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냉동육 품질에 대한 해동의 영향: 종합 고찰

Meat marketer 2025. 5. 12. 07:19
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냉동육 품질에 대한 해동의 영향: 종합 고찰

Effect of Thawing on Frozen Meat Quality: A comprehensive Review

 


세하르 악타르, 무함마드 이사 칸, 파룩 파이즈
파이살라바드 농업대학교 식품과학기술연구소
교신 저자: drkhan@uaf.edu.pk

초록
육류 및 육류 제품은 단백질, 지방, 비타민, 무기질 등 필수 영양소를 제공하며, 식단에서 중요한 역할을 한다. 육류 및 육류 제품의 전반적인 기호 품질은 맛, 식감, 육즙감, 외관, 향과 같은 특성에 의해 결정된다. 이 중에서도 식감이 가장 중요한 특성으로 평가된다.

최근 바쁜 생활 속에서 대량의 육류를 구매하여 보관 후 사용하는 경우가 많아지면서 해동 과정이 필수적으로 요구되고 있으며, 이 과정에서 영양 손실이 발생할 수 있다. 일반적으로 냉동 식품의 품질 문제는 해동 과정에 대한 관심 부족으로 발생한다. 그러나 해동은 여러 이유로 냉동 과정 중 품질 저하를 유발하는 주요 원인이다.

육류 해동 과정에서는 미생물 부패를 방지하기 위해 **위험 온도대(5°C~60°C 이하 유지)**를 피하고 해동 시간을 최소화하는 등 적절한 예방 조치를 취해야 한다. 부적절한 해동 방법은 육류 표면에 존재하던 잠재성 미생물의 활성화 및 증식을 초래할 수 있다.

본 종설의 목적은 육류 해동이 물리·화학적 품질 지표에 미치는 영향을 종합적으로 고찰하는 것이다.

 

배경

육류를 냉동하는 것은 저장 기간을 연장하기 위한 일반적인 방법이다. 고품질 제품을 얻기 위한 냉동은 수천 년 전부터 활용되어 왔지만, 냉동 기술의 대부분 발전은 지난 세기 동안 이루어졌다(Leygonie et al., 2012; Persson and Londahl, 1993).

식품 가공에서 냉동 식품의 해동은 매우 중요한 과정이다. 해동 시간은 가능한 한 최소화해야 미생물 증식, 화학적 변질, 점적(drip) 또는 탈수로 인한 과도한 수분 손실을 줄일 수 있다(Taher and Farid, 2001). 일반적으로 냉동 식품의 품질은 냉동 및 해동 과정과 밀접하게 관련되어 있다. 냉동 시 빠른 냉동 속도와 작은 얼음 결정의 형성은 해동 시 조직 손상과 점적 손실을 최소화하는 데 매우 중요하다.

해동 과정은 냉동 과정보다 느리며, 해동 중 식품은 화학적·물리적 변화 및 미생물 공격으로 인해 손상될 수 있다(Fennema et al., 1973; Kalichevsky et al., 1995). 식품 품질을 보장하기 위해서는 온도 상승과 식품의 탈수를 방지하면서 낮은 온도에서 빠르게 해동하는 것이 바람직하다. 해동 시간이 길어질수록 제품 표면의 미생물 증식이 증가한다.

전통적인 해동 방법의 단점으로는 용해성 단백질의 용출로 인한 영양 가치 감소, 높은 에너지 소비, 대량의 폐수 발생 등이 있다(Roberts et al., 1998).

냉동 및 해동 과정은 주로 육류 내 수분 분획에 영향을 미친다. 육류의 수분은 근섬유 내 및 근섬유 사이에 존재하기 때문에, 조직 내에서 구획이 형성되어 과정이 복잡해진다. 물이 얼게 되면, 남은 용질(단백질, 탄수화물, 지질, 비타민, 무기질)의 농도가 증가하여 복합적인 육류 시스템의 항상성이 깨진다(Lawrie, 1998).

근섬유 주변 환경의 변화는 세포막 특성에 영향을 미치며, 이는 결국 육류의 품질에도 영향을 준다(Fellows, 2000). 다양한 종류와 부위의 육류에서 냉동과 해동이 가져오는 변화에 대한 이해는 고품질, 고부가가치 제품을 생산하여 소비자에게 매력적이고 만족스러운 제품을 제공하려는 육류 산업에 필수적이다(Renerre, 1990).

육류의 냉동 및 해동에 대한 연구는 수분 손실 감소에 초점을 맞추어 진행되었다. Anon과 Calvelo는 1970년대부터 1990년대까지 육류 품질에 대한 냉동의 영향을 연구하는 선구자 역할을 했으며, 이들의 연구는 1990년대부터 2000년대까지 Farouk와 Swan(1998)에 의해 확장되었다.

육류의 저장 기간은 외관, 식감, 풍미, 색, 미생물 활성, 영양 가치에 의해 결정된다(McMillin, 2008). 이 중에서도 풍미 측정이 가장 어렵다. 풍미 성분은 근육 또는 육류 내 지질과 펩타이드 성분에서 기원할 수 있다(Spanier, 1992). 이러한 모든 품질 요소들은 냉동, 냉동 저장, 이후의 해동 과정에서 영향을 받는다.

 

냉동은 식품을 어떻게 보존하는가

대부분의 병원성 미생물은 냉동 온도에서는 증식하지 않으며, 많은 미생물은 효소 기능이 저하되어 정상적인 세포 활동을 유지할 수 없어 사멸하게 된다. 또한 병원성 미생물은 증식을 위해 물이 필요하지만, 냉동 과정에서 수분이 고체 상태의 얼음 결정으로 변하게 된다.

냉동 속도가 느릴수록 얼음 결정이 커지고, 그로 인해 세포 손상이 더 심해진다. 식품 내 냉동 속도는 용해성 염, 단백질, 탄수화물 등 용질의 농도에 따라 결정된다. 용질 농도가 높을수록 얼음 결정이 형성되기 위한 온도는 더 낮아져야 한다(Gill, C.O. 2002).

 

냉동 식품의 저장 기간

냉동고 온도가 자주 변동되면 냉동 식품을 안전하게 보관할 수 있는 기간이 크게 줄어든다. 냉동고 문은 가능한 한 자주 열지 않아야 하며, 한 번에 소량의 비냉동 식품만 넣어야 한다.

 

육류의 해동

해동은 냉동 상태에서 액체 상태로 전환되는 용해 과정을 의미하거나, 온도 상승으로 인해 차가움(경직, 무감각, 단단함)의 영향을 벗어나게 되는 현상을 말한다.

육류 품질 측면에서 해동은 냉동 이후 매우 중요한 과정이다. 해동 방법에는 느린 해동, 실온(조리대) 해동, 물 침지 해동, 전자레인지 해동 등이 있다(Xia et al., 2009).

조리대 또는 실온 해동은 점적 손실이 증가하고, 미생물 부패 위험으로 인해 식품 규정상 권장되지 않지만, 여전히 약 50%의 소비자가 단순하다는 이유로 이 방법을 선호하고 있다. 근육 내 점적 손실이 증가하면 일부 아미노산이나 뉴클레오타이드와 같은 맛 성분의 손실로 인해 제품의 기호도가 떨어질 수 있다.

또한 영양 성분인 헴철과 헴 색소 역시 보존되어야 한다. 이 색소들은 대부분 소고기에서 발견된다(Met et al., 2013).

 

육류 해동 방법

해동 속도를 빠르게 하면 식품이 위험 온도대(5°C~60°C)에 장시간 머무를 위험이 있다.
생육, 생선, 닭고기 등의 해동 방법과 각각의 기존 및 신기술 방법의 한계는 다음과 같다.

 

기존 해동 방법

  • 냉장 해동
  • 찬물 해동
  • 전자레인지 해동
  • 실온 해동

 

신기술 해동 방법

  • 고압 해동
  • 오믹(ohmic) 해동
  • 음향 해동

 

냉장 해동

냉장 해동 시 냉장고 온도가 항상 40°F(약 4°C) 이하로 유지되는지 확인하기 위해 냉장고 온도계를 사용해야 한다.
냉장고 내 다른 식품에 육즙이 흘러내리지 않도록 접시나 베이킹 팬 위에 냉동 육류와 가금류 제품을 올려 두는 것이 좋다.
해동 중인 식품은 냉장고의 가장 아래 선반이나 바로 먹을 수 있는 식품 아래에 두어야 한다.
이렇게 하면 생고기의 육즙이 다른 식품으로 흘러드는 것을 방지할 수 있다.

냉장 해동은 사전에 계획해야 하며, 일반적으로 완전히 해동하는 데 최소 24시간이 소요된다.
육류나 가금류의 크기나 포장 크기에 따라 해동 시간은 달라진다. 예를 들어, 1파운드(약 450g)의 다진 고기는 큰 덩어리 고기(예: 포트로스트)보다 더 빨리 해동된다.

냉장 해동이 완료된 이후에는 다음 시간 내에 조리해야 한다.
생고기, 가금류, 해산물은 반드시 냉장고의 가장 아래 선반에 두고, 육즙이 흘러내리지 않도록 접시나 팬을 깔아 두어야 한다.

 

찬물 해동

찬물을 이용한 해동은 냉동 식품을 빠르게 해동할 수 있는 방법이지만, 몇 가지 주의사항이 필요하다.
냉동 식품을 물이 새지 않는 밀폐 봉지에 넣고 찬물에 완전히 담근다.
냉수가 계속 흐르도록 하거나, 30분마다 물을 교체하면서 식품이 완전히 해동될 때까지 반복한다.
해동이 완료되면 즉시 조리하거나 조리 전까지 냉장고에 보관해야 한다.

육류와 가금류의 종류 및 무게에 따라 해동 시간은 다음과 같다.

  • 1~2파운드(약 450~900g)의 소고기 또는 가금류는 약 1시간 소요
  • 3파운드(약 1.3kg) 이상의 소고기 또는 가금류는 약 2~3시간 소요

전자레인지 해동

전자레인지 해동은 또 다른 빠른 방법이다.
전자레인지를 이용하면 해동 과정에서 식품이 일부 조리되기 시작한다.
따라서 이 방법을 사용할 경우 해동 직후 즉시 조리해야 하며, 세균 증식을 방지하기 위해 해동만 한 상태로 냉장고에 넣어서는 안 된다.

 

실온 해동

가장 빠른 해동 방법 중 하나지만, 식품 표면에 병원성 미생물이 증식할 위험이 크다.
식품 온도가 위험 온도대(5°C~60°C)로 올라가면 내부까지 세균 증식이 진행될 수 있다.
이를 방지하기 위해 식품 온도를 자주 점검해 4°C 이하로 유지해야 한다.
파리, 해충, 반려동물 등의 접촉을 막는 보호 조치도 필요하다.
이 방법을 사용할 경우 해동 직후 바로 조리해야 한다(Gill, C.O. 2002).

 

고압 해동

고압 해동은 식품 산업에서 새로운 고압 기술 응용 분야 중 하나로 주목받고 있다.
지금까지는 고압 냉동에 비해 고압 해동에 대한 연구가 상대적으로 적었지만, 최근 연구에서는 고압 해동이 식품 품질을 유지하고 해동 시간을 단축할 수 있다는 결과가 보고되었다(Makita, 1992; Zhao et al., 1996; Zhao et al., 1998). 이는 식품 산업에서 고압 해동의 가능성을 시사한다.

Makita(1992)는 고압에서 냉동육을 해동할 경우 대기압 해동보다 필요한 시간이 1/3로 감소했지만, 감각 품질은 기존 해동 제품과 유사했다고 밝혔다.
고압 해동은 대기압 해동보다 냉동 두부의 식감 개선에 더 효과적이었다.
또한 고압 해동 과정에서 소고기의 점적 손실은 측정 불가능할 정도로 적었고, 색상, 관통력, 조리 손실에도 부정적인 영향이 없었다(p < 0.05, Zhao et al., 1998).

고압 해동은 압력이 시료 전체에 균일하게 전달되어 열전도에만 의존하게 되며(Kalichevsky et al., 1995), Zhao et al.(1998)의 연구에서는 압력 수준과 처리 시간이 해동 속도 및 제품 품질에 영향을 미친 반면, 제품의 크기나 초기 온도는 해동 속도에 영향을 주지 않았다.
이러한 특성은 고압으로 대량 제품을 해동하는 데 유리함을 보여준다.

그러나 고압 해동의 상업적 적용에는 고비용, 고압 냉동과 동일한 비용 문제, 그리고 고압에 의한 단백질 변성 및 육색 변화와 같은 한계가 있다(Kalichevsky et al., 1995; Mertens and Deplace, 1993).
따라서 고압 해동 공정에 영향을 미치는 기본 데이터와 최적화 연구가 향후 상업적 적용을 위해 매우 중요하다.

 

오믹 해동

전기가 높은 전기 저항을 가진 도전성 식품을 통과할 때, 식품 내부에서 즉각적으로 열이 발생하여 식품의 온도가 상승하게 된다(Fu and Hsieh, 1999). 이러한 가열 기술을 오믹 가열(ohmic heating) 또는 **전기 가열(electro-heating)**이라고 한다.

식품 산업에서는 오믹 가열이 미생물 무균 처리와 입자형 식품의 저온 살균 공정에 주로 적용되어 왔다.

전자레인지 가열과 비교할 때, 오믹 가열은 거의 모든 에너지가 열로 식품에 전달되므로 더 효율적이며, 침투 깊이에 제한이 없다. 또한 오믹 가열은 기존 가열 방법보다 높은 가열 속도, 높은 에너지 전환 효율, 체적 가열(volumetric heating) 등 여러 장점이 있다(Reznick, 1996; Fellows, 2000).

오믹 가열을 냉동 식품 해동에 적용하는 것은 혁신적인 방법으로 평가된다.

Ohtsuki(1991, 1993)는 음(-)전자를 띤 냉동 식품을 고전압 정전기장에 넣어 해동하는 오믹 해동 공정에 대한 특허를 취득했다.

이 방법을 사용하면 냉동 참치, 소고기, 계란의 해동 시간이 동일 온도 조건 대비 1/4~1/3 수준으로 단축되었다.

Yun, Lee, Park(1998)은 냉동 육류 블록을 기존의 물 침지 해동과 함께 60210V(교류), 60Hz60kHz의 주파수로 오믹 해동을 실험했다.

그 결과, 주파수 변화는 해동 시간에 큰 영향을 미치지 않았으며, 낮은 전압에서 오믹 해동한 샘플은 점적 손실이 감소하고 수분 유지력이 향상되는 효과를 보였다.

 

음향 해동

냉동 식품의 해동을 위해 음향 에너지를 사용하는 방법은 약 50년 전에 연구가 시작되었지만, 침투력 부족, 국소적 과열, 높은 전력 요구 등의 문제로 발전이 제한되었다(Brody and Antenevich, 1959).

최근 연구에서는 식품 내 얼음 결정의 이완 주파수 범위에서 음향 주파수를 적용할 경우 냉동 식품이 더 많은 음향 에너지를 흡수할 수 있다는 것이 확인되었다(Kissam et al., 1981).
Kissam 등은 이완 주파수에서의 해동 과정을 설명했다. 실험 결과, 대구 블록을 1500Hz, 60W의 음향 에너지를 사용해 물 속에서 음향 보조 해동을 했을 때, 단순 물 침지 해동보다 해동 시간이 71% 단축되었다.

Miles 등(1999)은 고출력 초음파를 이용해 육류와 생선을 해동했으며, 약 500kHz 주파수에서 만족할 만한 초음파 해동 결과를 얻었다. 이는 이완 메커니즘과 일치하는 결과였다.
따라서 적절한 주파수와 음향 출력을 선택한다면, 음향 해동은 식품 산업에서 여전히 유망한 기술로 평가된다.

 

냉동 및 해동이 육류 품질에 미치는 영향 요소

  • 수분
  • 단백질 변성
  • 지질 및 단백질 산화
  • 색상 (미오글로빈 단백질)
  • pH
  • 연도 (전단력)
  • 미생물 수
  • 점적 손실
  • 육질
  • 육조직 구조

육류의 수분 함량

냉동과 해동은 육류 조직 내 수분의 양과 공급 상태 모두에 변화를 일으킨다.
육류에서 수분은 품질 특성 중 하나로, 점적 손실(drip loss), 해동 손실(thaw loss), 조리 손실(cooking loss), 수분 결합력(water binding capacity), 총 수분 함량 등의 다양한 방법으로 평가할 수 있다.

육류의 수분 손실은 도축 이후 pH 감소(단백질의 등전점에 가까워짐), 아데노신 삼인산(ATP) 소실, 사후강직(rigor mortis)과 숙성 과정 중 근원섬유 수축으로 인한 입체적 효과로 인해 불가피하게 발생한다(Huff-Lonergan and Lonergan, 2005).
이러한 요인들은 원래 단백질에 결합되어 있던 수분을 방출시켜 근원섬유 내 공간으로 이동하게 만든다.

방출된 수분은 이후 근형질(sarcoplasmic) 공간과 세포외 공간으로 재분배된다.
냉동과 해동은 해동 손실 및 점적 손실 등 배출액(exudate) 양에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
해동 속도와 배출액 형성 정도의 상관관계에 대해서는 연구자들 사이에 의견 차이가 있다.

Gonzalez-Sanguinetti, Anon, Cavelo(1985)는 해동 시간(−5°C에서 −1°C까지 걸리는 시간)을 50분 이하로 단축할 경우 배출액이 감소한다고 보고했다.
이는 세포 외 공간의 얼음이 녹으면서 수분 활성도가 증가하고, 그로 인해 세포 내 공간으로 물이 이동해 탈수된 근섬유에 재흡수되었기 때문으로 해석되었다.

Haugland(2002)도 해동 속도가 빠를수록 배출액이 줄어든다고 주장했다.
Ambrosiadis 등(1994)은 물 속에 담가 빠르게 해동할 경우 점적 손실이 감소한다고 보고했다.

반면, 같은 연구에서 전자레인지 해동(35분 소요, 0°C 도달)은 실온 해동(5~7시간)과 유사한 수준으로 점적 손실을 증가시켰으나, 냉장 해동(28시간)에 비해서는 점적 손실이 더 적었다. 냉장 해동은 가장 많은 점적 손실을 보였다.

 

단백질 변성

전통적으로는 냉동 시 세포 내 수분이 세포 외 공간으로 이동하면서 세포 내 이온 농도가 증가하고, 이로 인해 단백질 변성이 일어난다고 여겨졌다.
그러나 이 가설은 여러 연구자들에 의해 반박되었다.

Anon과 Cavelo(1980), Mietsch et al.(1994), Ngapo et al.(1999)는 실험 결과, 신선 시료와 냉동 후 즉시 해동한 시료의 점적액에서 단백질의 양과 조성에 유의미한 차이가 없다는 점을 들어 단백질 변성이 품질 저하에 크게 기여하지 않는다고 주장했다.

다만, 이들 연구자들은 시료 보관 시간과 온도가 실험 결과에 영향을 미쳤을 가능성을 인정했으며, 냉동 중 육류 품질 손실에 대한 새로운 설명은 제시하지 않았다.

따라서 향후 이러한 시료의 점적액 조성을 **프로테오믹스(proteomics)**와 같은 최신 기술로 분석하는 연구가 매우 유익할 것으로 보인다.

 

지질 및 단백질 산화

육류를 냉동 및 저장할 때 최종 온도는 화학 반응이 일어날 수 있는 미해동 수분의 양을 결정한다.
Petrovic(1982)는 −20°C 이상의 온도에서 냉동 및 저장한 육류에서도 충분한 미해동 수분이 남아 있어 생화학적 반응이 계속 발생할 수 있음을 보여주었다.
육류의 최적 냉동 저장 온도는 −40°C로 보고되었으며, 이 온도에서는 극소량의 수분만이 미해동 상태로 남는다(Estevez, 2011).
이러한 수분은 식품 내 다른 성분에 결합되어 있어 화학적으로 비활성 상태로 존재한다(Nesvadba, 2008; Singh and Heldman, 2001).

수분이 얼면서 세포 내·외의 용질 농도가 증가하게 되며, 이는 냉동 저장 중 화학 반응성이 증가하는 주요 원인으로 여겨진다(Fennema, 1975).
얼음 결정은 크기와 위치에 따라 근육 세포를 손상시키고, 미토콘드리아 및 리소좀 효소를 근형질로 방출시킨다(Hamm, 1979).

미해동 수분은 산화에서도 중요한 역할을 한다.
냉동 저장 중에도 화학 반응이 일어나 **지질의 1차 산화(과산화)**가 시작될 수 있으며, 해동 시 2차 산화가 진행되어 색, 냄새, 맛, 영양에 부정적인 변화를 일으킨다(Owen and Lawrie, 1975).
Akamittath et al.(1990)과 Hansen et al.(2004)은 냉동-해동 후 냉장 보관 연구에서 지질 산화가 가속화됨을 확인했다.
2차 지질 산화 생성물은 티오바르비투르산 반응성 물질(TBARS) 방법으로 측정되며, 이들은 불쾌한 취, 지방취, 자극성 냄새 등의 원인이 된다.

Vieira et al.(2009)은 신선육의 TBARS 수치가 −20°C에서 90일 저장한 육류보다 유의미하게 낮음을 보고했으며, 이는 단순 냉동 저장만으로는 산화를 완전히 방지할 수 없음을 의미한다.
Benjakul과 Bauer(2001)는 냉동과 해동이 세포막을 손상시키고, 그 결과 헴 철을 포함한 친산화제(pro-oxidants)가 방출되어 TBARS가 증가한다고 보고했다.
최근 연구들은 지질 산화가 중성지방보다는 세포막 수준에서 주로 발생한다는 증거를 보여주고 있으며, 이는 지방이 적은 육류와 많은 육류 모두에서 지질 산화가 발생함을 의미한다(Thanonkaew et al., 2006).

단백질 산화는 산화된 지질, 자유 라디칼, 헴 색소, 산화 효소 등과 같은 친산화 요인들과 관련이 있다.
말론알데하이드는 단백질 유도체와 반응해 케톤 및 알데하이드 등 카보닐화 화합물을 생성한다(Xiong, 2000).
따라서 단백질과 지질 산화는 밀접하게 연관되어 있다.

육류에서 단백질 산화는 연도 감소, 육즙 감소, 풍미 악화, 색 변화로 인해 기호성 저하로 이어진다(Rowe et al., 2004).
이러한 변화는 주로 활성산소종(ROS)에 의해 단백질이 공격받아 비공유 및 공유 결합을 통해 단백질 응집체가 형성되기 때문이다.
또한 단백질 산화의 일반적 변화로는 아미노산 파괴, 단백질 구조 풀림, 표면 소수성 증가, 단편화, 단백질 간 교차 결합 등이 있으며, 이로 인해 단백질 카보닐이 생성된다(Benjakul et al., 2003; Liu et al., 2000; Xia et al., 2009).

냉동과 해동은 근육 세포의 미세구조를 손상시키고, 미토콘드리아, 리소좀 효소, 헴 철, 기타 친산화제를 방출해 단백질 산화 속도와 정도를 증가시킨다(Xiong, 2000).
주로 관여하는 아미노산은 라이신, 트레오닌, 아르지닌이며, 이들의 산화는 단백질의 중합화와 펩타이드 절단을 유발한다(Liu et al., 2000; Xia et al., 2009; Xiong, 2000).
이 아미노산들은 근원섬유 단백질에 주로 포함되어 있으며, 근육 단백질의 55~65%를 차지하고, 육류 식품의 물리·화학적 특성을 결정하는 주요 성분이다(Xia et al., 2009).

단백질 산화는 단백질 구조를 불안정하게 만들어 질김 증가, 수분 결합력 감소, 단백질 용해도 감소로 이어진다.

 

색상 (미오글로빈 단백질)

겔 전기영동 분석을 통해 점적액에서 미오글로빈이 검출되었으며, 이는 냉동 및 해동 후 육류의 색상 안정성 변화의 일부 원인으로 확인되었다(Anon and Cavelo, 1980).
또한, 미오글로빈 분자의 **글로빈 부분(globin moiety)**이 냉동, 냉동 저장, 해동 과정 중 어느 시점에서 변성된다는 보고도 있다(Calvelo, 1981).
이러한 변성은 미오글로빈의 **자가 산화(autoxidation)**에 대한 감수성을 높여 최적의 색상 유지가 어렵게 만든다.

많은 연구자들은 냉동-해동 후 냉장 보관 동안 육류의 색상 유지 능력과 metmyoglobin으로의 산화 저항성을 비교해 이 이론을 입증했다(Abdallah, Marchello, and Ahmad, 1999; Farouk and Swan, 1998; Lanari et al., 1990; Lanari and Zaritzky, 1991; Leygonie, Britz, and Hoffman, 2011; Marriott et al., 1980; Otremba et al., 1999).

Livingston과 Brown(1981)은 metmyoglobin을 다시 미오글로빈으로 환원시킬 수 있는 효소 시스템의 존재를 제안했으며, 이를 **metmyoglobin 환원 활성(MRA, metmyoglobin reducing activity)**이라고 명명했다.
이 이론에 따르면, 신선한 근육에서는 효소 활성이 매우 높아 형성된 metmyoglobin이 빠르게 deoxymyoglobin으로 환원되고 다시 산소와 결합해 oxymyoglobin으로 전환되어 선명한 붉은색(bloomed colour)을 유지한다.

그러나 육류가 노화되거나 냉동되면 MRA 활성이 감소하고, metmyoglobin이 육류 표면에 빠르게 축적된다(Abdallah et al., 1999).

또한, MRA와 그 보조인자인 NADH가 해동 과정에서 점적액으로 용출되거나, 산화 또는 MRA와 무관한 반응에 사용되어 소실될 수 있으며, 이로 인해 **산화가 가속화되고 선명한 붉은색(bloom)**이 손실된다(Abdallah et al., 1999).

 

pH

냉동 후 해동한 육류의 pH는 냉동 전보다 낮아지는 경향이 있다(Leygonie et al., 2011).
pH는 용액 내 자유 수소 이온(H⁺) 농도를 나타내므로, 냉동 및 해동 시 발생하는 점적액 손실이 완충 단백질의 변성과 수소 이온의 방출을 유발하여 pH를 낮추는 것으로 추정된다.
또 다른 가능성은 육류 조직에서 유출된 수분으로 인해 용질 농도가 상대적으로 증가하여 pH가 감소하는 것이다.
또한, 미생물이나 효소의 작용에 의해 단백질의 탈아미노화가 일어나 수소 원자가 방출되면서 pH가 낮아졌을 가능성도 제시되었다(Leygonie et al., 2011).

 

연도(전단력)

여러 연구에서 냉동 및 해동을 거친 육류의 연도가 감소, 즉 부드러워진다는 데 대체로 의견이 일치한다(Farouke et al., 2003; Lagerstedt et al., 2008; Shanks et al., 2002; Wheeler et al., 1990).
또한 냉동 저장 기간과 냉동 전 숙성 정도가 클수록 육류의 연도 향상 효과가 커진다는 사실도 보고되었다.
하지만 냉동 전 충분히 숙성된 경우, 냉동의 연도 향상 효과는 거의 나타나지 않는다(Vieira et al., 2009).

연도 향상 메커니즘은 단백질 분해 효소 활성, 숙성 과정에서의 근섬유 파괴, 냉동 시 얼음 결정 형성으로 인한 구조적 손상의 복합 작용으로 이해된다.
특히, 세포 외 공간에 형성된 큰 얼음 결정은 근섬유를 물리적으로 분리시켜 육류를 부드럽게 만든다.
반면, 세포 내 작은 얼음 결정은 단백질 분해 효소의 방출로 인해 숙성 속도를 증가시킬 수 있다(Vieira et al., 2009).
다만 이에 대한 다양한 이론도 존재한다.

감각 평가에서는 다소 상반된 결과가 나타났다(Lagerstedt et al., 2008).
기계적 전단력 측정에서는 냉동-해동 샘플의 전단력이 낮아 더 부드럽게 나타났지만, 훈련된 감각 평가 패널은 냉장육보다 냉동-해동육을 더 질기다고 평가했다.
이는 해동 중 수분 손실로 인해 근섬유에 수분이 덜 결합되어, 단위 면적당 근섬유 수가 많아졌고 그 결과 더 질긴 식감으로 인지되었기 때문으로 해석되었다.

전단력 감소는 얼음 결정 형성으로 인한 세포막 강도 감소로 설명된다. 세포막 손상으로 인해 고기를 절단하는 데 필요한 힘이 줄어들었기 때문이다(Liu et al., 2010).

 

미생물 수

냉동과 해동 모두 육류 내 존재하는 생존 미생물 수를 감소시키지는 않는다.
그러나 냉동 중에는 미생물이 휴면 상태에 들어가므로 부패가 효과적으로 억제된다.
불행하게도 해동 시에는 미생물이 다시 활성화된다(Londahl and Nilaaon, 1993).

해동은 냉동보다 훨씬 느리고 균일하지 않기 때문에, 일부 부위는 미생물 증식에 더 유리한 온도 조건에 노출될 위험이 크다.
특히 공기 해동을 할 경우 그 위험이 더욱 커진다.
또한 냉동-해동 후 형성되는 **점적액(exudate)**으로 인해 미생물에 이용 가능한 수분과 영양분이 증가한다.
해동 시 유출되는 수분은 냉동으로 인한 조직 손상으로부터 유래된 단백질, 비타민, 미네랄이 풍부해, 미생물 성장에 매우 적합한 환경을 제공한다.

이러한 이유로 냉동 및 해동 후 판매할 고기는 신선육보다 위생 관리와 취급 관리가 더욱 중요하다(Pham, 2004).

Vieira et al.(2009)은 숙성 기간이 3일 및 10일인 소고기를 90일 동안 냉동해 연구했으며, 이 과정에서 미생물에 의한 부패는 발생하지 않았다.
하지만 90일 냉동 저장 중 저온성 세균(psychrotrophic bacteria) 수가 증가했다고 보고했는데, 이는 해동 과정(4°C에서 48시간)에 의해 다른 세균보다 더 잘 증식했기 때문으로 추정했다.

Greer와 Murray(1991)는 냉동-해동한 돼지고기에서 **세균 증식의 지연기(lag phase)**가 신선육보다 짧았지만, 부패 냄새가 발생하는 시간에는 차이가 없었다고 밝혔다.

현재까지 다양한 축종에서 냉동-해동 후 미생물 품질 및 저장 기간에 대한 연구는 제한적이지만, 기존 연구 결과에 따르면 신선육과 냉동-해동육의 미생물학적 저장 수명은 대체로 유사한 것으로 나타나고 있다.

 

육조직 구조

냉동 및 해동 과정 중 가장 심각한 근섬유 손상은 세포 간 및 세포 내 얼음 결정 형성에 의해 발생한다.
세포 간에 형성된 얼음 결정은 압력을 발생시켜 근섬유를 분리시키고, 세포 내에 형성된 얼음 결정은 반대 방향으로 압력을 가해 조직을 손상시킨다.
반면, 세포 내 얼음 결정만 형성된 경우에는 한 방향으로만 압력이 작용하기 때문에 손상 정도가 상대적으로 덜했다.

또한 냉동육의 조직 구조는 현미경으로 관찰했을 때 나타나는 **공극(cavities)**의 크기에 따라 평가되었다.
냉동육에서는 이러한 공극이 냉동 중 형성된 얼음 결정의 크기를 나타내며, 신선육에서는 세포 외액이 차지하던 공간에 해당한다(Hansen et al., 2003).

냉동 속도에 따른 냉동육 연구에서는 큰 공극이 관찰되었고, 이는 근육 세포 구조의 심각한 손상으로 이어졌다(Ngapo et al., 1999).
하지만 해동 후에는 완전히 손상되었던 냉동육의 초미세구조(ultra-structure)가 완전히 회복되었다는 연구 결과도 있다(Ngapo et al., 1999).

Mortensen et al.(2006)은 자기공명(RMN) 분석과 현미경 관찰을 결합하여 냉동 온도와 냉동 속도가 해동육의 초미세구조와 해동 손실에 미치는 영향을 연구했다.
실험에서는 시료를 **−80°C(빠른 냉동)**와 **−20°C(느린 냉동)**에서 냉동하고, −20°C에서 30개월 동안 저장했다.

해동 후 관찰 결과, 빠른 냉동 시료에서 손상이 더 심하고 해동 손실도 더 큰 경향을 보였다.
이는 작은 얼음 결정이 저장 중 또는 느린 해동 과정 중 재결정화(re-crystallization) 되어 더 큰 얼음 결정으로 성장했기 때문으로 추정된다.

 

육질

육질은 소비자가 육류를 선택할 때 매우 중요한 감각적 특성이며, 육즙감과도 밀접한 관련이 있다.
많은 연구에서는 냉동 과정뿐만 아니라 냉동 전·후의 숙성 속도가 해동 후 육질 변화에 영향을 줄 수 있음을 보고했다.

Shanks et al.(2002)은 냉장 숙성육과 2개월 동안 냉동 저장된 육류의 전단력 차이를 조사했으며, 냉동-해동육의 전단력이 더 낮았다고 보고했다.
이 결과는 냉동 중 세포 내 얼음 결정 형성으로 인해 근육 세포가 손상되어 전단력이 감소했기 때문으로 해석되었다.

Lagerstedt et al.(2008)도 냉장육과 숙성 후 냉동육의 전단력을 비교한 결과, 냉동육에서 더 낮은 전단력을 확인했다.
그러나 기계적 전단력은 냉동육이 더 낮았지만, 감각 평가에서는 냉동육이 냉장육보다 상당히 더 질기다고 평가되어 결과가 일치하지 않았다.

냉동 속도에 대해서는 Dransfield(1994)가 냉동이 육류 숙성에 중요한 역할을 한다고 주장했다.
상업용 느린 냉동과 달리, 빠른 냉동은 냉장 소고기보다 3배 빠른 숙성 속도를 보였다.
이러한 결과는 세포 손상이 발생해 숙성 속도가 증가했기 때문으로 설명되었다(Vieira et al., 2009).

 

점적 손실 (Drip Loss)

육류 산업에서, 특히 경제적 측면에서 해동 후 점적 손실은 매우 중요한 요소이다.

따라서 해동 후 점적 손실에 영향을 미치는 요인을 규명하는 것이 필요하다.

이전 연구에서는 점적 손실, 냉동 속도, 냉동육의 숙성 속도 사이의 관련성이 보고되었다.

Ngapo et al.(1999)은 냉동 속도가 점적 손실에 미치는 영향을 연구했다.

그 결과, **빠르게 냉동한 돼지고기(12120분)**는 냉장육과 동일한 수준의 점적 손실을 보였다.

반면, **느리게 냉동한 육류(240900분)**는 냉장육보다 점적 손실이 유의하게 높았다.

Ngapo et al.(1999)은 다양한 처리(냉동 후 해동, 냉동 저장 후 해동) 시료와 신선육의 점적액 단백질 농도를 비교했을 때, 해동육과 신선육 간에 유의미한 차이가 없음을 확인했다.

4주간 저장한 육류의 냉동 속도와 점적 손실의 관계에서는, 냉동 속도가 점적 손실에 영향을 미치지 않았다.

그러나 4주 저장 샘플의 점적 손실은 저장하지 않은 샘플보다 유의하게 높았다.

냉동 온도에 대해서는, Sakata et al.(1995)이 −20°C와 −80°C에서 냉동한 경우 점적 손실 간에 상관관계나 유의미한 차이가 없다고 보고했다.

Petrovic et al.(1993)은 냉동 속도의 영향을 분석했으며, 느린 냉동과 빠른 냉동 모두에서 근섬유와 미세섬유 손상, 근섬유 단백질 용해도 감소, 높은 해동 손실이 관찰되었다고 밝혔다.

Hansen et al.(2003)은 냉동 시 압력을 가할 경우 점적 손실에 미치는 영향을 연구했다.

그 결과, 압력 이동 냉동(pressure shift freezing) 후 해동육의 점적 손실은 신선육과 차이가 없었지만, **극저온 냉동(cryogen freezing)**과 공기 냉동에서는 점적 손실이 유의하게 더 높았다.

이 경우, 압력에 의해 단백질 변성이 발생하고, 불용성 단백질이 근육액의 유출을 차단하여 해동 손실이 줄어든 것으로 추정했다.

또한 해동 속도와 점적 손실의 관계를 규명하려는 시도도 있었다.

해동 시간에 따라 점적액 양이 달라진다는 것이 관찰되었다.

이와 관련해 이론은 상반된 결과를 보였다.

Gonzales-Sanguinetti et al.(1985)은 해동 시간을 줄이면 점적 손실이 증가한다고 보고했으나, Ngapo et al.(1999)은 해동 시간이 짧을수록 점적 손실이 감소한다고 보고했다.

Linares et al.(2005)은 느린 해동 시 근섬유에서 유출된 수분이 재흡수되지 않아 점적 손실이 높아진다고 설명했다.

또한, 느린 해동에서는 재결정화(re-crystallising) 현상으로 인해 점적 손실이 더 증가할 가능성도 있다.

Yu et al.(2009)은 도축 후 냉동 시점과 점적 손실 사이의 관련성을 연구했다.

도축 후 24시간이 아닌 45분 내에 냉동했을 때 해동 후 점적 손실이 더 낮았다고 밝혔다.

이는 도축 직후 빠르게 냉동할 경우 세포 외 결정이 세포 내 결정보다 더 많이 형성되어 손실이 줄어들었기 때문으로 설명했다.

냉동 저장은 육류 보존의 중요한 방법으로 잘 알려져 있다.

 

결론

세계 무역이 확대되고 생산자와 소비자 간의 거리가 점점 멀어지면서, 운송을 위한 육류 냉동 수요가 크게 증가하고 있다.
소고기, 양고기/염소고기, 닭고기는 전 세계에서 가장 많이 생산되는 주요 육류이며, 육류 과학 분야의 대부분 연구도 이러한 축종을 중심으로 이루어지고 있다.

본 종설에서는 육류 품질 확보를 위한 해동이 다양한 품질 지표에 미치는 영향을 검토했다.
최근 수년간 연구의 주요 초점은 새로운 냉동 및 해동 기술 개발에 맞춰져 왔다.

과학적 연구에서는 이러한 기술들이 육류 품질 향상에 기여한다는 결과를 보여주었지만, 상업적 적용에 대해서는 여전히 논쟁이 이어지고 있다.

 

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