일본포장기술 편람(식품의 포장) - 24 우유, 유제품(2)

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(3) 우유, 유제품의 이화학적 성질

1) 우유의 구성성분과 조성

생유의 주요 성분은 수분, 단백질, 지질, 당질, 무기질, 기타 비타민류 이다. 우유의 성분은 수분과 전(全) 고형분으로 나뉘고, 또한 전 고형분은 유지방분과 무지유 고형분으로 나뉜다. 우유의 처리 과정에서 지방이 풍부한 부분을 분리한 것을 크림이라고 하고, 남은 부분을 탈지유라고 한다. 탈지유에 산 또는 응유 효소인 rennet을 가하여 생기는 응고물은 curd이고, 이 주요 성분은 우유의 주요 단백질인 casein이다. Casein을 제외한 남은 수용액을 whey, 또는 유청이라고 하는 유당을 주성분으로서, 이 외에 가용성 단백질, 무기질을 포함하고, 면역 globulin 등 유용한 생리활성 물질을 많이 함유하고 있다.

도2.23에 우유의 주요한 화학 성분을 나타낸다. 우유의 수분은 약 88%, 단백질, 지방이 각각 3%, 당질은 유당이 4.5%, 나머지는 무기질(mineral), 비타민류가 함유되어 있다. 하지만, 이들의 우유의 조성은 젖소의 품종이나 개체, 연령, 계절, 지역, 사료 등에 따라 달라지고, 성분적으로는 특히 지방이 영향을 받기 쉽다.

도2.23 우유의 주요 화학성분

2) 우유의 물리적 성질

우유의 산도는, 보존 중에서 유산의 생성에 의해 상승한다. 이 때문에 우유의 선도를 알기 위해서 산도 측정이 행해진다. 신선한 우유의 표준 산도는 약 0.18%이다. 또한, 우유의 pH는 정상인 경우, 약 6.5~6.7이다.

우유의 비중은, 지방 함량에 따라 영향을 받기 때문에, 이것을 제외한 탈지유의 비중 변화는 비교적 적다. 정상 우유의 비중은, 1.027~1.035(15℃)이고, 평균은 1.031이다. 이것에 반해, 탈지유의 비중은, 1.032~1.037(15℃)이다.

우유의 표면장력은 물에 비해 낮아, 약 0.04 ~ 0.06N/m(15℃)이고, 온도의 상승이나 지방 함량이 많으면 저하한다. 다른 제품에서는, 우유 0.0460 ~0.0475, 탈지유 0.0520 ~ 0.0525, 버터 밀크 0.0390 ~ 0.0400N/m이다. 버터 밀크의 표면장력이 낮은 것은, 크림의 churning 중에 지방구가 부서져 내부의 계면 활성 물질이 버터 밀크 내에 증가하기 때문이다.

우유의 빙점은, 약 -0.525~-0.565℃이다. 가수 하면 빙점이 높아지기 때문에, 빙점 평가용 지표로서 사용된다.

우유의 비열은, 물 보다도 낮다. 특히 지방은, 온도에 따라 상전환하기 때문에, 우유의 비열도 온도에 따라 복잡하게 변화한다. 비열의 범위는 약 38.94~40.19kJ/kg이다. 탈지유의 비열은 온도의 증가에 비례하여 직선적으로 증가한다.

3) 우유의 화학적 성질

우유 중 주된 단백질인 casein은, 우유 중에서는 칼슘 결합하여 casein calcium을 형성하고, colloid 상으로 분산하여 있다. 그러므로, 우유의 산도가 높아지면 casein은 알코올에 의해 응고되기 쉽게 된다. 이 성질이 원료유의 알코올 테스트로 적용되고 있다. 우유에 70% 알코올을 가하면, 정상유는 침전하지 않는데 이상유에서는 침전이 생긴다.

우유의 지방은, 미세한 지방구로서 emulsion의 형태로 존재한다. 이 유지방은 우유의 중요 성분이고, 풍미에 크게 관계한다. 유지방에는 저급 지방산이 비교적 많고, 특히 락산을 함유하기 때문에, 근소한 가수분해에 의해서 용이하게 불쾌취가 생긴다. 이것을 지방 분해취(rancidity) 라고 한다. 또한, 유지방은 공기 중의 산소, 광선, 열, 금속(특히 구리)과의 접촉에 의해 화학적으로 산화되어 불쾌취가 생긴다. 이것을 지방 산화취(tallowiness 또는 oxidized flavor) 라고 한다. 이들의 유지방의 변화는, 우유에 있어서는 별로 문제로 되지 않지만, 제품의 보존 중에 종종 발생한다. 특히 지방 분해취는 버터에, 지방 산화취는 전 분유에 발생하기 쉽다.

우유 중 탄수화물은 거의 유당이다. 유당은 D-glucose, D-galactose가 각각 1분자씩 결합한 이당류로, α 및 β의 두 가지의 이성체가 있다. α-유당에는 수화물과 무수물이 있다. 또한, 유당은 150~160℃로 가열시키면 캬라멜화 하고, 우유 내에서는, 이것에 의해서도 낮은 온도에서 갈변이 일어난다. 이것은, 단백질과 유당과의 공존에 의한 amino-carbonyl 반응에 의한 것이다.

우유 내에는, 거의 대부분의 비타민류가 함유되어 있다. 우유의 가열에 의한 비타민의 변화에 대해서는, 음용 우유의 살균(후술)에서 설명한다.

우유는 외부로부터 이취를 흡착하기 쉽기 때문에 주의가 필요하다. 이 때문에 종이 용기의 내면에 이용되는 PE도 저분자량의 저취화 grade의 수지가 채용되고 있다.

4) 우유의 미생물적 성질

우유는 영양가가 풍부한 식품이고, 많은 미생물에 있어서 절호의 배양기이기도 하다. 따라서, 생유의 착유로부터, 처리, 가공에 이르기까지, 늘 위생적인 취급이 요구된다. 원료유는 위생적으로 착유한 직후에도 50~1,000개/ml 정도의 세균이 존재한다. 따라서, 생유의 품질을 유지하기 위해서, 빠르게 5℃ 이하로 냉각하는 것이 성령에 의무화되어 있다. 원료유의 오염 균수 레벨이 높으면, 일반적으로 살균 후에 살아 남는 세균수의 비율은 높아진다. 특히 내열성의 독소는 통상의 가열 살균에서는 불활성화되지 않고, 원료유의 단계에 이미 이상 풍미를 갖는 것은, 가공 처리에 의해 개선하는 것은 불가능하다. 따라서, 원료유의 미생물적 품질은 제품에 있어서 매우 중요하다. 또한, 살균 후의 냉각, 충전 등의 공정에서 저온 세균에 재오염되면, 냉장 보존 중에서도 세균이 서서히 증식하기 때문에, 위생면에서 주의해야만 한다.

한편, 미생물을 이용하여 우유를 발효유나 치즈 등으로 가공하는 기술도 확립되어, 미생물은 우유의 처리, 가공 상 극히 중요한 것으로 되어 있다.

유산균은, 대사에 의해 유산을 생산하는 세균류의 총칭이다. 유산균은 자연계에서도 널리 존재하고, 치즈, 요구르트 등의 제조에 이용되고 있다. 유산균에는 일반적으로 호기성균, 혐기성균이 있고, 탄수화물을 이용하여 유산을 생산하는데, 동시에 알코올이나 탄산가스를 생산하는 것도 있다. 발효유의 starter로서 이용되는 Bifidobacterium, acidophilus균, thermophilus균, gasseri균, helveticus균 등은, 건강 지향 때문에 그 생리활성이 주목되고 있다.