제1장 물

물의 식품에서의 영향 식품 중 물의 형태 : 액체 상태 와 결합수 식품에 따라 수분 함량이 차이가 크다. 식품의 텍스쳐에 영향 식품 내 화학반응을 촉진 식품 내 미생물의 생장에 필요 동결된 과일과 채소의 품질에 영향을 줌

물의 물리적 성질 분자식 : H2O 녹는점, 끓는점, 열용량, 융해열, 기화열이 높다. (물 분자가 간의 인력이 높기 때문임) 물 분자의 sp3 입체배치

물의 물리적 성질 물 분자 내 전하의 분포 적색: 부분음전하 청색: 부분양전하 수소 – 부분양전하 (+) 산소 – 부분음전하 (-) 물 분자 내 전하의 분포 적색: 부분음전하 청색: 부분양전하 물은 큰 값의 쌍극자모멘트 을 갖는다. 쌍극자 모멘트: 분자 내에서 양전하와 음전하가 분리된 정도를 나타낸 측정치

물의 물리적 성질 물 분자간의 인력 – 수소결합 (한 물분자의 수소와 다른 물분자의 산소간의 정전기적 인력) 얼음결정에서 한 분자의 물이 네 분자의 물과 수소결합 (삼차원적 회합) 암모니아와 플루오르화 수소는 두 분자간에 수소결합 (이차원적 회합) 메탄은 분자간에 수소결합을 하지 않음. 따라서 물이 암모니아, 플루오르화 수소, 메탄 보다 녹는점, 끓는점, 열용량, 융해열, 기화열이 높다.

얼음 결정 중에서 물 분자의 수소결합을 통한 회합

수분활성 및 등온흡습곡선 식품의 물 미생물의 생장 및 화학반응과 밀접한 관계 수분 함량 수분 함량이 같더라도 식품의 종류에 따라 변패 여부가 다름. 따라서 수분 함량이 식품의 변패 지표가 될 수 없음. 예를 들어 소금과 당이 다량 첨가된 젖갈, 소시지, 잼등이 수분 함량이 높으나 변패가 잘 안됨. 수분활성 (aw) 식품 내 미생물의 생장과 화학반응에 영향을 주는 지표로서 사용할 수 있음. 수분활성은 0.0-1.0의 범위에 있으며 순수한 물의 수분활성은 1.0임. 식품 성분에 수분이 회합하는 강도가 높으면 수분활성이 낮아짐. 수분활성이 낮은 식품은 변패가 억제됨.

수분활성 https://www.youtube.com/watch?v=-LiSankbfSk aw = —— po aw : 수분활성 (water activity, 0.0~1.0) p : 식품에 함유된 수분의 증기압 po : 순수(pure water)의 증기압 https://www.youtube.com/watch?v=-LiSankbfSk

라울의 법칙 n1 p = po ⅹ —————— n1 + n2 p : 식품에 함유된 수분의 증기압 po : 순수(pure water)의 증기압 n1 : 물의 몰수 n2 : 용질의 몰수 용질 : 당류, Na+ 이온, Cl- 이온

소듐 이온과 염소 이온과 물 분자의 상호 작용

수분활성과 용질 농도와 몽도 p n1 aw = —— = —————— po n1 + n2 ERH 100 = —— 100 p : 식품에 함유된 수분의 증기압 po : 순수(pure water)의 증기압 n1 : 물의 몰수 n2 : 용질의 몰수 용질 : 당류, Na+ 이온, Cl- 이온 ERH : 평형상대습도 (equilibrium relative humidity)

수분활성도의 계산 (1) 34.2% (약 1M) 설탕용액의 수분활성도는? 설탕의 분자량: 342, 물의 분자량: 18 풀이 34.2% 설탕용액 1kg 내 설탕의 질량 : 342g 34.2% 설탕용액 1kg 내 물의 질량 : 1,000g-342g = 약 658g 풀이 658/18 Aw = ————————— = 0.973 658/18 + 342/342 답 0.973

수분활성 계산 (2) 5.8% (약 1M) NaCl 용액의 수분활성는? NaCl의 분자량: 58, 물의 분자량: 18 5.8% NaCl 용액 1kg 내 NaCl의 질량 : 58g 5.8% NaCl 용액 1kg 내 물의 질량 : 1,000g-58g = 942g NaCl 용액에서 Na+ 과 Cl- 의 2개의 이온으로 존재함. 풀이 942/18 Aw = ————————— = 0.963 942/18 + 58/58 2 답 0.963

수분활성도의 계산 (3) 25% 수분과 30%의 설탕을 함유하고 있는 식품의 수분활성도는? 설탕의 분자량: 342, 물의 분자량: 18 풀이 25/18 Aw = ————————— = 0.941 25/18 + 30/342 답 0.941

등온흡습곡선 : 일정한 온도에서 수분함량(g 물/g 건조물)과 수분활성과의 관계를 나타낸 곡선 J자형 : 과일, 당함량이 높은 과자 S지형 : 대부분의 동식물성 식품

등온흡습곡선 (moisture sorption isotherm)의 각 영역

등온흡습곡선의 영역 I 영역 : aw 가 0.25 이하  물이 고형분의 극성(이온, 친수성기) 부위에 강하게 흡착된 결합수로서 존재  단분자층의 수분  -40℃에서 얼지 않는 물  용매의 역할을 못함  건조되고 바삭한 조직

등온흡습곡선의 영역 II 영역 : aw 가 0.25 이상 0.8 이하  수분 함량에 비해 수분활성이 더 많이 증가하는 영역  고형분의 극성 (이온, 친수성기) 주위에서 물-물 또는 물-용질간 에 여러층으로 회합한 결합수로서 존재  다분자층의 수분으로서 이동성 증가  -40℃에서 얼지 않는 물  식품 고형물 매트릭스가 팽윤  수분이 용매의 역할을 하여 반응속도의 증가  쫄깃하고 습기가 있는 조직

등온흡습곡선의 영역 III 영역 : aw가 0.8 이상  물이 식품의 성분에 약하게 회합되어 있어 자유로운 이동이 가능한 액체 상태의 유리수 (자유수, free water)가 분포  낮은 온도에서 빙결됨.  화학반응과 미생물의 성장이 일어남.  다상수 또는 모세관수가 라고도 함.  즙이 많거나 액상 조직

3. 수분활성과 식품의 안전성 미생물 생장 - 세균, 효모, 곰팡이의 성장 효소 촉매 반응 – 세포가 생산한 효소에 의한 반응. (과일과 채소의 갈변화, 된장과 치즈의 숙성) 유지(지방질)의 산화 반응 – 지방질과 산소와의 반응에 의한 변패 (식용유와 생선의 비린내 또는 쩔은 맛) 비효소적 갈변 반응 – 식품을 가열 또는 건조할 때에 일어나는 당과 단백질간의 상호반응 또는 캬라멜 반응. (빵, 과자류, 건조과일과 주스의 갈변) 가수분해 반응 – 분자량이 큰 물질(중합체)이 분자량이 작은 물질(단량체)로 분해하는 반응으로서 물 분자가 첨가되면서 분해 반응이 일어남. (전분, 단백질이 각각 포도당과 아미노산으로 분해하는 반응)

수분활성과 식품의 안정성 I 영역 : (aw <0.2) 지질산화 반응 외에 다른 화학반응이 안 일어남. I 영역과 II 영역의 경계 (aw = 0.2-0.3) : 지질산화 반응이 최소 (단분자층 수분에 의해 지질의 과산화물과 금속이온을 수화되어 반응 억제) II 영역(aw = 0.2-0.8) : 수분활성이 증가함에 따라 지질산화 반응, 비효소적 갈변반응, 가수분해반응, 효소활성의 증가 수분 활성이 증가함에 따라 식품 내 거대분자들의 팽윤에 위한 반응 부위 증가 및 반응물의 이동성 증가 III 영역 (aw >0.8) : 미생물의 생육이 일어남 (유리수) 수분활성이 증가함에 따라 비효소적 갈변반응의 감소 (반응물의 희석),.

Report 물이 메탄, 암모니아, 플루오르화수소 보다 녹는점, 끓는점, 융해열, 기화열이 왜 높은지 그 이유를 설명하시오. 등온흡습곡선을 작성하고 수분활성이 0~0.25, 0.25~0.8 및 0.8~1.0의 3개 영역으로 나누고 각 영역에서 식품 내 물의 성질에 대하여 설명하시오. 55%의 설탕과 23%의 수분을 함유한 잼의 수분활성도를 계산하시오. 잼을 상온에서 보관할 때에 생육할 수 있는 미생물은 무엇이 있는가? 수분활성과 지질 산화의 관계에 대하여 설명하시오.