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미생물이야기 우유의 효소
2013-08-09 09:50:56
이엠생명과학연구원

우유의 효소

 

우유중에 있는 효소는 소의 유방으로부터 합성분비되는 것, 유선세포와 백혈구가 파괴되어 우유중에 함유되는 것, 혈액으로부터 유래되는 것, 박테리아로부터 생성되는 것 등이 있다. 전자의 3가지는 우유의 정상적인 성분으로 인정되지만, 후자의 효소는 박테리아의 분포에 따라서 효소의 종류와 양도 달라진다. 효소의 성질을 보면, 화학적 반응의 과정과 속도에 영향을 미치는 능력이 있다. 이 능력은 소멸되지 않고 반복적으로 수행할 수 있기 때문에 생체촉매(biocatalysts)라고 한다. 효소의 작용은 독특하여 한 종류의 효소는 한가지 반응에만 촉매작용이 있으며, 이 효소의 작용에 가장 크게 영향을 미치는 것은 온도와 pH이다. 따라서 우유의 효소는 불활화되는 온도에 차이가 있으므로 이 성질을 이용하여 우유의 살균정도를 측정하는 방법으로 널리 이용되고 있다.

우유의 효소는 착유 직후에는 유성분을 분해하지 않는 것으로 보이지만 lipase, 특히 xanthin oxidase는 유지방의 liploysis를 일으켜서 우유의 산화적 변질을 초래한다. 우유를 살균처리하는 목적중에서 한가지 이유는 바로 우유의 효소를 파괴하기 위한 것이다. 우유는 열에 민감하여 살균중에 촉매적 활성을 상실하게 된다. 그러나 일부 열에 불활성되는 일부 단백질 분해효소들은 저장중 재활성화 되어 장기저장중인 유제품내에 기질이 존재하는 경우 작용하게된다. 이때 재활성화되는 효소의 비율이 아주 적더라도 장기저장하는 유제품에서는 감지할 만한 수준의 변질을 일으킨다. 이 효소들의 근원이 우유로부터 유래되는 것인지 아니면 착유후 장기저장중인 우유에서 미생물이 생산한 것인지 확실히 밝히기는 어렵다. 신선유에서 유래하며 살균유 및 멸균유에서 발견되는 효소들의 종류와 우유의 풍미와 관련한 역할을 정리하면 다음의 [표 1]와 같다.

 

 

표 1.  살균유 및 멸균유에서 발견되는 우유유래 효소들의 종류와 풍미와 관련성

 

효소명

효소함량(IU*)

Specificity 및 작용기질

최적 조건

일반명

E.C.명

신선유

살균유**

멸균유***

pH

temp.

Aldolase

4.1.2.13

     

Ketose mono-&diphosphate,

fructose 1,6-diphosphate

7.0

35

α-Amylase

3.2.1.1

11,800

950

620

α-1,4 -D Glucan linkage in polysaccharides & oligosaccharides

.4

34

A

Esterse B

C

3.1.1.2

3.1.1.1

3.1.1.8

     

Aryl esters

n-Methyl esters of fatty acids, triglycerides

Choline esters, tributyrin

8.0

8.0

8.0

37

37

37

Lipase

3.1.1.3

109

-

-

Glycerol esters in emulsion

9.0~9.2

37

Peroxidase

1.11.1.7

22,100

5,400

0

H2O2, organic peroxides

6.0~7.0

20

Protease

3.4.4.-

     

Tryptic and/or

chymotryptic specificity

8.0

6.5

37

Xanthine oxidase

1.2.3.2

175

145

0

Aldehydes, Oxypurines, pterin, DPN, xanthine

6~9

37

* 1 IU = 1리터의 우유가 1분간 분해하는 기질의 moles 수.

**74℃에서 15초 살균, ***115℃에서 15분 멸균

특정분자의 작용기에만 작용특정결합부위를 약화시킨다분자를구성하는 결합을 분해한다

그림 2. 효소의 기능

 

 

1. 퍼옥시데이스 (peroxidase)

식물계에도 널리 분포하고 있는 퍼옥시데이스는 과산화 수소(H2O2)로부터 산소분자를 산화할 수 있는 물질쪽으로 전환시켜는 효소이다. 이 효소는 우유를 80℃에서 수 초동안 가열하면 불활성화 되는 성질이 있으므로 고온에서 살균처리한 시유의 열처리시 살균온도가 적정하게 지켜졌는가를 알아내는데 이용된다. 이 시험법은 Storch's peroxidase test 라고 한다.

H202 + A H2 → 2H20 + A

 

2. 카탈레이스(catalase)

우유에 존재하는 카탈레이스는 본래 우유에 존재하는 알칼리성 카탈레이스와 미생물로부터 유래하는 산성 카탈레이스. 카탈레이스는 과산화 수소를 물과 유리산소로 분해하는 효소이다. 병에 걸린 젖소의 유방에서 착유한 우유는 카탈레이스 함량이 높고 건강한 젖소의 유방에서 착유한 우유는 카탈레이스 함량이 극히 적다. 카탈레이스는 고온살균 (HTST) 온도인 70~72℃에서 15~30초간 가열에 의하여 불활성화 된다.

2H202 → 2H20 + 02

 

3. 포스파테이스(phosphatase)

우유에 존재하는 알칼리성(pH9.0) 포스파테이스는 인산에스테르를 인산과 유사알코올로 분해하는 효소이다. 산성 포스파테이스는 탈지유 부분에서 발견된다. 이 효소는 저온장시간(63.5℃에서 30분) 또는 고온살균(71~75℃에서 15~30초)에 의하여 불활성화되므로 이 성질을 이용하여 살균온도가 실제로 달성되었는지 여부를 가려내는데 이용된다. 유업체에서 관례적으로 실시하는 검사는 Sharer의 phosphatase test이다.

 

 

4. 라이페이스(lipase)

라이페이스는 지방을 글리세롤과 지방산으로 분해하는 효소이다. 우유중에는 이 효소의 함량이 비유말기로 갈수록 증가하며, 고온살균에 의해서 대부분 불활성화 되나 완전히 불활성화 되지 않는다. 우유나 유제품을 저장할 때 라이페이스가 작용하여 생성하는 유리지방산은 지방분해취(rancid flavor)를 발생하게 된다.

 

5. 기타 미량성분

우유에는 수많은 종류의 무기물, 비타민과 염류가 함유되어 있다. 총 함량은 1% 미만이며, 칼슘과 칼륨이 가장 많이 함유되어 있다. 염류의 양은 항상 일정하지 않으며, 비유말기, 질병이 걸린 유방에서 분비한 우유에는 NaCl함량이 높고 대신 다른 염류의 함량은 감소된다.

 

 

1) 무기물

사람의 영양상 필수 무기물로는 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨, 인, 구리, 철, 유황, 옥소 및 염소등이 있으며, 그 이외에도 망간, 아연, 불소, 몰리브덴, 코발트 및 기타 수 종의 무기성분도 함유되어 있다.

 

표 3. 콜로이드성 무기물 함량

 

무기질

총함량(mg/100ml)

콜로이드 상태

함량(mg/100ml)

내용

Ca

100~140

60~85

인산칼슘 60-65%

단백질결합 35-40%

Mg

10~15

2~3

모두 단백질 결합

P

75~110

45~60

인산칼슘 65%

단백질 인 35%

구연산

140~220

15~20

구연산으로 존재

 

㉠ 이온성 무기물

Na(50~60mg/100ml), K(135~155mg/100ml) 및 Cl(80~140mg/100ml)은 완전히 해리되어 이온상태로 존재한다. 다만 Na와 K는 5~6%정도가 단백질과 결합가능성이 있다.

 

㉡ 콜로이드성 무기물

Ca, Mg-phosphate, Mg-citrate 등은 용해도 이상으로 존재하므로 일부가 불용성이며, 케이신과 결합하여 콜로이드입자로 존재한다. P은 무기물이외에도, 인지질, 유기인산 에스테르로서도 존재한다.

무기물 성분은 그 구성과 평형상태에 따라서 우유단백질의 상태와 안정성에 큰 영향을 미치므로 염류평형을 이해하는 것이 매우 중요하다. 즉 우유의 열안정성, 렌넷응고성 등의 유제품 가공상 물리화학적 성질에 영향을 미친다.




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