Freezing Curve and Freezing Time Estimation of Food

* 식품의 동결

식품 중의 수분이 얼기 시작하는 온도를 동결점(Freezing point)이라 하는데 이 온도 이하로 온도를 낮추는 것을 냉동(Freezing)이라고 한다. 식품의 동결은 식품 중에 포함된 (고형분이 아닌) 물이 어는 것이기 때문에 수분 함량과 밀접한 관계가 있다. 따라서 우선 물의 동결과정을 이해하는 것이 중요하다.
아래의 Fig 1.과 같이 20℃의 물을 –20℃로 얼리는 과정을 보자. (Fig 1.은 순수한 물의 동결곡선은 아님. 순수한 물의 경우 B-C과정이 수평으로 나타남.) 먼저 A-B과정은 20℃의 물을 0℃로 낮추기 위해 헌열을 제거하여 준다. B 지점에서는 과냉각 현상이 일어난다.
순수한 물의 경우 0℃이하의 온도에서도 상이 변화하지 않고 Nucleation이 일어난다. 그 후 다시 약간의 온도 상승이 일어나 동결점에 도달하게 되고 다시 0℃의 물로부터 잠열 물의 동결 잠열=79.6 cal/g = 332.7kJ/kg
을 제거하면 상태변화를 일으켜 0℃의 얼음이 된다. 이러한 B-C과정의 온도를 빙결정 생성대라고 하며 일반적으로 –1℃~ -5℃구간이다. 이 빙결정 생성대를 통과하는 시간을 최소화할수록 얼음결정의 크기가 작아지며 통과시간이 30분 미만일 경우 급속 동결이라 한다.
반대로 시간이 길어져 큰 얼음 결정이 생성되는 동결을 완만 동결이라고 할 수 있다. 이 0℃의 얼음을 또 다시 냉각시켜 헌열을 제거하면 –20℃가 된다.(C-D 과정) 추가로 물은 B-C과정이 수평이지만 식품은 Fig1.과 같이 완만한 경사를 이루게 되는데, 식품은 물 이외에 탄수화물, 단백질, 지방 등 여러 가지 성분을 함유하고 있는데 동결부가 증가할수록 비동결부에 더 큰 빙점강하 현상이 일어나기 때문이다.

* 냉동부하

식품을 냉동시키기 위해서는 식품이 갖고 있는 열을 제거해 주어야 한다. 이 때 제거해 주어야 할 열량을 냉동부하라고 한다.