1. 수분

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1. 수분

(Water)

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목 차

1-1. 수분의 역할

1-2. 식품내 수분의 형태 1-3. 자유수와 결합수 1-4. 수분활성도

1-5. 수분활성도와 식품저장 1-6. 식품중의 수분함량

1-7. 등온흡습(탈습)곡선

1-8. 등온흡습(탈습)곡선 각영역의 특징

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1-1. 수분의 역할 `

v 수분의 역할

• 식품성분의 용매 역할과 화학반응

• 조직감의 변화

• 미생물 성장

v 식품의 수분 함량

• 쌀 콩 등 곡류 10-15%

• 감자 고구마 등 구근류 60-80%

• 육류 65-70%

• 채소류 90% 이상

• 쌀 14%, 떡 45%, 밥 65%, 밀가루 14%, 삶은 국수 72%, 메밀 12%,

• 메밀묵 85% , 수박 94%, 사과 86%, 김치 78%, 생선 75%, 고기 65%

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1-1-1. 식품의 수분 함량

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v 식품의 수분함량

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1-2. 식품내 수분형태

1) 결합수(bound water) : 수화수

식품성분(탄수화물, 단백질)과 결합한 물 식품성분의 작용기와 물분자의 수소결합

이동, 동결, 증발되지 않고 용매, 미생물증식, 효소반응에 이용되지 않음 2) 준결합수(semi-free water) : 다분자층 흡착수

결합된 힘은 약하지만 자유롭게 운동할 수 없는 물 3) 자유수(free water) : 유리수

식품성분과 결합하지 않은 물

비점, 융점, 증발열, 비열, 비중, 표면장력, 점성이 큼

이동, 동결, 증발하기 쉽고 용매, 미생물증식, 효소반응에 이용

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1-3. 자유수와 결합수

• 자유수(유리수) : 용매로 작용하는 보통형태의 물

• 결합수(수화수) : 식품 성분과 결합하고 있는 수분

자유수 결합수

용매 : O X 건조 : O X 동결 : O X 미생물 이용 : O X

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1-3-1. 자유수와 결합수

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v 자유수와 결합수의 특성

자료: 조신호 외(2014). 식품화학.

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1-4. 수분활성도

• 수분활성도(Water Activity, Aw) : 어떤 온도에서 식품의 수증기압(P)과 순수한 물의 수증기압(Po)의 비

Aw = P / Po

• 순수한 물 : Aw = 1(P = Po)

• 대부분 식품 : 0 < Aw < 1

• 수분많은 식품(과일, 채소류) : 0.98-0.99

• 수분적은 식품(곡류, 콩류) : 0.60-0.64

• 평형상대습도(Equilibrium Relative Humidity, ERH) : 식품이 수분 함량 이 흡습 또는 탈습에 의해 변동이 일어나지 않는 상대습도

• ERH = P / Po(Aw) x 100, Aw = ERH / 100

• Aw : 미생물이 이용할 수 있는 수분의 양

• 미생물이 번식할 수 있는 Aw : 미생물의 성장과 Aw

• 곰팡이 0.80 이상, 효모 0.85 이상, 세균 0.90 이상

• 건조, 냉동, 소금 → Aw 감소 → 미생물번식 억제

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1-4-1. 수분활성도

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< 순수한 물과 식품의 증기압 비교 >

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1-4-2. 수분활성도

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(11)

1-4-3. 수분활성도와 상대습도

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1-5. 수분활성도와 식품저장

• 건조 → 자유수 감소 냉동 → 자유수 동결

소금, 설탕 첨가 → 자유수와 결합 → 자유수 감소 → 결합수 증가

• Aw : 미생물이 이용할 수 있는 수분의 양 미생물증식 : 0.80 이상에서 성장

곰팡이 0.80 이상, 효모 0.85 이상, 세균 0.90 이상 (수분활성 : 곰 < 효 < 세)

미생물억제 : 0.7 이하

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1-6. 식품중의 수분함량

식품중의 수분함량 : 환경조건에 따라 항상 변동 → 상대습도 고려 수분함량 표시 : % X, 수분활성 O

식품자체의 수분함량과 대기의 상대습도(Relative Humidity, RH)간의 상관관 계에 영향

상대습도(Relative Humidity, RH) : 식품주위의 상대습도 RH = 수분활성(Aw ) x 100

식품 : 대기습도 증가 → 수분 흡습, 대기습도 감소 → 수분 탈습(건조) 건조식품 : 흡습곡선 근처 → 눅눅

수분식품 : 탈습곡선 근처 → 건조

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1-7. 등온흡습(탈습)곡선

등온흡습(탈습)곡선 : 평형수분함량과 상대습도사이의 관계

평형수분함량(Equilibrium Moisture Content, EMC) : 상대습도와 평형에 이르 는 수분

식품의 Aw값과 실제 식품의 수분함량과의 관계

x-축 : 상대습도(수분활성), y-축 : 평형수분함량 → 역 S(sigmoid)자형 곡선 등온흡습곡선 : 식품이 대기 중의 수분을 흡수하여 평형수분함량에 도달하는 곡선, 식품이 수분을 방출하여 평형수분함량에 도달하는 곡선

이력현상(hysteresis, 히스테리시스) : 흡습과정과 탈습과정에서 식품의 수분 함량의 차이 → 등온흡습곡선과 등온탈습곡선의 불일치 현상

흡습과 탈습은 가역반응이 아님 → 흡습곡선과 탈습곡선은 일치하지 않음 → 흡습보다 탈습할 때 수분함량(Aw) 증가

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1-8. 등온흡습(탈습)곡선 각 영역의 특징(1)

I(A) 영역 : 결합수(Aw < 0.25) 단분자층 형성영역

이온결합(극성결합) 유지의 산화발생

II(B) 영역 : 준결합수(0.25 < Aw < 0.8) 다분자층 형성영역

수소결합(비극성결합)

식품보존의 최적수분함량

III(C) 영역 : 자유수(Aw > 0.8) 모세관 응축영역

용적수

화학반응 및 효소반응 촉진 미생물 증식 활발

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1-8. 등온흡습(탈습)곡선 각 영역의 특징(2)

I(A) 영역 : 유지 산화

유지의 산화발생 : 0.1～0.3

수분활성도에 비례하여 유지의 산화 억제 : 유지산화는 수분활성에 반비례 II(B) 영역 : 비효소적 반응

갈변 최대 : 0.6～0.7

III(C) 영역 : 미생물 성장, 효소반응 미생물 성장 : 미생물 증식 활발 미생물증식 : 0.8 이상

세균 : 0.90 이상, 효모 : 0.88 이상, 곰팡이 : 0.80 이상에서 성장 (수분활성 : 곰 < 효 < 세)

미생물번식 억제 : 0.7 이하

효소반응 : 화학반응 및 효소반응 촉진 결합수 : Aw = 0.4 이하, 효소 활성 정지

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1-8-1. 수분활성도와 반응속도

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< 식품의 각종 변성 요인의 반응속도와 수분활성과의 관계>

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1-8-2. 수분활성도와 수분함량

`수부

< 여러 가지 식품의 수분활성과 수분함량 >