비가열초고압처리

왜 배우는가: 비가열초고압처리는 열을 쓰지 않고 식품을 살균하는 대표적인 비가열살균 기술이어서, 열처리와 비교하는 문제에서 원리와 적용 사례를 함께 묻는다. 식품 안전과 신선도를 동시에 요구하는 흐름 때문에 여러 회차에 걸쳐 반복해서 출제되는 개념이다.

출제 이력: 제110회 3교시 3번, 제99회 3교시 3번, 제93회 4교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

비가열초고압처리는 식품을 가열하지 않고 정수압을 가해 미생물과 효소를 불활성화하는 비가열살균 기술이다. 이 정의는 두 가지 축으로 이루어진다. 첫째는 살균 수단이 열이 아니라 압력이라는 점이고, 둘째는 목표가 미생물 제거에 그치지 않고 효소의 활성 억제까지 포함된다는 점이다. 답안 첫 줄에는 이 정의를 그대로 쓰고, 이어서 열처리와의 차이를 한 문장으로 덧붙이는 것이 일반적인 구성이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 비가열살균
• 초고압
• 정수압
• 미생물 불활성화
• 효소 불활성화
• 식품 품질 보존
• 파스칼의 원리

2. 개념 풀이

비가열초고압처리는 식품을 밀폐 용기에 넣고 물 같은 압력 매체를 통해 수백 MPa 수준의 압력을 가하는 공정이다. 공업적으로 쓰이는 압력 범위는 100~600MPa이다. 일부 자료에서는 최대 700MPa까지 적용한다고 기술한다. 처리 시간은 보통 수 분으로 짧고, 처리 온도는 상온이나 냉장 온도를 유지하므로 열처리와 구별된다.

원리는 파스칼의 원리에 근거한다. 파스칼의 원리는 밀폐된 비압축성 유체의 한 부분에 가해진 압력 변화가 유체의 다른 부분에 그대로 전달된다는 원리이다. 따라서 용기 안의 식품은 위치와 관계없이 같은 압력을 받으며, 이 압력이 미생물의 세포막과 세포벽을 손상시키고 효소 단백질의 입체 구조를 바꾸어 활성을 잃게 한다.

초고압은 식품 분자의 공유결합을 거의 깨지 않으므로 맛과 영양의 변화가 적다. 열처리가 Maillard 반응 같은 열 유발 화학 변화를 일으키는 것과 달리, 초고압처리는 소수성 결합 같은 비공유결합에 주로 작용한다. 그래서 식품의 향미, 색, 영양성분의 손실을 최소화할 수 있다.

살균 효과의 크기는 압력, 시간, 온도와 미생물 종류에 따라 달라진다. 파스칼화에서는 약 340MPa(50,000psi)를 약 15분 동안 가해 효모, 곰팡이, 영양세균과 일부 바이러스를 불활성화한다. 비브리오균처럼 비교적 낮은 압력에서 불활성화되는 세균도 있다. 주요 식품 병원균에서는 5-log 이상 감소를 달성한 연구가 보고되어 있다. 다만 아포(spore)는 초고압만으로 제거하기 어려워 다른 처리와 병용한다.

3. 등장 배경과 필요성

식품 살균은 오랫동안 열처리에 의존해 왔다. 열처리는 미생물을 확실하게 제거하지만, 가열로 단백질과 전분이 변성되어 색, 향, 질감이 바뀌고 열에 불안정한 비타민 같은 영양성분이 손실되는 한계가 있다. 이 문제는 식품의 신선도를 중시하는 소비자 요구가 커지면서 더 두드러졌다. 여기서 열 대신 압력으로 미생물을 제어하는 기술이 필요해졌다.

압력을 이용한 식품 처리의 역사는 오래되었다. 1899년 Hite가 가압처리로 우유의 보존성이 향상된다고 보고한 것이 기록으로 남아 있다. 그 뒤 냉장고 보급과 얼음의 대량 생산으로 식품 보존 기술이 발달하면서 가압 응용 연구는 당분간 이루어지지 않았다. 이 시기의 가압은 주로 온도를 올리는 목적이었으며, 압력밥솥이 대표적인 예이다. 압력밥솥은 압력으로 물의 비등점을 100℃ 이상으로 높이는 것이므로, 살균과 미생물 제어를 목적으로 하는 초고압처리와는 목적이 다르다.

현대에 들어 초고압처리가 다시 주목받은 계기는 식품 안전과 품질 요구가 동시에 커졌기 때문이다. 2005년까지 오렌지 주스, 과카몰리, 델리 미트 등 다양한 제품이 상업적으로 판매되었다. 파스칼화라는 이름은 압력 원리를 정립한 Blaise Pascal에서 유래한다. 필요성은 세 가지로 정리된다. 첫째, 병원성 미생물을 제어해 식품 안전을 확보해야 한다. 둘째, 열 손상을 줄여 품질을 유지해야 한다. 셋째, 첨가물을 줄이고 유통기한을 늘리는 방법이 요구된다. 이 세 요구를 동시에 충족하는 기술이 비가열 처리이므로 초고압처리가 주목받는다.