 매우 불균일 한 형상을 나타내었다. 100℃에서 살균한 떡의 경우 121℃와 비교하였을 때에는 형상의 변화가 적으나, 대조군에 비하여 불균일한 형상을 나타내었다. 95℃에서 최소 F-value로 살균 한 경우에는 형상이 대조군과 가장 유사하나, 가열 시간이 증 가함에 따라 불균일도가 증가하였다. 이는 쌀의 약 70~80% 를 이루고 있는 전분의 결정성이 온도에 따라 변화하기 때문 으로 사료되며, Biliaderis 등(1986) 및 Xie 등(2009)의 연구에 서 본 연구와 유사한 온도 범위에서 온도가 증가할수록 아밀 로오스와 지방의 결합의 가역적인 melting transition이 발생한 다고 보고된 바 있다. 이러한 melting으로 인하여 형상의 변화 정도가 온도에 비례하는 것으로 추정된다.

    떡의 형상 변화는 Eq. (13)에 의하여 비균일도를 측정하였 으며, 이는 떡의 형상이 가열살균 후 변화함에 따라 시료 간 나타나는 형상의 차이를 계산한 값이다(Table 3). 비균일도 측 정 결과, 대조군의 경우 시료 간의 비균일도는 2.75를 나타내 었으며, 121℃에서는 Fig. 4의 형상에서 볼 수 있듯이 시료 간 의 비균일도가 FminFmax일 때 11.65와 11.93으로 매우 높음 을 확인할 수 있었으며, 이는 121℃에서 가열 시간에 관계없 이 떡의 형상이 크게 변화함을 의미한다. 살균 온도 100℃에 서는 최소, 최대 F-value에서 6.91 및 9.64의 값을 나타내었 으며, 살균 시간이 증가함에 따라 증가하는 값을 나타내었 다. 반면 95℃에서는 최소, 최대 F-value에서 2.81과 5.62로 control과 가장 유사한 수치를 나타내어, 가열 시간에 따른 떡 볶이 떡의 형상 변화가 매우 적음을 정량적으로 확인할 수 있었다.

    이를 통하여 떡볶이 떡의 살균 시 외관 품질을 위해서는 동일한 살균도를 만족하여도 고온(121℃) 살균은 피해야 함 을 확인하였다. 통상적으로 이용하는 100℃의 경우에도 열저 항성이 강한 B. cereus 균을 타겟으로 살균 시 살균 시간의 증가에 따라 형상의 변화가 나타날 수 있음을 알 수 있었다.

    4. 산 침지에 따른 떡의 pH 변화와 모델링

    떡볶이 떡의 열처리 살균 이전에 초기 균 수의 감균을 위 한 전처리로써 산미료 10% 수용액에 떡을 침지하였다. 목표 하는 pH에 도달하기 위한 산미료 침지 시간을 확인하기 위하 여 침지 시간 동안 떡의 pH 변화를 확인하였으며, 이를 수소 이온농도로 계산하여 Peleg 모델로 모델링한 결과를 Fig. 5에 나타내었다. 떡을 25℃에서 침지하여 측정하였을 때 시간에 따라 수소이온농도가 증가함을 확인하였으며, 이를 모델링 한 결과 Peleg 상수 K1은 4.228, K2는 0.0019임을 확인하였다 (R2>0.99). 이를 통하여 산미료 침지 시의 평형 수소이온농도 는 528.07 mol/mm3로 이를 pH로 계산하였을 때 pH 3.28임을 알 수 있었다. 본 연구에서 목표로 하는 산미료 전처리 후의 pH 5.5, 5.0, 4.5, 4.0, 3.5에 도달하기 위한 산 침지 시간은 각 각 11, 41, 135, 519, 3,327 s임을 예측할 수 있었다.

    5. 산침지에 의한 감균지수 변화

    산침지 전처리를 통한 B. cereus 균의 초기 균수 변화를 확 인하였으며, 이를 통하여 초기 균수의 감균에 따른 총 살균 시간의 감소를 계산하였다(Table 4). 산침지에 따른 초기 균수 변화의 확인 결과, 산침지 전 B. cereus의 균수는 4.64±0.08 log CFU/g으로, 산미료 침지에 따라 균수가 감소함을 확인하 였다. 떡의 pH를 5.0으로 하였을 때부터 균수의 유의적인 차 이가 발생하였으며, pH 5.0에서는 3.80 log CFU/g, pH 4.5에서 는 3.24 log CFU/g, pH 3.5 이하에서는 검출이 되지 않아 산침 지가 떡볶이 떡의 위해균인 B. cereus의 저해에 효과가 있음 을 알 수 있었다. 이를 통하여 초기 균 수의 감소를 Eq. (10)에 이용하여 macid를 계산하였으며, Eq. (11)을 계산하여 mfinal이 산침지 전 12에서 최대 7.36까지 감소함을 확인하였다.

    이를 통하여 Table 5와 같이 Eq. (12)로 산미료 침지 후 살 균 온도에 따른 새로운 F-value(Ffinal)의 계산이 가능하였다 (Table 5). 그 결과, 산미료 침지 후 떡의 pH가 감소함에 따라 모든 살균 온도에서 F-value가 감소하며, 특히 pH 4.0 이하에 서 크게 감소됨을 확인하였다. 또한, 떡볶이 떡의 95℃, 100℃, 121℃에서의 살균 시간에 따른 열침투곡선(Fig. 3(b))을 이용 하여 실제 살균 공정에서의 가열 시간을 계산하였다. 산침지 이후 총 살균 시간은 산침지를 하지 않은 경우에 비하여 pH 4.0 이하에서 95℃의 경우 최소 54.7 min, 최대 135 min, 100℃ 의 경우 최소 35.1 min, 최대 63.2 min, 121℃에서는 최소 25.5 min, 최대 34.7 min으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 살 균 온도가 낮을수록 산침지가 총 살균시간의 감소에 더 큰 영향을 미치며, 이는 산침지 전처리가 가열살균공정의 시간 을 단축시켜 공정 효율을 증가시키고 가열 시간에 따른 떡의 형상 변화를 감소시켜 품질 변화를 최소화할 수 있음을 나타 낸다. 이와 유사하게 식품의 pH, 수분활성도, 염농도 등의 조 건에 따른 미생물 수의 변화와 열처리 시간에 따른 품질 변화 (영양성분, 색, 단백질)를 최적화하기 위한 연구가 우유, 당근, 옥수수, 자몽, 시금치 등의 다양한 식품에서 이루어진 바 있 다(Awuah 등 2007).

    6. 산침지-가열살균 복합공정에서의 형상 변화

    산침지에 의한 형상 변화를 확인하기 위하여 상온 침지 시 각 pH에 따른 형상 변화를 관찰하였다(Table 6). 산침지 공정 중 형상 변화는 관찰되지 않았다. 떡의 산침지-가열살균 복합 공정에 의한 형상 변화 분석은 대조군에서 형상 변화가 가장 적었던 살균 온도 95℃에서 수행하였다. 그 이유는 121℃와 100℃의 경우, 이미 열처리에 의한 심한 형상 변화가 관찰되 었으므로, 조절된 pH가 가열 살균 시 형상 변화에 미치는 영 향을 관찰하고자 가열 온도 95℃에서 pH 조절을 한 떡의 형 상 변화만을 확인하였다. 살균 이전에는 pH의 변화에 따른 형상의 큰 변화가 없었으나, 산침지-가열살균 복합공정 시 pH에 의한 형상 변화가 나타났다(Table 6). 떡의 pH 4.5~5.5의 범위에서는 모든 살균 시간에서 형상 변화가 관찰되었으며, 비균일도는 최소 및 최대 살균시간에서 최대 4.73 및 6.90 의 값을 보여주었다. 이는 pH가 감소함에 따라 떡볶이 떡의 구조가 변화하면서 발생한 현상으로, 대조군에서는 최소 Fvalue에서 형상 변화가 나타나지 않았으나, pH가 낮은 시료 에서는 대조군과 유사한 열처리 시간에도 불구하고 형상의 변화가 나타났다. 그러나 pH 4.5와 4.0에서는 pH 5.0에 비하 여 유의적으로 낮은 비균일도를 나타내었다. 특히 pH 4.0에 서는 산침지를 한 시료들 중 가장 낮은 비균일도의 변화를 보였으며, 이는 가열살균시간의 감소로 인하여 pH 조절 후 열처리 시간이 감소함에 따라 구조에 적은 영향을 미친 것으 로 추정된다. 그러나 pH 3.5에서는 최소, 최대 살균 시간에서 비균일도 8.43 및 9.29로 심한 형상 변화가 관찰되었다.

    산침지-가열살균 복합공정의 경우, 단일 가열살균 공정에 서 형상 변화를 보이지 않았던 95℃의 최소 살균 시간의 경 우에도 pH 3.5에서는 큰 형상 변화를 나타내었다. 그러나 pH 4.0에서는 대조군과 유의적인 형상 차이가 나타나지 않았다. 이는 낮은 pH에도 불구하고 pH 4.0에서의 감균 효과(macid= 4.64)로 가열 시간이 기존에 비하여 약 40 min 감소하였기 때 문으로 판단된다. 따라서 떡의 산침지-가열살균 복합 공정에 서의 형상 변화는 가열 온도, 시간뿐만 아니라, pH의 변화에 도 영향을 받는 것임을 보여주었다.

    7. 가열 온도, 가열 시간 및 pH에 따른 떡의 전분 용출도

    가열 살균 형상변화, 침지 시 형상변화, 복합공정에서의 형상변화는 가열 온도와 시간, 그리고 떡의 pH가 구조에 영 향을 주어 떡 내부에 전분이 용출됨으로 생기는 현상으로 추 정되므로 가열 온도와 시간, pH에 따른 떡의 전분 용출도를 확인하였다(Fig. 6). 가열 살균 온도 121℃, 100℃, 95℃에서 시간에 따른 떡의 전분 용출도를 480 nm에서의 흡광도로 측 정한 결과, 121℃의 경우 용출 초기부터 전분이 동일 시간에 서 95℃와 비교하여 약 3배의 용출도를 보여주며, 매우 빠른 용출 속도를 나타내었다. 121℃에서는 약 30 min에서 평형에 도달하였으며, 평형 시의 흡광도는 평균 1.71이었다. 100℃의 경우, 121℃에 비하여 낮은 용출 속도를 나타내었으나, 약 60 min에서 용출은 평형에 도달하였으며, 평형 시의 흡광도는 평 균 1.00이었다. 95℃는 용출 속도가 상대적으로 매우 느리며, 100 min에 이르러 평형 흡광도 0.68에 도달하였다. 이를 통하 여 가열 살균 온도 및 시간이 떡 내부의 전분을 용출시키는 변수임을 확인하였다.

    또한 떡의 pH를 산미료 내에서 침지하며 조절하는 동안 산미료의 흡광도 변화 및 pH 3.5인 떡을 95℃에서 가열할 때 의 전분 용출도를 확인하였다(Fig. 7). 떡의 pH를 산미료 내에 서 침지하며 조절하는 동안 산미료 농도의 변화는 pH 3.5에 서 최대 0.23으로, 가열 살균에 비하여 용출도가 적음을 확인 하였다(Fig. 7(a)). 그러나 pH 3.5인 떡을 95℃에서 열처리함에 따라 전분 용출도는 60 min 동안 최대 1.16으로, 산침지를 하 지 않고 가열 살균을 수행하였을 때와 비교하여 201% 증가 하였음을 알 수 있었다(Fig. 7(b)). 이와 같이 가열 온도와 가 열 시간, pH가 전분의 용출 속도에 영향을 주는 이유는 떡볶 이 떡의 구조가 pH에 의하여 변화되기 때문이다(Kang 등 2013). 떡볶이 떡의 유기산 및 증숙 처리를 통하여 전분 용출률을 측정한 Cheon 등(2017)의 연구에서도 전분 손실은 식감과 품 질의 저하를 나타내었다. 떡의 경우 고형분의 함량이 50% 이 상으로, 증자 후 전분이 수분의 양에 따라 팽윤되어 있는 상 태로 존재한다. 이는 Yu & Han(2004)과 Kang 등(2012)의 연 구에서 쌀의 수침 시간 및 떡의 가수량을 달리할 때 호화도가 변화하여 조직감이 달라지는 결과를 통하여 알 수 있으며, 호 화 전 옥수수 전분의 pH에 의한 변화와 유사한 결과를 나타 내었다. 옥수수 전분을 citric acid로 pH를 3.0에서 6.0 사이로 조절하였을 때, pH가 3.6보다 낮을 때 전분 granule이 파괴되 고 산에 의하여 글루코오스 체인이 가수분해되는 것을 확인 할 수 있었다(Hirashima 등 2005). 따라서 이와 같이 산에 의 하여 가수분해된 전분이 가열살균 시 전분의 용출에 영향을 미쳐 가열 살균 온도 및 시간에 따라 용출도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

    떡의 전분 용출도와 함께 형상 변화인 NUP를 측정하였으 며, Fig. 6과 Fig. 7에서 측정한 용출도와 NUP의 상관관계를 도출하였다(Fig. 8). 용출도와 비균일도는 R=0.92로 강한 양 의 상관관계를 보여주었다. 이 결과는 가열 살균, 산침지, 산 침지-가열살균 복합공정에서 관찰된 형상 변화가 공정 조건 에 따른 전분의 용출도와 밀접한 관계가 있음을 시사한다.

    8. 조직감

    대조군과 pH가 조절된 떡의 살균 전과 후 조직감 특성 중 경도(hardness), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness), 탄성(springiness), 응집성(cohesiveness), 부착성(adhesiveness)을 비교한 결 과, 살균 전 pH만 조절한 시료의 모든 특성에서 대조군과 유 의적인 차이가 나타나지 않음을 확인하였다(Table 7). 그러나 살균 후 pH 3.5에서 경도, 검성, 씹힘성의 경우, FminFmax가 모두 대조군에 비하여 유의적으로 낮아지는 결과를 보여주 었다. 이는 낮은 pH가 떡의 구조에 영향을 주어 조직감을 저 하시키기 때문으로 추정된다. 반면 pH 4.0과 4.5의 경도는 FminFmax 모두 대조군과 유의차가 없는 결과를 보였다. 그 러나 pH 5.0과 5.5의 경우, pH 4.0과 4.5에 비해 긴 살균 시간 으로 인하여 Fmax에서는 경도가 낮아지는 것이 관찰되었다. 떡볶이 떡에 자몽 추출물과 산도조절제를 첨가한 Kang 등 (2012)의 연구에서도 pH의 감소에 따라 경도와 씹힘성이 감 소함을 확인하였다. 본 연구에서는 배합비에 산을 첨가하지 않고 침지함으로써 침지 후에는 조직감의 변화가 크지 않았 으나, 산침지-복합공정이 pH 4.0~4.5일 때에는 가열 시간의 단축으로 조직감에 큰 영향을 주지 않고 pH가 그보다 낮은 3.5일 때 및 열처리 시간이 길어짐에 따라 조직감에 영향을 주는 것을 확인하였다.

    9. 색도

    떡의 pH를 조절 후 95℃에서 Fmin, Fmax일 때의 시간을 적용 하여 살균하였을 때의 색도를 측정하고, 백색도를 계산하여 대조군과 비교하였다(Table 8). 백색도의 계산 결과 pH가 감 소함에 따라 유의적으로 증가하였으며, 떡을 산침지하였을 때 떡의 색이 더 희게 변하는 것을 확인하였다. 떡의 열처리 살균의 여부 및 F-value에 따라서는 산침지-복합공정에서는 그 차이가 나타나지 않았다.

    10. 관능평가

    떡의 pH를 조절한 후 95℃에서 Fmin, Fmax을 적용하여 살균 한 떡의 관능평가를 수행하고, 이를 대조군과 비교하였다 (Table 9). 대조군의 살균 후의 관능 검사 결과와도 비교하기 위하여 대조군도 Fmin, Fmax를 적용하여 관능검사를 실시하였 다. 대조군을 살균한 경우 맛과 외관에서는 살균 전에 비하여 점수가 낮았으며, 다른 항목은 점수가 동일하였다. 떡의 pH 가 3.5인 경우 색을 제외한 모든 항목에서 가장 낮은 점수를 Fmin, Fmax 모두에서 받았으며, pH 4.0과 4.5의 경우 대조군을 살균한 시료와 전체적 기호도 면에서 큰 차이가 나지 않았다. 맛과 향의 경우에는 pH가 감소할수록 산미에 의하여 감소하 다가 pH 3.5에서는 신맛이 너무 강하여 부정적인 선호도를 나타내었다. 반면에 pH가 감소할수록 색도에 대한 선호도 는 높아졌다. 이는 산미료에 의하여 떡의 백색도가 높아져 떡 의 선호도 요인으로 작용하였기 때문이며, 유사하게 Hwang & Hwang(2015)의 연구에서도 백색의 설기떡이 가장 높은 선 호도를 받았다. pH 5.5와 6.0의 경우, 살균 시간에 따라 조직 감 선호도에 차이를 보였다. Fmin으로 살균한 시료의 경우 대 조군과 유의차가 없었으나, Fmax로 살균한 시료의 경우 유의 적으로 기호도가 감소함을 확인하였다. 반면 pH 4.5와 4.0 떡 의 경우, Fmin, Fmax 모두에서 전체적 기호도가 높았으며, 이는 살균 시간이 pH 5.0 이상에 비하여 상대적으로 짧아 살균 시 간에 의한 조직감의 변화가 적었기 때문으로 추정된다. 또한, 밝은 색으로 인하여 약한 산미에도 불구하고 전체적 선호도 가 높아, pH 4.0에서의 산미는 소비자들에게 허용 가능한 범 위임을 확인할 수 있었다. 외관의 경우, 살균 시간이 긴 pH 5.0 이상에서는 대조군보다 낮은 점수를 나타내었다. 또한, pH 3.5에서는 가장 낮은 점수를 나타내었다. 이는 pH와 살 균 시간에 따른 형상의 변화에 기인한다고 볼 수 있다. 반면, pH 4.0과 4.5는 대조군과 차이가 없는 점수를 나타내었다. 이 를 통하여 떡볶이 떡의 산 침지 시 pH 4.0 이상에서는 선호도 에 문제가 없으며, pH 3.5부터는 Hirashima 등(2005)의 연구 에서 전분의 파괴와 함께 점도가 감소하는 결과로부터 추정 할 수 있듯이 조직감과 외관 품질이 매우 저하됨을 알 수 있었다.

    요약 및 결론

    쌀가공 식품의 지표균으로 사용되는 B. cereus의 균주에 따 른 D-value를 기준으로 떡볶이 떡의 유통기한 연장을 위하여 사용되는 산침지-가열살균의 복합공정에서의 살균도인 Fvalue를 m=12와 각 D-value의 곱으로 계산하여 B. cereus 균 주에 따라 떡볶이 떡이 가질 수 있는 최소와 최대의 F-value 를 도출하여 떡의 살균범위를 설정하였다. 가열살균시간을 계산하기 위하여 400 g으로 포장된 떡볶이 떡의 냉점을 컴퓨 터 시뮬레이션과 실제 측정을 통하여 계산하였다. 냉점은 기 하학적인 중심에 위치함이 시뮬레이션과 실제 측정을 통하 여 확인되어 포장된 떡의 각 살균온도에 따른 기하학적 중심 에서의 열침투곡선을 구하여 F-value에 따른 가열살균시간을 도출하였다. 최소 및 최대 F-value에 따른 각 살균온도 95, 100, 121.1℃에서의 최소가열살균시간은 26.6, 38.5, 63.4분 이며, 최대가열살균시간은 36.6, 73.8, 174.9분으로 계산되 었다. 영상분석 알고리즘을 통하여 가열살균 후의 변화된 형 상의 정도를 비균일도를 계산하여 정량화하여 비교하였고, 살균온도 121.1℃에서는 형상변화가 최소 및 최대 살균시간 에서 모두 나타났으며, 균일도 11.65와 11.95를 보여주었다. 반면 살균온도 100℃에서는 최소 살균시간에서의 균일도는 6.91, 최대 살균시간에서의 균일도는 9.64로 살균시간에 따라 가열시간에 따라 형상의 변화가 심해지는 것을 관찰하였다. 살균 온도 95℃의 경우, 최소가열 시간에서는 대조군과 유의 차가 없이 형상변화가 없음을 보여주었으나, 최대 살균시간 에는 균일도가 5.62로 증가함을 보여주었다. 이는 형상변화 가 가열살균의 온도와 시간에 따라 영향을 받음을 보여주는 결과이다. 산침지 공정을 상온(25℃)에서 적용 시 침지시간에 따른 떡의 평균 pH의 변화를 Peleg 모델을 통하여 예측하여 pH 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5의 조건으로 떡의 pH를 조절하여 산 침지 시의 형상변화를 분석하였다. 상온에서 pH 변화에 따른 형상변화는 유의미한 차이가 없었다. 산침지에 의한 감균효 과를 측정하기 위하여 산침지 시의 떡의 pH 변화에 따른 감 소지수 (m)의 변화를 pH 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5에서 확인하였 다. 산침지 시 pH 4.0 이하에서는 m값이 4.6 이상으로 유의 미한 감균효과가 관찰되었으나, pH 4.5 이상에서는 1~2 log 정도의 감균효과 만이 관찰되었다. 산침지 후의 감균결과를 바탕으로 m값을 보정하여 산침지-가열살균 복합공정에서의 F-value를 보정하여 감소된 살균시간을 계산하여 복합살균 공정을 수행하였다. 가열살균과 산침지-가열살균 복합공정에 서의 압출떡의 형상의 변화를 영상분석을 통하여 균일도를 계산하여 정량화하였다. 본 연구에서 발견한 새로운 사실은 산침지 시에 나타나지 않은 형상의 변화가 살균과정을 거치 며 유의미하게 나타난다는 것이다. 가열 살균만으로는 형상 의 변화가 나타나지 않는 95℃에서 pH가 조절된 떡을 살균할 경우 pH 4.5~55, pH 3.5에서는 유의미한 변형이 관찰되었다. 이와 같이 가열살균과 산침지에 따른 형상의 변화는 가열과 산에 의한 떡 내부의 전분이 용출되어 생기는 현상으로 보고 되고 있고, 이를 확인하기 위하여 전분의 용출도 실험을 다양 한 pH와 살균온도인 121.1, 100, 95℃에서 진행하였으며, 그 결과 용출도는 가열온도와 가열시간 및 떡의 pH에 영향을 받 는 것이 확인되었다. 용출도와 비균일도는 강한 양의 상관관 계(R=0.92)를 나타내었다. 이는 산침지-가열살균복합공정에 서 떡의 형상변화가 복합공정의 처리 조건인 가열온도와 가 열시간 및 pH에 따라 발생할 수 있음을 나타내는 결과이다. 떡의 pH가 4.0인 상태에서 95℃에서 살균을 할 경우 본 연구 에서 도출된 최소 및 최대 F-value에서의 형상변화가 최소화 되는 것을 확인하였다. 산침지-가열살균 복합공정에서의 조 직감의 변화를 측정하기 위하여 TPA측정법을 사용하여 얻은 조직감의 특성 중 hardness, gumminess, chewiness를 측정한 결과 pH 4.0~4.5에서는 유의미한 차이가 발견되지 않았으며, pH 5.0~5.5의 경우 최대 F-value에서 가열시간 증가에 따른 조직감의 감소가 나타났으며, pH 3.5의 경우 모든 가열조건 에 따라 조직감이 감소하는 것을 보여 주었다. 색도의 경우는 pH가 감소할수록 백색도가 유의미하게 증가하는 결과를 가 져왔다. 산침지-가열살균 복합공정을 pH 4.0에서 살균온도 95℃를 적용할 시 유의미한 가열시간의 단축(p<0.05)과 함께 떡의 형상변화를 최소화할 수 있었고, 품질 특성인 조직감과 의 변화를 최소화할 수 있었으며, 백색도의 증가를 가져올 수 있었다. 또한, 관능검사 시 수용도(종합적인 기호도)가 높은 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 안전성과 품질뿐만 아니라, 생산성에 영향을 미치는 살균 시간을 고려할 경우 pH 4.0에 서의 복합 공정이 효율적인 상온 유통 떡볶이 제조 공정으로 사용될 가능성을 보여주었다.

    감사의 글

    본 논문은 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: C1013497- 01-02)의 지원에 의해 이루어진 것임. 2017년도 강원대학교 대 학회계 학술연구조성비로 연구하였음(관리번호: 520170193).

    Figure

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    Contour plots obtained from the computer simulation to estimate the cold point of packaged rice cake (400 g).

    Thermal processing time at 20 min (a), at 40 min (b), and the extended temperature scale between 120 and 121℃ to estimate the cold point accurately (c).

    KSFAN-31-737_F2.gif
    The heat penetration curves measured at 121℃ at different locations in the packaged rice cake (a), and the locations of thermo-couple in the packaged rice cake (400 g) (b).
    KSFAN-31-737_F3.gif
    The heat penetration curves (a) and F0-values (b) at the cold point at different thermal sterilization temperatures (95, 100, 121℃).

    Thermal sterilization at 95℃ was conducted in the water bath showing no come-up-time found in the retort process (100, 121℃).

    KSFAN-31-737_F4.gif
    Shape of Tteokbokki rice cake of control, sterilized at Fmin and Fmax of 95, 100, 121℃ (a) and the processed images of rice cakes (b).
    KSFAN-31-737_F5.gif
    Changes in the hydrogen ion concentration (H) in the rice cakes during acid soaking with 10% of acid.

    Dotted line indicates the estimated values of H from Peleg model.

    KSFAN-31-737_F6.gif
    Changes in the absorbance at 480 nm of the solution at 95, 100, 121℃ due to the amount of solubilized starch content.
    KSFAN-31-737_F7.gif
    Changes in absorbance at 480 nm of solution at different pH (a) and a thermal processing time at 95℃ (b).
    KSFAN-31-737_F8.gif
    Correlation between absorbance at 480 nm and NUP.

    Table

    Minimum and maximum D-values and F-values of Tteokbokki rice cake
    Thermal processing times estimated at different thermal sterilization temperatures using the heat penetration curves obtained at the cold point
    Non-uniformity parameter (NUP) values of Tteokbokki rice cake after sterilization at various sterilization temperatures (95, 100, and 121℃)
    Cell count of Bacillus cereus in Tteokbokki rice cake before and after sterilization
    Adjusted F-values using the reduction exponents at various pH by acid soaking
    Non-uniformity parameter (NUP) values of Tteokbokki rice cake at Fmin and Fmax after adjusting pH at 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, and 6.0 (control) before applying thermal sterilization at 95℃ and after the sterilization at 95℃
    TPA parameters of Tteokbokki rice cake after applying the sequential process of the combination of acid soaking and thermal sterilization
    Whiteness of Tteokbokki rice cake after applying the sequential process of the combination of acid soaking and thermal sterilization
    Sensory evaluation of Tteokbokki rice cake after applying the sequential process of the combination of acid soaking and thermal sterilization

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