[귀농귀촌] 식품 가공 - 냉동

 

식품의 냉동

가. 식품냉동의 정의

식품냉동은 식품을 환경온도 이하의 온도에서 처리 및 저장하여 장기간 품질을 보존할 수 있도록 처리하는 조작을 말한다. 따라서 식품냉동은 크게 저장 전 환경온도 이하로 품온을 낮추는 조작인 냉동공정과 이를 저장하는 냉장공정으로 나눌 수 있다. 또한 냉동공정은 얼지 않는 온도 범위로 품온을 낮추는 조작인 냉각 처리공정과 어는 온도 범위로 품온을 낮추는 조작인 동결 처리공정으로 나눌 수 있다.

나. 식품냉동의 원리

(1) 식품 원료로서 농산물은 수확, 수산물은 어획, 축산물은 도살한 후에는 이것들이 살아 있을 때와는 다른 변화가 일어난다. 이와 같은 식품 원료는 사후에 숙성과 같이 일부 바람직한 현상이 일어나기도 하나 생체 시에 진행되던 미생물에 대한 억제기구가 파괴되고 그 기능이 저하하므로 미생물에 의한 작용의 시작으로 생물학적 요인(채소 및 과실의 증산 및 호흡 작용 등), 화학적 요인(산소 및 효소 반응 등) 및 물리학적 요인(빙결정 생성 등)에 의하여 품질 악변이 일어난다.

이와 같은 식품의 사후 변화는 저온저장에 의하여 억제 가능하고, 그 원리는 다음과 같다.

○ 청과물의 생물학적 변화 및 저온에 의한 억제

수확 후 청과물의 신선도를 유지하기 위해서는 반드시 증산작용을 억제(적정한 습도 유지, 방습포장 및 암소 유지)하여야 함과 동시에 호흡작용을 억제(공기조성을 호흡작용에 부적절한 조성으로 변화시키고 이어 저온저장하여 발열에 의한 호흡
촉진을 억제)하여야 한다. 그러나 청과물은 동결점 이하에서 동결 상태로 되면 보통은 조직의 변질이 크게 진행되어 이용에 제한을 받는다. 빙결점 이상에서도 아열대 과실과 같은 식품에서는 저온장해와 같은 생리기능의 이상 현상을 일으키는 것이 있다.

○ 식물의 물리학적 변화 및 저온에 의한 억제

식품은 빙결점 이상과 이하의 온도에 노출시키는 경우 증발과 승화와 같은 표면건조가 진행된다. 이와 같은 식품의 건조는 온도 강하에 따라 수증기압이 감소하기 때문에 늦어질 뿐만 아니라 빙결정의 생성으로 자유수가 감소함으로 인하여 수분활성이 감소되고, 미생물의 증식이 억제된다. 하지만 식품은 빙결정 이하에서 빙결정의 생성으로 자유수가 감소하여 수분활성이 감소함으로 인해 미생물의 증식 억제 효과가 있으나, 이로 인하여 염류 농도가 증가해 단백질 변성과 지질산화 등이 일어나 품질 저하가 야기되기도 한다.

○ 식품의 화학적 변화 및 저온에 의한 억제

지질의 산호, 색소의 퇴색, 선도 저하 등과 같은 화학반응 속도는 온도의 증감에 따라 온도계수(Q10)의 관계가 있으며 일반적으로 온도가 10℃ 저하하면 반응속도는 1/2∼1/3로 저하한다. 따라서 식품을 저온저장하면 화학적 변화의 억제가 가능하
다.

○ 식품의 미생물학적 변화 및 저온처리에 의한 억제

미생물은 식품을 5℃ 이상의 온도에 저장하는 경우 적정온도의 범위에서 작용을 하여 시간의 경과와 더불어 식품의 변패에 관여한다. 그러나 미생물과 효소, 해충들은 특수한 경우를 제외하고 5℃ 이하에서는 증식이 곤란하다.
이상과 같이 식품 저장 중의 품질저하는 생물학적, 물리학적, 화학적, 미생물학적 과정이 단독 또는 복합적으로 관여하고 있다. 그러나 채소나 과실 등과 같은 생체 식품에서는 생물학적 과정에 의한 영향이 가장 크며, 어육 및 축육 등과 같은 비생체 식품에서는 화학적 및 미생물학적의 양 과정에 의한 변화의 영향이 크다. -10℃ 이하의 동결 상태에서는 생물학적 및 미생물학적인 양 과정의 진행은 실질적으로 정지하지만, 물리학적 및 화학적인 양 과정의 경우 억제는 되지만 정지되지 않고 서서히 변질이 진행한다.

 

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다. 동결현상과 관련 용어

(1) 빙결점

빙결점은 대상 물체의 품온을 강하시키면 빙결정이 생성되게 되는데, 이 빙결정이 처음으로 생성되는 온도, 즉 얼기 시작하는 온도를 말한다.

(2) 식품의 공정점

식품 중의 수분은 순수한 물이 아니고 각종 염류나 당류가 녹아있는 용액 상태로 되어 있다. 이와 같이 식품 중의 수분이 완전히 동결되는 온도를 식품의 공정점이라 한다. 식품의 공정점은 그중에 녹아 있는 염류의 공정점에 의해 좌우된다.

(3) 과냉각 현상

과냉각 현상은 냉각 대상물체가 빙결점에 도달하여도 빙결정이 석출되지 않고 더 저온으로 내려가야 빙결되는 현상을 말한다. 그러나 과냉각 현상은 불안정한 상태이므로 빙결할 수 있는 조건 즉, 빙결점 이하의 온도 및 충격 등이 가해지면 단시간에 과냉각 상태가 파괴되어 갑자기 품온이 동결점까지 상승하고 빙결정이 석출된다. 동결 중에 이러한 현상은 관찰되지 않더라도 반드시 발생한다.

(4) 식품의 동결률

식품 중에 동결된 수분 함량은 온도를 빙결점 이하로 낮출수록 증가한다. 동결률은 임의의 품온에서 동결 전 수분 함량에 대하여 동결 후 식품 내에 빙결량이 차지하는 중량비를 말한다.

(5) 최대 빙결정 생성대

식품을 동결하는 과정에서 빙결정이 최대로 생성되는 온도대를 말하며, 일반적으로 동결점(-1℃인 경우)에서 -5℃ 사이를 말한다. 이 온도대에서 식품의 최대 빙결정 생성대에서는 수분 함량의 약 80%가 빙결정으로 석출되므로 동결 식품의 품질에 큰 영향을 미친다.

(6) 빙결정

○ 식품을 동결할 때에 발생하는 빙결정은 크기, 수, 모양, 분포 등에 따라 품질에 영향을 미친다.

○ 빙결정 핵 : 빙결정이 생성되기 위하여 필요한 최초의 핵을 말하며, 일반적으로 생선 식품에는 조직 내에 미소 부유물이 많이 있으므로 빙결정 핵이 쉽게 형성되고, 빙결정은 이것을 중심으로 하여 성장한다.

○ 빙결정의 크기 및 수 : 식품을 동결하는 경우 식품 내의 액체가 냉각되어서 상태 변화를 하면 냉각속도에 따라 빙결정의 크기와 수가 달라진다. 급속동결은 식품 내에 빙결정 핵이 많이 생성되지만, 그 핵이 성장할 여유가 없어 소립다수의 빙 결정이 생성되므로 빙결정에 의한 조직 손상이 적다. 그러나 냉각속도가 늦은 경우 빙결정 핵의 생성은 적으나 주변의 물이나 증기가 부착할 여유가 있고, 이로인하여 대립소수의 빙결정이 세포 외에 생성되므로 빙결정에 의한 조직 손상이 많다.

○ 빙결정의 분포와 위치 : 빙결정은 세포 내외에 생성되는데, 미세한 빙결정이 세포 내외에 분포하는 경우는 대형의 빙결정이 세포 외에 분포하는 경우보다 조직에 미치는 영향이 작다. 일반적으로 빙결정의 위치는 최초의 경우 세포 외에 생성되지만(세포 내보다 세포 외의 농도가 엷음), 급속 동결을 하게 되면 세포 내외에 소립다수의 빙결정이 생성되고, 완만 동결을 하면 세포 외에 대립소수가 생성된다. 그러나 빙결정의 생성 형태에 영향을 주는 것은 단순히 동결 속도라는 물리적인 조건만이 아니고, 원료의 생물학적 요인 및 선도의 차이 등도 관계하므로 대단히 복잡하다.

○ 빙결정의 성장 : 식품 냉동 중 동결속도의 차이(식품의 표면에서 중심으로 향할수록 늦어짐)와 육조직의 차이에 의하여, 크기가 다른 빙결정이 생성되면 작은 빙결정은 소실되고 큰 빙결정은 점점 증대되는 현상을 말한다.

 

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