열과 육류의 근육 섬유에 미치는 영향

열과 육류의 근육 섬유에 미치는 영향

Heat and Its Effects on Muscle Fibers in Meat

 

요리는 고기를 날것의 상태에서 식사의 중심에 놓을 만한 완성된 걸작으로 바꿔줍니다. 하지만 열을 가하면 어떻게 그리고 왜 고기에 변화가 생길까요? 이 질문에 답하려면 근육 섬유가 무엇인지, 특정 온도에서 근육 섬유 내부에서 어떤 일이 일어나는지 정확히 알아야 합니다. 요리하는 동안 단백질 섬유가 어떻게 변하는지를 이해하면 요리하는 고기의 품질이 향상됩니다!

 

온도가 고기에 미치는 영향

육류의 익힘 온도를 결정하는 것은 크게 두 가지 이유로 중요합니다:

1. 식품 안전 고기를 제공하기 전에 가능한 한 많은 식중독 병원균이 변성되는 것이 중요합니다. 레스토랑의 전문 요리사들은 이 사실을 잘 알고 있습니다. 공공의 안전을 보장하기 위해 위생 및 식품 안전 익힘 온도에 대한 정부 규정이 마련되어 있습니다. 식품 안전을 위한 USDA 권장 익힘 온도와 요리사 권장 익힘 온도는 학습 센터의 요리사 권장 온도 차트를 참조하세요.
2. 음식의품질 음식의 품질은 질감, 풍미, 일반적인 식감(수분, 풍부함, 떫은맛, 온도 등의 요인에 의해 결정되는 입안의 감각)에 대한 주관적인 평가입니다.

 

 

근육은 무엇으로 구성되어 있나요?

우리는 종종 근육 섬유와 고기의 “결”에 대한 이야기를 듣습니다. 근육 섬유는 긴 단백질 섬유 가닥이며 그 형성 방향이 고기의 결입니다(오른쪽 사진). 육상 동물의 근육육은 많은 단백질 섬유 다발로 구성되어 있습니다. 이러한 단백질 섬유 다발을 근막 이라고 합니다. 각 근육 섬유는 근섬유 다발로 구성된 다핵 세포입니다. 각 근섬유는 근섬유로 구성된 수천 개의 육종 (수축 단위)으로 구성되어 있습니다. 그리고 근육의 모든 수축 활동이 일어나는 곳은 바로 이 육종체 내부입니다. 이것이 소고기, 돼지고기, 양고기, 가금류에서 발견되는 일반적인 근육 구조입니다.

 

 

근육 조직의 세부 구조

육류는 기본적으로 근육 조직으로 구성되어 있다. 근육 조직은 크고 복잡한 구조를 가지고 있으며, 층층이 세분화된 단위로 나뉜다.

1. 근육(Muscle)
   근육은 여러 개의 **근섬유 다발(Fascicle)**이 모여 이루어진 가장 큰 단위다. 우리가 고기라고 부르는 부분이 바로 이 근육 덩어리다.
2. 근섬유 다발(Fascicle)
   근섬유 다발은 여러 개의 **근섬유(Single Muscle Fiber)**가 뭉쳐서 형성된 구조다. 근섬유 다발은 외부를 **결합 조직(Perimysium)**이 감싸고 있어 서로 간의 독립성을 유지한다.
3. 근섬유(Single Muscle Fiber, Muscle Cell)
   근섬유는 각각 하나의 근육 세포이다. 하나의 근섬유는 수백 개 이상의 **근원섬유(Myofibril)**로 이루어져 있다.
   근섬유는 세포막인 **사코렘마(Sarcolemma)**로 둘러싸여 있으며, 내부에는 세포질인 **사코플라즘(Sarcoplasm)**과 미세한 수축 단위들이 존재한다.
4. 근원섬유(Myofibril)
   근섬유 안에 들어 있는 근원섬유는 근육 수축의 기본 단위다. 근원섬유는 반복적인 수축 단위인 **사코머(Sarcomere)**로 구성되어 있으며, 여기에는 **액틴(Actin)**과 **미오신(Myosin)**이라는 두 가지 주요 단백질이 배열되어 있다.
5. 이 단백질들이 상호작용하면서 근육이 수축하고, 동물의 움직임을 가능하게 한다.

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고기 숙성과 근육 조직의 변화

고기가 숙성되는 동안, 근육 조직 안에서는 눈에 보이지 않는 많은 변화가 일어난다.

1. 효소의 활성화
   고기 숙성 초기에, 고기 내부에 자연적으로 존재하는 단백질 분해 효소(대표적으로 **칼파인(Calpain)**과 카텝신(Cathepsin))가 활성화된다.
2. 근섬유 단백질의 분해
   칼파인과 카텝신은 주로 근섬유의 구조 단백질(액틴, 미오신)과, 근섬유를 지지하는 결합 조직(콜라겐, 엘라스틴)을 표적으로 삼아 서서히 분해한다.
   • 칼파인은 근섬유 내의 액틴과 미오신 같은 구조 단백질을 약화시킨다.
   • 카텝신은 결합 조직 내 콜라겐과 엘라스틴을 분해하여 고기의 경직을 풀어준다.
3. 조직의 연화(부드러워짐)
   이 단백질 분해 과정 덕분에 근육 섬유 사이가 느슨해지고, 결합 조직이 약화되면서 고기의 전체적인 질감이 부드럽게 변한다.
   결과적으로 숙성된 고기는 씹을 때 저항감이 줄어들고, 육즙이 풍부하게 느껴진다.

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부위별 근육 구조 차이에 따른 숙성 특성

고기의 부위에 따라 근육 구조가 다르고, 그에 따라 숙성 효과도 달라진다.

• 안심(필레 미뇽, Tenderloin):
  운동량이 적은 부위로, 이미 근섬유가 가늘고 부드럽기 때문에 짧은 숙성만으로도 충분한 부드러움을 얻을 수 있다.
• 등심(Striploin, Ribeye):
  적당한 운동량으로 인해 근섬유가 조금 더 두껍고, 마블링이 풍부하다. 3~4주 이상 숙성했을 때 풍미와 부드러움이 크게 향상된다.
• 앞다리, 뒷다리 부위(Chuck, Round):
  운동량이 많아 근섬유가 굵고 결합 조직이 많다. 숙성만으로는 한계가 있으므로 추가적인 조리 기법(저온 장시간 조리 등)이 필요하다.

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요약

고기는 단순히 '살코기'가 아니라, 수백만 개의 근섬유와 근원섬유, 그리고 이를 지지하는 결합 조직이 복합적으로 구성된 정교한 생체 조직이다.
숙성 과정은 이 복잡한 구조를 서서히 풀어내어 고기의 질감을 부드럽게 하고, 풍미를 깊게 만든다.

고기의 근육 조직과 숙성 메커니즘을 이해하면, 숙성 기간 설정, 부위별 숙성 전략, 최적의 조리 방법까지 한층 과학적으로 접근할 수 있다.

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우리가 고기를 요리하는 이유

우리는 생존을 위해 사냥을 하고 날고기를 먹던 원시 조상보다 더 고도로 진화하여 영양과 즐거움을 위해 고기를 먹습니다. 고기를 조리하면 화학적 변화가 일어나 씹기 편하고 군침이 도는 요리로 변합니다.

육류는 조리 방법에 관계없이 특정 온도에서 특정 화학 반응이 일어납니다. 이러한 온도 변화를 파악하고 정밀한 온도 측정 도구를 사용하여 익힘 정도를 판단하는 것이 육류 요리의 달인이 되는 비결입니다! 고기를 조리할 때 쉽게 확인할 수 있는 몇 가지 변화는 다음과 같습니다:

 

Opacity — The once translucent meat becomes opaque.

불투명성 — 원래 반투명하던 고기가 익어가면서 불투명해진다.

Firmness — Meat can be tender or tough.

단단함 — 고기는 조리 상태에 따라 부드러울 수도, 질길 수도 있다.

Shrinking — Cuts of meat shrink in size as they approach doneness.

수축 — 고기가 익어갈수록 수분이 빠지면서 크기가 줄어든다.

Browning — The meat changes color from pink to gray/brown. Seared meat develops a deeply-colored crust.

갈변 — 고기는 익는 과정에서 분홍색에서 회색/갈색으로 색이 변한다.
시어링(Seared) 과정을 거치면 표면에 진하고 선명한 갈색 크러스트가 형성된다.

Moisture Loss — Liquid is expelled as the meat becomes more firm.

수분 손실 — 고기가 단단해지면서 내부의 액체가 밖으로 빠져나온다.

Fat Breakdown — Intramuscular fat dissolves in the temperature range of 125–130°F (52–54°C), giving meat a succulent mouthfeel.

지방 분해 — 고기 속 근내지방(Intramuscular fat)은 약 52~54°C(125~130°F) 범위에서 녹기 시작하여, 고기에 육즙 가득한 부드러운 식감을 부여한다.

 

색상 변화

육류의 미오글로빈은 분홍색/빨간색을 띠게 하는 성분입니다. 미오글로빈 변성은 날고기와 익힌 고기 사이의 색상 변화를 일으킵니다. 이 변화는 140°F (60°C)에서 발생합니다.

불투명도

단백질 분자가 변성되면 코일 구조가 펼쳐집니다. 이렇게 펼쳐진 분자들은 서로 부딪히며 다른 구성으로 다시 연결(응고)되어 빛이 거의 통과할 수 없게 됩니다. 이것이 바로 고기가 반투명에서 불투명으로 변하는 이유입니다.

수분 손실

육즙은 조리된 고기의 최종 식감을 결정짓는 중요한 요소입니다. 아무리 오래 절이거나 양념하거나 액체로 조리하더라도 육류의 수분 손실은 최종 익힘 온도와 직접적인 관련이 있습니다. 켄지 로페즈-알트는 자체 연구를 통해 육류의 내부 온도가 150°F (66°C)에 도달하면 수분 손실량이 급격히 증가한다는 사실을 발견했습니다. 아래 차트에서 Kenji의 연구 결과를 확인하세요( J. Kenji Lopez-Alt의The Food Lab에서 발췌):

소고기 조리 온도에 따른 수분 손실 변화

이 그래프는 소고기를 조리할 때 최종 중심 온도에 따라 얼마나 수분이 손실되는지를 보여준다. 조리 온도가 높아질수록 고기 내부의 수분이 빠져나가는 양이 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있다.

• 120°F(약 49°C): 수분 손실은 약 **2%**로 매우 적다.
  이 온도에서는 고기가 거의 레어(rare) 상태로, 내부는 여전히 붉고 육즙이 풍부하다.
• 130°F(약 54°C): 수분 손실은 약 **4%**로 소폭 증가한다.
  미디엄 레어(medium rare) 수준으로, 여전히 많은 육즙을 유지한다.
• 140°F(약 60°C): 수분 손실은 약 **6%**이다.
  고기가 미디엄(medium) 수준으로 익으며, 내부가 분홍색에서 회색으로 서서히 변하기 시작한다.
• 150°F(약 66°C): 수분 손실이 급격히 증가하여 약 **12%**에 이른다.
  고기가 미디엄 웰(medium well) 정도로 익으며, 질감이 더욱 단단해지고 육즙이 많이 줄어든다.
• 160°F(약 71°C): 수분 손실은 약 **18%**까지 증가한다.
  웰던(well done) 상태로 완전히 익은 고기이며, 상당히 단단하고 육즙이 거의 남아있지 않다.

조리 온도가 높아질수록 고기 내부의 수분 손실량은 비례하여 증가한다.
특히 **150°F(66°C)**를 넘어서면서 수분 손실이 눈에 띄게 가속화된다.
따라서 육즙 가득하고 부드러운 스테이크를 만들고자 한다면, 레어(120-130°F) 또는 미디엄 레어(130-135°F) 정도로 조리하는 것이 이상적이다.

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수축과 단단함의 효과는 육류의 수분 손실을 유발하는 요인이며, 조리 중 단백질 섬유에서 발생하는 세포 내 변화와 직접적으로 관련이 있습니다. 이렇게 눈에 띄는 변화를 일으키는 원인은 무엇일까요?

 

근원섬유(Myofibril)와 사코머(Sarcomere) 구조

**근원섬유(Myofibril)**는 근섬유(Single Muscle Fiber) 내부에 존재하는 실 모양의 구조물로, 근육 수축의 핵심적인 역할을 담당한다. 근원섬유는 일정한 간격으로 반복되는 단위 구조로 되어 있는데, 이 반복 단위를 **사코머(Sarcomere)**라고 부른다.

사코머는 근육 수축의 기본 기능적 단위이다. 각각의 사코머는 액틴(Actin)과 미오신(Myosin)이라는 두 가지 주요 단백질 필라멘트로 구성되어 있다.

사코머의 구성 요소

1. 액틴(Actin) 필라멘트
   • 가는 필라멘트(Thin filament)라고도 부른다.
   • 사코머의 양 끝(Z-line)에 부착되어 있으며, 미오신과 상호작용하여 근육 수축을 유도한다.
2. 미오신(Myosin) 필라멘트
   • 굵은 필라멘트(Thick filament)로, 액틴 필라멘트 사이에 위치한다.
   • 미오신은 '머리' 부분을 통해 액틴과 결합하고, ATP를 에너지원으로 삼아 당겨서 근육 수축을 일으킨다.

사코머에서 일어나는 수축 과정

근육이 수축할 때, 미오신 머리가 액틴 필라멘트를 끌어당긴다. 이 과정에서 사코머의 길이가 짧아지면서 전체 근원섬유가 수축하고, 결과적으로 근육 자체가 짧아진다. 이 현상을 '슬라이딩 필라멘트 이론(Sliding Filament Theory)'이라고 한다.

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숙성과 근원섬유 변화

고기가 숙성되는 동안, 근원섬유 안의 액틴과 미오신 연결 구조가 부분적으로 분해된다.
특히 칼파인(calpain)과 같은 단백질 분해 효소가 작용하여 사코머 단위의 구조적 결합을 느슨하게 만든다.

이러한 변화로 인해 근섬유는 더 부드러워지고, 숙성된 고기는 씹을 때 부드럽고 풍미가 가득한 식감을 제공하게 된다.

✅ 숙성 과정에서 근원섬유와 사코머가 해체되는 정도는 고기의 부위, 숙성 기간, 온도 조건에 따라 달라진다.

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• 근원섬유(Myofibril)는 근육 수축의 기본 단위인 사코머(Sarcomere)로 구성되어 있다.
• 사코머는 액틴과 미오신 필라멘트로 이루어지며, 이들의 상호작용으로 근육이 수축한다.
• 숙성 과정에서는 근원섬유 내 단백질 구조가 효소에 의해 분해되어 고기의 부드러움과 풍미가 향상된다.

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근육의 미오신과 액틴

육류의 모든 단백질 중에서 미오신과 액틴은 요리 관점에서 가장 중요한 단백질입니다. 이 두 단백질은 육질의 질감과 수분 보유 능력에 영향을 미치는 각 육종 내의 근섬유 단백질입니다. 살아있는 근육에서 이들이 어떻게 함께 작용하는지 살펴봅시다:

근육 수축의 작동 원리

살아있는 동물의 근육에서는 굵은 필라멘트(미오신) 머리가 얇은 필라멘트(액틴)를 붙이고 당기는 작용이 근육 수축을 일으킵니다. 미오신과 액틴 슬라이딩의 수축 주기는 골격근의 움직임을 유발합니다.

도축 후 근육 조직으로 가는 혈류가 부족하면 수축 주기가 이완 단계를 완료할 수 없습니다. 액틴과 미오신은 비가역적으로 결합하여 최대 근육 수축, 즉 경직성 근수축을 일으킵니다. 강직성 근수축 후에는 프로테아제 기반 효소(칼파인과 카텝신)가 완전히 활성화되어 고기를 분해합니다. 이러한 액토미오신 근섬유 네트워크의 분해는 숙성 과정에서 고기를 부드럽게 만드는 역할을 합니다.

 

미오신과 액틴의 변성

➤ 미오신: 104-122°F

액틴과 미오신은 육류가 익으면서 일어나는 변화에 중요한 역할을 합니다. 미오신은 약 104°F (40°C)에서 변성되기 시작하여 122°F (50°C)에서 눈에 띄는 변화가 일어납니다. 미오신은 액틴 필라멘트를 서로 가깝게 끌어당겨 육종의 길이를 적극적으로 단축하는 역할을 하는 두꺼운 필라멘트입니다. 미오신이 변성되면 육종세포의 직경이줄어듭니다 . 이러한 변성은 고기의 식감을 날고기에서 기분 좋게 익힌 부드러운 식감으로 변화시킵니다.

➤ 액틴: 150-163°F

액틴은 더 높은 온도 범위에서 변성되며, 이 반응은 주로 조리된 육류에서 육류 섬유가 단단해지고 수분이 손실되는 원인이 됩니다. 액틴은 150-163°F (66-73°C) 범위에서 변성됩니다. 이 시점에서 단백질 섬유는 매우 단단해지고 길이가 짧아지며 배출되는 액체의 양이 급격히 증가합니다. 이렇게 높은 온도에서 조리하면 고기가 질기고 건조해집니다. 이 데이터는 조리된 소고기의 수분 손실량에 대한 켄지의 연구를 정확하게 뒷받침합니다. 150°F (66°C)에서는 수분 손실이 120°F (49°C)에서보다 두 배로 증가합니다.

식품 과학자들은 경험적 연구(“총 씹는 작용”과 “총 식감 선호도”라는 제가 가장 좋아하는 용어)를 통해 조리된 육류의 최적의 식감은 미오신과 콜라겐은 변성되지만 액틴은 원래 형태로 유지되는 범위인 140-153°F/ 60-67°F로 조리할 때 발생한다는 사실을 밝혀냈습니다. -괴짜를위한 요리, Jeff Potter

 

차이점을 확인하세요!

아래 이미지에서 온도가 상승함에 따라 고기가 어떻게 변하는지를 물리적으로 확인할 수 있습니다. 고기의 색과 질감이 변하고 눈에 띄게 줄어들며 수분이 손실됩니다. 뉴욕산 스테이크를 사용하여 같은 크기로 자르고 수비드 수조를 사용하여 표시된 정확한 온도로 조리했습니다. 육류 섬유 직경의 변화는 115-120°F (46-49°C)에서부터 눈에 띄게 나타납니다.

 

 

이제 고기가 익으면서 어떤 일이 일어나는지 이해했으니, 아래의 고기 익는 온도 차트를 보고 개인 취향이 어디에 있는지 확인해 보세요. 아마도 미오신이 변성되고 지방이 분해되지만 액틴이 변성되기 시작하기 전의 온도로 익힌 스테이크를 좋아할 가능성이 높습니다.

 

• Rare:
  중심부가 거의 붉고 매우 부드럽다. 육즙이 가장 풍부하게 남아 있다.
• Medium Rare:
  살짝 붉은 중심부를 유지하면서 풍부한 육즙과 부드러운 식감을 즐길 수 있다. 많은 스테이크 애호가들이 가장 선호하는 익힘 정도다.
• Medium:
  중심부가 분홍색을 띠며, 레어보다 더 단단한 식감을 가진다. 육즙은 적당히 남아 있다.
• Medium Well:
  중심부에 거의 분홍색이 남아 있지 않고, 전체적으로 단단해진다. 육즙이 많이 줄어든다.
• Well Done:
  완전히 익혀 내부까지 갈색을 띤다. 매우 단단하고 건조한 식감이 된다.

스테이크를 완벽하게 조리하려면, 원하는 최종 도달 온도보다 약간 낮은 온도에서 불을 끄고 휴지 시간을 주어야 한다. 이 과정은 육즙이 고기 전체로 재분포되고, 내부 온도가 자연스럽게 상승하면서 최적의 식감과 풍미를 완성하는 데 필수적이다.

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변성된 미오신 = 맛있다; 변성된 액틴 = 맛없다. 건조하고 너무 익힌 고기는 고기 내부에 수분이 부족해서 질긴 것이 아니라, 미세한 수준에서 액틴 단백질이 변성되어 근육 섬유의 액체를 짜내기 때문에 질긴 것입니다. -괴짜를위한 요리, 제프 포터

Cooking For Geeks, 2nd Edition by Jeff Potter

 

육류의 수분 손실을 부분적으로 되돌릴 수 있는 휴식 시간

고기가 단단하고 건조해지는 원인이 되는 단백질 변성은 부분적으로 되돌릴 수 있습니다. 변성된 액틴은 바꿀 수 없지만 미오신 필라멘트는 어느 정도 이완될 수 있습니다. 이것은 고기가 휴식을 취할 때 분명합니다. 응고된 단백질은 손실된 수분의 일부를 재흡수할 수 있습니다.

 

 

고기 조리 전, 조리 중, 그리고 휴지(Rest) 후의 근섬유 변화

이 그림은 스테이크나 고기 조리 과정에서 **근섬유(Muscle Fiber)**와 **수분(Water)**이 어떻게 변화하는지를 보여준다. 조리와 휴지 과정을 제대로 이해하면, 고기를 더욱 육즙 가득하고 부드럽게 만들 수 있다.

1. START (조리 전)

조리 전 생고기 상태에서는 근섬유(Myofibril)들이 팽팽하게 정렬되어 있고, 그 사이사이에 수분이 풍부하게 분포되어 있다.
수분은 근섬유 사이를 가득 채우며, 고기 특유의 촉촉하고 부드러운 질감을 만든다.

• 근섬유 사이에 수분이 고루 분포
• 고기의 조직이 부드럽고 탄력이 있음

2. COOKED (조리 직후)

고기가 가열되면 단백질이 응고되면서 근섬유들이 수축한다.
이 과정에서 근섬유 내부의 빈 공간이 줄어들고, 수분이 근섬유 사이로 밀려 나오기 시작한다.

• 단백질 변성으로 인해 근섬유 수축
• 수분이 근섬유 사이로 밀려나면서 고기의 육즙 손실 발생
• 고기의 조직이 단단하고 수분이 불균일하게 분포

이 시점에 고기를 바로 썰게 되면, 밀려난 육즙이 고기 밖으로 빠르게 흘러나와 버린다.

3. AFTER REST (휴지 후)

조리 후 고기를 휴지(Rest)시키면, 내부 온도가 천천히 떨어지면서 근섬유가 약간 이완된다.
그 결과, 고기 안으로 다시 수분이 재분배되고 안정화된다.

• 근섬유가 조금 느슨해지면서 수분을 다시 품는다
• 육즙이 고기 전체에 고르게 분포
• 썰었을 때 육즙이 빠져나오지 않고 촉촉한 식감 유지

✅ 이 과정을 통해 고기는 더욱 육즙이 많고 부드러운 질감을 가지게 된다.

요약

• 조리 과정에서는 단백질 응고와 수축으로 인해 육즙이 밀려나온다.
• 조리 직후 바로 썰면 육즙이 손실되어 고기가 퍽퍽해질 수 있다.
• 반드시 휴지(Rest) 시간을 주어야 수분이 고루 재분배되어, 촉촉하고 맛있는 고기를 즐길 수 있다.

휴지 시간은 일반적으로 조리 시간의 약 1/31/2 정도를 잡는 것이 좋다.

예를 들어, 스테이크를 10분간 조리했다면 최소 35분 이상은 휴지시켜야 최적의 상태를 얻을 수 있다.

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이러한 지식은 매번 완벽하게 익은 고기를 조리할 수 있는 비결입니다. 내부 온도를 정밀하게 추적할 수 있으면 고기가 익는 동안 내부에서 어떤 일이 일어나는지 정확히 알 수 있습니다. 단 몇 도만 고기를 너무 익혀도 육즙이 풍부한 스테이크와 돌이킬 수 없을 정도로 질긴 스테이크의 차이가 생길 수 있습니다. 자신 있게 요리하세요!

 

Resources:

The Food Lab, Kenji Lopez-Alt

Cooking For Geeks, Jeff Potter

Cook’s Science, Cook’s Illustrated

On Food and Cooking, Harold McGee

Cooking-Induced Protein Modifications in Meat, Tzer-Yang Yyu, James D. Morton, Stefan Clerens, and Jolon M. Dyer, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety | November 2016

 

How Heat Affects Muscle Fibers in Meat | ThermoWorks

Heat and Its Effects on Muscle Fibers in Meat

https://blog.naver.com/brandkim/223816614826

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