건조 공정에서 흔히 저지르는 5가지 치명적인 실수와 이를 피하는 방법

발표자 소개

수잔 뉴먼 박사는 Addium 산하 AQUALAB의 전문 서비스 부문 책임자입니다. 그녀는 디자인 사고, 공학, 수분 제어 분야에 대한 탁월한 전문성을 바탕으로 수많은 식품 및 대마초 기업들이 건조 공정을 개선하고 최적화할 수 있도록 지원해 왔습니다.

재커리 카트라이트 박사는 애디엄(Addium) 산하 아쿠알랩(AQUALAB)의 수석 식품 과학자입니다. 그는 워싱턴 주립대학교에서 식품과학 박사 학위를, 뉴멕시코 주립대학교에서 생화학 학사 학위를 취득했습니다.

명확성을 위해 편집된 대본

재커리 카트라이트 박사:

안녕하세요, 여러분. 제 이름은 재커리입니다. 오늘은 수잔과 함께 여러분께 건조 과정에서 자주 저지르는 5가지 치명적인 실수와 이를 피하는 방법에 대해 이야기해 드릴 수 있어 기쁩니다.

베이킹이든 탈수든, 훈제든 건조든, 숙성이든 – 팀에서 어떤 용어를 쓰든, 공정상의 어떤 단계이든 간에 – 결국 핵심은 하나입니다. 바로 수분을 제거하는 것입니다. 많은 식품 기업이 이 과정을 거치는데, 이를 수행하는 어떤 기업이라도 정확하고 일관된 결과를 내기가 정말 어렵다고 말할 것입니다.

건조 공정 개선과 관련해 다룰 수 있는 주제는 수백 가지나 되지만, 오늘은 우리가 흔히 목격하는 가장 흔한 실수 5가지를 집중적으로 살펴보겠습니다.

지금부터 다룰 실수들은 다음과 같습니다:

1. 사용해야 할 정확한 측정값을 잘못 이해하여,
2. 그 측정값을 구하는 데 잘못된 방법을 사용해서,
3. 운영자들이 직감을 바탕으로 업무를 수행하게 하고, 어쩌면 손으로 직접 확인하며 결정을 내리도록 하는 것,
4. 잘못된 장소에서 표본을 채취하고, 그리고
5. 제어 루프를 개방 상태로 두는 것.

무엇이 걸려 있는가?

다섯 가지 실수를 살펴보기 전에, 이 문제가 얼마나 중대한지, 방치할 경우 어떤 대가를 치르게 되는지, 그리고 수분 함량 변동성 감소에 주력하지 않을 때 기업에 어떤 비용이 발생하는지에 대해 이야기하고 싶습니다.

여기에는 아무런 조치를 취하지 않을 경우 발생하는 비용을 보여주는 그래프가 있습니다. X축은 주(週) 단위의 시간, Y축은 비용을 나타냅니다.

이 예시는 다양한 반려동물 사료 제품을 다룬 것입니다. 보시다시피 매주 수만 달러의 비용이 발생하고 있습니다. 이러한 현상은 반려동물 사료뿐만 아니라 다른 많은 제품에서도 찾아볼 수 있습니다.

많은 기업들이 수분 함량의 변동 폭이 클 경우 어떤 비용이 발생하는지조차 인지하지 못하고 있습니다.

수잔, 고객들을 만나 이야기를 나눌 때 어떤 점을 보셨나요? 고객들은 이러한 수치와 그로 인해 발생하는 비용을 알고 있나요?

수잔 뉴먼 박사:

좋은 질문이네요. 그들은 그 사실을 알고는 있지만, 충분히 인식하고 있지는 않습니다. 비용을 과소평가하고 있는 거죠.

이 차트는 실제 고객사의 데이터를 바탕으로 한 것입니다. 저희가 그들과 협업하기 전에는 비용을 약 80%나 과소평가하고 있었습니다. 그 차이가 엄청났습니다.

그들은 수확량을 늘릴 기회가 있다는 것을 알고 있었지만, 식품 업계에서는 데이터를 찾고 해석하기가 쉽지 않기 때문에 그 효과가 그리 크지 않을 것이라고 생각했습니다. 대부분의 경우 데이터가 종이 문서에 기록되어 있기 때문입니다. 그래서 심도 있게 분석하고 노력을 기울인 결과, 그들이 예상했던 것보다 거의 8배나 더 많은 손실을 보고 있다는 사실을 알게 되었습니다.

사람들은 종종 공정을 관리함으로써 어떤 성과를 낼 수 있는지 과소평가하곤 합니다. 이는 원재료 비용이 상당히 저렴한 반려동물 사료 분야의 사례이지만, 예를 들어 통육을 사용하는 고객이나 원재료 또는 제품 비용이 훨씬 더 높은 대마초 분야에서도 똑같은 상황을 볼 수 있습니다.

반려동물 사료의 원재료 비용은 몇 센트에 불과할 수 있습니다. 하지만 대마초의 경우를 비교해 보면, 시장에 따라 파운드당 2,000달러에 달합니다. 또는 육류의 경우, 파운드당 8달러가 꽤 일반적인 가격대입니다. 따라서 이러한 시장에서는 비용이 기하급수적으로 증가합니다.

실수 1: 측정해야 할 정확한 수치를 잘못 이해하는 것

재커리 카트라이트 박사:

이제 첫 번째 건조 과정에서의 실수에 대해 이야기해 보겠습니다. 많은 식품 회사들이 올바른 계량 방법을 제대로 이해하지 못하고 있다는 점을 저는 발견했습니다.

기본적으로 수분 측정은 수분 함량과 수분 활성도, 이 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 이 두 측정값의 차이점에 대해 잠시 설명하고자 합니다.

비교에 앞서, 수잔, 당신이 고객과 상담할 때 어떤 점이 눈에 띄나요? 고객들은 이 두 가지 지표 중 하나만 사용하고 있나요, 아니면 둘 다 사용하고 있나요? 실제로는 어떻게 적용되고 있나요?

수잔 뉴먼 박사:

저는 모든 것을 꿰뚫어 봅니다. 제가 무엇을 봐왔는지 여러분은 상상조차 못 하실 겁니다. 근적외선(NIR)부터 수분 균형, 칼 피셔 분석에 이르기까지 말이죠. 수분 활성도 측정도 많이 이루어지지만, 산업 분야마다 요구되는 핵심 관리점(CCP)은 다릅니다. 예를 들어, 반려동물 사료 업계는 수분 함량을 핵심 관리점으로 삼고 있습니다.

저희와 협력하는 많은 기업들이 안전 기준에 있어 수분 활성도의 중요성을 잘 이해하고 있어, 이를 조금 더 적극적으로 활용하고 있습니다. 그런 모습을 보니 정말 기쁩니다. 하지만 아직 갈 길이 멉니다. 공장 현장에서 수분 분석기를 사용하는 사람들을 많이 보게 되거든요. 수분 활성도 측정은 주로 실험실에서 이루어지는 경우가 많고, 생산 현장에서는 그리 흔하지 않은 것 같습니다.

한 고객사가 있었는데—이 이야기는 정말 재미있어서 자주 들려주곤 합니다—CFO를 만났는데, 그분이 수분 함량에 대해 엄청나게 열광하더군요. 그래서 그 회사의 실험실에 가보면 수분 함량 측정기가 10대나 있고 수분 활성도 측정기는 딱 한 대뿐이었죠.

QA 팀장인 테레사(정말 좋은 분이에요)를 만났을 때, 그녀는 특정 수질 측정기를 아주 좋아했는데요, 병원균이 어디서 증식하는지 정확히 파악하고 있었기 때문이에요. 그녀는 수치가 0.8 미만이면 박테리아가 증식하지 않고, 0.6 미만이면 곰팡이나 효모도 자라지 않으며, 0.6 미만이면 어떤 미생물도 증식하지 않는다는 사실을 잘 알고 있었죠.

그녀는 또한 수분 활도가 바삭함의 핵심 요소라는 점을 잘 알고 있었다. 바삭한 식감의 제품을 만들려면 수분 활도가 필수적이라는 사실을, 그녀는 확실히 이해하고 있었다.

최고재무책임자(CFO)는 수분 함량에 특히 주목했는데, 이는 바로 수율의 핵심 지표이기 때문이며, 그의 말이 맞습니다. 사업을 운영한다면 수분에 대해 이해해야 할 뿐만 아니라 안전한 제품을 만들어야 합니다. 이 두 가지 지표를 모두 이해하고 적절하게 활용하는 것은 식품 업계에서 우리가 반드시 해결해야 할 과제입니다.

재커리 카트라이트 박사:

여기 이 두 측정값의 차이점을 한눈에 파악하는 데 큰 도움이 되는 표가 있습니다.

수분 활성도는 에너지를 나타내는 척도입니다. 이는 열역학적 원리에 기반한 개념입니다. 이 에너지는 특정 화학 반응이 일어날 수 있는지, 미생물이 증식할 수 있는지, 또는 식감이 변할 수 있는지 파악하는 데 도움이 되므로 중요합니다. 수분 함량은 단순히 양을 나타내는 수치일 뿐입니다. 따라서 식품 시료나 제품에서 물 분자를 하나도 남기지 않고 모두 제거할 수 있다면, 그 수치가 바로 수분 함량이 될 것입니다. 하지만 물을 모두 제거하고 정확한 수치를 측정하는 것은 매우 어려운 일입니다.

수분 활성도는 정성적인 지표입니다. 제 말은, 비록 수치로 나타내지만, 이를 해당 제품의 안전성과 품질과 직접적으로 연결 지을 수 있기 때문에 정성적인 지표라는 뜻입니다. 많은 기업이 수분 함량을 측정하여 이를 안전성이나 품질과 연결 짓고자 하는 것을 보았습니다. 하지만 수분 함량에는 본질적인 변동성이 있어 이를 연결 짓는 것은 매우 어렵습니다. 말씀하신 대로 수분 함량은 보다 정량적인 지표입니다. 수분 함량은 수율이나 매출을 얼마나 증가시킬지 고민하는 CFO나 의사결정권자에게는 중요한 지표가 될 것입니다.

수분 활성도는 화학 반응의 원동력입니다. 수분 함량은 화학 반응과 관련이 있지만, 그 관계를 파악하기는 매우 어렵습니다. 수분 활성도는 이 점에서 훨씬 더 높은 정밀도와 정확도를 갖추고 있어, 이를 통해 정확한 판단을 내리고 안전성과 품질과의 연관성을 규명할 수 있습니다. 수분 활성도 측정에는 확립된 표준이 있습니다. 이는 매번 동일한 수분 활성도를 나타내는 다양한 염 용액으로, 이를 통해 수분 활성도 측정기의 교정 상태를 매우 쉽게 검증할 수 있습니다. 반면 수분 함량에는 이러한 표준이 없습니다. 비교할 수 있는 고유한 수분 함량을 가진 기준물이 없기 때문에, 측정값이 정확한지 여부를 판단하기가 매우 어렵습니다.

마지막으로, 수분 활성도는 단위가 없습니다. 수분 활성도는 에너지가 전혀 없는 0부터 순수한 물과 동일한 에너지를 가진 1까지의 범위를 가집니다. 수분 함량을 말할 때는 일반적으로 습중량 기준이나 건조중량 기준으로 백분율로 표시합니다.

이 표가 두 가지 물의 측정 단위 간의 차이점을 이해하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

실수 #2: 잘못된 측정 방법론 사용

재커리 카트라이트 박사:

두 번째 실수인 ‘부적절한 측정 방법론의 사용’에 대해 살펴보겠습니다.

수분 활성도를 측정하든 수분 함량을 측정하든, 각각에 적용되는 방법론은 다르며, 사용하는 방법에 내재된 표준 편차와 변동성이 크다면 공정을 제어하기가 정말 어렵습니다.

여기 한 제품에 대해 서로 다른 방법론으로 테스트한 결과와 각 방법론별 결과를 보여주는 그래프가 있습니다. X축에는 다양한 방법론이 표시되어 있습니다. Y축에는 수분 함량과 수분 활성도가 표시되어 있습니다.

먼저 주목해 주셨으면 하는 점은, 비록 똑같은 제품임에도 불구하고 수분 함량 수치가 천차만별이라는 사실입니다. 하지만 수분 활성도를 살펴보면 매우 일관된 양상을 보입니다. 수분 함량 측정값은 큰 편차를 보이지만, 수분 활성도는 거의 변동이 없습니다.

수잔, 이게 왜 중요한가요?

수잔 뉴먼 박사:

이 연구를 진행할 때 정말 설레는 마음이었습니다. 제품을 가져와 적응 과정을 거치고 완벽하게 일관된 상태로 만들어 사용 준비를 마쳤습니다. 보시다시피 수분 활성도는 0.42로 매우 일관되게 유지되고 있습니다.

검사를 의뢰한 뒤, 다양한 수분 함량 측정값을 살펴보았습니다. 그 결과를 보고 정말 깜짝 놀랐습니다. 같은 제품에서 나온 수치인데, 최저치는 3.5였고 최고치는 거의 10에 달했습니다.

저는 QA 팀의 입장에서 생각해 보았습니다. 만약 그들이 이런 결과를 접한다면 어떤 기분이 들까요? 이 결과를 바탕으로 어떤 조치를 취할 수 있을까요? 결과가 이렇게 제각각인 것을 보면, 그들을 대신해 좌절감을 느낍니다.

만약 이 샘플을 단 한 곳의 실험실에만 보내서 3.5라는 수치만 받았다면 어떻게 하시겠습니까? 제품을 과도하게 건조시키고 있다고 판단하여 수분을 더 추가하고, 온도를 낮추며, 조리 시간을 줄이려고 할 텐데, 이럴 경우 주의하지 않으면 CCP 살균 단계에 차질이 생길 수 있습니다.

반대로, 측정 결과가 10으로 나왔는데 제품의 최대 함량이 12%까지 가능할 때—이 제품이 바로 그런 경우였는데—그 결과를 보고는 “와, 내가 정말 잘하고 있구나”라고 생각하게 됩니다.

하지만 이 모든 데이터를 살펴보니, 그 결과의 편차에 정말 놀랐고, 제품의 품질을 일관되게 유지하기 위해 매일 최선을 다하는 일이 얼마나 어려운지 새삼 깨달았습니다.

재커리 카트라이트 박사:

최근 수분 측정 관련 웨비나를 진행했는데, 데이터를 수집해 본 결과 특히 수분 저울의 경우 측정값에 얼마나 큰 편차가 있는지 눈에 띄었습니다.

이건 아까 말씀하신 내용과 연결되는 부분입니다. 저희가 서비스를 제공하는 많은 시설에는 수분 분석기가 10대 정도 있고 수분 활성도 측정기는 한 대뿐일 수 있지만, 그 수분 분석기들 간의 측정값 편차가 4~7%에 달할 수 있습니다. 이는 매우 흔한 일이며, 사용자에 따라 다르거나 측정 방법이 다르거나 하는 등의 이유로 발생할 수 있습니다. 이 그래프는 바로 그러한 편차를 잘 보여주고 있습니다.

수잔, 만약 당신이 그 QA 담당자라면 어떻게 하시겠어요? 이 데이터를 보고 난 뒤 어떻게 하시겠어요? 이 정보가 어떤 방법을 선택해야 할지 결정하는 데 어떤 도움이 될까요?

수잔 뉴먼 박사:

이러한 개별 데이터 포인트를 확인할 수 있다면 저에게는 정말 큰 도움이 될 것입니다. 수분 활성도가 정확도 측면에서 매우 중요하다는 점은 항상 알고 있었습니다. 고객사별로 수분 함량이 차이가 나는 것은 확인했는데, 대개 ±2% 정도지만, 말씀하신 대로 최대 4~7%까지 차이가 나는 경우도 있습니다.

이 데이터를 본다면 저는 큰 충격을 받을 것이고, 제 분석 방법에 대해 진지하게 의문을 품게 될 것입니다. “어떻게 하면 더 나은 방법을 찾을 수 있을까? 진실은 무엇일까? 수분 활성도와 같은 더 정확한 측정 지표를 활용하면서도, 수확량과 수익에 결정적인 영향을 미치는 핵심 관리 포인트(CCP)인 수분 함량에 이를 어떻게 적용할 수 있을까?”라고 고민하게 될 것입니다.

이 수중 활동에 정말 집중하고 싶긴 하지만, 두 가지의 차이점과 연관성을 이해해야 해요. 분명 둘 사이에는 연관성이 있으니까요. 저는 그 부분에 시간을 쏟을 생각이에요. 하지만 이런 데이터가 하나만 나와도, 저는 제가 정말 잘하고 있다고 생각하거나, 아니면 해고당해야 한다고 생각할 것 같아요.

재커리 카트라이트 박사:

수분 활도와 수분 함량 사이에는 상관관계가 있다는 점을 유의해야 하며, 이에 대해서는 다음 실수에서 다루게 될 것입니다.

실수 3: 운영 담당자가 직감에만 의존하게 두는 것

재커리 카트라이트 박사:

세 번째 실수에 대해 이야기해 봅시다. 바로 운영 담당자들이 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있도록 도와줄 실시간의 정확한 데이터를 제공하지 않고, 그저 직감에 의존하게 내버려 두는 것입니다.

수잔, 이 주제에 관해 재미있는 이야기들이 몇 가지 있군요. 그럼 이 부분은 수잔에게 넘기겠습니다.

수잔 뉴먼 박사:

저는 대부분의 시간을 세 번째 실수에 쏟고 있습니다. 특히 오랫동안 일해 온 운영자 중에는 조직 내부의 비공식적 지식을 자신만 알고 있는 경우가 많습니다.

제가 가장 좋아하는 고객 중 한 분인데 – 오늘 방송을 보고 계시길 바랍니다. 안녕하세요, 할리! – 그분은 개 사료를 만드는 생산 라인에서 일하고 계셨습니다. 먼저 반죽을 만들었는데, 그분은 반죽 속에 손을 넣어 만져보기만 해도 생산 과정에서 잘 흘러내릴지 아닌지를 알 수 있다고 확신하고 계셨습니다. 저는 그 점에 대해 의문을 제기했죠. 사실 그가 느끼고 있던 건 온도였으니까요. 다이 롤링(die roll)을 할 때, 온도가 낮은 원료는 조금 더 매끄럽게 통과하긴 하지만, 사람의 손은 그런 작업을 할 수 있도록 정밀하게 조정되어 있지 않거든요. 만약 그런 감각에만 의존하고 있다면, 저에게 연락해 주세요. 그렇게 하고 싶지는 않지만, 실제로는 아주 흔한 일이에요.

QA 팀조차 이에 동의했었는데, 그 단계에서는 별다른 측정을 하지 않았기 때문입니다. CCP(핵심 게임 플레이) 측면에서는 별로 중요하지 않았죠. 그래서 그에게는 직감이 전부였습니다. 하지만 사람들을 어떻게 교육시킬 수 있을까요? 사람들에게 이런 감각을 갖도록 어떻게 훈련시킬 수 있을까요? 직감에 의존하는 것은 항상 최선의 방법은 아닙니다. 이것이 제가 드릴 첫 번째 예시입니다.

제가 자주 접하는 또 다른 예는 대마초 분야입니다. 과거에는 대마초에 대한 과학적 연구가 많지 않았습니다. 주로 ‘스냅 테스트’가 널리 사용되었죠. 고객이 스냅 테스트를 할 때, 수분 활성도가 약 0.4 정도면 그 특유의 느낌을 경험하게 됩니다. 저는 이에 대해 많은 테스트를 진행해 왔습니다. 가지가 툭 부러지는 듯한 느낌은 수분 활성도가 0.4일 때 나타나는데, 이는 문제가 됩니다. 왜냐하면 그 시점에는 이미 제품 내 테르펜이 분해되었기 때문입니다.

수분 활성도가 0.5가 되면 대마초의 테르펜이 분해되기 시작한다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 출하되는 제품의 평균 수분 활성도가 0.4라면, 이미 테르펜이 분해된 상태입니다. 감자칩이나 다른 식품에서도 같은 현상이 나타납니다. 과도하게 건조하면 품질이 떨어지기 시작합니다.

이 그래프에서 빨간색 영역이 이상적인 범위입니다. 이 그래프는 특히 대마초를 위한 것으로, 수분과 수분 활성도 간의 관계를 보여주는 대마초 등온선입니다. 저는 모든 고객님께서 그 아름다운 최적점을 달성하시기를 바랍니다. 그곳이 바로 병원균의 번식으로부터 안전한 지점입니다. 수분 활성도가 0.625 미만이면 대마초에서 병원균이 거의 번식하지 않습니다. 주의해야 할 것은 아스페르길루스 엔칠라다스(Aspergillus enchiladas)인데, 이 균은 수분 활성도가 0.625까지 떨어져도 번식할 수 있지만, 그래도 고객님들께서는 이 아름다운 수확량을 얻으셨으면 합니다.

우리는 테르펜의 품질이 우수하고 매력적이도록 0.55 수준에서 유지하되, 상한선은 0.625로 설정하고자 합니다. 이 기준을 충족하면 품질이 뛰어난 제품을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 판매 시 가장 높은 수익을 올릴 수 있는 제품이 될 것입니다.

수분과 수분 활성도 간의 이러한 관계를 고려할 때, 스냅 테스트는 일반적으로 수분 함량이 약 8%일 때 수행됩니다. 수분 활성도와 같은 더 정확한 방법을 사용한다면, 수분 함량이 12%까지인 범위 내에서 필요한 정밀도를 확보하여 최적의 조건을 맞출 수 있습니다. 대마초의 경우, 수분 함량이 4% 증가하면, 연간 5만 파운드를 파운드당 2,000달러에 판매한다고 가정하더라도, 그 4%를 최적화함으로써 400만 달러 규모의 문제를 해결할 수 있습니다.

제품의 가격대가 높기 때문에 극단적인 사례이긴 하지만, 저가 제품에서도 이와 같은 현상이 나타나는 것을 볼 수 있습니다. 등온선, 즉 수분과 수분 활성도의 관계를 이해하면 또 다른 흥미로운 점을 알 수 있는데, 바로 할리(Harley) 방식이 왜 별로 효과적이지 않았는지 그 이유를 파악할 수 있다는 것입니다. 수분 활성도의 큰 변화는 수분 함량의 미미한 변화에 불과하다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 수분 함량은 크게 변하지 않지만 수분 활성도는 크게 변하는 것입니다. 이것이 바로 수분 함량 측정 방식이 통하지 않는 이유이며, 따라서 이 경우 수분 활성도를 주요 측정 기준으로 삼는 것이 최선인 이유입니다.

재커리 카트라이트 박사:

지금 살펴보고 있는 이 수분 흡착 등온선은 METER Group이 특히 전문으로 다루는 분야라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 당사는 특허 기술을 보유하고 있어, 탈착 곡선을 도출하여 제품에서 수분이 어떻게 제거되는지 파악하거나, 흡착 곡선을 통해 수분이 제품에 어떻게 결합되는지 이해할 수 있습니다. 그런 다음 해당 곡선을 활용하여 수분 활성도의 목표치를 설정함으로써, 최적의 균형점을 찾아 모든 관계자의 만족을 이끌어낼 수 있습니다. 과학적 원리를 이해하는 품질 관리 담당자도 만족시킬 수 있습니다. 이를 통해 담당자는 목표치를 명확히 파악하고, 수분 함량 목표치가 왜 그렇게 설정되어야 하는지 이해할 수 있게 됩니다.

이 그래픽은 해당 제품의 수분 함량에 대해 알아야 할 모든 사항을 잘 요약해 주어, 과학자들과 의사결정권자 모두를 만족시키고 최적의 균형점을 파악하는 데 도움이 됩니다. 이는 모든 종류의 제품에 대해 적용할 수 있는 방식입니다. 심지어 각 제형마다 고려해야 할 고유한 곡선을 가질 수도 있습니다.

실수 4: 부적절한 장소에서 표본을 채취하는 것

재커리 카트라이트 박사:

이제 네 번째 실수인 ‘잘못된 위치에서 샘플링하기’에 대해 알아보겠습니다.

수잔, 음식점에 들어가면 사람들이 시식을 하는 곳은 어디인가요? 그리고 시식은 어디에서 해야 할까요?

수잔 뉴먼 박사:

정말 좋은 질문이네요. 보통은 냉각 후 단계에서 시료를 채취하는 경우가 많습니다. 이 예시에서 보면, 제품이 포장 단계로 넘어가기 전이 바로 CCP(중요 관리점)가 위치한 곳이기 때문에, 그 단계에서 집중적으로 시료를 채취하고, 공정 중간중간에도 산발적으로 채취하게 됩니다.

일부 고객분들이 원재료의 차이와 그것이 반죽에 미치는 영향을 이해하기 시작하셨습니다. 이 쿠키 예시를 보면, 반죽 작업 공간이 있고, 그곳에서 원재료를 혼합하며, 오븐과 냉장 시설이 마련되어 있습니다. 믹서기 안에서 반죽의 수분 활성도는 보통 0.99입니다.

그런 다음 냉각기에서 쿠키가 원하는 바삭함을 얻으려면 수분 활성도가 약 0.3 정도여야 합니다. 이 두 가지 요소를 확인하면 어느 정도 파악할 수 있겠지만, 가장 중요한 부분이자 가동하는 데 가장 많은 에너지가 소요되는 부분인 오븐에 대한 정보는 빠져 있습니다.

제가 가장 보고 싶은 것은 고객사들이 영역을 넓혀가며 각 공정별 목표를 제대로 이해하고 있는 모습입니다. 반죽은 하나의 공정이고, 오븐은 또 다른 공정이며, 그 다음은 냉각 단계입니다. 이 개념을 더 확장해서, 식힌 후 포장하기 전까지의 보관 과정도 살펴볼 수 있습니다. 따라서 수분 활성도가 0.3인 상태에서, 환경이 매우 건조하다면 수분이 손실될 수 있습니다. 반대로 습한 환경에서는 수분이 흡수되어 수분 함량이 높아져, 바삭하지 않은 질긴 쿠키가 될 수도 있습니다. 이러한 각 공정을 제대로 이해하는 것이 정말 중요합니다.

재커리 카트라이트 박사:

이 그래프에서 빠진 점은, 원료 입고 시 이를 측정하는 기업이 훨씬 더 많아졌다는 사실입니다. 현재 많은 기업들이 원료 입고 시 수분 활성도에 대해 ±10% 정도의 허용 오차를 설정하고 있습니다. 그 이유는 원료의 어떤 변동이라도 최종 제품까지 그대로 반영될 수 있기 때문입니다.

그런 일이 점점 더 흔해지고 있어요. 다른 회사들과 일해 보신 경험에서 그런 사례를 보신 적이 있나요?

수잔 뉴먼 박사:

네, 그래서 제가 지금 이렇게 웃고 있는 거예요. 제가 가장 좋아하는 고객사 중 하나가 바로 ‘선라이즈 프레시’예요. 가족 경영 농장을 운영하고 있는데, 정말 멋지죠. 체리나 호두 같은 작물을 재배하고 있어요.

이들이 다루는 제품 중 가장 골치 아픈 것은 체리입니다. 해마다 강수량과 일조량에 따라 체리의 당도(브릭스) 수치가 달라질 수 있습니다. 그래서 이제 그들은 당도 변화가 체리에 어떤 영향을 미치는지 파악하기 위해 체리 등온선을 살펴봅니다. 체리를 건조시켜 봉지에 담아 간식으로 먹는다면 그건 별문제 없습니다. 하지만 에너지 바와 같은 다른 제품의 원료로 사용하는 경우, 설탕이 매우 강력한 보습제이기 때문에 그 영향이 훨씬 큽니다.

재료를 바라보는 참 재미있는 관점이네요. 체리의 연간 변동 폭이 아주 작더라도, 그래놀라 바에는 큰 변화를 가져올 수 있습니다.

재커리 카트라이트 박사:

특히 주목해야 할 점은 계절이나 제형에 관계없이 등온선을 도출할 수 있으며, 이 등온선이 최적의 조건을 정확히 찾아내는 데 큰 도움이 된다는 것입니다. 모든 제품이나 제형에 대해 등온선을 도출한 다음, 그 정보를 활용하여 목표를 올바르게 설정할 수 있습니다.

이 수치와 관련해 또 하나 주목할 점은, 일부 기업들이 공정 중 측정을 위해 벤치탑 수분 활성도 측정기를 사용하는 것을 볼 수 있다는 것입니다. 이는 어느 정도 효과적일 수 있지만, 시료를 채취한 후 측정값을 얻기 위해 온도가 적정 수준에 도달할 때까지 기다려야 하거나, 시료 전처리에 많은 시간이 소요된다면 측정값을 얻는 데 20분 이상 걸릴 수도 있습니다. 그때쯤이면 이미 너무 늦은 것입니다. 변화는 이미 발생해 버렸고, 효과적으로 수정할 수 없게 됩니다.

수잔, 공정 중 측정을 할 수 있는 것이 왜 그렇게 중요한가요?

수잔 뉴먼 박사:

무슨 말씀인지 딱 알겠습니다. 어떤 사람들은 우리가 모르면 모를수록 좋다고 생각하며, 계속 그렇게 운영해도 된다고 여깁니다. 하지만 그들은 사양을 충족하지 못하는 제품을 내놓고 있는 셈이죠. CCP의 기준에는 맞을지 몰라도, 여러분이 원하는 품질은 갖추지 못한 제품입니다.

현재 상황을 정확히 파악하고, 신속하게 피드백을 받아 미세한 조정을 가하면 완벽한 결과를 얻을 수 있으며, 바로 그것이 우리가 원하는 목표입니다. 20분은 기다리기에는 너무 긴 시간입니다. 우리는 처리량을 확보하기 위해 컨베이어 벨트 속도를 최대한 높이고 있기 때문에, 20분은 엄청난 양의 작업 지연과 재작업으로 이어질 수 있습니다. 저는 이 과정을 순간순간 지켜보는 것을 선호합니다. 그리고 피드백 루프를 완성할 수 있다면 더할 나위 없겠죠. 이 부분도 다음 시간에 다룰 예정입니다.

실수 5: 제어 루프를 개방된 상태로 두는 것

재커리 카트라이트 박사:

자, 그럼 다섯 번째이자 마지막 실수는 제어 루프를 열어두는 것입니다.

수잔, 이게 무슨 뜻인가요? 아까 실수 #4에서 잠깐 언급하셨는데, ‘개방 루프’와 ‘폐쇄 루프’를 구분한다는 게 정확히 어떤 의미인가요?

수잔 뉴먼 박사:

제가 말하려는 건 ‘혼란’입니다. 제어 루프를 개방 상태로 둔다는 건, 단순히 제품을 생산만 하고 있다는 뜻입니다. 쿠키든 다른 제품이든, 제조에 필요한 시간과 온도 같은 레시피는 이미 알고 계실 겁니다. 루프를 개방 상태로 둔다는 건, 그런 매개변수를 설정해 놓고 문제가 발생할 때까지 그냥 가동하는 것을 의미합니다. 진정한 의미의 최적화는 이루어지지 않는 것이죠.

제가 고객들이 진정으로 성공하기를 바라는 부분은 바로 변동성을 최소화하는 단계입니다. 고객들이 사양에 완벽하게 부합하는 제품을 만들어내기를 바랍니다.

여기 그래픽에서 보시다시피, 이것은 SKALA Solo 시스템이 작동 중인 예시입니다. 이를 통해 프로세스를 그냥 실행하는 대신 제어 루프를 완성할 수 있습니다.

변동성은 적입니다. 변동성이 크면 수율이 떨어지고 처리량도 줄어듭니다. 오븐 가동 비용도 더 많이 들게 됩니다. 게다가 재작업이 많이 발생하고 인건비도 많이 들며, 불량품을 어디에 보관할지도 문제입니다. 이 제품을 보관해야 하는데, 보관 중에 규격에서 벗어나면 곰팡이 문제가 발생할 수 있습니다. 그러면 결국 버려야 하는 상황이 되고, 고객들도 이를 달가워하지 않을 것입니다. 고객들은 곰팡이 핀 쿠키를 원하지 않으니까요.

이 데이터를 종합적으로 분석하고 이해함으로써, 우리는 과거 기록을 확보하게 됩니다. SKALA(또는 시중의 다른 제품들)와 같은 도구를 사용하면 이러한 과거 데이터를 얻을 수 있지만, 데이터가 어떤 양상을 보여야 하는지 파악하고 신속하게 조치를 취하는 일은 사람이 직접 하기에는 불가능합니다. 초 단위로 데이터를 확인하며, 시스템의 균형을 무너뜨리지 않도록 정확히 언제 조정을 해야 할지 파악해야만 합니다.

재커리 카트라이트 박사:

확실히 말하자면, 그 개방 루프 시스템은 여전히 사람의 개입에 의존하고 있으므로, 당연히 오류가 발생할 수밖에 없습니다. 폐쇄 루프 시스템 역시 운영자가 모니터링하거나 감시하고 있지만, 신속한 조정은 계기 자체나 기계에 의해 이루어집니다.

그 부분에 대해 좀 더 자세히 말씀해 주시겠어요?

수잔 뉴먼 박사:

물론입니다. SKALA Solo는 시스템 내부의 온도, 즉 유입구, 유출구 및 제품 온도를 분석하며, 여기에 특허 받은 알고리즘을 적용합니다. 우리는 공정 중의 수분 함량과 수분 활성도를 파악하고 이 두 가지를 모두 측정하지만, 저는 수분 활성도를 중심으로 모델을 학습시키는 것을 선호합니다.

이 PLC 예시를 보시면, 여기에 ‘수분 활성도 목표치’라고 표시된 부분이 있습니다. 여기서 중요한 점은, 이 설비가 해당 목표치에 맞춰 가동되도록 하는 것이며, 이후 작업자가 시료를 채취하여 알고리즘이 효율적으로 작동하는지 확인하게 됩니다. 이 알고리즘은 지속적으로 미세 조정을 수행하는데, 이는 연구개발(R&D) 부서에서 검증한 전체 공정에는 큰 영향을 미치지 않는 수준입니다.

우리는 초 단위의 데이터를 분석하고, 매분마다 미세 조정을 결정하고자 합니다. 뿐만 아니라, 여기에는 여러 구역이 설정되어 있음을 확인하실 수 있습니다. 여러분이 달성하고자 하는 결과에 가장 큰 영향을 미치는 구역이 어디인지 파악하고, 해당 구역에서 조정을 진행할 수 있습니다.

지금까지 수분 활도와 수분 함량에 대해 논의해 왔는데, 이제 이 모든 내용을 종합하여 과거 기록을 분석하고, 인더스트리 4.0 데이터를 어떻게 활용하여 운영 담당자들에게 실시간으로 신속하고 실질적인 결과를 도출해 줄 수 있을지 살펴보겠습니다.

재커리 카트라이트 박사:

이를 이해하는 한 가지 방법은, 이 PLC 애니메이션을 재생해 보면 특정 목표치가 최적치보다 낮고 변동 폭이 크다는 것을 알 수 있다는 점입니다. 하지만 SKALA Solo를 도입한 지 불과 30분 만에 그 변동 폭이 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 그 후에는 목표치를 높일 수 있습니다.

이는 앞서 보여드린 첫 번째 그래프로 돌아가 보는 것이 좋습니다. 그 그래프는 어떤 위험이 존재하는지, 그리고 변화에 적응하지 못하는 기업들이 얼마나 큰 비용을 치르게 되는지를 보여줍니다. 이 그래프는 SKALA Solo가 그 변동성을 얼마나 신속하게 줄일 수 있는지 아주 잘 보여주고 있습니다.

수잔, 이 제품은 어떤 용도인가요?

수잔 뉴먼 박사:

이 제품은 압출 공법으로 제조된 펫 사료입니다.

재커리 카트라이트 박사:

이제 다음 주제로 넘어가서 운영 담당자들에 대해 여쭤보고 싶습니다. 신입 사원이 업계 경력이 30년인 직원만큼이나 뛰어난 성과를 낼 수 있는 방법은 무엇일까요? 이 도구를 사용하면 그런 일이 가능할까요?

수잔 뉴먼 박사:

네, 마법 같은 건 없지만, 이 도구는 확실히 사람의 손에서 의사결정 과정을 빼앗아 대신 처리해 줍니다. 이 도구는 PLC에 직접 연결된 폐쇄 루프 시스템 내에서 이러한 조정 작업을 수행할 것입니다.

따라서 PLC 데이터를 수신하는데, 이 데이터는 아주 세부적인 수준까지 포함될 수 있습니다. PLC 데이터가 들어오면 이를 읽어들이고, 유입·유출 온도 및 제품 온도를 파악한 뒤 자동으로 조정합니다.

사실 기기마다 시동 및 정지 작업은 항상 까다로운 일입니다. 저희는 운영자가 시동 및 정지 절차에 집중할 수 있도록 지원함으로써 이 과정을 원활하게 진행할 수 있도록 돕고, 그 이후의 단계는 저희가 맡아 처리함으로써, 말하자면 해당 프로세스를 자동화하여 원활하게 운영되도록 합니다.

검토 및 정리

재커리 카트라이트 박사:

자, 마무리로, 비용이 많이 드는 다섯 가지 실수를 한 번 더 짚어보겠습니다.

첫 번째는 올바른 측정 기준을 잘못 이해한 것이었습니다. 두 번째는 측정 방법론을 잘못 적용한 것이었습니다. 세 번째는 작업자들이 직감에 의존하도록 방치한 것이었는데, 수잔이 겪었던 몇 가지 사례를 함께 살펴보았습니다. 네 번째는 부적절한 지점에서 샘플링을 한 것으로, 단순히 최종 제품만 샘플링하는 것이 아니라 공정 전반에 걸쳐 샘플링을 해야 한다는 점입니다. 마지막으로, 제어 루프를 개방된 상태로 방치한 것이었습니다.

위 주제와 관련하여 궁금한 점이 있으시거나, 수분 활성도, 수분 함량, 등온선, 또는 SKALA Solo에 대해 문의하실 사항이 있다면 언제든지 저희에게 연락 주시거나, 웹사이트를 방문해 주시거나, 수잔이나 저에게 직접 문의해 주시기 바랍니다. 기꺼이 답변해 드리겠습니다.

지금 몇 가지 질문이 접수되었으니, 이제 질문을 받겠습니다. 가능한 한 많은 질문에 답변해 드리겠습니다.

Q&A #1: 다양한 제품의 건조 방식에서 발견한 차이점과 공통점에 대해 간략히 설명해 주시겠습니까? 제품별로 특화된 건조 방식이 항상 필요한가요?

수잔 뉴먼 박사:

병원균은 병원균일 뿐이며, 이들이 번식하는 온도는 해당 병원균에 따라 결정될 뿐 제품 자체에 좌우되는 것은 아닙니다. 우리는 박테리아가 0.8°C 이하에서는 번식하지 않고, 효모와 곰팡이는 0.6°C 이하에서는 번식하지 않는다는 사실을 알고 있습니다. 이것이 바로 공통점입니다.

핵심은 제품을 제대로 이해하는 데 있습니다. 앞서 등온선을 살펴보는 것에 대해 이야기했듯이, 수분과 수분 활성도의 차이는 제품마다 다릅니다. 따라서 안전한 수준에 도달하는 방법은 모든 제품마다 다르며, 해당 제품 고유의 특성을 반영해야 합니다.

차이점은 어디에서 속도를 내고 어디에서 속도를 늦춰야 할지를 파악하는 데 있습니다. 쿠키의 경우 제조 과정이 빠릅니다. 미생물 증식에 대해 크게 걱정할 필요가 없죠. 반면 살라미 같은 제품을 다룰 때는 30일에서 90일 정도 걸리는 과정이 될 수 있습니다. 이 경우에는 일정량의 박테리아가 증식하도록 해야 하지만, 동시에 안전한 방식으로 진행해야 합니다.

따라서 전반적으로 이러한 차이점이 존재합니다. 대마초의 경우, 가열 속도가 너무 빠르면 제품 표면의 테르펜이 파괴되고 내부는 습기가 남아 있게 됩니다. 따라서 속도 면에서 바로 그 차이가 나타납니다.

재커리 카트라이트 박사:

이러한 다양한 제품들 중 일부는 목표치가 같을 수 있지만, 각 제품이 수분을 잃거나 오히려 수분을 얻는 방식은 실제로 제품마다, 심지어 제형마다 다르다는 점은 좋은 지적입니다. 하지만 등온선을 활용하면 이러한 현상을 이해할 수 있습니다. 이를 통해 목표를 설정하는 데 도움이 될 것입니다. 또한 분무 건조법, 배치 오븐 방식 등 사용 중인 방법론에 따라 달라질 수 있지만, 당사는 각 방법을 면밀히 분석하여 변동성을 줄이고 목표를 달성할 수 있도록 지원해 드립니다.

Q&A #2: 수분 함량이 높은 제품(수분 함량 60% 이상)을 가능한 한 빨리 건조하려는 분께 어떤 조언을 해주시겠습니까?

재커리 카트라이트 박사:

글쎄요, 일반적으로 수분 함량이 그렇게 높은 제품은 드레싱이나 잼처럼 수분 함량이 훨씬 높은 것들이죠. 반죽이나 반려동물 사료 같은 것을 다룰 때는 건조가 너무 빨리 진행되어 ‘엔케이스먼트(encasement)’ 현상이 발생하지 않도록 주의해야 합니다. 이는 제품 내부의 수분 함량과 수분 활성도가 외부보다 높은 상태를 말하는데, 일단 제품이 평형 상태에 도달하면 미생물 관련 문제가 발생하기 시작합니다.

여기서 어떤 제품을 말씀하시는지 정확히 모르겠지만, 특정 제품의 경우 너무 급격하게 가열하지 않도록 주의해야 한다는 점은 말씀드릴 수 있습니다.

수잔, 당신은 어떤 경험을 하셨나요? 제가 놓치고 있는 부분이 있을까요?

수잔 뉴먼 박사:

여기서는 ‘허들(hurdle)’ 단계들을 살펴봐야 합니다. 박테리아 증식을 방지하고 제품을 더 안정적이고 안전하게 만들기 위해 수분 활성을 낮추는 데 어떤 보습제를 사용하고 계신지 궁금합니다. 또한 pH도 병원균 증식을 억제하여 제품의 안전성을 높이는 ‘허들’ 기술의 일환으로 고려해 보시는 것도 좋을 것 같습니다.

Q&A #3: 저는 스낵 식품 분야에서 일하고 있습니다. SPC 관점에서 공정 변동성을 줄이기 위해 어떤 속성을 측정하고 관리해야 할까요?

수잔 뉴먼 박사:

이 주제에 대해서는 이미 꽤 많이 이야기했습니다. 공정 변동을 분석하려면 정말 훌륭한 측정 방법, 즉 확실한 기준이 필요하며, 이는 정확도를 통해 달성할 수 있습니다. 수분 활성도를 살펴봐야 하는데, 이 경우 0.003이나 0.005 정도의 정확도를 얻을 수 있습니다. 이는 저희 TE 장비와 AQUALAB 3에서 가능한 수준입니다. 오늘 보여드린 수분 분석기의 경우, 측정값이 0.35에서 거의 10에 이르기까지 천차만별이었습니다.

공정에서 통계적 공정 관리(SPC)를 고려하고 있다면, 매우 효과적인 측정 방법을 찾아야 하는데, 바로 수분 활성도입니다. 이는 혼합부터 조리, 냉각, 그리고 포장 전 단계에 이르기까지 공정의 각 단계에서 확립해야 할 핵심 지표가 될 것입니다.

재커리 카트라이트 박사:

이것은 다시 등온선으로 돌아가는 이야기인데, 많은 스낵류 제품이 우리가 계속 언급해 온 그 ‘최적의 범위’에 속합니다. 수분 함량이 1%만 변해도 수분 활성도는 30~40%나 달라질 수 있습니다. 따라서 가장 정밀하고 정확한 측정 방법을 사용하려는 것은 당연한 일이며, 그 기준은 언제나 수분 활성도가 될 것입니다.

건조 공정 중 어느 단계에서 미생물 증식이 가장 잘 일어날 가능성이 높습니까? 이를 방지하기 위해 어떤 조치를 취할 수 있습니까?

수잔 뉴먼 박사:

쿠키 예시를 살펴보았는데, 일괄 가공 공정을 사용하는 경우 재료들을 모두 섞고 물을 넣은 뒤 압축하거나 성형하여 오븐에 넣고, 그 다음에 또 다른 재료를 넣으면서도 설비를 철저히 세척하지 않는 문제를 본 적이 있습니다.

우선 가장 중요한 것은 철저한 위생 관리 체계를 갖추는 것입니다. 필요한 만큼 자주 세척을 실시하고, 면봉 검사를 통해 세균 증식 여부를 확인하며, 세균이 많이 번식하는 구역을 기록해 두어야 합니다. 대개 이런 곳은 손이 닿기 어려운 곳입니다. 문제는 바로 그곳이 손이 닿기 어렵기 때문에 사람들이 청소를 소홀히 한다는 점입니다.

저도 그런 사례를 꽤 자주 목격합니다. 어떻게 해결해야 할까요? 귀사의 생산 일정과 교대 근무 교대 시점을 면밀히 검토하는 것이 제가 가장 중점을 두는 부분이며, 미생물 증식 기준치 이하로 제품을 관리하는 것도 중요합니다. 공정 중에 살균 단계를 거치지 않는 한 미생물을 완전히 제거할 수는 없지만, 적어도 미생물이 증식하지 않을 정도로 수치를 낮추는 것이 필요합니다.

다시 한 번 말씀드리자면, 세균은 수분 활성도 0.8, 효모와 곰팡이는 – 이 점은 꼭 명심해 두세요 – 0.6입니다. 가능한 한 빨리 이 수치에 도달하고, 그 상태를 유지해야 합니다.

재커리 카트라이트 박사:

여기에 덧붙이자면, 설령 기준치 이하로 유지된다 하더라도 습도나 온도가 높으면 시설 환경 자체가 미생물 증식을 촉진할 수 있다는 점을 명심해야 합니다. 수잔이 언급한 기준치 이하라고 해도 이미 미생물이 존재하는 환경에 있을 수 있으며, 일단 환경 조건이 증식을 허용하게 되면 미생물이 급격히 번식하기 시작할 것입니다.

그러니 이 점을 명심하십시오. 건조 과정 전반에 걸쳐 관리한다고 해도, 해당 제품이 허용 한계에 근접해 있다면 여전히 매우 면밀히 모니터링해야 합니다.

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