수분활성도, 이력현상(hysteresis) (122)

평형수분함량(Equilibrium Moisture Content, EMC)

 

수분을 함유하고 있는 식품을 일정한 온도/습도의 공기와 장시간 접촉

→ 식품 중 수분의 수증기압 = 주위 공기의 수증기 분압 (평형상태 도달)

→ 식품은 일정한 수분함량(평형수분함량)에 도달

이와 같은 상태에서

식품의 수분함량을 그 조건에서의 평형수분함량이라 하며

주위 공기의 상대습도를 평형상대습도라 한다

 

 

 

수분활성도 (Water Activity, Aw)

 

1. 정의

1) 임의의 온도에서 순수한 물의 증기압(P₀)에 대한 그 식품 중 수분의 증기압(P_s)의 비율

 

2) 식품이 일정한 조건의 주위 공기와 평형상태를 이루고 있으면 공기 중의 수증기 분압과

   식품 중의 수증기압이 같아지므로 수분활성도는 평형상대습도(ERH)를 100으로 나눈 값과

   숫자적으로 동일하다

Aw = Ps / Po = ERH / 100 = Nw / (Nw + Ns)

 

Ps : 식품의 수증기압

Po : 순수한물의 수증기압

ERH : 평형상대습도

 

2. 의미

수분활성도는 미생물의 생장과

식품의 풍미, 색, 향을 변화시키는 화학적, 물리적, 생물학적 반응들과 관계되어 있으며

식품 안전성에 있어서 전체 수분함량보다 더 중요한 의미를 갖는다

 

3. 수분활성도의 영향

1) 미생물의 생장

 ① 수분활성도가 크면 미생물이 생장하기 쉬우므로 

     미생물에 대한 식품의 안전성을 고려할 때에는 수분활성도를 낮추어야 한다

 ② 미생물의 세포막은 선택적 반투과막이기 때문에

     용질의 농도가 증가하면 수분활성도값이 동일해질 때까지

     미생물의 세포로부터 물을 끌어내어 세포 내의 내용물이 농축되고

     이에 따라 미생물세포의 물질대사활동이 저하되거나 정지한다

 ③ 수분활성도에 따른 미생물의 생육 범위 

    a. mold : 0.7 ~ 0.95 (일부 내건성 곰팡이 0.64)

 b. yeast : 0.88 ~ 0.90 (일부 내건성 효모 0.8)

 c. bacteria : 0.95 (일부 내건성 세균 0.9)

 

2) 효소의 작용

① 효소의 작용도 수분함량보다는 수분활성도에 의존

② 효소작용의 속도에 영향, 효소의 최종활동단계도 결정

 

3) 화학반응

① 수분활성도는 기본적으로 전체 수분에 대한 자유수의 양을 의미

    → 식품 내 자유수는 외/내부 화학반응의 용매로 작용하거나 직접 관여

② 일반적인 화학반응(미생물에 의한 변질, 효소의 활성도 포함)은

    수분활성도가 높을수록 촉진

③ 유지의 산패에 영향

 

 4. 수분활성도 저하 방법

① 식염, 설탕 또는 인공 첨가제 등 용질의 첨가

② 추출, 농축, 건조, 냉동에 의한 자유수 제거

 

 

 

 

 

 

5. BET point

  1) 물 분자가 균일하게 하나의 분자막을 형성하여 식품을 덮고 있는 지점

  2) 유지의 산패가 가장 적음

  3) 식품마다 차이가 있느나 보통 Aw 0.2 ~0.4 정도에 위치한다.

  4) 수분과 식품 구성성분 간에 이온결합으로 이루어져 있다.

 

6. 등온흡탈습곡선

   ① 일정한 온도 조건하에서 식품이 대기 중의 수분을 흡수하거나 방출하여

       평형수분함량을 이루는 경우 평형상대습도와 평형수분함량 사이의 관계를 표시한 곡선

   ② 특징

      a. 등온흡탈습곡선의 Ⅰ영역

         - 수분함량이 낮아 식품의 구성성분이 직접 공기 중의 산소나 미량금속에 노출

         - 유지의 산화적인 측면에서 안정성과 저장성이 낮음

      b. 등온흡탈습곡선의 Ⅱ영역

         - 물분자들이 증가할수록 식품 구성성분의 외부에 대한 노출 감소 → 유지의 산패 억제

      c. 등온흡탈습곡선의 Ⅲ영역

         - 용매로 작용할 수 있는 자유수 증가

            → 유지의 산패를 촉진

            → 효소작용 활성화

            → 물리적, 화학적, 생물학적 반응 촉진

 

 

Hysteresis (이력현상)

1. 정의 

   대부분의 식품에서 발생하며 등온흡습곡선과 등온탈습곡선이 일치하지 않는 현상

 

2. 특징

  ① hysteresis loop의 차이는 온도가 상승함에 따라 감소

  ② 저장기간이 길어지면 식품의 흡습능력이 감소 → hysteresis loop의 차이는 증가

  ③ 건조식품의 제조 또는 저장에 있어서 큰 영향

 

3. 영향을 미치는 요인

  1) 식품의 형태

  2) 온도 : 흡습 온도가 증가하면 hysteresis는 감소

  3) 식품의 물리,화학적 성질

  4) 흡착cycle

 

 4. 원인

  탈습과정 중 조직을 형성하고 있는 분자조직체의 수축 →

  흡습표면에서 이용할 수 있는 흡습공간 감소 →

  수분의 가역적 흡수가 불가능