냉동은 어떤 물질의 온도를 주변보다 낮추어 그 온도를 유지하거나 물질을 동결시키는 조작이나 과정이다.[3] 대부분의 냉동은 물질의 상변화를 이용하며, 이 과정에서 열이 주변에서 이동해 주변 온도가 낮아질 수 있다.[3] 냉동은 식품 보존에도 쓰이며, 냉동에 걸리는 시간과 온도는 원재료의 품질 변화와 함께 고려된다.[1]
1. 개요
2. 냉동 사이클과 냉매
가장 널리 쓰이는 증기 압축식 냉동 사이클은 압축기, 응축기, 압력강하장치, 증발기로 이루어진다.[3] 냉매는 사이클 안에서 저압과 고압 상태를 거치며, 증발과 응축을 통해 열을 이동시킨다.[3]
액체는 증발할 때 주변에서 증발열을 흡수하므로 주변 온도를 낮춘다.[3] 증기 압축식에서는 냉매를 압축하고 액화하는 과정을 이용하며, 냉장고와 에어컨에 주로 쓰인다.[3]
흡수식 냉동은 기계적 압축기 대신 열원을 이용해 냉매를 열적으로 압축한다.[3] 대형 건물의 냉방이나 온수·증기·직화식 열원을 이용하는 경우가 냉동의 활용 사례로 제시되어 있다.[3]
3. 냉동 방식의 종류
냉동은 작동 원리에 따라 여러 방식으로 나뉜다. 액체의 증발과 응축을 이용하는 방식 외에, 압축기체를 단열적으로 급팽창시킬 때 생기는 저온을 이용하는 기체냉동이 있다.[3]
증기 압축식과 증기분사식은 냉매를 압축·액화해 냉동 효과를 얻는다.[3] 냉매 압력을 만드는 방법을 기준으로는 증기 압축식과 액체 압축식으로 구분하기도 한다.[3]
다공성 물질에 흡착된 가스를 탈착할 때 생기는 저온을 이용하는 방식과 펠티에 효과를 이용하는 전자냉동도 소개된다.[3] 흡수식은 기계적 압축 대신 열원을 이용한다는 점에서 증기 압축식과 작동 원리가 다르다.[3]
4. 얼음결정과 냉동 식품의 품질
일반 대기압에서 육류를 냉동하면 바늘처럼 뾰족한 육각형 얼음결정이 생겨 세포와 조직을 손상시킬 수 있다.[2] 고압 냉동에서는 압력 조건을 조절해 결정의 크기와 형태, 성장 속도를 바꾸고 육질을 보호할 수 있는 얼음결정을 형성하는 방법이 제시되었다.[2]
냉동 농산물의 영양성분은 보관 조건과 함께 살펴볼 수 있다. 블루베리, 딸기, 브로콜리 등 8종의 냉동·신선 농산물을 비교한 조사에서는 대부분의 영양성분 함량에 차이가 없었으며, 냉장 보관한 신선 농산물에서는 일부 비타민과 엽산이 더 많이 감소했다.[1]
해당 조사 자료는 비타민 C가 낮은 온도에서 덜 파괴되며, 영하 18도 이하에서는 손실량이 매우 적다고 기록한다.[1] 이는 냉동 식품의 품질을 볼 때 저장 온도와 냉동 시간을 함께 고려해야 함을 보여주는 사례다.[1]
5. 동결 조건과 얼음결정의 형성
얼음결정은 수소결합으로 연결된 물분자 구조와 관련된다.[4] 물분자들이 정렬해 육각 고리를 이루며, 분자 수준의 육각 모양이 얼음결정의 육각 대칭성으로 나타난다.[4]
동결 시간과 온도, 압력, 산소량에 따라 얼음결정의 형태가 달라질 수 있다.[4] 초고압에서는 온도뿐 아니라 압력 조건을 조절해 얼음의 크기와 모양, 성장 속도를 제어할 수 있으며, 상온에서 물을 압축해 얼음을 형성한 사례도 보고되었다.[2]
급속 동결 과정에서 형성된 얼음결정은 세포 형태를 변형시켜 미세구조 관찰에 영향을 줄 수 있다.[4] 생체조직을 액체질소로 급속 동결하는 과정에서도 공기 중 수분이 응결해 인공적인 얼음결정이 만들어질 수 있다.[4]