NETZSCH Kinetics Neo 소프트웨어로 저온 살균 중 단백질 변성 예측하기

열 저온 살균에서 단백질 변성이 중요한 이유

저온 살균은 가장 중요한 식품 가공 기술 중 하나로, 미생물 안전성을 확보하고 유통기한을 연장합니다. 열처리는 온화하게 설계되었지만 온도에 민감한 성분, 특히 단백질에 영향을 미칠 수밖에 없습니다. 단백질은 용해도, 겔화, 유화 등 중요한 기능적 특성을 제공하기 때문에 고품질 식품 원료를 개발하려면 열에 어떻게 반응하는지 이해하는 것이 필수적입니다. 단백질의 변성은 앞서 언급한 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

전통적인 저온 살균 기술은 온도와 지속 시간이 매우 다양합니다. 배치 또는 LTLT(저온 장시간) 처리는 몇 분에 걸쳐 제품을 천천히 가열하는 반면, HTST(고온 단시간) 공정, 초고온 살균 및 UHT(초고온)는 식품을 몇 초 동안 높은 온도에 노출시킵니다. 각 방법은 미생물 제어와 제품 품질 사이에 서로 다른 균형을 제공합니다. 그러나 과도한 열은 단백질 변성, 영양가 손실, 질감이나 외관 변화로 이어질 수 있습니다. 고압 처리 및 펄스 전기장과 같은 비열적 대안이 등장했음에도 불구하고 열 저온 살균은 여전히 많은 산업 분야에서 지배적인 방식입니다. 따라서 단백질에 대한 열 효과를 평가하고 최적화할 수 있는 예측 도구의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다.

DSC 커브에서 키네틱 모델까지: 열로 인한 단백질 변화 예측하기

NETZSCH Kinetics Neo는 온도에 따른 반응을 모델링하도록 설계된 강력한 소프트웨어 플랫폼입니다. 이 소프트웨어는 NETZSCH 열 분석 기기의 데이터를 동역학적으로 분석하여 복잡한 반응 경로에 대한 모델 없는 설명과 모델 기반 설명을 모두 구성할 수 있습니다. 단백질 변성 연구의 경우, 이를 통해 연구자들은 단순히 DSC 곡선을 관찰하는 것에서 벗어나 특정 온도 프로파일에서 단백질이 어떻게 전개되는지 밝혀내는 정밀한 동역학 모델을 개발할 수 있습니다. 그런 다음 이러한 모델을 사용하여 실제 처리 조건에서 변성 정도를 예측할 수 있습니다.

최근 애플리케이션 노트에서는 열 거동을 파악하기 위해 시차 주사 열량 측정법(DSC)을 사용하여 효모 단백질 분산을 분석했습니다. 첫 번째 가열 사이클 동안 단백질은 44°C에서 78°C 사이에서 광범위한 변성 현상을 보였습니다. 두 번째 가열 사이클에서는 열 영향이 나타나지 않아 변성의 비가역성을 확인했습니다. 이 과정의 동역학을 확립하기 위해 여러 가열 속도에서 측정을 수행했습니다. Kinetics Neo 소프트웨어를 사용하여 이러한 데이터 세트를 평가한 결과, 모델 없는 프리드먼 분석과 3단계 모델 기반 접근법을 모두 사용하여 우수한 일치도를 확인했습니다.

열에 의한 변성 연구에 필수적인 기포와 세포 구조를 보여주는 열 분석 중인 효모 단백질 분산. — 그림: 효모 단백질

Kinetics Neo 시뮬레이션을 통한 저온 살균 공정 최적화

동역학 파라미터를 설정한 후 Kinetics Neo 를 사용하여 일반적인 저온 살균 조건에서 단백질 변성을 시뮬레이션했습니다. 예측 결과 두 방법 간에 상당한 차이가 있는 것으로 나타났습니다. 일괄 저온 살균은 전체 처리 시간이 경과하기 훨씬 전에 거의 완전한 변성으로 이어졌습니다. 이와 대조적으로, UHT 처리는 빠르고 광범위한 변성을 일으켰습니다(1초 후 원 단백질의 약 10%만 남음). HTST는 더 경미했지만 여전히 단백질 함량의 상당 부분에 영향을 미쳤습니다. 초저온 살균은 매우 짧은 노출 시간으로 인해 전반적인 변성이 제한되어 대부분의 고유 단백질을 보존할 수 있는 유일한 방법이었습니다.

이 연구는 동역학 모델링이 저온 살균 전략의 최적화를 어떻게 지원할 수 있는지를 강조합니다. 식품 제조업체는 NETZSCH Kinetics Neo 을 사용하여 단백질 기능을 유지하고, 실험 작업량을 줄이며, 열처리에 대한 보다 통제된 접근 방식을 취하는 처리 창을 Identify 할 수 있습니다. 그 결과 제품 품질과 개발 효율성을 모두 개선하는 데이터 기반 프로세스 설계 접근 방식을 사용할 수 있습니다.

.