식품 건조, 베이킹 또는 탈수 과정을 최적화하는 방법

베이킹이든, 탈수, 훈제, 건조, 숙성이든 – 어떤 용어를 쓰든 간에, 결국 핵심은 단 하나입니다. 바로 수분을 제거하는 것입니다. 많은 식품 업체들이 이 과정을 거치는데, 이 작업을 수행하는 업체라면 누구나 정확하고 일관된 결과를 내기가 정말 어렵다고 말할 것입니다.

무엇이 걸려 있는 걸까? 정말 중요한 문제일까?

대부분의 식품 기업들은 자사의 건조 공정을 어느 정도 최적화할 수 있다는 사실을 알고 있습니다. 하지만 거의 모든 기업이 이를 통해 얻을 수 있는 이점을 과소평가하고 있으며, 이 문제를 방치함으로써 잃게 되는 것 또한 간과하고 있습니다.

위의 차트는 실제 고객 데이터를 바탕으로 작성되었습니다. 많은 기업과 마찬가지로, 이 회사 역시 건조 불량으로 인한 비용을 약 80% 정도 과소평가하고 있었습니다.

과거 데이터(모두 종이 기록으로 남아 있던 것들)를 발굴하고 분석한 끝에, 그들은 이 문제의 비용이 예상했던 것보다 8배나 더 많이 든다는 사실을 깨달았다.

이 예시는 반려동물 사료 업계에서 가져온 것으로, 이 업계의 원재료 가격은 파운드당 몇 센트에 불과한 경우가 많습니다. 하지만 이 원칙은 다른 업종의 기업들에게도 동일하게 적용됩니다. 원재료 가격이 파운드당 8달러에 달하는 통육을 다루는 경우나, 파운드당 최대 2,000달러까지 치솟는 대마초를 다룰 때의 원가 문제를 고려해 보십시오.

실수 1: 측정해야 할 요소를 잘못 이해하는 것

수분 측정은 수분 함량과 수분 활성도, 두 가지 범주로 나뉩니다. 둘 다 물과 관련이 있지만, 각각 제공하는 정보는 매우 다릅니다. 따라서 이 두 가지를 같은 방식으로 사용해서는 안 됩니다.

식품 업계에서 흔히 발생하는 오해 중 하나는 수분 함량 측정에 지나치게 집중하는 것인데, 이는 수분 함량이 수율과 어떤 관계를 맺는지 명확하고 이해하기 쉽기 때문이다.

기업 경영진(CFO 등)은 수분 함량뿐만 아니라 수분 활성도를 측정하는 것이 얼마나 중요한지 이해할 만한 과학적 배경이나 품질 관리(QC) 지식을 갖추지 못한 경우가 많습니다. 이들은 수분 함량이 수율 측정에 있어 훌륭한 지표이기는 하지만, 미생물 증식, 제품의 질감, 또는 전반적인 품질을 예측하거나 관리하는 데는 절대 사용해서는 안 된다는 사실을 모르고 있을 수 있습니다.

수분 활성도는 에너지를 나타내는 척도입니다. 이는 열역학적 원리입니다. 복잡하게 들릴 수도 있지만, 과학적인 방정식을 이해할 필요는 없습니다.

핵심 원리는 간단합니다. 수분 활성도는 화학 반응이 일어날 수 있는지, 미생물이 증식할 수 있는지, 또는 식감이 변할 수 있는지를 나타냅니다. 또한, 정밀한 수분 활성도 측정은 간단하고 쉽게 수행할 수 있으며, 적절한 도구를 사용하면 60초 이내에 완료할 수 있습니다.

수분 함량은 단순히 시료에 포함된 물의 양을 말합니다. 만약 식품에서 물 분자를 하나도 남기지 않고 모두 제거한 뒤 그 양을 측정한다면, 그 수치가 바로 수분 함량이 될 것입니다. 안타깝게도, 이를 어느 정도 정확하게 측정하는 것은 매우 어렵습니다.

실수 #2: 잘못된 기기로 측정하기

수분 활동도나 수분 함량 중 어느 쪽에 중점을 두든, 측정 방법에 내재된 표준 편차와 변동성이 크다면 공정을 제어하기가 매우 어려울 것입니다.

최근 한 연구에서 METER Group은 완전히 동일한 제품의 여러 샘플을 채취하여, 널리 사용되는 다양한 수분 함량 측정 방법으로 테스트를 진행했습니다. 위 그래프는 그 결과를 보여줍니다.

제품은 모든 경우에서 동일했음에도 불구하고, 수분 함량 측정 결과는 상당한 차이를 보였습니다. 반면 수분 활성도 측정 결과에는 거의 차이가 없었습니다.

이러한 결과는 수분 함량 측정값만으로는 일관되고 확신에 찬 결정을 내리기가 얼마나 어려운지 여실히 보여줍니다. 한 작업자는 3.51%라는 수분 함량 결과를 보고 제품이 과도하게 건조되었다고 생각할 수 있는 반면, 다른 작업자는 제품이 너무 습하다고 판단할 수도 있습니다. 두 샘플이 실제로는 동일한 것임에도 불구하고, 각 작업자는 이 수분 함량 결과에 따라 서로 다른(그리고 상반된) 조치를 취할 수 있습니다.

일반적으로 훨씬 더 정밀한 수분 활성도 측정을 추가하면 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

실수 3: 운영 담당자가 직감에만 의존하게 두는 것

많은 작업자, 특히 경험이 풍부한 작업자들은 자신들만의 노하우를 간직하고 있습니다. 그들은 종종 시각, 촉감, 소리 또는 기타 감각적 단서만으로도 제품이 원활하게 작동할지, 결과가 만족스러울지 판단할 수 있다고 확신합니다.

이러한 방법들은 기껏해야 부정확할 뿐이며, 긍정적인 결과를 이끌어내는 경우는 거의 없습니다. 예를 들어, 신입 사원들에게 품질을 직관적으로 파악하도록 어떻게 교육할 수 있을까요?

교정이 잘 된 센서에서 얻은 신뢰할 수 있는 측정값을 적용하는 것이 훨씬 더 효과적입니다. 수분 함량과 수분 활성도 간의 관계는 등온선이라고 하는 그래프를 통해 시각화할 수 있습니다.

해당 제품에 대한 기준 등온선을 작성하면, 이상적인 품질과 수율을 달성할 수 있는 ‘최적점’을 쉽게 파악할 수 있습니다. 이후 이 ‘최적점’을 바탕으로 생산 라인의 공정과 목표를 설정할 수 있습니다.

실수 4: 부적절한 장소에서 표본을 채취하는 것

식품 제조업체들은 일반적으로 냉각기 통과 후 수분 샘플을 채취합니다. 일부 업체는 그보다 앞선 단계에서도 샘플링을 실시하기도 합니다.

뉴먼 박사는 환경적 요인으로 인해 수분 함량에 큰 변동이 발생할 수 있으므로, 반죽 혼합 후, 오븐 내 또는 오븐에서 꺼낸 직후, 식히는 과정 중, 그리고 식힌 후 포장 전 보관 단계에 이르기까지 각 단계별로 목표 수치를 파악하고 설정할 것을 권장합니다. 건조한 환경에서는 수분이 손실될 수 있으며, 습한 환경에서는 제품에 수분이 스며들어 식감이나 품질이 저하될 수 있습니다.

일부 기업들은 입고되는 원료의 수분 함량을 확인하기도 하는데, 이는 로트마다 수분 함량이 자주 달라지고, 수분 이동이 완제품의 전반적인 품질, 식감 또는 유통기한에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

실수 5: 제어 루프를 개방된 상태로 두는 것

많은 기업들은 규격에 맞지 않는 샘플이 발견될 때까지 생산 라인을 가동하기만 합니다. 그 시점이 되면 이미 라인은 20분 이상 규격에 맞지 않는 상태로 가동되어 왔으며, 결국 폐기하거나 재가공해야 할 제품들이 쏟아져 나오고 있는 경우가 많습니다.

공정 변동성은 가장 큰 적입니다. 변동성이 너무 크면 수율이 떨어지고 처리량도 감소합니다. 또한 오븐 가동 비용과 재작업 처리 비용이 증가할 뿐만 아니라, 추가 작업 시간에 필요한 인력 배치, 두 종류의 제품을 별도로 보관해야 하는 비용, 그리고 보관 중 곰팡이와 미생물 발생 위험을 방지하기 위한 조치 비용까지 더해집니다.

수치를 더 자주 측정하고, 알고리즘이 피드백을 처리하여 즉각적인 미세 조정을 수행할 수 있게 함으로써, 제조업체는 문제를 파악하기 위해 20분을 기다릴 필요가 없습니다. 이것이 바로 뉴먼 박사와 카트라이트 박사가 “폐쇄 루프”라고 부르는 것입니다.

폐루프 시스템은 여전히 운영자가 모니터링하지만, 신속한 조정은 계측기 자체나 기계에 의해 이루어집니다.

METER Group의 새로운 SKALA Dry 소프트웨어는 식품 제조업체들이 최소한의 시간과 자원만 투자하여 공정 루프를 완성할 수 있도록 지원합니다.

SKALA Dry는 시스템 내의 온도(즉, 유입구, 유출구 및 제품 온도)를 분석하여 특허받은 알고리즘을 통해 가공 과정 중의 수분 함량과 수분 활성도를 측정합니다.

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