어디선가 들어본 '동결건조', '동결건조'는 무엇일까? 그리고 그외의 건조방법이 더 있을까?

1. 동결건조는 무엇일까?

 

 '동결건조' 다른식으로 바꿔 말한다면 '냉동건조'를 뜻하는 단어로 그릇과 같은 용기의 온도를 급격하게 낮추어 건조를 하고자 하는 재료를 얼린 뒤 용기내부의 압력을 진공에 가깝게 하여 재료에 포함된 고체화된 용매를 바로 수증기로 승화시켜 건조를 하는 방식입니다.

 

 동결건조와 같은 방식은 맛을 잃지 않으면서 물을 넣어 되돌렸을 때 식감의 복원력이 매우 뛰어나며 보존식품을 만들 수 있는 장점이 있기에 많이 사용 되고 있습니다. 여기서 동결건조가 식감의 복원력이 매우 뛰어나게 되는 이유로는 동결건조로 급속 냉동 할 시 식품속의 물 분자가 더 적게 팽창하여 식품 본연의 분자구조에 영향을 덜 미치기 떄문입니다.

 

 

2. 동결건조의 원리

 

 동결건조의 공정방식은 3가지로 구성으로 이루어져 있습니다. 첫 번째 동결단계, 두 번째 승화단계, 세 번째 건조단계로 이루어져 있습니다. 

 

 첫 번째, 동결단계 : 동결단계에서 동결이란 어는것을 뜻하며 동결건조기의 종류에 따라 다르겠지만 일반적으로 액체질소나 냉장고에 원하는 재료를 넣어 원하는 시료를 동결 시킵니다. 온도를 낮추는 속도나 방법에 따라 건조된 시료의 미세구조를 조절 할 수 있습니다.

 

 용액에 온도를 떨어지는 과정에서 냉각속돠 느리다면 용액이 포화상태에 도달한 후 과포화되면서 용질의 결정체가 침전이 됩니다. 이 과정을 통해 용매의 용질의 상분리가 일어나게 됩니다. 냉각 속도가 매우 빠른 경우 용질이 분리되지 못한 상태로 얼어붙을 수 있습니다. 

 

 공유점은 물질이 완전한 결정체에 도달하는 위치로 물질이 하나 이상의 용질 경정체를 포함하는 경우에 유사한 현상이 나타나 각 구성요소의 어는 점이 보다 낮습니다.

 

 두 번째, 승화단계 : 위의 동결다계에서 얼어붙은 시료의 압력을 낮추게 되면, 얼어붙은 용매가 고체에서 액체로 액화를 겪는 상태를 지나 고체에서 기체로 승화할 수 있는 상태가 됩니다. 압력을 낮추다 보면 물질에 따라 당연히 다르지만 승화점 또한 낮아지고 결국 시료 내의 수분은 승화하여 기체로 날아가게 됩니다.

 

 동결 건조기에 따라 다르겠지만, 일반적으로 압력을 낮추기 위해 공기를 빼주는 과정에서 승화가 일어나고 결국 빠지는 공기와 함께 기체가 된 용매가 같이 날아가게 됩니다.

 

 세 번째, 건조단계 : 얼어 붙는 과정에서 이미 고체가 되어버린 용매는 승화점 이상의 온도에서 기화하게 되며 고체에서 기체로의 상변화는 용질을 젖게 만들지 않기 떄문에 처음 시료의 구조를 유지한 상태로 용매만 제거되게 됩니다.

 

3. 동결건조의 장단점 

 

 동결건조를 하는 이유는 무엇일까요? 열에 민감한 손상을 최소화하기 위함 입니다. 즉, 물질의 비활성화에 따 맞는 방식인데요. 이들 물질은 상온 또는 고온에서 반응할 위험이 큽니다. 또한 조밀하고 깔끔한 충진이 가능하며, 빠르고 빈틈이 없는 재수화가 가능합니다. 부스러지기 쉬운 구조에 알맞으며, 수분이 유입이 쉬운 점도 장점입니다. 혈장이나 혈청과 같은 물질을 저온에서 건조시킨후 분말로 만들게 되면 장기간 보존 할 수 있습니다.

 

 그러나 동결건조 결국 건조이기에 물을 제거 하였을 경우 변형이 심각한 물질이라면 물을 다시 붓는다고 원래대로 돌아갈 수 있다는 확신이 없습니다. 예를들어 결정성을 보이는 진수성 고분자를 물에 녹인 경우, 동결건조 시 물이 빠져나가며 결정성이 증가하며 가열없인 물에 녹지 않게 되는 경우가 흔히 존재합니다.

 

4. 그외의 건조 방법과 특징

 

 (1) 자연건조

 

   - 천일 건조 : 어패류나 해조류 등의 건조에 많이 이용되는 방법입니다. 특별한 설비와 방법이 필요없으며 경비도 들지 않습니다. 직사광선을 피하고 바람이 잘 통하는 그늘에 말리는 방식입니다. 이와같은 방법은 표면경화 현상을 억제 하며, 균일하기 건조를 시킵니다. 또한 변형을 최소화 할 수 있습니다.

 

   - 자연 동결건조 : 겨울철의 야간 기온 -5℃ 전후, 주간기온 0℃이상이 지역에서만 가능 합니다. 고온, 저온에서 식품을 교대로 처리할 때 수분이 조금씩 증발하면서 탈수가 됩니다.

 

 (2) 인공건조

 

 - 열풍 건조 : 선반이나 트레이에 얹어서 건조실에 넣어 열풍으로 건조시키는 방식으로 상자식, 터널식, 벨트식, 회전식 등이 있는데 상자식과 터널식이 가장 많이 사용 되는 방식입니다. 

 

 여기서 상자식 열풍 건조 방식은 상자 속 건조대 위에 식품을 펼치고 열풍을 보내 수분을 증발시키는 방식입니다.

 

 두 번째 터널식 열풍 건조 방식은 터널 모양의 건조기내에 식품을 넣고 열풍을 불어 넣어 건조하는 장치 입니다.

 

 - 냉풍건조 : 공기를 15℃로 냉각, 제습하고 수증기압을 낮춘 냉풍을 원료에 접촉시키면 냉풍과 식품의 수증 기압의 차에 의해서 수분이 제거되는 방법으로 갈변이나 지방의 산화를 억제할 수 있는 방식입니다.

 

 - 진공건조 : 밀폐된 용기 내부압력을 30~100으로 낮추어, 30-50℃의 저온에서 건조하는 저온영역의 건조법입니다. 

 

 진공건조의 장점은 저온영역에서 건조하였기에 건조속도가 높아 원료의 풍미를 보유 할 수 있으며, 건조식품의 맛과 향, 색의 열화를 억제할 수 있습니다. 뿐만아니라 영양성분의 분해, 산화 등의 화학반응을 최소화 할 수 있습니다. 

 

 이러한 진공건조를 사용한 제품은 대표적으로 당이나 수분이 많아 분무건조나 기타 기존방법으로 건조하기 어려운 물엿, 조청, 꿀 등이 있습니다. 그 외에도 열의 영향을 받기 쉬원 오랜지 과즙, 토마토 퓨레 등이 있습니다.

 

 - 분무건조 : 슬러리나 액체 재료를 미세한 액체 입자로 건조실내에 분무하여 미세 액체입자와 열풍을 접촉시켜 짤은 시간내로 건조하는 방식으로 추기 수분농도가 높은 액체의 건조에 유리하며, 열변성에 의한 품질의 저하 방지 효과가 높습니다.

 

여기까지 동결건조의 원리와 특징 그리고 그외의 건조 방식에 대해 알아보았습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.