진공해동과 진공냉각에 의한 참치통조림의 공정개선에 관한 연구 = (A) study on improvement of the tuna canning process by vacuum thawing and vacuum cooling

국문 초록 (Abstract)

참치통조림의 제조에 있어서 어체의 해동과 냉각 처리는 품질과 수율 그리고 생산성을 결정하는 중요한 인자이다. 진공해동과 진공 냉각은 물의 상(狀) 변화 에너지를 이용하여 가열 또는 냉각하는 기술로 그 처리가 매우 간단할 뿐 아니라, 신속하고 균일하게 이루어지므로 식품산업에서 효율적으로 이용되고 있다.
본 연구에서는 참치통조림 제조에 있어서 어체의 해동과 냉각을 진공으로 처리하여 그 효율성을 종래의 방법과 비교 분석하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
1. 해동에서의 진공 처리 효과
품온 -10℃의 냉동 가다랑어 (중량 2.5~3.0 kg)를 -2℃까지 해동시키는데 17 mmHg (20℃), 23 mmHg (25℃) 및 31 mmHg (30℃)의 압력과 온도 조건에서 각각 75분, 60분 및 37분이 소요 되었으며, 압력이 높을수록 해동 시간은 단축되었다. 종래의 방법인 20℃ 침수 해동에서는 180분이 소요되어 진공해동을 함으로서 해동 시간을 58% (105분)~80% (143분) 단축시킬 수 있었다.
해동 중 어체의 품온 편차는 진공해동에서 적게 발생하였다. 해동 전후 pH, 휘발성염기질소, 히스타민, TMA 등의 함량 변화는 해동 방법에 따라 차이가 없었으나, K 값과 생균수는 진공해동이 침수 해동보다 낮게 나타나 진공해동 처리는 해동 중 생화학적, 미생물적 변화를 억제시키는 것으로 판단되었다.
2. 냉각에서의 진공 처리 효과
품온 75℃의 자숙 가다랑어 (중량 1.9~2.4 kg)를 31 mmHg 압력에서 30℃까지 냉각 하는데 7분이 소요되었다. 종래의 방법인 분무 냉각에서는 145분이 소요되어 진공냉각을 함으로서 냉각 시간을 95% (138분) 정도 단축시킬 수 있었다.
냉각 중 어체의 품온 편차는 진공해동에서 적게 발생하였다. 그리고 냉각 전후 산가, 과산화물가, TBA 값 및 지방산 조성 등의 함량 변화도 진공냉각에서 적게 일어났으나 그 차이는 크지 않았다.
냉각에 의한 중량 감소는 진공냉각에서 4.4%가 발생하여 분무냉각의 1.6%에 비해 2.8배 정도 높게 나타났다. 진공에 의한 과도한 중량 감소를 방지하기 위하여 post wetting을 실시하였다. 즉, 진공 냉각을 실시한 후 진공을 해제할 때 어체 표면에 물을 분무 하였으며, 이 때 중량은 1.7% 감소하여 post wetting을 실시함으로서 진공에 의한 과도한 중량 감소를 방지할 수 있는 것으로 확인되었다.
3. 로인의 색상 및 텍스쳐
진공해동과 진공냉각으로 제조한 로인이 침수해동과 분무냉각으로 제조한 로인보다 백색도 (L)와 적색도 (a)는 높고 황색도 (b)는 낮게 나타나 진공처리를 함으로서 로인의 색상은 밝고 붉은 색을 띠는 것으로 나타났다.
텍스쳐에 있어서는 진공처리 로인이 종래의 로인 보다 hardness와 springiness는 높고 cohesivness는 낮게 나타나 진공처리를 함으로서 식감은 단단하게 되고 탄력은 증가하는 것으로 나타났다.
4. 통조림의 품질 및 고형량
진공해동과 진공냉각으로 제조한 통조림과 침수해동과 분무냉각으로 제조한 통조림에 있어서 냄새와 맛은 상호 간에 차이가 없었다. 하지만 색상, 식감 및 전체적인 기호도는 진공처리 제품이 우수하였으며, 고형량은 두 제품 간 차이를 나타내지 않았다.
5. 용수 사용량
종래의 방법인 침수해동과 분무냉각에 사용되는 용수는 원료 1 톤 당 3.5~7.0 톤 정도이다. 진공해동과 진공냉각에 있어서는 post wetting에 일부 사용되는 것 외에는 거의 필요로 하지 않으므로 진공처리를 함으로서 용수 사용량을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 판단되었다.
6. 참치통조림 제조를 위한 새로운 공정 제안
참치통조림 산업은 어획에서 가공에 이르기까지 제반 공정이 회분식 (回分式), 대량처리 방식으로 작업이 거칠고 단위공정 처리시간이 길며 노동력을 많이 필요로 하는 단점을 지니고 있다.
진공 처리 시스템을 도입하면
첫째, 해동에서 자숙까지 공정의 연속화가 가능하고
둘째, 각 공정에서 온도 편차를 줄일 수 있으며
셋째, 육의 색상 및 식감을 향상시킬 수 있고
넷째, 단위공정 처리시간을 50% 이하로 단축시킬 수 있며
다섯째, 용수와 유틸리티 사용량 및 폐수 발생량을 줄일 수 있고
여섯째, 청소가 쉽고 설비의 유지보수가 용이하여
종합적으로 참치통조림의 품질 향상과 생산 효율성 증대 및 유틸리티 (utility)의 절감이 가능하여, 궁극적으로 참치통조림 산업의 경쟁력을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
7. 향후 연구 사항
진공 기법을 참치통조림 제조에 상업적 규모로 적용하기 위해서는 먼저 파이로트 공정 테스트를 실시하여 대량 생산에서 야기될 수 있는 제반 문제에 대한 대안을 마련하고, 각 공정에서의 처리조건 최적화와 유틸리티 사용량에 대한 일련의 사전 연구가 요구되며, 이와 병행하여 열역학적인 연구도 함께 이루어져야 할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Thawing and cooling are very important in tuna canning process because they directly affect the yield, quality and productivity of the canned tuna. Vacuum cooling is a rapid evaporative cooling technique for moist and porous products. Vacuum thawing is the reversible process of vacuum cooling since latent heat from condensed steam under vacuum is transferred to the surface of frozen foods.
The influence of vacuum thawing and cooling on the quality, yield, unit processing time and water consumption was studied as comparing with conventional methods including water immersion thawing and water spray cooling, and the result was like as follows.
1. Vacuum effect at thawing process
The times required to thaw frozen skipjack tuna (weight 2.5 ~ 3.0 kg) from -10℃ to -2℃ in pressure 17 mmHg (20℃), 23 mmHg (25℃) and 31 mmHg (30℃) were each 75 minutes, 60 minutes and 37 minutes. Thawing time decreased as pressure gets higher. Vacuum thawing could shorten thawing time 58 ~ 80% more than water immersion thawing at 20℃ because 180 minutes are required, and had less temperature difference between core and skin than water immersion thawing.
Changes of pH, VBN, histamine and TMA could not recognize difference according to thawing methods, but viable cell count and K value in vacuum thawing are lower than those in water immersion thawing, so it is thought that vacuum thawing could minimize biochemical and microbial changes during thawing.
2. Vacuum effect at cooling process
The time required to cool cooked skipjack tuna (weight 1.9 ~ 2.4 kg) from 75℃ to 30℃ in pressure 31 mmHg was only 7 minutes. Vacuum cooling could shorten cooling time 95% more than water spray cooling because 145 minutes was required, and had less temperature difference between core and skin than water spray cooling.
However, weight loss in vacuum cooling was 4.4%, when compared with weight loss 1.6% in water spray cooling, it was 2.8 times higher value. When cooled skipjack tuna was atomized by water just after vacuum cooling, 1.7% of weight loss happened, therefore weight loss could be compensated by post wetting just after vacuum cooling.
And changes of acid value, peroxide value, TBA value and fatty acid composition in vacuums cooling were less than those in water spray cooling, but the difference was not significant.
3. Color and texture of loin
Vacuum-treated loin had higher whiteness and redness and lower yellowness when compared with conventional one, therefore it showed that vacuum cooling made loin's color lighter and reddish.
Textures of vacuum-treated loin had higher hardness, springiness and lower cohesiveness when compared with conventional one and it showed that texture got harder and more elastic by vacuum treating.
4. Quality and drain weight of the canned skipjack tuna
There was no significant difference (P ＜ 0.05) in taste and odor between vacuum-treated product and conventional one. But vacuum-treated product had higher scores in color, texture and overall acceptance than conventional one, and drain weight also showed no difference.
5. Water consumption for vacuum thawing and cooling
Water consumption in water immersion thawing and water spray cooling is 3.5 ~ 7.0 ㎥/ton of raw material. As there was no commercial data about the amount of water required in vacuum thawing and cooling, we could hardly presume how much it could reduce water consumption when compared with conventional process. But it was expected that the amount of water used could be reduced dramatically because there was no need except post wetting used to prevent weight loss.
6. Proposal for the new tuna canning process
Tuna cannery from fishery to processing is having characteristic that all processes are rough by batch process and large quantity treatment and labor intensive operation. If introduce vacuum system, first, it continues to make process from thawing to cooling, second, processing time will be able to be shorten by below 50%, third, temperature variation can be reduced, and color and texture will be improved, fourth, the amount of water used will be reduced dramatically, fifth, cleaning and maintenance will be more simple and easy.
Conclusively, it is expected that introducing vacuum technique to tuna canning process can make total production efficiency increase and utility usage reduce over all processes as well as quality increase of the canned tuna.
7. Advanced study in the future
The conclusion to be drawn here is that pilot test should be carried out to solve the prospective problem and to optimize the processing conditions of each process and to analysis the amount of utility used prior to apply vacuum thawing and cooling technique to commercial scale production. And further research should be directed on thermodynamics together, going side by side with this.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• List of Figures = ⅰ
• List of Tables = ⅲ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 연구사 = 5
• 1. 가다랑어의 특징 = 5
• 2. 참치통조림 제조 공정 = 7
• 3. 진공해동의 영향 = 9
• 3.1 진공해동의 원리와 특징 = 9
• 3.2 해동 속도와 품질 = 12
• 3.3 중량 변화 = 13
• 4. 자숙의 영향 = 14
• 4.1 품질과 수율에 미치는 영향 = 14
• 4.2 열 변성과 물성 변화 = 14
• 4.3 중량 감소 = 16
• 5. 진공냉각의 영향 = 17
• 5.1 진공냉각의 원리와 냉각 속도 = 17
• 5.2 중량 감소와 이의 방지 = 22
• 5.3 진공냉각에 미치는 인자 및 효율성 = 23
• 5.4 냉각 육의 특징 = 25
• Ⅲ. 재료 및 방법 = 26
• 1. 재료 = 26
• 2. 진공해동, 스팀자숙 및 진공냉각 장치 제작 = 26
• 3. 해동 방법 = 28
• 3.1 진공해동 = 28
• 3.2 침수해동 = 28
• 4. 자숙 방법 = 28
• 5. 냉각 방법 = 31
• 5.1 진공냉각 = 31
• 5.2 분무냉각 = 31
• 6. 참치 로인 (loin)과 통조림 제조방법 = 31
• 7. 성분 분석 = 33
• 7.1 일반 성분 = 33
• 7.2 pH와 휘발성염기질소 (VBN, volatile basic nitrogen) = 33
• 7.3 히스타민 (histamine) = 34
• 7.4 트리메틸아민 (TMA, trimethylamine) = 34
• 7.5 K 값 = 35
• 7.6 산가, 과산화물가, TBA 값 및 지방산 조성 = 37
• 7.6.1 분석용 지방 추출 = 37
• 7.6.2 산가, 과산화물가 및 TBA 값 = 37
• 7.6.3 지방산 조성 = 37
• 8. 생균수 = 38
• 9. 색도 및 텍스쳐 = 38
• 10. 조직 현미경 촬영 = 38
• 11. 전기 영동 = 41
• 12. 중량 변화 = 41
• 12.1 어체와 로인 중량 = 41
• 12.2 통조림 고형량 (drain weight) = 42
• 13. 관능 검사 및 통계 처리 = 42
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 43
• 1. 가다랑어 육의 성분 조성 = 43
• 2. 해동 방법에 따른 해동 시간과 중량 변화 = 43
• 2.1 해동 시간 = 43
• 2.2 중량 변화 = 49
• 3. 해동 중 품온과 생화학적 변화 = 50
• 3.1 품온 변화 = 50
• 3.2 생화학적 변화 = 55
• 4. 자숙 중 품온과 중량 변화 = 57
• 5. 냉각 방법에 따른 냉각 시간과 중량 변화 = 62
• 6. 냉각 중 이화학적 변화 = 69
• 7. 로인의 색상과 텍스쳐 = 69
• 8. 통조림의 고형량과 품질 = 74
• 9. 용수와 전기 사용량 검토 = 74
• 10. 참치통조림 제조를 위한 새로운 공정 제안 = 77
• Ⅴ. 요약 = 80
• Ⅵ. 참고문헌 = 84
• ABSTRACT = 97