김양식업이 자연의 제반 요인에 좌우된다는 것은 지금이나 옛날이나 변함이 없으나 소위 저온보장망의 출현으로 인하여 김양식업은 일대 전환기를 맞이하게 되었고 냉장망의 대치로써 갯병대책 및 어기의 연장으로 단위면적당 생산량 증대 등이 가능하게 되었을 뿐만 아니라 양식방법에 있어서도 변혁을 일으켜 부유류식 양식법이 성행하게 되었다.
일본에서는 1966년 냉동망에 대한 연구가 아이찌현 수산시럼장에서 실시하게 되었고 1964년부터는 실용화됨으로써 가히 산업화 단계에 이르게 되었으며 우리나라에서도 국립수산진흥원에서 시험 연구로 산업화가 되고 있다.
1. 동결 냉장의 이론
김의 동결에 대한 연구는 최근에 행하여진 것이 아니고 40여년 전 일본 요지다 씨가 김 원조의 저장을 목적으로 연구를 실시하여 김은 동결에 강하다는 것을 확인하게 되었다. 그 후 후지카와 씨는 전년도의 김발을 동결하여 다음 해 채묘시기에 바다에 내는 시험을 하였고 특히 김을 건조상태로 냉장하면 강하다는 것을 30년 전에 실증하였다. 최근 또다시 김의 동결냉장에 대한 시험을 실시하여 김이 동결에 강하다는 것이 확실하게 되었다. 그러므로 생물을 동결할 때 동사하는 조건, 살아남는 조건은 무엇인지, 세포는 동결과 저온이 되면 어떤 변화를 하는지 등 공결냉장하는 경우 이러한 기본이 되는 이론을 알아 둘 필요가 있다. 김의 냉장망이라는 말을 일부에서 쓰기 시작하고 있는데 일반적으로 냉장이란 넓은 범위를 가지고 있는 용어이다. 냉동법의 분류에서는 0℃까지 냉각하는 경우를 냉각냉장법 또는 냉장법이라 하고 영하 20℃까지 냉각시키는 경우를 동결냉장법이라 한다. 그래서 앞으로 김 냉장법이 이용하게 될 가능성이 있으므로 엄밀하게 표현하면 냉장망보다 동결냉장망이라고 하는 편이 정확할 것이다. 저온에서 냉각하는 경우 온도가 시간의 경과에 따라 내려가는 모양을 그린 것을 동결곡선이라고 한다.
해수는 영하 약 2℃에서 얼기 시작하여 영하 6~8℃까지 그대로 온도가 내려가게 되며 이 상태를 과냉각이라고 한다. 이 때 얼기 시작하면 온도는 영하 20℃의 동결점까지 급하강하였다가 온도의 하강이 완만하게 되면 얼음의 결정은 동결점에서 영하 약 10~15℃까지 대부분이 형성하게 되며 이 온도 범위를 최대 빙결정 생성대라고 한다. 김 세포내이 온도는 측정할 수가 없으므로 확실히 알 수 없으나 세포 내에 포함된 해수분은 동결온도도 달라서 일반적인 경향과 같다고 볼 수 없다.
따라서 완전히 동결이 끝난 온도를 공정점이라 하고 생선 식품의 공정점은 영하 60℃ 정도이나 김에 있어서는 더욱 저온일 것으로 생각된다. 이와 같은 저온에서 김세포는 어떠한 동결의 상해를 받는가를 보면 세포가 얼 때를 크게 나누어 2가지 방법으로 구분할 수가 있다. 그 하나는 세포내 동결이고 다른 하나는 세포 외 동결이다. 냉각온도가 낮으면 먼저 얼기 쉬운 물이 세포의 밖에서 얼고 더욱 동결되면 세포내부에도 얼음의 결정이 생기고 세포 내의 동결이 일어나게 되어 세포는 죽게 된다. 이 세포 내에 얼음이 생기는 것을 기계적 장해라고 한다, 일반적으로 수분이 많은 상태에서는 세포 내 동결이 일어나기 쉽고 수분이 적으면 세포 내에 얼음이 생기는 것이 어렵게 되며 김의 동결의 경우는 수분이 문제가 되는 것은 이러한 이유이다.
세포 밖에 여러 가지 성분의 액체가 있으며 이는 자유수와 결합수로 둘로 나누어진다. 자유수란 이것이 없어져도 세포가 원래 상태로 돌아갈 수 있는 수분이고 결합수란 세포질 내의 단백질 등과 결합되어 있는 것으로써 이것이 없으면 세포 자체가 원상태로 복귀할 수 없는 중요한 수분이다. 동결의 초기 단계에는 먼저 자유수가 세포 외에 탈수되어서 얼게 되며 이 수분의 분리를 분리적 상태라고 하여 동결에 강한지 혹은 약한지를 이 상태가 되면 세포에 해가 미치는 정도의 관계를 알 수 있게 된다, 김은 바다에서 생육할 때도 노출되어 세포 내의 수분이 탈수 상태로 된다, 동결에서도 이와 같이 탈수되므로 김이 건조에 강한 성질은 동결에도 강한 것으로 되기 때문에 미리 건조시켜서 수분을 없애면 더욱 강하게 된다. 같은 해조일지라도 미역처럼 항상 해수 중에 잠겨있는 것은 노출에 약한 반면 동결하면 곧 죽게 된다. 동결이 계속되면 세포 내 중요한 결합수까지도 탈수되어 얼음이 되기 때문에 세포는 완전히 동사한다. 이를 교질적 상해라고 한다. 이와 같이 동결에서는 세포 내의 수분이 얼고 그 어는 방법으로 상해 정도가 달라지게 된다.
동결에 있어서도 빨리 동결시키는 급속 동결과 천천히 동결시키는 완만 동결이 있으나 동결 속도의 기준은 대체로 식품의 동결에서는 최대 빙결정 생성대가 영하 1℃에서 영하 5℃까지이고 소요시간이 35분 이상 걸리는 경우는 완만동결이고 35분 이내에 걸리는 것은 급속 동결이다. 그러나 식품의 내부에서는 간단하게 얼지 않으므로 업계에서 말하는 급속 동결식품이란 확실한 것이 못된다고 한다. 김 동결은 이런 불확실한 것으로는 곤란하므로 적어도 0℃에서 영하 20℃까지 소요되는 시간을 계산하는데 일분간 평균 몇 ℃ 내렸는가를 표현하지 않으면 그 성적을 정확하게 비교할 수 없다. 동결에 있어서 냉각하는 속도가 느리면 얼음의 결정은 대단히 크게 되어 0.3mm 정도가 괴므로 조직이 파괴되기 때문에 식품 동결의 견지에서 볼 때 공결 속도는 가급적 빠른 것이 좋다고 한다. 그러나 급속 동결로써는 얼음의 결정이 0.01mm 정도로 작게 되어 세포 내 동결현상이 일어나기 쉬우므로 세포를 살리기 위하여는 오히려 동결 속도가 어느 정도 느린 편이 좋다고 한다. 김 엽체를 여러 가지 속도로 동결시킬 때 세포의 생존율은 1분 간에 50℃나 100℃에서, 0℃나 영하 20℃까지 내리는 속도가 24.12초의 속도에 해당하므로 빠른 급속동결에는 생존률이 낮아진다.