초고온 처리
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1. 개요
초고온 처리(UHT)는 식품을 135°C 이상의 고온에서 짧은 시간 동안 가열하여 미생물을 파괴하고 보존성을 높이는 기술이다. 19세기 말부터 기술 개발이 시작되어, 무균 포장 기술과 결합하여 상업적으로 널리 사용되었다. UHT 기술은 급속 가열, 급속 냉각, 균질화, 무균 포장 등의 과정을 거치며, 직접 가열 방식과 간접 가열 방식이 존재한다. UHT 우유는 유럽에서 널리 사용되며, 특히 기온이 높은 지역에서 선호된다. UHT 처리는 영양 성분, 특히 엽산과 일부 비타민의 손실을 초래할 수 있으며, 우유 단백질 변성으로 인해 맛이 변할 수 있다.
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2. 역사
안전하고 보존성이 뛰어난 우유를 제공하기 위한 열처리 기술 개발은 19세기 말부터 시작되었다. 1893년에는 연속 흐름 방식을 이용한 간접 가열 시스템(125°C에서 6분)이 제조되었고, 1912년에는 130°C 에서 140°C의 온도에서 증기를 우유와 직접 혼합하는 연속 흐름 직접 가열 방식이 특허를 받았다. 그러나 제품을 포장하고 보관할 상업적 무균 포장 시스템이 부재하여 이러한 기술은 1950년대까지 큰 발전을 이루지 못했다.
초고온 처리는 여러 단계의 식품 가공 및 포장을 자동화된 공장에서 순차적으로 진행하는 복잡한 기술이다.[14] 이 공정은 일반적으로 다음과 같은 주요 단계를 포함한다.
1953년, APV는 'Uperiser'라는 브랜드로 증기를 직접 분사하여 제품 온도를 즉시 높이는 증기 분사 기술을 개척했으며, 처리된 우유는 멸균된 캔에 포장되었다. 이후 1960년대에 APV는 'Palarisator'라는 브랜드로 최초의 상업용 증기 주입 시스템을 출시했다.[6][7]
한편, 포장 기술에서는 1952년 스웨덴의 테트라 팩(Tetra Pak)이 사면체 종이팩을 출시했다. 테트라 팩은 1960년대에 종이팩 조립 기술과 무균 포장 기술을 결합하여 상업적 성공을 거두고 국제적으로 확장했다. 무균 처리는 제품과 포장을 별도로 멸균한 후 멸균된 환경에서 결합하고 밀봉하는 방식으로, 통조림 방식과는 차이가 있다.[8]
1983년, 영국 의회는 유럽 사법 재판소의 판결에 따라 정부가 UHT 우유 수입을 금지할 수 없도록 하는 1983년 우유 수입법(Importation of Milk Act 1983)을 통과시켰다.[9]
1993년 6월, 이탈리아 기업 파르말라트(Parmalat)는 미국 시장에 UHT 우유를 도입했다.[10] 그러나 미국 소비자들은 상온 보관 우유에 대한 거부감을 보였고, 이에 파르말라트는 UHT 우유를 전통적인 용기에 담아 냉장 코너에서 판매하는 전략을 사용했다.[11] UHT 우유는 현재 많은 유제품 생산에도 활용되고 있다.
2008년 영국 정부는 냉장 필요성을 줄여 온실 가스 배출 감축에 기여하고자 2020년까지 우유 생산의 90%를 UHT 방식으로 전환할 것을 제안했으나,[12][13] 우유 업계의 반대로 이 제안은 철회되었다.
UHT 기술은 현재 우유, 유음료, 가공유, 청량음료, 생수 등 다양한 유체 식품의 살균 처리에 널리 사용되는 주류 기술이다. 일본에서는 1957년에 도입되었으며, 현재 판매되는 우유의 약 90%가 UHT 방식으로 살균된다.[24] 1985년 7월 일본에서는 관련 법령 개정을 통해 UHT법과 무균 충전기를 결합하여 제조한 음용유를 '상온 보존 가능품'으로 인가받았는데, 이것이 이른바 아셉틱 제품이며, 장기 보존 우유(통칭 LL우유)가 대표적이다.
3. 기술
각 단계는 제품의 안전성과 보존성을 높이기 위해 정밀하게 제어된다. 가열 단계에서는 액체 식품을 먼저 특정 온도(예: 우유의 경우 70°C ~ 80°C)로 예열한 뒤, 매우 짧은 시간 동안 초고온으로 가열한다. 이 과정에서 사용되는 가열 방식에는 제품과 가열 매체가 직접 접촉하는 '직접 가열 방식'과 접촉면을 통해 열이 전달되는 '간접 가열 방식'이 있다. 제품의 품질을 유지하고 효율성을 높이기 위해 고온 노출 시간을 최소화하고 온도 분포를 균일하게 하는 것이 중요하다.[14][15]
초고온 처리는 현재 우유, 유음료, 가공유, 청량음료, 생수 등 다양한 액체 식품의 살균 처리에 널리 사용되는 핵심 기술이다. 일본에서는 1957년에 이 기술이 도입되었으며, 현재 판매되는 우유의 약 90%가 초고온 순간 살균(UHT) 방식으로 처리된다.[24] 또한, 1985년 7월 일본의 관련 법규(유등성령) 개정으로 초고온 처리 기술과 무균 충전기를 결합하여 만든 음용유가 '상온 보존 가능품'으로 인정받게 되었다. 이는 아셉틱 포장 기술을 이용한 제품으로, 흔히 장기 보존 우유(통칭 LL우유)라고 불리는 것이 대표적인 예이다.
3. 1. 가열
가열 단계에서 처리되는 액체는 먼저 비교적 낮은 온도(우유의 경우 70°C ~ 80°C)로 예열된 후, 공정에 필요한 온도로 빠르게 가열된다. 가열 기술에는 크게 두 가지 유형이 있다. 하나는 제품이 뜨거운 증기와 직접 접촉하는 직접 가열 방식이고, 다른 하나는 제품과 가열 매체가 장비의 접촉 표면을 통해 분리되는 간접 가열 방식이다. 제품의 품질을 높이고 효율성을 확보하기 위해, 제품이 높은 온도에 노출되는 시간을 가능한 짧게 유지하고 온도가 전체적으로 균일하게 분포되도록 설계하는 것이 중요하다.[14][15]
직접 가열 방식은 제품이 고온에 노출되는 시간이 짧아 우유와 같이 열에 민감한 제품의 손상을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 직접 가열 방식에는 두 가지 종류가 있다.[15]
간접 가열 시스템에서는 제품이 고체 열 교환기를 통해 가열된다. 이는 일반적인 살균 과정과 유사하지만, 초고온 처리는 더 높은 온도를 사용하므로 끓는 것을 방지하기 위해 더 높은 압력을 가해야 한다.[14] 간접 가열 방식에 사용되는 열교환기에는 세 가지 주요 유형이 있다.[15]
간접 가열 방식의 효율을 높이기 위해, 가압된 물이나 증기를 열교환기 자체를 가열하는 매체로 사용하며, 사용된 열 매체를 재활용하여 에너지를 절약할 수 있는 재생 장치가 함께 사용되기도 한다.[14]
3. 2. 급속 냉각
가열 후, 뜨거운 제품은 유지 튜브를 거쳐 진공 챔버로 이동하여 갑자기 온도를 잃고 증발하게 된다. 급속 냉각이라고 하는 이 공정은 열 손상의 위험을 줄이고, 급격한 온도 강하로 인해 호열성 미생물을 비활성화시키며, 증기와 접촉하여 얻은 과도한 수분 일부 또는 전부를 제거하고, 제품 품질에 부정적인 영향을 미치는 휘발성 화합물 일부를 제거하는 효과가 있다.[14] 냉각 속도와 제거되는 수분량은 진공 수준에 의해 결정되며, 이는 주의 깊게 조절되어야 한다.[14]
3. 3. 균질화
균질화는 특히 우유를 위한 공정의 일부이다. 균질화는 우유 내 지방구의 크기를 줄이고, 수를 늘리며, 총 표면적을 증가시키는 기계적 처리이다. 이것은 우유가 표면에 크림을 형성하려는 경향을 줄여 용기에 담았을 때 안정성을 높이고 소비자가 더 맛있게 느끼도록 한다.[16]
4. 전 세계적 이용 현황
UHT 우유는 유럽 대부분 지역에서 큰 성공을 거두었으며, 유럽 대륙 전체에서 10명 중 7명이 정기적으로 UHT 우유를 섭취한다.[17] 스페인과 같이 기온이 따뜻한 국가에서는 냉장 운송의 높은 비용과 "비효율적인 냉장 보관 시설" 문제로 인해 UHT 우유를 선호하는 경향이 있다.[18] 반면, 북유럽과 스칸디나비아 국가(덴마크, 핀란드, 노르웨이, 스웨덴), 영국 및 아일랜드에서는 UHT 우유의 인기가 상대적으로 덜하다. 또한, 법규 및 사회적 태도로 인해 신선한 살균 우유가 가장 인기 있는 그리스에서도 인기가 덜하다.[19]
미국에서 판매되는 대부분의 일반 우유는 살균 처리되지만, 유기농 우유의 상당 부분은 UHT 처리된다. 이는 유기농 우유가 더 적은 장소에서 생산되어 공급망에서 더 많은 시간을 보내기 때문에, 일반적인 살균 방식으로는 판매 전후에 부패할 가능성이 있기 때문이다.[11]
초고온 처리는 현재 우유, 유음료, 가공유, 청량음료, 생수 등 다양한 유체 식품의 살균 처리에서 주류 기술로 자리 잡았다. 일본에서는 1957년에 도입되었으며, 현재 판매되는 우유의 90%가 초고온 순간 살균(UHT) 방식으로 살균된다.[24]
1985년 7월, 일본의 유등성령 일부 개정에 따라 UHT 방식과 무균 충전기를 결합하여 제조한 음용유는 "상온 보존 가능품"으로 인가되었다. 이는 이른바 아셉틱 제품으로, 장기 보존 우유(통칭 LL우유)가 바로 이 아셉틱 기술로 제조된 것이다.
5. 영양 성분
초고온 처리(UHT) 우유는 저온살균 우유와 칼로리 및 칼슘 함유량이 동일하다. 하지만 일부 영양소는 저온살균 우유에 비해 손실될 수 있다. 비타민 B12, 비타민 C(우유가 주요 공급원은 아님), 티아민 등이 일부 손실될 수 있다.[21] 엽산의 경우, 초고온 처리 우유는 100g당 1μg을 함유하는 반면, 저온살균 우유는 9μg을 함유한다.[29][4]
단백질 구조 또한 저온살균 우유와 차이가 있다. 초고온 처리 과정에서 우유 단백질 구조가 변형되어, 치즈 제조 시 응고 및 분리가 잘 일어나지 않게 된다.[28][22] 20세기 후반 연구에 따르면, UHT 처리는 우유 단백질을 펼쳐지고 평평하게 만들며, 이 과정에서 단백질 내부에 숨겨져 있던 설프히드릴(SH) 기가 노출된다. 이 노출된 설프히드릴 기는 우유에 극도로 익거나 탄 듯한 맛을 유발하는 원인이 된다. 한 연구에서는 UHT 가열 전에 탈지유에 설프히드릴 산화 효소를 고정시켜 티올 함량을 줄이면 효소적 산화 후 향미가 개선되었다고 보고했다.[5] 또한, 플라보노이드 화합물인 에피카테킨을 가열 전에 우유에 첨가하면 열에 의해 발생하는 특유의 향이 일부 감소한다는 연구 결과도 있다.[23]
6. 맛 변화
초고온 처리(UHT) 과정에서 우유 단백질이 변성되어 이전에는 가려져 있던 설프히드릴(SH) 기가 노출될 수 있다. 이로 인해 우유에서 익거나 약간 탄 듯한 맛이 느껴지기도 한다.
일부 연구에서는 이러한 맛 변화를 줄이기 위한 방법을 모색하고 있다. 예를 들어, 설프히드릴 산화 효소를 특정 방식으로 고정시키거나, 플라보노이드의 일종인 에피카테킨과 같은 화합물을 첨가하는 방법이 제안되었다. 이러한 연구는 UHT 처리된 우유의 맛을 개선할 가능성을 보여준다.
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