천연 성분 101: 건과일과 견과류에 함유된 수분

천연 원료의 수분 함량을 측정하고 관리하는 것은, 이러한 원료로 인해 흔히 발생하는 제형 문제, 생산 지연 및 품질 문제를 예방하는 가장 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 방법 중 하나입니다.

METER 식품 연구개발(R&D) 연구소는 세계 유수의 식품 기업들이 천연 원료의 품질 불일치 문제를 파악하고 해결하도록 지원해 왔습니다. 이번 방송에서는 메리 갤러웨이(R&D 연구소장)와 재커리 카트라이트(수석 식품 과학자)가 어떻게 도움을 주었는지, 그리고 그 과정에서 무엇을 배웠는지 소개합니다.

명확성을 위해 편집된 대본

재커리 카트라이트 박사: ‘천연 원료 입문’에 오신 것을 환영합니다. 오늘은 말린 과일과 견과류에 대해 이야기해 보겠습니다. 이 제품들을 완제품으로 사용하시든 원료로 사용하시든, 이러한 제품 내 수분 함량을 어떻게 조절하고 관리할 수 있는지 함께 알아보겠습니다.

먼저, 건과일과 견과류에 존재하는 변동성에 대해 이야기해 보겠습니다. 과일부터 시작해 보겠습니다. 여기 이미지를 하나 보여드리겠습니다. X축은 수분 활성도, Y축은 수분 함량을 나타내는 산점도처럼 보입니다. 이 데이터는 메리가 수집한 것입니다. 메리, 이 자료를 넘겨드릴게요. 지금 보고 계신 내용에 대해 설명해 주시겠어요?

메리 갤러웨이: 네. 과일 종류마다 차이가 크지만, 같은 종류의 과일 내에서도 꽤 다양한 종류가 있습니다. 블루베리에 대한 데이터를 한번 살펴보죠.

이번 웨비나에서는 블루베리와 아몬드를 예시로 들겠지만, 이 원칙은 다른 과일과 견과류에도 동일하게 적용됩니다.

과일에서 나타나는 변동성 중 일부는 과일에 함유된 당분과 식이섬유 함량과 관련이 있습니다. 앞서 말씀드렸듯이, 이러한 요소들은 과일 종류에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어 망고는 식이섬유가 매우 풍부한 과일이라, 여기서 나타나는 상관관계는 상당히 다릅니다. 망고의 경우 수분 활도와 수분 함량 사이에 큰 변동성이 있습니다. 반면 블루베리의 경우 수분 활도와 수분 함량 사이의 관계가 더 예측 가능합니다.

하지만 그렇다고 해도 블루베리 종류에 따라 당분과 식이섬유 함량에는 차이가 있습니다. 품종에 따른 차이가 영향을 미치며, 건조 방법과 가공 방식도 마찬가지입니다. 천연 무가당 블루베리로 가공되었는지, 아니면 설탕이나 다른 첨가물이 들어갔는지도 중요합니다. 재배 시기조차도 큰 영향을 줄 수 있습니다. 매년 똑같은 재배자가 같은 품종을 재배하더라도, 재배 시기의 차이로 인해 열매의 특성에 차이가 생길 수 있습니다.

변동이 나타나는 또 다른 요소는 pH입니다. pH는 다른 원료보다 특히 과일에 더 큰 영향을 미치는 경향이 있습니다. 과일은 산성이 강해 pH가 낮은 편입니다. 산도가 높은 원료의 경우, 곰팡이 발생 기준치를 충족하는 데 큰 어려움이 없기 때문에 수분 활성도를 다소 높게 설정해도 무방합니다.

바나 스낵을 생산한다고 가정해 봅시다. 특정 pH 수준의 과일을 공급받았을 때, 제품을 안전하게 유지할 수 있는 수분 활성도의 한계치를 파악한 뒤 생산을 진행합니다. 하지만 이듬해에는 과일의 pH가 더 낮아진 상태로 입고된다면, 이제 그 안전 마진이 사라지게 됩니다.

ZC: 재배 시기에 대해 언급해 주셔서 감사합니다. 저는 여러 회사와 일해 왔는데, 매년 말린 체리나 같은 제품을 생산하더라도 재배 시기에 따라 품질이 달라집니다. 그래서 해마다 수분 함량을 측정하는 것조차 쉽지 않은 일이죠.

견과류는 어떻습니까? 견과류에서는 어떤 변동성을 보시나요? 변동 폭이 더 큰가요, 아니면 더 작은가요? 아니면 우리가 살펴볼 산점도와 비슷한 형태일까요?

MG: 여전히 산포도 형태를 띠고 있지만, 이전보다는 덜합니다. 여기 우리가 진행한 유사한 연구에서 수집한 다양한 견과류를 보여주는 그래프가 있습니다. 아몬드, 땅콩, 캐슈넛 등 다양한 견과류가 포함되어 있는데, 보시다시피 결과가 꽤 제각각입니다.

특히 아몬드만 따로 살펴보면 꽤 뚜렷한 추세를 확인할 수 있지만, 블루베리와는 다릅니다. 수분 활성도가 훨씬 낮은 범위에 속합니다. 변동 폭은 그리 크지 않지만, 여전히 일정한 편차가 존재하며 그 원인도 비슷합니다.

하지만 여기서는 재배 시기와 앞서 언급한 내용 외에도 가공 방식이 중요한 요소가 될 수 있습니다. 생것인가요? 말린 것인가요? 소금에 절인 것인가요? 향료가 첨가되었나요? 이 모든 요소가 견과류의 수분 활성도와 수분 함량에 영향을 미칩니다.

또한, 견과류는 수분 활성도가 낮은 환경에서 자란다는 점도 고려해야 합니다. 수분 활성도가 낮으면 산패하기 쉬울 수 있습니다. 이 내용은 이전 웨비나에서 다룬 바 있습니다.

기본적으로 수분 활성도가 낮으면 지질이 외부 환경에 더 많이 노출되어 산화되기 쉽습니다. 이는 견과류 재배자와 수입업자 모두에게 고려해야 할 사항입니다.

등온선 관계를 활용하면 이를 시각화할 수 있습니다. 수분 활도와 수분 함량 사이에 명확한 상관관계가 있음을 확인할 수 있습니다.

하지만 과일과 마찬가지로, 견과류를 어떤 용도로, 어떤 형태로 사용할지 고려해야 합니다. 견과류는 변형 가능성이 적다는 장점이 있지만, 간식으로 먹을 것인지, 아니면 요리의 재료로 사용할 것인지가 중요합니다. 통째로 먹을 것인지, 소금에 절인 것인지, 페이스트 형태인지, 아니면 그냥 조각으로 먹을 것인지에 따라 견과류의 수분 활도와 수분 함량을 조절하기가 얼마나 쉬운지가 달라집니다.

ZC: 좋습니다. 이 첫 번째 섹션을 요약하자면, 여기서 우리가 보여드리려는 것은 과일이나 견과류에 상관없이 변동성이 매우 크다는 점입니다. 앞서 두 개의 산점도를 살펴보았습니다. 다음 섹션에서는 이러한 변동성이 갖는 함의와 변동성을 줄이는 방법에 대해 집중적으로 다룰 예정이며, 그 후 등온선에 대해 살펴보고, 마지막으로 이 두 가지를 혼합했을 때 어떤 현상이 발생하는지 알아보며 마무리하겠습니다.

변동성이 시사하는 바

ZC: 변이성이 가져오는 몇 가지 의미에 대해 이야기해 봅시다. 가장 눈에 띄는 부분인 식감과 맛부터 시작해 보죠. 메리가 우리를 위해 간단한 실험을 준비해 두었습니다. 지금 우리 앞에 있는 것이 무엇인지 메리에게 직접 설명해 달라고 하겠습니다.

MG: 네. 수분이 과다한 과일이나 견과류와 수분이 부족한 과일이나 견과류의 차이를 보여주기 위해 두 가지 다른 조건을 설정했습니다. 그래서 여기 있는 이 블루베리와 아몬드는 수분 활성도를 더 높게 조절했습니다. 수분 활성도가 약 0.7 정도입니다.

영상으로는 좀 잘 안 보일 수도 있겠지만, 블루베리 치고는 꽤 부드러운 편이에요. 질감이 정말 부드럽네요. 블루베리 치고는 나쁘지 않은 편이지만, 곰팡이 기준치가 0.7이라는 점을 고려하면 조심해야 해요. 앞서 말씀드린 pH 수치와 상관없이, 그 기준치에 너무 근접하는 건 권장하지 않아요. 곰팡이가 피지 않았다면, 그냥 생으로 먹기에는 이 정도 질감이 딱 좋죠.

하지만 아몬드의 경우, 이 수분 활성도는 다릅니다. 아몬드에게는 너무 습하고 수분 활성도가 너무 높아서 아몬드가 물러질 것입니다. 물렁한 견과류를 깨물었을 때 어떤 느낌일지 상상해 보세요. 눌러보면 살짝 쭈그러드는 게 느껴집니다. 누구나 그 느낌이 어떤지 잘 알 겁니다. 좋지 않은 상태죠.

수분이 더 많은 시료들과 비교해 보면, 여기에는 말린 아몬드와 블루베리가 있습니다. 아몬드의 경우 수분 활성도가 낮은 이 상태가 자연스러운 상태입니다. 한 입 베어 물면 바삭바삭한 식감이 느껴집니다. 하지만 블루베리의 경우 너무 딱딱합니다. 블루베리에게는 전혀 적합하지 않은 상태입니다.

부드러운 견과류가 역겨운 것처럼, 바위처럼 단단한 과일도 입맛을 돋우지 못해요. 들어보세요. 병 안에서 이걸 흔들어 보면 소리가 쨍그랑거려요.

ZC: 네. 확실히 차이가 느껴지네요.

MG: 이게 너무 건조해졌다는 얘기 들으셨죠? 수분 활도와 수분 함량 사이의 균형을 맞추려고 할 때는, 이것이 원재료에 어떤 영향을 미칠지 고려해야 합니다. 수분 함량을 너무 낮게 설정하면 식감이 딱딱해지고, 반대로 수분 활도를 너무 높게 설정하면 식감이 부드러워지죠. 우리는 이 둘 사이의 균형을 찾아야 합니다.

ZC: 이 실험을 어떻게 설계하셨는지 조금 여쭤보고 싶습니다. 어떤 수분 활동 값을 평형 상태로 설정할지 어떻게 결정하셨으며, 그 수치는 어디서 나온 것입니까?

MG: 주로 원료의 본래 수분 함량을 살펴봅니다. 원료의 자연스러운 상태를 그대로 유지한 채 혼합한 사례도 몇 가지 있습니다. 만약 우리가 아무런 가공도 하지 않고 공급업체에서 받은 원료를 그대로 혼합한다면, 그 결과물이 어떻게 될지 짐작하실 수 있을 겁니다.

우리는 재료 본연의 상태에서 출발하여 그로부터 실험을 진행했습니다. 수분 활성도가 낮은 경우, 예를 들어 견과류의 산패를 우려해 이를 피하고자 할 때처럼 분명한 이유와 몇 가지 어려움이 따르긴 합니다. 하지만 대체로 우리는 재료의 자연스러운 범위를 유지한 채 그 배치를 바꿨습니다. 즉, 아몬드의 경우 수분 활성도가 낮은 구역에 블루베리를 배치하고, 반대로 수분 활성도가 높은 구역에는 아몬드를 배치해 블루베리의 수분 함량을 높이고 아몬드와 어떤 상호작용이 일어나는지 관찰했습니다.

ZC: 이 점은 앞서 첫 번째 섹션에서 다뤘던 내용과도 연결되는데, 바로 이 블루베리를 재료로 사용할지 아니면 완제품으로 사용할지를 고려해야 한다는 점입니다. 시리얼 등에 넣을 때는 좀 더 건조한 블루베리가 필요할 수 있습니다. 하지만 간식으로 먹을 거라면 분명 더 부드러운 것을 원할 것입니다. 단순히 어떻게 사용할지 생각만 해도 목표를 설정하는 데 도움이 될 것입니다.

과일과 견과류의 수분 변동성 측정 및 고려

ZC: 다음으로 과일과 견과류의 변동성을 측정하고 관리하는 방법에 대해 이야기해 보겠습니다. 메리, 현재 이 작업은 어떻게 이루어지고 있나요? 과일과 견과류의 수분 함량은 어떻게 측정하나요?

MG: 네, 주로 수분 함량만 측정하고 있어요. 이 두 산업 모두 역사가 꽤 오래되었기 때문에, 수분 함량을 측정하는 방식도 다소 구식인 편이죠.

대개 건조 손실법을 측정 방법으로 사용하지만, 때로는 수분 저울을 사용하기도 합니다. 이 경우 수분 함량을 더 빠르게 측정할 수 있지만, 수분을 증발시키려는 매우 뜨거운 램프가 사용된다는 단점이 있습니다. 문제는 과일과 견과류 모두 고온에 취약하다는 점입니다. 과일은 당분 함량이 높아 갈변 현상이 발생하거나 탄화수소로의 전환이 일어날 수 있습니다. 또한 견과류는 볶아지는 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 수분 함량 측정 결과가 왜곡될 수 있습니다.

과일 업계에는 사실 과일 퓌레의 전기 전도도 변화를 측정하는, 좀 더 오래된 방식들도 있습니다. 가장 정확한 방법은 아니지만, 전통적인 방식이죠.

기존의 데이터를 보유하고 있다면, 과거의 모든 데이터가 바로 그 측정 방식에서 비롯된 것인 만큼, 그 방식을 벗어나기란 쉽지 않습니다. 하지만 이번 기회에 수분 함량과 수분 활성도의 관계, 그리고 그것이 왜 중요한지에 대해 이야기해 보는 것도 아주 좋은 계기가 될 수 있습니다.

ZC: 네. 지난 섹션들에서 우리는 수분 활성도를 꽤 여러 번 언급했습니다. 그 이유는 수분 활성도가 제품 내 수분을 이해하고, 이것이 품질이나 심지어 안전성과 어떻게 직접적으로 연관되는지를 파악하는 데 훨씬 더 쉽고 정확한 방법이기 때문입니다. 그래서 여기서 보여드릴 것은 X축의 수분활도와 Y축의 수분 함량 간의 관계를 나타낸 그림입니다. 앞서 산점도를 보여드릴 때 이 내용을 다룬 적이 있습니다. 하지만 이 그림을 좀 더 자세히 살펴보면, 특히 다음 섹션 중 하나에서 혼합에 대해 다룰 때 이 관계가 어떻게 활용될 수 있는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

특정 온도에서 수분 활도와 수분 함량 간의 전체적인 관계를 그래프로 나타낸다면, 이를 ‘수분 흡착 등온선’이라고 부르는 전체적인 수분 분포도를 얻을 수 있습니다. METER Group에서는 이를 분석하는 매우 독창적인 방법을 보유하고 있습니다.

‘동적 이슬점 등온선’이라는 방법이 있습니다. 기본적으로 이 방법을 통해 매우 높은 해상도의 등온선을 생성함으로써, 그 관계 전체를 파악할 수 있습니다. 이 방법이 특히 유용한 점 중 하나는, 이 곡선을 따라 위아래로 이동해 보면서 반응 속도 같은 요소를 이해하는 데 도움이 된다는 것입니다. 앞서 언급하셨듯이, 특정 수분 활성도에서 지질 산화와 같은 현상이 발생합니다. 이 수분 활성도 지도를 활용하면 아몬드의 적정 목표 수분 활성도를 약 0.3 정도로 설정할 수 있습니다. 또한 이 곡선을 따라 이동함에 따라 갈변 반응이나 효소 활성 등 다른 현상들도 발생할 수 있습니다. 또한 이 등온선을 활용해 미생물 문제가 언제 발생할지 예측할 수 있습니다. 곰팡이든, 세균이든, 효모든, 수분 활도가 높아짐에 따라 이러한 현상이 나타나기 시작합니다. 이 등온선 곡선을 볼 때 이 점을 염두에 두시면 됩니다.

마지막으로 염두에 두어야 할 점은 질감의 변화입니다. 분말의 경우, 이는 뭉치거나 덩어리지는 시점을 의미할 수 있습니다. 여기서 다루는 질감의 변화 역시 등온선 곡선에 나타날 수 있으며, 이를 통해 우리가 ‘임계 수분 활성도’라고 부르는 지점을 파악할 수 있습니다. 우리는 눈에 띄는 변화가 나타나기 전에 유지해야 할 수분 활성도의 범위를 알고 있습니다. 제가 이 곡선을 언급하는 이유는, 우리가 살펴보고 있는 제품의 안전성과 품질에 영향을 미치는 다양한 요소들을 종합적으로 고려하는 데 매우 유용한 방법이기 때문입니다. 이 등온선은 우리가 검토하는 각 제품이나 각 원료에 따라 고유한 특성을 보일 것입니다. 제가 빠뜨린 부분이 있나요? 등온선 사용에 대해 추가로 말씀해 주실 내용이 있으신가요?

MG: 아니요, 정말 잘 해내셨어요. 방금 잭이 물 활성도가 제품에 미칠 수 있는 다양한 영향에 대해 설명했으니, 그 내용을 잘 이해하셨기를 바랍니다. 물 활성도가 높아지면 여러 가지 변화가 일어날 수 있으니까요. 그 안에서는 여러 가지 메커니즘이 작용하고 있습니다. 그중 일부는 아주 당연하게 느껴질 수도 있는데, 예를 들어 갈변 반응은 물질 주변에 있는 물과 관련이 있습니다. 수분 활성이 높아짐에 따라 마치 다른 모드로 전환되는 것과 같지만, 이 모든 것이 제품에 물리적인 영향을 미치므로 반드시 인지하고 계셔야 합니다.

ZC: 지금 등온선이 있다고 가정해 봅시다. 그 등온선을 어떻게 활용하면 정확도를 높일 수 있을까요? 특히 생각해 보면, 피칸 예시가 있었던 것 같네요.

그 예시를 하나씩 살펴보며, 수분 함량 측정값에 편차가 있을 경우 등온선 곡선에 어떻게 나타나는지 설명해 주시면 좋겠습니다.

MG: 바로 이 부분에서 측정 정확도가 정말 중요합니다. 왜냐하면 만약 우리가 오래되고 전통적인 방식을 사용한다면—특히 피칸 재배자의 실제 사례를 들어보자면, 그들의 수분 함량 측정 방식은 0.5%까지밖에 정확하지 않았거든요. 수분 함량이 0.5% 더 높게 측정되는 것뿐인데, 꽤 괜찮아 보이죠?

ZC: 네, 평소에 보는 것들에 비하면 정말 좋네요.

MG: 네. '아, 0.5%면 괜찮겠네. 그 정도면 만족할 텐데.'라고 생각하시겠죠. 하지만 피칸의 수분 함량과의 관계를 살펴보면, 그 점을 알 수 있습니다. 그리고 0.25%의 오차 범위를 보여주는 보조 그래프가 있는데, 그 절반인 0.5%라면 수치를 약간 올리거나 내릴 수도 있다는 뜻이죠. 안전성과 곰팡이 번식 측면에서 이게 어떤 의미일까요?

등온선을 살펴보면, 곡선을 아주 조금만 위로 올려도 수분 함량이 0.25%만 증가해도 수분 활성도가 0.7에 도달하게 되는데, 바로 이 지점에서 곰팡이가 자라기 시작할 수 있습니다. 이는 매우 중요한 사실입니다. 혹시 모르시는 분들을 위해 말씀드리자면, 사용 중인 단일 측정값에 이러한 변동성이 존재한다면, 자세히 살펴보면 그 측정값만으로는 필요한 모든 정보를 알 수 없다는 것을 알게 될 것입니다.

하지만 수분 활성도의 측정 정밀도는 매우 높습니다. 두 번째 그래프에서 보시다시피, 수분 활성도는 0.01 단위의 범위를 가지며, 그 미세한 변화까지 모두 측정할 수 있습니다. 따라서 수분 함량이 실제로 어느 수준에 위치할지 파악하기가 매우 쉽고, 어차피 곰팡이 발생 한계점이나 문제가 발생할 가능성이 있는 지점은 수분 함량이 아니라 수분 활성도에 달려 있습니다.

ZC: 다시 한 번 말씀드리자면, 0.5%라는 수치는 현실적이지 않을 수도 있습니다. 실제로는 대부분 ±1%나 심지어 ±2% 정도를 보곤 하니까요. 하지만 이 그래프는 미생물 기준치에 근접한 상태에서 수분 함량만 측정할 경우, 제품의 일부에서 곰팡이 문제가 발생할 가능성이 매우 높다는 점을 아주 잘 보여주고 있습니다.

제가 보기에 일부 기업들은 이 문제를 해결하기 위해 일률적으로 과건조를 시도하는 것 같습니다. 하지만 그렇게 하면 수율과 매출에 차질이 생길 위험이 있을 뿐만 아니라, 심지어 과건조로 인해 지질 산화가 일어날 수도 있습니다.

여기서 강조하고자 하는 점은 수분 활성도를 측정하는 것이 올바른 방법이며, 단순히 완제품만 측정해서는 안 된다는 것입니다. 생산 과정 전반에 걸쳐 투입되는 원료의 수분 활성도를 측정하고, 그 후 완제품의 수분 활성도도 측정해야 합니다. 시간이 지남에 따라 수분 활성도가 어떻게 변화하는지 주시해야 할 단계는 매우 다양합니다.

MG: 맞아요. 정말 좋은 지적이네요. 아까도 이야기했듯이, 매년 계속 거래하는 공급업체가 있다 해도 변동이 생기는 건 피할 수 없는 일이니까요. 그저 그 사실을 인지하고, 그에 따라 자체 프로세스를 조정하면 됩니다. 제가 말했듯이, 같은 공급업체를 이용하더라도 변동성은 여전히 발생합니다. 입고되는 즉시 측정한다면, 어떤 제품을 받고 있는지 정확히 알 수 있을 겁니다.

수분 활성도는 미생물 증식을 주도하는 요인이 바로 수분 활성도라는 점에서, 수분 함량이나 수분 이동(이 부분은 추후에 다루게 될 내용입니다)과 같은 다른 요소들보다 더 나은 지표라고 할 수 있습니다. 게다가 측정하기 간편할 뿐만 아니라, 많은 수분 함량 측정 방법보다 측정 속도도 더 빠릅니다.

ZC: 네. 정말 적절한 연결이네요. 다음 섹션에서는 이러한 요소들을 종합하여 수분 이동을 예측하는 방법과, 이를 등온선을 활용해 어떻게 수행할 수 있는지에 대해 이야기할 예정이거든요.

과일과 견과류를 다룰 때의 수분 관련 문제

ZC: 다음으로 과일과 견과류와 관련해 가장 큰 어려움 중 하나에 대해 이야기해 보겠습니다. 바로 이 재료들을 섞기 시작할 때, 수분이 어떻게 이동할지 파악하고, 혼합물을 만들 때 어떤 결과가 초래되는지 이해하는 것입니다.

메리, 등온선에 대해 이미 이야기했으니 이 부분은 너에게 넘겨줄게. 이 등온선을 활용해서 블루베리와 아몬드를 섞었을 때 어떤 일이 일어날지 어떻게 예측할 수 있을까?

MG: 수분이 양 때문에 이동한다는 것은 오해입니다. 우리가 그 문제를 논할 때, 실제로는 수분 함량을 말하는 것입니다. 수분 함량이 더 높은 물질이 있다면, 바로 그 물질이 수분을 이동시키는 주체가 되며, 수분은 그곳에서 다른 물질들로 빠져나가게 됩니다. 사실 중요한 것은 양이 아니라 에너지 수준입니다. 에너지가 더 높을 때, 수분의 이동이 일어납니다. 이건 물리학의 원리입니다.

여기 있는 블루베리와 아몬드를 살펴보면, 블루베리의 수분 활성도가 0.48인데, 이는 블루베리 기준으로 꽤 적절한 수치입니다. 즉, 수분 활성도 측면에서 말이죠. 아몬드는 0.30으로, 이 역시 꽤 좋은 수치입니다. 이렇게 하면 산패를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 앞서 언급했던 그 훌륭한 식감도 유지할 수 있습니다. 블루베리의 수분 활성도가 더 높기 때문에, 수분이 아몬드나 다른 재료 쪽으로 이동하게 될 것입니다.

그것이 결정적인 요인이 될 것입니다. 이제 우리는 ‘보습제’라고 부르는, 설탕이나 소금과 같은 물질을 첨가하여 블루베리의 수분 활성을 낮출 수 있습니다. 물론 다른 감미료들도 있고, 그것들도 수분 활성을 낮춰줍니다. 제가 이 점을 언급하는 이유는, 두 물질의 수분 활성이 비슷해지면 수분 이동이 전혀 일어나지 않기 때문입니다. 비록 이쪽(과일)에 수분이 많이 들어 있어 수분 함량이 높더라도, 수분 활성을 이쪽(시리얼)과 비슷한 수준으로 낮출 수 있다면 수분 이동은 전혀 일어나지 않을 것입니다. 좋은 예로, 아까 언급하신 시리얼 속 과일을 들 수 있습니다. 시리얼은 바삭한 플레이크 형태로 수분 활성이 낮고 수분 함량도 적습니다. 반면 건포도 같은 과일은 수분이 많고 수분 활성도 더 높을 수 있습니다.

그게 어떻게 되는 건가요? 어떻게 같은 공간에 공존할 수 있는 건가요? 그건 보통 설탕이 첨가되기 때문입니다. 특히 건포도 겉면을 보면, 설탕이 수분 활성을 낮춰주기 때문에 수분 함량이 비슷해지는 거죠. 우리가 지금 이야기하는 것이 수분 함량이 아니라 수분 활성의 차이임을 이해하는 데 도움이 되는 관점입니다. 이 두 가지를 혼합할 때 예측 모델링이 어떻게 이루어지는지 보여주는 예시가 있나요? 그건 정말 중요한 문제니까요. 각각 따로 있을 때는 문제가 없죠. 그런데 이걸 합치면 어떤 결과가 나올까요?

이 예시에서는 두 개의 등온선이 있습니다. 파란색 곡선에는 블루베리가, 주황색 곡선에는 아몬드가 표시되어 있습니다.

이 두 가지를 비교해 보겠습니다. 수분 활성도가 약 0.48인 블루베리와, 보시다시피 모양이 다른 블루베리의 등온선, 그리고 수분 활성도가 약 0.3인 아몬드입니다. 먼저 아몬드에 대해 이야기해 보겠습니다. 보시다시피 그 등온선은 상당히 평평한데, 이는 수분 활성도에는 큰 차이가 있지만 수분 함량 차이는 작다는 것을 의미합니다. 앞서 언급했던 피칸 예시로 돌아가 보면, 만약 수분 함량만 측정하고 그 범위가 매우 넓다면 수분 활성도에 엄청난 변화가 생길 것입니다. 이는 우리가 원하는 바가 아닙니다. 우리는 어떤 결과를 얻게 될지 정확히 알고 싶어 합니다.

블루베리의 경우, 동일한 수분 활성도 범위에서 수분 함량의 변화가 더 크게 나타납니다. 이러한 상관관계를 바탕으로 두 재료를 혼합해 볼 수 있습니다. 이 구체적인 예시에서는 블루베리의 질량이 아몬드의 두 배인 지점을 선택하여 두 재료를 혼합했습니다. 이 그래프에는 제가 아직 설명하지 않은 두 가지가 있다는 것을 눈치채셨을 겁니다. 하나는 녹색 곡선으로, 이는 결합 등온선입니다. 이 두 가지의 결합된 관계를 나타내는 것이죠. 이를 예측할 수 있습니다. 다른 하나는 수분 활성도가 약 0.45 근처에서 오르내리는 파란색 점선입니다. 이는 두 재료를 혼합했을 때 수분 활성도가 도달하게 될 지점입니다.

등온선을 확보하고 모든 성분의 초기 값을 알고 있다면, 최종적으로 어떤 값에 도달할지 예측할 수 있습니다. 이 수치가 적정 범위 내에 있는지 확인하기 전까지는 실제로 실행에 옮길 필요는 없습니다. 최종 수분 활성을 보면 0.45이며, 블루베리는 0.48에서 시작했습니다. 여기서 블루베리가 최종 수분 활성 값에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 분명히 알 수 있습니다. 이제 다음 단계는 이것이 블루베리에게 적합한 수치인지 생각해 보는 것입니다. 아마 괜찮은 수준일 겁니다. 이미 매우 근접해 있으니까요. 아몬드에게는 적절한 수준일까요? 좋은 질문입니다. 이 비율로 혼합하면 아몬드가 부드러워질까요? 아니면 수분 활성도가 0.45가 되면 아몬드가 너무 부드러워질까요? 이를 확인하기 위한 도구가 있습니다.

ZC: 네, 그렇습니다. 방금 살펴본 이 그래프는 수분 분석 툴킷에 있는 그래프에서 가져온 것입니다. 이 소프트웨어는 작년에 저희가 많은 노력을 기울여 업데이트하고 사용자 친화적으로 개선한 것인데, 그 안에 바로 지금 보고 계신 작업을 정확히 수행할 수 있는 ‘혼합 원료 도구’가 있습니다. 추가할 각 원료에 대한 등온선을 입력하면 됩니다. 물이 어떤 방향으로 이동할지 고려해야 합니다. 아몬드에는 흡착 곡선이, 블루베리에는 탈착 곡선이 필요할 수 있지만, 이 도구를 사용하면 앞서 녹색으로 표시해 주신 예상 최종 등온선을 얻을 수 있습니다. 이 등온선은 실제로 유통 기한을 예측하는 데 활용될 뿐만 아니라, 아직 제조하지 않은 제품이나 혼합물에 대한 포장 결정까지 내리는 데 사용할 수 있습니다.

방금 말씀하신 내용과 약간 겹치긴 하지만, 한 가지 명확히 하고 싶은 점은, 만약 이러한 등온선이 있다면 책상에 앉아서 직접 혼합물을 검토해 보고, 다양한 비율을 고민해 보거나, 제품을 실제로 만들기 전에 아몬드의 수분 활성도가 달라졌을 때 어떤 결과가 나타날지 미리 생각해 볼 수 있다는 것입니다. 저는 이 도구를 사용하는 많은 팀과 함께 일합니다. 일반적으로 제가 듣는 피드백은, 물리적인 실험을 반복하며 질감 변화를 지켜볼 필요가 없어져 제품 출시 속도를 4~5배나 단축할 수 있다는 것입니다. 컴퓨터 화면에서 바로 이 혼합물들을 분석할 수 있기 때문이죠. 그들은 사용하는 모든 원료에 대한 등온선 데이터베이스를 내부적으로 구축하여 R&D 프로세스를 획기적으로 가속화합니다.

이 툴킷에서는 최종 수분 활성을 확인할 수 있습니다. 등온선을 보여주고, 해당 곡선에 대한 계수 값도 제공하므로 유통기한 등을 분석하는 데 활용할 수 있습니다. 이는 우리가 과거에 다룬 내용 중 일부입니다. 유통기한에 관한 웨비나와 등온선에 관한 웨비나가 별도로 마련되어 있으며, 아래에 해당 링크가 게시될 것입니다. 도움이 될 것 같다면 꼭 확인해 보시기 바랍니다. 또한, 소프트웨어가 실제로 어떻게 작동하는지 보여드리기 위해 언제든지 시연을 진행하거나 귀사 팀과 함께 단계별로 안내해 드릴 수 있습니다.

사업 타당성 분석

MG: 지금이 바로 수익성에 영향을 미칠 수 있는 요인들에 대해 논의하고, 천연 원료를 사용하는 고객사들과 협력하면서 우리가 실제로 겪었던 사례들을 살펴보기 좋은 기회입니다.

먼저, 주요 쟁점이자 반드시 고려해야 할 영향 중 하나에 대해 이야기해 보려고 합니다. 지금까지는 제품 자체와 우리가 무엇을 구매하는지 정확히 파악하는 것에 대해 논의해 왔지만, 구매 후에는 아직 충분히 다루지 않은 다른 요소들, 즉 보관 조건과 온도에 대한 이야기가 있습니다. 제가 이 점을 언급하고 싶은 이유는, 일반적으로 온도를 높이면 거의 모든 원료의 수분 활성도가 증가하기 때문입니다.

예를 들어, 바(bar)나 스낵 믹스를 생산했는데, 제조 시설 내에서는 아무 문제가 없다고 가정해 봅시다. 그런데 이 제품이 트럭이나 선적 컨테이너를 통해 전 세계로 운송되는 과정에서, 특히 더운 날씨에 노출되면 습도와 온도가 제품에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 구체적으로 말하면, 온도가 높아지면 수분 활성도가 안전 기준을 넘어설 수 있으며, 제조 시설에서는 아무 문제가 없었던 제품에서도 곰팡이가 자라기 시작할 수 있습니다. 온도가 제품에 미치는 영향은 제품 자체에 따라 달라집니다. 이는 연구해 볼 수 있는 부분입니다. 실제로 온도가 제품에 미치는 영향을 파악할 수 있습니다. 하지만 일반적으로는 온도가 상승하면 수분 활성도가 높아진다는 점과 이를 고려해야 한다는 사실만 알고 있습니다.

ZC: 제 경험상, 다른 식품 과학자들과 상담할 때 가장 큰 우려 사항 중 하나는 제품 리콜을 피하는 것입니다. 제가 보아온 바로는, 많은 리콜이 저장 온도나 운송 온도가 약간 너무 높아져서 발생합니다. 그러면 수분 활도가 앞서 여러 섹션에서 언급했던 임계치에 도달하게 됩니다. 수분 활도가 미생물이 증식할 수 있을 만큼 높아지는 것입니다. 이는 등온선을 확보하고 수분 활도를 이해하는 것이 얼마나 중요한지를 여실히 보여줍니다. 이러한 데이터를 보유하고 상황을 제대로 통제하고 있다면, 리콜이 발생할 이유가 전혀 없기 때문입니다. 리콜은 수백만 달러의 손실을 초래할 수 있고, 기업의 평판에도 타격을 줄 수 있습니다. 올바른 데이터를 확보하고 이를 활용하는 방법을 안다면 리콜을 예방하는 데 큰 도움이 될 것입니다.

마지막으로 살펴보고 싶은 것은 단순한 비즈니스 사례 시나리오입니다. 이는 METER Group이 협력하고 있는 한 고객사의 사례입니다. 과거에 반려동물 사료와 관련해 매우 유사한 사례를 소개한 적이 있지만, 오늘은 동일한 형식을 차용하여 자두 생산 업체의 사례를 살펴보겠습니다.

저희는 연간 약 3만 톤이라는 엄청난 생산량을 자랑하는 프룬 생산 업체와 협력하고 있으며, 이 업체의 프룬 수분 함량 목표치는 30%였습니다. 수분 함량에 대해 논의하고 있지만, 우리는 수분 활성도로 주제를 전환하여 등온선을 작성함으로써, 고객이 원하는 품질과 안전성을 유지하면서 수분 함량을 얼마나 높일 수 있는지 파악합니다. 등온선을 분석한 결과, 수분 함량을 0.5%까지 높일 수 있을 뿐만 아니라 편차를 줄이고, 어떤 제품도 수분 활성도가 0.7을 초과하지 않도록 방지할 수 있음을 확인했습니다.

이제 그들의 새로운 목표 수치는 30.5%가 되었습니다. 이를 통해 생산량을 늘릴 수 있게 되었고, 결과적으로 수율도 향상되었습니다. 톤당 3,250달러에 판매하고 있기 때문에, 수분 함량의 이 작은 변화만으로도 1년 동안 거의 50만 달러에 달하는 연간 수익 증가를 가져왔습니다. 이것은 단지 하나의 제품에 불과합니다. 다시 말해, 수분 함량의 아주 작은 변화일 뿐이지만, 수분 활성도를 확인하거나, 등온선을 이해하고, 그에 따라 일부 제어 방법이나 환경적 제어를 도입하고, 포장 상태를 점검함으로써 이러한 조정을 하는 것은 정말 쉬운 일입니다. 그러면 제품이 안전할 것이라는 확신을 가지고 잠자리에 들 수 있으며, 리콜 사태가 발생할까 봐 걱정할 필요도 없습니다.

이 자료는 비즈니스 사례를 아주 잘 보여주고 있습니다. 귀사에서 취급하는 특정 제품이 있거나, 저희가 비즈니스 사례를 작성해 드릴 제품을 원하신다면, 저희가 쉽게 준비해 드릴 수 있습니다. 저희는 모든 종류의 제품을 다룹니다. 오늘은 준비된 자료가 블루베리와 아몬드뿐이라 주로 이 두 가지에 집중했을 뿐입니다. 등온선이나 수분 이동, 그리고 앞서 언급한 여러 가지 요소들을 시연하는 것은 정말 간단합니다. 다시 말씀드리지만, 귀사에서 다루시는 특정 건조 과일이나 견과류 완제품, 혹은 원료가 있다면, 저희가 이미 과거에 그 제품을 다뤄본 경험이 있을 것이라고 확신합니다.

MG: 한 가지 말씀드리고 싶은 건, 이번에는 정말 간단하게 설명하기 위해 블루베리와 아몬드에만 초점을 맞췄지만, 이 원리는 우리가 이야기하고 있는 이론 전반, 즉 모든 식품에 적용된다는 점입니다. 따라서 견과류 버터를 사용하신다면, 우리가 논의한 내용들은 비슷할 것이며, 동일한 방식으로 영향을 받게 될 것입니다. 바의 베이스로 대추야자 페이스트 같은 과일 페이스트를 사용하신다면, 여기서도 마찬가지입니다. 제가 말씀드리고 싶은 건, 우리가 이런 것들을 일반적으로 이야기할 때, 이는 정말로 수많은 것에 적용된다는 점에서 일반화라는 점입니다.

또 한 가지 말씀드리자면, 저희는 주로 미생물 증식과 수율 등에 초점을 맞췄지만, 그 외에도 다른 요인들이 있을 수 있습니다. 우선, 수분 활도가 다양한 반응 속도에 미치는 영향을 파악하기 위해 등온선을 분석했습니다. 예를 들어, 특정 영양 첨가물이 들어간 바(bar)나 제품, 또는 기능성 식품이나 뉴트라슈티컬 제품의 경우에도 이 원리가 적용됩니다. 이 모든 연구 결과들이 해당 분야에도 적용될 것입니다. 그러한 주장을 내세운다면, 그 주장을 뒷받침할 수 있는지 반드시 확인해야 합니다.

ZC: 그럼 이제 질의응답 시간으로 넘어가겠습니다. 몇 가지 질문을 받겠습니다. 혹시 추가 질문이 있으시면 저희에게 직접 연락 주시거나, 마지막에 안내해 드릴 연락처를 통해 문의해 주시면 모든 질문에 답변해 드리겠습니다.

질의응답 시간

재료들 사이의 수분 평형은 얼마나 빨리 이루어지나요? 그리고 이를 조절할 수 있는 방법이 있을까요?

MG: 제가 대답해 드릴게요. 시간이 조금 걸릴 수 있습니다. 물질을 얼마나 빨리 수분을 흡수하느냐는 그 물질 간의 상호작용에 달려 있죠. 블루베리와 아몬드 예시를 들었을 때, 수분 활성도를 다른 수준으로 조절하고 그대로 두는 데 약 일주일이 걸렸습니다. 하지만 대부분의 제품을 보면, 포장된 상태에서 일주일 안에 소비될 것으로 예상되지는 않습니다. 이 점은 명심해 두셔야 할 부분인데, 결국에는 그 상태에 도달하게 됩니다. 제품에 따라 속도가 빠르거나 느릴 수는 있지만, 포장 내부에서는 결국 평형 상태에 도달하게 됩니다. 그 과정은 반드시 이루어질 것이니 안심하셔도 됩니다.

수활도 차이가 클수록, 그것이 주요 원인이 됩니다. 수활도 차이를 줄일 수 있다면, 첫째, 수분 이동이 덜 발생하고, 둘째, 더 빨리 적절한 평형 상태에 도달하게 됩니다. 차이를 최소화하려고 노력하는 것이 항상 좋습니다. 반드시 활성도를 비슷하게 맞추도록 노력하시길 강력히 권장합니다. 그러면 제품 내에서 수분 이동으로 인한 문제가 크게 발생하지 않을 것입니다.

수분 함량 측정값을 활용하여 수분 이동을 어떻게 예측할 수 있을까요?

ZC: 제가 설명해 드리겠습니다. 이는 앞서 다룬 내용 중 하나로, 많은 분들이 수분 함량이 수치로 표시된다는 이유로 이를 사용해야 한다고 생각하는 경향이 있습니다. 그런 생각이 그들에게는 조금 더 타당해 보일 수도 있겠지만, 이번 웨비나를 통해 여러분께 보여드리고 싶었던 점은 실제로는 수분 활성도를 염두에 두어야 한다는 사실입니다.

수분 활성도는 물이 지닌 에너지의 척도이며, 물이 어떤 방향으로 이동하려 하는지를 결정합니다. 물은 항상 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동하려 합니다. 앞서 살펴본 예시에서, 블루베리의 수분 활성도가 더 높다는 점을 고려하면, 물은 평형 상태에 도달하기 위해 블루베리에서 아몬드 쪽으로 이동하려 한다는 것을 알 수 있습니다. 수분 이동을 고려하고 있다면 수분 함량보다는 수분 활성도에 주목하십시오.

제 제품의 포장 시 수분 함량이 미생물 기준치에 매우 근접한 수준이라면, 포장 후 어느 정도의 온도 변동이 발생해야 곰팡이가 생길 수 있나요?

MG: 그 미생물 한계치에는 절대 근접하지 않는 게 좋습니다. 너무 가까이 가서는 안 되죠. 제 말은, 만약 꼭 수치를 말해야 한다면—사실 얼마나 가까이 갈 수 있는지 말하기가 정말 망설여지는데, 이는 제품 자체에 따라 크게 달라지기 때문입니다. 해당 제품의 온도와의 관계는 어떤가요? 즉, 온도의 영향을 많이 받는지 여부 말이죠. 앞서 말씀드렸듯이, 이는 확인해 볼 수 있는 사항이며 제품마다 다릅니다. 하지만 어쩔 수 없이 대략적인 수치를 제시해야 한다면, 0.1 정도라면 확실히 안전한 범위에 머물 수 있을 겁니다. 미생물 한계치는 수분 활성도 0.7입니다. 0.6 정도라면 제가 정말로 권장하는 최대 접근 거리일 것입니다.

물 관련 활동 범위 내에서 질감 변화도 발생한다는 점을 기억하세요. 고려해야 할 사항이 많지만, 미생물 기준치를 중점적으로 살펴보고 계신다면 그런 방식을 추천해 드립니다.

ZC: 많은 산업 분야에서 비슷한 현상을 볼 수 있는데, 과일이나 견과류 등 다른 제품들의 경우 미생물 허용 기준치보다 0.1 낮은 활성도를 설정하는 것이 꽤 안전한 방법입니다. 하지만 이 질문에 덧붙이자면, 만약 미생물 한계치인 0.7에 정확히 맞춰져 있다고 가정해 봅시다. 제품이 시설을 떠나자마자 테스트 시 온도보다 높은 온도에 노출된다면, 온도가 조금이라도 상승하는 즉시 활성이 증가할 위험이 있습니다. 그렇게 되면 미생물이 증식하기 시작할 수 있습니다. 제품이 노출될 수 있는 온도를 파악하는 것과, 안전을 보장할 수 있을 만큼 충분히 낮은 활성도를 설정하는 것 사이에는 균형이 필요합니다. 온도가 상승하더라도 여전히 0.7 또는 심지어 0.6 이하를 유지할 수 있어야 합니다.

MG: 잠깐만 두 가지 더 말씀드리고 싶은데요, 이건 천연 제품들이거든요. 대개 살균 공정을 거치지 않아요. 제 말은, 견과류를 볶는다면 제대로만 한다면 미생물을 사멸시킬 수 있겠죠. 하지만 많은 경우 천연 식품 표면에 미생물이 남아 있을 수 있습니다. 수분 활성을 낮게 유지하면 미생물이 번식하지 않지만, 수분 활성이 높아지거나 더 높아지면 곰팡이의 경우 0.7 정도로 꽤 낮은 수치지만, 이보다 높아지면 환경이 달라지거나 포장 상태가 좋지 않아 습도가 높아질 위험이 있습니다. 이는 현재 중요한 요인이며, 대장균이나 살모넬라균이 번식하기 시작할 수도 있습니다. 이는 훨씬 더 높은 수분 활성도를 의미하지만, 이러한 미생물들은 자연 식품 속에서도 생존할 수 있다는 점을 기억하세요. 단지 수분 활성도를 낮게 유지할 수 있다면 번성하거나 자라지는 못할 뿐입니다.

또 하나 말씀드리고 싶은 점은 포장재의 영향에 관한 건인데요, 이 분야에 대해선 선생님께서 풍부한 경험을 가지고 계신 걸로 알고 있습니다. 온도와 관련된 포장 문제에 대해 논의하고 싶으시다면 언제든지 말씀해 주세요.

ZC: 네, 그렇습니다. 아주 간단히 말씀드리자면, 미생물 허용 한계에 근접한 제품을 생산하는 경우, 제품을 이상적인 수분 활성도 범위 내에 유지하는 한 가지 방법은 포장재를 고려하는 것입니다. 포장재의 수증기 투과율이 낮을수록, 습도나 온도가 달라지더라도 필요한 범위 내에 제품을 더 잘 유지할 수 있습니다. 이 주제에 대해 훨씬 더 자세히 다루는 웨비나가 따로 마련되어 있으니, 언제든지 포장 관련 사항에 대해 상담해 드리겠습니다.

원료 혼합 초기 단계 이후에도 수분이나 수분 활성도를 확인해야 할 필요가 있습니까?

MG: 네.

ZC: 네, 확실히요.

MG: 네. 물론 앞서 논의한 대로 수분 활성도를 권장합니다. 수분 함량만으로는 우리가 언급한 문제들을 피하기에 충분한 정보를 제공하지 못하기 때문입니다. 그리고 공정 관리도 중요합니다. 수분 활성도를 활용하면 이를 훨씬 더 효과적으로 관리할 수 있으며, 원료 입고 시 테스트하는 것도 좋지만, 생산 후 검사 역시 매우 중요합니다. 그래야만 실제로 어떤 제품을 생산했는지 알 수 있기 때문입니다. 기대했던 수준에 도달했는지 확인해야 하죠. 다른 의견이 있으신가요?

ZC: 네. 제가 보기에 식품이나 원료의 수분 함량을 확실히 관리하는 성공적인 기업들은 생산 초기 단계에서 반드시 측정을 실시합니다. 이들은 허용 오차 범위가 10% 이내인 원료만 받아들이거나, 특정 범위를 정해두는데, 이는 초기 단계에서 허용된 편차가 최종 제품까지 그대로 반영되기 때문입니다. 생산 과정에서 원재료의 수분 활성을 초기 단계부터 측정할 것을 권장합니다. 저희는 이제 인라인 솔루션도 보유하고 있어 목표 수분 활성도를 항상 달성할 수 있도록 도와드리지만, 그럼에도 불구하고 최종 포장 단계에서 완제품의 수분 활성도를 반드시 측정해야 합니다. 또한 유통기한 연구를 수행하는 기업들은 시간 경과에 따른 수분 활성을 측정하기도 합니다. 이는 전 공정을 걸쳐 반드시 모니터링해야 할 사항입니다. 이를 통해 오늘 논의한 리콜이나 기타 문제들을 예방할 수 있습니다.

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