식품기사, 식품위생직 공무원 등 시험 대비 식품가공학 핵심 이론 요점 요약 정리 2. 수분활성도 저하에 의한 식품저장

 

1. 건조에 의한 식품저장
(1) 건조에 의한 저장 원리
- 건조란 식품 중의 수분을 증발이나 승화에 의해 제거하는 것
- 수분 감소와 용질의 농도 상승에 의한 수분활성도 저하로 저장성 향상
- 저장기간 연장, 무게 부피 감소, 수송 저장 편리, 단위당 영양성분 향상
- 풍미 저하, 퇴색, 영양성분 손실, 텍스처 손상 등 품질 저하 발생 가능
- 가능한 한 저온에서 짧은 시간에 건조하고 적절한 조건에서 저장
(2) 건조이론
- 공기(열풍)는 느낌열과 숨은열을 제공하고 수증기 운반기체의 역할 수행
- 느낌열(sensible heat) : 식품의 온도를 상승시키는 열
- 숨은열 (latent heat) : 수분의 증발에 필요한 열
(3) 건조속도 : 수분함량/시간
(4) 수분함량 : 습량기준(wet-weight basis), -건물기준(dry-weight basis)
- 습량기준 수분함량(%) = (수분/시료무게)×100
- 건물기준 수분함량(%) = (수분/고형물무게)×100
(5) 평형수분함량(equilibrium moisture content)
- 탈습(desorption) 수분의 양 = 흡습(adsorption) 수분의 양
(6) 유리수 또는 자유수(free water)
- 평형수분함량보다 많은 수분(건조과정 중에 제거할 수 있는 수분)


2. 항률건조기간
- 항률건조기간 중에 식품의 표면은 액체인 물로 포화되어 있음
- 식품내부에서 표면으로의 물 이동속도 = 식품표면에서의 수증기 증발속도
- 열전달(heat transfer) 속도와 질량전달(mass transfer) 속도 균형 이룸
- 건조속도는 열전달속도에 좌우됨(열전달속도를 증발잠열로 나누어 구함)
- 식품표면에서의 수증기 증발로 식품표면의 온도 : 열풍의 습구온도에 머무름


3. 감률건조기간
- 식품표면이 마르기 시작하면서 내부에서 표면으로의 수분이동속도가 감소
→표면에서의 수분증발량이 감소하면서 식품표면의 온도 상승이 시작됨
→식품표면의 온도는 궁극적으로 공기의 건구온도에 근접하게 됨
- 표면으로의 수분이동은 모세관이동 또는 확산이동에 의해 이루어짐


4. 건조 중 식품의 변화
(1) 식품표면에 고형물의 층 형성
- 식품내부의 수분이 수용성 물질을 운반
(2) 표면경화 (case hardening) 또는 겉마르기 현상
- 건조속도가 지나치게 빠를 경우 표면에 수분이 침투하기 어려운 피막 형성
- 건조속도가 오히려 감소하고 내부에 수분이 남아 있는 채 건조를 마침
- 건조할 때 공기의 온도와 습도를 조절할 필요가 있음
(3) 식품의 수축형산(shrinkage)
- 동결건조 제외
- 건조 초기의 수축되는 정도는 제거되는 수분의 양에 비례
- 건조 후기에는 수축현상이 줄어들면서 형태와 크기가 고정됨
(4) 식품에 미치는 영향
- 향미, 텍스처, 영양가, 저장성 등에 영향을 끼침
- 비타민 C는 열풍건조 등 건조과정 중에 손실(동결건조중 손실 거의 없음)
- 비타민 B1은 건조과정 중에 75%가 손실(blanching할 경우 15% 손실)
- 건조과정 중의 효소적 또는 비효소적 갈변 발생 (blanching과 아황산 처리로 감소)
- 지질 산화방지를 위해 항산화제를 첨가하는 것이 효과적


5. 식품의 건조장치
(1) 열풍건조법 건조장치
- 킬른 건조기, 캐비넷 건조기, 터널 건조기, 컨베어 건조기, 빈 건조기,
- 유동층 건조기, 기송식건조기, 회전식 건조기, 분무 건조기 등
(2) 접촉건조법 건조방치
- 드럼 건조기, 진공선반건조기, 진공대건조기 등
(3) 복사건조법 건조장치
- 복사열 건조기, 적외선 건조기, 마이크로파 건조기 등
(4) 동결건조법 건조장치
- 회분식 동결건조기, 다중진공실 동결건조기, 터널동결건조기 등
(5) 기타
- 탈수동결, 퍼프건조, 포말건조 등


6. 건조기 종류
(1) 킬른 건조기(kiln dryer)
- 공기히터, 틈바닥(slatted floor), 교반장치(turner 또는 rake)로 구성
- 시료 0.1-0.2 m 두께, 건조시간 길고 건조과정의 조절 어려움
- 호프(hop), 사과절편(apple ring), 맥아 등의 건조에 사용
(2) 캐비넷건조기(트레이건조기 cabinet dryer; tray dryer)
- 단열캐비넷 내에 공기순환팬, 공기유도조절판, 히터로 구성
- 히터로 개스버너, 스팀식 열교환기, 전기히터 등 사용
- 저렴한 제작 및 유지 보수, 과실, 채소의 건조, 실험공장 작업에 사용
(3) 터널건조기 (tunnel dryer)
- 정사각형(가로 2 m, 세로 2 m), 길이 24 m 정도의 터널
- 금속망 트레이 적재 트럭(식품선반차) 이동, 열풍(2.5-6.0 m/s)으로 건조
- 과실, 채소의 건조에 사용되는 반연속식 건조 장치

1) 병류식(co-current system):
- 원료식품의 입구(wet end)에서 증발속도가 빠름
- 건조제품의 출구(dry end)에서 낮은 수분함량을 얻기는 어려움
- 과열로 인한 식품의 열손상 위험 최소화 가능

2) 역류식(counter-current system):
- 원료식품의 입구에서 증발속도가 낮아 변질 위험 있음
- 건조제품의 출구에서 아주 낮은 수분함량의 제품을 얻음
- 과열로 인한 식품의 열손상 위험 있음
- 일반적으로 병류식보다 열에너지 사용면에서 더 경제적
(4) 컨베어 건조기(conveyor dryer
- 벨트 컨베어 (belt conveyor) 상에서 식품이 이동하며 건조되는 장치
- 병류식과 역류식을 동시에 활용하므로 효과적
(5) 빈건조기(bin dryer)
- 틈바닥망 (false bottom), 송풍기, 가열기로 구성된 빈(bin) 형태
- 건조속도가 느리나 제작비나 운영비가 저렴해 식품 마감건조에 자주 사용
(6) 유동층(또는 부유식) 건조기(fluidized bed dryer)
- 다공판(perforated plate), 히터, 송풍기, 집진기(cyclone)로 구성
- 회분식 시스템과 연속식 시스템으로 구분
- 열풍을 식품의 아래에서 위로 불어 식품이 열풍 중에 부유하면서 건조
- 건조속도가 빠르고 작업의 조절이 간편하며 건조가 균일한 장점
- 열풍으로 부유가 가능한 식품에 적용
- 완두, 두류, 당근, 양파, 감자, 육류, 밀가루, 코코아, 커피, 소금, 설탕에 적용
(7) 기송식건조기(pneumatic dryer)
- 유동층 건조의 열풍의 속도를 크게 확대함으로써 건조와 이송을 동시에 함
- 건조속도가 빠름, 열풍으로 부유가 가능한 식품에 적용
- 곡식, 밀가루, 감자(potato granule), 육류(meat cubes)의 건조에 이용
(8) 회전식 건조기(rotary dryer)
- 원료식품을 원통형 용기에서 회전시키면서 열풍으로 건조
- 건조속도가 빠르고 건조가 균일
- 자유흐름특성이 있는 육류 pellet, 그라뉼슈가, 코코아빈 등에 적용
(9) 분무 건조기(spray dryer)
- 액체식품을 직경 10-200 μm 입자로 분무
- 표면적 극대화 상태에서 열풍과 접촉킴
- 별도의 분말화과정 없이 1-10초 안에 신속하게 건조
(10) 드럼 건조기(drum dryer)
- 스팀으로 가열한 드럼표면에 액체식품을 일정한 두께로 코팅 → 드럼이 한 바퀴 회전
하는 동안 건조된 식품을 칼날로 제거하여 분말화


7. 염장 후에 일어나는 변화
(1) 수분함량의 변화
- 염장식품의 수분함량은 세 가지 작용이 평형을 이루는 점에서 결정됨 :
① 높은 삼투압에 의해 탈수작용
② 침투 소금 용액에 단백질이 용해되고 이 용액의 삼투압에 의해 수분 재흡수
③ 식품 중의 소금농도가 높아지면 단백질의 염석 현상이 생겨 수분 흡수 정지
- 염수법 : 소금농도 농도 높을수록 탈수량 증가, 염장온도 낮을수록 탈수량 감소
- 건염법 : 소금 사용량 많을수록 탈수량 증가
(2) 중량의 변화
- 식염 침투, 수분 증가, 또는 수분 감소, 육질 일부 용출로 제품 중량 변화
- 건염법 : 소금 사용량 많을수록 무게 감소
- 염수법 : 염장조건에 따라 무게 증가 또는 무게 감소
(3) 화학성분의 변화
- 근육단백질은 묽은 소금용액에서 용해, 농도가 높아지면 변성
- 용성 단백질, 무기질, 비타민, 엑스분(extractive) 등의 일부 소금용액에 손실
- 온도가 높을수록 신선도가 낮을수록 염장기간이 길수록 손실이 많아짐
(4) 탄성의 변화
- 염건품 : 육조직이 단단해지고 탄성이 있는 제품
- 고기풀 : 2-3%의 소금을 가하고 마쇄하면 점착성이 있는 sol 형태로 변화. 이를 가열하
든가 상온에 오래 두면 탄성이 있는 gel상 구조로 변화
(5) 자기소화
- 자기소화(autolysis)는 식염에 의해 어느 정도 저해되나, 완만하게 진행됨
- 효소가 많은 내장을 제거하지 않을 경우 자기소화가 더 잘 일어남
(6) 염장어육의 적변
- 여름철 염장어류 적변 : 미생물의 적색색소 생산 때문임
- 적변의 최적온도 45-48℃(25℃에서 적변 되는데 3배의 시간 걸림)
- 적변방지를 위해 sorbic acid 등을 첨가하고 염장 용기를 깨끗이 소독함