Numerical Modeling for Freezing Phenomena in Food

식품 동결현상의 수학적 모델

To analyze the freezing phenomena of foodstuffs, the numerical freezing model with 3 steps was established. When water and 2% agar gel were used as samples, Neumann's solution was well matched with experimental results by the numerical model. However, in the case of 20% gelatin gel and pork meat, Weiner's solution was better than Neumann's solution. This numerical freezing model was proved to be good model to describe the freezing phenomena with phase change in the point of versatility and precision.

식품의 동결장치 설계 및 최적조작조건의 설정을 위해 필요한 식품중의 온도분포, 동결시간, 동결계면의 이동속도의 측정을 위하여 기존의 모델과 3단계동결 모델(3단계 수치계산모델)을 식품에 적용한 결과는 대략 다음과 같다. 1. Neumann왜와 체적변화를 고려한 Neumann해는 물의 경우 거의 일치하여 동결에 따른 체적팽창은 큰 영향이 없으며, 중간상을 고려한 Weiner때가 Neumann해보다 빠른 냉각속도를 나타내었다. 2. 체적팽창을 고려한 Neumann해를 물, 2% 한천겔, 20% 젤라틴 겔, 돈육에 적용시킨 결과, 결합수의 영향을 무시할 수 있는 물과 2% 한천겔에 잘 적용되었다. 또한, 잠열분산형 모델인 Weiner 해에는 결합수가 각각 16%, 23%로 그 값이 상대적으로 높은 젤라틴 20%겔과 돈육에 잘 적용되었으며, 돈육의 경우 중간상은 $0^{\circ}C$~-7$^{\circ}C$로 고려 할 때 실측치와 잘 일치하였다. 3. 3단계동결모델을 이용한 수치 해석해를 물과 20% 제라틴겔에 적용시킨 결과, Neumann해가 Weiner해보다 양호한 적용성을 보였다. 4. 이상과 같은 3단계동결모델에 의한 수치해는 수분의 존재상태 및 과냉각현상등의 문제를 포함한 식품의 동결현상을 기술하기에 그 범용성과 정도가 높은 모델임이 판명되어 금후에 상기 연구를 바탕으로 초기온도와 동결매체온도의 변화에 따른 빙결정의 크기 및 동결시간과 최대빙결정생성대 통과시간의 상관관계를 추정할 수 있다면 식품의 동결중 동결장치의 설계 및 최적조작조건의 설정이 가능하리라 사료된다.