건조는 상온 보관이 가능한 해산물을 만드는 가장 일반적인 방법으로, 수분을 제거하여 수분 활성도를 병원성 박테리아의 최소 성장 한계 이하로 낮추는 방식입니다(1). 두 번째로 흔한 보존 방법은 소금을 첨가하여 수분 활성도를 낮추는 것으로, 흔히 브라이닝(brinning)이라고 합니다. 생선 육포와 건조 오징어는 아시아 일부 지역에서 인기 있는 건조 해산물의 예이며, 건조 및 염장 대구 필레는 포르투갈과 이탈리아에서 인기 있는 염장 해산물의 예입니다(2). 일부 상온 보관이 가능한 생선 제품은 발효를 통한 낮은 pH 효과와 염장을 통한 수분 활성도 조절을 결합한 것으로, 동남아시아의 발효 생선 소스 플라라(pla-ra)가 그 예입니다(3).
훈제는 또 다른 일반적인 보존 방법으로, 수분 활성도를 낮추지만, 수상 염도 측정을 통해 모니터링하는 경우가 더 많습니다(2). 위에 나열된 모든 보존 방법에서 수분 활성도 조절은 중요하지만, 수분 함량 조절은 언급되지 않았습니다. 이는 미생물 증식 방지가 수분 함량이 아닌 수분 활성도에 달려 있기 때문입니다. 수분 활성도는 물의 에너지 상태를 나타내는 반면, 수분 함량은 물의 양을 측정합니다. 표 1은 일반적인 상온 보관 해산물 제품의 수분 활성도와 수분 함량을 나타낸 것입니다. 수분 함량이 거의 같은 제품이라도 수분 활성도가 다를 수 있는 반면, 수분 함량이 매우 다른 두 제품이라도 수분 활성도가 같을 수 있습니다. 그 이유를 이해하기 위해 수분 활성도와 수분 함량을 더 자세히 정의해 보겠습니다.
표 1. 일반적인 상온보관 해산물 제품의 수분활성도 조사(4)
| 제품 | 수분 함량(%db) | 수분 활동도(aw) |
|---|---|---|
| 말린 숭어 | 28.4 | 0.71 |
| 건어물 | 8.49 | 0.71 |
| 생선 크래커 | 10.2 | 0.68 |
| 말린 오징어 | 12.1 | 0.56 |
| 말린 메기 | 37.3 | 0.78 |
| 말린 멸치 | 14.5 | 0.65 |
수분 활성도는 계 내 물의 에너지 상태로 정의되며, 깁스(Gibb)의 자유 에너지 방정식을 통해 열역학의 기본 법칙에 기반을 두고 있습니다. 수분 활성도는 매트릭스 내 표면, 총괄적, 그리고 모세관 상호작용에 의해 결정되는 물의 상대적인 화학적 위치 에너지를 나타냅니다. 물이 다양한 상호작용을 통해 다른 분자들과 상호작용함에 따라, 물 분자 결합에 포함된 에너지의 일부가 상호작용으로 전달되어 물 분자 자체의 에너지를 낮춥니다. 소금과 같은 극성 분자의 첨가를 통해 물에 더 많은 상호작용이 제공될수록 물의 에너지는 낮아집니다. 이러한 물의 에너지 감소는 또한 물이 증기 상태로 빠져나가는 능력을 감소시켜 증기압을 감소시킵니다. 실제로 수분 활성도 시험은 시료와 평형 상태에 있는 헤드스페이스에서 물의 분증기압 변화로 반영되는 물의 에너지 변화를 측정합니다. 물의 에너지가 감소함에 따라, 증기 상태로 빠져나가 증기압에 기여할 충분한 에너지를 가진 물 분자가 줄어들어 분증기압이 일치하게 감소합니다. 이 분압은 같은 온도에서 물의 포화 증기압으로 나누어 0에서 1까지의 비율을 만듭니다.수분 활성도가 0.50이면 제품 내 물이 같은 상황에서 순수가 가질 에너지의 50%를 가지고 있음을 나타냅니다.수분 활성도가 낮을수록 시스템 내 물이 순수처럼 거동하지 않습니다.여기에 제공된 정의에는 ‘자유수’라는 용어가 언급되지 않습니다.이 용어는 종종 수분 활성도를 정의하는 데 잘못 사용되지만 과학적 의미는 없습니다.수분 활성도가 시스템 내 물의 에너지를 제공하는 집약적 특성인 반면, 수분 함량은 제품 내 수분량을 결정하는 광범위적 특성입니다.수분 활성도와 수분 함량은 관련이 있지만 동일한 측정 단위는 아닙니다.수분 함량은 일반적으로 젖은 샘플과 건조한 샘플 간의 무게 차이인 건조 감량을 통해 결정됩니다.상온 보관이 가능한 해산물의 경우 수분 함량은 동일성과 예상되는 식감의 기준을 제공하지만 제품이 미생물적으로 안전한지 여부를 결정하지는 않습니다. 표 1을 참조하면, 안전한 수분 활성과 관련된 수분 함량은 제품마다 다르며, 결코 미생물 안전성의 지표로 의존해서는 안 됩니다.
| 미생물 | aw 제한 |
|---|---|
| 클로스트리디움 보툴리눔 E | 0.97 |
| 슈도모나스 플루오레센스 | 0.97 |
| 대장균 | 0.95 |
| 클로스트리디움 퍼프린젠스 | 0.95 |
| 살모넬라균 | 0.95 |
| 클로스트리디움 보툴리눔 AB | 0.94 |
| 비브리오 파라헤몰리티쿠스 | 0.94 |
| 바실러스 세레우스 | 0.93 |
| 리조푸스 니그리칸스 | 0.93 |
| 리스테리아 모노사이토제네스 | 0.92 |
| 바실러스 서브틸리스 | 0.91 |
| 황색포도상구균(혐기성) | 0.90 |
| 사카로미세스 세레비시아에 | 0.90 |
| 칸디다 | 0.88 |
| 황색포도상구균(호기성) | 0.86 |
| 미생물 | aw 제한 |
|---|---|
| 페니실룸 익스판숨 | 0.83 |
| 페니실룸 이슬란디쿰 | 0.83 |
| 데바리모세스 한세니 | 0.83 |
| 아스페르길루스 푸미가투스 | 0.82 |
| 페니실룸 시클로피움 | 0.81 |
| 사카로미세스 바일리 | 0.80 |
| 페니실룸 마르텐시 | 0.79 |
| 아스페르길루스 니제르 | 0.77 |
| 아스페르길루스 황토색 | 0.77 |
| 아스페르길루스 레스트릭투스 | 0.75 |
| 아스페르길루스 칸디두스 | 0.75 |
| 유로티움 체발리에리 | 0.71 |
| 유로티움 암스텔로다미 | 0.70 |
| 지고사카로미세스 룩시 | 0.62 |
| 모나스쿠스 비스포루스 | 0.61 |
상온 보관이 가능한 해산물의 경우, 이상적인 수분 활성도 규격을 설정하는 것은 안전성과 품질을 위한 제형 개발에 있어 중요한 단계입니다. 이 규격은 미생물 증식을 방지하고 보관 중 제품의 안전성을 보장하도록 설정되어야 합니다. 앞서 언급했듯이, 상온 보관이 가능한 해산물을 생산하는 데 사용되는 가장 일반적인 가공 단계는 건조를 통해 수분을 제거하는 것입니다. 그러나 상온 보관이 가능한 해산물은 일반적으로 중량 기준으로 판매되므로, 수분을 제거하면 제품의 중량이 감소하고 매출 손실로 이어집니다. 염분 함량과 같은 제형 조정은 제거해야 하는 수분량을 줄임으로써 상온 보관이 가능한 해산물 제품의 수분 함량을 극대화할 수 있습니다. 수분 활성도를 원하는 수준으로 낮추는 데 필요한 염분의 양은 노리시-로스 방정식을 사용하여 예측할 수 있으며, 수분 활성도 응용 과학자들은 제형 개발을 지원하는 간단한 예측 도구를 개발하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 또한, 생산 과정에서 상온 보관이 가능한 해산물의 수분 활성도를 면밀히 모니터링하면 에너지 투입량을 줄이고 이상적인 수분 활성도보다 낮은 수준으로 가공하여 발생하는 원치 않는 중량 감소를 방지할 수 있습니다. 이를 통해 에너지 낭비를 줄이는 동시에 매출을 극대화할 수 있습니다. 요약하자면, 이상적인 수분 활성도 사양을 확립하고, 그 사양을 충족하도록 제품을 제조하고, 빈번한 수분 활성도 테스트를 통해 생산을 모니터링하면 최적의 유통기한을 갖춘 안전하고 고품질의 제품을 보장하는 동시에 수익을 극대화할 수 있습니다.
Brady Carter 박사는 Carter Scientific Solutions의 선임 연구 과학자입니다. 그는 수분 활성도 및 수분 흡착 응용 분야를 전문으로 합니다. Carter 박사는 워싱턴 주립대학교에서 식품 공학 및 작물 과학으로 박사 및 석사 학위를 취득했으며 Weber 주립대학교에서 식물학으로 학사 학위를 받았습니다. 그는 20년 동안 연구 개발 경험을 쌓았으며, 자신의 회사를 설립하기 전에는 Decagon Devices와 워싱턴 주립대학교에서 근무했습니다. Carter 박사는 현재 Novasina AG와 Netuec Group에 계약 과학 지원을 제공하고 있습니다. 그는 23개국 이상에서 수분 활성도 세미나 강사로 활동했으며 전 세계 기업에 현장 수분 활성도 교육을 제공했습니다. 그는 수분 활성도, 수분 흡착 등온선 및 완전한 수분 분석에 관한 20편 이상의 백서를 저술했습니다. 그는 수백 건의 확장 발표에 참여했고 수많은 과학 컨퍼런스에서 강연했습니다. 그는 유통기한 단순화 패러다임과 습도열 유통기한 모델을 개발했습니다.
브래디 카터 박사
세계적으로 유명한 수상 활동 전문가