제3장 용기 (Containers)

유성음료 용기는 내용물의 화학적 특성(산성, 유지방), 살균 조건(가열 온도, 시간), 유통 채널(자판기, 냉장, 상온) 및 소비자 편의성을 종합적으로 고려하여 선정한다. 주요 용기 소재로는 유리병, PET(Polyethylene Terephthalate), 종이팩, 알루미늄 캔 등이 있다.

3.1 유리병 (Glass Bottle)

유리병은 화학적 불활성(Chemical Inertness)이 우수하여 내용물과의 반응이 없고 이미·이취 발생이 없다는 장점이 있다. 투명 유리는 자외선 및 가시광선 투과에 의한 광산화(Photo-Oxidation) 문제가 발생할 수 있으므로 색유리(Colored Glass) 또는 차광 포장이 병용된다. 재사용병(Returnable Bottle) 사용 시에는 세척·살균 공정을 철저히 관리하여야 한다. 무게와 파손 취약성이 단점으로, 최근에는 대형 규격보다는 소형 고급 제품 용도로 사용 비중이 높다.

3.2 PET 용기 (PET Container)

PET 용기는 경량성(Light Weight), 투명성(Transparency), 우수한 성형성(Moldability)을 갖추어 유성음료 분야에서 광범위하게 사용된다. 단, 투명 PET는 자외선·가시광선을 차단하지 못하므로 광분해 및 풍미 열화의 관리가 필요하다.

특히 유성음료에 사용되는 리보플라빈(Riboflavin, 비타민 B₂)은 광에 대해 고감도로 반응하는 광증감제(Photosensitizer)이다. 리보플라빈은 광 흡수 후 삼중항 상태(Triplet State)로 전이하며, 이 상태에서 산소(O₂)와 반응하여 단일항 산소(Singlet State Oxygen)를 생성한다. 이 활성산소가 오프플레이버(Off-Flavor)의 원인이 된다. 이러한 광산화 반응은 아래 반응 도식(그림 3-1)과 같이 진행된다.

PET 용기의 광산화 억제 대책으로는 차광 슬리브(Light-Shielding Sleeve), UV 차단 필름(UV Barrier Film), 차광 잉크(Light-Blocking Ink) 등을 활용하거나 차광성 소재와의 복합 용기를 사용한다. 500mL 이상의 대형 PET에서는 빛이 투과하는 면적이 커지므로 특히 주의가 필요하다. 일반적으로 PET 용기 제품의 품질 유지 기한은 약 6개월을 기준으로 설정한다.

3.3 종이팩 및 알루미늄 용기 (Paper Package and Aluminum Container)

종이팩(Carton)은 차광성이 우수하여 광산화 문제가 없고, 살균 충전 방식(Aseptic Filling)과의 조합으로 상온 장기 유통 제품에 적합하다. 알루미늄 캔(Aluminum Can)은 차광성, 가스 차단성이 완전하며 살균 조건에 대한 내성이 높아 고온살균 제품에도 대응 가능하다. 단, 산성 내용물과 직접 접촉 시 금속 용출(Metal Leaching)이 발생할 수 있으므로 내면 코팅(Internal Coating) 사양의 엄격한 관리가 필요하다.

제4장 제조 공정 (Manufacturing Process)

4.1 제조공정도 (Process Flow Diagram)

유성음료 제조의 일반적인 공정 흐름은 다음과 같다: 배합(Blending) → 교반(Mixing) → 균질화(Homogenization) → 살균(Sterilization) → 냉각(Cooling) → 여과(Filtration) → 탈기(Deaeration) → 충전(Filling) → 밀봉(Sealing) → 냉각 → 라벨 부착(Labeling) → 출하 검사(Final Inspection). 용기 종류(유리, PET, 종이팩)에 따라 세부 공정 순서와 살균 방식이 달라진다.

4.2 배합 (Blending)

배합(Blending)은 제품 설계 단계에서 확정된 레시피(Recipe)에 따라 각 원료를 계량하여 혼합하는 공정이다. 안정제, 유단백질, 산미료의 첨가 순서(Addition Sequence)는 유단백질 응집이 발생하지 않도록 엄격히 관리하여야 한다. 일반적으로 안정제를 먼저 충분히 분산·용해시킨 후 유단백질을 첨가하고, 마지막으로 산미료를 서서히 첨가하여 pH를 목표 범위로 조정한다.

4.3 가열(살균) 및 냉각 (Heat Treatment / Sterilization and Cooling)

(1) 가열 방식의 선택

유성음료의 살균(Sterilization)은 제품 pH, 당도(Brix), 용기 소재, 유통 조건에 따라 최적 방식이 달라진다. 주요 방식으로는 ① 열교환기(Plate Heat Exchanger, PHE)를 이용한 HTST(High Temperature Short Time), ② 관형 열교환기(Tubular Heat Exchanger)를 이용한 UHT(Ultra High Temperature), ③ 용기 충전 후 레토르트(Retort) 살균이 있다.

(2) 가열 조건

살균 강도는 제품의 pH 및 목표 미생물 제어 수준에 따라 결정된다. pH 4.0 이하의 산성 영역에서는 병원성 미생물의 성장이 억제되나, 내열성 사상균(Heat-Resistant Mold) 및 효모(Yeast)에 대한 제어가 필요하다. 유성음료에서 문제가 되는 내열성 미생물로는 Byssochlamys fulva, Talaromyces flavus, Neosartorya fischeri, Spololactobacillus inulinus, Alicyclobacillus acidoterrestris, Alicyclobacillus acidocaldarius 등이 있으며, 이들의 D값(Decimal Reduction Time)은 아래 표와 같다.

미생물 (Microorganism)	형태 (Type)	D값 (min)
Byssochlamys flava	곰팡이	D₈₆ = 14
Talaromyces flavus	곰팡이	D₉₀ = 3
Neosartorya fischeri	곰팡이	D₈₄ = 1.2
Spololactobacillus inulinus	세균	D₉₀ = 5.1
Alicyclobacillus acidoterrestris	세균	D₉₇ = 8.8
Alicyclobacillus acidocaldarius	세균	D₉₀ = 3.9

[표 3-1] 산성 유성음료의 내열성 미생물과 D값

(3) 살균 온도와 당도(Brix)의 관계

살균 온도는 당도(Brix), 품온(Product Temperature) 및 pH에 따라 조정되어야 한다. 당도가 높을수록 수분 활성도(Water Activity, Aw)가 낮아지고 열저항성이 증가한다. 살균 온도-당도 관계 그래프(그림 3-3)에서 볼 수 있듯이, 같은 살균 효과를 얻기 위해서는 Brix가 높을수록 더 높은 온도가 필요하다. 가온 판매(Hot Vending) 제품의 경우 제품 온도를 55℃로 유지하기 위해 살균 강도를 강화하여야 하며 (F₀ = 20기준), UHT 살균의 적용도 고려한다.

4.4 여과 (Filtration)

살균 후 불용성 이물 및 응집물을 제거하기 위해 여과(Filtration) 공정을 적용한다. 일반적으로 0.1~1.0μm 공경(Pore Size)의 막(Membrane)을 사용한 정밀여과(Microfiltration)가 적용되며, 여과 전 원심분리(Centrifugation)를 통해 전처리하는 경우도 있다. 여과 효율은 막 공경, 유입 압력(2~20MPa), 온도, 유체 점도의 영향을 받는다. 막 오염(Membrane Fouling) 관리를 위한 정기적인 세척 및 교체 주기 설정이 중요하다.

유성음료에서의 여과는 HTST 살균 후 80%Brix의 당액을 0~1℃ 수준으로 냉각한 후 적용하는 경우도 있다. 필터 막힘(Clogging)을 방지하기 위해 고형물 함량이 낮은 제품에 적용하는 것이 효과적이다.

4.5 탈기 (Deaeration)

탈기(Deaeration)는 제품 중에 용존 또는 분산된 산소를 제거하는 공정이다. 산소는 유지방(Milk Fat)의 산화(Lipid Oxidation), 색소의 퇴색, 비타민류의 분해, 미생물 증식 촉진의 원인이 된다. 탈기 방법으로는 진공 탈기(Vacuum Deaeration), 가스 치환(Gas Replacement, 예: 질소 치환), 가열 탈기(Thermal Deaeration) 등이 활용된다. 탈기 후 용존 산소량(Dissolved Oxygen, DO)은 제품에 따라 차이가 있으나 일반적으로 수 ppm 이하가 목표이다.

4.6 PET 충전 시 살균 및 탈기 (Sterilization and Deaeration for PET Filling)

PET 용기에 충전하는 경우 무균 충전(Aseptic Filling) 또는 핫 필링(Hot Filling) 방식이 사용된다. 핫 필링 방식에서는 내용물을 약 85~93℃ 고온 상태에서 충전하고 용기를 전도(Inversion)하여 용기 내면과 캡(Cap)을 살균한 후 냉각한다. 무균 충전은 내용물과 용기를 별도로 살균한 후 무균 환경(Aseptic Environment)에서 충전하므로 보다 부드러운 가열 조건(UHT: 135~150℃, 수초)을 적용할 수 있어 풍미와 영양소 보전에 유리하다.

4.7 정치 (Rest / Aging)

충전 후 일정 시간 정치(Rest)하여 내용물의 균일화(Homogenization of Product)를 도모하는 경우가 있다. 필요에 따라 냉각 정치(Cold Rest)를 적용하며, 이 과정에서 기포 제거와 향미 성분의 안정화가 이루어진다. 정치 후에는 목표 pH, 당도(Brix), 색도(Color), 관능 특성(Organoleptic Characteristics)을 확인하는 검사를 수행한다.

제5장 위생 관리 (Sanitation and Quality Control)

유성음료 제조에서는 미생물 오염(Microbial Contamination) 방지가 최우선 과제이다. 위생 관리는 원료 수입 검사, 제조 공정 관리, 제조 환경(설비, 배관, 충전 공간) 관리, 완제품 검사의 전 단계에 걸쳐 체계적으로 실시되어야 한다.

각 공정의 위생 관리 항목은 아래 표(표 3-2)와 같이 정리된다. HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point, 위해요소중점관리기준) 시스템의 도입이 권장되며, CIP(Cleaning In Place, 제자리 세척) 등 자동화된 세척·살균 시스템을 활용하면 사람에 의한 오염 리스크를 줄이면서 효율적인 위생 관리가 가능하다.

공정 (Process)	관리 항목 (Control Item)	비고 (Remarks)
원재료	원료	검사 성적서 확인
계량	배합 체크	제조 지시서 확인
조합	조합 탱크 위생 확인 조합 조건 관리	CIP 후 확인 시간, 온도
살균	살균 온도·시간 관리 살균기 내면 위생	기록 관리 CIP 실시
여과	필터 완전성 검사 필터 교체 주기	Integrity Test 이력 관리
탈기	용존 산소 측정 탈기 장치 위생	DO 기록 CIP 후 확인
충전	충전 온도·압력 관리 충전실 낙하균 검사 용기 위생 확인 충전량 확인	핫필링/무균충전 부유균 모니터링 용기 살균 기록 중량 기록
밀봉	씰 강도 확인 캡 토크 관리	정기적 파괴 검사 토크 기록
완제품 검사	pH, Brix, 색도, 관능 미생물 검사	규격 내 여부 확인 출하 판정

[표 3-2] 공정별 위생 관리 항목 (원문 p.377 표 3-2 기반, 항목 보완)

CIP 세척 시에는 세제 종류(산성·알칼리성·효소계), 세척 온도, 유속(Flow Velocity), 세척 시간의 조합이 중요하다. 세척 후에는 반드시 린스(Rinse) 공정을 실시하여 세제 잔류를 제거하고, 이어서 살균 처리(증기, 열수, 약액)를 실시한다. 세척·살균 절차는 표준화하여 기록(SOP: Standard Operating Procedure)으로 관리하여야 한다.

제조 환경 관리에서는 제조 공간 내의 낙하균 측정(Air Sampling), 접촉 검사(Contact Plate Test), 작업자의 위생 교육이 포함된다. 특히 살균 후 공정(충전, 밀봉)에서의 교차 오염(Cross-Contamination) 방지는 제품 안전성에 직결되므로 구역 구분(Zoning)과 진입 절차(Entry Protocol) 관리가 중요하다.