KR0132379B1 - 입자를 표면냉동 또는 통기 냉동시키는 방법 및 이를 위한 침지형 냉동기 - Google Patents
입자를 표면냉동 또는 통기 냉동시키는 방법 및 이를 위한 침지형 냉동기Info
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Abstract
본 발명은 액체 한제 배쓰를 통해 입자를 이송시키는 동시에, 상기 액체에 가라앉지 않은 입자 또는 입자의 일부를 액체 한제 분무에 노출시킴으로써 입자를 급속 표면 냉동시키거나 전체를 냉동시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
Description
[발명의 명칭]
입자를 표면냉동 또는 통기 냉동시키는 방법 및 이를 위한 침지형 냉동기
[도면의 간단한 설명]
제1도은 일부가 생략된 제2도의 선 1-1을 따라 취한 장치의 단면도이다.
제2는 본 발명에 의한 장치의 상면도이다.
제3도은 제1도의 선 3-3에 의한 본 발명의 냉동기에 대한 분무 장치의 일부를 나타낸 도면이다.
제4도는 본 발명에 따라 가공된 고온의 닭고기 제품에 대한 침지 시간 대 생산량 증가율의 그래프이다.
제5도는 본 발명에 따라 가공된 미가공 닭고기 제품에 대한 침지 시간 대 생산량 증가율의 그래프이다.
제6도은 본 발명에 따라 가공된 고온의 소 허리 상부 살의 패티에 대한 침지 시간 대 생산량 증가율의 그래프이다.
제7도은 본 발명에 따라 가공된 중량된 고온의 소고기 패티에 대한 침지 시간대 생산량 증가율의 그래프이다.
제8도은 본 발명에 따라 가공된 고온의 소고기 피자 토핑에 대한 침지 시간대 생산량 증가율의 그래프이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 액체 침지 냉동 장치에 관한 것이다.
미국 특허 제4,955,209호에 도시되고 기재된 바와 같은 액체 침지 냉동 장치는 식품 또는 기타 입자 제품을 극저온 액체, 예컨대 액체 질소욕(窒素浴) 중에서 직접 침지시켜 급속 냉동시킴으로써 식품 또는 입자 제품을 비롯한 여러 가지 다양한 종류의 식품 및 비식품 제품을 급속 냉동하는 데 사용되어 왔다. 극저온 액체와의 접촉 이외에도, 상기 입자는 상기 질소욕 상부에서 기화된 극저온 액체와 접촉된다.
그러나, 이와 같은 종래 기술의 침지형 냉동기를 사용할 때 겪게 되는 단점 중의 하나는, 입자들이 냉동 장치의 한쪽 단에서 반대쪽 단으로 진행됨에 따라 크기가 작거나 또는 밀도가 낮은 입자가 액체 한제욕(寒劑浴)내에서 부유되는 경향이 있다는 것이다. 그러므로, 액체 한제와 직접 닿는 식품 또는 입자 부분은 급속 냉동될 수 있지만, 액체 한제와 직접 닿지 못하는 입자의 다른 부분은 희망하는 온도 또는 희망하는 정도의 냉동을 얻을 수 없게 된다.
초기에 급속 동결을 제공하기 위하여, 침지형 냉동기를 종래의 기계식(비저온) 냉동기와 조합하여 사용하는 것이 제안되어 있는데, 통기(通氣) 냉동(through freezing)은 상기 침지형 냉동기와 병용되는 별도의 냉동기에서 일어난다.
종래의 침지형 냉동기의 문제점을 회피하기 위해서, 입자가 냉동기를 통해 진행할 때, 한제욕에 사용된 것과 동일한 극저온 액체 한제를 입자상에 분무함으로써 극저온 액체와 직접 닿지 않는 입자 부분이 별도의 극저온 액체와 닿아 입자의 전체 표면을 균일하게 냉동시킬 수 있다는 것이 발견되기에 이르렀다. 적절한 작업 조건하에서, 본 발명의 방법 및 장치에 따라 입자는 완전 냉동된다.
제1도 및 제2도에는 본 발명에 의한 침지 내동기를 도면 부호 10으로 나타나 있다.
냉동기(10)에는 입구단(12) 및 출구단(14)이 구비되어 있으며, 이는 입구단 및 출구단에는 배기구(20,22)와 연통된 배기 수집기 장치(16,18)가 있으며, 상기 배기구(20,22)는 가공부로부터 기화된 한제를 빼내는 데 이용된다.
한제가 액체 질소일 경우, 냉동기를 사용중에 있는 실내의 공기로부터 산소를 제거시키는 산소 차단제로서 질소가 작용한다는 사실은 잘 알려져 있으므로, 기화되는 한제가 가공실에 대기중에 도입되지 못하도록 하는 일이 중요하다. 당분야의 기술에서 공지되어 있는 바와 같이, 상기 냉동기(10)는 테이블형 구조물(24) 위에 지지될 수 있다. 뒤에서 더욱 상세하게 설명되어 있는 바와 같이, 냉동기(10)에는 냉동기 내로 통상 비점이 -300°F(-184℃) 이하인 극저온 액체(예컨대, 액체 질소)의 분무를 도입하는 수단이 포함되어 있는데, 이 수단은 액체 질소 공급원(도시하지 않음)에 접속된 액체 질소 운반도관(28)을 둘러싸고 있는 단열 도관(26)을 포함한다. 액체 질소 도관(28)은 자동 조절 밸브(도시하지 않음) 및 수동 조절 밸브(도시하지 않음)를 포함하며, 상기 조절밸브는 매니포올드(33,34)에 접속되고, 교호적으로 분무 아암(35)에 접속되어 있는 분기 도관(31,32)을 포함하는 분무 헤더 장치(30)에 연결된 회전 축(27)과 휠(29)로 작동되며, 상기 각 분무 아암(35)에는 2개의 분무 노즐 또는 헤드(36,37)가 구비되어 있어서 극저온 액체를 냉동기(10)에 도입한다.
제1도을 살펴보면, 냉동기(10)에는 과량의 한제 손실이 방지되도록 단열시킨 금속 구조물인 하우징(40)이 통상 구비된다. 이 하우징(40)내에는 욕조(43) 형태로 유지되는 팬형 구조물(42)이 있어서 액체 한제 공급물을 소정 수준으로 공급하여 유지한다. 무단 컨베이어(44)가 상기 하우징(40) 내에 배치되는데, 그 주요 부분은 한제욕을 경유하여 냉동기(10)의 입구단(12)에서 출구단(14)으로 입자를 보내는 역할을 한다. 상기 입자는 당분야에 공지된 바와 같은 보조 컨베이어 또는 보조 선반(도시하지 않음)에 의해 컨베이어(44) 위에 놓이게 된다. 이 컨베이어(44)의 양단에 피치를 가하면, 상기 하우징(40) 내부의 기화된 한제에 의해 입자가 예비 냉각 및 후냉각된다. 냉동기(10)에는 기화된 한제를 보유하고, 이를 입구단과 출구단으로 안내하는 상부 구조물(46)이 마련되어 있다. 한제는 상기 압구단 및 출구단에서 수집 장치(16,18)에 의해 냉동기(10)로부터 제거된다. 도관(28)은 분기 도관(31,32), 헤더 또는 매니포울드(33,34), 분무 아암(35)을 경유하여 극저온 액체 한제(예컨대, 액체 질소)를 상기 한제욕과 컨베이어(44)의 상부에 배치된 분무 헤드(36,37)로 송출한다. 상기 분무 헤드(36,37)를 통해 도입된 극저온 액체는, ① 액체 표면 위에 있는 냉동시킬 입자의 입부와 접촉시키고자 하는 것이 주목적이고, ② 상기 팬(42)에 들어 있는 욕조내의 극저온 액체의 양을 유지시키고자 하는 2가지 목적의 역할이 있다.
상기 냉동기(10)에 도입되는 식품 입자를 우선 입구단(12) 방향으로 이동하는 기화된 한제에 노출시키고, 이어서 침지 및 분무의 양에 의해 극저온 액체에 노출시키며, 입자가 배출될 때, 상기 냉동기(10)를 냉동기(10)의 출구단(14) 쪽으로 이동하는 기화된 한제에 노출시킴으로써 상기 식품이 불필요하게 가온되는 것이 방지된다.
그러므로, 본 발명의 냉동기(10)에는 냉동시킬 입자를 예냉(豫冷) 및 후냉(後冷)시키는 병류 기체 흐름 및 역류 기체 흐름이 모두 있다. 또한, 기화되는 한제는 냉동기(10)의 전냉동능(全冷凍能)을 유지하며, 냉동기(10)의 내부에서 기화함에 따라 도관(28)을 통해 도입된 과량의 극저온 액체에 의해 강화 증량된다.
미국 전역에 걸친 많은 식품 가공 공장에서는 통상의 기계적 냉동기를 사용하여 식품을 냉동시켜 소비자에게 시판하고 있다. 이를 사용할 때 발생하는 문제점 중의 하나는 동결 과정이 느리게 진행되기 때문에 식품이 과도하게 탈수된다는 점이다. 이러한 식품의 탈수는 가공업자에게는 막대한 중량 손실을 야기할 뿐만 아니라, 궁극적으로 식품의 품질 저하를 초래하게 된다.
생산량의 증대를 시도함에 있어서, 침지형 냉동기를 기계적 냉동기와 조합하여 사용함으로써 식품의 급속 냉동 또는 제품의 캡슐화를 제공하여 생산량 손실을 감소시켜 왔다. 본 발명의 방법과 장치가 출현되기 이전까지는, 식품 입자가 한제의 표면에 부유하는 경향이 있기 때문에, 이러한 방식은 상기 탈수 문제를 완전히 해결하지 못하여 성공적인 것이 못되었다.
본 발명에 의한 냉동기를 이용하여 종래의 기계적 냉동 장치가 사용되는 부위별 닭고기 냉동 공장내에서 몇 가지 실험을 실행하였다. 동일한 입자를 시험한 결과, 기계적 냉동기만을 사용한 경우, 상기 기계적 냉동기의 입구단에서 출구단까지의 평균 생산량 손실률이 2.36%이었다. 이에 비해, 본 발명의 냉동기를 사용하여 입자를 예냉 또는 표면 냉동(Crust Freezing)시킬 경우, 생산량 손실률은 평균 1.27%까지 크게 감소하였다.
닭고기 패티(Chicken Patty)를 오븐에서 꺼낼 때 이와 비슷한 일련의 시험을 실시하였다. 기계적 냉동기를 사용하여 상기 패티를 냉동시킬 경우, 평균 식품 중량 손실률은 4.9%이었다. 본 발명의 장치를 동일한 기계적 냉동기와 함께 사용할 경우, 평균 식품 중량 손실률은 2.2%까지 감소하였다.
제4도에서 보는 바와 같이, 기계적 냉동기로 냉동시킨 고온의 닭고기 제품의 기준 손실률은 6%이었지만, 평균 생산량은 본 발명에 의한 냉동기로 식품을 예냉시킬 경우, 침지 시간의 증가에 따라 4%보다 약간 더 증가하였다.
제5도는 미가공 닭고기 필렛(chicken filets)에 대한 생산량 증가율 그래프로서, 기준 손실률은 2.4%이고, 생산량 증가율은 대략 2%로 증가했음을 나타낸다.
제6도은 고온의 소 허리 상부 고기실의 패티에 대한 그래프로서, 기준 손실률은 4%이며, 생산량 증가율은 약 3%임을 나타낸다.
제7도에 나타낸 바와 같이, 고온에서 증량된 소고기 패티에 대한 그래프로서 생산량 증가율을 약 1.5%, 기준 손실률을 2%로 나타나 있다.
제8도에 나타낸 바와 같이, 기준 손실률이 3.8중량%인 고온 소고기 피자 토핑(pizza topping)은 본 발명의 장치를 기계적 냉동 장치와 조합하여 사용했을 경우, 2%이상의 생산량 증가율을 보였다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 깊이가 얕은 침지욕과 상단 분무기가 구비된 침지 장치는 식품 전체 표면을 적절하게 냉동시키거나 또는 표면 냉동시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 이는 3개의 상이한 열전달 영역에 의해 실행된다. 침지 팬을 따라 기류가 팬의 입구단에서 출구단으로 흐를 때, 기류 공기 역학에 의해 상기 영역들이 형성된다. 3개의 상이한 영역이란 ① 냉동기(10)의 입구단(12)에서의 역류 기체 대류 교환 영역, ② 냉동기(10)의 중앙 부분에서의 침지/충격 분무 영역 및 ③ 냉동기(10)의 출구단(14)에서의 병류 또는 평행류 기체 대류 교환 영역이다. 가장 중요한 영역은 침지/충격 영역인데, 이는 식품이 침지되면 바닥 면에 우수한 열전달을 제공하는 한편, 충격 분무 노즐이 액체 한제욕을 통해 이동되는 입자의 상부면에 열전달을 제공하기 때문이다. 이 경우, 한제욕의 깊이를 최소 깊이로 유지할 수 있다. (이 깊이는 식품이 벨트(44) 상에서 냉동기(10)로 도입되기 때문에 식품의 높이보다 높을 필요는 없다.) 본 발명의 방법 및 장치에 의하면, 식품을 균일하고 신속히 표면 냉동시킬 수 있다. 냉동기를 적절히 조절하면, 입자는 본 발명에 의한 장치에 의해 통기 냉동시킬 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 열 전달 계수가 높기 때문에 극히 짧은 거리와 시간에 걸쳐서 냉동시킬 제품의 주위 전체의 신속히 열을 전달하는 것이 가능하다.
기류는 배기구(20,22)에 접속된 가변 배기 팬(도시하지 않음)의 열전기쌍 피드백을 통해 조절할 수 있는데, 상기 배기구는 냉동기(10)의 외측으로부터 냉동기 하우징 내로의 실내 공기의 유입을 최소화하고, 냉동기에 도입 또는 침투되는 공기를 냉각시켜야 할 필요성이 없이 효율을 극대화한다. 제1도에 나타낸 바와 같이 기화되는 한제는 냉동기(10)의 내부의 배기 수집기(16,18)에 의하여 수집한다. 이 수집기를 사용하면, 최소한의 혼입된 실내 공기와 함께 기타 냉동 공정에 사용할 수 있는 극저온의 기화된 한제를 수집할 수 있다.
이상에서 본 발명을 설명하였지만, 본 설명에서 보호받고자 하는 사항은 첨부된 특허 청구의 범위에서 기재되어 있다.
Claims (11)
- 입자를 완전 표면 냉동(Crust Freezing) 또는 통기 냉동(Thrugh Freezing)시키는 방법에 있어서, 비점이 통상 -300°F(-184℃) 이하인 액체 한제욕의 입구단내에 상기 입자를 도입시키는 단계; 상기 한제욕을 통하여 상기 입자를 그 한제욕의 출구단으로 이동시키는 단계; 상기 입자가 한제욕을 통하여 이동할 때, 상기 한제욕 및 상기 입자의 양자를 동시에 액체 한제 분무에 접촉시키는 단계, 상기 액체 한제 분무를 상기 한제욕 표면 위에서 상기 입자 부분과 접촉시키고, 상기 한제욕 내의 액체 한제의 양은 유지시키는 것을 계속하여 냉동품의 제품 수득율을 개선시키는 단계를 포함하는 것이 특징인 냉동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입자가 식료품의 부분인 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 액체 한제가 액체 질소인 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입자의 이동은 상기 한제욕의 한 부분을 통하여 이동하는 연속 컨베이어에 의해 수행되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 입자를 상기 한제욕에서 꺼내고, 별도의 냉동기에 도입하여 상기 입자를 통기 냉동시키는 방법.
- 냉동시킬 입자를 단열 하우징(40) 내부의 극저온 액체욕을 통하여 그 하우징의 입구단(12)에서 출구단(14)으로 이송시키는 수단(44)에 의하여 상기 입자를 상기 극저온 액체욕에 도입시키는 형식의 침지형 냉동기(10)에 있어서, 극저온 액체욕(43)을 통하여 입자가 통과하는 동안에 상기 극저온 액체를 상기 액체욕의 상부 및 상기 입자에 분무하기 위하여, 상기 액제욕 상부의 하우징(40)내에 배치한 분무 수단; 상기 하우징의 입구단(12)에서 상기 입자에 대하여 이동되는 극저온 액체를 기화시켜 상기 입자를 예냉시키는 수단; 상기 하우징의 출구단(14)에서 상기 입자와 병류로 대부분의 극저온 액체를 기화시켜 상기 입자를 후냉시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 침지형 냉동기(10).
- 제6항에 있어서, 상기 분무 수단은 극저온 액체의 공급원에 접속된 매니포울드(33,34)에 의해 공급되는 각각 복수의 분무 노즐(36,37)인 것인 침지형 냉동기.
- 제6항에 있어서, 상기 극저온 액체 분무 수단은 상기 하우징(40) 내에 배치되어 액체 한제를 상기 입구단(12)과 상기 출구단(14) 사이의 상기 액체욕(43)에 도입시키는 침지형 냉동기.
- 제6항에 있어서, 상기 입자 이송 수단은 컨베이어 벨트(44)이고, 그의 일부가 상기 극저온 액체욕(43) 내에 배치되어 있는 것인 침지형 냉동기.
- 제6항에 있어서, 상기 극저온 액체는 액체 질소인 것인 침지형 냉동기.
- 제6항에 있어서, 상기 냉동기 내부에서 혼입되는 주위 대기를 최소한으로 하여 기화된 한제를 회수하는 수단을 구비한 것인 침지형 냉동기.
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