동결농축의 원리 및 방법

소개

동결농축의 원리 및 방법-식품산업에서의 이용

목차

1. 동결농축의 의의
2. 동결농축 공정의 원리
(1) 평형
(2) 농결농축 속도
3. 동결농축 장비 및 공정
(1) 얼음결정 생성기
(2) 분리기
4. 동결농축의 장단점
(1) 장점
(2) 단점
5. 식품산업에서의 적용
■ 참고문헌 ■

본문내용

1. 동결농축의 의의

제품을 부분 냉동시키면서 순수한 얼음 결정을 분리하여 물의 함량을 감소시켜 고형분 함량을 증가시키는 공정이다. 즉, 용액을 냉동 할 때 생기는 얼음의 석출 현상 원리를 이용한 것으로 용액을 동결시켜 얼음이 형성되면 남아있는 비동경액의 용질 농도는 높아지기 때문에 이 때 생성된 얼음을 체 또는 원심분리기를 이용하여 제거하여주면 용액을 농축시키는 효과를 얻는다. 이때 염류, 당분, 단백질, 지방질, 향기성분은 얼음에 거의 함유되지 않는다.

2. 동결농축 공정의 원리


(1) 평형
동결에 의한 분리는 고체-액체 상평형에 따른다. 농축하려는 용액은 용매, 물, 수많은 가용성 성분 등을 함유한다. 그러나 물속에 녹아 있는 모든 성분들을 한 가지 성분으로 생각하기 때문에 동결농축을 하려는 용액을 2성분계로 가정한다.
2성분계의 상도표를 그림 1에 나타내었다. 초기온도가 Ta이고 수용성 성분의 조성이 Co인 용액을 평형을 유지하면서 냉각시키면 이 용액의 어는점 To에서 얼음결정이 석출한다. 더욱 냉각시키면 더 많은 얼음이 생성되고 용액은 선을 따라 점점 농축된다. Ce는 공융점으로 용질과 용매가 함께 결정화 된다. 즉 냉동 용질은 과포화 용액의 조성과 동일하게 된다.
초기 농도 Co에서 Ck까지 동결농축했을 때 제거되는 수분량은 그림 2에서처럼 물질수지로 계산된다.

만일 분리가 완전하여 얼음 중에 용질이 전혀 포함이 안 되어 있으며 = 0가 되므로 식은 다음과 같이 정리된다.

원료 단위 질량당 제거된 수분량 Ce 다음과 같다.

만일 얼음 중에 용질이 상당량 포함되어 있으면 다음과 같은 식이 적용된다.

상기의 식은 2성분계에서 적용되지만 실제 식품에서는 여러 성분들이 존재한다. 만일 모든 성분들이 용액에 존재하면 2중 성분계와 동일하다고 볼 수 있지만 대부분의 식품의 동결점곡선에서는 공융점을 나타내지 않는다.
액체 식품의 초기 고형분 함량은 대개 5~20%이며 동결 농축공정을 거치면 최종 농축농도는 35~50%가 된다. 고형분 함량이 40%인 경우 평형 냉동온도는 대략 커피는 -5℃, 오렌지 주스는 -7℃, 사과 주스는 -10℃이다.

참고자료

· (1) 송재철 외 1명, 최신식품가공저장학, 효일문화사, 1998
· (2) 전문진 외 3명, 현대의 생물공학과 생물산업, 아카데미서적, 2003
· (3) 방인수 외 7명, 최신식품기술사, 석학당, 2004
· (4) 박현진 외 1명, 식품저장학, 고려대학교출판부, 2008