본문내용
1. 식품가공 및 저장의 이해
1.1. 식품가공 및 저장의 역사
식품가공 및 저장의 역사는 다음과 같다.
기원전 12,000년경 아시아권의 해와 바람을 이용하여 식품을 건조하는 것이 시작이었다. 이후 로마인들이 불을 이용해 건조실을 만들어 식품을 건조했고, 기원전 5,000년경에는 소아시아와 메소포타미아 지방에서 포도주 제조가 시작되었다. 또한 기원전 300년경에는 지중해 지역 유목민들이 생우유를 발효시켜 요구르트를 만들기 시작했으며, 우리나라에서도 삼국시대 이전부터 장을 섭취했던 것으로 알려져 있다.
과학기술의 발달과 함께 냉장고, 파스퇴르의 가공법, 통조림 기술 등이 중요한 발명품으로 꼽히고 있다. 1804년 니콜라아페르는 유리에 음식을 저장하는 통조림 기술을 처음 고안했고, 1810년 피터듀란이 석캔을 사용한 특허를 등록함으로써 군용식 통조림이 생산되기 시작했다. 1888년에는 가벼운 캔이 고안되어 자동화된 통조림 생산공정이 도입되었고, 오늘날에는 분당 1,500개의 캔을 생산할 수 있게 되었다.
한편, 최근에는 기능성식품, 건강기능식품 등의 개발을 통해 건강과 안전을 중시하는 식품가공이 이루어지고 있다. 기능성식품은 가공방식에 따라 강화식품, 강화식품, 변형식품, 향상식품 등으로 구분되며, 건강기능식품은 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용해 제조한 식품이다. 이와 같이 식품의 안전성 확보를 위한 식품가공 및 저장기술이 발전해 왔다고 볼 수 있다.
1.2. 식품가공 및 저장의 필요성
식품가공 및 저장의 필요성은 다음과 같다.
식품은 변패가 쉽고 보관이나 수송이 어려운 특성이 있다. 생산 시점과 소비 시점 사이에 시간적, 공간적 한계가 있어 생산량을 정확히 예측하고 품질을 표준화하기 어렵다. 식품 원료는 수요와 공급의 불균형으로 가격 변화가 심하다. 따라서 식품의 수분, 미생물, 이물질 등을 조절하여 저장성과 안전성을 확보하고, 편이성과 다양성을 높이기 위해 식품가공 및 저장 기술이 필요하다.
식품가공 및 저장의 목적은 식품의 변패를 억제하고 안전성을 확보하며 소비자의 기호와 편의성을 높이는 데 있다. 식품가공 및 저장을 통해 저장성과 보존성이 향상되고, 시간적·공간적 제약을 극복할 수 있다. 또한 다양한 가공식품 개발로 소비자의 기호를 반영할 수 있고, 부족한 영양분을 강화하여 영양가가 풍부한 제품을 생산할 수 있다. 이를 통해 생산자의 손실을 최소화하고 가격 변동을 완화하여 소비자의 부담을 줄일 수 있다.
따라서 식품가공 및 저장 기술은 식품의 보존성 및 안전성을 높이고 소비자의 기호와 편의성을 향상시키는 데 핵심적인 역할을 한다. 이를 통해 생산자와 소비자 모두의 이익을 도모할 수 있다.
1.3. 식품가공 및 저장의 목적과 이점
식품은 인간이 생명을 유지하는 가장 핵심적인 수단이자, 창의적인 인간으로 진화해온 과정에서 매우 중요한 역할을 해왔다. 식품은 단순히 영양적 기능을 넘어 사회적 관계 형성의 매개체로서도 큰 의미를 지닌다. 그렇기 때문에 식품의 가공과 저장은 인류 역사상 매우 중요한 의미를 지닌다고 할 수 있다.
식품의 가공 및 저장의 목적은 식품의 안전성과 보존성을 확보하는 것에 있다. 세계식량농업기구(FAO)와 세계보건기구(WHO)는 식품을 "섭취할 수 있도록 완전 가공, 일부 가공, 또는 가공하지 않더라도 먹을 수 있는 것"이라고 정의한다. 식품공전에서는 "식품원료, 식품첨가물을 첨가하고 원형을 알아볼 수 없게 변형 또는 이를 혼합하여 제조·가공·포장한 식품"을 가공식품으로 정의하고 있다. 이처럼 식품의 가공과 저장은 식품의 안전성과 보존성을 확보하기 위한 핵심적인 수단이라고 할 수 있다.
식품 가공 및 저장의 주요한 이점은 다음과 같다. 첫째, 저장성과 안전성 확보를 들 수 있다. 식품을 가공하고 저장하는 과정에서 미생물 및 이물질 등 식품의 안전성을 위협하는 요인들을 조절할 수 있다. 둘째, 편이성 향상이다. 가공식품은 언제 어디서나 손쉽게 섭취할 수 있어 시간적·공간적 한계를 극복할 수 있다. 셋째, 부피와 무게의 감소로 인한 수송 및 저장 비용 절감을 들 수 있다. 넷째, 다양성과 기호성 향상이다. 식품 원료를 가공하여 기호에 맞는 표준화된 제품을 개발할 수 있다. 다섯째, 영양 강화가 가능하다. 부족한 영양성분을 첨가하여 개선된 제품을 생산할 수 있다. 마지막으로, 생산자 손실 최소화와 가격 급등 방지를 통해 소비자 부담을 줄일 수 있다.
이처럼 식품의 가공과 저장은 식품의 안전성과 보존성을 확보하고, 다양성과 기호성을 향상시키며, 영양가를 강화하는 등 많은 이점을 제공한다. 이를 통해 식품의 공급과 유통, 소비 과정에서 발생할 수 있는 다양한 제약을 해결할 수 있다. 따라서 식품 가공 및 저장 기술의 발전은 현대 사회에서 매우 중요한 의미를 지닌다고 할 수 있다.
1.4. 식품가공 및 저장산업의 미래
미국,유럽의 학계,정부기관등 식품전문가 대상으로 이용/상용화전망 :마이크로파〉초고압〉UV조사하다.
유럽:초고압〉마이크로파〉고주파펄스 전자기장 이다.
3D프린팅기술:입체적 설계도 있으면 3차원으로 찍어내는 프린터이다.
바이오기술 융합 :개인맞춤형 기능성식품,특정질병예방식품, 노화조절+면역기능 개선식품 등 가공식품 개발을 가능케한다.
나노기술 융합:극소오염물질 검출,기능성성분의 체내전달 촉진기술로 활용된다.
*나노푸드(NT) 1)나노캡슐화,영양소전달촉진,풍미+기호도 증가 2)살균,오염물질 감지/농약효과↑,유전자변형기술,토양상태 모니터링 기술
*바이오푸드(BT) :영양성분가와,기능식품발달,GMO식품,미생물활용기술,유기가공식품, 신약+화장품 산업에 활용
*푸드테크(IT):NFC태그,영양섭취/식습관관리,LOT스마트 팜 등
2. 식품과 미생물
2.1. 식품과 미생물
식품은 유용미생물과 유해미생물의 작용을 받는다. 유용미생물은 유제품 등에 사용되어 발효 과정을 돕는 반면, 유해미생물은 단백질 식품의 변패를 유발하는 등 식품의 품질을 저하시킨다.
발효는 미생물이 전분 등을 알코올, 유기산으로 분해하는 현상을 말한다. 이를 통해 식품의 맛, 영양, 보존성이 향상된다. 김치의 경우 젖산발효를 거치면서 유산균이 증식하고 pH가 낮아져 맛과 저장성이 개선된다.
반면 변패는 미생물의 증식으로 단백질, 지방 등 식품의 영양분이 파괴되어 이취, 이미가 발생하고 식중독을 유발할 수 있다. 대표적인 변패 유발 미생물로는 프로테우스 불가리스가 있다.
이처럼 식품과 미생물은 밀접한 관련을 가지고 있다. 유용미생물은 발효와 숙성에 기여하지만, 유해미생물은 식품의 변질을 야기한다. 따라서 식품 가공 및 저장 시에는 유해미생물을 억제하고 유용미생물을 활용하는 것이 중요하다.
2.2. 미생물의 생육특성
미생물의 생육특성은 다음과 같다.
미생물은 다양한 영양원과 에너지원을 이용하여 세포를 구성하고 생장한다. 미생물은 탄소, 산소, 수소, 질소와 같은 주요 구성 성분을 얻기 위해 유기물질과 무기질을 이용하며, 배양액에 따라 생장 특성이 달라진다. 종속영양균은 유기화합물을 에너지와 세포 구성 성분으로 이용하며, 독립영양균은 무기화합물을 이용한다.
미생물의 생장 곡선은 유도기, 대수기, 정지기, 사멸기의 네 단계로 구분된다. 유도기에는 세포수가 증가하지 않고 환경에 적응하며 핵산과 리보솜 등을 합성한다. 대수기에는 세대 시간을 측정할 수 있으며 물리화학적 처리에 민감하다. 정지기는 산소와 영양분이 부족하여 유해 물질이 축적되는 단계이지만 가장 많은 생균수를 유지한다. 사멸기에는 영양소 부족과 노폐물 축적으로 인해 생균수가 감소한다.
미생물의 증식은 수분, 온도, 산소, pH, 삼투압 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는다. 수분활성도가 낮으면 미생물 증식이 억제되며, 온도에 따라 저온균, 중온균, 고온균으로 구분된다. 호기성균은 산소가 필요하고, 혐기성균은 산소 없이도 생장할 수 있다. pH에 따라 호중성균, 호산성균, 호염기성균으로 나뉘며, 삼투압이 높은 환경에서는 호삼투압성균이 잘 자란다.
이와 같이 미생물은 다양한 영양원과 환경 조건에 따라 생장 특성이 달라지며, 이는 식품의 발효와 부패에 중요한 역할을 한다. 식품 가공 및 저장 시 미생물의 생육 특성을 고려하여 적절한 조건을 조성하는 것이 중요하다.
2.3. 미생물 증식의 영향요인
미생물 증식의 영향요인이다.
수분은 미생물 생육에 가장 중요한 요인으로, 수분활성도(Aw)가 높을수록 미생물의 생육이 좋다. 세균은 0.94 이상, 효모는 0.88 이상, 곰팡이는 0.80 이상의 수분활성도를 필요로 한다.
온도는 미생물의 생육 범위를 결정하는데, 저온균(슈도모나스, 비브리오, 칸디다)은 -5~15℃, 중온균(일반세균, 대장균)은 25~40℃, 고온균(바실루스, 클로스트리디움, 테르무스)은 50~60℃에서 생육한다. 초고온균은 70℃ 이상에서도 생육할 수 있다.
산소는 호기성균, 혐기성균, 미호기성균 등 미생물의 종류에 따라 요구량이 다르다. 호기성균은 산소가 필요하고, 절대혐기성균은 산소가 없어야 생육할 수 있다.
pH는 미생물의 생육 pH 범위에 따라 호중성균(pH 5~8), 호산성균(pH 5.5 이하), 호염기성균(pH 8.5 이상)으로 구분된다.
삼투압은 미생물을 호당성균, 호염성균으로 나눌 수 있게 한다. 호당성균은 지고사카로마이세스 멜리스(효모)와 아스퍼질러스 글라우쿠스(곰팡이), 호염성균은 비호염균(< 2%), 저도호염균(2~5%), 중도호염균(5~20%), 고도호염균(20~30%)으로 구분된다.
광선 및 방사선도 미생물 생육에 영향을 미친다. 자외선 260nm 파장은 단백질과 DNA를 가장 잘 흡수하여 살균력이 가장 뛰어나지만, 그람양성균과 곰팡이가 내성이 강하다. 방사선은 투과력이 높아 냉살균에 이용되고 있다.
3. 식품과 효소
3.1. 효소
효소는 생체 내 각종 화학반응을 촉진하는 물질로, 주성분이 단백질이다. 효소는 활성화에너지를 낮춰 반응물이 쉽게 반응하게 도와주는 역할을 한다. 또한 효소는 기질 특이성을 가지고 있어, 특정 기질에만 작용하는 성질을 가지고 있다.
효소는 관용적으로 사용되는 명칭, 기질과 관련된 명칭, 관여하는 반응에 따른 명칭으로 구분된다. 1964년 국제생화학연합회의 효소위원회에 의해 6개 종류로 분류되었는데, 기질명과 반응형식, 그리고 "-ase"를 붙여 명명한다. 예를 들어 젖산의 탈수소반응을 촉매하는 효소를 "lactate dehydrogenase"라고 한다.
효소는 크게 산화환원 효소, 전이효소, 가수분해효소, 제거효소, 이성화효소, 합성효소 등으로 분류된다. 산화환원 효소는 물질의 산화·환원 반응을 촉매하고, 전이효소는 한 기질에서 다른 기질로 작용기나 원자단을 옮기는 반응을 촉매한다. 가수분해효소는 물분자를 더해 기질 내 에스터, 펩타이드 결합을 분해하며, 제거효소는 이중결합 형성이나 이중결합에 원자단을 부가하는 반응을 촉매한다. 이성화효소는 물을 첨가하지 않고 상호변화, 이성화 반응을 촉매하고, 합성효소는 두 개의 화합물을 연결해 결합을 형성하는 반응을 촉매한다.
효소반응에 영향을 미치는 주요 요인으로는 온도, pH, 기질의 농도, 저해제와 활성제 등이 있다. 온도가 일정 범위를 넘으면 단백질 변성으로 효소가 불활성화되며, pH는 효소마다 최적 범위가 다르다. 기질 농도가 매우 낮으면 반응 속도가 느리지만, 특정 농도 이상 높아지면 더 이상 반응 속도가 증가하지 않는다. 경쟁적 저해제와 비경쟁적 저해제는 각각 기질에 대한 효소 반응을 저해하거나 다른 부위 결합으로 효소 작용을 저해한다. 활성제는 효소 작용을 촉진시킨다.
식품가공 및 저장에 관련있는 주요 효소로는 a-아밀레이스, b-아밀레이스, 글루코아밀레이스, 셀룰레이스, 헤미셀룰레이스, 프로테이스, 라이페이스, 아이소머레이스, 락테이스 등이 있다. 이들 효소는 곡류, 원유, 치즈, 술, 식용유지 등의 가공과 저장 과정에서 다양한 역할을 한다.
3.2. 효소의 명명법 및 분류
효소의 명명법 및 분류는 다음과 같다.
효소는 생체 내에서 각종 화학 반응을 촉진하는 물질이며, 주성분은 단백질이다. 효소의 명명법은 크게 세 가지 방식으로 이루어진다. 첫째, 관용적으로 사용되는 명칭이 있는데, 예를 들어 펩신은 위에 존재하는 단백질 분해 효소, 트립신은 이자(췌장)액에 존재하는 단백질 분해 효소이다. 둘째, 효소의 기질과 관련된 명칭이 있는데, 말타아제는 맥아당을 가수분해하여 글루코오스를 생성하는 효소, 셀룰레이스는 셀룰로오스를 가수분해하여 셀로비오스를 생성하는 효소이다. 셋째, 효소가 관여하는 반응에 따른 명칭이 있는데, 프로테아제는 단백질 가수분해 반응을 촉매하고, 라이페이스는 지질 가수분해 반응을 촉매한다.
1964년 국제생화학연합회의 효소위원회에서는 효소의 분류 체계를 확립하였다. 이에 따르면 효소는 기질과 반응을 기본으로 하여 6개의 기본 종류로 나뉜다. 첫째, 산화-환원 효소(Oxidoreductases)는 수소, 전자, 산소 등의 이동 반응을 촉매한다. 둘째, 전이효소(Transferases)는 한 기질에서 다른 기질로 작용기나 원자단을 옮기는 반응을 촉매한다. 셋째, 가수분해효소(Hydrolases)는 물 분자를 더하여 에스터, 펩타이드 등의 결합을 분해한다. 넷째, 탈리효소(Lyases)는 물 첨가 반응 이외의 방법으로 기질의 이중결합을 생성하거나 제거한다. 다섯째, 이성화효소(Isomerases)는 기질 내 입체 배위나 구조를 변화시킨다. 마지막으로 합성효소(Ligases)는 두 화합물을 결합시켜 새로운 결합을 형성한다.
따라서 효소의 명명법과 분류는 기질, 반응, 작용 메커니즘 등을 기준으로 다양하게 이루어지며, 이를 통해 효소의 특성과 기능을 쉽게 파악할 수 있다.
3.3. 효소의 기질특이성
효소의 기질특이성은 특정 효소가 특정 기질과 반응하는 성질을 의미한다. 효소는 기질과 반응해 효소-기질 복합체를 만들고 쉽게 반응해 반응생성물을 만든 뒤 다시 분리된다.
효소의 기질특이성은 크게 절대적 특이성과 상대적 특이성으로 구분된다. 절대적 특이성은 효소가 한 종류의 기질에서만 작용하는 성질을 말한다. 반면 상대적 특이성은 효소가 우선적으로 어떤 기질에 작용하지만 유사한 기질에도 작용할 수 있는 특성을 가리킨다.
예를 들어 펩신은 단백질 분해 효소로 특정 펩타이드 결합만을 분해하는 절대적 특이성을 가지고 있다. 반면 아밀레이스는 전분을 분해하여 엿당 등을 생성하지만, 이와 유사한 다른 당 화합물에도 작용할 수 있어 상대적 특이성을 가진다고 할 수 있다.
효소의 기질특이성은 효소의 활성부위 구조와 깊은 관련이 있다. 효소의 활성부위는 기질분자의 구조와 입체적으로 잘 맞는 형태를 가지고 있어 특정 기질과만 효과적으로 결합할 수 있다. 이러한 기질 특이성은 효소가 반응을 촉매하는 데 매우 중요한 역할을 한다.
효소의 기질특이성은 효소의 명명법 및 분류에도 반영되어 있다. 효소명에는 주로 기질과 촉매하는 반응 형식이 포함되어 있다. 예를 들어 lactate dehydrogenase는 젖산의 탈수소 반응을 촉매하는 효소임을 나타낸다.
종합하면, 효소의 기질특이성은 특정 효소가 특정 기질과 반응...
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