식품학 수분 요약정리

문서 내 토픽

1. 수분의 구조

수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 산소원자를 중심으로 104.5˚ 각도를 이루며 공유결합하고 있다. 전자를 공유할 때, 수소와 산소의 전기음성도 차이 때문에, 전기음성도가 상대적으로 더 큰 산소는 음전하(δ-), 수소는 양전하(δ+)를 띠며 극성을 갖는 쌍극자 구조를 갖는다. 이러한 구조 때문에 물 분자 간에는 수소결합이 형성된다.
2. 수분이 용매로 작용할 수 있는 이유

물 분자가 쌍극자 구조를 갖기 때문, 다른 용매에 비해 물이 높은 유전항수를 갖기 때문(극성을 나타내는 척도)
3. 수화 & 시네레시스

1) 수화 : 친수성기가 많이 노출되어 있는 부분 주위에 물 분자들이 수소결합을 하는 것 2) 시네레시스 : 소수성 분자들끼리 결합하면서 소수성기 주변에 있던 식품과 결합하지 않은 물 분자가 빠져나오는 현상 (ex. gel 방치 시 수분이 빠져나오는 현상, 두부 제조 시, 전분 노화 시, 치즈 제조 시)
4. 자유수 & 결합수

자유수는 용매로서 작용하고, 결합수는 용매로 작용하지 않는다. 결합수는 0℃ 이하에서도 쉽게 동결되지 않고, 100℃ 이상 가열해도 제거되지 않으며, 미생물 증식에 이용되지 않는다. 결합수의 양이 증가하면 저장성이 향상되는 이유는 결합수가 미생물의 생육과 효소 활성 및 화학반응에 이용될 수 없기 때문이다.
5. 수분 함량의 측정

1) 평형수분함량: 대기 중의 수증기 압력과 식품 표면의 수증기 압력이 같게 되어 흡습과 탈습이 일어나지 않을 때의 수분함량 2) 수분활성도(Aw): 수분이 식품성분에 회합되어 있는 정도, 임의의 온도에서 식품의 수증기압(P)에 대한 순수한 물의 수증기압(P0)의 비. Aw는 용질의 몰수에 반비례하므로 포도당이 설탕보다 Aw를 낮추는데 더 효과적이다.
6. 수분활성도와 미생물, 효소, 삼투압과의 관계

Aw가 낮을수록 미생물 증식이 억제되며, 효소 작용도 억제된다. Aw가 낮아지면 삼투압이 증가하여 탈수 현상이 발생한다. Aw를 낮추는 방법에는 건조, 당장, 염장, 저온 저장 등이 있다.
7. 등온 흡습/탈습 곡선

일정한 온도에서 상대습도의 변화에 따른 평형수분함량과의 관계를 나타낸 곡선으로, 대부분 역S자형을 띤다. 흡습곡선과 탈습곡선이 일치하지 않는 현상을 히스테리시스라고 한다. 이는 식품의 수분과 성분들과의 결합력 차이, 자유수와 결합수의 상대적인 양과 비율의 차이, 성분들의 조직 구조의 차이 때문이다.
8. 등온곡선의 영역별 성질

A영역(단분자막 형성영역): 수분이 이온결합으로 존재하여 지질 산패가 최소화되는 BET point가 존재. B영역(복수분자막 형성영역): 수분이 주로 수소결합으로 존재하여 지질 산패가 증가. C영역(모세관 응축영역): 수분이 주로 자유수로 존재하여 미생물 증식이 가능한 영역으로 변질 가능성이 높다.
9. 마이야르 반응과 수분활성도

Aw 0.6~0.7에서 마이야르 반응 속도가 최대이다. 보다 낮을 땐 반응 물질의 이동이 어려워져 반응 속도가 저하되고, 보다 높을 땐 반응물이 희석되어 반응 속도가 저하된다.

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1. 주제2: 수분이 용매로 작용할 수 있는 이유

수분이 용매로 작용할 수 있는 이유는 다음과 같습니다. 첫째, 수분 분자는 극성 분자이기 때문에 다른 극성 물질들과 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 이를 통해 수분은 다양한 용질들을 용해시킬 수 있습니다. 둘째, 수분 분자는 작은 크기와 낮은 점도로 인해 용질 분자들 사이로 쉽게 침투할 수 있습니다. 셋째, 수분은 높은 유전율을 가지고 있어 이온성 화합물들을 잘 용해시킬 수 있습니다. 넷째, 수분은 수소 결합을 통해 용질 분자들 간의 상호작용을 약화시킬 수 있어 용해도를 높일 수 있습니다. 이러한 특성들로 인해 수분은 다양한 용질들을 효과적으로 용해시킬 수 있는 우수한 용매로 작용할 수 있습니다.
2. 주제4: 자유수 & 결합수

자유수(free water)는 물질 내부에서 자유롭게 움직일 수 있는 수분을 말합니다. 이 수분은 물질의 구조에 결합되어 있지 않고 독립적으로 존재하므로 물질의 물리화학적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 반면 결합수(bound water)는 물질의 표면이나 내부에 수소 결합 등으로 결합되어 있는 수분을 말합니다. 결합수는 자유수에 비해 물질 내에서 움직임이 제한되어 있어 물질의 특성에 미치는 영향이 상대적으로 작습니다. 자유수와 결합수의 비율은 물질의 상태와 특성을 결정하는 데 중요한 요인이 됩니다.
3. 주제6: 수분활성도와 미생물, 효소, 삼투압과의 관계

수분활성도(water activity, aw)는 물질 내 자유수의 비율을 나타내는 지표로, 미생물 생장, 효소 활성, 삼투압 등 다양한 물리화학적 특성과 밀접한 관련이 있습니다. 수분활성도가 높을수록 미생물 생장이 활발해지며, 효소 활성도도 증가합니다. 또한 수분활성도가 높으면 삼투압이 낮아져 미생물 세포의 수분 흡수가 용이해집니다. 반면 수분활성도가 낮은 환경에서는 미생물 생장이 억제되고 효소 활성도가 감소하며, 삼투압이 높아져 미생물 세포의 수분 손실이 일어납니다. 따라서 식품, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 수분활성도 관리가 중요한 품질 관리 요소가 됩니다.
4. 주제8: 등온곡선의 영역별 성질

등온 흡습/탈습 곡선은 일반적으로 S자 형태를 나타내며, 이 곡선을 영역별로 구분하면 다음과 같은 특성을 확인할 수 있습니다. 첫 번째 영역은 낮은 수분활성도 구간으로, 이 영역에서는 수분이 주로 고체 표면에 흡착된 형태로 존재합니다. 두 번째 영역은 중간 수분활성도 구간으로, 이 영역에서는 수분이 모세관 응축 및 다층 흡착 형태로 존재합니다. 세 번째 영역은 높은 수분활성도 구간으로, 이 영역에서는 수분이 자유수 형태로 존재합니다. 이러한 영역별 특성 분석을 통해 물질의 수분 거동, 안정성, 저장성 등을 예측할 수 있습니다.

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