시장 동향

설탕 품질 평가에서의 수분 활성도 활용

설탕 생산업체들은 보관 및 운송 과정에서 설탕이 뭉치거나 덩어리지는 문제에 자주 직면합니다. 이러한 되돌릴 수 없는 변화는 유동성을 저하시키고, 고객 불만을 야기하며, 대량 설탕을 재가공하거나 폐기해야 할 경우 막대한 손실을 초래합니다.

전통적으로 수분 함량은 안정성을 평가하는 지표로 사용되어 왔습니다. 하지만 수분 함량만으로는 실제 환경에서 설탕이 어떻게 반응하는지 설명하기 어렵습니다. 수분 활성도(aw)는 결괴 위험을 더 명확하고 예측 가능하게 보여줍니다.

수분 활성도가 중요한 이유

  • 수분 함량 대 수분 활성도: 수분 함량은 존재하는 물의 총량을 나타내지만, 물이 어떻게 행동하는지는 보여주지 않습니다. 수분 활성도는 물의 에너지로, 평형 상대습도(ERH)와 밀접한 관련이 있습니다. 설탕은 상대습도의 변화에 노출되면 덩어리지는 경향이 있으므로, 수분 활성도(aw)가 실제 결정 요인입니다.
  • 습해: 그림 1에서 볼 수 있듯이, 결정성 자당은 약 82~83% ERH(수분 활성도 ≈ 0.82)까지 안정적입니다. 이 수치를 넘으면 자당이 용해되거나 습해되기 시작합니다.
  • 결괴: 수분 활성도(aw)나 상대습도(RH)가 낮을 때 결괴나 덩어리 현상이 발생할 수 있으며, 이는 온도 및 저장 습도의 변화 등 여러 요인의 영향을 받습니다.
  • 예측 능력: 수분 활성도를 모니터링하면 품질 관리(QA) 팀이 육안으로 확인되는 덩어리 현상이 나타나기 전에 문제를 파악할 수 있습니다. 이는 수분 함량만으로는 불가능한 일입니다.
그림 1: 25 °C에서 결정질 및 비결정질 자당의 흡착 동적 이슬점 등온선(DDI)과 표시된 용해점.

덩어리짐 현상은 어떻게 일어나는가

연구에 따르면 네 가지 단계가 있습니다:

  1. 펜듈러 – 건조하고 자유롭게 흐르는 결정들.
  2. 케이블카 – 얇은 물막; 입자가 달라붙기 시작함.
  3. 모세관 현상 – 물의 연결 고리가 늘어나고, 유량이 감소한다.
  4. 낙하 – 용해/재결정화로 인한 되돌릴 수 없는 덩어리짐 (그림 2).
결정 덩어리 형성의 메커니즘에 대해 훨씬 더 심도 있게 알아보시려면 Chen 등(2018)의 논문을 읽어보시기를 권장합니다 .

주요 동인:

  • 미세먼지 입자는 물을 더 많이 흡착한다.
  • 온도와 상대습도의 급격한 변화는 결로 현상을 유발합니다.
  • 저장 압력이 입자들을 서로 밀착시켜 물 분자 간 결합이 강화된다.

일단 덩어리가 생기면 되돌릴 수 없으며, 원래의 유동성은 사라집니다.

수분 흡착 등온선을 이용한 분석

수분 흡착 등온선은 다양한 습도와 온도 조건에서 설탕이 수분을 흡착하거나 방출하는 방식을 보여줍니다. 고해상도 동적 이슬점 등온선(DDI)은 안정성의 결정적 지점을 밝혀줍니다.

용도:

  • 안정성: 응집점 및/또는 용해점을 정확히 파악합니다(그림 1 및 2).
  • 포장: 뭉침을 최소화하거나 방지하기 위해, 상대습도(aw)를 바람직하지 않은 전환점 이하로 유지하거나 특정 범위 내에 유지할 수 있는 차단 필름을 선택하십시오.
  • 보관: 안전한 상대 습도 및 온도 범위를 설정하십시오.
  • 운송: 습한 항구, 열대 기후 또는 컨테이너 내 결로로 인한 위험을 미리 대비하십시오.
그림 2: 결정성 분말의 전형적인 흡착 동적 이슬점 등온선(DDI)으로, 다양한 습도 환경을 반복적으로 경험할 경우 고결 및 뭉침 현상이 발생할 수 있는 수분 활성도 범위를 보여준다.
결집 비용
  • 전 세계 설탕의 5~10%가 심각한 수분 흡수를 겪으며, 이로 인해 덩어리짐, 취급상의 문제 및 불만이 발생하고 있습니다.
  • 설탕 덩어리는 3~4배 더 높은 전단 응력을 발생시켜, 하역 및 포장을 매우 어렵게 만듭니다.
  • 대규모 정유소의 경우, 단 하나의 실로가 굳어 버리는 것만으로도 수백만 달러의 손실을 입을 수 있다.

QA/QC 팀을 위한 실질적인 조언

  • 저장 또는 출하 전에 수분 활성도 측정기를 사용하여 각 배치의 품질을 검사하십시오.
  • 수분 흡착 등온선 데이터를 활용하여 포장재 선택을 검증하십시오.
  • 출하 전 사일로 내 경화 상태를 모니터링하여 안전한 평형 상태가 달성되었는지 확인하십시오.
  • 설탕이 잘 흐르도록 관리하여 고객 불만을 줄이세요.

결론

수분 활성도는 단순한 학술적 지표가 아니라 설탕 품질 관리에 있어 필수적인 기준점입니다. 수분 흡착 등온선과 결합하여, 포장, 보관 및 운송 과정을 안내하는 과학적 근거를 제공합니다.

수분 활성을 간과하면 되돌릴 수 없는 덩어리짐 현상이 발생하고, 수익 손실과 신뢰 훼손으로 이어집니다. 수분 활성을 적절히 관리해야 제품 품질과 브랜드 평판을 지킬 수 있습니다.

연락처 정보

AQUALAB의 과학자들에게 직접 문의하세요:

재커리 카트라이트 (Zachary Cartwright), 박사
수석 식품 과학자
[email protected]

메리 갤러웨이
연구실장
[email protected]

AQUALAB by Addium 로고, “수분 활성도에 대한 완전한 가이드”라는 제목, 그리고 겹쳐진 추상적인 파란색 데이터 레이어 아이콘이 포함된 표지 레이아웃

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