PART 6. 건조

: 식품내의 수분을 증발, 승화하여 제거하는 조작

: 식품에 존재하는 대부분의 수분을 증발시키는 단위조작 : 건조에 의하여 고체 또는 분말 상태의 제품을 얻음.

: 식품의 수분 일부만을 제거하여 상당량의 수분이 남게 되는 막분리나 증발, 농축, 압착 등의 방법과는 차이가 있음.

건조

◈원리

① 증발잠열의 공급 → 열전달 ② 수분의 이동 → 물질전달

① 식품에 존재하는 대부분의 수분을 제거함으로써 수분활성도 (water activity)를 낮추어 저장수명(shelf life)을 연장

② 식품의 부피와 무게를 줄여 운송과 저장 비용을 절감

③ 섭취 시의 편리성과 맛을 향상

④ 가루형태로 분쇄하여 가공제품 제조시 첨가와 혼합을 용이

건조

◈목적

◈단점

① 식품천연의 맛과 색, 텍스처 특성의 변화와 영양가치 저하

② 건조에 사용된 열이 미생물이나 효소의 불활성화(inactivation)에

충분하지 않을 경우, 저장과 유통 중 수분의 흡수로 미생물 또는 효소에

의한 변질 발생.

천일건조 및 가열건조

① 천일건조

: 자연조건에서 햇볕과 공기를 이용하는 방법.

② 가열건조

: 열전달을 통하여 수분을 증발시켜 제거하는 방법.

③ 열풍건조

: 뜨거운 공기를 사용하여 식품의 수분을 제거하는 방법.

: 공기는 열의 공급원으로서 뿐만 아니라 식품에서 증발된 수분을 운반하는 매개체로서 역할.

Psychrometry(습윤도표) : 물, 공기혼합물의 특성

-절대습도: 1kg 건조 공기가 갖고 있는 수분의 양(kg)

-상대습도: 동일한 온도와 압력하에서 공기 중의 수증기 분압과 물의 포화수증기압의 비

-습구온도: 온도계의 감응부를 젖은 헝겊으로 싸서 공기에 노출 (풍속 4.6m/s 이상)시킬 때 측정되는 온도

-공기엔탈피：1kg 공기와 함유된 수증기의 엔탈피 합

-비체적：건조공기 1kg과 동반된 수증기가 차지하는 부피

-습윤비열 : 건조 공기 1kg과 이에 동반된 수분을 포함한 공기의 비열 -이슬점 : 공기가 냉각되어 공기 중에 포함된 수증기가 응축되는 온도

습윤도표는 가로축에 건구온도(dry-bulb temperarure) 세로축에 절대습도 를 표시하고 습구온도(wet-bulb temperature), 상대습도, 이슬점(dew

point), 습윤비열, 비체적 등과 같은 공기 특성을 포함하고 있어, 두 가지 성

질이 제시되면 나머지 특성을 습윤도표로부터 읽을 수 있다.

수분함량

w.b.= wH

O

wd+ wH

O d.b.= wH

O wd

→ 수분함량 50%(w.b.) ??

eg) 수분함량 90% (w.b.) ⁼ ₁₀₊₉₀ ^{90 ×100}

(d.b.) ^{= 90} g H2O/g dry solid

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열풍(hot air)을 사용한 식품의 건조 공정에 영향을 주는 열풍 조건은 열풍의 온도와 상대습도, 그리고 열풍의 속도, 식품의 성분조성과 조직특성, 크기와 형태

열풍건조

◈ 건조단계와 건조속도 :예비건조기간

:항률건조기간

:감률건조기간

열풍건조기의 종류

① 컨베이어건조기

② 빈 건조기

③ 유동층건조기

④ 회전건조기

⑤ 분무건조기

⑥ 드럼건조기

: 열을 이용한 식품의 건조는 식품의 영양소와 향미,텍스처, 색에 영향을 줌.

열풍건조에 따른 식품의 영향

①영양성분

:수용성 비타민(riboflavin, vitamin c, thiamin)은 건조로 수분함량이 감소되면 서 과포화되어 침전. 비타민 C는 열과 산화에 민감하기 때문에 건조방법에 따라 차이가 있음.

:단백질은 큰 차이가 없음.

② 향미와 색

: 휘발성 성분도 함께 증발 손실되기 때문에 향미 감소.

: 낮은 온도에서 짧은 시간 건조, 산소와의 접촉을 줄여줌.

: 건조 중 여러 원인에 의해 탈색되거나 변화

: 카로티노이드 (carotenoid)와 클로로필(chlorophyll)이 산화되어 변색, 마이야르(Maillard) 반응으로 갈색화 현상, 폴리페놀 산화효소

(polyphenol oxidase)의 작용으로 저장 중 갈색으로 변색될 수 있기 때문에

데치기 혹은 아스코브산(ascorbic acid)처리를 하여 이를 방지.

열풍건조에 따른 식품의 영향

③텍스처

: 전분의 호화와 단백질의 변성이 발생.

: 단단함, 탄력성, 씹힘성 등 관능적 텍스처 특성에 영향

④ 흡수복원(rehydration)

분말건조식품의 복원성

1) 복원성 영향

① 습윤성 (Wettability) : 물을 흡수하여 녹기 시작하는 성질

② 침강성 (Sinkability) : 물속에 가라앉는 성질, 크기와 밀도가 클수록 증가 ③ 분산성 (Dispersability) : 물의 표면과 내부로 골고루 분산되는 성질

④ 용해성 (Solubility) : 녹는 속도와 녹는 정도

2) 복원성 향상

① 직접조립법 : 수분 6-8%, 표면의 부착성 증가로 조립, 건조, 냉각

② 재습윤조립법 : 수증기, 물, 용액, 습한 공기의 분무로 조립, 건조, 냉각

영향 인자

Texture Flavor & Aroma Color Nutritive

복합적 관계

화학적 변화 물리적 변화

가용성물질의 이동 수축(shrinkage)

표면경화(case hardening)

Vitamins 파괴 지방의 산화

단백질 변성 및 아미노산 파괴

갈변현상 및 색소의 파괴

건조가 식품품질에 미치는 영향

물리적 변화

①가용성물질의 이동(migration of soluble solid)

- 건조의 진행과 함께 가용성 고형물질은 수분과 함께 이동

- 건조 중 건조된 표면에서의 가용성 물질의 농도가 덜 건조된 내부보다 높아지 므로 농도 차에 의하여 표면에서 내부로 이동

② 수축(shrinkage)

- 육류와 채소류는 동결건조를 제외한 모든 건조방법에서 건조하는 동안 수축

③ 표면경화(case hardening )

- 식품표면에서 증발하는 수분량이 내부로부터 표면으로 확산하는 양보다 클 경우 식품의 표면은 건조되고 단단한 불투과성의 막을 형성하는데 이 현상을 표면경화라 함

화학적 변화

① 갈변현상 및 색소의 파괴

- 갈변속도는 수분활성도가 0.6~0.8에서 가장 높음

- 색소의 파괴로는 carotene, betanin, chlorophyll 등 산화에 의하여 건조 중 파괴되어 색소로의 활성을 잃음

②단백질 변성 및 아미노산의 파괴

- 단백질 변성에 영향을 미치는 인자

: 식품의 수분함량, 온도, 산, 전해질 및 pH

- 식품의 수분함량이 높으면 비교적 저온에서 변성이 일어나고 적으면 고온에서 일어남 - 건조초기의 식품의 온도가 55℃이상이 되면 단백질이 변성

- 건조공정 중 특히 열에 약한 필수아미노산인 lysine이 파괴되며 건조 중에 아미노산 이 환원당과 maillard 반응을 일으켜 아미노산 함량이 급격이 감소

③지방의 산화

- 지방산화속도는 수분활성도가 낮을 때 크며 수분활성도가 증가함에 따라 감 소하다가 중간범위 이후에 다시 증가

- 저온건조보다 고온건조에서 쉽게 산화되어 산패를 일으킴

④비타민의 파괴

- 건조공정 중 ascorbic acid 및 thiamin의 파괴율이 높음 - 지용성 비타민은 수용성 비타민에 비하여 손실이 적음

건조식품의 품질향상을 위한 방법

1) 건조방법

① 원료식품의 특성을 유지하려면 가급적 저온에서 건조

② 건조과정에서의 갈변, 변색, 이취의 발생을 방지하려면 진공건조, 동결건조 ③ 열풍건조에 의한 품질열화를 방지하려면 불활성가스인 질소, 탄산가스 기류 중

에서 건조

2) 전처리방법

① Blanching(열탕, 증기, 마이크로파 등에 의한 가열) ② 침지(염, 당, 글리세린 등)

: 식품을 동결시킨 다음 승화(sublimation)에 의해 수분을 제거하는 방법.

: 냉동건조는 동결된 상태에서 식품의 수분을 제거하기 때문에 식품의 물 리적, 화학적 변화가 적고, 다공성 구조를 갖게 됨.

: 식품의 관능적 특성과 영양적 품질을 최대한 유지할 수 있는 방법

냉동건조

◈ 장점

① 향미와 색에 영향 없음 ② 영양성분이 보존됨

③ 흡수 복원성(rehydration)이 좋음

④ 구조적 변화나 수축(shrinkage)이 거의 없음 ⑤ 열풍건조에서는 하기 힘든 육류건조가 가능함 ⑥ 대부분의 식품건조에 적용 가능

⑦ 식품 내 용질 이동의 최소화 ⑧ 낮은 밀도의 다공성 구조

◈ 단점

① 냉동과 진공을 위한 고가의 장비가 필요함

② 건조시간이 오래 걸리고 비용이 높음(최대 4배 정도)

③ 건조제품이 부스러지기 쉽고， 산화에 의한 변질이 일어날 수 있음

냉동건조는 식품의 냉동과 진공상태에서 얼음의 승화 단계로 이루어짐.

냉동건조 ^{(동결건조)}

1)냉동

: 식품의 냉동은 고체 식품의 경우 크기와 두께를 작게 하고 급속 냉동시켜 얼음입자의 크기를 미세하게 하며, 액체 식품은 완만 냉동시켜 얼음 모양을 격자 모양으로 크게 얼린다.

2) 건조

: 얼음은 4.58 Torr(610.5pa, 1 기압은 101.3x 10

pa) 이하의 압력에서 가열되면 액체로 되지 않고 승화(sublimation)되어 기체상의 증기가 됨.

: 승화에 의하여 형성된 수증기는 진공펌프를 통해 지속적으로 제거, 승화에 필요한 열을 승화 잠열(latent heat of sublimation)이라 하며, 복사열이나 가열판 또는 마이크로파 (microwave)를 사용하여 열을 공급하면 승화

시간을 단축 할 수 있다.

*3중점(triple point)

: 얼음 표면의 온도가 0℃ 이고 압력이 4.57Torr인 점 : 물의 기체, 액체, 고체가 함께 존재하는 조건

관능적 특성과 영양적 품질 변화가 거의 없으며, 적절한 포장 방법을 사용하면 냉동건조제품의 유통기간은 1년 이상이 가능

냉동건조에 따른 식품의 영향

1) 식품의 관능적 특성

: 향미성분의 손실이 거의 없음. 표면경화 현상이나 조직의 수축이 없음.

: 다공성이어서 흡수복원성(rehydration property)이 좋음.

2) 영양적 품질

: 단백질, 전분 및 탄수화물에 대한 영향은 아주 적다.

: 다공성 조직이어서 조직 내 산소의 양이 많아지면서 지방질의 산화가 촉진

: 지방질이 많은 냉동건조제품은 진공포장이나 질소 충전

Q&A