22-1물의 상평형도를 이용하여 동결건조의 원리를 설명하고, 동결건조의… | 2022년 식품안전기사실기(필답형) 1회차 기출문제 상세 페이지

(1) 원리 — 식품을 삼중점보다 낮은 온도로 얼린 다음 삼중점 압력보다 낮게 감압하면, 얼음이 물로 녹는 단계를 거치지 않고 곧바로 수증기로 승화하면서 건조가 진행된다.

(2) ① 액체 상태를 거치지 않아 수축과 성분 이동이 적고 원래의 형태ㆍ조직이 유지된다 ② 저온에서 진행되어 영양성분과 휘발성 향기성분의 손실이 적고 복원성이 좋다

[해설]

물의 상평형도는 가로축을 온도, 세로축을 압력으로 놓고 고체ㆍ액체ㆍ기체 영역을 나눈 그림이다. 세 영역이 한 점에서 만나는 삼중점은 0.01 ℃, 0.006 atm이다(삼중점 압력 611.66 Pa를 101,325 Pa로 나누면 약 0.00604 atm이다).

$P_{tp} = \dfrac{611.66}{101325} \approx 0.006\ \mathrm{atm},\quad T_{tp} = 0.01\ ^\circ\mathrm{C}$

동결건조는 이 삼중점 아래쪽 영역을 이용한다. 압력이 삼중점보다 낮으면 고체와 기체 영역이 직접 맞닿아 액체 구간이 사라지므로, 얼음에 열을 주면 녹지 않고 승화해 버린다. 그래서 식품을 먼저 얼린 뒤 진공을 걸고 승화열만 공급하면, 얼음이 있던 자리가 그대로 빈 구멍으로 남으면서 건조가 끝난다.

지면의 정답에는 장점이 넷 열거되어 있으나 발문이 요구하는 것은 두 가지이므로, 답안에는 대표적인 둘만 적고 나머지는 여기에 함께 둔다. ① 형태ㆍ조직 보존(액상을 거치지 않아 수축과 표면경화가 없다) ② 영양소ㆍ향기성분 손실 최소화와 뛰어난 복원성 ③ 열에 의한 변색ㆍ변질이 적다 ④ 가용성 성분이 표면으로 이동하지 않는다.

단점도 함께 알아 두면 좋다. 건조물이 다공질이라 부스러지기 쉽고 산소와 닿는 면적이 넓어 산화되기 쉬우며, 설비비와 운전비가 크고 건조에 걸리는 시간도 길다.