식품의 농축

식품 농축의 정의

• 용액의 자유수를 가열, 증발 등의 방법으로 제거하여 용액의 농도를 높이는 단위조작

식품 농축의 목적

• 예비 농축을 통한 무게, 부피 감소
• 수분함량 저하로 미생물 증식 억제
• 농도를 증가시켜 사용자 편의성 부여(보관, 저장, 물류 용이)

식품 농축의 방법

• 증발농축: 수증기

1. 증발농축은 수분을 제거하는 점에서 건조와 유사하나 최종산물이 액체임
2. 용매를 증기화시켜 제거하고 남은 액체 성분을 얻음
3. 다량의 열에너지를 소모하며 물보다 휘발성이 강한 향기물질의 손실을 가져올 수 있음(불쾌한 냄새의 경우 품질향상)
4. 온도상승으로 인한 갈변, 색소파괴, 영양소 파괴

• 진공농축: 수증기

1. 4.6mmHg 이하의 낮은 기압 조건에서는 끓는점이 내려가 비교적 낮은 온도에서 액체가 기화되며 농축 됨
2. 가열농축보다 낮은 온도에서 진행되므로 열에 의한 영양소 파괴 및 단백질 변성이 적음

• 동결농축: 고체

1. 액체식품에서 용액을 동결시킬 때, 공융점(eutectic point) 이하에서는 순수한 용매만 얼음결정을 형성함. 결정을 체 또는 원심분리기를 통해 제거하여 농축
2. 성분의 변화 없이 수분만 제거하는 이상적인 방법
3. 공융점은 순수한 물만이 얼음으로 결정화되는 구간을 지나 고형분과 함께 결정화되는 온도와 농도 지점을 뜻함
4. 한가지 용매에 한가지 성분만이 용해되어 있는 이원혼합물로 가정하는 한계 존재
5. 공융온도 이하로 온도가 내려가면 고형분의 손실 발생하므로 냉동농축은 공융점에 도달하기 전에 중지

장점	단점
비가열 방법으로 영양성분의 파괴, 화학반응 없음	고가의 장치 설비비
휘발성 향기성분의 손실이 없어 관능품질 유지	설비 운영비가 높음
열에 민감한 식품의 농축에 적합	전문적인 운영요원 필요
	증발 농축에 비해 농축효율이 낮고(40%) 농축 시간이 김

 

• 막분리 농축: 액체

1. 물만 통과할 수 있는 반투과성 막을 통해 용액에 압력을 가하면 막을 통과하여 물만 분리되므로 용액의 농도 증가
2. 막의 종류에 따라 특정성분 분리 가능

장점	단점
색소의 분리 및 식품 갈변 방지	고가의 설비 필요
식품의 영양 및 향미성분 유지	30% 이상의 농축 어려움
가열취 발생 감소	막의 오염 형성 및 세척 공정 필요
여과막에 의한 미생물 제균 가능

구분	정밀여과(MF)	한외여과(UF)	나노여과(NF)	역삼투여과(RO)
기능	고체입자 분리	큰 용질 분리	큰 분자 분리	용매 용질 완전 분리
압력	1기압	1~10기압	10~15기압	30~100기압
제거대상물	현탁물질, 세균	세균, 단백질, 바이러스	락토즈, 다가이온	염소 등 일가이온
응용기술	와인 무균여과 무균수 제조	무균수 제조 혈액 여과	우유에서 락토즈 제거	음료 공정의 정제수 노로바이러스 제거 탈염 해양심층수

증발설비의 고려사항

• 증발능력
• 증발효율(증발 후 최종 고형분의 농도)
• 농축원료의 열 민감도
• 증발 중 휘발된 성분의 회수 여부
• 세척의 용이성
• 설비가격과 운전비용 등

증발 농축 시 고려사항

• 진공압력

1. 용액의 끓는점은 순수한 물보다 높기 때문에 농축이 진행될수록 용액의 끓는점 상승으로 제품의 열변성 발생
2. 대기압보다 낮은 압력 조건에서 끓는점을 낮추서 열변성 방지
3. 진공기의 종류는 rotary vane pump, piston pump, diaphragm pump 등이 있음

• 거품발생: 용매에서 발생하는 거품은 수분의 증발을 방해하므로 거픔제거장치나 소포제를 사용
• 점도상승: 점도 증가 시 열전달 속도, 순환속도 감소, 강제 순환장치를 성치하여 순환속도 증가 가능
• 관석 형성: 높은 점도에 따른 관 내부의 관석 형성 발생. 주기적인 내부 CIP 진행 및 순환속도를 높이기 위한 펌프 설치
• 비말동반: 증발 증기 중에 고형분이 포함되어 농축액 손실 발생 가능. 방해판 설치하여 비말동반 제어