바삭바삭 동결건조 간식의 화학

가볍고 포슬포슬하게 부서지면서 바삭한 식감으로 큰 인기를 얻고 있는 ‘동결건조간식’. 최근에는 ‘동결건조 젤리’가 SNS에 크게 유행하며 편의점을 돌아다니며 구매하는 ‘덕후몰이’ 아이템으로도 활약했는데요. 이 동결건조 간식을 만드는 원리는 교과서에서도 볼 수 있는 간단한 화학 원리를 이용한 것이랍니다! 동결건조 간식 속의 화학의 원리는 과연 무엇일까요?

 

 

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물질의 변화가 없는 상태

   

동결건조의 원리를 알기 위해서는 먼저 물질의 상태 변화에 대해 알아야 합니다. 물질은 크게 ‘액체’, ‘기체’, ‘고체’의 형태로 존재하는데요. 물을 예로 들자면 물이 얼어서 얼음이 되면 고체, 끓여서 수증기가 되면 기체 형태로 존재하죠. 

물질의 상태를 변화시키는 요인으로는 ‘온도’와 ‘압력’이 있는데요. 특정 압력과 온도를 유지해 물질의 변화가 없는 상태를 ‘상평형’ 상태라고 합니다. 1기압에서 0℃에는 얼음과 물이 상평형 상태를 이루며, 100℃에는 물과 수증기가 상평형 상태를 이루죠. 

이 상태에서 온도가 조금이라도 변화하거나, 압력이 조금이라도 변화하면 평형 상태를 벗어나 물, 수증기, 얼음으로 변화합니다. 

 

 

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동결 건조의 원리

  

물질의 상태 변화에 대해 알았다면, 이제 동결건조가 어떤 원리를 사용했는지 알 수 있습니다. 동결건조는 말 그대로 ‘동결-건조’의 과정을 거치는 기술인데요. 식품을 -50℃에서 -70℃의 낮은 온도에서 급속 냉동을 하면 식품 속 수분이 그대로 얼어 붙습니다. 얼린 식품을 진공에 가까운 압력으로 낮춘 뒤 건조하면 얼음이 된 수분이 액체인 물을 거치지 않고 바로 수증기가 되죠.

이렇게 동결건조를 한 식품은 얼음이 그대로 승화한 덕에 식품 곳곳에 빈 곳이 생기는데요. 동결건조한 식품에 물을 부으면 빈 곳으로 수분이 들어가 원래 상태에 가깝게 복원이 됩니다. 이런 원리를 이용해 동결건조는 많은 가공 식품에 적용되고 있습니다. 

 

 

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일상 생활 속 동결 건조

   

동결건조 간식을 한 번도 먹어보지 않은 사람도 동결건조 식품을 접한 적이 있습니다! 그 이유는 국민 소울푸드, 바로 라면 때문인데요. 라면에 들어가는 건더기 스프는 각종 야채, 육가공품을 동결건조해서 만든 식품입니다. 그래서 우리는 끓인 라면에서 형태가 살아있는 파, 당근, 버섯 등을 볼 수 있는 것입니다. 

라면과 마찬가지로 믹스 커피 등에 들어있는 알커피 역시 커피를 동결건조한 식품이며 각종 과일 칩 등도 동결건조를 이용한 식품 입니다. 

또 한가지, 동결건조가 사용되는 분야는 바로 ‘우주 식품’입니다. 우주에서는 무중력 상태로 조리가 어려워 불이나 기구를 사용하지 않고 간단하게 음식을 만들 수 있어야 하는데요. 이 기술로 인해 우주정거장에서는 동결건조 아이스크림을 먹기도 했습니다. 우리나라는 김치를 동결건조해 우주선용 김치를 만들어 내기도 했답니다.

 

 

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소화기로 만드는 드라이 아이스

   

상대 변화의 원리를 사용한 동결건조에 대해 자세히 알았다면, 또 다른 실험을 해 볼 수도 있습니다. 예를 들면, 주변 산소를 차단해 화재를 진압하는 이산화탄소 소화기로 드라이 아이스를 만들 수 있죠. 

이산화탄소 소화기는 고압의 액체 형태 이산화탄소가 들어 있는데요. 소화기를 분사하면 압력이 낮아지면서 이산화탄소가 기화해 액체에서 기체로 변합니다. 이때 베개 커버나 천으로 만든 주머니 안에 소화기를 쏘면 기화 과정에서 기화열이 흡수되면서 주변 온도까지 낮아집니다. 낮아진 압력과 온도는 이산화탄소를 고체로 변화시키는데요. 바로 ‘드라이아이스’가 만들어 지는 것입니다.

액체에서 고체를 거쳐 기체로 변하는 동결건조와 다르게 액체에서 기체를 거쳐 고체가 되는 실험, 흥미롭지 않으신가요? 해당 실험은 매우 차가운 ‘드라이아이스’를 만드는 실험으로 맨 손으로 드라이아이스를 만지면 동상 등의 피해를 입을 수 있으니, 반드시 주의하시기 바랍니다.


한끼를 간편하게 해결할 수 있는 간편식이 보편화 되고, 반려 동물을 키우는 인구가 늘어나면서 동결 건조는 식품 업계에 없어서는 안 될 기술이 되었는데요. 물만 부어서 완성하는 국 블록, 강아지 용 동결건조 간식 등 식품의 맛과 영양은 지키면서 보존은 오래할 수 있는 동결 건조의 세계. 과연 그 끝은 어디까지일까요? 오늘의 콘텐츠는 여기서 마무리하며 다음에도 흥미로운 화학의 세계로 함께 떠나보아요~!

 

 

 

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종합 케미칼 & 에너지 리더,

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