수분 함량 대 수분 활성도: 올바른 측정 방법 선택하기

수분 함량 101: 수분 함량이란 무엇이며 어떻게 활용되나요?

물은 어디에나 존재합니다. 우리가 먹는 음식, 숨 쉬는 공기, 그리고 우리 주변의 사물들 속에도 물이 들어 있으며, 이는 이 모든 것의 물리적 특성에 지대한 영향을 미칩니다. 목수부터 석유 과학자에 이르기까지 다양한 분야의 전문가들이 “이 물질에는 물이 얼마나 들어 있을까?”라고 궁금해하는 것도 당연한 일입니다.

간단한 질문입니다. 해결책도 간단할 것 같지만, 안타깝게도 명확하고 정확한 답을 얻기는 매우 어렵습니다.

가장 큰 문제점(물론 여러 가지가 있지만)은 재료의 다른 성분은 무시하고 수분만 측정한다는 점에 있습니다. 일단 물이 재료 내부로 스며들면 쉽게 빠져나오지 않는 경우가 많아, 이를 제거하고 측정하기가 어렵습니다. 재료에서 수분을 분리하지 않고 측정하는 것과 같은 다른 방법들 역시 수많은 문제를 야기합니다.

어떤 측정 방법을 선택할지는 두 가지 요인에 달려 있습니다. 바로 어느 정도의 정밀도가 필요한지와 어떤 타협을 감수할 수 있는지가 그것입니다.

• 석유 과학자로서 석유나 플라스틱 속에 포함된 극미량의 물을 연구하고 있다면, 적정 실험에 필요한 시간과 비용을 기꺼이 투자할 수도 있을 것입니다.
• 현장에서 목수나 시공업체 담당자로서 목재의 적합 여부를 판단해야 할 때, 실험실 수준의 정밀도보다는 수분 함량을 대략적으로 측정해 주는 간편한 휴대용 기기의 편리함을 선택할 수도 있습니다.
• 식품이나 대마초 생산 분야에 종사하신다면, 건조 손실과 같이 합리적인 시간 내에 비교적 높은 정밀도로 측정할 수 있는 중간 정도의 방법을 원하실 수도 있습니다.

위의 예시들이 수분 함량 측정의 모든 용도를 다 다루지는 못하지만, 산업 분야에 관계없이 고려해야 할 장단점은 비슷합니다. 어떤 방법을 선택하든, 수분 함량이 알려줄 수 있는 것과 알려줄 수 없는 것에 대한 수많은 오해를 경계해야 합니다. 기억해야 할 간단한 원칙은 수분 함량이 ‘양’을 측정하는 지표라는 점입니다.

예를 들어, 수분 함량은 수율을 가늠하는 중요한 지표입니다. 많은 제품이 중량 기준으로 판매되는데, 물은 매우 저렴하면서도(무거운) 원료이기 때문에 수분 함량을 측정하고 관리하는 것은 수익에 막대한 영향을 미칠 수 있습니다.

수분 함량은 질감에 대한 정보도 제공하는데, 수분 함량이 높아질수록 물질의 유동성이 증가하고 유리전이 온도가 낮아지기 때문이다.

수분 함량만으로는 무엇을 알 수 없을까요? 일관성, 미생물 안전성, 수분 이동, 영양소 변질과 같은 ‘품질’ 지표에 대해서는 거의 알 수 없습니다. 이러한 핵심 요소들은 수분 활성도라는 다른 측정 지표를 통해 파악하는 것이 더 적합합니다.

수분 활성도 101: 수분 활성도(Aw)란 무엇이며 어떻게 활용되나요?

물질에 포함된 물의 양만으로는 물이 제품에 미치는 영향을 완전히 파악할 수 없습니다. 바로 그 점에서 수분 활성도의진가가 발휘됩니다.

너무 깊이 파고들면 수분 활성도는 매우 복잡한 개념처럼 보일 수 있습니다. 다행히도, 그 원리를 증명하는 열역학이나 난해한 방정식까지 알 필요는 없습니다. 대부분의 경우 다음의 기본적인 원리만으로도 충분합니다.

1. 수분 활성도는 물이 얼마나 활성이 높고 이용 가능한지를 나타냅니다. 어떤 물질은 많은 양의 물을 함유하고 있지만, 그 물은 분자 결합에 의해 고정되어 있습니다. 이로 인해 물이 밖으로 스며나오거나 주변 환경과 상호작용하는 능력이 떨어집니다. 비록 물의 양이 많을지라도, 이를 ‘낮은 수분 활성도’라고 부릅니다. 반대의 경우도 있습니다. 어떤 물질은 물의 양은 매우 적지만, 그 물이 매우 쉽게 접근 가능한 상태인 경우도 있습니다.
2. 물은 평형을 추구합니다. 건조한 기후에서 부드러운 쿠키를 실외에 두면 , 수분 활성도가 낮은 주변 환경이 수분 활성도가 높은 쿠키에서 수분을 흡수하여 평형을 이루려고 합니다. 반면, 수분 활성도가 동일한 두 물질—예를 들어 케이크와 그 위에 바른 아이싱—은 서로 수분을 교환하지 않습니다. 본질적으로 수분 활성도는 물이 어느 방향으로 이동하려는지 알려줍니다.
3. 물의 에너지 수준은 여러 가지 중요한 예측에 영향을 미칩니다. 예를 들어 , 어떤 미생물이 특정 물질에서 번식할지, 시간이 지남에 따라 그 물질의 질감이 어떻게 변할지, 언제 분해될지, 다른 물질과 어떻게 반응할지 등 다양한 측면을 예측하는 데 활용됩니다 .

수분 활성도는 여러 가지 방법으로 측정할 수 있으며, 그중에서도 정전용량 센서와 냉각 거울 방식 장비가 가장 널리 사용됩니다. 정전용량 센서는 비용이 저렴하지만 정확도와 정밀도가 다소 떨어지는 단점이 있습니다. 냉각 거울 방식 장비는 더 정확하며, 일반적으로 식품 산업의 표준으로 간주됩니다. 그 외의 특수한 방법으로는 저항성 전해질 센서와 가변 다이오드 레이저 등이 있습니다.

수분 함량과 달리, 수분 활성도는 물질이나 제품의 양을 관리하는 데보다는 품질과 안전성을 관리하는 데 가장 유용합니다. 따라서 식품, 제약 및 대마 산업에서 널리 채택되고 있습니다.

어느 것을 사용해야 할까요?

무엇을 달성하고자 하느냐에 따라 다릅니다. 어느 한 가지 측정 방식이 다른 것보다 단순히 더 낫다고 할 수는 없습니다. 두 방식은 서로 매우 다른 개념을 측정하며, 각기 다른 환경에서 큰 장점을 발휘합니다.

이익을 극대화하기 위해 제품의 적정 중량을 정확히 파악하고 싶다면 수분 함량을 우선적으로 고려해야 합니다. 스낵을 매장 진열대에서 몇 달 동안 바삭하고 아삭한 상태로 유지하거나, 케이크가 축축해지지 않게 하면서 젤리를 케이크 속에 넣는 방법을 찾고 있다면 수분 활성을 선택하세요.‍

이 두 가지 측정값의 과학적 원리를 더 자세히 알아보시려면, 저희 지식 기반을 확인해 보세요 —>

수분 함량은 식감에 영향을 미치기 때문에, 양과 품질을 모두 파악하는 데 필요한 유일한 지표라고 말하는 사람들도 있습니다. 하지만 실제로 그런 방식을 시도해 본 사람들은 수분 함량만으로는 미생물 증식이나 기타 품질 관련 문제를 관리하는 것이 비효율적일 뿐만 아니라 거의 불가능하다는 사실을 금방 깨닫게 됩니다.

수분 흡착 등온선: 수분 함량과 수분 활성도의 상호작용

수분 활도와 수분 함량은 각각으로도 중요한 지표이지만, 이 두 가지를 결합하면 수분과 관련된 수많은 미스터리를 정확히 해결하는 방법을 밝혀낼 수 있습니다.

때로는 ‘수분 분포도’라고도 불리는 수분 흡착 등온선은, 일정한 온도로 유지된 물질에서 수분이 흡착 및 탈착됨에 따라 수분 함량과 수분 활성도가 어떻게 변화하는지를 그래프로 나타냅니다.

더 간단히 말하면, 등온선은 수분 함량과 수분 활성도의 변화를 하나의 그래프에 함께 나타냅니다.

모든 물질은 각기 다른 등온선을 가지며, 수분 함량과 수분 활성도의 관계는 선형적이지 않고 복잡하며 예측하기 어려울 수 있습니다. 물론, 이를 등온선 그래프에 표시해 보기 전까지는 말이죠.

과거에는 등온선을 작성하는 데 한 장의 그래프를 만드는 데만도 한 달 이상의 실험실 작업이 필요했기 때문에, 등온선은 그다지 실용적이지 않았습니다. 당시에는 시료를 건조기에 넣고 수일 또는 수주 동안 반복적으로 무게를 측정해야 단 하나의 데이터 포인트를 얻을 수 있었습니다. 그러나 최신 기술 덕분에 이 과정이 자동화되면서 등온선을 훨씬 더 쉽게 활용할 수 있게 되었고 실용성도 높아졌습니다.

오늘날 이 기술은 식품 산업에서 뭉침, 덩어리짐, 식감 저하와 같은 변화가 발생하는 정확한 수준을 파악하고, 제품 조성이 변경되었을 때의 반응을 예측하며, 유통기한을 추정하는 등 다양한 용도로 널리 활용되고 있습니다. 또한 목재, 건축 자재, 섬유 등을 분석하는 데에도 자주 사용됩니다.

스스로 결론을 내리다

수분 함량과 수분 활성도는 각기 다른 장점을 지니고 있습니다. 이 두 가지를 등온선으로 함께 시각화하면, 각각을 따로 살펴볼 때보다 더 유용한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

대부분의 경우, 어느 쪽도 만능 해결책은 아니며, 모두 용도에 따라 달라집니다. 결정은 사용자에게 달려 있습니다.

어떤 제품이 자신에게 적합한지, 혹은 어떤 악기가 필요한지 결정하는 데 도움이 필요하시면 저희에게 연락해 주십시오. 저희 전문가들이 기꺼이 상담해 드리겠습니다.

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