Effect of Hypotonic and Hypertonic Solution on Brining Process for Pork Loin Cube: Mass Transfer Kinetics

돼지고기 등심의 염지공정에서 소금농도의 영향: 물질전달 동역학을 중심으로

The impregnation of solid foods into the surrounding hypotonic or hypertonic solution was explored as a method to infuse NaCl in pork loin cube without altering its matrix. Mass transfer kinetics using a diffusive model as the mathematical model for moisture gain/loss and salt gain and the resulting textural properties were studied for the surrounding solutions of NaCl 2.5, 5.0, 10.0 and 15% (w/w). It was possible to access the effects of brine concentration on the direction of the resulting water flow, quantify water and salt transfer, and confirm tenderization effect by salt infusion. For brine concentrations up to 10% it was verified that meat samples gained water, while for processes with 15% concentration, pork loin cubes lost water. The effective diffusion coefficients of salt ranged from 2.43×10^-9 to 3.53×10^-9 m²/s, while for the values of water ranged from 1.22×10^-9 to 1.88×10^-9 m²/s. The diffusive model was able to represent well salt gain rates using a single parameter, i.e. an effective diffusion coefficient of salt through the meat. However, it was not possible to find a characteristic effective diffusion coefficient for water transfer. Within the range of experimental conditions studied, salt-impregnated samples by 5% (w/w) brine were shown with minimum hardness, chewiness and shear force.

연화 및 기능성 강화를 위한 함침기술 개발의 일환으로 돈육을 소금 용액에 함침시키는 공정에서 물과 용질의 이동에 미치는 함침 용액 농도의 영향과 Fickian model을 이용하여 이동 현상을 수식화하였고, 함침 후 시료의 전단력과 물성을 측정하였다. 소금 농도 6%를 기점으로 2.5%와 5%에서는 팽윤에 따른 수분의 이동으로 수화가 일어났으며, 10%에서는 수축이 동반되어 수화가 줄어들다가 결국 15%에서는 수분 이동 방향이 전환된 탈수가 확인되었다. 이러한 사실을 분석한 결과, 물질이동 방향은 11-14% 사이에서 전환되는 것으로 예측되었다. 즉, 5%에서 6시간 함침 후 수분함량은 12.68 g/100 g으로 가장 높았다. 용질의 이동은 함침액 농도와 함침 시간에 따라 증가하였다. 확산에 관한 Fick's의 제 2 법칙의 해석해를 이용하여 물과 용질에 대한 유효확산계수를 산출한 결과, 소금의 유효확산계수는 함침액 농도에 따라 증가하며 그 값은 2.43×10^-9에서 3.53×10^-9 m²/s 이었다. 반면 수분의 유효확산계수는 1.22×10^-9에서 1.88×10^-9 m²/s이었으나 농도에 따른 정확한 상관관계를 예측할 수 없었다. 즉, 확산모델은 용질의 이동에 대하여는 R²이 0.91 이상으로 잘 일치하지만 수분 이동에 관하여는 적합하지 못함을 알 수 있었다. 따라서 농도구배에 의한 구동력에 bulk flow의 원인이 되는 구동력을 포함하는 이론식이나 경험식의 연구가 필요하다고 사료된다. 함침 공정에 의해 대조군에 비하여 모든 농도에서 낮은 경도, 씹힘성 및 전단력 값을 나타내었고, 수분 보유가 가장 큰 5% 용액으로 함침 하였을 경우에 가장 낮은 값을 나타내어 함침 공정에 의한 연화 효과를 확인하였다.