초음파 꿀 가공
꿀은 식품과 의약품으로 수요가 높습니다. 초음파 처리는 꿀에 존재하는 결정과 미생물 세포 등의 원치 않는 성분을 파괴하는 효과적인 방법입니다. 비열 가공 기술인 초음파 꿀 탈결정화는 HFM의 원치 않는 증가를 방지하고 디아스타아제, 향 및 풍미를 더 잘 보존합니다.
초음파 꿀 탈결정화의 장점
초음파 탈결정화는 꿀의 탈결정화를 위한 기존 가열 방식의 효율적인 대안입니다. 초음파 꿀 탈결정화는 기존 가열 방식에 비해 수많은 장점을 제공하므로, 초음파 꿀 가공은 꿀의 액화, 탈결정화 및 안정화를 위한 더 우수한 처리 방법입니다:
초음파 탈결정화는 여러 장점을 제공하며 모든 꿀 종류와 생산 규모에 맞게 적용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 정밀하게 제어할 수 있으며 꿀의 점도, 결정 크기 및 품질 기준 등의 요인에 맞춰 조정할 수 있습니다. 따라서 Hielscher 초음파 처리기는 높은 처리 효과와 간편하고 안전한 작동을 제공합니다.
매우 균일한 인라인 처리로 꿀을 탈결정화하고 안정화하는 산업용 초음파 처리기.
처리한 꿀의 현미경 이미지:
(a) 대조 시료. 처리 전 꿀은 바늘 모양의 결정이 망상 구조를 이룬 모습입니다. 어두운 원은 기포입니다. (b) 40°C에서 20 min 동안 열처리한 시료; (c) 40°C+ 초음파 조건에서 20 min 동안 처리한 시료.
(연구 논문 및 이미지: ©Deora et al., 2013)
초음파 꿀 가공
초음파 처리는 다양한 액상 식품에 적용할 수 있는 비열 가공 대안입니다. 초음파의 기계적 에너지는 온화하면서도 효과적인 미생물 불활성화와 입자 크기 감소에 사용됩니다. 꿀에 초음파를 가하면 대부분의 효모 세포가 파괴됩니다. 초음파 처리 후에도 살아남은 효모 세포는 일반적으로 증식 능력을 잃습니다. 이로 인해 꿀의 발효 속도가 크게 감소합니다.
초음파 처리는 또한 기존 결정을 제거하고 꿀의 추가 결정화를 억제하여 꿀을 액화합니다. 이러한 측면에서는 꿀을 가열하는 것과 유사합니다. 초음파 보조 액화는 약 35°C의 훨씬 낮은 공정 온도에서 수행할 수 있으며, 액화 시간을 30초 미만으로 줄일 수 있습니다. Kai (2000)는 호주산 꿀(브러시박스, 스트링기바크, 야푸냐 및 옐로박스)의 초음파 액화를 연구했습니다. 이 연구에서는 20kHz 주파수의 초음파 처리가 꿀 속 결정을 완전히 액화하는 것으로 나타났습니다. 초음파 처리한 시료는 약 350일 동안 액화 상태를 유지했습니다(열처리 대비 +20%). 열 노출이 최소화되므로 초음파 액화는 향과 풍미를 더 잘 보존합니다. 초음파 처리한 시료에서는 HMF가 아주 조금만 증가하고 디아스타아제 활성은 소폭 감소합니다. 필요한 열에너지가 더 적으므로 초음파를 적용하면 기존의 가열 및 냉각 방식에 비해 가공 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.
산업용 초음파 처리기 UIP6000hdT는 꿀의 액화 및 미생물학적 안정화에 사용됩니다.
Kai (2000)의 연구에서는 꿀의 종류에 따라 필요한 초음파 처리 강도와 시간이 다르다는 사실도 밝혀졌습니다. 따라서 탁상형 초음파 처리 시스템을 사용하여 시험을 수행할 것을 권장합니다. 예비 시험은 배치 모드로 수행해야 하며, 이후의 가공 시험에는 가압 재순환 또는 인라인 시험을 위한 플로우 셀이 필요합니다.
초음파를 이용한 꿀의 탈결정화에 관한 연구 결과
꿀은 포도당의 과포화 용액으로, 실온에서 포도당 일수화물 형태로 자발적으로 결정화되는 경향이 있습니다. 전통적으로 꿀 속의 D-포도당 일수화물 결정을 용해하고 결정화를 지연시키기 위해 열처리가 사용되어 왔습니다. 그러나 이 방법은 꿀의 섬세한 풍미에 부정적인 영향을 미칩니다. 많은 연구자가 꿀에 고출력 초음파를 적용했을 때의 유익한 효과를 보고했습니다. 초음파를 적용하면 기존 결정을 제거하고 결정화 과정도 지연시킬 수 있어 비용 효율적인 기술인 것으로 나타났습니다. 결정화 과정을 분석한 결과, 초음파 처리한 꿀 시료는 열처리한 꿀보다 더 오랫동안 액체 상태를 유지하는 것으로 나타났습니다. 또한 수분 함량, 전기 전도도 또는 pH와 같은 꿀의 품질 지표에는 유의한 영향이 관찰되지 않았습니다. 연구에 따르면 일반적으로 초음파 처리(예: UP400St 모델의 24 kHz 초음파 프로브를 이용한 배치 처리)는 열처리보다 결정을 더 빠르게 용해합니다.
(Deora et al., 2013 참조)
Basmacı (2010)는 꿀 액화를 위한 처리 방법으로 초음파 처리와 고정수압 처리를 비교했습니다. 고정수압 처리는 비용이 지나치게 높고 효과가 없는 것으로 나타난 반면, 초음파는 매우 우수한 결과를 보였습니다. 따라서 전통적인 꿀 열처리의 대안으로 초음파 처리가 권장되었습니다.
Önur et al. (2018)도 50ºC에서의 기존 열처리와 초음파 액화를 비교하면서 같은 결론에 도달했습니다. 이들은 편의성, 더 짧은 처리 시간, 더 적은 품질 손실을 이유로 열처리 및 압력 처리보다 초음파 꿀 처리를 권장합니다.
Sidor et al. (2021)은 피나무꿀, 아카시아꿀 및 잡화꿀의 당 결정을 용해하기 위해 초음파 액화와 마이크로파 가열을 비교했습니다. 마이크로파 가열의 주요 단점은 HMF 값의 현저한 증가, 효소 활성의 변화 및 디아스타아제 수치의 큰 감소였습니다. 반면 초음파 액화는 꿀의 특성에 극히 미미한 변화만을 일으켰으므로, 연구팀은 결정화 과정을 지연시키기 위해 초음파 꿀 처리를 명확히 권장했습니다.
초음파 처리는 고체 상태 꿀의 품질을 저하시키지 않으면서 액화 시간을 단축합니다.
오버헤드 초음파 처리기 UIP2000hdT – 이동식 스탠드에 cascatrode가 장착되어 있으며, 배치 및 인라인 모드에서 꿀 액화와 당 용해에 사용됩니다.
꿀의 탈결정화 및 안정화를 위한 고성능 초음파 처리기
Hielscher Ultrasonics는 꿀 액화, 결정 감소(당 용해, 탈결정화) 및 미생물학적 안정화와 같은 액상 식품 가공을 위한 고성능 초음파 처리기를 제조하고 공급합니다. 꿀 처리를 위해 특별히 개발된 초음파 장비는 균일하고 신뢰할 수 있는 처리를 가능하게 합니다. 이를 통해 품질 기준을 유지하면서 우수한 꿀을 생산할 수 있습니다. 꿀 처리를 위해 Hielscher Ultrasonics는 꿀과 같은 점성 액체를 매우 균일하게 처리하는 데 이상적인 특수 소노트로드(초음파 프로브)를 제공합니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 높은 유량 | 클러스터 구성: UIP16000 |
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설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질
Hielscher 초음파 처리기는 최고 수준의 품질과 설계 기준으로 잘 알려져 있습니다. 견고함과 간편한 조작으로 당사의 초음파 처리기를 산업 시설에 원활하게 통합할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 거친 조건과 까다로운 환경에도 쉽게 대응합니다.
Hielscher Ultrasonics는 ISO 인증 기업으로, 최첨단 기술과 사용자 편의성을 갖춘 고성능 초음파 처리기에 특히 중점을 둡니다. 물론 Hielscher 초음파 처리기는 CE 규정을 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.
- 높은 효율
- 최첨단 기술
- 신뢰성과 견고함
- 배치 및 인라인
- 모든 용량에 대응 – 소량 배치부터 시간당 대유량까지
- 과학적으로 입증됨
- 지능형 소프트웨어
- 간단한 선형 스케일업
- 스마트 기능(예: 데이터 기록)
- CIP(정치 세정)
Hielscher Ultrasonics는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 혼합, 분산, 유화 및 추출 용도를 위한 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.
문헌 / 참고문헌
- Basmacı, İpek (2010): Effect of Ultrasound and High Hydrostatic Pressure (Hhp) on Liquefaction and Quality Parameters of Selected Honey Varieties. Master of Science Thesis, Middle East Technical University, 2010.
- D’Arcy, Bruce R. (2017): High-power Ultrasound to Control of Honey Crystallisation. Rural Industries Research and Development Corporation 2007.
- İpek Önür, N.N. Misra, Francisco J. Barba, Predrag Putnik, Jose M. Lorenzo, Vural Gökmen, Hami Alpas (2018): Effects of ultrasound and high pressure on physicochemical properties and HMF formation in Turkish honey types. Journal of Food Engineering, Volume 219, 2018. 129-136.
- Deora, Navneet S.; Misra, N.N.; Deswal, A.; Mishra, H.N.; Cullen, P.J.; Tiwari, B.K. (2013): Ultrasound for Improved Crystallisation in Food Processing. Food Engineering Reviews, 5(1), 2013. 36-44.
- Sidor, Ewelina; Tomczyk, Monika; Dżugan, Małgorzata (2021): Application Of Ultrasonic Or Microwave Radiation To Delay Crystallization And Liquefy Solid Honey. Journal of Apicultural Science, Volume 65, Issue 2, December 2021.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Subramanian, R., Umesh Hebbar, H., Rastogi, N.K. (2007): Processing of Honey: A Review. in: International Journal of Food Properties 10, 2007. 127-143.
- Kai, S. (2000): Investigation into Ultrasonic Liquefaction of Australian Honeys. The University of Queensland (Australia), Department of Chemical Engineering.
- National Honey Board (2007): Fact Sheets.
알아두면 좋은 정보
꿀 가공의 배경
꿀은 고유한 풍미와 향, 색상 및 질감을 지닌 고점도 제품입니다.
꿀은 포도당, 과당, 물, 맥아당, 삼당류 및 기타 탄수화물, 자당, 무기질, 단백질, 비타민과 효소, 효모 및 기타 내열성 미생물, 소량의 유기산으로 구성됩니다(아래 도표 참조). 꿀에 함유된 높은 수준의 테트라사이클린류, 페놀 화합물 및 과산화수소는 꿀에 항균성을 부여합니다.
꿀의 영양 성분 및 당 조성(©www.honey.com)
꿀의 효소
꿀에는 전분을 소화하는 효소가 함유되어 있습니다. 효소는 열에 민감하므로 꿀의 품질과 열처리 정도를 나타내는 지표로 사용됩니다. 주요 효소로는 인버타아제(α-글루코시다아제), 디아스타아제(α-아밀라아제) 및 포도당 산화효소가 있습니다. 이들은 영양학적으로 중요한 효소입니다. 디아스타아제는 탄수화물을 가수분해하여 쉽게 소화되도록 합니다. 인버타아제는 자당과 맥아당을 포도당과 과당으로 가수분해합니다. 포도당 산화효소는 포도당으로부터 글루콘산과 과산화수소가 생성되는 반응을 촉매합니다. 꿀에는 카탈라아제와 산성 인산가수분해효소도 함유되어 있습니다. 효소 활성은 일반적으로 디아스타아제 활성으로 측정하며 디아스타아제 수치(DN)로 표시합니다. 꿀 규격에서는 가공된 꿀의 최소 디아스타아제 수치를 8로 규정합니다.
꿀의 효모와 미생물
채밀한 꿀에는 효모(일반적으로 호삼투성이며 당에 대한 내성이 있음) 및 기타 내열성 미생물과 같은 바람직하지 않은 물질이 들어 있습니다. 이들은 저장 중 꿀을 변질시킵니다. 효모 수가 많으면 꿀이 빠르게 발효됩니다. 꿀의 발효 속도는 수분 함량과도 상관관계가 있습니다. 수분 함량 17%는 효모의 활성을 지연시키는 데 안전한 수준으로 간주됩니다. 반면 수분 함량이 감소하면 결정화 가능성이 높아집니다. 효모 수가 500cfu/mL 이하이면 상업적으로 허용 가능한 수준으로 간주됩니다.
꿀의 결정화 / 과립화
꿀은 수분 함량이 약 18%인 데 비해 당 함량은 70%를 초과하는 과포화 당 용액이므로 자연적으로 결정화됩니다. 포도당은 수분을 잃으면서 더 안정적인 포도당 일수화물의 포화 상태로 바뀌어 과포화 상태에서 자발적으로 석출됩니다. 이에 따라 두 개의 상이 형성됩니다 – 위쪽의 액상과 아래쪽의 더 단단한 결정상입니다. 결정은 격자를 형성하여 꿀의 다른 성분을 현탁 상태로 고정함으로써 반고체 상태를 만듭니다(National Honey Board, 2007). 결정화 또는 과립화는 꿀의 가공과 판매에 심각한 문제를 일으키므로 바람직하지 않습니다. 또한 결정화는 가공하지 않은 꿀이 저장 용기에서 흘러나오는 것을 제한합니다.
꿀 가공에서의 열처리
채밀 및 여과 후, 꿀은 수분 함량을 줄이고 효모를 사멸시키기 위해 열처리를 거칩니다. 가열은 꿀 속 결정을 액화하는 데 도움이 됩니다. 열처리는 수분 함량을 효과적으로 줄이고, 결정화를 감소시키고 지연시키며, 효모 세포를 완전히 사멸시킬 수 있지만, 제품의 품질 저하도 초래합니다. 가열은 하이드록시메틸푸르푸랄(HMF) 함량을 상당히 증가시킵니다. HMF의 법적 최대 허용 함량은 40mg/kg입니다. 또한 가열은 효소(예: 디아스타아제) 활성을 감소시키고 관능적 특성에 영향을 미치며 꿀의 신선도를 떨어뜨립니다. 열처리는 꿀 본래의 색도 어둡게 만듭니다(갈변). 특히 90°C를 초과하는 온도로 가열하면 당이 캐러멜화됩니다. 열전달과 열 노출이 불균일하기 때문에 열처리로는 내열성 미생물을 충분히 사멸시키지 못합니다.
열처리의 한계로 인해 연구는 마이크로파 조사, 적외선 가열, 한외여과 및 초음파 처리와 같은 비열적 대안에 집중되고 있습니다. 초음파 처리는 비열적 처리법으로서 다른 꿀 가공 기술에 비해 큰 이점을 제공합니다.
Hielscher Ultrasonics는 실험실 규모부터 산업 규모까지 고성능 초음파 균질기를 제조합니다.