Hysteresis(히스테리시스)(1면)

 

• 정의
  동일한 외부 변수(예: 상대습도, 온도, 응력 등) 변화 과정에서 가역 경로가 일치하지 않아 흡착(혹은 부하) 단계와 탈착(혹은 이완) 단계의 평형점이 서로 다른 현상. 수분흡습 등온선에서 가장 대표적으로 관찰됨.

 

• 발생 메커니즘
  ① 모세관 응축‧건조 지연: 식품 공극 내 작은 모세관에서 액상→기상 전환이 흡착 시보다 탈착 시 더 높은 에너지 장벽 요구
  ② 구조 변화: 탈수 과정 중 세포벽 수축·단백질 변성 등으로 공극 직경 감소 → 재흡습 시 동일 상태 복귀 지연
  ③ 기하학적 비가역성: 전단·열 처리로 비결정 영역이 영구 변형돼 물 결합 부위 재배열

 

• 유형
  ─ Sorption Isotherm 기준: Type B(완만 곡선), Type D(클러스터형) 등
  ─ 매질 특성 기준: 다공성 곡물류·분유 ― 강한 hysteresis / 고점도 솔루션 ― 약함

 

• 식품 사례
  • 분유·커피분말: 고습 환경 노출 → 수분 재흡착 시 caking·유동성 저하
  • 빵·스낵류: 반복 건조-가습 공정에서 조직 경화(低 RH) ↔ 팽화율 감소(高 RH)
  • 냉동육: 해동·재냉동 cycle → 결정 성장 차이로 drip loss 증가

 

• 품질·안전 영향
  • 저장성: 등온선 상 동일 aw에서도 탈착 상태가 더 낮은 수분량 → 곰팡이 증식 지연
  • 물리성: 기계적 강도·파손(스낵), 점착성(분말) 예측에 필수
  • 공정 최적화: 동결건조·스프레이건조 종료 수분 설정, 포장재 수분투과도(MVTR) 산정 근거

 

• 제어·활용 방안
  ★ 건조 공정 ― 최종 aw 목표를 탈착 곡선 기준 설정
  ★ 조건화(Tempering) ― 포장 전 후숙(15-30 °C, 60-70 % RH)으로 공극 재팽창
  ★ 결정화 억제 ― 유리화 온도(Tg) 이상 저장·α-물질 첨가로 구조 고정
  ★ 모델링 ― GAB-Morrison 식에 hysteresis 보정항 추가 → shelf-life 예측 정밀도 ↑

 

• 요약
  히스테리시스는 “과거 수분 이력”이 현재 평형수분과 기능적 특성을 결정하는 비가역 현상*으로, 식품의 저장 안정성, 조직감, 공정 설계에 직결된다. 따라서 곡선 양상을 파악하고, 탈착 경로 기반의 수분관리 전략을 수립하는 것이 고품질·안전 식품 생산의 핵심이다.