식품의 수분
1. 수분의 의의
1) 화학적 측면
가. 각종 화학물질의 용매로 작용
나. 화학물질의 운반체로 참여
다. 가수분해 반응과 같이 화학반응의 성분으로 작용
2) 물리적 측면
가. 식품의 조직 변화에 참여
나. 식품의 외관, 향미, 조직감에 영향 미침
3) 미생물적 측면
가. 식품의 부패와 관련이 있는 미생물의 생육에 필수적
나. 조리, 가공, 저장 등에 매우 중요한 역할
2. 물분자의 구조와 특성
1) 물분자의 구조
가. 화학식 : H2O(수소 2 원자, 산소 1원자), 분자량 18
나. 공유결합 : 물 분자내의 H와 O원자의 결합 (결합각은 104.5도)
다. 극성 분자 : 산소는 부분적으로 음전하를 띠고, 수소는 부분적으로 양전하를 띤다. 많은 극성분자를 용해시킬 수 있다.
라. 수소결합 : 물 분자(H)와 다른 물 분자(O) 사이의 전기적 인력에 의한 결합으로 결합강도는 공유결합의 10%정도이다. 수소결합은 고정된 것이 아니라 결합과 해리가 반복적으로 이루어지고 있는 동적 상태이다.
마. 다른 액체보다 녹는점, 끓는점, 비열. 기화열. 표면장력이 높다.
2) 물분자의 특성
가. 비열이 크다. : 비열은 온도를 1℃ 올리기 위해 필요한 열량을 말하는데, 비열이 크면 쉽게 덥히거나 식히기 어렵다. 인체의 체온이 외부 영향을 적게 받을 수 있도록 하는데 기여한다.
나. 끓는점(비점)과 녹는점(융점)이 높다. : 100℃에서 끓는다. 압력이 낮아지면 더 낮은 온도에서 끓는다. 0℃에서 녹는다.
다. 용매로 작용한다. : 염, 당, 산 등 극성물질을 잘 녹이는 용매이다.
마. 비중은 4℃에서 가장 크다. 온도가 더 올라가거나, 더 내려가면 비중이 감소하고 부피가 증가한다. 얼음이 되면 비중이 더 감소하기 때문에 얼음을 물에 뜬다.
바. 점도가 높다. 수소결합으로 연결되어 있기 때문에 분자량이 비슷한 다른 물질에 비해 점도가 높다.
사. 표면장력이 크다. : 표면에 있는 물분자는 위로 향하는 힘이 없기 때문에 아래로 끌리는 힘이 작용한다. 표면을 늘리기 위해서는 힘이 필요한데, 이를 표면장력이라고 한다. 분자간 인력이 큰 물질일수록 표면장력이 크다. 물분자는 수소결합을 하고 있어 표면장력이 크며, 이로 인해 모세관현상이 생긴다.
3. 자유수와 결합수
1) 자유수(유리수)
가. 식품성분과 결합하지 않고 독립적으로 존재하여 일반 물과 같은 성질을 갖는 수분
나. 극성 용매로 작용한다. 전해질을 잘 녹인다. 화학반응에 관여한다.
다. 쉽게 동결된다.
라. (건조)로 쉽게 제거할 수 있다.
마. (미생물)이 잘 이용한다. 식품의 부패와 직접 관련된다.
바. 표면장력이 크다.
2) 결합수
가. (탄수화물) 또는 단백질과 같은 식품의 성분과 수소결합하고 있는 상태의 수분으로 일반 물과는 조금 다른 특성을 지님
나. 자유수와는 반대의 특성을 보인다. 용매로 작용하지 못하고, 미생물 생육에도 이용되지 않으며, 화학반응에도 참여하지 않는다. 동결이나 건조가 어렵다.
4. 식품의 수분
1) 수분함량
가. 식품 중에 함유되어 있는 수분의 함량(%)
나. 건조 곡류(15%), 쌀밥(65%), 야채와 과일(90%), 인체(50~70%) 정도의 수분 함유
다. 건조법으로 측정: (105)℃에서 항량에 도달할 때까지 건조하여 계산
라. 수분함량 = (건조 전 무게-건조 후 무게)/건조 전 무게 X 100
2) 수분함량과 식품의 저장
가. 미생물의 생육, 즉 식품의 부패에는 수분이 필수적이고 수분이 많을수록 쉽게 부패한다.
나. 식품의 수분 중 결합수는 미생물이 이용하지 못하기 때문에 식품의 부패와 수분함량을 직접 연계하기는 힘들다.
다. 수분함량보다는 수분활성이 더 직접적인 관련이 있다.
4. 수분활성(water activity, Aw)
1) 수분활성
가. 일정 온도에서 식품의 수증기압(P)에 대한 순수한 (물)의 수증기압(P0)의 비율
Aw = P/P0
나. 식품의 수분에 녹아있는 용질의 종류와 양에 의해서 결정된다.
Aw = Mw/(Mw + Ms) Mw(물의 mol수), Ms(용질의 mol수)
다. 식품의 수분은 식품이 있는 환경의 상대습도와 평형상태에 도달하게 된다.
Aw = RH/100 RH(상대습도)
라. 순수한 물의 수분활성은 1이며, 모든 식품에는 용질이 함유되어 있기 때문에 수분활성이 1보다 적다. 단위는 없다.
2) 수분활성의 의미
가. 수분활성이란 식품에 존재하는 수분이 물로서의 역할을 얼마만큼 하는지를 의미한다. 어떤 식품의 수분활성이 높다는 것은 수분함량이 높고, 결합수보다 자유수가 더 많다는 것 의미한다.
나. 수분함량이 높아도 수분활성은 낮을 수 있다. 벌꿀과 같이 당이 많은 경우 수분이 당과 결합하여 결합수로 존재하기 때문에 수분활성이 낮고, 이 결합수는 미생물이 이용하지 못하기 때문에 상온에 저장하여도 부패하지 않는다.
다. 난백과 난황의 수분함량은 각각 89%와 49%이지만 수분활성은 0.976으로 동일하다. 난백에 수분함량이 더 많지만, 수분이 단백질과 결합한 결합수로 존재한다. 반면 난황은 수분이 적지만, 자유수의 비율이 높다는 것을 알 수 있다.
3) 수분활성이 식품 변화에 미치는 영향
가. 수분활성과 미생물의 증식 : 미생물 생육에 필요한 최저 수분활성도는 미생물의 종류에 따라 다르다. 일반 세균은 0.90 이상은 되어야 생육하며, 일반 효모는 0.88, 일반 곰팡이는 0.8 이상이면 생육할 수 있다. 즉 곰팡이는 세균보다 더 건조한 식품에서도 생육할 수 있다.
나. 수분활성과 식품의 저장 : 미생물 중에는 건조한 환경에서도 생육할 수 있는 것이 있다. 내염성균이나 내건성 곰팡이는 수분활성이 0.7이하에서 생육하는 것도 있다. 따라서 식품을 안전하게 저장하기 위해서는 수분활성을 0.6정도로 낮추는 것이 필요하다.
다. 수분활성과 효소반응 : 식품의 저장 중에 효소반응은 식품의 품질에 영향을 준다. 효소반응의 속도는 수분활성이 커질수록 증가한다. 대부분 0.85이하에서 효소가 불활성화되지만, 지질분해에 관여하는 리파제의 경우 수분활성도가 0.3에서도 활성을 갖는다.
라. 수분활성과 비효소적갈변(마이야르반응) : 수분활성이 0.6~0.7에서 가장 반응이 활발하고 그이상이나 이하에서는 감소한다.
바. 수분활성과 유지의 산화 : 수분활성이 0.2~0.3에서 유지의 산화속도가 가장 낮고, 그 이상이나 이하에서는 증가한다.
4) 식품의 수분활성
가. 채소, 과일, 어패류 : 수분함량은 약 85~95%이며, 수분활성은 0.98~0.99정도이다.
나. 마른멸치, 콩, 쌀 : 수분함량은 10~15% 정도이며, 수분활성은 0.6~0.65이다.
5) 식품의 수분활성을 낮추는 방법
가. 건조 : 식품을 건조하면 자유수가 제거되기 때문에 수분활성이 낮아진다. 마른 오징어 등의 건어물을 저장하는 방법이다.
나. 용질(설탕 또는 소금) 첨가 : 용질에 자유수가 결합하면서 전체적으로 결합수의 비율이 증가하고 수분활성은 감소하여 식품을 장기간 저장한다. 염장생선, 잼과 같은 당장 식품이 대표적인 예다.
다. 냉동 : 자유수가 얼음으로 변하기 때문에 결합수의 비율이 증가하고 수분활성은 낮아진다. 저온 효과와 함께 식품을 장기간 저장할 수 있다.
5. 등온흡습(탈습) 곡선
1) 등온흡습곡선과 등온탈습곡선
가. 일정온도에서 식품을 밀폐된 용기에 넣었을 때 습도가 낮으면 수분은 식품에서 나오고, 습도가 높으면 식품으로 흡수된다. 결국 평형상태에 도달하게 된다.
나. 등온흡습곡선은 식품이 대기의 수분을 흡수하여 평형에 이르는 경우의 상대습도와 식품의 수분함량과의 관계를 나타낸 곡선
다. 등온탈습곡선은 식품의 수분이 대기로 방출되어 평형에 이르는 경우의 상대습도와 식품의 수분함량과의 관계를 나타낸 곡선
라. 등온 흡습곡선과 탈습곡선은 서로 일치하지 않는다. 동일한 상대습도에서 탈습할 때 수분함량이 흡습할 때보다 높다. 이를 이력현상(hysteresis)이라고 한다.
2) 등온 흡습곡선의 영역
가. A층의 수분은 식품의 성분과 강하게 결합하고 있는 단분자층의 결합수
나. B층의 수분은 조금 느슨하게 결합하고 있는 결합수
다. C층의 수분은 용매로 작용할 수 있는 자유수로 미생물이 이용할 수 있기 때문에 식품의 부패가 일어난다.
6. 복습하기 1단계
1) 물분자의 공유결합과 수소결합
항목 | 공유결합 | 수소결합 |
위치 | 물 분자 내부의 결합 | 물 분자 사이의 결합 |
결합 | 수소와 산소의 전자쌍 공유 | 수소와 산소의 전기적 인력 |
강도 | 매우 강함 | 공유 결합의 1/10 |
특징 | 분자내의 결합 | 비점, 융점, 비열 등에 관여 |
2) 자유수와 결합수
항목 | 자유수 | 결합수 |
정의 | 결합이 없이 독립적으로 존재 | 식품성분과 수소결합 |
용매 | 극성 용매로 작용 | 작용하지 않는다. |
동결 | 동결 쉽다. | 동결 어렵다. |
건조 | 건조 쉽다. | 어렵다. |
압착 | 압착으로 제거된다. | 어렵다. |
부패 | 미생물이 이용 | 미생물이 이용 못함 |
밀도 | 작다. | 크다. |
3) 수분함량과 수분활성
항목 | 수분함량 | 수분활성 |
값 | 0~100 | 0~1 |
단위 | % | 없다. |
의의 | 측정이 쉬워 많이 사용된다. | 부패, 효소반응, 화학반응과 관계 |
측정 | 105℃에서 건조하여 측정 | P/P0 = RH/100 |
4) 세균과 곰팡이
항목 | 세균 | 곰팡이 |
분류 | 원핵세포 | 진핵세포 |
Aw | 최소 수분활성도 0.9 | 최소 수분활성도 0.8 |
생육속도 | 빠르다. | 느리다. |
내건성 | 적다 | 크다 |
대상식품 | 밥, 우유, 음료, 육류, 과일 | 곡류, 빵 등 건조식품 |
5) 건조와 용질 첨가
항목 | 건조 | 용질 첨가 |
방법 | 열풍건조, 동결건조 | 소금, 설탕, 포도당 첨가 |
원리 | 자유수 제거 | 자유수를 결합수로 전환 |
결과 | 수분활성 저하 | 수분활성 저하 |
사례 | 곶감, 마른오징어 | 염장생선, 잼, 청 |
6) 흡습곡선과 탈습곡선
항목 | 흡습곡선 | 탈습곡선 |
방법 | 습도 높은 곳에서 식품으로 흡습 | 습도 낮은 곳에서 식품에서 탈습 |
그래프 | 습도 증가하면 수분함량 증가 | 습도 감소하면 수분함량 감소 |
특징 | 동일 습도에서 수분함량 적다. | 동일 습도에서 수분함량 많다. |
7) 흡습곡선의 영역, A, B, C 층
항목 | A | B | C |
위치 | 단분자층 | A층 외부 2~3층 | B층 외부 |
구분 | 결합수 | 결합수 | 자유수 |
동결온도 | -80℃ 이하 | -10℃ 이하 | 0℃ 이하 |
운동속도 | 1/1,000,000 | 1/1,000 | 1 |
건조 | 매우 어렵다 | 어렵다 | 쉽다 |
7. 복습하기 2단계
물 분자의 분자량은 얼마인가? (18)
물 분자내의 수소와 산소간의 결합은 무엇인가? (공유결합)
물 분자내에서 산소원자는 어떤 전기적인 특징을 보이는가? (부분적인 음전하)
미생물이 이용하기 때문에 식품의 변질에 관여하는 수분은? (자유수)
단백질이나 탄수화물 분자와 수소결합을 하고 있는 수분은? (결합수)
건조시킬 때 쉽게 제거되는 수분은? (유리수)
결합수와 식품의 성분 사이의 결합은 무엇인가?(수소결합)
상대습도가 80%라면 수분활성은 얼마인가? (0.8)
곰팡이의 최저 생육 수분활성도는 얼마인가?(0.8)
일반적으로 식품의 수분함량을 구하기 위하여 건조하는 온도는? 105℃
염류, 당류, 수용성 단백질을 녹일 수 있는 수분은? (자유수)
건조식품에 가장 잘 번식하는 미생물은 무엇인가? (곰팡이)
물분자와 물분자 사이에서 형성될 수 있는 결합은? (수소결합)
물질 1g의 온도를 1℃올리는데 필요한 열량을 무엇이라고 하는가? (비열)
순수한 물의 비점은 얼마인가? (100℃)
물 분자의 점도가 다른 물질에 비해 큰 이유는 무엇인가? (수소결합)
식품을 압착하였을 때 제거되는 수분은? (자유수)
건조 곡류의 수분함량은 대략 얼마인가? (15% 미만)
순수한 물의 수분활성은 얼마인가? (1)
세균의 생육에 필요한 최소한의 수분활성은 얼마인가? (0.9)
마이야르 반응이 가장 잘 일어나는 수분활성은 얼마인가? (0.6~0.7)
유지의 산화가 가장 억제되는 수분활성은 얼마인가? (0.2~0.3)
과일이나 채소의 수분활성은 얼마인가? (0.98~0.99)
건조 곡류가 흡습하면 증식할 수 있는 미생물은? (곰팡이)
과일을 건조하면 증발하는 수분은? (자유수)
딸기에 설탕을 첨가하면 설탕을 녹이는 수분은? (자유수)
등온 흡습곡선과 탈습곡선이 서로 일치하지 않는 현상은? (이력현상)
식품의 성분과 결합하여 단분자층을 이루는 수분은? (A층 결합수)
수분활성이 0.7정도인 밀가루에서 생육하기 쉬운 미생물은? (곰팡이)
식품의 수분 중 운동성이 큰 수분은 무엇인가? (자유수)
9. 과제하기
물 분자는 2개의 산소와 1개의 수소로 이루어져있다. F
물 분자내의 수소와 산소간의 결합은 수소결합이다. F
물 분자내에서 산소원자는 부분적인 음전하를 띤다. T
자유수는 미생물이 이용하기 때문에 식품의 변질에 관여한다. T
결합수는 단백질이나 탄수화물 분자와 공유결합을 하고 있다. F
건조시킬 때 쉽게 제거되는 수분은? (유리수)
결합수와 식품의 성분 사이의 결합은 무엇인가?(수소결합)
상대습도가 80%라면 수분활성은 0.8이다. T
곰팡이는 수분활성이 0.9이상이 되어야 생육할 수 있다. F
수분활성은 일반적으로 식품을 105℃로 건조하여 구한다. F
염류, 당류, 수용성 단백질을 녹일 수 있는 수분은 자유수다. T
일반적으로 건조식품에는 곰팡이가 잘 생육할 수 있다. T
물분자와 물분자 사이에서 형성될 수 있는 결합은 배위결합이다. F
물질 1g의 온도를 1℃올리는데 필요한 열량을 융점이라고 한다. F
순수한 물의 비점은 100℃이다. T
수소결합으로 인해 물 분자의 점도가 다른 물질에 비해 크다. T
두부를 압착하였을 때 제거되는 수분은 결합수이다. F
건조 곡류의 수분함량은 대략 65%이다. F
일반 식품의 수분활성은 1과 같거나 크다. F
세균의 생육에 필요한 최소한의 수분활성은 0.9이다. T
마이야르 반응에 의한 갈변은 수분활성이 높을수록 잘 일어난다. F
유지의 산화가 가장 억제되는 수분활성은 0.6~0.7이다. F
곡류 저장 창고의 습도 조절이 실패하면 곰팡이가 생기기 쉽다. T
과일을 건조하면 자유수가 증발한다. T
딸기에 설탕을 첨가하면 자유수가 설탕을 녹인다. T
이력현상은 등온 흡습곡선과 탈습곡선이 서로 일치하지 않는 것이다. T
A층 결합수란 식품의 성분과 결합하여 단분자층을 이루는 수분이다. T
수분활성이 0.7정도인 밀가루에서는 곰팡이가 생육하기 쉽다. T
식품의 수분 중 C 층 자유수가 가장 운동성이 크다. T
상대습도는 항상 0보다 크기 때문에 식품의 수분을 완전히 제거할 수 없다. T
음식을 따뜻하게 데우면 수분활성이 크게 낮아진다. F
세균은 곰팡이에 비해 수분활성이 더 높아야 생육할 수 있다. T
결합수는 보통 0℃ 이하에서도 얼지 않는다. T
상대 습도가 증가하면 수분활성은 감소한다. F
유지의 산화속도는 수분활성도와 비례적으로 증가한다. F
비효소적 갈변반응은 수분활성도가 낮을수록 활발히 일어난다. F
일부 내건성 곰팡이는 0.64 정도의 수분활성도에서도 성장할 수 있다. T
등온 흡습곡선의 B층에서는 화학반응, 효소반응, 미생물 증식이 일어난다. F
식품의 수분
1. 수분의 의의
1) 화학적 측면
가. 각종 화학물질의 용매로 작용
나. 화학물질의 운반체로 참여
다. 가수분해 반응과 같이 화학반응의 성분으로 작용
2) 물리적 측면
가. 식품의 조직 변화에 참여
나. 식품의 외관, 향미, 조직감에 영향 미침
3) 미생물적 측면
가. 식품의 부패와 관련이 있는 미생물의 생육에 필수적
나. 조리, 가공, 저장 등에 매우 중요한 역할
2. 물분자의 구조와 특성
1) 물분자의 구조
가. 화학식 : H2O(수소 2 원자, 산소 1원자), 분자량 18
나. 공유결합 : 물 분자내의 H와 O원자의 결합 (결합각은 104.5도)
다. 극성 분자 : 산소는 부분적으로 음전하를 띠고, 수소는 부분적으로 양전하를 띤다. 많은 극성분자를 용해시킬 수 있다.
라. 수소결합 : 물 분자(H)와 다른 물 분자(O) 사이의 전기적 인력에 의한 결합으로 결합강도는 공유결합의 10%정도이다. 수소결합은 고정된 것이 아니라 결합과 해리가 반복적으로 이루어지고 있는 동적 상태이다.
마. 다른 액체보다 녹는점, 끓는점, 비열. 기화열. 표면장력이 높다.
2) 물분자의 특성
가. 비열이 크다. : 비열은 온도를 1℃ 올리기 위해 필요한 열량을 말하는데, 비열이 크면 쉽게 덥히거나 식히기 어렵다. 인체의 체온이 외부 영향을 적게 받을 수 있도록 하는데 기여한다.
나. 끓는점(비점)과 녹는점(융점)이 높다. : 100℃에서 끓는다. 압력이 낮아지면 더 낮은 온도에서 끓는다. 0℃에서 녹는다.
다. 용매로 작용한다. : 염, 당, 산 등 극성물질을 잘 녹이는 용매이다.
마. 비중은 4℃에서 가장 크다. 온도가 더 올라가거나, 더 내려가면 비중이 감소하고 부피가 증가한다. 얼음이 되면 비중이 더 감소하기 때문에 얼음을 물에 뜬다.
바. 점도가 높다. 수소결합으로 연결되어 있기 때문에 분자량이 비슷한 다른 물질에 비해 점도가 높다.
사. 표면장력이 크다. : 표면에 있는 물분자는 위로 향하는 힘이 없기 때문에 아래로 끌리는 힘이 작용한다. 표면을 늘리기 위해서는 힘이 필요한데, 이를 표면장력이라고 한다. 분자간 인력이 큰 물질일수록 표면장력이 크다. 물분자는 수소결합을 하고 있어 표면장력이 크며, 이로 인해 모세관현상이 생긴다.
3. 자유수와 결합수
1) 자유수(유리수)
가. 식품성분과 결합하지 않고 독립적으로 존재하여 일반 물과 같은 성질을 갖는 수분
나. 극성 용매로 작용한다. 전해질을 잘 녹인다. 화학반응에 관여한다.
다. 쉽게 동결된다.
라. (건조)로 쉽게 제거할 수 있다.
마. (미생물)이 잘 이용한다. 식품의 부패와 직접 관련된다.
바. 표면장력이 크다.
2) 결합수
가. (탄수화물) 또는 단백질과 같은 식품의 성분과 수소결합하고 있는 상태의 수분으로 일반 물과는 조금 다른 특성을 지님
나. 자유수와는 반대의 특성을 보인다. 용매로 작용하지 못하고, 미생물 생육에도 이용되지 않으며, 화학반응에도 참여하지 않는다. 동결이나 건조가 어렵다.
4. 식품의 수분
1) 수분함량
가. 식품 중에 함유되어 있는 수분의 함량(%)
나. 건조 곡류(15%), 쌀밥(65%), 야채와 과일(90%), 인체(50~70%) 정도의 수분 함유
다. 건조법으로 측정: (105)℃에서 항량에 도달할 때까지 건조하여 계산
라. 수분함량 = (건조 전 무게-건조 후 무게)/건조 전 무게 X 100
2) 수분함량과 식품의 저장
가. 미생물의 생육, 즉 식품의 부패에는 수분이 필수적이고 수분이 많을수록 쉽게 부패한다.
나. 식품의 수분 중 결합수는 미생물이 이용하지 못하기 때문에 식품의 부패와 수분함량을 직접 연계하기는 힘들다.
다. 수분함량보다는 수분활성이 더 직접적인 관련이 있다.
4. 수분활성(water activity, Aw)
1) 수분활성
가. 일정 온도에서 식품의 수증기압(P)에 대한 순수한 (물)의 수증기압(P0)의 비율
Aw = P/P0
나. 식품의 수분에 녹아있는 용질의 종류와 양에 의해서 결정된다.
Aw = Mw/(Mw + Ms) Mw(물의 mol수), Ms(용질의 mol수)
다. 식품의 수분은 식품이 있는 환경의 상대습도와 평형상태에 도달하게 된다.
Aw = RH/100 RH(상대습도)
라. 순수한 물의 수분활성은 1이며, 모든 식품에는 용질이 함유되어 있기 때문에 수분활성이 1보다 적다. 단위는 없다.
2) 수분활성의 의미
가. 수분활성이란 식품에 존재하는 수분이 물로서의 역할을 얼마만큼 하는지를 의미한다. 어떤 식품의 수분활성이 높다는 것은 수분함량이 높고, 결합수보다 자유수가 더 많다는 것 의미한다.
나. 수분함량이 높아도 수분활성은 낮을 수 있다. 벌꿀과 같이 당이 많은 경우 수분이 당과 결합하여 결합수로 존재하기 때문에 수분활성이 낮고, 이 결합수는 미생물이 이용하지 못하기 때문에 상온에 저장하여도 부패하지 않는다.
다. 난백과 난황의 수분함량은 각각 89%와 49%이지만 수분활성은 0.976으로 동일하다. 난백에 수분함량이 더 많지만, 수분이 단백질과 결합한 결합수로 존재한다. 반면 난황은 수분이 적지만, 자유수의 비율이 높다는 것을 알 수 있다.
3) 수분활성이 식품 변화에 미치는 영향
가. 수분활성과 미생물의 증식 : 미생물 생육에 필요한 최저 수분활성도는 미생물의 종류에 따라 다르다. 일반 세균은 0.90 이상은 되어야 생육하며, 일반 효모는 0.88, 일반 곰팡이는 0.8 이상이면 생육할 수 있다. 즉 곰팡이는 세균보다 더 건조한 식품에서도 생육할 수 있다.
나. 수분활성과 식품의 저장 : 미생물 중에는 건조한 환경에서도 생육할 수 있는 것이 있다. 내염성균이나 내건성 곰팡이는 수분활성이 0.7이하에서 생육하는 것도 있다. 따라서 식품을 안전하게 저장하기 위해서는 수분활성을 0.6정도로 낮추는 것이 필요하다.
다. 수분활성과 효소반응 : 식품의 저장 중에 효소반응은 식품의 품질에 영향을 준다. 효소반응의 속도는 수분활성이 커질수록 증가한다. 대부분 0.85이하에서 효소가 불활성화되지만, 지질분해에 관여하는 리파제의 경우 수분활성도가 0.3에서도 활성을 갖는다.
라. 수분활성과 비효소적갈변(마이야르반응) : 수분활성이 0.6~0.7에서 가장 반응이 활발하고 그이상이나 이하에서는 감소한다.
바. 수분활성과 유지의 산화 : 수분활성이 0.2~0.3에서 유지의 산화속도가 가장 낮고, 그 이상이나 이하에서는 증가한다.
4) 식품의 수분활성
가. 채소, 과일, 어패류 : 수분함량은 약 85~95%이며, 수분활성은 0.98~0.99정도이다.
나. 마른멸치, 콩, 쌀 : 수분함량은 10~15% 정도이며, 수분활성은 0.6~0.65이다.
5) 식품의 수분활성을 낮추는 방법
가. 건조 : 식품을 건조하면 자유수가 제거되기 때문에 수분활성이 낮아진다. 마른 오징어 등의 건어물을 저장하는 방법이다.
나. 용질(설탕 또는 소금) 첨가 : 용질에 자유수가 결합하면서 전체적으로 결합수의 비율이 증가하고 수분활성은 감소하여 식품을 장기간 저장한다. 염장생선, 잼과 같은 당장 식품이 대표적인 예다.
다. 냉동 : 자유수가 얼음으로 변하기 때문에 결합수의 비율이 증가하고 수분활성은 낮아진다. 저온 효과와 함께 식품을 장기간 저장할 수 있다.
5. 등온흡습(탈습) 곡선
1) 등온흡습곡선과 등온탈습곡선
가. 일정온도에서 식품을 밀폐된 용기에 넣었을 때 습도가 낮으면 수분은 식품에서 나오고, 습도가 높으면 식품으로 흡수된다. 결국 평형상태에 도달하게 된다.
나. 등온흡습곡선은 식품이 대기의 수분을 흡수하여 평형에 이르는 경우의 상대습도와 식품의 수분함량과의 관계를 나타낸 곡선
다. 등온탈습곡선은 식품의 수분이 대기로 방출되어 평형에 이르는 경우의 상대습도와 식품의 수분함량과의 관계를 나타낸 곡선
라. 등온 흡습곡선과 탈습곡선은 서로 일치하지 않는다. 동일한 상대습도에서 탈습할 때 수분함량이 흡습할 때보다 높다. 이를 이력현상(hysteresis)이라고 한다.
2) 등온 흡습곡선의 영역
가. A층의 수분은 식품의 성분과 강하게 결합하고 있는 단분자층의 결합수
나. B층의 수분은 조금 느슨하게 결합하고 있는 결합수
다. C층의 수분은 용매로 작용할 수 있는 자유수로 미생물이 이용할 수 있기 때문에 식품의 부패가 일어난다.
6. 복습하기 1단계
1) 물분자의 공유결합과 수소결합
항목
공유결합
수소결합
위치
물 분자 내부의 결합
물 분자 사이의 결합
결합
수소와 산소의 전자쌍 공유
수소와 산소의 전기적 인력
강도
매우 강함
공유 결합의 1/10
특징
분자내의 결합
비점, 융점, 비열 등에 관여
2) 자유수와 결합수
항목
자유수
결합수
정의
결합이 없이 독립적으로 존재
식품성분과 수소결합
용매
극성 용매로 작용
작용하지 않는다.
동결
동결 쉽다.
동결 어렵다.
건조
건조 쉽다.
어렵다.
압착
압착으로 제거된다.
어렵다.
부패
미생물이 이용
미생물이 이용 못함
밀도
작다.
크다.
3) 수분함량과 수분활성
항목
수분함량
수분활성
값
0~100
0~1
단위
%
없다.
의의
측정이 쉬워 많이 사용된다.
부패, 효소반응, 화학반응과 관계
측정
105℃에서 건조하여 측정
P/P0 = RH/100
4) 세균과 곰팡이
항목
세균
곰팡이
분류
원핵세포
진핵세포
Aw
최소 수분활성도 0.9
최소 수분활성도 0.8
생육속도
빠르다.
느리다.
내건성
적다
크다
대상식품
밥, 우유, 음료, 육류, 과일
곡류, 빵 등 건조식품
5) 건조와 용질 첨가
항목
건조
용질 첨가
방법
열풍건조, 동결건조
소금, 설탕, 포도당 첨가
원리
자유수 제거
자유수를 결합수로 전환
결과
수분활성 저하
수분활성 저하
사례
곶감, 마른오징어
염장생선, 잼, 청
6) 흡습곡선과 탈습곡선
항목
흡습곡선
탈습곡선
방법
습도 높은 곳에서 식품으로 흡습
습도 낮은 곳에서 식품에서 탈습
그래프
습도 증가하면 수분함량 증가
습도 감소하면 수분함량 감소
특징
동일 습도에서 수분함량 적다.
동일 습도에서 수분함량 많다.
7) 흡습곡선의 영역, A, B, C 층
항목
A
B
C
위치
단분자층
A층 외부 2~3층
B층 외부
구분
결합수
결합수
자유수
동결온도
-80℃ 이하
-10℃ 이하
0℃ 이하
운동속도
1/1,000,000
1/1,000
1
건조
매우 어렵다
어렵다
쉽다
7. 복습하기 2단계
물 분자의 분자량은 얼마인가? (18)
물 분자내의 수소와 산소간의 결합은 무엇인가? (공유결합)
물 분자내에서 산소원자는 어떤 전기적인 특징을 보이는가? (부분적인 음전하)
미생물이 이용하기 때문에 식품의 변질에 관여하는 수분은? (자유수)
단백질이나 탄수화물 분자와 수소결합을 하고 있는 수분은? (결합수)
건조시킬 때 쉽게 제거되는 수분은? (유리수)
결합수와 식품의 성분 사이의 결합은 무엇인가?(수소결합)
상대습도가 80%라면 수분활성은 얼마인가? (0.8)
곰팡이의 최저 생육 수분활성도는 얼마인가?(0.8)
일반적으로 식품의 수분함량을 구하기 위하여 건조하는 온도는? 105℃
염류, 당류, 수용성 단백질을 녹일 수 있는 수분은? (자유수)
건조식품에 가장 잘 번식하는 미생물은 무엇인가? (곰팡이)
물분자와 물분자 사이에서 형성될 수 있는 결합은? (수소결합)
물질 1g의 온도를 1℃올리는데 필요한 열량을 무엇이라고 하는가? (비열)
순수한 물의 비점은 얼마인가? (100℃)
물 분자의 점도가 다른 물질에 비해 큰 이유는 무엇인가? (수소결합)
식품을 압착하였을 때 제거되는 수분은? (자유수)
건조 곡류의 수분함량은 대략 얼마인가? (15% 미만)
순수한 물의 수분활성은 얼마인가? (1)
세균의 생육에 필요한 최소한의 수분활성은 얼마인가? (0.9)
마이야르 반응이 가장 잘 일어나는 수분활성은 얼마인가? (0.6~0.7)
유지의 산화가 가장 억제되는 수분활성은 얼마인가? (0.2~0.3)
과일이나 채소의 수분활성은 얼마인가? (0.98~0.99)
건조 곡류가 흡습하면 증식할 수 있는 미생물은? (곰팡이)
과일을 건조하면 증발하는 수분은? (자유수)
딸기에 설탕을 첨가하면 설탕을 녹이는 수분은? (자유수)
등온 흡습곡선과 탈습곡선이 서로 일치하지 않는 현상은? (이력현상)
식품의 성분과 결합하여 단분자층을 이루는 수분은? (A층 결합수)
수분활성이 0.7정도인 밀가루에서 생육하기 쉬운 미생물은? (곰팡이)
식품의 수분 중 운동성이 큰 수분은 무엇인가? (자유수)
9. 과제하기
물 분자는 2개의 산소와 1개의 수소로 이루어져있다. F
물 분자내의 수소와 산소간의 결합은 수소결합이다. F
물 분자내에서 산소원자는 부분적인 음전하를 띤다. T
자유수는 미생물이 이용하기 때문에 식품의 변질에 관여한다. T
결합수는 단백질이나 탄수화물 분자와 공유결합을 하고 있다. F
건조시킬 때 쉽게 제거되는 수분은? (유리수)
결합수와 식품의 성분 사이의 결합은 무엇인가?(수소결합)
상대습도가 80%라면 수분활성은 0.8이다. T
곰팡이는 수분활성이 0.9이상이 되어야 생육할 수 있다. F
수분활성은 일반적으로 식품을 105℃로 건조하여 구한다. F
염류, 당류, 수용성 단백질을 녹일 수 있는 수분은 자유수다. T
일반적으로 건조식품에는 곰팡이가 잘 생육할 수 있다. T
물분자와 물분자 사이에서 형성될 수 있는 결합은 배위결합이다. F
물질 1g의 온도를 1℃올리는데 필요한 열량을 융점이라고 한다. F
순수한 물의 비점은 100℃이다. T
수소결합으로 인해 물 분자의 점도가 다른 물질에 비해 크다. T
두부를 압착하였을 때 제거되는 수분은 결합수이다. F
건조 곡류의 수분함량은 대략 65%이다. F
일반 식품의 수분활성은 1과 같거나 크다. F
세균의 생육에 필요한 최소한의 수분활성은 0.9이다. T
마이야르 반응에 의한 갈변은 수분활성이 높을수록 잘 일어난다. F
유지의 산화가 가장 억제되는 수분활성은 0.6~0.7이다. F
곡류 저장 창고의 습도 조절이 실패하면 곰팡이가 생기기 쉽다. T
과일을 건조하면 자유수가 증발한다. T
딸기에 설탕을 첨가하면 자유수가 설탕을 녹인다. T
이력현상은 등온 흡습곡선과 탈습곡선이 서로 일치하지 않는 것이다. T
A층 결합수란 식품의 성분과 결합하여 단분자층을 이루는 수분이다. T
수분활성이 0.7정도인 밀가루에서는 곰팡이가 생육하기 쉽다. T
식품의 수분 중 C 층 자유수가 가장 운동성이 크다. T
상대습도는 항상 0보다 크기 때문에 식품의 수분을 완전히 제거할 수 없다. T
음식을 따뜻하게 데우면 수분활성이 크게 낮아진다. F
세균은 곰팡이에 비해 수분활성이 더 높아야 생육할 수 있다. T
결합수는 보통 0℃ 이하에서도 얼지 않는다. T
상대 습도가 증가하면 수분활성은 감소한다. F
유지의 산화속도는 수분활성도와 비례적으로 증가한다. F
비효소적 갈변반응은 수분활성도가 낮을수록 활발히 일어난다. F
일부 내건성 곰팡이는 0.64 정도의 수분활성도에서도 성장할 수 있다. T
등온 흡습곡선의 B층에서는 화학반응, 효소반응, 미생물 증식이 일어난다. F