KR101877959B1

KR101877959B1 - 과열증기를 이용한 토마토 건조방법

Info

Publication number: KR101877959B1
Application number: KR1020170168657A
Authority: KR
Inventors: 조은경; 정호연; 유영미; 우현정; 조아라
Original assignee: (주)다손
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2018-07-12

Abstract

본 발명은 과열증기(super heated steam)를 이용한 토마토 건조방법에 관한 것으로, 토마토를 탈피한 다음 160 내지 200℃의 히터(heater)에서 230℃ 내지 260℃의 스팀을 이용하여 20 내지 30분 동안 과열증기로 건조시킨 후 70 내지 95℃로 1 내지 2시간 동안 열풍건조시키는 것을 특징으로 하는 본 발명의 과열증기 및 열풍건조 기술을 이용한 토마토의 건조방법은 토마토의 수분함량을 감소시켜 저장성을 증대시키면서 형태변화 및 영양가의 손실을 최소화시키고, 다공질 상태로 가수(加水)시 신속하게 원형으로 복원시킬 수 있다.

Description

과열증기를 이용한 토마토 건조방법{A method of drying tomato by using super heated steam}

본 연구는 농림축산식품부(관리부서: 농림식품기술기획평가원)에 의해 수행된 연구결과로서 이하 본 발명의 기술내용은 이를 바탕으로 작성하였다.

본 발명은 과열증기(super heated steam)를 이용한 토마토 건조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 과열증기 및 열풍건조를 이용하여 토마토를 건조함으로써 토마토 가공제품의 유통기한을 연장시키고, 형태변화 및 영양가의 손실을 최소하시키고, 다공질 상태로 가수(加水)시 신속하게 원형으로 복원시킬 수 있는 토마토의 건조방법에 관한 것이다.

토마토(Lycopersiconesculeulentum Mill.)는 가지과에 속하는 일년생 작물로 미국 타임지가 선정한 21세기 최고의 식품으로 알려져 있는 야채로서, 건강과 장수를 위해 꼭 챙겨 먹어야 하는 야채이다.

토마토에는 리코펜이라는 성분이 다량으로 함유되어 있는데, 상기 리코펜 성분은 노화의 원인인 활성산소를 억제하는 작용을 하며, 강력한 항암효과가 있다고 알려져 있는데, 특히 유방암과 전립선암, 소화기 계통의 암 예방에 뛰어난 효과가 있다. 또한, 비타민 C가 풍부하여 하루 2개만 섭취하여도 하루 필요량을 모두 섭취할 수 있으며, 체내 호르몬 생성을 촉진시키는 비타민 E가 풍부하며, 피로회복에 좋은 글루타민산도 풍부하게 함유되어 있다. 또한, 심혈관계 질환을 예방하고, 고혈압 치료에 효과가 있는 루틴이 함유되어 있어 콜레스테롤 수치를 떨어뜨리며, 모세혈관도 튼튼하게 하는 효과가 있다.

이러한 토마토는 생토마토나 토마토 쥬스와 같은 자연상태로 섭취되거나, 토마토 케찹, 토마토 소스 등의 가공식품의 형태로 섭취되고 있으나, 좀더 다양한 가공식품이 개발되어야 하는 실정이다.

한편, 식품 건조기술은 가장 오랜 역사를 갖는 식품가공기술이지만 현재까지도 새로운 기술개발이 지속적으로 요구되는 기술이다. 건조기술 적용에 있어 가장 중요한 요소는 서로 대립되는 요소인 ‘경제성’과 ‘품질구현’으로, 두 가지 속성을 만족시킬 수 있는 최적의 기술 확보를 위한 노력이 계속되고 있다.

기본적인 농수산물의 건조방법으로 천연건조, 열풍건조, 냉풍건조, 진공건조, 및 동결건조 등 다양한 형태의 건조기술이 알려져 있으며 이러한 기술은 주된 열전달 방식에 따라 대류방식, 전도방식, 복사방식 그리고 복합건조방식으로 분류되고 있다.

천연건조는 야외에서 인공적인 열원 없이 건조가 이루어지는 방법으로 농산물을 소량으로 건조하는 경우 많이 적용되고 있으나 기후에 영향을 크게 받고 일정한 품질관리가 어려운 문제가 있다.

열풍건조는 건조시설에 의한 인위적인 고온의 열을 통한 건조방법으로 많은 농가에서 사용되는 가장 일반적인 형태의 건조방법으로 설비의 경제적 장점으로 지역 거점의 대규모 건조시설이 도입되고 있으나, 빠른 수분손실로 건조물의 표면경화, 갈변 및 수축 등 품질적인 한계가 존재하여 고품질 구현이 어려운 단점이 있다. 현재 열풍건조를 이용한 과채류 가공 공장에서는 에너지 소비가 많고 고품질 구현이 어려운 대류방식의 열풍건조기가 70% 이상 사용되고 있는 실정이다.

냉풍건조는 제습된 냉풍을 이용하여 건조물의 수분을 제거하는 방법으로 열풍건조에서 구현이 어려운 맛, 향, 품질을 구현할 수 있는 장점이 있다. 냉풍건조는 고추, 곶감, 육포, 및 한약 등을 건조하는데 적용되고 있으나 낮은 건조온도로 인해 오랜 건조기간이 필요하다는 생산성의 한계를 가지고 있다.

압력을 이용하는 진공건조 및 동결건조는 보다 높은 생산효율과 고품질 구현을 위해 열에 민감한 제품들을 대상으로 적용된다. 진공건조 및 동결건조를 통해 색, 풍미, 복원성 등에서 우수한 품질을 갖는 건조물을 얻을 수 있지만 높은 설비 및 생산 비용으로 폭넓은 산업적 적용이 제한적인 상황이다.

마이크로웨이브를 이용한 건조방식 역시 복사열을 이용하는 효율적인 건조기술로 알려져 있으나 마이크로웨이브의 투과/반사 특성으로 인해 균일한 건조가 어려울 뿐 아니라 건조 품질을 예측하기 어려운 단점이 있어 적극적으로 산업에 적용되지 않고 있다.

건조기술은 건조물의 각각의 특성과 제품 목표에 따라 건조가열 상황이 다양하기 때문에 고효율 및 고품질 구현을 위해 건조방식을 획일적으로 최적화하기가 어렵다. 또한, 건조가열설비는 전후 공정과 복합적으로 연계되어있어 많은 변수가 발생할 수 있는 문제가 있기 때문에 건조 효율을 극대화함과 동시에 품질을 최적할 할 수 있는 복합공정 수립이 필수적이다.

과열증기(Super heated Steam)는 건포화(乾飽和)증기를 포화압력 그대로 더욱더 가열해 포화 온도 이상으로 한 증기를 말한다. 구체적으로, 액체는 일정한 압력 하에 가열하면 온도가 올라가고, 일정온도에 도달하면 증발하기 시작한다. 이 경우 다시 가열하더라도 전부가 증발할 때까지는 온도가 변하지 않고 액체와 증기가 공존한다. 이것을 습윤포화증기(濕潤飽和蒸氣)라 하고, 전부 증기가 되어 버린 것을 건조포화증기라 한다. 건조포화증기를 다시 가열하면 증기의 온도가 상승하는데 이것을 과열증기라 한다.

일반적인 열처리 방법과는 달리 과열증기를 이용한 건조방법은 과채류의 영양성분이 파괴되는 것을 최소화하고 각종 곡류, 수산물 또는 육류 등의 다양한 식품재료를 고품질로 신속하게 조리 또는 가공할 수 있다.

이에 본 발명자들은 토마토의 저장성을 증대시키면서 형태변화 및 영양가의 손실을 최소화시키고, 가수시 원형으로 복원시킬 수 있는 토마토 건조방법을 개발하기 위해 연구를 진행하던 중, 과열증기와 복합건조를 이용함으로써 토마토의 수분함량을 감소시켜 저장성을 증대시키면서 형태변화 및 영양가의 손실을 최소화시키고, 다공질 상태로 가수(加水)시 신속하게 원형으로 복원시킬 수 있는 수 있다는 사실을 발견함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 토마토의 저장성을 증대시키면서 형태변화 및 영양가의 손실을 최소화시키고, 가수시 원형으로 복원시킬 수 있는 토마토 건조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 토마토를 탈피한 다음 160 내지 200℃의 히터(heater)에서 230℃ 내지 260℃의 스팀을 이용하여 20 내지 30분 동안 과열증기로 건조시킨 후 70 내지 95℃로 1 내지 2시간 동안 열풍건조시키는 것을 특징으로 하는 토마토의 건조방법을 제공한다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 본 발명에서는 상기 토마토의 건조 효율 및 맛의 저하를 감소시키기 위하여, 상기 건조단계 전에 토마토를 당절임하거나 토마토 표면을 설탕 분말로 코팅하여 건조공정을 수행할 수 있다. 이 때, 당절임은 여러 가지 과일청 또는 설탕용액을 이용하여 당절임할 수 있다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 본 발명에서는 상기 토마토의 탈피공정은 본 발명자에 의해 출원된 대한민국 특허출원 10-2017-0050189호의 방법에 따라 수행할 수 있으며, 구체적으로 토마토를 95 내지 105℃의 히터(heater)에서 150 내지 200℃의 과열증기를 이용하여 10초 내지 80초 동안 토마토에 분사한 다음 토마토의 껍질을 벗기는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 과열증기와 복합건조를 이용함으로써 토마토의 수분함량을 감소시켜 저장성을 증대시키면서 형태변화 및 영양가의 손실을 최소화시키고, 다공질 상태로 가수(加水)시 신속하게 원형으로 복원시킬 수 있다.

상기 히터의 온도가 160℃ 미만일 경우 토마토의 수분 함량이 원하는 만큼 감소되지 않으며, 히터의 온도가 200℃를 초과할 경우 토마토의 영양성분이 파괴되거나 물성이 저하될 수 있다.

상기 과열증기의 온도가 230℃ 미만인 경우 토마토의 수분 함량이 원하는 만큼 감소되지 않으며, 260℃를 초과하는 경우 토마토의 영양성분이 파괴되거나 품질이 떨어질 우려가 있다.

상기 과열증기의 처리시간이 20분 미만인 경우 토마토의 수분 함량이 원하는 만큼 감소되지 않으며, 30분을 초과하는 경우 토마토의 영양성분이 파괴되거나 품질이 떨어질 우려가 있다.

상기 열풍건조 온도가 70℃ 미만인 경우 토마토의 수분 함량이 원하는 만큼 감소되지 않으며, 95℃를 초과하는 경우 토마토의 영양성분이 파괴되거나 품질이 떨어질 우려가 있다.

상기 열풍건조 시간이 1시간 미만인 경우 토마토의 수분 함량이 원하는 만큼 감소되지 않으며, 2시간을 초과하는 경우 토마토의 영양성분이 파괴되거나 품질이 떨어질 우려가 있다.

본 발명의 사용될 수 있는 토마토는 방울토마토, 대추토마토, 대저토마토 등, 이의 종류에는 특별한 제한이 없다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 과열증기 및 열풍건조 기술을 이용한 토마토의 건조방법은 토마토의 수분함량을 감소시켜 저장성을 증대시키면서 형태변화 및 영양가의 손실을 최소화시키고, 다공질 상태로 가수(加水)시 신속하게 원형으로 복원시킬 수 있다.

도 1은 대추토마토를 과열증기 건조 및 열풍건조한 후 외관사진이다.
도 2는 방울토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 전후 외관 특성 및 수분 함량을 나타낸 결과이다.
도 3은 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 전후 외관 특성 및 수분 함량을 나타낸 결과이다.
도 4는 당절임(24시간) 방울토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량, pH 및 당도를 나타낸 결과이다.
도 5는 당절임(36시간) 방울토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량, pH 및 당도를 나타낸 결과이다.
도 6은 방울토마토의 건조방법에 따른 미세구조를 나타낸 사진이다.
도 7은 방울토마토의 건조방법에 따른 가수시 복원을 나타낸 그래프이다.
도 8은 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 전후 외관 특성을 나타낸 사진이다.
도 9는 설탕용액으로 당절임한 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량 및 수분활성도를 나타낸 결과이다.
도 10은 설탕 분말로 코팅한 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량 및 수분활성도를 나타낸 결과이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<실험방법 및 전처리 공정>

과열증기 및 복합건조를 이용한 토마토의 최적 건조 조건을 설정하기 위하여 방울토마토 탈피는 특허출원 10-2017-0050189에 의거하여 상하 히터온도 Heater 100℃에서 150℃ 과열증기를 15초간 방울토마토에 분사한 후 냉각하여 껍질을 제거하였다.

(1) 수분함량

일반성분 분석방법에서 수분 함량은 AOAC의 방법에 따라 105℃ 상압가열 건조법 조건으로 3회 반복 측정 후 평균값으로 나타내었다.

(2) 수분활성도

시료의 수분활성도는 수분활성도 분석기기(Aqualab water activity meter model series 3, Decagon Devices, Inc, Pullman, USA)를 사용하여 분석하였다. 모든 분석은 3회 반복하여 측정되었다.

(3) pH

시료 10 ml를 취하여 90 ml의 2차 증류수에 희석한 후 filter paper(Whatman™ cellulose filter paper Grade 1, GE Healthcare companies, UK)로 여과하여, pH meter(Orion Research Inc., USA)를 이용하여 3회 반복 측정 후 평균값으로 나타내었다.

<실시예 1> 대추 토마토 건조 후 외관특성 평가

대추토마토는 탈피를 하거나 탈피하지 않고 씨를 포함하거나 씨를 제거한 4가지 전처리를 수행하였다.

전처리 후 대추토마토를 절단하지 않고 180℃의 히터에서 220℃의 스팀을 이용하여 15분 동안 과열증기로 건조시킨 후 70℃로 열풍건조시켰다.

그 결과는 도 1에 나타내었다. 도 1은 대추토마토를 과열증기 건조 및 열풍건조한 후 외관사진이다. 여기에서 보듯이, 탈피하지 않은 대추토마토는 과열증기 건조 10분에도 껍질이 터져 외관상 좋지 않았다. 씨를 제거하지 않은 대추토마토는 과열증기 건조시 겉표면이 갈라지고 열풍건조 5시간 처리에도 토마토 속부분의 수분이 남아있는 것을 확인하였다.

<실시예 2> 방울토마토 및 대추토마토의 혼합건조법에 의한 반건조 제품 제조

방울토마토와 대추토마토를 하기 표 1에 나타낸 과열증기 건조 및 열풍건조 조건을 각각 건조하여 수분함량을 측정하였다. 그 결과는 도 2 및 도 3에 나타내었다.

과열증기 건조	2차 후건조(70℃ Dry oven)
H(℃)-S(℃)-T(m)	건조시간
180-180-20	1시간30분
180-220-15	1시간30분
180-250-12	1시간30분

도 2는 방울토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 전후 외관 특성 및 수분 함량을 나타낸 결과이고, 도 3은 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 전후 외관 특성 및 수분 함량을 나타낸 결과이다.

여기에서 보듯이, 방울토마토는 과열증기 건조 H(℃)-S(℃)-T(m): 180-180-20 조건에서 수분 함량이 가장 낮았으며, 대추토마토는 과열증기 건조 H(℃)-S(℃)-T(m): 180-180-10 조건에서 가장 수분 함량이 낮았다.

<실시예 3> 당절임 방울토마토의 반건조 제품 제조

과육이 적은 방울 및 대추토마토는 반건조 상태로 건조가 어려워 하기 표 2에 나타낸 조건으로 오미자청 + 설탕으로 당침하여 반건조를 진행하였다.

도 4는 당절임(24시간) 방울토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량, pH 및 당도를 나타낸 결과이다. 여기에서 보듯이, 오미자 10 % 용액 당침 시료는 과열증기 건조 후 수분함량은 50.43%이였으며, 오미자 30 % 용액 당침 시료는 61.06 %, 오미자 50 % 용액 당침 시료는 61.67 %로 당침의 비율이 높아질수록 수분함량은 높았고, 당침액의 pH의 경우 오미자 10% 당침 4.03, 30 % 당침 3.69, 50 % 당침 3.43으로 오미자 비율이 높을수록 낮았고, 침지액의 당도는 오미자 10 % 당침 36.7 °, 30 % 당침 34.9 °, 50 % 당침 33.9 °로 오미자 비율이 높을수록 낮았다.

또한, 2차 건조시 열풍 온도 85 ℃에서 4시간 처리 후 시료의 수분은 오미자 10 %, 30 % 당침은 13.00 %, 50 % 당침 17.5 0%로 나타났다.

도 5는 당절임(36시간) 방울토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량, pH 및 당도를 나타낸 결과이다. 여기에서 보듯이, 오미자 10 % 당침의 과열증기 건조 후 방울토마토의 수분은 68.93 %, 30 % 당침은 66.49 %, 50 % 당침은 65.87 %로 당침의 비율이 높아질수록 수분함량은 높았다. 오미자 절임액의 pH의 경우 오미자 10 % 당침 4.04, 30 % 당침 3.57, 50 % 당침 3.40으로 오미자 비율이 높을수록 낮았고, 오미자 침지액의 당도는 오미자 10 % 당침 47.0 °, 30 % 당침 46.0 °, 50 % 당침 42.6 °로 오미자 비율이 높을수록 낮았다.

또한, 2차 열풍건조 85 ℃에서 2시간 30분 처리한 시료의 수분은 오미자 10 % 당침 34.15 %, 30 % 당침 33.45 %, 50 % 당침 29.64 %로 나타났다.

<실시예 4> 건조방법에 따른 수분함량 및 수분활성도 평가

방울토마토를 하기 표 3에 나타낸 조건에 따라 열풍건조(HA), 과열증기 건조+열풍건조(SHS+HA), 과열증기건조+적외선건조(SHS+FIR) 및 과열증기(SHS) 방법으로 건조하여 수분함량, 수분활성도 및 가수시 복원능을 평가하였다. 도 6은 방울토마토의 건조방법에 따른 미세구조를 나타낸 사진이다. 도 7은 방울토마토의 건조방법에 따른 가수시 복원을 나타낸 그래프이다.

열풍건조	과열증기+열풍	과열증기+적외선	과열증기
85℃, 5시간	H(℃)-S(℃)-T(m) :180-250-20	H(℃)-S(℃)-T(m) :180-250-20	H(℃)-S(℃)-T(m) :180-250-20
85℃, 5시간	85℃, 5시간	85℃, 5시간	H(℃)-S(℃)-T(m) :180-250-20

하기 표 4에는 방울토마토의 건조방법에 따른 수분함량 및 수분활성도를 나타내었으며, 하기 표 5에는 방울토마토의 건조방법에 따른 총 산도, 비타민 C 및 라이코펜 함량을 나타내었다.

여기에서 보듯이, 종래의 HA 건조는 상대적으로 긴 건조 시간으로 인해 HA 또는 FIR과 결합된 SHS보다 수분 제거의 정도가 더 커서 물의 활성을 낮추었다. 결합된 건조 공정에 의해 생성된 방울토마토의 총 산도는 기존의 HA 건조보다 약간 낮았다. SHS를 FIR과 함께 사용하면 HA 건조시 기존 HA 및 SHS보다 더 빠른 복원으로 비타민 C 및 리이코펜 함량을 더 높게 유지할 수 있었다.

<실시예 5> 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 조건 설정

대추토마토를 절단하지 않고 180℃의 히터에서 250℃의 스팀을 이용하여 23분 동안 과열증기로 건조시킨 후 85℃로 3시간 동안 열풍건조시켰다.

도 8은 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍건조 전후 외관 특성을 나타낸 사진이다. 여기에서 보듯이, 대추토마토의 수분함량이 적당히 조절되어 건조된 것을 확인할 수 있다.

<실시예 6> 당절임 대추토마토의 반건조 제품 제조

설탕용액을 5%, 10%, 15% 비율로 만들어 탈피한 대추토마토를 10분간 당침 한 후 하기 표 6에 나타낸 조건으로 대추토마토를 과열증기 건조 및 열풍건조를 진행하였다.

도 9는 설탕용액으로 당절임한 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량 및 수분활성도를 나타낸 결과이다. 여기에서 보듯이, 최종 건조 후 수분 함량이 매우 낮음을 확인할 수 있었다. 한편, 설탕용액에 당침하여 반건조한 시료는 단맛과 신맛 모두 떨어진다.

<실시예 7> 설탕 코팅 대추토마토의 반건조 제품 제조

탈피한 대추토마토의 표면에 설탕 분말을 무게비로 코팅한 후 과열증기 건조 및 열풍건조를 진행하였다. 도 10은 설탕 분말로 코팅한 대추토마토의 과열증기 건조 및 열풍 건조 후 외관 특성 및 수분 함량 및 수분활성도를 나타낸 결과이다. 여기에서 보듯이, 최종 건조 후 수분 함량이 매우 낮으면서도 단맛과 신맛이 적당한 것으로 나타났다.

Claims

하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토마토의 반건조 방법:
(S1) 토마토를 95 내지 105℃의 히터(heater)에서 150 내지 200℃의 과열증기를 이용하여 10초 내지 80초 동안 토마토에 분사한 다음 토마토의 껍질을 벗기는 단계;
(S2) 상기 (S1)에서 탈피된 토마토를 160 내지 200℃의 히터(heater)에서 230℃ 내지 260℃의 스팀을 이용하여 20 내지 30분 동안 과열증기로 건조시키는 단계; 및
(S3) 상기 (S2)에서 과열증기로 건조된 토마토를 70 내지 95℃로 1 내지 2시간 동안 열풍건조시키는 단계.
제 1 항에 있어서,
상기 (S2) 단계의 건조 전에 토마토를 당절임하거나 토마토 표면을 설탕 분말로 코팅하는 것을 특징으로 하는 토마토의 반건조 방법.
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