과채가공품 품질 균일화를 위한 원료 보존 공정(냉동·당절임)별 주의사항과 pH(산도) 조절용 구연산 투입량, 칼슘 및 펙틴 함량별 실무 제어 가이드와 수치 데이터를 공유합니다.
과채류의 보존 방법 (Preservation methods of Fruit/Veg)
과채가공품의 지속적인 생산은 과일/채소 등 원재료의 확보 능력에 달려 있다. 오늘날에는 연중 원재료를 사용하기 위해 다양한 보존 방법이 활용된다.
- 냉동 (Freezing)
- 화학 물질을 이용한 보존 (Preservation with chemicals)
- 설탕을 이용한 보존(당절임) (Preservation with sugar)
1. 냉동 과채류 (Frozen Fruit/Veg)
최적의 방식으로 냉동/저장/해동된 과채류는 신선품과 매우 유사한 특성을 가진 고품질 원료이다.
냉동 전, 신선한 과채류는 대게 미생물학적 기준 (microbiological standard)과 외관 개선을 위해 세척 과정을 거친다. 이때 색상과 풍미가 빠져나가는 침출(leaching) 현상을 최소화하기 위해 빠르고 연속적인 냉수 세척 공정이 선호된다.
과채류의 품질을 유지하기 위해서는 급속 냉동 공정이 필수적이다. 긴 시간이 소요될 수 있는 벌크 냉동(Bulk freezing)은 유동층 냉동(fluid bed freezing)에 비해 항상 제품의 품질이 떨어진다. 냉동 시점에 생성되기 시작하는 얼음 결정은 세포벽과 세포 간 구조를 파괴한다. 이때 파괴/분해된 세포에서 방출되는 효소(enzyme)와 기질(substrate)은 냉동 단계에서 풍미와 색상의 변질 속도를 상당히 가속화한다. 완만 동결(slow freezing process)은 큰 얼음 결정의 형성을 더욱 촉진하여 세포벽에 큰 물리적 손상을 입히고, 결과적으로 해동 시 제품이 부드럽게 뭉개져 붕괴된 제품(disintegrated product)이 된다.
냉장 보관 중에도 변질 과정은 매우 느린 속도이긴 하지만 여전히 진행된다. 따라서 특정 보관 온도에서 인지할 수 있는 풍미 저하 없이 보관할 수 있는 시간은 한정되어 있다.
해동 시, 과채류 내에서 높은 효소 활성이 나타난다. 의도하지 않은 효소 반응을 최소화하기 위해 해동 과정을 가속화하고(예열 탱크 또는 연속 해동 장비 사용 등), 해동이 완료된 직후 과채류를 가공/살균(pasteurize)할 것을 권장한다.
2. 화학적 보존된 과채류 (Chemically Preserved Fruit/Veg)
과채류는 화학 보존제를 첨가한 후 용기에 담아 보관함으로써 보존할 수 있다. 이산화황(SO₂)과 안식향산나트륨(sodium benzoate)의 조합이 종종 사용된다.
보존제는 효소 활성을 감소시킬 수 있지만 과채류를 살균하지 않는 한 저장 기간 중 어느 정도의 풍미 저하는 감안해야 한다. 이러한 반응을 최소화하기 위해 0 - 5°C 사이의 온도에서 보관하는 것이 권장된다.
이산화황(SO₂)은 과채가공품 제조 전에 증발을 통해 제거해야 하므로, 색상 저하와 휘발성 풍미 성분의 손실 또한 추가로 고려해야 한다.
3. 당절임 과채류 (Sugar Preserved Fruit/Veg)
일부 과채가공품 제조사들은 효소를 불활성화하기 위해 열처리(최소 70°C)와 함께 설탕(및 보존제)을 첨가하여 원재료를 보존한다. 보관 용기 내에서의 느린 냉각으로 인한 풍미 및 색상 저하를 방지하기 위해, 제품을 용기에 담아 보관하기 전 단계에서 당절임된 펄프(pulp)를 20°C까지 냉각해야 한다.
과채류의 산 함량 (Acid Content of Fruit/Veg)
과채류의 종류에 따라 pH와 완충능(Buffer capacity)은 큰 차이를 보이며, 심지어 같은 종류의 과채류 일지라도 숙도, 토양의 질, 기후 조건 등 다양한 조건에 따라 큰 차이가 나타날 수 있다.
대다수의 과채류는 고메톡실 펙틴(High ester pecitn _ HM pectin)의 겔화(gelation) 적정 pH에 도달하기 위해 산의 첨가가 필요하다. 구체적인 적정 pH는 주로 제품의 가용성 고형분(soluble solids)에 따라 달라지나, 일반적으로 적절한 pH 값은 3.1이다.
제품의 pH를 원하는 값으로 낮추는 데 필요한 산의 양은 적정(titration)을 통해 결정할 수 있다. 과채류의 일반적인 pH 값과 pH를 0.1 단위 낮추는 데 필요한 50% w/v 구연산 용액의 양은 다음 표와 같다.
| 과채류 | 일반적 pH | 0.1 pH를 낮추기 위한 구연산 50% w/v sol. ml/kg |
| 사과(Apple) | 3.4 - 3.7 | 2 |
| 청/풋사과(Sour apple) | 3.0 - 3.4 | 3 |
| 살구(Apricot) | 3.0 - 3.7 | 3 |
| 빌베리(Bilberry) | 2.8 - 3.0 | 6 |
| 블랙베리(Blackberry) | 3.8 - 4.2 | 2 |
| 블랙커런드(Black currant) | 2.9 - 3.3 | 13 |
| 체리(Cherry) | 2.6 - 3.7 | 8 |
| 링곤베리/카우베리(Lingonberry / Cowberry) | 2.7 - 2.9 | 8 |
| 콩코드 포도(Concord grape) | 3.2 - 3.3 | 3 |
| 자몽(Grapefruit) | 2.8 - 3.2 | 12 |
| 엘더베리(Elderberry) | 3.6 - 3.8 | 2 |
| 구스베리(Gooseberry) | 2.8 - 3.3 | 8 |
| 포도(Grape) | 3.5 - 3.7 | 4 |
| 키위(Kiwi) | 3.2 - 3.5 | 3 |
| 리치(Lychee) | 5.5 - 6.0 | 0 - 1 |
| 비터 오렌지(Bitter orange) | 2.9 - 3.2 | 10 |
| 스위트 오렌지(Sweet orange) | 3.0 - 3.4 | 3 |
| 패션프루트(Passion fruit) | 3.2 - 3.5 | 8 |
| 복숭아(Peach) | 3.4 - 3.6 | 2 |
| 배(Pear) | 3.4 - 4.1 | 1 |
| 파인애플(Pineapple) | 3.4 - | 4 |
| 자두(Plum) | 3.0 - 3.5 | 5 |
| 프룬(Prune) | 3.3 - 3.7 | 2 |
| 마르멜로(Quince) | 3.3 - 3.6 | 2 |
| 라즈베리(Raspberry) | 3.3 - 3.6 | 6 |
| 레드커런트(Red currant) | 2.6 - 3.0 | 10 |
| 대황/장군풀/루바브(Rhubarb) | 2.0 - 2.9 | 11 |
| 로즈힙(Rose hip) | 3.7 - | 5 |
| 로완베리(Rowan berry) | 2.7 - 2.9 | 7 |
| 딸기(Strawberry) | 3.0 - 3.4 | 5 |
과채류의 칼슘 함량(Calcium Content of Fruit/Veg)
과채가공품에 들어있는 대부분의 칼슘은 보통 원재료(과채류)에서 기인한다. 완제품 내 칼슘 함량이 저메톡실 펙틴(LM pectin)의 겔화 온도(gelling temperature)와 최종 질감(final texture)을 결정하기 때문에, 사용된 원재료(과채류)의 칼슘 함량은 충전 온도(filling temperature)에 선택에 영향을 미친다. 극단적인 경우에는 사용할 LM pectin의 type 결정에도 영향을 준다.
과채류의 칼슘 함량은 품종에 따라 매우 큰 차이가 있으며, 토양이나 기후 조건 또한 칼슘 함량에 영향을 미친다.
일반적으로 과채류의 불용성 성분(insoluble parts)에는 칼슘이 풍부하게 함유되어 있다. 이 칼슘은 가열/가공 공정 동안 제품의 매트릭스(continuous phase)로 완전히 방출되지 않기 때문에 결과적으로 LM pectin의 겔화 온도(gelation temperature)에는 부분적으로만 영향을 미친다. 그러나 과채류 내의 총 칼슘(total calcium)과 유리 칼슘(free calcium) 사이에 큰 차이가 있을 때, 최종 제품에서 추가적인 겔 강도를 서서히 형성해 나가는 경향을 나타낼 수 있다.(Post-gelation을 유발할 수 있다.)
과채류의 일반적인 총 칼슘/유리 칼슘의 수치를 아래 표에 나열하였다. 일부 항목에서는(표에서 별표로 표시된 항목) 칼슘 함량의 변화가 특히 심하며, 해당 항목에 제시된 수치는 일반적인 값이라기보다는 하나의 예시로 간주해야 한다.
| 과채류 | 총 칼슘 (Total calcium) ppm |
유리 칼슘 (Free calcium) ppm |
| 사과(Apple) | 90 | 90 |
| 살구(Apricot) | 170 | 130 |
| 바나나(Banana) | 135 | 135 |
| 빌베리(Bilberry) | 170 | 170 |
| 블랙베리(Blackberry) | 180 | 180 |
| 블랙커런드(Black currant) | 450* | 280* |
| 보이즌베리(Boysenberry) | 250 | 180 |
| 체리(Cherry) | 225 | 200 |
| 클라우드베리(Cloudberry) | 190 | 140 |
| 콩코드 포도(Concord grape) | - | 100 |
| 링곤베리/카우베리(Lingonberry / Cowberry) | 250 | 190 |
| 엘더베리(Elderberry) | 500 | - |
| 구스베리(Gooseberry) | 300* | - |
| 포도(Grape) | 250 | 250 |
| 자몽(Grapefruit) | 150* | - |
| 키위(Kiwi) | 250 | 160 |
| 레몬쥬스(Lemon juice) | 150 | - |
| 레몬필(Lemon peel) | 2000* | 700* |
| 리치(Lychee) | 60 | 28 |
| 망고(Mango) | 150 | 130 |
| 오렌지필(Orange peel) | 1500* | - |
| 비터 오렌지(Bitter orange) | 700* | - |
| 스위트 오렌지(Sweet orange) | 350* | - |
| 패션프루트(Passion fruit) | 130 | 30 |
| 복숭아(Peach) | 160 | 160 |
| 배(Pear) | 150 | 150 |
| 파인애플(Pineapple) | 400 | 390 |
| 자두(Plum) | 150 | 90 |
| 프룬(Prune) | 240 | - |
| 마르멜로(Quince) | 200 | 130 |
| 라즈베리(Raspberry) | 250* | 140* |
| 레드커런트(Red currant) | 500 | 130 |
| 대황/장군풀/루바브(Rhubarb) | 1030 | - |
| 로즈힙(Rose hip) | 1500 | 650 |
| 로완베리(Rowan berry) | 500 | - |
| 딸기(Strawberry) | 350* | 150* |
과채류의 펙틴 함량(Pectin Content in Fruit/Veg)
신선한 과채류, 냉동 과채류, 과채류의 펄프 및 즙에 함유된 펙틴 함량은 매우 다양하다. 잘 익은 신선한 과일조차도 유전적 요인, 토양 및 기후 변화로 인해 펙틴 함량에 차이가 나타날 수 있으므로 다음과 같이 대략적인 일반 분류만 가능하다.
| 그룹(Group) | 펙틴 함량(Pectin content) | 예(Examples) |
| A | 매우 높음(Very high) | 사과 |
| B | 높음(High) | 구스베리, 자두, 레드커런드, 메르멜로, 블랙커런트, 오렌지(일부) |
| C | 중간(Medium) | 자몽, 블랙베리, 딸기, 라즈베리, 파인애플, 오렌지(일부) |
| D | 낮음(Low) | 복숭아, 배, 살구 |
| E | 매우 낮음(Very low) | 체리, 블루베리 |
신선한 과채류에 포함된 펙틴은 일반적으로 HM pectin(High ester pectin)이기 때문에 보통 고당도 제품을 제조할 때 겔 강도를 발휘할 수 있다.
2023.03.06 - [[식(食) : 식품 연구실]/식품 과학 & 원료] - 펙틴 : 고 에스테르 펙틴 _ 고메톡실 펙틴(High ester pectin _ HM Pectin)
사용하는 원재료(과채류)를 기존것보다 한 단계 위나 아래 그룹으로 분류된 종류로 변경할 때는 최종 제품의 균일한 겔 질감(gel texture)을 유지하기 위해 펙틴 첨가량을 10~20% 정도 줄이거나 늘려야 한다.
전처리 과정(특히 냉동/해동) 및 저장 기간 동안 과일에 함유된 천연 펙틴은 효소 반응으로 인해 점차 분해되며 겔 형성 능력을 잃게 된다.
마지막으로, 특정 과채즙이나 농축액에는 생산 효율성을 높이기 위해 펙틴 분해 효소(pectin degrading enzymes)가 첨가됐을 수 있다는 점을 간과해서는 안된다. 이러한 과즙/농축액에는 펙틴이 전혀 포함되어 있지 않으며, 추가적인 펙틴을 첨가/혼합하기 전에 효소를 불활성화 하기 위해 반드시 90ºC에서 저온 살균(pasteurized)을 거쳐야 한다.
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