4-1. 일반냉동과 급속동결을 설명하고, 동결건조와 열풍건조를 비교하여 설명하시오.

1. 일반 냉동 (General Freezing) vs. 급속 동결 (Rapid Freezing)

두 가지 모두 물품의 온도를 동결점 이하로 낮추어 수분을 얼음으로 만드는 과정이지만, 동결 속도에 큰 차이가 있으며 이로 인해 물품의 품질에 미치는 영향이 다릅니다.

• 일반 냉동:
  • 설명: 비교적 느린 속도로 물품을 동결시키는 방식입니다. 가정용 냉동고나 일반적인 냉동 창고에서 이루어지는 동결이 여기에 해당됩니다. 물품의 중심 온도가 최대 빙결정 생성대(-1℃ ~ -5℃)를 통과하는 시간이 비교적 깁니다.
  • 특징: 동결 과정에서 형성되는 얼음 결정(빙결정)의 크기가 커집니다. 이 큰 얼음 결정이 물품의 세포벽을 손상시킬 수 있습니다.
  • 결과: 해동 시 세포 손상으로 인해 내용물(육즙, 영양분, 풍미 성분)이 외부로 빠져나오는 드립(Drip) 발생량이 많아져 물품의 맛, 향, 영양, 조직감이 저하될 수 있습니다. 초기 투자 비용이 저렴하고 구조가 간단합니다.
• 급속 동결:
  • 설명: 매우 빠른 속도로 물품을 동결시키는 방식입니다. 물품의 중심 온도가 최대 빙결정 생성대를 짧은 시간 내에 통과하도록 강력한 냉각 방식을 사용합니다. 블라스트 프리저(Blast Freezer), 접촉식 동결기, 액체 질소/탄산가스 등을 사용하는 극저온 동결 방식 등이 있습니다.
  • 특징: 동결 과정에서 얼음 결정이 매우 작고 미세하게 형성됩니다. 이 작은 얼음 결정은 물품의 세포벽에 미치는 손상이 최소화됩니다.
  • 결과: 해동 시 드립 발생량이 적어 물품의 원래 품질(조직감, 맛, 영양, 색상)을 최대한 보존할 수 있습니다. 일반 냉동에 비해 초기 투자 및 운영 비용이 높지만, 고품질의 동결 물품 생산에 유리합니다.

비교:

구분	일반 냉동	급속 동결
동결 속도	느림	매우 빠름
빙결정 크기	큼	작음
세포 손상	큼	최소화
해동 시 드립	많음	적음
품질 보존	상대적으로 낮음	상대적으로 높음 (조직감, 맛, 영양 등)
비용	저렴	비쌈
주요 용도	장기 보존 목적의 일반적인 식품 동결, 가정용	고품질 유지가 필요한 식품(육류, 수산물, 과일 등), 고부가가치 물품

 

2. 동결 건조 (Freeze Drying) vs. 열풍 건조 (Hot Air Drying)

두 가지 모두 물품에서 수분을 제거하여 건조시키는 방식이지만, 수분을 제거하는 물리적인 원리와 건조 온도에 큰 차이가 있으며 이로 인해 최종 제품의 품질에 미치는 영향이 매우 다릅니다.

• 동결 건조:
  • 설명: 물품을 먼저 완전히 동결시킨 후, 낮은 압력(진공 상태) 하에서 얼음 상태의 수분을 액체 상태를 거치지 않고 바로 수증기로 승화시켜 제거하는 건조 방식입니다. (얼음 → 수증기 변화)
  • 원리: 동결 → 진공 상태 조성 → 승화열 공급 및 승화된 수증기 포집(응축) → 잔류 수분 제거 (탈착)
  • 특징: 건조 과정이 얼음 상태에서 이루어지므로 물품의 형태나 조직 구조 변화가 거의 없습니다. 저온 상태에서 진행되어 열에 의한 영양소 파괴, 색상 변화, 향미 손상이 최소화됩니다. 건조 후 다공성 구조를 가지게 되어 재수화(물에 녹이거나 불리는 것)가 매우 용이하고 빠르게 일어납니다. 최종 수분 함량이 매우 낮습니다.
  • 결과: 원재료의 품질(맛, 향, 영양, 색상, 형태, 복원력)이 가장 잘 보존되는 건조 방식입니다. 하지만 설비가 복잡하고 에너지 소비가 많으며 건조 시간이 오래 걸려 비용이 매우 높습니다.
  • 주요 용도: 인스턴트 커피, 우주식품, 고품질의 건조 과일/채소, 건강 기능 식품, 의약품(백신, 항생제 등), 생물학적 시료 보존.
• 열풍 건조:
  • 설명: 고온의 공기를 물품에 접촉시켜 물품 내부의 수분을 증발시켜 제거하는 가장 일반적인 건조 방식입니다. (물 → 수증기 변화)
  • 원리: 가열된 공기가 물품 표면의 수분을 증발시키고, 물품 내부의 수분이 표면으로 이동하여 계속 증발하는 과정이 반복됩니다.
  • 특징: 건조 과정이 고온에서 진행되므로 열에 의한 영양소, 색소, 향미 성분의 손상이 발생하기 쉽습니다. 물이 증발하면서 물품의 수축이나 변형이 일어날 수 있으며, 표면 경화(Case Hardening) 현상으로 인해 내부 수분 이동이 어려워져 건조 시간이 길어지거나 불균일하게 건조될 수 있습니다. 동결 건조에 비해 최종 수분 함량이 다소 높을 수 있습니다.
  • 결과: 설비가 비교적 간단하고 초기 투자 및 운영 비용이 저렴합니다. 대량 처리에 용이하지만, 동결 건조에 비해 물품의 품질 저하 가능성이 높습니다.
  • 주요 용도: 곡물, 견과류, 육포, 단순 건조 식품(고추, 버섯 등), 섬유류, 목재 등 열에 비교적 강하거나 품질 변화에 덜 민감한 물품.

비교:

구분	동결 건조	열풍 건조
수분 제거 원리	승화 (얼음 → 수증기)	증발 (물 → 수증기)
건조 온도	저온 (동결 상태)	고온
압력 조건	진공	대기압
품질 보존	매우 우수 (형태, 영양, 색상, 향미)	상대적으로 낮음 (열 손상, 수축, 경화 가능)
재수화	매우 빠르고 용이함	느리고 불완전할 수 있음
건조 시간	김	상대적으로 짧음
비용	매우 비쌈	저렴함
최종 수분 함량	매우 낮음	동결 건조보다 높을 수 있음
주요 용도	고품질/고부가가치 식품, 의약품, 생물학적 시료	일반 식품, 농산물, 공산품 등 대량 건조

 

요약하면, 일반 냉동과 급속 동결은 동결 속도 차이가 품질에 영향을 미치며, 급속 동결이 더 나은 품질을 유지합니다. 동결 건조와 열풍 건조는 수분 제거 원리와 온도 조건이 근본적으로 다르며, 동결 건조가 훨씬 높은 품질 보존력을 가지는 대신 비용이 높고, 열풍 건조는 저렴하고 빠르지만 품질 손상 가능성이 있습니다.