고온 사후강직(high rigor temperature)과 소고기 경화

고온 사후강직(high rigor temperature)과 소고기 경화

High rigor temperature and toughening in beef

 

cold shortening과 이를 예방하기 위한 방법으로서의 **전기 자극(electrical stimulation)**에 대해서는 그동안 많은 연구가 이루어졌다.

예를 들어, **CSIRO(호주연방과학산업연구기구)**는 1978년에 산업계에 전기 자극 기술에 대한 정보를 처음 제공했다.

하지만 최근 연구에 따르면, 부적절한 전기 자극의 적용은 오히려 **고기의 경화(toughening)**를 유발할 수 있으며, PSE(창백, 부드러움, 수분 과잉; Pale, Soft, Exudative) 돼지고기에서 관찰되는 것과 유사한 색상 및 조직 변화를 초래할 수 있음이 밝혀졌다.

 

Cold Shortening

잘 알려진 바와 같이, 근육이 rigor mortis(사후강직)에 들어가기 전에 저온에 노출되면 근육이 수축하고, 결과적으로 고기가 질기거나 매우 질긴 상태가 된다. 이를 **cold shortening 유발 경화(cold shortening induced toughness)**라고 한다.

실제 도축 현장에서는 이 문제를 전기 자극(electrical stimulation), Tenderstretch 공법, 또는 일부 도축장에서 사용하는 rinsing and chilling 기법으로 최소화한다.
rinsing and chilling 기법은 도축 시 전해질 용액을 동맥 내 주입하는 방식이다.

근육 수축은 rigor(강직) 이전, 즉 pH가 최종값에 도달하기 전에만 발생한다.
일반적으로 근육 온도가 12°C 이하, 근육 pH가 6.0 이상일 때 cold shortening이 발생할 가능성이 높다.

전기 자극은 pH를 빠르게 감소시켜 rigor의 시작을 앞당기고, 결과적으로 cold shortening 발생을 최소화한다.
도축장에서 전기 자극은 한 가지 형태만 적용되는 것이 아니다. 다른 형태의 전기 자극도 사용된다.

예를 들면:

• 전기 마취(electrical immobilisation)
• 가죽 벗김 장치의 전기 경직 프로브(hide puller electrical rigidity probes)

이러한 복합 전기 자극 효과는 pH를 매우 빠르게 감소시켜, 소고기 도체가 냉장고로 들어갈 때 pH가 6.0에 도달하도록 만든다.
이렇게 되면 cold shortening이 발생할 가능성은 사라진다.

그러나 주의할 점은, **high rigor temperature(높은 사후강직 온도)**로 인해 **고기 경화(toughening)**가 여전히 발생할 수 있다는 것이다.

 

High Rigor Temperature (높은 사후강직 온도)

급속한 해당작용(glycolysis), 즉 pH의 급격한 감소와 느린 냉각이 결합되면 도체 내 높은 rigor 온도가 발생한다.
이로 인해 **고기의 경화(toughening)**가 유발될 수 있다. 과거에는 이를 **heat shortening(열 수축)**이라 불렀지만, 최근 연구에서는 소고기 근육에서 실제로 발생하는 수축 정도는 비교적 작다는 것이 밝혀졌다.

오히려 경화의 주요 원인은 **단백질 분해 효소(proteolytic enzymes)**의 비활성화로 인한 단백질 분해능(proteolytic potential)의 감소이다.
이로 인해 후숙(aging) 동안의 연도 개선 효과가 저하되어 결과적으로 고기가 더 질겨진다.

실제 현장에서 이러한 경화는 근육 온도가 35°C 이상, pH가 6.0 이하로 떨어질 경우 발생할 수 있다 (아래 그림 1의 음영 구역 참조).

**Meat Standards Australia (MSA)**는 소 도체의 등심 근육이 반드시 pH/온도 Abattoir Window(도축장 기준값) 내에 있어야 한다고 규정하고 있다 (그림 1 참조).

 

 

Figure 1: 소고기 등심 pH/온도 도축장 관리 기준 (Abattoir Window)

이 그래프는 도축 후 **소고기 등심(loin muscle)**의 **온도(°C)**와 pH 변화 경로가 품질에 미치는 영향을 보여준다.

 

• X축 : Loin Temperature (°C) → 도체 온도
• Y축 : Loin pH → 도체 pH

 

Abattoir Window 내 pH 및 온도 변화의 효과

도축 후 도체의 pH 및 온도 변화 속도가 Abattoir Window(적정 범위) 내에 있을 경우,
heat shortening(고온 경화) 또는 **cold shortening(냉수축 경화)**이 발생할 가능성이 거의 없다.

최근 호주 서호주(W.A.) Murdoch University 연구팀이 이와 관련된 연구 결과를 발표했다.

연구에서는 국내 시장 출하용 암소 도체를 두 그룹으로 나눴다.
한 그룹에는 40초 동안 저전압 전기 자극을 가했으며, 다른 그룹은 전기 자극을 하지 않았다.

모든 도체는 동일한 냉장고(chiller)에 보관되었지만,
전기 자극을 받은 도체는 pH가 빠르게 감소해, 근육이 pH 6.0에 도달했을 때 온도가 현저히 차이났다 (표 1 참조).

 

 

15일 숙성 후 MSA 소비자 패널 평가

진공 포장(vacuum packs) 상태로 15일 숙성된 rump와 loin 근육은 그릴로 조리되어 MSA(Meat Standards Australia) 소비자 패널 평가에 제출되었다.

소비자 패널에서는 MQ4 점수를 평가했는데,
이 점수는 고기의 전반적인 기호도(acceptability)를 나타내며, 점수가 높을수록 품질 만족도가 우수하다는 의미를 가진다.

평가 결과는 Table 2에 제시되어 있다.

 

 

MQ4 점수는 Meat Standards Australia 소비자 패널이 평가한 고기의 전반적인 기호도 지수를 의미한다.
점수가 높을수록 소비자 만족도가 높다는 것을 나타낸다.

연구 결과

• Rump 부위 : 전기 자극 그룹이 12점 낮음 (70 → 58)
• Striploin 부위 : 전기 자극 그룹이 3점 낮음 (69 → 66)

전기 자극으로 인해 도체의 pH 감소 속도는 빨라졌지만,
근육 온도가 너무 높을 때 rigor가 진행되어 고기 연화에 필요한 자연 효소 작용이 억제되었을 가능성이 있다.
그 결과, 소비자 패널의 기호도 평가 점수는 오히려 감소했다.

이 실험은 전기 자극이 cold shortening은 예방하지만,
high rigor temperature에 따른 품질 저하 위험이 존재한다는 점을 입증한 사례이다.

 

연구 결과 및 고찰

연구 결과, 전기 자극으로 인한 고온 상태에서의 빠른 pH 감소는 특히 **rump(엉덩이 부위)**에서 제품의 전반적인 기호도를 낮추는 결과를 보였다.

또한, 전기 자극을 받은 도체의 rump 부위는 Figure 1의 pH/온도 윈도우에서 heat toughening(고온 경화) 영역에 해당했다.
따라서 heat toughening은 육질 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.

흥미로운 점은, 육류 과학자들이 heat toughening이 발생한 근육에서도 Warner-Bratzler 기기로 측정했을 때는 특별히 질기지 않다고 보고했다는 점이다.
Warner-Bratzler 측정기는 고기의 전단력(shear force)을 측정하는 기계 장비이며, 일반적으로 미각 패널 평가 또는 소비자 패널 평가와 어느 정도 상관관계를 보인다.

그럼에도 불구하고, 소비자는 heat toughening이 발생한 고기를 기계 측정보다 더 낮게 평가하는 경향이 있었다.
이는 **단순한 연도(tenderness) 외에 섬유질 구조(fibrous)와 응집성(cohesive quality)**의 미묘한 차이를 사람은 감지하지만 기계는 감지하지 못하기 때문일 가능성이 있다.

결론적으로, 전기 자극은 cold shortening을 예방하는 데 중요한 역할을 하지만,
**총 전기 자극량(전기 마취 + hide puller rigidity probes + 전기 자극)**이 너무 높아져 pH가 과도하게 빨리 떨어지면 오히려 heat toughening을 유발할 수 있으므로 주의가 필요하다.

 

Pale, Soft, Exudative (PSE)

**Pale, Soft, Exudative (PSE)**라는 용어는 주로 돼지고기에서, 드물게는 소고기에서도 나타나는 현상을 설명할 때 사용된다.
이 현상은 도축 후 pH가 급격히 감소할 때 발생한다.

돼지고기의 경우, 높은 근육 온도와 낮은 pH가 결합되면 PSE 고기가 형성된다.
PSE 고기의 주요 특징은 다음과 같다:

• 과도한 수분 손실(drip loss)
• 낮은 수분 유지력(water holding capacity) → 가공 및 조리 중 수분을 잘 유지하지 못함

소고기에서도 비슷한 현상이 나타날 수 있지만, 돼지고기에 비해 경미한 수준이다.
특히 엉덩이 부위(butt)의 크고 냉각이 느린 근육에서 발생할 가능성이 크다.

또한, 전기 자극이 소고기 도체에서 PSE 발생과 연관이 있음이 보고됐다.
**캐나다 연구(Aalhus et al., 1994)**에 따르면,
소고기 도체에 40초 동안 저전압 전기 자극을 가했을 때 10%의 도체에서 PSE 증상이 관찰되었다.

---

감사의 말 및 참고문헌

이 자료는 서호주 머독대학교(Murdoch University) David Pethick 부교수가 제공했다.

참고문헌

• Aalhus, J. L., Jones, S. D. M., Lutz, S., Best, D. R., Robertson, W. M. (1994)"The efficacy of high and low voltage electrical stimulation under different chilling regimes."Canadian Journal of Animal Science, 74: 433-442.

Increasingly, red meat for retail display is being prepared and packaged centrally rather than at retail stores