건조가공

[중앙정밀주식회사]

물을 함유하고 있는 섬유나 광물에서 물을 제거하려면 원심분리기를 사용하거나 압력을 가하여 짜는 등 비교적 단순한 방법을 사용하지만 식품의 경우는 이와 같은 물리적인 수단을 사용하여 물을 분리하는 것으로 식품의 가치를 저하시키는 방법이다.

건조가공은 선도가 중요시되며, 야채류에 있어서 중요한 가공법이라고 할 수 없으나 건조에서 독특한 맛이 나는 것 예를 들면 무말랭이, 식용박, 표고버섯 등이 생산되고 있다. 이에 대해서 건조과실은 식용 또는 제과용으로서 포도, 자두, 사과, 복숭아, 무화과 등이 있으며 세계적으로 생산량이 많다.

즉, 식품 중의 물은 단순히 순수한 물이 아니고 각종 성분이 용해된 용액으로서 존재하기 때문에 용액을 물리적으로 분리하는 것은 식품으로 서 가치를 잃기 때문에 건조를 해서 물을 증발시켜 제거하는 것이 가장 좋은 방법이다.

= 식품을 건조하는 목적 =

○ 유효수분을 감소시켜 보존성을 향상시키는 것으로서 건조하여 수분활성을 줄여 미생물이 나 효소작용에 의한 부패와 변패를 억제한다.

○ 식품성분의 화학반응에 따른 변질을 억제함과 동시에 성분의 농축에 의해서 독특한 맛을 부여한다.

○ 중량감소에 따라 수송과 포장의 간편성을 가져 온다.

종래는 보존 수송의 비중이 컸기 때문에 품질이나 기호성의 배려가 적으므로 건조식품에 대한 관심도 적고 이용도 적어 좋지 않았다.

 건조식품을 크게 분류하면 2가지가 있다.

○ 본래 그 식품이 가지고 있는 특성을 손상하지 않고 단순히 수분만을 제거하여 보존성을  높이고 이용은 물이나 열탕 또는 조미액을 가하므로 건조 전의 식품에 가까운 상태로 복원할 수 있는 것 (탈수식품)이다.

○ 건조에 의해서 수분이 제거되어 성분이 농축됨으로써 독특한 풍미가 형성되면서 그 사이에 화확적, 효소적 또는 물리적인 변화에 의해서 본래 그 식품이 갖고 있지 않는 새로운 특성을 갖는 식품으로 변화한 것(건조식품)이다. 또한 부여된 새로운 특성이 사람의 기호에 적합하고 바람직한 것으로 분류된다.

 오래전부터 이 건조식품이 우리의 생활에 이용되게 된 이유는 후자에 속하고 있는 것이 많다. 즉 모든 식품은 옛부터 내려온 일광건조 등의 자연조건을 이용한 건 조수단으로서 건조되었다고 생각한다. 그러나 그 중에는 복원성이 나쁘거나 기호에 적합하지 않은 제품도 많아 신선한 재료와의 차이가 너무 많아서 식품으로서는 이용할 수 없는 것도 있었기 때문에 자연히 없어진 것도 많을 것이다.

정의

건조식품(Dried food)은 식품주의 수분을 감소시키고, 미생물의 활동을 조직내 효소작용으로 억제하며, 장기간의 보존에 견뎌내는 식품이 동시에 용량 및 무게를 줄일 수 있고 저장성, 수송성을 높일 수가 있다.   건조의 방법으로서는 다음의 2가지로 크게 분류할 수 있다.

가) 천일건조

태양열과 풍력에 의하여 건조하는 방법으로서 채소류의 건조에 많이 이용된다. 특별한 설비가 필요없고 방법이 간편하며, 대량 처리가 가능하고 경비가 들지 않는 장점이 있다. 그러나 일기가 나쁘면 처리할 수 없고 건조중에 착색, 퇴색, 산화 등의 화학적 변화와 효소에 의한 분해 등을 받기 쉽다.

그늘에서 건조시키는 것은 직사광선을 피하여 바람이 잘 통하는 그늘에서 건조시키는 방법으로 겉껍질이 굳어지는 현상을 막고 균일하게 건조시키며 또 화학적 변화나 변형을 적게하기 위한 방법이다.

나) 인공건조

건조와 밀접한 관계가 있는 온도, 습도, 바람을 인위적으로 조절하여 건조하는 것으로서 식품을 건조실에 놓고 가열된 공기를 강제적으로 송풍기나 선풍기 같은 기기에 의해 열풍을 불어넣어 건조시키는 방법이다.

식품의 종류나 상태에 따라서 열풍의 온도, 습도, 풍향 등을 알맞게 조절하여야 한다. 이 열풍건조는 통풍식과 송풍식으로 나눌 수 있다.

통풍식은 건조실내에 선풍기를 설치하여 건조된 공기와 습기가 많아진 공기를 섞어서 건조하게 하는 방식으로 가열부분은 아래와 벽면에 설치하여 그 열을 돌려주는 것으로서 캐비넷(Cabinet)형 건조기가 대표적인 것이다.

송풍식은 건조실을 턴널(tunndl)상으로 하여 가열공기를 송풍장치가 외부에서 송풍해 주며 건조하는 방법이다.

가공의 기본

○ 식품중의 수분 : 식품의 수분함량은 습량기준(濕量基準, wet basis, Mwa%)과 건물기준(乾物基準, Dry basis, Mdb%)의 두가지 방법으로 나타나고 있으며 각각 다음식과 같다.

 식에서 WH₂O는 식품중에 들어 있는 수분의 양, Wd는 물을 제외한 물질의 양이다. 건조조작에서는 건물기준 수분함량을 사용하는데 그 이유는 식① 에서 불 수 있는 바와 같이 분모의 값이 건조를 하고 있는 동안 변화하지 않는다는 편리함 때문이다. 식품중의 수분은 유리수(free water)와 결합수분(bound water)의 형태로 존재한다.

유리수분이라 함은 평형수분함량(Me 또는 EMC, dguilibrium moisture content)이상으로 존재하는 수분을 뜻한다. 이 평형수분함량 이사의 수분만이 실제로 건조에서 제거할 수 있는 수분함량이다.

결합수분은 식품내의 미세한 모세관이나 식품세포에 존재하는데 식품의 종류에 따라 다르지만 일반적인 건조방법으로는 제거하기 곤란하며 그 양은 0.1 ~ 0.3gㆍH₂O/g-solid 정도이다.

○ 수분활성 : 건조는 식품의 수분함량을 줄이는 조작이네 미생물의 번식, 효소반응과 같은 생물화학적 반응은 절대적인 수분함량 보다 수분 활성도(water acticityi : dw)에 의해서 좌우된다. 이 수분활성은 다음식 ③과 같이 정의된다.

식에서 P는 식품중의 수분의 증기압이며, P。는 순수한 물의 증기압이다. 그런데 주위 공기와 평형상태에 도달한 상대습도가 평형상대습도(ERH, eguilibrium relative humidity)이기 때문에 aw와 ERH사이에는 다음과 같은 관계를 가진다.

순수한 물의 ERH는 100%이므로 물의 aw는 1.0이다. 식품의 aw를 보면 신선한 식품은 0.85, 건조한 식품은 0.6정도의 값을 가지며 이들 aw값은 식품변질과 밀접한 관계를 갖는데 그림와 같다.

○ 등온흡습곡선 : 식품의 건조상태는 식품속의 수분, 식품과 접하고 있는 공기의 습도(수증기 분압) 및 온도의 세가지 요소가 관여한다. 이 요소들을 고려하여 어떤 주어진 온도에서 x축에 공기의 습도, y축에 식품의 수분함량을 표시하여 이 관계를 나타낸 곡선을 등온흡습곡선 (sorption isotherm curve)이라고 한다.

 이 등온흡습곡선은 식품의 등온흡습곡선들이며 식품의 평형수분함량(EMC)은 식품의 종류에 따라 그 값이 다르지만 일반적으로 상대습도(RH) 60 ` 80% 부근에서 비교적 큰 값을 보인다. 이것은 흡습성이 높은 단백질, 전분 등을 많이 포함하고 있기 때문이다.

○ 채소, 과실로 부터의 수분증산기구 : 과실, 채소류는 표피계 조직의 효과가 없는 수분증산이 일어난다. 그러므로 건조품을 만드는 경우 전처리를 해서 증산을 촉진토록 한다는 것과 박피를 한다든가 알카리액처리를 한다는 것이다. 표피를 제거한 후 조직중의 수분을 어떻게 증산하는 가는 그림에서와 같다.

 증산경로로서는 세폭간극을 1차 증산으로 해서 이로부터 대기중에 확산되는 것과 박피한 표면으로부터 직접 대기중에 증산하는 2가지가 있다.

 대부분은 후반에서 표면의 세포로부터 수분이 증발하면 세포액농도가 높아 세포막의 침투압 관계로 내부의 저농도는 수분이 표면으로 향하여 확산되며, 건조가 진행되면 기화한 수증기는 표면을 덮어서 증발을 방해하는 것으로 바람에 쏘이면 수증기를 확산하여 증산을 촉진시킨다. 그러나 너무 급속히 건조하면 표면 가까이가 강하게 건조되고 세포내의 콜로이드의 끈적끈적한 점성이 증가하여 수분의 이동이 곤란해진다.

 그 결과 표면에 수분 불투성인 치밀한 층이 되며 건조가 진전되지 않을 경우도 있다. 이것을 경층(Cass hardening)이라 한다. 그러므로 대형의 과실, 채소의 건조는 시간이 오래 걸리더라도 다소 습도를 높이면서 건조해야 건조가 빨리된다.

○ 건조곡선 : 건조조작에 의해 식품중에 수분을 제거하는 기구를 보면 그림과 같다.

즉 식품속에 들어 있는 수분을 증발시키기 위해서는 여기에 필요한 증발잠열(latent heat of vaporization)을 외부로부터 공급해 주어야 하기 때문에 우선 식품을 가열할 필요가 있다. 식품을 가열하는 방법은 미리 가열된 철판에 접촉시켜 전도(condution)에 의존하는 경우도 있지만 일반적으로 가열된 공기를 식품에 접촉하게 함으로써 열이 식품속으로 전달되도록 한다.

 한편 수분은 식품의 표면에서 공기속으로 이동되며 표면에 있던 수분이 모두 증발하고 나면 식품속에 있는 수분은 표면으로 이동된다. 이때 수분의 이동은 확산방식을 따르는 경우와 식품조직내의 미세한 공극(틈)을 따라 이동하는 모세관 이동에 의존하게 된다. 이와 같이 식품의 건조는 열과 물질이 동시에 이동되는 현상이기 때문에 열전달과 물질이동의 원리들이 함께 적용된다.

 따라서 건조속도(수분의 증발속도)는 열과 물질의 이동속도에 크게 의존하게 되므로 건조구동력(drying driving force)은 식품과 공기사이의 온도차와 수분농도차(수증기 분압차)에 대체로 비례한다.

 식품이 수분을 잃게 되면 무게가 계속 감소하게 되는데 수분함량의 변화를 나타낸 곡선을 건조곡선(drying curve)이라고 한다.

 건조곡선(乾燥曲線)은 그림 (a)와 같이 수분함량과 건조시간으로 나타내는 경우와 그림 (b)와 같이 건조속도(수분함량의 변화율)와 건조시간과의 관계로 표시되기도 한다.

 식품건조 조작에서는 전 건조기간을 편의상 몇 개의 구간으로 구분하는데 그림에서 A ~ B기간을 조절기간(setting down stage)이라고 하며, B ~ C를 항률건조기간(constant rate drying period), C점을 임계수분함량(critical moisture content), C ~ D점을 감률 건조기간(falling rate drying period)이라고 한다. 조절기간은 식품이 가온 되는 단계이며, 항률건조기간은 식품표면에 있는 수분이 증발하는 단계이다. 그리고 감률 건조기간은 표면수분이 전부 제거되고 식품내부에 있는 수분이 표면으로 이동되면서 건조되는 기간이다.

 식품의 건조는 일반적으로 항률건조기간이 짧거나 없는 경우가 많으며, 감률 건조기에서 대부분 건조되는 것이 특징이다. 감률 건조기에서도 건조속도가 일정하게 감소되지 않으며 이를 세분하여 제1감률 건조기 및 제2감률 건조기로 나누기도 한다.

= 식품의 건조에 관여하는 요인 =

ㆍ공기온도 : 공기온도가 높을수록 건조속도는 커진다. 공기의 최대습도는 온도와 더불어 급격히 증가하는 것이므로 적은 공기로 많은 수분을 제거하려면 허용되는 범위안에서 되도록 높은 온도를 주어야 한다. 식품에 허용되는 최고온도는 접촉시간의 장단으로 좌우되며 비교적 고온이라도 시간이 짧으면 품질이 저하되게 된다.

ㆍ습 도 : 보통 습도가 높을수록 건조속도는 감소된다. 상대습도가 같은 경우라면 온도가 높을수록 건조가 빨라지며 온도를 일정하게 유지하고 습도를 감소시키면 그 온도에서의 최대 증기압과의 차이가 커져 건조속도는 빠르게 된다.

ㆍ공기속도 : 식품표면을 통과하는 공기의 흐름이 빠르면 빠를수록 어느 한계까지는 표면에서의 수분증발도 빨라진다.

ㆍ공기의 방향 : 공기가 식품표면에 평행으로 흐르는 경우에는 건조속도가 가장 크고 표면에 대해 45˚의 경사를 가지게 되면 그보다 적어지며 수직으로 되면 가장 적어진다.

ㆍ식품의 크기와 모양 : 표면 증발속도는 표면적에 비례하며, 내부 확산의 속도는 두께의 자승에 반비례한다. 그러므로 큰 과실, 야채류는 통상 가늘게 썰어서 건조하는 것이 효과적이다.

ㆍ식품의 성질 : 수분함량이 같은 것이라도 그 성질에 따라 건조시간이 달라진다. 생선처럼 수분이 조직중에 기름 또는 교질과 혼합되어 들어 있는 경우와 다공성 또는 결정성 입자의 주위에 붙어 있는 경우와는 건조속도가 크게 다르게 된다.

 식품에 따라서는 건조피막이 생겨 도리어 내부확산을 방해하고 표면에 가까운 곳과 내부사이의 수축률 차이로 표면에 금이 가는 일이 있다.

일반 가공법

○ 원 료 : 우리나라에서는 식생활이 차지하고 있는 건조 원예식품의 양이 매우 적다. 전용종재배의 식용박과 감의 일부 작목이다. 다른 생식용의 일부를 건조 사용한다.

○ 전처리 : 원에식품의 건조는 특유한 전처리로 다음과 같은 방법이 있다.

○ 열처리 : 채소류를 뜨거운 물에 담그던가 또는 중기로 처리하는 조직을 열처리라 하며 건조 및 냉동채소 제조에서 빼놓을 수 없는 조작이다.

열처리의 목적은

  ① 산화효소를 파괴하여 가공중에 일어나는 변색 및 변질을 방지한다.

  ② 원료중의 특수한 성분에 의하여 건조중에 일어나는 외관, 맛의 변화를 방지한다.

  ③ 원료의 조직을 부드럽게 하여 살균 가열 때 부피가 줄어드는 것을 방지한다.

  ④ 박피를 쉽게 한다.

  ⑤ 원료를 깨끗이 하는데 유효하다.

 열처리의 정도는 식품의 종류와 사용목적에 따라 다르나 생리적 변질을 막는 것을 주요 목적으로 할 때는 산화효소가 파괴될 수 있도록 과실, 채소의 중심온도가 70 ~ 75℃가 되게 가열하는 것이 표준이다. 따라서 원료저작에 따라 실제 처리온도와 처리시간이 달라진다.

 일반적으로 뜨거운 물보다 증기로 처리하는 것이 원료중의 비타민류등의 영양성분의 손실이 적어 유리하나 푸른 채소는 증기처리를 하면 색이 황록색으로 변하기 쉬운 결점이 있다.

ㆍ유황 훈증 : 주로 건조중에 일어나는 갈색변화를 방지하는 방법으로서 유황훈증(sulfuring)을 실시한다. 밀폐실내의 원예식품과 병행하여 그 중에 유황가루의 연소로 발생되는 아류산(亞流酸) 가스(SO₂)로 훈증한다. 처리효과는 갈색변화방지로서 다른 미생물의 번식 방지, 증산촉진 효과, 성분보유 효과로서의 기대가 크다. 통상 건조물당 약 0.1 ~ 0.4%의 유황가루를 사용한다.

ㆍ알칼리액 처리 : 포도, 자두, 살구 등의 껍질을 제거하는데 주로 자근 과실의 껍질을 벗겨 증산을 빨리할 수 있게 하여 과실에 사용하는 처리로 0.5 ~ 1.0% 염산(NaOH)의 묽은 용액에 20초 전후 침지하면 껍질이 잘 벗겨지며 이것이 끝나면 수분을 제거하는 건조를 하면 된다.

○ 건 조 : 건조법은 점차로 발달되어 새로운 기술이 개발되어 가고 있다. 원예식품과 같이 안전하게 대량처리를 할 필요가 있는 것은 천일건조이다.

 일부 열풍건조기가 이용되고 있으나 그림의 자연대류 건조기, 그림의 터널식 강제 통풍 건조기 등이 비교적 간단한 구조의 모양으로 많이 이용된다.

 근래에 즉석식품의 대폭 증가로 인해 단시간에 물을 흡수하는 건조 야채의 제조는 그림와 같은 동결진공전조기를 사용하기도 한다. 이것은 식품중의 수분을 동결시키며 4.6㎜Hg이하의 강한 진공으로 얼음을 직접 승화해서 건조하는 것이다.

○ 제 품 : 과실은 당과 산의 함량이 높고 비교적 높은 수분으로 보존된다. 그러므로 수분함량 20 ~ 30% 정도의 제품이 많다. 이것에 비하여 야채의 성분은 단순하므로 적어도 15%이하, 고품질을 유지하기 위해서는 5%정도가 좋다. 그러므로 방치하면 용이하게 흡수하여 곰팡이의 피해가 발생한다. 따라서 방습성의 포장이 필요한 것이다.