-2°C에서 -12°C 사이, 냉장도 냉동도 아닌 상태

-2°C에서 -12°C 사이, 냉장도 냉동도 아닌 상태

-2°C to -12°C, not chilled but not frozen

 

부패하기 쉬운 식품의 저장 및 진열 수명을 최대화하려는 노력은 식품을 그 어는점과 -12°C 사이의 온도에서 보관하는 방식에 대한 관심을 높이고 있다. 이 온도 구간은 국제적인 법규 측면에서 명확하지 않은 회색지대에 해당한다. 일반적으로 식품은 -12°C 이하일 때에만 완전히 냉동된 것으로 간주되며, 어는점보다 높은 온도에서만 냉장된 것으로 분류된다. 이 온도 영역에서의 식품 상태나 가공 과정을 지칭하는 용어도 혼란스러운 경우가 많다. 이 구간에 보관된 식품에는 ‘슈퍼칠드(super-chilled)’, ‘딥칠드(deep-chilled)’, ‘울트라칠드(ultra-chilled)’, 또는 ‘부분냉동(partially-frozen)’이라는 용어가 자주 사용되며, 일본에서는 ‘효온(氷温, Hyo-on)’이라는 용어를 사용하기도 한다.

 

부패하기 쉬운 식품의 저장 및 진열 수명을 극대화하려는 노력은 식품을 어는점과 -12°C 사이의 온도에서 보관하려는 관심을 높이고 있다. 이 온도 구간은 국제적인 식품 관련 법규에서 명확히 규정되지 않은 회색지대에 해당한다. 일반적으로 식품은 -12°C 이하일 때에만 완전히 냉동된 것으로 간주되며, 어는점 이상에서는 냉장 상태로 분류된다. 이로 인해 이 온도 범위에서 식품의 상태나 처리 방식을 설명할 때 사용하는 용어에도 혼란이 존재한다. 이 범위에서 보관되는 식품에는 ‘슈퍼칠드(super-chilled)’, ‘딥칠드(deep-chilled)’, ‘울트라칠드(ultra-chilled)’, ‘부분냉동(partially-frozen)’ 등의 표현이 사용되며, 일본에서는 ‘효온(氷温, Hyo-on)’이라는 용어가 사용된다.

혼란스러운 점은 식품업계 일부에서는 0°C 이하에서 단순히 보관된 냉장 식품에 대해서도 이와 유사한 용어를 사용하는 경우가 있다는 것이다. ‘슈퍼칠링(super-chilling)’, ‘딥칠링(deep-chilling)’, ‘하드칠링(hard-chilling)’ 등은 0°C 이하의 냉각 온도를 사용하는 공정을 의미하는데, 이는 ‘급속냉각(rapid chilling)’ 또는 ‘초급속냉각(ultra-rapid chilling)’이라고도 불린다. 보관 온도로 평형되기 전의 공정 중에 일시적으로 식품이 얼게 되는 경우, ‘크러스트 프리징(crust-freezing)’ 또는 ‘부분냉동(partial-freezing)’이라는 용어가 사용된다. 크러스트 프리징은 식품의 외부를 단단하게 만들어 절단을 쉽게 하기 위해 종종 사용된다. 반면, 제품 전체가 일정한 온도에서 상당한 얼음 함량을 가지도록 제어된 상태는 ‘템퍼링(tempering)’이라고 한다.

상황을 더욱 복잡하게 만드는 점은, 일부 식품은 어는점보다 훨씬 낮은 온도에서도 실제로 얼지 않는 경우가 있다는 것이다. 이는 얼음 결정의 핵생성(nucleation)이 발생하지 않았기 때문이며, 이러한 상태는 일반적으로 ‘슈퍼쿨드(super-cooled)’, ‘서브쿨드(sub-cooled)’, 또는 ‘언더쿨드(under-cooled)’라고 불린다.

 

슈퍼칠링(Super-chilling)의 목적은 식품을 초기 어는점보다 약간 낮은 온도에서 보관함으로써, 세균의 활성을 현저히 낮추는 동시에 식품 조직에 손상을 줄 수 있는 과도한 얼음 결정 생성을 방지하는 데 있다. 일반적인 식품, 예를 들어 생선, 육류, 채소의 경우 슈퍼칠링 온도는 대략 -1°C에서 -7°C 사이이며, 이 온도에서는 식품 내 수분의 약 10%에서 50% 정도가 얼음 형태로 존재하게 된다(식품의 조성에 따라 다름).

현재까지 슈퍼칠링에 관한 연구는 대부분 생선 및 해산물에 집중되어 있으며, 미국에서는 가금류에도 이 공정이 널리 사용되고 있다. 그러나 미국의 경우, -3.3°C 이상의 온도에서 보관된 가금류 고기는 법적으로 ‘신선(fresh)’으로 판매될 수 있기 때문에 이 제품을 ‘슈퍼칠드’라고 부르지는 않는다(미국 가금류 제품 검사 규정 9CFR381). 훈제 또는 생 돼지고기 덩어리에 대한 연구에서는 슈퍼칠링이 일반 냉장보관보다 유통기한을 크게 연장시킬 수 있으며, 품질 면에서도 냉장제품과 유사한 수준을 유지하는 것으로 보고되었다. 반면, 생 소고기의 경우 슈퍼칠링이 해동 시 발생하는 드립 손실이 냉동 소고기와 유사한 특성을 보이며, 절단면에 미관상 좋지 않은 흰 점이 나타날 수 있다는 연구 결과도 있다.

슈퍼칠드 보관은 기존의 냉장 또는 냉동 보관에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있다. 대표적인 장점은 큰 얼음 결정으로 인한 품질 저하 없이 식품의 저장 수명을 며칠에서 몇 주까지 연장할 수 있다는 것이다. 또한 슈퍼칠드 제품 내의 얼음 결정이 내부의 열 저장고(thermal reservoir) 역할을 하여, 유통 과정 전체에 걸쳐 일정한 온도를 유지하는 데 도움이 될 수 있다는 주장도 있다. 일부 제품에 대해 냉동을 생략할 수 있다면, 급속 냉동기나 저온 보관·진열 설비가 필요 없어 에너지 절감 효과도 기대할 수 있다. 아울러 슈퍼칠드 제품은 냉동 제품에 비해 소비자에게 더 매력적으로 보일 수 있기 때문에 소매점에서의 진열과 마케팅 면에서도 유리할 수 있다. 특히 현재 대량 냉동된 후 해동되어 판매되는 많은 생선 제품들은 슈퍼칠링 방식으로 전환 시 해동 과정 없이 바로 판매가 가능해질 수 있다.

 

템퍼링(Tempering)은 식품 내부의 수분 중 상당 부분이 얼음 형태로 존재하되 전체가 완전히 얼지는 않은 상태까지 식품의 온도를 조절하는 과정이다. 이 온도는 반드시 식품의 어는점보다 낮아야 하며, 일반적으로 -2°C에서 -5°C 사이의 온도에서 이루어진다. 이러한 온도는 슈퍼칠드 보관에도 자주 사용되는 범위이다. 이 상태의 식품은 단단하지만 완전히 딱딱하지 않아서 절단하기에 적절한 상태가 된다. 템퍼링은 식품을 어는점 이상의 온도에서 냉각하여 해당 온도에 도달하게 하거나, 완전히 냉동된 상태에서 해동해 도달할 수 있다.

크러스트 프리징(Crust-freezing)도 비슷한 목적을 위해 사용되지만, 표면만을 얼리는 덜 정밀한 공정이다. 일부 제품에는 이러한 방식이 적합할 수 있지만, 전체적으로 일정한 온도와 강도를 유지하는 템퍼링은 보다 균일하고 정밀한 절단이 가능하게 하며, 특히 손상 없는 고품질 절편의 수율을 확보하는 데에 매우 중요하다.

 

**초냉각(Super-cooling)**은 액체나 물질의 온도를 그 어는점 이하로 낮추었음에도 불구하고 결정화가 일어나지 않는 현상을 의미한다. 이는 결정이 생성되기 위해서는 일정 에너지 장벽을 극복해야 하는데, 그 장벽을 넘기 전까지는 얼음 결정이 생기지 않기 때문이다. 결정화가 시작되면 온도는 다시 어는점까지 상승하게 된다. 이때 결정화가 처음 시작되는 지점을 '핵 생성점(nucleation point)' 혹은 '준안정한계온도(meta stable limit temperature)'라고 부른다.

가정용 냉동고에서도 액체가 쉽게 초냉각되는 현상은 잘 알려져 있다. 병이나 캔을 열거나 흔들었을 때 갑자기 얼음이 생기는 경험을 누구나 한 번쯤 해보았을 것이다. 이러한 현상을 보여주는 가정 실험이나 시연 영상은 유튜브에서도 다수 확인할 수 있다. 여러 음료 제조업체들은 이러한 초냉각 현상을 활용한 상업용 제품을 개발해왔다. 초냉각을 통한 얼음 생성의 장점은 음료 내부에서 얼음이 형성되기 때문에 희석되지 않는다는 점이다.

영국의 Bass Brewers는 ‘Arc’라는 이름의 초냉각 라거를 개발한 바 있으며, 이 제품은 후에 Coors에서 ‘Coors Sub Zero’라는 이름으로 다시 출시되었다. 해당 맥주는 -2.5°C에서 제공되며, 따를 때 초냉각 상태의 맥주 안에서 핵 생성이 일어나 얼음 결정이 상단에 형성된다. 최근에는 코카콜라가 ‘Sprite Super Chilled’라는 이름의 ‘슈퍼콜드’ 스프라이트를 출시할 예정이라는 소식도 전해졌다. 그러나 이와 같은 초냉각 제품들은 일반적으로 ‘슈퍼칠드(super-chilled)’ 음료로 판매되는 제품과는 다르다. 후자는 단지 다른 유사 제품보다 몇 도 낮은 온도, 보통 0°C 이하이지만 어는점 이상에서 보관된 제품일 뿐이다.

초냉각은 아이스크림 제조뿐 아니라, 일본 ABI사에서 개발한 ‘세포생명유지기술(CAS)’처럼 저강도 자기장을 이용하거나 고압을 활용해 제품 내부 전체에 균일하고 빠른 결정 생성을 유도하는 새로운 냉동 기술에도 응용되고 있다. 이 경우 초냉각은 전면 냉동 단계로 가기 위한 전 단계로 활용된다.

식물이 서리 피해를 방지하기 위해 초냉각 상태를 유지하는 능력은 비교적 잘 알려져 있다. 이에 비해 과일이나 채소가 초냉각 상태를 유지하는 능력에 대한 보고는 적은 편이다. 이미 1920년대에 Diehl은 격리된 사과가 외부의 자극 없이 보관될 경우, 어는점보다 7~8도 낮은 온도까지도 얼지 않고 유지될 수 있다는 사실을 보고하였다. 이후 포도, 오렌지, 레몬, 딸기, 토마토 등의 과일은 물론, 감자, 콜리플라워 등의 채소에서도 유사한 초냉각 현상이 보고되었다. 최근 영국 FRPERC 연구소의 연구에서는 마늘, 샬롯, 콜리플라워 등 다양한 채소들이 어는점 이하에서도 수 주 동안 얼지 않고 안정적으로 보관될 수 있음을 실험을 통해 입증하였다.

미래 전망
-2°C에서 -12°C 사이의 온도에서 식품을 보관·처리하는 기술은 식품의 안전성과 품질을 개선하고, 유통기한을 연장하며, 에너지 소비를 줄일 수 있는 큰 가능성을 지니고 있다. 이러한 가능성을 극대화하기 위해서는 더 많은 연구와 기술 개발이 필요하며, 이 온도대에서 처리된 제품에 대해 법적 정의와 명확한 용어 정리가 요구된다.

 

참고문헌

• Waterman, J. J. & Taylor, D. H. (1967). 슈퍼칠링(Superchilling). Torry 연구 노트 제32호.
• Le Danois, E. (1920). 어류의 새로운 냉장법. 프랑스 특허 제506.296호. (Aune, 2003에서 인용).
• Aune, E. J. (2003). 식품의 슈퍼칠링에 대한 리뷰. 제21차 국제 냉동 학술대회, IIR/IIF, 워싱턴, 미국. 논문번호 ICR0127.
• Haugland, A., Aune, E. J. & Hemmingsen, A. K. T. (2005). 슈퍼칠링 – 신선 식품의 혁신적 가공기술. EuroFreeze 2005: 개별 급속 냉동 워크숍 발표 논문집, 불가리아 소피아, 1–8쪽.
• Gregersen, F. (2006). 더 긴 유통기한. Fiskeriforskning Info, 제11호.
• Jul, M. (1986). 닭고기의 냉각: 개요. IIR 위원회 C2 회의, 영국 브리스톨, 133–143쪽.
• Bøgh-Sørensen, L. & Zeuthen, P. (1984). 저온 유통개념(TTT)의 냉장 가공육의 유통기한 적용 타당성. 유럽육류연구자회의 발표 논문집, 제30회, 제5섹션:5, 223–224쪽.
• Duun, A. S., Hemmingsen, A. K. T., Haugland, A. & Rustad, T. (2008). 슈퍼칠드 상태에서 보관된 돼지고기 로스트의 품질 변화. LWT – 식품과학기술, 제41권, 2136–2143쪽.
• Small, A., Sikes, A. & Doral, D. (2008). 장기 보관을 위한 저온(Deepchill) 온도 활용에 대한 예비 조사 – 쇠고기 사례. 제54회 국제육류과학기술회의(ICoMST), 남아프리카 공화국 케이프타운.
• James, S. J. & James, C. (2002). 육류 냉장. Woodhead Publishing Limited. ISBN 1 85573 442 7 1-347.
• Lammertz, M. & Brixy, N. (2001). 극저온 가스를 활용한 냉장 기술을 통한 지속적 생산 개선. IIR 위원회 C2 회의 발표 논문, 프랑스 파리, 119–126쪽. ISBN 2-913149-23-5.
• Cox, D. R. G. & Moore, S. R. (1997). 초냉각 공정에 관한 특허. 특허번호 WO 97/18879.
• Derbyshire, D. (2006). "라거에 얼음 머금으시겠습니까?" – -2.5°C에서 제공되는 맥주. 텔레그래프, 2006년 6월 23일.
  (http://www.telegraph.co.uk/news/main.jhtml?xml=/news/2006/06/22/nbeer22.xml&sSheet=/news/2006/06/22/ixuknews.html)
• Reynolds, J. (2007). 코카콜라, '얼음과 함께하는 스프라이트' 신기술로 개발 추진. MarketingWeek, 2007년 9월 12일.
  (http://www.marketingweek.co.uk/cgi-bin/item.cgi?id=57846)
• Urrutia, G. 외 (2007). SAFE ICE: 저온 압력 가공식품의 안전성과 품질, 공정 변수 및 소비자 수용성. Journal of Food Engineering, 제83권 제2호, 293–315쪽.
• Pearce, R. S. (2001). 식물의 동결과 손상. Annals of Botany, 제87권, 417–424쪽.
• Diehl, H. C. (1924). 사과의 동결 손상. Journal of Agricultural Research, 제29권, 99–127쪽.
• Lucas, J. W. (1954). 레몬의 과냉각 및 얼음 핵생성. Plant Physiology, 제29권, 245–251쪽.
• Martins, R. C. & Lopes, V. V. (2007). 냉동 딸기의 초냉각 모델링: 실험 분석, 셀룰러 오토마타, 역문제 접근. Journal of Food Engineering, 제80권, 126–141쪽.
• Fuller, M. P. & Wisniewski, M. (1998). 적외선 열화상을 활용한 식물의 결빙 및 핵생성 연구. Journal of Thermal Biology, 제23권 제2호, 81–89쪽.
• James, C., Seignemartin, V. & James, S. J. (2009). 마늘(Allium sativum L.)의 동결 및 초냉각. International Journal of Refrigeration, 제32권 제2호, 253–260쪽.
• IIR (2006). 냉동식품의 가공 및 취급에 대한 권고사항. 프랑스 파리: 국제냉동협회(IIR).

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