일본 포장기술 편람(식품의 포장) - 7 식품의 변패, 변질과 수분활성

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2-1-7 식품의 변패, 변질과 수분활성

식품의 수분활성(Aw)는, 미생물이 이용 가능한 물(자유수)의 양적인 barometer이고, 유지의 산화, 비산소적 갈변, 변색, 물리적인 변화 등, 화학적, 물리적 변질과도 밀접한 관계가 있다. 식품의 품질변화나 품질 유지를 생각하는 것을 전제로, 수분활성은 매우 중요한 지표로 되어 있다. 식품의 수분활성을 측정하는 경우, 각종의 포화염이 이용되어 왔는데, 최근에는 성능이 우수한 수분활성 측정기가 시판되어 있고, 식품의 품질관리나 연구에 이용되고 있다.

청과물, 어패류, 축육 등의 신선 식품은 Aw가 1.00에 가깝고, 이들을 가공한 햄, 소시지, 수산 연제품, 두부 등의 다수분 식품도 Aw가 0.95~0.98로 높은 수치를 나타내는 것이 많다. 높은 농도의 식품(10~20%)나 설탕(40~50%)를 추가한 전통적인 젓갈, 조림, 잼 등의 전통 식품은 Aw가 0.90 정도의 비교적 낮은 값을 나타내는데, 1980년대 이후의 저염, 저당화의 영향을 받아, 새로운 타입의 가공식품은 짠 맛이나 달기가 제한되어, Aw가 0.90 전후까지 상승하고 있다. 건조식품 중에도, 촉촉한 감을 내고 싶은 무말랭이나 가다랑어포 등은, Aw가 0.6정도부터 0.7~0.8로 상승하고 있다. 한편, 전병이나 스낵 식품, 김 등의 “바삭”한 식미가 팔리는 건조식품에서는, Aw가 0.2~0.3으로 낮아지고 있다(도2.11).

일반적으로, 다수분 식품의 수분활성을 1.00~0.90, 중간수분식품을 0.9~0.65, 건조식품을 0.65~0.00으로 분류된다. 또한, 연구소들이 정의하는 “(인공적으로 만든) 중간수분식품”은 Aw 0.85~0.65이다. 중간 수분 이상의 식품, 특히 신선식품이나 다수분의 가공식품에서는, 미생물에 의한 변패가 가장 큰 변질요인이다. 다수분식품은, 주로 세균에 의해 부패하고, 중간수분식품은 곰팡이, 효모에 의해 변패하고, 동시에 산화, 변색에 의한 변질도 보인다.

미생물에 의한 변패의 방지 기술로서는, 부패 중독의 요인으로 되는 세균을 제거하는 방법으로서 ①멸균, ②제균, ③살균이 있고, 곰팡이, 효모에도 적용되는 생육환경의 제어방법으로서 ④저온유통, ⑤환경 가스 제거, ⑥식품의 수분활성 조정, ⑦pH 조정 등이 있고, 미생물의 생육을 직접 제어하는 방법으로서 ⑧합성, 천연의 보존료, 항균제 등의 첨가 등이 이용되고 있다. 현재 이용되고 있는 미생물에 의한 부패, 변패 방지 기술은 이 8가지의 어떤 방법이나 이들의 조합에 의한 것이다.

도2.11 식품의 수분활성과 주된 품질변화요인과 그 속도

현재, 가스 치환 포장이나 탈산소제 봉입포장 등의 환경 가스 제어법이나, 살균기술로서 자외선 살균, 적외선 살균, micro파 살균 등의 전자파 살균 기술이나, 통전 가열 살균, 초고압 살균 등의 새로운 미생물 제어 기술이 실용화되고 있다. 또한, 환경 조건의 제어에서는 chilled 유통 시스템이 정비되고, 미생물을 직접 제어하는 방법으로서, 안전성이 높은 천연 항균제, 정균제의 이용도 행해지고 있다.

살균 기술 등에 의해 미생물의 번식이 없어진 다수분, 중간수분의 식품이나, 건조식품 등의 수분이 적은 식품에서는, 유지, 색소, 비타민 등의 식품 성분의 산화 또는 환원당, 아미노산, reductone 등에 의한 갈변 등의 화학변화가 일어나고, 그 결과, 변색, 이취의 발생, 영양가의 저하 등을 불러 일으킨다. 또한, 산소가 없는 환경 조건 하에 있어서도 클로로필의 퇴색, 비효소적 갈변 등에 의한 변질을 일으킬 가능성이 있다.

2-1-8 식품의 변질 요소와 포장기법

식품의 품질이 저하하는 원인은 다양하고, 실제로 이용되는 품질 유지 기술, 포장 자재도 다양하다. 요구되는 품질 레벨 기술도 시대와 함께 변하고, 많은 식품에서 미세한 풍미의 변화를 방지할 필요가 생기고, 품질 유지 기술도 점점 고도화하고 있다. 품질 저하의 요인을 잘 이해하는 것에 의해, 적절한 품질 유지 기술을 응용하는 것이 가능하고, 품질변화를 억제하여, 보다 좋은 품질의 식품을 소비자에 공급하는 것이 가능하게 된다.

식품의 변질은, 식품 자체의 변질의 요인이 있고, 동시에 그 변질이 일어나는 환경조건이 갖춰져야 비로소 일어나는 것이다.

예를 들어, 식품에 변질 요인으로서의 호기성 세균이 있고, 환경조건으로서 수분활성이 충분히 높고, 영양과 산소가 있고, 적당한 온도, pH 등의 조건이 만족되어야 비로소 번식하고, 일반적으로 10,000,000 이상의 균의 수가 되어야 부패에 도달한다. 또한, 중독을 일으키는 편성 혐기성인 botulinus균은, 그 포자의 내열성이 매우 높이 때문에, 식품이 토양 유래의 이 균에 오염되어 있다면, 적당한 온도, pH로, 산소가 없고, 충분히 낮은 산화환원 전위로 되면 번식하는 것이 가능하고, botulinus균이 번식한 식품을 먹으면 치사성의 중독을 일으킨다.

유성식품에서는, 예를 들어, 식품에 변질요인으로서 산화되기 쉬운 지질(지방산)이 함유되어 있고, 환경조건으로서 산소가 있으면 유지의 산화가 일어나고, 광선, 금속 이온, 산소 등의 존재나 온도, 수분 등의 조건에 의해 산화 반응이 촉진된다. 또한, 변질요인으로서 고농도 환원당과 아미노산이 함유되어 있는 경우에는, 산소가 있고 온도가 높으면, 용이하게 갈변이 일어나고, 변색과 갈변취의 생성이 일어난다.

비스킷이나 스낵 식품 등의 건조식품에서는 파손에 의해 상품 가치를 잃는데, 이러한 식품에는 “부서지기 쉬운” 이라고 하는 변질요인이 있고, 환경 조건으로서의 진동, 충격이 있다. 파손, 변형이라고 하는 변질은, 변질 요인인 “부서지기 쉬운” 이라고 하는 특성을 적게 하거나, 완충재 등을 이용하여 진동이 적은 환경 조건으로 하면 해결 가능하게 된다. 또한, 복숭아 등의 과실은, 매우 상처 나기 쉽다고 하는 성질이 있기 때문에, 진동, 충격을 회피하도록 완충 포장이 필요하게 된다.

냄새가 쉽게 옮는 식품에서는 환경에 이취가 있으면 이향(移香)이 일어나고, 냄새가 없는 환경으로 하던지, 휘발성 물질의 투과성이 적은 포장을 이용하는 것에 의해 방지한다. 또한, 향이 좋은 오렌지 과즙에 함유된 향 성분인 limonene은, 종이 용기 등의 PE sealant에 매우 녹기 쉽다. 그래서, 향기 성분을 흡착하기 어려운 sealant를 이용하는 연구가 되고 있다.

이렇듯, 변질요인과 이것이 일어나는 환경조건이 있어야 비로소 변질이 일어난다. 이를 역으로 생각하면, 무균 포장식품이 부패하지 않듯이, 변질요인이 없는 식품은, 변질이 일어나는 환경조건에 있어도 변질이 생기지 않고, 건조식품이 부패하지 않듯이, 변질하는 환경이 없는 것은, 변질 요인이 존재하여도 변질하지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 많은 보존 기술, 품질 유지 기술은, 이러한 사고방식에 기반하여 변질요인이나 변질을 일으키는 환경 조건을 없애는 방법으로서 생각되어진 것이고, 실제로는 식품의 성질, 유지하고 싶은 기간이나 유통 수단 등에 맞춰, 이 사이에 변질이 일어나지 않도록 보존 기술의 응용이 진행되고 있다.

실제 식품에서는, 이들 변질이 단독으로 일어나거나, 몇 가지의 변질이 동시에 일어나거나 한다. 이것은, 식품에 어떠한 변질 요인이 있을 지와, 변질이 일어나는 환경 조건 등이 어떻게 되는지에 따르는 것이고, 상대적으로 빨리 일어나는 것부터 변질로서 나타난다. 이들 변질요인에는, 환경조건인 산소 농도, 온도, 습도(수분), 광선(파장), pH 등의 환경 요인이 중요한 영향을 미치고 있고, 이들은 도2.1에 나타내었다.

식품에서 일어나는 이들의 변질요인이나 환경 조건을 변화시켜, 맛있게 하려고 하면 품질은 불안정한 방향으로 향해 가는 것이 많다. 미생물적인 변패는, 맛있게 하기 위해, 저염, 저당화 하거나, 수분을 많게 하여 반생(半生)화 하면, 곰팡이, 효모나 세균이 살기 쉽게 되기 때문에, 포장 기법에 의해 이들 변패를 방지하고 있다. 이들 포장 기법으로서는, pH 조정을 하여 가열 살균하거나, 무균 충전 포장, 무균화 포장이나, 이산화탄소 치환 포장, 탈산소 포장 등을 이용하여 품질의 안정화를 모색하고 있다. 또한, 화학적, 물리적인 변질은, 맛있게 하기 위해 천연 풍미 조미료를 가하거나 수분을 많기 하고나, 지질에서는 불포화 지방산이 많은 것을 가하거나 하면, 일반적으로 식품 성분의 산화 등에 의해 품질의 안정화가 저하한다. 그래서, 다양한 포장기법에 의해 품질의 안정화가 모색되고 있지만, 이들 포장기법으로서는, gas barrier 포재를 이용한 질소 치환 포장, 탈산소 포장, 차광 포장 등이 이용되고 있다. 이들 관계를 도2.12, 도2.13에 나타내었다.

도2.12 식품의 품질 불안정화 요인과 품질 유지기술(미생물에 의한 변패의 방지)

2.13 식품의 품질 불안정화 요인과 품질 유지기술(화학변화, 물리변화의 방지)