제11장 냉동 저온 처리 효과 -10℃이하로 저장하면 미생물의 발육은 정지되고, 효소에 의한 자가소화에 의한 변질도 억제

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1 제11장 냉동 저온 처리 효과 -10℃이하로 저장하면 미생물의 발육은 정지되고, 효소에 의한 자가소화에 의한 변질도 억제
생물학적 영온도 (biological zero) 식품을 변질시키는 주요 요인이 되는 미생물은 생육에 필요한 최고, 최적, 최저 온도가 있어 그 범위 안에서 활동하게 되며, 그 최적온도를 생물학적 영온도라 함 1. 냉동의 기초이론 1) 냉동분류 ① 냉동 - 냉각(cooling) : 얼지 않은 범위에서 온도를 낮추는 조작 - 동결(freezing) : 어는 범위에서 온도를 낮추는 조작

2 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 1) 냉동분류 ② 냉장 (저온저장)
- 냉장(냉각저장) : 단기저장을 목적으로 품온을 동결점보다 높은 저온으로 유지하여 저장하는 조작 - 동결저장 : 장기저장을 목적으로 품온을 동결점보다 낮은 저온으 로 유지하여 저장하는 조작 ③ 공기조화 (air condition) : 일정 공간의 온도, 습도, 청결도를 최적 상태로 유지하는 조작 ④ 초저온 : 액화 천연가스의 비등온도(-161.5℃) 이하의 온도 범위로 낮추는 조작

3 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 2) 냉동 원리 및 냉동사이클 (refrigeration)
- 냉동의 1cycle은 압축, 응축, 팽창, 증발 (4단계의 과정이 반복 냉동사이클)

4 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 2) 냉동 원리 및 냉동사이클 (refrigeration)

5 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 3) 냉동 종류 (1) 자연냉동법 ① 융해열 냉동법(수빙법, 쇄빙법)
얼음을 녹여 물로 변화시킬 때에 발생하는 융해열(79.68kcal/kg)을 이용하여 주위의 열을 흡수하는 냉동법 ② 승화열 냉동법(dry ice 운송) 드라이 아이스가 이산화탄소로 변화할 때에 발생하는 승화열 (-78.5℃에서 137Kcal/Kg)을 이용하여 주위의 열을 흡수하는 냉동법 ③ 증발열 냉동법(IQF 냉동) 액체질소, 액체 이산화탄소가 질소gas, 탄산gas로 변화할 때에 발생 하는 증발열 이용하여 주위의 열을 흡수하는 냉동법 ④ 기한제 냉동법 (침지식 냉동) 기한제 (한 종류의 것을 사용할 때보다 더 낮은 온도를 얻고자 두 종류의 것을 혼합한 물질)를 이용한 냉동법 즉, 얼음이나 눈에 소 금을 혼합하였을 때에 얼음의 융해열과 소금의 융해열이 상승 작 용을 하여 주위의 열을 흡수하는 냉동 방법 (-18~-20℃)

6 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 3) 냉동 종류 (2) 기계적 냉동법 ① 증기 압축식 냉동법
대기압에 가까운 압력에서 증발하기 쉬운 냉매가 증발할 때에 흡수 하는 증발열을 이용하는 냉동법 기화된 냉매를 회수하는 경우 압축기를 사용하여 압력을 높이는 방식 현재 가장 많이 이용하고 있는 냉동법 냉매의 경우 고압부에서는 액체, 저압부에서는 기체 상태로 존재 ② 증기 흡수식 냉동법 증발, 액화의 반복은 같으나 증기 압축식의 압축기 대신 흡수기와 발생기를 사용하여 냉동하는 것이 다름 냉매는 물에 잘 녹는 암모니아를 주로 사용하여 기화된 냉매를 회 수하는 경우 압력을 높이는 대신 물에 흡수시켜 발생기에 의하여 암모니아를 분리하여 냉동작용을 하는 방식

7 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 3) 냉동 종류 (2) 기계적 냉동법 ③ 공기 냉동법
Joule-Thomson효과 (압축기나 기체를 팽창시킬 때에 공기의 온도가 내려가는 효과)를 이용한 냉동법 피스톤형 압축기 및 팽창기를 사용하면 냉동능력에 비해 부피가 크고, 효율이 저하되어 주로 초저온용으로 사용 ④ 증기 흡착식 냉동법 냉매가 증발과 액화를 반복하여 냉동목적을 달성하는 것은 증기 압축식 및 증기 흡수식 냉동법과 동일 압축기(증기압축식) 및 흡수기(증기흡수식) 대신 흡착제(실리카겔, 활성탄 등)가 내재된 흡착기가 장착되어 있어 화학적으로 냉매를 흡착하여 냉동작용을 함

8 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 3) 냉동 종류 (2) 기계적 냉동법 ⑤ 펠티에 효과 냉동법
다른 2종의 금속도체 (비스무트 텔루르, 안티몬 텔루르, 비스무르 셀레 등) 의 접합부에 전류를 통하면 한쪽 정점은 고온, 다른 한쪽 정점을 저온으로 되는 펠티에 효과로 냉동

9 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 4) 냉동 능력 (1) 단위시간당 냉각열량(Kcal/hr)
단위시간당 냉각열량은 냉동능력 단위의 하나이나, 그 단위 규모가 작아서 실제로 거의 사용되고 있지 않음 (2) 냉동톤(refrigeration, RT) 1 냉동톤은 0℃의 물 1ton을 24시간 동안에 0℃의 얼음으로 변화시키 는 냉동능력을 1 냉동톤이라 말한다. 즉, 1냉동톤은 1시간에 3,320Kcal 의 열을 제거하는 냉동능력을 말한다. 1 냉동톤 = [응고열(Kcal/Kg) Ⅹ 질량(Kg)] / 24hr = [79.68(Kcal/Kg) Ⅹ 1,000Kg] /24hr = 3,320Kcal/hr (3) 제빙톤(ice ton) 제빙톤은 원료수로부터 24시간 동안에 만들 수 있는 얼음의 톤 수를 의미, 제빙능력을 표시하는 단위로 주로 이용, 단위는 톤/일

10 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 5) 냉매 - 1차 냉매 (Primary refrigerant) 또는 냉매는 상태 변화가 있는 냉매 - 2차 냉매 (secondary refrigerant) 또는 브라인은 상태 변화가 없는 냉매 ① 암모니아 냉매 - 전열성이 우수하고 취급도 용이하여 가장 오래 전부터 사용 - 독성이 큼 - 끓는점 -33℃, 증발잠열 Kcal/kg(-15 ℃에서)으로서 열역학적 으로 우수하여 제빙, 냉장, 동결 등의 공업용 냉동장치에 많이 사용 ② 프레온계 냉매 - 플루오르 원자 (F) 및 염소원자(Cl)를 가진 할로겐화 탄화수소계 냉매 ③ 혼합 냉매 - 두 종류의 프레온계 냉매를 혼합하였으나 단일 냉매처럼 작용 - 끓는점이 조성에 따라서 변하지 않는 특수한 성질이 있음

11 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 5) 냉매 ④ 브라인 - 일종의 부동액으로서 2차 냉매 또는 간접냉매라고도 함
- 1차 냉매는 잠열을 이용하지만 브라인은 현열 즉, 증발기 내에서 증 발하는 냉매의 냉동력을 피 냉각물로 전달 - 무기질 브라인 : 염화칼슘, 식염 - 유기질 브라인 : 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 등 - 혼합브라인 6) 식품의 빙결점과 공융점 빙결점 (freezing point) : 식품 중의 물은 순수한 물이 아니기 때문에 물이 어는 0℃보다 낮은 온도에서 얼기 시작. 식품을 냉각할 때 얼기 시작하는 온도를 빙결점. 식품의 빙결점은 -1~-2℃부근 (치즈, 빵 등은 훨씬 낮은 온도에서 언다)

12 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 6) 식품의 빙결점과 공융점
과냉각 (super cooling) : 식품이 냉각되어 빙결점에 도달하면 얼음 결정이 생기는데 이 때 얼지 않고 있는 부분의 수용액은 농도가 높아 지게 되며 그 결과 빙결점은 더 내려가게 됨. 즉 빙결점에 도달하여도 빙결하지 않는 현상이 보이는데 이것을 과냉각이라고 함 공융점 (eutectic point) : 빙결점 후 식품의 온도가 다시 내려가게 되면 얼음의 결정이 많아지고 빙결률은 커져 얼지 않고 있는 나머지 수용액 의 농도는 더 진하게 됨. 나중에 가서는 식품중의 수분은 완전히 얼게 되며 이 때의 온도를 공정점 또는 공융점이라고 함 빙결률(%) = [1 – (식품의 빙결점/ 냉동온도)] Ⅹ 100 - 일반 식품의 공정점은 -50~-60℃ - 동결식품에 이용되는 온도는 -20~-25℃ (미동결수분이 약간 남아 있는 상태)

13 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 7) 냉동곡선 - 식품의 최대빙결정생성대를 통과하는 사이에 만들어진 얼음 결정의
크기, 모양, 수, 분포상태 등은 이 생성대를 통과하는 데 소용된 시간에 따라 큰 차이가 있음 - 최대빙결정생성대를 신속히 통과하게 되면 식품 중의 세포와 세포 사 이에는 수 많은 미세한 얼음 결정이 생성(급속동결), 느리게 지나가면 큰 얼음결정이 소수 생성되어(완만동결) 이것에 의해서 조직이 손상

14 제11장 냉동 1. 냉동의 기초이론 8) 완만동결과 급속동결 완만동결과 급속동결의 차이점

15 제11장 냉동 2. 냉동 방법 1) 공기냉동법 공기냉동법 (sharpe freezing) : 공기 냉각방식으로는 저온의 공기를
강제 순환하지 않고 자연순환 (대류식)으로 완만 냉동을 시키는 방법 반송풍식 냉동법 (semi-air blasting freezing) : 낮은 유속으로 송풍. 완 만냉동 송풍동결법 (air blasting freezing) : - 열전달은 풍속이 빠를수록 좋아지기 때문에 급속동결을 시키는 방법 - 식품을 냉동실에 넣고 -30~-40℃의 냉풍을 강제순환(풍속 1.5~5m/ 초)시켜 급속동결 시키는 방법 - 단점: 급속동결 방법 중 다소 완만하게 종결이 진행되는 방법이며 포장이 잘되어 있지 않으면 탈수현상이 심하게 일어날 수 있음 - 장점: 여러 가지 종류의 제품을 냉동할 수 있고 한꺼번에 많은 식품을 처리할 수 있음

16 제11장 냉동 2. 냉동 방법 1) 공기냉동법 여러 가지 공기냉각 방식의 냉동장치

17 제11장 냉동 2. 냉동 방법 2) 금속판 접촉 냉동법 - 냉매 혹은 브라인을 통해서 -25~40℃로 냉각시킨 금속판 사이에 식품 (두께 6~8cm)을 얻고 아래 위에서 기계적으로 압착시키면서 동결시키 는 방법 - 가공식품의 냉동에 많이 이용, 소형으로 균일하게 포장된 제품을 비교적 급속으로 냉동 - 냉동시간은 제품의 두께와 수분함량에 따라 달라짐 - 장점 : 근래에 사용되는 연속식은 적재와 하역에 인력이 필요하지 않고 생산성이 큼 - 모양이 불균일한 식품이나 동결용기에 담기 어려운 식품의 냉동이 어 려움

18 제11장 냉동 2. 냉동 방법 2) 금속판 접촉 냉동법

19 제11장 냉동 2. 냉동 방법 3) 침지식 냉동법 - 저온의 2차 냉매에 포장된 식품을 침지하여 냉동하는 방법으로 브라인
동결법이라고 함 - 액체가 공기보다 열전도율이 높다는 점을 이용한 것으로 급속냉동이 필요한 고체 식품에 이용 - 2차 냉매로 식염수를 많이 사용, propylene glycol, ethylene glycol의 50% 수용액도 사용 - 냉동기로 이들 부동액을 냉각(-16~-95℃)시키고 여기에 침지한 식품을 급속 동결시키는 방법 - 브라인이 동결식품을 오염시키는 결점이 있어 많이 이용하지 않았으나 내수, 방습성인 포장재료가 개발되어 이용할 수 있게 됨

20 제11장 냉동 2. 냉동 방법 3) 침지식 냉동법

21 제11장 냉동 2. 냉동 방법 4) 액체질소 냉동법 - 토마토나 사과와 같은 식품은 동결 후에 해동시키면 처음 모양과 아주
다른 상태가 된다. 이러한 식품에 액체질소를 불어주어 급속 동결하면 해동시켰을 때 좋은 제품을 얻을 수 있음

22 제11장 냉동 3. 동결속도와 식품의 품질 - 동결식품의 품질을 좌우하는 조건으로는 식품을 구성하고 있는 동식물
세포가 어떻게 얼게 되었느냐에 달려 있음.식품의 조직내 얼음 입자의 위치는 동결속도, 동결온도, 세포의 성질 등에 의하여 결정 - 동식물 조직을 냉각속도가 1℃/분 이하 되게 완만 동결하면 얼음 입자가 거의 모두 세포 밖에 형성됨. 세포간극에 큰 얼음결정이 생성되면 동결식 품의 품질은 크게 손상  수분이 빙결하면 체적이 약 9% 정도 팽창하고 이 팽압에 의해서 세포나 조직이 기계적으로 손 상 파괴 (냉동식품의 기계적 손상) - 이와 반대로 세포내부에 미세한 얼음 결정을 이루게 되면 품질의 손상을 어느 정도 막을 수 있음 세포 밖에서 큰 얼음결정이 생성되는 경우 ① 원래 선도가 떨어진 식품을 동결시켰을 경우 ② 동결을 서서히 시켰을 경우 ③ 냉동하는 온도가 높았을 때에 세포간극에 고여 있던 액이 먼저 얼어 서 부피가 늘어남

23 제11장 냉동 3. 동결속도와 식품의 품질 식품의 얼음결정 성장 상태

24 제11장 냉동 3. 동결속도와 식품의 품질 1) 동결식품의 시간, 온도 및 허용한도
- 상품으로서 중요한 것은 그 식품을 사용할 때의 품질 즉 최종 품질이 중요하기 때문에 수송이나 판매 중의 온도에도 주의하지 않으면 품질이 저하  냉동식품의 최종품질은 냉동식품의 저장온도와 경과시간에 지배 - TTT(time-temperature tolerance) 시간온도 허용한도 ; 어느 시점에 있어서 냉동식품이 상품가치를 갖게 하기 위해서는 허용 되는 경과시간과 그 동안의 온도에 의존 EX] -20℃에 저장하면 약 1,000일간 저장이 가능, -5℃로 하면 약200일 저장