📄 agriculture

Accelerated Quality-Retentive Radio Frequency Drying of Squid with Pretreatment

본 연구는 20회의 펄스 전기장(PEF) 전처리가 다공성 미세구조를 형성함으로써 열풍 보조 무선 주파수 건조를 거치는 오징어의 건조 효율을 유의미하게 향상시키고 품질을 보존하며, 염지 및 에탄올 탈수 방식보다 우수한 성능을 보임을 입증한다.

원저자: Zitian Xia, Feilong Zhang, Yuqi Ge, Yongyang Xu, Yinzhe Jin, Wenzheng Shi, Juming Tang, Fanbin Kong, José V. García-Pérez, Yang Jiao

게시일 2026-08-06

📖 3 분 읽기☕ 가벼운 읽기

CC BY 4.0

원저자: Zitian Xia, Feilong Zhang, Yuqi Ge, Yongyang Xu, Yinzhe Jin, Wenzheng Shi, Juming Tang, Fanbin Kong, José V. García-Pérez, Yang Jiao

원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. ✨ 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기

당신이 젖은 스펀지를 말리려고 노력하고 있다고 상상해 보세요. 하지만 이 스펀지는 근육으로 만들어졌고, 물로 꽉 차 있습니다. 당신은 이 스펀지를 질기고 갈색인 벽돌처럼 요리하지 않고 말리고 싶습니다. 이것이 바로 식품 과학자들이 식품 보존의 세계에서 매일 겪는 고군투쟁입니다. 그들은 생선이나 오징어와 같이 부패하기 쉬운 식품에서 수분을 제거하여 썩는 것을 막기 위해 끊임없이 방법을 찾고 있지만, 까다로운 균형 잡기에 직면해 있습니다. 뜨거운 공기로 너무 느리게 말리면 음식이 흐물흐물해지거나 풍미를 잃을 수 있습니다. 반대로 강한 열로 너무 빠르게 말리면 겉은 타버리는데 속은 여전히 젖어 있거나, 질감이 가죽처럼 변할 수 있습니다.

이를 해결하기 위해 과학자들은 고주파(Radio Frequency, RF) 건조 기술을 사용합니다. 이것은 마이크로파 오븐의 사촌과 같은 것으로, 물 분자를 흔들어 열을 발생시킴으로써 음식의 내부로부터 열을 전달합니다. 이는 뜨거운 공기를 불어넣는 것보다 보통 더 빠르고 균일합니다. 하지만 오징어와 같은 일부 식품은 조밀하고 단단한 피부와 근육 구조를 가지고 있어, 마치 요새처럼 수분을 안에 가두고 에너지가 효율적으로 작용하는 것을 차단합니다. 이 요새를 무너뜨리기 위해 과학자들은 종종 본 건조 과정 전에 수행하는 특별한 단계인 **전처리(pretreatments)**를 사용합니다. 여기에는 소금물에 담그는 것(삼투압 탈수), 물을 빼내기 위해 알코올을 사용하는 것, 또는 식물 세포에 작은 구멍을 뚫어 물이 빠져나가게 하는 짧고 날카로운 전기 충격인 **펄스 전기장(Pulsed Electric Fields, PEF)**을 쏘는 것 등이 포함됩니다. 큰 질문은, 어떤 "열쇠"가 최고의 마른 오징어를 열어줄 것인가 하는 점입니다.

이 연구에서 상하이 해양 대학교의 연구진과 그들의 국제적 동료들은 오징어에 세 가지 다른 전처리 방법을 테스트해 보기로 했습니다. 그들은 어떤 방법이 마른 오징지를 만드는 과정을 더 빠르게 만드는 동시에, 오징치를 신선한 상태에 최대한 가깝게 색, 맛, 질감을 유지하게 할 것인지 알고 싶었습니다. 그들은 염수 처리(소금물에 담그기), 에탄올 탈수(알코올에 담그기, 때로는 음파의 도움을 받음), 그리고 펄스 전기장(PEF) 처리를 비교했습니다.

결과는 명확한 그림을 그려주었습니다. 오징어를 4시간 동안 소금물에 담근 염수 처리 방식은 일종한 함정이었습니다. 초기에는 수분을 일부 제거했지만, 오징기 표면에 딱딱한 "소금 껍질"을 남겼습니다. 이 껍질은 방패 역할을 하여 고주파 에너지가 오징어를 효과적으로 가열하는 것을 차단했습니다. 수분이 특정 지점(1.56 g/g) 아래로 떨어지자 건조 과정은 사실상 중단되었고, 오징치는 완전히 보존되기에는 너무 젖은 상태로 남았습니다.

에탄올 방식은 소금물보다 빨랐지만, 자체적인 문제점을 안고 있었습니다. 알코올은 오징치의 조직을 마치 바람 빠진 풍선처럼 수축시키고 단단하게 만들었습니다. 이는 실제 건조 과정 중에 물이 이동하는 것을 더 어렵게 만들어, 아무것도 하지 않았을 때보다 과정을 더 느리게 만들었습니다. 또한 이는 나중에 오징치를 다시 물에 불릴 때(재수화) 능력을 떨어뜨려, 다시 요리하려고 할 때 물을 잘 흡수하지 못하게 만들었습니다.

실험의 승자는 펄스 전기장(PEF) 처리가었습니다. 연구진은 오징치에 정확히 20번의 전기 펄스를 가함으로써, 구조를 손상시키지 않으면서도 표면에 균일하고 작은 구멍들을 만들었습니다. 이것은 마치 요새 벽에 수천 개의 작은 문을 여는 것과 같았습니다. 결과적으로, PEF 처리된 오징치는 가장 빠르게 건조되었으며, **1.12 g/(g·h)**의 건조율에 도달했는데, 이는 처리하지 않은 대조군보다 높은 수치였습니다.

속도뿐만 아니라, PEF 방식은 품질의 챔피언이었습니다. 건조된 오징치는 전체 색차(ΔE)가 처리하지 않은 그룹의 33.37 ± 6.75에 비해 단 20.95 ± 1.85에 불과할 정도로 색을 훨씬 더 잘 유지했습니다. 또한 지질 산화(산패의 척도) 수준도 가장 낮았는데, TBARS 값이 0.53 mg MDA/kg으로 나타나 더 신선하고 쉽게 상하지 않음을 보여주었습니다. 연구진이 현미경으로 오징치를 관찰했을 때, PEF 처리된 샘플은 보기 좋은 다공성 구조를 가졌던 반면, 다른 샘플들은 소금으로 덮여 있거나 수축되어 있거나 불균일했습니다.

요컨대, 이 논문은 오징치를 소금이나 알코올에 담그는 것이 과정을 빠르게 하는 데 좋은 아이디어처럼 보일 수 있지만, 실제로 그것들은 과정을 늦추거나 질감을 망치는 장벽을 만든다고 시사합니다. 그러나 PEF 전처리는 완벽한 조력자 역할을 합니다. 그것은 오징치의 섬세한 구조를 망가뜨리지 않으면서도 물이 빠르게 빠져나갈 수 있도록 딱 적당한 구멍을 뚫어줍니다. 그 결과 더 빠르게 건조되고, 외관이 더 좋으며, 더 신선하게 유지되는 제품을 만들어냅니다. 연구진은 이 방법이 고품질의 마른 오징치를 만드는 데 있어 전반적으로 최고의 성능을 제공한다고 결론지었으나, 이러한 변화가 장기적으로 풍미와 영양에 어떻게 영향을 미치는지 완전히 이해하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 언급했습니다.

기술 요약: 전처리를 통한 오징어의 가속화된 품질 유지형 고주파 건조

문제 제인
오징어는 경제적 가치가 높은 고위험성 부패성 해산물이며, 특히 건조 오징어가 주요 식품인 아시아 시장에서 그러하다. 건조는 효과적인 보존 방법이지만, 기존의 열풍 건조는 오징어 근육의 조밀한 미세구조로 인해 수분 이동이 제한되고 열과 질량 전달 플럭스가 상충하여 열효율이 낮고 품질 저하가 발생한다. 열풍 보조 고주파(HA-RF) 건조는 열과 질량 전달을 일치시키는 체적 가열을 제공하지만, 오징어 조직 특유의 치밀함은 여전히 RF 에너지 결합과 수분 확산을 제한할 수 있다. 따라서 HA-RF 건조 역학을 최적화하는 동시에 최종 제품의 관능적 및 영양적 품질을 보존할 수 있는 전처리 전략을 식별할 필요가 있다.

연구 방법
본 연구는 오징어의 HA-RF 건조를 향상시키기 위한 세 가지 차별화된 전처리 전략을 평가하였다:

염수 유도 삼투압 탈수: 질량 전달 역학(수분 손실 및 고형분 획득)을 결정하기 위해 샘플을 25°C에서 200 g/L NaCl 용액에 최대 6시간 동안 침지하였다.
초음파 보조 에탄올 탈수: 급속 탈수 능력을 평가하기 위해 절대 에탄올을 사용하여 초음파 수조(40 kHz, 150 W)에서 25°C로 최대 30분간 처리하였다.
펄스 전기장(PEF): 맞춤 제작된 장치를 사용하여 전기장(15 kV/cm)을 다양한 펄스 횟수(10 ~ 50회)로 가하여 전기 천공을 유도하였다.

전처리 최적화 후, 오징어 샘플은 HA-RF 건조(60°C 열풍, 1 m/s) 과정을 거쳤다. 본 연구에서는 건조 역학, 온도 프로파일, 유전 특성(특히 손실 탄젠트, $\tan \delta$ )을 모니터링하였다. 품질 특성은 미세구조 분석(SEM), 색도 측정( $L^*, a^*, b^*$ 및 $\Delta E$ ), 복원력(rehydration ratio), 지질 산화 수준(TBARS)을 통해 평가되었다. 건조 곡선은 건조 거동을 특성화하기 위해 5가지 수학적 모델(Lewis, Henderson and Pabis, Logarithmic, Page, 및 Jena)에 피팅되었다.

주요 결과

전처리 최적화:
- 염수 처리: 질량 전달은 4시간 후에 안정화되었다. 그러나 이 방법은 건조를 현저히 방해하는 조밀한 표면 염분 크러스트를 형성하였다.
- 에탄올 처리: 초음파 보조 에탄올 처리는 30분 이내에 평형에 도달하였다. 수분 제거에는 효과적이었으나, 조직 수축과 단백질 변성을 유발하였다.
- PEF 처리: 20회의 펄스 처리는 과도한 구조적 손상 없이 표면에 균일한 미세 기공을 생성하였으며, 이는 막 투과성을 효과적으로 증가시켰다.
건조 역학:
- 염수 처리 샘플: 수분 함량이 1.56 g/g 미만으로 떨어지면 건조가 사실상 중단되었다. 염분 크러스트 형성은 유전 손실 탄젠트( $\tan \delta$ )를 약 50% 감소시켜 RF 에너지 흡수를 제한하고 샘 샘플이 목표 수분 함량에 도달하는 것을 방해하였다.
- 에탄올 처리 샘플: 건조 속도(0.84 g/(g·h))는 대조군(0.98 g/(g·h))보다 낮았는데, 이는 에탄올에 의한 단백질 수축이 내부 확산 경로를 감소시켰기 때문으로 보인다.
- PEF 처리 샘플: 이 그룹은 가장 높은 건조 속도(1.12 g/(g·h))와 가장 짧은 총 건조 시간(5시간)을 달로 달성하였다. Page 모델이 모든 그룹의 건조 역학에 대해 가장 잘 부합하였다.
품질 특성:
- 색도: PEF 처리 샘플은 가장 작은 총 색차( $\Delta E = 20.95 \pm 1.85$ )와 가장 높은 명도( $L^*$ )를 보여, 대조군( $\Delta E = 33.37$ ) 및 에탄올 그룹에 비해 우수한 색상 보존력을 나타냈다.
- 복원력: PEF 처리 샘플은 가장 높은 복원 능력을 보였으나, 에탄올 처리 샘플은 조직의 비가역적 붕괴로 인해 가장 낮은 복원력을 보였다.
- 지질 산화: PEF 처리는 가장 낮은 TBARS 값(0.53 mg MDA/kg)을 기록하였으며, 이는 내생적 산화 효소의 불활성화를 통해 지질 산화를 효과적으로 억제했음을 시사한다.
- 미세구조: SEM 분석 결과, PEF 처리된 건조 오징어는 다공성이고 균일한 미세구조를 가진 반면, 염수 처리 샘플은 조밀한 크러스트를, 에탄올 처리 샘플은 상당한 수축을 보였다.

의의 및 주장
본 논문은 **펄스 전기장(PEF) 전처리(특히 20회 펄스)**가 품질을 유지하면서 오징어의 HA-RF 건조를 가속화하는 데 있어 최적의 종합 성능을 제공한다고 결론짓는다. 건조를 방해하는 장벽을 만드는 염수 처리나, 질감과 복원력을 저해하는 에탄올과 달리, PEF는 과도한 구조적 손상을 유발하지 않으면서 수분 확산을 촉진하기 위해 세포막 투과성을 향상시킨다.

본 연구는 PEF 전처리가 다음과 같은 증거를 통해 건조 효율과 품질 유지 사이의 균형을 성공적으로 맞춘다고 주장한다:

건조 속도 증가 및 공정 시간 단축.
색상 보존 및 지질 산화 감소의 우수성.
개선된 복원 능력 및 더 유리한 다공성 미세구조.

저자들은 이러한 결과가 고품질의 효율적인 오징어 건조 공정을 최적화하기 위한 이론적 기초와 기술적 지침을 제공한다고 주장한다. 또한, 현재의 연구가 건조 역학과 물리적 품질에 집중하고 있으므로, 향후 연구에서는 향기 성분, 특정 단백질 변성 메커니즘 및 영양소 보유에 미치는 영향을 조사해야 한다고 언급하였다. 아울러, 세포 수준의 구조적 변화에 대한 정량적 모델링과 다른 물리적 장(field) 전처리와의 시너지 효과 탐색이 필요한 다음 단계임을 시사하였다.

유사한 논문