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Freezing point depression

동결
- 수분 동결 : 빙점 강하
- 생체 부동액 :  얼음물고기




 

몰랄농도에 비례 : 분자량이 적어야 효과적

 

식품의 빙점

 

 


아이스크림의 물성을 이해하기 위해서 가장 먼저 알아야 할 것은 동결곡선이다. 순수한 물이라면 0도에서 얼겠지만 아이스크림은 여러 물질이 물에 녹아 있으므로 보통 –2.5도 전후에서 얼기 시작한다. 이것을 빙점강하라고 하는데, 알코올이 많이 녹아 있는 술이 잘 얼지 않고, 바닷물이 호수의 물보다 잘 얼지 않는 이유를 설명한다. 이러한 현상을“빙점강하((어는점 내림)”라 하는데 물에 녹은 물질의 종류에 무관하게 물질의 분자의 숫자에 비례한다. 따라서 같은 양을 넣어도 분자가 작은 것이 분자의 숫자가 많아 많은 정도의 빙점강하가 일어난다. 이러한 성질을 이용하면 알려진 질량의 물질을 용매에 녹여 빙점강하를 측정함으로써 분자량을 측정할 수 있다. 같은 양이면 설탕보다는 포도당이 포도당보다는 알코올이 알코올보다는 소금이 효과적이다.
북극은 꽁꽁 얼어붙는 날씨는 한번 시작됐다 하면 몇 달 동안 계속되는 것이 기본이다. 그런 알래스카 내륙에 송장개구리가 산다고 하는데 이 조그만 개구리는 추위를 견디는 능력이 동물 중에서도 단연 으뜸이라고 한다. 과학자 들이 관찰한 결과 얼어붙은 땅 속에서 7개월간 생존한 것을 확인했는데 땅 속의 온도는 때로 영하 18°C까지 곤두박질 쳤다. 그래서 개구리의 생존 비결을 사후 실험한 결과, 개구리의 생존율을 높인 일등공신은 세포 속에 서서히 축적된 포도당인 것으로 밝혀졌다. 10월 한 달 동안 개구리는 열 번 이상의 「냉동(밤)-해동(낮) 사이클」을 반복했는데, 한 번의 사이클이 진행될 때마다 포도당 농도는 여러 배로 증가하여, 사이클을 거치지 않는 개구리보다 최대 다섯 배 높은 농도에 도달했다. 이 같은 포도당 농도는 송장개구리에게 극강의 월동능력을 부여했다. 사람도 당뇨도 빙하기를 거치면서 만들어진 유전적 특성이라는 주장도 있다.
중요한 것은 동결이 시작되는 온도보다 동결되는 온도의 변화이다. 순수한 물은 0도에서 일부만 얼지 않고 전부다 어는데 아이스크림 같이 물에 녹아 있는 성분이 많은 것은 얼리면 전체가 얼지 않는다. 만약에 설탕이 20%인 용액 100g을 절반정도 얼렸다면 물 40%와 설탕 10%가 얼음으로 변하고 물 40%와 설탕 10%은 아직 얼지 않는 것이 아니라, 순수한 물 50%가 얼고, 나머지 50%는 물 30%와 설탕 20%가 되어 얼지 않는 부분은 40%(20/50) 설탕물이 되는 것이다. 그리고 70% 얼렸다면 얼음 70g에 용액 30g가 되는데 용액에는 얼지 않는 물 10g에 설탕 20g이 녹은 67% 설탕물이 된다. 그리고 설탕의 비중이 높아지는 만큼 동결되는 온도는 낮아진다.
이런 원리로 인해 아이스크림은 –6도로 냉각시켜도 수분의 50%정도만 동결되어 소프트아이스크림의 상태가 되고, -10도로 동결시켜도 70% 정도만 동결되어 아주 먹기 좋은 상태가 된다. 그리고 –18도가 되어도 80% 정도만 동결되어 탄성이 있다. 아이스크림을 –180도 액체질소에 얼리면 대부분의 수분이 동결되어 아이스크림은 탄력을 잃고 만약에 바닥에 떨어뜨리면 유리 깨어지듯 산산이 부서진다.    

 

포도당, 빙점강하, 당뇨

북극은 꽁꽁 얼어붙는 날씨는 한번 시작됐다 하면 몇 달 동안 계속되는 것이 기본이다. 그런 알래스카 내륙에 송장개구리가 산다고 하는데 이 조그만 개구리는 추위를 견디는 능력이 동물 중에서도 단연 으뜸이다고 한다. 과학자 들이 관찰한 결과 얼어붙은 땅 속에서 7개월간 생존한 것을 확인했는데 땅 속의 온도는 때로 영하 18°C까지 곤두박질 쳤다. 그래서 개구리의 생존 비결을 사후 실험한 결과, 개구리의 생존율을 높인 일등공신은 세포 속에 서서히 축적된 포도당인 것으로 밝혀졌다. 10월 한 달 동안 개구리는 열 번 이상의 「냉동(밤)-해동(낮) 사이클」을 반복했는데, 한 번의 사이클이 진행될 때마다 포도당 농도는 여러 배로 증가하여, 사이클을 거치지 않는 개구리보다 최대 다섯 배 높은 농도에 도달했다. 이 같은 포도당 농도는 송장개구리에게 극강의 월동능력을 부여했다.
이번에 관찰된 "영하 18°C - 7개월"은 척추동물 최고기록이다. 시베리아 도롱뇽의 경우 영하 30°C의 온도에서 이보다 짧은 기간 동안 생존한 기록을 갖고 있지만, 생존율은 송장개구리에 미치지 못했었다.
 
 
 
 


페이스북       방명록      수정 2021-09-13 / 등록 2010-09-04 / 조회 : 11585 (611)



우리의 건강을 해치는 불량지식이 없는 아름다운 세상을 꿈꾸며 ...  2009.12  최낙언