식품가공 및 저장과 관련 있는 요인 - 수분(水分) (결합수와 자유수, 식품의 수분활성도, 등온흡습곡선)

소개글

식품가공 및 저장과 관련 있는 요인 - 수분(水分) (결합수와 자유수, 식품의 수분활성도, 등온흡습곡선)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 결합수와 자유수

2. 식품의 수분활성도

3. 등온흡습곡선

본문내용

0.0146 + 5.56
Aw = 0.997
[그림 3] 라울의 법칙(Raoult's law)과 수분 활성도의 계산 방법
식품 저장성이 좋고 나쁨은 단순히 식품에 함유된 수분 함량의 많고 적음에 의해 결정되지 않는다. 그 이유는 식품에 존재하는 수분의 상태가 위에서 기술한 것처럼 서로 다르기 때문이다. 식품에 존재하는 수분 함량은 밀폐된 용기에 들어 있는 경우를 제외하고는 대기 중에 방치할 경우 수분이 서로 교환되어 평형 상태에 이른다. 즉 대기 중의 습도가 높으면 식품은 수분을 흡수하며 낮으면 식품은 건조된다. 그러므로 식품 중의 수분 함량을 정적인 것으로 보지 않고 식품 자체의 수분함량과 대기의 상대습도(RH : Relative Humidity)간의 상관관계에 영향을 받는 동적인 것으로 보아 이 두 값의 비율인 수분활성도(Aw : Water Activity)의 개념을 사용하며 실제로 미생물에 의한 변패와 산화, 갈변 등의 화학 반응에 관여하는 수분의 지표로 수분 함량(%)보다는 수분활성도(Aw)를 이용한다. 수분활성도(Aw)는 순수한 물의 수증기압(Po)과 그 온도에서 식품의 수증기압(P)의 비를 말한다.
수분활성도(Aw)
대 상 식 품
0.9 이상
채소, 과일, 어패류, 연제품, 식육가공품, 빵 등
0.9~0.6
카스테라, 사라미 소시지, 곡류, 두류, 소금에 절인 연어, 된장, 간장, 잼, 젓갈, 건어물, 건조과일 등
0.6~0.5
건멸치, 건국수, 건라면, 향신료(수분 10%), 가다랭이포(가스오부시), 사탕 등
0.5~0.3
건조 계란(수분 5%), 비스켓(수분 3~5%) 등
0.2
분유(수분 2~3%), 건조채소(수분 5%), 콘플레이크 등
[표 2] 각종 식품의 수분활성도
Aw = P/Po 또는 Aw = 상대습도(RH)/100
위 식에 의하면 순수한 물의 Aw는 1이며, 표 2와 같이 식품은 각종 성분이 함유되어 있어 Aw는 항상 1 보다 작은 값이 된다. Aw가 0.9 이상(수분 함량이 50% 이상)인 생선식품류는 미생물이 번식하기 쉬워 단시일 내에 부패하기 쉬우나, Aw가 0.65~0.9(수분 함량이 10~40%)인 식품류는 세균의 생육이 억제되고 물을 첨가하거나 가열하지 않고도 먹을 수 있으며 충분한 가소성을 지녀 감촉도 좋고 포장이 용이하다. 이와 같은 식품을 중간수분식품이라 하며 잼, 젤리, 거조 과일, 드라이 소시지, 양갱, 훈제품, 된장, 간장, 소금에 절여 말린 생선, 등이 이에 속한다(표 3, 그림3). 최근에는 알코올과 설탕을 가아여 Aw를 낮추고 블랜칭(blanching) 처리를 하거나 항균제, 항산화제 등을 첨가하여 저장성을 높인 새로운 중간 수분식품의 개발이 진행되고 있다.
미생물의 종류
최저Aw
미생물종류
Aw
일반 세균
일반 효모
일반 곰팡이
0.90
0.88
0.80
호염 세균
내건성 곰팡이
내삼투압성 효모ㆍ곰팡이
0.75
0.65
0.61
[표 3] 미생물의 생육과 수분활성도
[그림 3] 미생물의 생육과 수분활성도
3. 등온흡습곡선
수분이 50% 이하인 식품을 일정 온도 하에 두고 각기 다른 상대습도에 두면 식품의 수분은 상대습도와 평형을 이루며 이때의 수분 함량을 평형 수분함량(%)이라 한다. 식품 중 수분의 존재 상태를 나타내는 등온흡습곡선(moisture sorptionisotherm)은 일정한 온도에서 여러 가지 상대습도로 조절된 용기에 식품을 넣고 상대습도와 식품의 수분이 평형을 이룰 때 대기 중의 상대습도를 횡축에 놓고 종축에는 여기에 대응하는 식품의 평형수분함량을 표시한 점을 연결한 것으로 모양은 역S자형의 곡선이다. 이 곡선은 그림 3과 같이 곡선의 기울기가 다른 세 영역으로 나뉘는데, Ⅰ영역은 원점에서 저습도역의 굴곡점(Aw 0.1~0.2)까지의 물로서 식품의 조직 성분과 이온결합을 통해 단단히 결합하여 단분자층(monolayer)을 이루는 결합수이다. Ⅱ영역은 저습도역의 굴곡점에서 고습도역의 굴곡점까지로 이 영역의 물은 물-용질 사이의 수소결합에 의해 다중층(multilayer)으로 흡착된 준결합수로서 식품의 가용성 성분을 용해한다. Ⅲ영역은 고습도역의 굴곡점 이사의 물로서 식품의 다공질 구조에 응축하여 존재하며 결합도가 가장 약하여 이동이 자유로운 자유수이다. Ⅲ영역의 물은 전체 물의 95% 이상을 차지한다.
등온흡습곡선은 식품의 성분 조성이 비슷하면 거의 비슷한 곡선을 그리며 같은 식품이라도 식품 주위의 온도가 다르면 다른 모양을 나타낸다. 그림 4에서 A형은 밀가루, 전부, 정백미, 건면 등의 전분질 식품이, B형은 육류, 난류, 치즈 등의 단백질 식품이, C형은 피망, 고구마, 콩, 양배추, 양파, 우유 등의 고당함량 식품이 각각 나타내는 곡선이다.
[그림 4] 각종 식품의 등온흡습곡선
식품의 저장성을 높이기 위해서는 수분의 함량을 낮추어야하나, 건조에 의해 과도하게 수분이 감소되면 오히려 식품 성분의 산화에 의해 변ㆍ퇴색이나 성분의 열화가 일어난다.
그림 5에서 건조가 진행됨에 다라 수분활성도가 낮아져 여러 가지 미생물이 생육하지 못하고 효소에 의한 변질 및 비효소적 갈변반응은 어려워지나, 낮은 수분활성도 영역(Aw<0.2)에서 오히려 지질의 산화반응은 속도가 증가되는 특이한 현상이 나타난다. 이것은 단분자층을 이루는 수분이 과산화물이나 산화를 촉매하는 금속 이온들을 수화하여 지질의 산화를 막고 있는데 이 단분자층이 과도한 건조(Aw<0.2)에서 의해 파괴되므로 직접 공기에 노출되어 산화가 일어나는 것이다. 그러므로 단분자층을 형성하는 수분 함량이 식품의 열화를 일으키지 않고 저장성을 부여할 수 있는 최소 필요량이며 최대 허용량이다. 각 식품은 각기 다른 등온 흡습곡선을 나타내어 단분자층을 형성하는 수분 함량도 표 4와 같이 제각기 다르므로 건조 시에는 고려하여야 한다.
[그림 5] 수분활성도과 식품의 저장성
식 품
수분(%)
식 품
수분(%)
A
소 백 분
정 백 미
옥수수 전분
8.2
7.7
8.8
C
탈지분유
대 두 분
차(茶)
4.8
3.8
3.4
B
동결건조 돼지고기
가다랭이포
건조 전란
5.8
5.0
4.7
D
동결건조 당근
4.4
[표 4] 각종 식품의 단분자층 형성 수분 함량

키워드

식품가공,   저장,   수분,   결합수,   자유수,   식품의 수분활성도,   등온흡습곡선,   식품가공 및 저장