식품 공학, 식품기사, 위생사, 영양사 대비 식품가공공정학 6. 건조

6. 건조

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: 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.

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◈ 원리

① 증발잠열의 공급 → 열전달

② 수분의 이동 → 물질전달

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◈ 목적

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

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◈ 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.

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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.

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Psychrometry(습윤도표) : 물, 공기혼합물의 특성

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.

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-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

수분함량

열풍건조

열풍(hot air)을 사용한 식품의 건조 공정에 영향을 주는 열풍 조건은

열풍의 온도와 상대습도, 그리고 열풍의 속도, 식품의 성분조성과

조직특성, 크기와 형태

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◈ 건조단계와 건조속도

:예비건조기간

:항률건조기간

:감률건조기간

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열풍건조기의 종류

① 컨베이어건조기

② 빈 건조기

③ 유동층건조기

④ 회전건조기

⑤ 분무건조기

⑥ 드럼건조기

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열풍건조에 따른 식품의 영향

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

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.

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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.

③텍스처

: 전분의 호화와 단백질의 변성이 발생.

: 단단함, 탄력성, 씹힘성 등 관능적 텍스처 특성에 영향

④ 흡수복원(rehydration)

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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

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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

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건조가 식품품질에 미치는 영향

물리적변화

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

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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

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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

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③지방의 산화

- 지방산화속도는 수분활성도가 낮을 때 크며 수분활성도가 증가함에 따라 감

소하다가 중간범위 이후에 다시 증가

- 저온건조보다 고온건조에서 쉽게 산화되어 산패를 일으킴

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④비타민의 파괴

- 건조공정 중 ascorbic acid 및 thiamin의 파괴율이 높음

- 지용성 비타민은 수용성 비타민에 비하여 손실이 적음

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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

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2) 전처리방법

① Blanching(열탕, 증기, 마이크로파 등에 의한 가열)

② 침지(염, 당, 글리세린 등)

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냉동건조

: 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

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◈ 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

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냉동건조(동결건조)

* 냉동건조는 식품의 냉동과 진공상태에서 얼음의 승화 단계로 이루어짐.

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.

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2) 건조

: 얼음은 4.58 Torr(610.5pa, 1 기압은 101.3x 103pa) 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.

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*3중점(triple point)

: 얼음 표면의 온도가 0℃ 이고 압력이 4.57Torr인 점

: 물의 기체, 액체, 고체가 함께 존재하는 조건

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냉동건조에 따른 식품의 영향

관능적 특성과 영양적 품질 변화가 거의 없으며, 적절한 포장 방법을

사용하면 냉동건조제품의 유통기간은 1년 이상이 가능

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1) 식품의 관능적 특성

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

: 다공성이어서 흡수복원성(rehydration property)이 좋음.

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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