KR100438252B1 - 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원료탱크에서 공급되는 원료 전체에 질소가스탱크로 부터 방출되는 질소가스를 직접혼합분산한 후, 이를 질소치환탱크의 윗방향에서 분무노즐을 통하여 상기 질소치환탱크에 유입시키는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법을 제공한다. 또한, 상기 질소치환탱크에서 질소치환이 이루어진 원료를 발랜스 탱크를 지나 살균기로 이송시켜 살균처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소가스 치환공정을 이용하여 우유속의 용존산소량을 낮추어 우유속의 황화합물류의 생성량을 일반우유에 비하여 낮게 함으로서 우유의 맛과 향을 개선하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법에 관한 것이다.
시중에 판매되고 있는 모든 우유제품은 음용되기 위해선 살균이 필수적이며 살균조건에 차이가 있을 뿐이다. 그런데, 상기 살균과정에서 생성되는 황화합물로인해 우유의 맛과 향이 손상된다.
우유를 가열하게 되면 가열취라는 풍미가 생기는데, 이 가열취는 우유팩을 처음 개봉했을 때 느끼게 되는 특유의 냄새로 우유의 풍미를 손상시킨다. 가열취는 훼이단백질에 가장 많이 함유되어 있으며, 전체 우유 단백질 중에서 2~5%를 차지하고 있는 베타 락토그로불린(β-lactoglobulin)이 열변성에 의해 활성화된 SH기로부터 휘발성 물질인 황화합물(sulfide)이 형성되기 때문이다. 이 황화합물로 인해 강한 가열취가 발생하게 되며 이는 GC Mass분석을 통해 확인된다. 우유의 원료인 원유중에는 가스가 6.21%(산소 0.47%, 질소 1.29%, 이산화탄소 4.45%) 함유되어 있는데, 이들 중에서 용존 산소량이 높으면 원유 살균과정에서 비타민이 손실될 뿐만 아니라 산화취가 증가된다.
상기 황화합물의 주요 물질은 디메틸설파이드(dimethyl sulfide) 및 디메틸디설파이드(dimethyl disulfide)이고, 이들 물질들로 인해 가열 살균한 우유제품의 풍미가 현저히 손상되기 때문에 살균할 때 황화합물류의 생성을 억제하는 것이 우유제품의 맛과 향의 향상을 위해 개선되어야 할 과제이다.
상기 황화합물의 생성을 억제하기 위해선 우유속에 함유되어 있는 용존산소를 질소가스로 치환하여 제거하는 방법이 이용되고 있으며, 종래 액체중의 용존산소를 제거하는 방법은 인젝트법, 탑후렉싱 등의 물리적 방법 및 탈산제를 사용하는 화학적 방법이 있고, 액체중 용존산소를 가스치환하는 방법에는 액체 탱크내에 파이프 등으로 직접 치환할 가스를 불러넣어 혼합하여 가스치환을 하는 방법이 있다. 또한, 종래 질소가스와 우유를 믹서에 넣어서 교반하여 산소를 치환하는 가스혼합장치가 사용되고 있다.
최근에 사용되고 있는 용존산소를 질소가스로 치환해서 살균하는 방법에는 우유에 질소가스를 직접혼합분산하는 수단과 질소가스를 혼입하지 않은 우유를 위쪽 노즐에서 질소가스 치환탱크 내에 저류되어 있는 질소가스를 혼합분산한 우유에 분무하는 수단을 병행하여 우유의 용존산소량을 저하시킨후 살균하는 방법이 있다.
도 1에 도시된 도면을 참조하여 종래의 질소가스 치환 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 원료가 원료탱크(1)에서 유출되어 자동유량 제어밸브(2)를 지나 파이프(1a)를 통하여 청정기(3)로 공급된다. 상기 청정기(3)에서 유출된 원료중 94%의 원료는 장치의 하단에 위치한 질소가스탱크(6)에서 자동유량 제어밸브(6)를 지나 파이프(5a)를 통해 공급되는 질소가스가 직접혼합분산된 후, 파이프(4a)를 통하여 질소치환탱크(5)안에 저류된다. 그리고, 전체 원료의 6%의 질소가스가 섞이지 않은 원료는 수동유량 제어밸브(4)를 지나 파이프(2a)를 통하여 장치의 상부로 공급되어 파이프(3a)를 타고 내려와 분무노즐(9)을 통하여 상기 질소치환탱크(5) 에 저류된 질소가스에 의해 혼합분산된 원료로 윗방향에서 유입된다.
그리고, 상기 질소치환탱크(5)에서 질소가스 치환이 이루어진 원료는 상기 질소치환탱크(5)의 하단으로 유출되어 파이프(6a)를 통하여 살균기(8)로 유입되어 최종적으로 살균되어진다. 이와 같은 방법으로 살균된 원유는 살균전 DO 10ppm에서 살균후 DO 2ppm으로 결과가 나타난다.
이때, 상기 질소치환탱크(5)의 내부는 질소가스로 치환된 원료가 저류되어있어 원료표면에는 다수의 크고 작은 버블이 형성되어 있는 상태로 되어 있다. 상기 버블이 형성되어 있으면 살균공정에서 효율적인 살균처리가 힘들어지므로, 상기 분무노즐(9)을 통하여 유입되는 원료가 낙하하여 버블에 충돌하기 때문에 발포된 버블을 강제적으로 파괴하는 역할을 한다.
그러나, 상기와 같은 공정 방법으로는 생성되는 모든 버블이 파괴되는 것에는 한계가 있어 상기 버블로 인하여 살균공정에서 효율적인 살균이 이루어지지 않는 문제점이 있었고, 상기 상부에서 분사되며, 질소가스가 혼합되지 않은 전체의 6%의 원료로 인하여 DO를 1.5ppm 이하로 낮게 하는데 문제점이 있었다.
또한, 원료에 미세기포가 포함되어 있어 이로 인하여 상기 살균공정 이후 즉시 충전을 하지 못하고, 2시간 가량 별도의 탱크에서 정체시키는 공정을 거친후에 충전을 하여야만 내용량 변동이나, 용기 상부부위의 접합이 가능하다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 질소치환공정을 행할 시, 전체 원유에 질소가스를 직접혼합분산하고, 이를 질소치환탱크내의 분무노즐로 윗방향에서 부터 질소치환탱크로 이송하여 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 공정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 공정을 도시한 도면.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원료탱크에서 공급되는 원료 전체에질소가스탱크로 부터 방출되는 질소가스를 직접혼합분산한 후, 이를 질소치환탱크의 윗방향에서 분무노즐을 통하여 상기 질소치환탱크에 유입시키는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 질소치환탱크에서 질소치환이 이루어진 원료를 발랜스 탱크를 지나 살균기로 이송시켜 살균처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법을 제공한다.
또한, 상기 살균기내에서 질소치환되어 살균처리된 원료를 진공펌프를 포함한 진공챔버내로 이송시켜 원료 특유의 향은 손상시키지 않으면서 잔존하는 가열취를 제거하고 미세기포만을 증발시켜 살균처리 즉시 충전하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 원료탱크(11)에서 유출되는 원료 전체가 파이프(11a)를 통하여 이송되다가 질소가스탱크(12)로 부터 방출되는 질소가스가 직접혼합분산된 후, 이를 파이프(12a)에서 질소치환탱크(13)의 윗방향으로 부터 분무노즐(14)을 통하여 상기 질소치환탱크(13)에 유입시킨다.
이와같은 방법을 이용하는 경우에는 질소치환탱크(13)로 유입되는 원료 전체에 질소가스가 혼합되어 치환될 뿐만 아니라 질소치환탱크(13)로 유입된 후에도 버블이 생성되지 않아 다음 공정인 살균작용 또한 원활히 이루어진다. 이때, 상기 분무노즐(14)은 특수제작된 것으로서, 15,000ℓ/h의 속도로 원료를 처리할 수 있고,900ℓ/h의 속도로 버블을 파쇄할 수 있다. 또한, 상기 분무노즐(14)은 3.0~3.5bar의 압력으로 원료를 스프레이하여 원료의 입자를 작고 균일하게 만들어 버블이 생기지 않게 하며, DO를 0.5ppm까지 낮출수 있다.
그리고, 상기 질소치환탱크(13)에서 질소치환이 이루어진 후 유출되는 원료는 파이프(13a)를 통해 발랜스 탱크(14)를 지나 파이프(14a)를 통해 살균기(15)로 유입되어져 살균작용이 이루어진다.
그리고, 상기 살균기(15)내에서 살균공정이 끝난 원료를 파이프(15a)를 통해 진공펌프(17)가 포함된 탈기장치인 진공챔버(18)로 이송시켜 상기 진공챔버(18)내에서 잔존하는 황화합물류를 완전히 제거하고, 원료중의 미세기포를 제거하여 살균처리 즉시 청전이 가능하게 된다.
상기와 같은 방법의 장치를 이용하여 질소가스(N2)의 유량을 각각 다르게 하면서 상수도와 원유의 살균정도를 비교한 결과를 표 1 및 표 2에 나타내면 다음과 같다.
| N2유량(ℓ/m) | 상수도량(ℓ/m) | 살균전 DO(ppm) | 살균후 DO(ppm) | |
| 비교예1 | 5 | 300 | 10.6 | 6.0 |
| 비교예2 | 10 | 300 | 10.6 | 5.4 |
| 비교예3 | 15 | 300 | 10.6 | 4.8 |
| 비교예4 | 20 | 300 | 10.6 | 3.4 |
| 비교예5 | 25 | 300 | 10.6 | 2.4 |
| 비교예6 | 25 | 250 | 8.8 | 2.6 |
| N2유량(ℓ/m) | 원유량(ℓ/m) | 살균전 DO(ppm) | 살균후 DO(ppm) | |
| 실시예1 | 25 | 250 | 10.6 | 1.8 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 질소치환공정을 이용했을때,원유의 DO가 2ppm이하로 낮추어짐을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 질소치환공정을 적용한 우유와 일반 우유를 우유가 갖추여야할 사항을 여러가지 항목별로 비교한 표가 아래와 같다.
| 우유향 | 신선함 | 단맛 | 지방감 | 고소함 | 목넘김 | 뒷맛깔끔 | 종합 | |
| 일반우유 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 질소치환우유 | 0.17 | 0.11 | 0.16 | 0.12 | 0.16 | 0.20 | 0.24 | 0.28 |
상기 표 3에 나타난 바와 같이 일반우유를 기준으로 하였 질소치환우유를 비교하였을때, 질소치환우유는 일반우유보다 뒷맛의 깔끔함, 목넘김에서 특히 우수하였으며, 우유향, 신선함, 단맛, 지방감, 고소함에서도 우수한 결과를 나타내었다. 그로인해 종합적 선호도가 높이 평가되어 질소치환우유의 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 일반우유와 비교하여 본 발명에 의한 질소치환우유에 함유된 디메틸설파이드(dimethyl sulfide)와 디메틸디설파이드(dimethyl disulfide)의 함량을 비교한 결과가 아래의 표와 같다.
| 구분 | 일반우유 | 질소치환우유 |
| Dimethyl sulfide | 510 | 360 |
| Dimethyl disulfide | 36 | 20 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 일반우유에 비해 살균한 우유속에서 가열취를 느끼게 하는 디메틸설파이드와 디메틸디설파이드의 함량이 질소치환우유에서 20~70% 정도 감소되어 질소치환우유을 음용할 경우, 보다 더 신선함을 느끼게 되고, 음용후에도 깨끗한 후미를 느낄 수 있다.
본 발명에 의한 질소치환공정은 원유 전체에 질소가스를 직접혼합분산한 후, 이를 질소치환탱크의 윗방향에서부터 특수한 형태의 분무노즐을 이용하여 유입시킴으로서, 질소치환탱크에 저류되어 있는 원유에 버블이 생성되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 버블의 생성이 최소화됨으로 인해 살균공정도 원활히 이루어져 우유의 살균효과를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 원유중에 함유되어 있는 용존산소 9~10ppm을 질소가스를 투입하여 용존산소 0.5ppm이하로 낮추어 살균함으로서, 우유속의 황화합물류의 생성량을 일반우유에 비하여 20~50% 감소하였고, 이로 인하여 우유 팩을 개봉하였을 때, 우유팩 내부에서 느끼게 되는 가열취와 우유 음용후 느끼게 되는 산화취를 최소화하였으므로 우유 본래의 신선한 맛과 향을 느낄 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공정은 탈기장치를 더 포함하고 있으므로, 상기 탈기장치에서 우유 고유의 향을 유지하면서 원료내의 잔류 가열취와 미세기포를 제거함으로서, 원료의 살균처리 즉시 충전을 할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (3)
- 원료탱크(11)에서 공급되는 원료 전체에 질소가스탱크(12)로 부터 방출되는 질소가스를 직접혼합분산한 후, 이를 질소치환탱크(13)의 윗방향에서 분무노즐(14)을 통하여 상기 질소치환탱크(13)에 유입시키는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 질소치환탱크(13)에서 질소치환이 이루어진 원료를 발랜스 탱크(15)를 지나 살균기(16)로 이송시켜 살균처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 살균기(16)내에서 질소치환되어 살균처리된 원료를 진공펌프(17)를 포함한 진공챔버(18)내로 이송시켜 원료 특유의 향은 손상시키지 않으면서 잔존하는 가열취를 제거하고 미세기포만을 증발시켜 살균처리 즉시 충전하는 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 우유속의 용존산소를 질소가스로 치환하여 살균하는 방법.
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