제1장 서론 (Introduction)

유(乳) 또는 유제품을 원료로 사용한 음료를 통칭하여 「유성음료(Dairy Beverage)」라 한다. 다만 법규상 「유성음료」라는 독립 분류는 존재하지 않으며, 성분 규격에 따라 「유산균음료(Fermented Milk Drink)」, 「유제품 유산균음료(Dairy Fermented Milk Drink)」, 「유음료(Milk Drink)」, 「발효유(Fermented Milk)」 등으로 분류된다. 성분 규격을 충족하지 못하는 유성음료는 식품위생법상 청량음료수로 취급된다.

본 장에서는 청량음료수에 해당하는 사례가 많은 산성 유성음료(Acidic Dairy Beverage)의 제조 방법을 중점적으로 기술한다. 발효유, 유산균음료 등의 제조 방법에 관해서는 별도의 전문 문헌을 참조하기 바란다.

제2장 원료 (Raw Materials)

2.1 물 (Water)

제조용수(Manufacturing Water)는 식품위생법에 규정된 수질 기준을 충족하는 것이 전제 조건이다. 통상적으로는 활성탄 여과(Activated Carbon Filtration), 이온 교환 처리(Ion Exchange Treatment), 정밀 여과(Microfiltration)를 단계적으로 적용한다. 유성음료는 유단백질(Milk Protein)을 함유하므로 이온 농도가 제품의 풍미, 색조 및 안정성에 영향을 미칠 가능성이 높다. 제조 로트(Production Lot) 및 생산 입지별 품질 편차를 최소화하기 위해서는 수질 규격의 엄격한 관리가 필수적이다. 천연수(Natural Water)를 사용하는 경우 채수지(Source Location) 선정에 특히 주의가 필요하다.

2.2 유 및 유제품 (Milk and Dairy Products)

원료유로는 우유(Whole Milk), 탈지분유(Skim Milk Powder, 환원유 포함), 탈지유(Skim Milk), 가당탈지연유(Sweetened Condensed Skim Milk)가 주로 사용된다. 어느 원료이든 신선하고 이미·이취(Off-Flavor/Off-Odor)가 없는 것을 선택하는 것이 원칙이다.

탈지분유는 제조 시의 가열 조건에 따라 유단백질의 변성도(Denaturation Degree)가 다른 「로히트(Low-Heat)」, 「미디엄히트(Medium-Heat)」, 「하이히트(High-Heat)」 등급으로 분류된다. 또한 배치식(Batch Process)과 플레이트식(Plate Process)의 가열 방식에 따라 유단백질의 변성도가 달라지므로, 유단백질 입자(카제인 미셀, Casein Micelle)의 안정성에 영향을 미친다. 원료유의 무기 성분·농도 역시 제품 품질을 좌우하므로 탈지분유 로트에 대한 충분한 관리가 요구된다.

최근에는 치즈 제조의 부산물인 유청(Whey, 乳淸)을 원료로 사용하는 유제품도 증가하고 있다. 과거에는 이취(Off-Odor) 문제가 있었으나, 최근에는 처리 기술의 개선으로 풍미가 우수한 원료 입수가 가능해졌다.

2.3 발효유 (Fermented Milk)

종래 발효유 제조에 사용되는 스타터(Starter Culture)는 최종 제품의 풍미, 산 생성 능력(Acid-Producing Capacity), 단백질 분해 능력, 제조 적합성 등에 따라 선택되어 왔으나, 최근에는 미생물의 대사 산물과 균주 자체의 기능에 관한 관심이 높아지면서 건강 기능성을 고려한 균주 스크리닝(Strain Screening)도 이루어지고 있다.

발효 조건(온도, 산 생성 속도, 발효 시간)은 유단백질 입자의 크기를 결정하므로, 침전이 적고 안정성이 우수한 음료를 제조하기 위해서는 조건 설정에 세심한 주의가 필요하다. 스타터의 배양 조건에 의한 편차를 줄이기 위해 간편한 동결 스타터(Frozen Direct Vat Set Starter)를 사용하는 방법도 유효하다.

2.4 당류 및 감미료 (Sugars and Sweeteners)

당류 및 감미료는 제품에 단맛을 부여하고 적절한 당산비(Sugar-to-Acid Ratio)를 형성하는 역할 외에도, 제품의 텍스처(Texture) 및 유단백질의 안정성에도 영향을 미친다. 현재 주로 사용되는 원료는 설탕(Sucrose), 과당(Fructose), 이성화당(High-Fructose Corn Syrup)을 비롯하여, 당알코올류(Sugar Alcohols)인 에리스리톨(Erythritol)·말티톨(Maltitol) 등과 고감미도 감미료(High-Intensity Sweeteners)인 스테비아(Stevia), 아스파탐(Aspartame), 아세설팜-K(Acesulfame-K), 수크랄로스(Sucralose) 등이다.

환원당(Reducing Sugar)을 다량 함유한 이성화당은 유단백질 또는 아미노산과 마이야르 반응(Maillard Reaction)을 일으켜 가열 또는 보존 중 갈변(Browning)을 촉진한다. 이로 인해 핫 판매(Hot Vending) 제품에는 통상 환원기가 없는 설탕(Non-Reducing Sucrose)이 사용된다. 당알코올은 동일 목적으로 사용되지만, 완하 작용(Laxative Effect)이 있으므로 다량 배합 시 설사 등의 부작용을 유발할 수 있어 배합량 관리에 주의가 필요하다.

고감미도 감미료 사용 제품이 증가하고 있는 배경으로는 소비자의 칼로리 인식 향상과 설탕 대비 수백 배의 감미도를 가지므로 첨가량이 극히 적어 제품 원가를 절감할 수 있다는 점이 있다. 반면 고감미도 감미료는 제품의 텍스처(바디감)에는 기여하지 않으므로 코쿠(풍미의 깊이)가 부족하게 느껴질 수 있다. 또한 특유의 쓴맛(Bitter Aftertaste)을 갖는 감미료도 있으므로 사용 시 충분한 관능 확인이 필요하다.

2.5 산미료 (Acidulants)

유산균 발효에 의한 유산(Lactic Acid) 생성은 유성음료의 특징적인 산미 성분이지만, 음용하기 쉬운 당산비(Sugar-Acid Balance)로 조정하기 위해 추가적으로 산미료를 사용하는 경우가 있다. 일반적으로 사용되는 산미료로는 젖산(Lactic Acid), 구연산(Citric Acid), 주석산(Tartaric Acid), 사과산(Malic Acid), 아스코르브산(Ascorbic Acid) 등이 있다. 산미를 억제하면서 pH를 낮추는 목적으로 인산(Phosphoric Acid)을 사용하는 경우도 있다.

2.6 향료 (Flavors)

발효유 베이스의 풍미 성분과 조화를 이루는 향료가 선택된다. 일반적으로는 밀크, 바닐라, 요구르트 향료 외에 과즙계 향료가 자주 사용된다. 감귤계 향료는 리모넨(Limonene) 등의 테르펜류(Terpenes)를 다량 함유하는 것이 있으며, 이들이 제품 중의 다른 유화제(후술하는 유화색소 등)에 영향을 줄 수 있으므로 사용 시 반드시 확인 시험이 필요하다.

2.7 색소 (Colorants)

제품의 색조(외관)는 소비자 심리에 크게 영향을 미치므로 설계 단계에서 매우 중요한 요소이다. 과즙 첨가 시의 색조 조정, 보정, 경시 변화(Color Change Over Time)에 대응하는 목적으로 사용된다. 수용성 색소(Water-Soluble Colorant)와 지용성 색소(Oil-Soluble Colorant)가 있으며, 후자의 경우 수계(水系)에 분산시키기 위해 유화색소(Emulsified Colorant)를 사용한다.

유화색소는 크게 아라비아검 타입(Arabic Gum Type)과 계면활성제 타입(Surfactant Type)으로 분류된다. 아라비아검 타입은 제품 비중에 맞는 타입을 선택할 필요가 있다. 계면활성제 타입은 입자를 미세화함으로써 제품 중 이동 속도를 낮추어 분산 상태를 유지한다.

산성 유성음료의 경우, 유단백질이 양전하(Positive Charge)를 갖기 때문에 음전하(Negative Charge)를 가진 아라비아검과 반응하기 쉬워 제품 중에 응집 반응(Aggregation)이 발생할 가능성이 있다. 계면활성제 타입은 유단백질과의 반응이 적지만, 과즙 유래 성분(예: 폴리페놀(Polyphenol), 펙틴(Pectin))과 반응하여 유화(Emulsification)를 파괴할 수 있다. 이러한 이유로 착색료의 사용량과 다른 성분과의 조합에 대한 충분한 확인이 필요하다.

2.8 안정제 (Stabilizers)

HM 펙틴(High-Methoxyl Pectin), CMC(Carboxymethyl Cellulose), 대두다당류(Soybean Polysaccharides) 등이 주로 사용된다. 유단백질의 안정화 또는 유단백질과 다른 성분과의 응집 억제(Aggregation Suppression)가 주된 목적이다.

안정제의 입자 간 척력(Repulsive Force) 발생 원리를 이해하는 것이 중요하다. 유단백질은 등전점(Isoelectric Point) 이하의 산성 영역에서 양전하를 띠기 때문에, 음전하를 갖는 안정제를 첨가하면 안정제가 유단백질 입자 표면에 흡착하여 입자에 음전하를 부여함으로써 입자 간 정전기적 척력(Electrostatic Repulsion)을 발생시켜 응집을 억제한다.

HM 펙틴의 유효 작용 pH 범위는 pH 3.5~4.2 정도이며, CMC는 pH 3.7~4.5 수준에서 유효하다. 두 안정제를 병용하면 유효 pH 범위가 확대된다. 각 안정제의 최적 사용 농도를 구하기 위해 이하의 수식을 활용한다.

η = (9/2) × g(dρ − dp)² / n

기호	의미
n	안정제의 점도
r	입자 반경의 제곱근
g	중력 가속도
dp	입자의 밀도
dρ	매체의 밀도

[표 A] 수식 기호 설명 (스토크스 법칙 기반)

이 공식(스토크스 법칙, Stokes Law)은 현탁 입자의 침강 속도와 관련된 것으로, 안정성 향상을 위해서는 입자 크기 축소, 입자와 매체의 밀도차 감소, 매체 점도 증가 중 하나 이상의 방법을 사용한다. 안정제에 의한 매체 점도 상승은 침강을 억제하는 직접적 효과를 갖는다. CMC는 안정제의 역할 외에도 증점제(Thickener)로서 유음료의 바디감(Mouthfeel)을 향상시키는 데 활용되기도 한다.

안정제 사용 시에는 단백질 응집이 발생하지 않는 pH 범위와 농도를 사전에 충분히 검토하여야 한다. 안정제 종류와 농도에 따라 적절한 pH 조정 순서(산 첨가 타이밍)도 달라지므로 제조 공정 설계 단계에서부터 고려가 필요하다.

2.9 보존료 (Preservatives)

살균을 철저히 실시한 경우에는 보존료 무첨가 제품도 제조 가능하다. 단, 사용 허가 범위 내에서 소르브산(Sorbic Acid) 또는 소르브산칼륨(Potassium Sorbate) 등을 사용할 수 있다.

2.10 유화제 및 레시틴 (Emulsifiers and Lecithin)

지방 성분의 안정 분산을 위해 유화제가 사용된다. 유화제를 선택할 때는 지수(HLB 값, Hydrophilic-Lipophilic Balance Value)를 고려하여 수중유형(O/W) 또는 유중수형(W/O) 에멀션에 맞는 타입을 선정한다. 대두 레시틴(Soy Lecithin) 및 효소 처리 레시틴(Enzymatically Modified Lecithin)이 폭넓게 사용된다.

2.11 향료 (계속) — 기타 향기 성분

색소 성분이 향기에 영향을 미치는 경우가 있으며, 향료 선택 시 착색료와의 상호 작용을 확인하는 것이 필요하다. 향기 안정성(Flavor Stability)은 보존 온도와 산소 농도에도 영향을 받으므로, 저산소(Low-Oxygen) 조건에서의 충전이 향기 유지에 유리하다.