Cells Alive System(CAS)을 이용한 자기장 냉동이 브로일러 및 토종닭(지토리) 근육의 이화학적 특성에 미치는 영향
Cells Alive Systemを用いた磁場での冷凍がブロイラーおよび地鶏の筋肉の理化学特性に及ぼす影響
- 저자: 村元隆行(むらもと たかゆき), 佐々木貴広, 柴伸弥
- 소속:
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- 이와테대학교 농학부 (岩手大学農学部)
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- 농연기구 동북농업연구센터 축산사료작물연구영역 (農研機構東北農業研究センター畜産飼料作研究領域)
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- 접수일: 2020년 5월 14일
- 채택일: 2020년 12월 28일
- 연락처: 村元隆行 (muramoto@iwate-u.ac.jp)
요약
Cells Alive System(CAS)을 이용한 자기장에서의 냉동이 육계 및 토종닭인 남부 카시와 닭의 얕은 가슴근육의 물리화학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 냉동구(n = 5)의 근육은 표준적인 냉동고를 사용하여 -20℃에서 냉동하였고, CAS구(n = 5)의 근육은 CAS를 사용하여 냉동한 후 각각 -20℃에서 7일간 보관하고 4℃에서 24시간 동안 해동하였다.
대조구(n = 5)의 근육은 냉동을 하지 않고 4℃에서 24시간 동안 보관하였다. 보관 후 모든 근육에 대해 드립로스, 드립의 글루타민산 농도, 쿠킹로스 및 전단력 값을 측정하였다. 브로일러의 드립로스 및 쿠킹로스는 냉동구가 다른 구에 비해 유의하게 높았다.
남부 가시와의 드립 로스는 냉동구가 다른 구에 비해, 또 CAS구가 대조구에 비해 각각 유의하게 높았다. 남부 가시와의 쿠킹 로스는 CAS구가 다른 구에 비해 유의하게 높았다. 글루타민산 농도 및 전단력값에는 시험구간에서 유의한 차이가 없었다.
본 연구의 결과로부터 CAS 냉동은 일반 냉동에 비해 육계 및 남부 닭의 근육에서 해동 시 누출되는 드립을 줄이고, 감칠맛 성분의 누출을 억제하는 것으로 나타났다. 또한 가열 시 누출되는 드립은 육계의 근육에서는 적게 나오지만 남부 닭의 근육에서는 많이 나오는 것으로 나타났다.
키워드: Cells Alive System, 냉동, 글루타민산 농도, 토종닭, 물리화학적 특성
서론
냉동은 육류의 품질 저하를 억제하기 위한 처리이지만, 냉동을 하면 근섬유 사이에 대형의 얼음 결정이 형성되어 근섬유가 손상되고, 쇠고기의 경우 해동 시 드립 로스가 많아지는 것(Añón과 Cavelo 1980) 및 전단력 값이 낮아지는 것(Logerstedt 등 2008)이 보고되고 있다.
또한 냉동한 소고기(Vieira 등 2009) 및 닭고기(Zhang 등 2019)의 조리 손실은 냉동하지 않은 것에 비해 많다는 보고가 있다.
또한, 육류의 드립 중에는 영양성분뿐만 아니라 감칠맛 성분인 글루타민산(Young과 Ajami 2000; Lawrie와 Ledward 2006)도 포함되어 있기 때문에 냉동으로 인한 수분 유지성의 저하는 육류의 감칠맛도 저하시킬 가능성이 있다고 생각된다.
부드러운 식감이 높게 평가되는 소의 근육과는 달리, 토종닭의 근육은 딱딱한 식감이 토종닭 특유의 '씹는 맛'으로 높게 평가되는 경향이 있다(Matsushiro 외 2005). 따라서 맛 성분의 함량이 높고 딱딱한 식감이 선호되는 토종닭의 근육에서는 냉동으로 인한 수분 유지율과 전단력 값의 저하가 바람직하지 않다고 생각된다.
Cells Alive System(CAS)을 이용한 냉동은 교류 자기장의 환경에서 실시하는 냉동 기술이다.
CAS 냉동에서는 응고점 이하로 내려가도 물 분자를 진동시켜 과냉각 상태를 유지시킨 후, 충분히 냉각된 물질을 자기장에서 해방시키면 얼음 특유의 입체 망상 구조를 형성하지 않고 응고가 완료된다.
이로써 모든 얼음 결정이 소형화되어 근육섬유의 손상을 억제할 수 있게 된다. 야마모토(Yamamoto) 등(2005)은 CAS 냉동된 브로일러의 가슴살을 해동할 때 드립 로스와 쿠킹 로스가 완냉된 것에 비해 적고, CAS 냉동된 브로일러의 가슴살 근육섬유는 냉동 6개월 후에도 냉동 전 상태를 유지하고 있다고 보고하고 있다.
따라서 CAS 냉동은 토종닭의 근육에서도 수분 보유력 및 전단력 값의 저하를 억제하는 저장을 가능하게 한다고 생각된다. 그러나 CAS 냉동이 육계 및 토종닭의 근육의 수분 보유력, 경도 및 드립 로스에 의한 글루타민산 손실에 미치는 영향에 대해서는 밝혀지지 않았다.
따라서 본 연구에서는 CAS 냉동이 육계 및 토종닭의 근육의 물리화학적 특성에 미치는 영향을 밝히기 위해 드립 로스, 쿠킹 로스, 전단력값, 드립의 글루타민산 농도를 조사하였다.
재료 및 방법
1. 시험근육
시험근육은 육계 15마리(7주령) 및 재래종 이와테 토종닭에서 만들어낸 토종닭인 남부 카시와 15마리(15주령)의 얕은 가슴근육(M. pectoralis superficialis)으로, 각 15개 샘플을 5개씩 3개의 시험구(대조구, 냉동구, CAS구)로 나누어 저장 전 무게를 측정한 후 진공포장을 실시하였다.
또한 육계의 얕은 가슴살은 모리오카시내의 소매점에서 구입했고, 남부 카시와 닭의 얕은 가슴살은 남부 카시와 가공 센터(니시카와정)에서 제공한 것으로, 모두 당일 도계된 것이었다.
2. 드립 로스와 쿠킹 로스의 측정
대조구의 근육은 4℃에서 24시간 동안 보관하였다. 보관 중 진공 포장 내로 누출된 드립을 마이크로튜브(내츄럴 1.5ml; 아즈원 주식회사, 오사카)에 1ml 채취하여 글루타민산 농도를 측정할 때까지 -20℃에서 보관하였다.
다음으로 표면의 물방울을 종이 타월로 제거하고 저장 후 무게를 측정하여 저장 전 무게와의 차이로 4℃ 저장 중 물방울 손실(%)을 구했다. 냉동 구역의 근육은 -20℃에서 냉동한 후, CAS 구역의 근육은 랙식 프리저(하이 슈퍼 쇼크 프리저; 주식회사 아비, 치바)로 CAS 냉동을 한 후 각각 -20℃에서 7일간 저장하였다.
이 근육들은 4℃에서 24시간에 걸쳐 해동하고, 대조구와 같은 방법으로 진공 포장 안에 누출된 드립의 채취 및 저장을 실시하고, 또한 해동에 의한 드립 로스(%)를 구했다. 각 드립 로스의 측정 후, 각 근육에서 표피 및 지방 조직을 제거하고, 온욕 전 무게를 측정했다.
각 근육을 폴리에틸렌 봉지(하이폴리 No.12; 서모 주식회사, 도쿄)에 넣고 80℃로 설정된 수조에 담그고 중심 온도가 75℃가 될 때까지 수욕을 실시했다. 그 후, 꽁꽁 얼음 속에서 30분간 냉각을 실시하여 이후의 가열을 중단시켰다.
냉각 후 각 근육 표면의 물방울을 종이 타월로 제거한 후, 온욕 후 무게를 측정하고 온욕 전 무게와 온욕 후 무게의 차이로 조리 손실률(%)을 구했다. 또한, 물방울 손실과 조리 손실의 합을 총 손실률로 했다.
3. 전단력가의 측정
쿠킹로스 측정 후 각 근육에서 10×10mm 면에 근섬유 단면이 나타나는 근섬유와 평행한 직육면체 근육 샘플을 3개씩 만들어 Warner-Bratzler 전단력 측정기(G-R MANUFACTURING Co., Manhattan, Kansas, USA)를 사용하여 근섬유를 절단하는 방향의 전단력 값을 측정하였다.
| Warner-Bratzler 전단력 측정기는 고기(육류, 닭고기, 생선 등)의 **"연도(부드러움)"**를 객관적 수치로 평가하기 위해 사용하는 표준 장비.
|
4. 글루타민산 농도 측정
-20℃에서 저장된 드립을 해동하여 1ml를 15ml 용량의 플라스틱 원심분리기 튜브(IWAKI SCIENCE PROD UCTS Dept., 시즈오카)에 채취한 후, 9ml의 5% 과염소산을 첨가하여 균질화하고, 원심분리기(SRX-201; 토미 세이코, 도쿄)를 사용하여 5℃에서 3000rpm 및 20분간 원심분리하였다.
그 후, 상층액 4ml를 15ml 용량의 플라스틱 원심분리기 튜브(IWAKI 2325-015; AGC 테크노글라스, 시즈오카)에 분주하고, 1ml의 KOH(2 mol/L)를 가하여 볼텍스하고, 이 용액을 중화시켰다. 5℃에서 20분간 정지시킨 후, 5℃에서 3000rpm 및 10분간의 원심분리를 실시하였다.
그 후 0.45μm의 멤브레인 필터(13HP045AN; 어드밴텍 동양, 도쿄)로 여과하고, 샘플 튜브(ⅡA; 신화화학, 교토)에 여과액을 1ml 분주하여 측정에 이용하였다.
글루타민산 농도 측정을 위해 리튬계 이온 교환 컬럼이 장착된 전자동 아미노산 분석기(JLC-500V2; JEOL, 도쿄)를 사용하여 닌히드린을 이용하여 얻은 아미노산 생성물을 흡광도 570nm 및 440nm로 측정하였다. 외부 표준으로 아미노산 표준과 혼합된 용액(후지필름 와코 준야쿠 공업, 오사카)을 사용하였다.
5. 통계 분석
모든 측정항목에 대해 시험구간에서의 차이를 터키-크레이머 다중비교검정을 통해 검정하였다. 또한, 위험수준은 5%로 통일하였다.
결과 및 고찰
CAS 냉동이 육계 및 남부 닭의 얕은 가슴살의 드립 로스에 미치는 영향을 표 1에 나타내었다. 육계의 드립 로스는 냉동 구역이 대조구 및 CAS 구역에 비해 유의하게 높았지만, CAS 구역과 대조구 간에 유의한 차이는 보이지 않았다.
한편, 남부 가시와 닭의 드립 로스는 냉동구가 대조구 및 CAS구에 비해 유의하게 높았고, 또한 CAS구가 대조구에 비해 유의하게 높았다.
이러한 결과로부터 해동 시 누출되는 드립은 브로일러의 근육에서는 통상적인 냉동을 한 것이 4℃ 저장한 것보다 많지만, CAS 냉동을 한 것은 4℃ 저장한 것과 같은 정도가 되며, 또한 남부 가시와라의 근육에서는 해동 시 누출되는 드립은 CAS 냉동을 한 것이 통상적인 냉동을 한 것보다 적지만, 4℃ 저장한 것보다 많다는 것이 밝혀졌다.
시마자와(1997) 등은 쓰시마 토종닭용 교잡닭의 근섬유 직경이 육계용에 비해 작다는 것을 보고하고 있다. 쓰시마 토종닭용 교잡닭은 남부 카시와와 공통된 닭종에서 만들어졌기 때문에(야마타케(1986) 등), 남부 카시와의 근섬유 직경도 육계용에 비해 작을 가능성이 있다.
따라서 남부 가시리가 브로일러와 달리 CAS 냉동 후 해동했을 때 근육에서 새는 물방울이 4℃ 저장한 근육에서 냉동 중에 새는 물방울보다 많아진 것은 CAS 냉동으로 인해 근육 섬유 속의 얼음 결정이 소형화되었지만 근육 섬유 직경이 작아 얼음 결정이 섬유 내에 들어가지 못하고 세포막을 손상시켰기 때문으로 생각된다.
그러나 본 연구에서는 근섬유 직경과 드립의 누출량과의 관계에 대해서는 밝혀낼 수 없었기 때문에 향후에 대한 자세한 검토가 필요하다고 생각된다.
CAS 냉동이 육계 및 남부 닭의 드립의 글루타민산 농도에 미치는 영향을 표 2에 나타내었다. 육계 및 남부 닭의 드립의 글루타민산 농도에는 시험 구간에서 유의한 차이가 없었다.
이러한 결과로부터 냉동 및 냉동 방법은 두 닭종의 근육에서 해동으로 인해 누출된 드립의 글루타민산 농도에 영향을 미치지 않는다는 것이 밝혀졌다.
따라서 CAS 냉동을 하면 일반 냉동을 할 때보다 두 닭종의 근육이 해동으로 인한 드립이 적을 뿐만 아니라 감칠맛 성분의 손실량도 적을 수 있는 가능성이 나타났다.
"Cells Alive System(CAS)" 냉동이 브로일러와 난부 카시와(토종닭) 근육의 드립 손실, 조리 손실, 전체 손실, 전단력에 미치는 영향
| 브로일러 | |||
| 드립 손실 (%) | 2.3 ± 0.1ᵇ | 5.6 ± 1.3ᵃ | 2.4 ± 0.3ᵇ |
| 조리 손실 (%) | 13.1 ± 0.9ᵇ | 17.9 ± 1.2ᵃ | 13.3 ± 0.6ᵇ |
| 전체 손실 (%) | 15.5 ± 0.9ᵇ | 23.4 ± 2.4ᵃ | 15.6 ± 0.9ᵇ |
| 전단력 (kgf/cm²) | 2.1 ± 0.1 | 2.1 ± 0.1 | 1.8 ± 0.1 |
| 난부 카시와 | |||
| 드립 손실 (%) | 1.2 ± 0.3ᶜ | 6.2 ± 0.6ᵃ | 4.3 ± 0.2ᵇ |
| 조리 손실 (%) | 8.2 ± 0.5ᵇ | 7.2 ± 0.2ᵇ | 10.6 ± 0.5ᵃ |
| 전체 손실 (%) | 9.4 ± 0.6ᵇ | 12.8 ± 0.3ᵃ | 14.7 ± 0.6ᵃ |
| 전단력 (kgf/cm²) | 2.3 ± 0.0 | 2.3 ± 0.0 | 2.3 ± 0.0 |
브로일러(Broiler)
- **표준 냉동(Frozen)**은 드립 손실과 조리 손실 모두 유의하게 높았다 (P < 0.05).
- CAS 냉동은 냉동하지 않은 컨트롤(Control)과 비슷한 수준으로 드립 손실, 조리 손실을 억제했다.
- **전단력(shear force)**은 CAS 냉동에서 약간 낮아(1.8 kg/cm²) 더 부드럽게 됨.
👉 결론: 브로일러는 CAS를 쓰면 "부드러움 + 수분 유지" 둘 다 좋다!
난부 카시와(Nanbu Kashiwa, 토종닭)
- 표준 냉동에서 드립 손실이 가장 높았고(6.2%), CAS 냉동은 중간(4.3%).
- CAS 냉동에서는 조리 손실이 오히려 컨트롤과 비교해 높아졌다(10.6%).
- 전체 손실은 CAS와 Frozen 모두 컨트롤보다 높았다.
- 전단력은 3군 모두 차이가 없었다 (2.3 kg/cm²).
👉 결론: 난부 카시와는 CAS를 써도 드립은 줄지만, 조리 시 수분 손실이 증가하는 단점이 있다.
브로일러에는 CAS 냉동이 매우 효과적이고, 난부 카시와에는 드립 감소에는 효과 있지만 조리 손실이 다소 늘 수 있다.
- 브로일러는 CAS 냉동 → 드립과 조리 손실 모두 억제 + 더 부드러움
- 난부 카시와는 CAS 냉동 → 드립은 억제되나, 조리 손실은 증가
- 전단력(고기의 부드러움)은 거의 변화 없음 (특히 난부 카시와)
Cells Alive System(CAS) 냉동이 드립(육즙) 중 글루탐산 농도에 미치는 영향
| 브로일러 (Broiler) | 0.73 ± 0.06 (mg/100ml) | 0.68 ± 0.03 | 0.58 ± 0.03 |
| 난부 카시와 (Nanbu Kashiwa) | 0.17 ± 0.01 | 0.16 ± 0.01 | 0.15 ± 0.01 |
- 브로일러(Broiler):
- CAS 냉동(0.58 mg/100ml) 그룹이
컨트롤(0.73)이나 일반 냉동(0.68) 그룹에 비해
글루탐산 농도(旨味 성분)가 더 낮았다.
- CAS 냉동(0.58 mg/100ml) 그룹이
- 난부 카시와(Nanbu Kashiwa):
- 세 그룹 모두 글루탐산 농도 수치는 비슷했다 (0.15~0.17).
- CAS 냉동 그룹에서도 큰 차이는 없었다.
- 브로일러에서는
CAS 냉동을 적용하면 드립에 유출되는 글루탐산(旨味 성분)이 감소했다는 것을 의미한다. - 난부 카시와에서는
냉동 방식에 상관없이 글루탐산 농도에 큰 차이가 없었다.
CAS 냉동은 브로일러에서 맛 성분(글루탐산)의 유출을 줄이는 데 효과적이며, 난부 카시와에서는 차이가 크지 않았다.
CAS 냉동이 육계 및 남부 닭의 쿠킹 그로스(Cooking Gross)에 미치는 영향을 표 1에 나타내었다. 육계의 쿠킹 그로스는 냉동 구역이 다른 구역에 비해 유의하게 높았지만, CAS 구역과 대조 구역 간에는 유의한 차이가 없었다.
한편 남부 가시와쿠의 조리 폐기물은 CAS구의 조리 폐기물이 다른 구의 것에 비해 유의하게 높았지만, 냉동구와 대조구 사이에 유의한 차이는 보이지 않았다.
따라서 가열 시 누출되는 드립은 브로일러의 근육에서는 통상적인 냉동을 한 후 해동한 것이 4℃ 저장한 것보다 많아지지만, CAS 냉동을 실시한 후 해동한 것은 4℃에서 보관한 것과 같은 정도가 되며, 또한 남부 닭의 근육에서는 통상적인 냉동을 실시한 후 해동한 것과 4℃에서 보관한 것은 같은 정도가 되지만, CAS 냉동을 실시한 후 해동한 것은 4℃에서 보관한 것과 통상적인 냉동을 실시한 후 해동한 것보다 더 많은 것으로 나타났다.
CAS 냉동이 육계 및 남부 닭의 총 손실에 미치는 영향을 표 1에 나타내었다.
육계의 총 손실은 냉동 구역이 다른 구역에 비해 유의하게 높았지만, CAS 구역과 대조 구역 간에는 유의한 차이가 없었다. 한편, 남부 닭의 총 손실은 대조 구역이 다른 구역에 비해 유의하게 낮았지만, 냉동 구역과 CAS 구역 간에는 유의한 차이가 없었다.
이러한 결과로부터 해동에서 가열에 이르기까지 누출되는 모든 드립은 브로일러의 근육에서는 통상적인 냉동을 한 것이 4℃ 저장한 것보다 많지만, CAS 냉동을 한 것은 4℃ 저장한 것과 같은 정도가 되며, 또한 남부 가시우의 근육에서는 냉동의 종류에 관계없이 4℃ 저장한 것보다 많다는 것이 밝혀졌다.
Palka와 Daun(1999)은 가열에 의해 사르코메라 길이가 짧아지면 조리 손실이 증가한다고 보고하고 있다.
따라서 CAS 냉동을 실시한 남부 가시리의 가열 시 드립이 4℃ 저장한 것 및 통상적인 냉동을 실시한 것보다 많아졌고, 결과적으로 해동에서 가열에 이르기까지 누출되는 모든 드립이 통상적인 냉동을 실시한 것과 같은 정도가 된 것은, 얼음 결정에 의해 손상되기 쉬워진 근섬유가 가열에 의해 손상되어 단축되어 근섬유 내에 남아 있던 다량의 드립이 누출되었기 때문이 아닌가 생각된다.
CAS 냉동이 육계 및 남부 닭의 얇은 가슴살의 절단력 값에 미치는 영향을 표 1에 나타내었다. 육계 및 남부 닭의 절단력 값에는 시험 구간에서 유의미한 차이가 나타나지 않았다.
따라서 두 닭종의 전단력가는 냉동의 유무 및 종류에 따른 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
Silva 등(1999)은 쇠고기의 전단력가가 수분 유지력의 저하에 따라 높아진다고 보고했다. 또한, 무라모토 등(2015)은 냉동 및 냉동 기간은 야생 에조사슴 고기의 전단력가에 영향을 미치지 않는다고 보고했다.
그들은 그 이유에 대해 냉동으로 인한 근섬유의 강도 저하로 생긴 연화가 드립의 누출로 인한 경화로 상쇄되었기 때문이라고 한다. 따라서 본 연구에서 냉동이 절단력가에 영향을 미치지 않은 것은, 통상적인 냉동을 실시한 양계종과 CAS 냉동을 실시한 남부 카시와우의 근육에서 근섬유의 손상으로 인한 근육의 연화와 드립의 누출로 인한 근육의 경화로 인한 것이 아닌가 생각된다.
본 연구의 결과로부터 CAS 냉동은 일반 냉동보다 해동 시 육계와 남부 닭의 근육에서 새는 물방울을 줄일 수 있어 감칠맛 성분의 누출을 억제할 수 있는 것으로 나타났다. 한편 CAS 냉동은 일반 냉동보다 가열 시 육계의 근육에서 새는 물방울은 줄일 수 있지만 남부 닭의 경우 많이 새는 것으로 나타났다.
따라서 CAS 냉동된 남부 닭의 근육은 가열 시 누출되는 드립도 활용할 수 있는 조리나 가공을 할 필요가 있다고 생각된다.
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쓰시마 지토리(対馬地鶏) 교잡계 닭과 브로일러의 외측장경골근(外側腸脛骨筋)에서의 근섬유 특성.
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최종 pH가 소고기의 숙성 중 연도(부드러움)에 미치는 영향.
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냉동 저장 조건(온도 및 저장 기간)이 다양한 숙성 상태의 시골 교잡 소고기의 미생물학적 및 관능적 품질에 미치는 영향.
Meat Science 83, 398–404. - 山舘忠徳, 青木章夫, 松田亀松. 1986.
고품질 특수 닭고기 "난부 카시와(南部かしわ)"의 육성.
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전자기 냉동을 이용한 닭 가슴살의 파단 특성과 미세구조.
일본가정과학회지 56, 141–151. - Young VR, Ajami AM. 2000.
특별한 구별성을 지닌 아미노산, 글루탐산.
The Journal of Nutrition 130, 892S–900S. - Zhang M, Xia X, Lin Q, Chen Q, Kong B. 2019.초음파 보조 침지 냉동 후 냉동 저장 중 돼지 롱기시무스 근육의 미세구조 품질 및 수분 분포 변화.Meat Science 151, 24–32.
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출처 : 表紙-70-2 Cells Alive Systemを用いた磁場での冷凍が ブロイラーおよび地鶏の筋肉の理化学特性に及ぼす影響
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