우유 응고 원리에 대해 알아보자.

[양서화]

우유 응고 원리

액상의 우유로부터 제조되는 유제품에는 요구르트와 같이 우유를 산성응고물을 만들어 점도를 갖게한 것이나 치즈처럼 단단한 고체의 형태를 하는 것도 있다. 어떻게 해서 이러한 변화가 일어나게 되는지 우유의 응고현상에 따른 커드형성 원리를 이해하여야 할 필요가 있다.

가열에 의한 응고는 바람직하지 않은 응고현상이지만, 요구르트와 치즈를 제조하기 위하여 위하여 인위적으로 우유를 응고시키는 것은 물론 우유의 이화학적 변화의 원리를 이해하기 훨씬 이전부터 인류가 응용하고 있는 응고현상이다.

응고원리

1 등전점에서 일어나는 단백질의 침전

우유단백질의 아미노산은 우유의 pH에 따라 결정되는 전하(electric charge)를 지니고 있다. 중성의 pH에서 aspartic acid와 glutamic acid는 음전하를 갖는 반면, lysine과 arginine은 양전하를 갖는다. 만일 단백질이 중성 pH에서 염기성 아미노산보다 산성 아미노산을 더 많이 함유하고 있으면 음전하를 지니게 되지만, 그 반대의 경우도 있다. 유기산을 첨가하여 우유의 pH를 변화시키면 단백질의 전하분포도 변한다. 단백질에 대한 양전하가 음전하와 동일하게 되는 pH의 값, 즉 NH₃⁺와 COO^-기의 수가 동일하게 되면 전하는 0이 되고 단백질 분자들은 서로 응결하여 침전(precipitation)된다. 이때의 pH를 단백질의 등전점(isoelectric point)라고 하며, 우유 단백질의 등전점은 pH 4.6이다.

2 산에 의한 우유의 응고

우유에 산을 가하거나 젖산생성 박테리아가 성장하여 pH가 서서히 낮아지면, pH가 케이신의 등전점에 이르게 되어 산성응고물(acid coagulum)을 형성하게 된다. 산에 의한 우유의 응고현상은 요구르트와 같은 발효유제품을 제조하는 원리가 된다.

3 효소에 의한 우유의 응고

우유를 응고시키는 또 다른 방법은 우유단백질로부터 케이신의 안정성을 유지하는 κ-casein을 분해함으로서 설명된다. κ-Casein의 분해는 렌닌(chymosin)이라고 하는 효소를 첨가하면 가능해 진다. 케이신 마이셀을 보호하던 κ-casein이 제거되면 우유중에 존재하는 칼슘과 반응하여 칼슘은 케이신 입자사이에서 교량역할을 하여 calcium-paracaseinate라고 하는 커드로 변화된다. 이러한 형태의 응고는 우유의 정상적인 pH에서 일어나며, 케이신의 부분적인 단백분해현상으로 보아야 한다. 효소에 의한 우유의 응고현상은 치즈를 제조하는 원리로 응용된다.

우유 응고를 활용한 유제품

신선치즈의 대부분은 유산발효에 의한 완만한 산응고와 직접 산첨가에 의한 신속한 산응고법에 의하여 제조된다. 유청배제에 있어서는 유청배제방법에 우선하여 자발적인 유청배제법과 유청배출을 촉진하기 위하여 커드절단, 교반, 가온, 퇴적 및 압착 등에 의한 유청배제법으로 나누어 분류할 수도 있다. 신선치즈의 유청 배제는 원심분리기(separator)나 막여과를 통하여 유청을 배출시키기도 한다.

신선치즈의 젤 형성은 유산발효에 의한 완만한 산 응고법과 직접 산첨가에 의한 신속한 산 응고법으로 나누어 볼 수 있다. 유청배제에 있어서는 유청 배제방법에 따라 자발적인 유청 배제법과 유청의 배출을 촉진하기 위하여 커드절단, 교반, 가온, 퇴적 및 압착 등에 의한 유청 배제법이 있다. 신선치즈의 유청 배제는 원심분리기(separator)나 막여과를 통하여 배출시키기도 한다.

우유의 응고물은 응고방법 따라 몇가지 특성에 있어서 차이점을 나타낸다[표 1].

표 1 응고방법에 따른 응고물의 특성

특성	응고방법
	효소작용	산성화
형성과정	효소작용	유산발효
케이신의 변화	파라-케이신으로 변화	변화 없음
pH	pH6.8	pH4.6부근
커드조성과 성질	칼슘-파라-케이신염 탄력성있는 불침투성의 gel	탈염된 케이신 응집력없는 부스러지기 쉬운 커드
커드응축/유청배제	신속	완만

응유효소로 응고시킨 파라-케이신 염은 물리적으로 불완전한 상태이고 융합이 자발적으로 일어나므로 초기의 커드는 연하나 점차적으로 단단하여 진다. 그러나 렌넷응고 커드도 적은 양의 렌넷을 첨가하여 낮은 온도에서 응고시키면 응고속도가 아주 느리고 수분을 많이 함유하게되어 산성화커드와 같은 특징이 있는 미세한 커드가 형성된다.

표 2 유산발효에 의해 산성화된 커드와 직접 산첨가에 의한 커드의 비교

항목	산성화 방법
	유산발효	직접 산첨가
건물량 (g/kg)	128	176
유당 (건물량중 %)	31.2	22.8
칼슘 (mg/단백질 g)	2.5	3.2
수화수분 (g/단백질 g)	1.5	1.3
건물량 수율	53.5	42.2
건물량 비율	0.6-2.76	0.34-0.47
커드경도	약함	강함

신선치즈의 응고는 저온에서 칼슘을 첨가하여 용해시킨 후 직접 산을 첨가하면 케이신은 응고하지 않고 액체상태로 있다가 가열하면 단단한 커드를 형성한다. [표 2]와 같이 직접 산성화 방법에 의하여 얻은 커드는 칼슘량은 높으나 유당의 양은 낮은 편이며 경도를 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 단백질 1g당 수화된 수분의 함량을 보면 전형적인 커드보다 낮은 것은 산 커드의 고형분의 응집력이 높기 때문이다. 경도와 관련된 더욱 유의성 있는 요인은 건물량 비율이다. 이 비율은 유청중 건물량과 커드의 건물량 비율을 의미하며, 비율이 0.9 보다 크면 커드는 액상을 의미한다. 따라서 직접 산첨가에 의한 우유의 산성화는 경도가 강하고 유청배제가 잘되는 커드를 생산하게 된다. 직접 산첨가에 의하여 형성된 커드의 중량과 유청 건물량의 총량(건물량 수율)은 젖산균에 의한 산성화 보다는 낮은 것을 알 수 있다.