KR100788410B1 - 식품류 냉동을 위한 초저온 냉매액 - Google Patents

Abstract

본원은 식품류 냉동을 위한 초저온 냉매액 (Ultra Low Temperature Coolant)에 관한 것으로 에칠알콜과 프로필렌글리콜의 희석액으로 이루어진 냉매에 관한 것이다.

본 발명의 냉매는 포장된 식품을 초저온으로 신선도를 유지하면서 안전하게 장기보관할 수 있도록 함으로 유통상의 에너지 절감효과를 극대화하는 것이다.

본 발명의 냉매는 인체에 무해한 냉매액 만으로 제공되어 포장된 식품을 냉매액에 일정시간 沈漬(침지)시켜 보관하고자 하는 제품을 짧은 시간 내에 제품 내의 수분이 세포 내에서 가장 작은 결정상태로 동결시킴으로서 동결식품의 해동시에 신선한 식감을 그대로 유지하도록 하며 세균의 번식을 억제할 수 있는 효과를 확인하고 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서 본원에서는 냉동보관하기를 원하는 식품류를 냉각액에 침지시켜 동결보관하기 위한 냉각액 조성물에 있어서, 에틸 알코올과 프로필렌글리콜이 9~6 : 1~4 부피비율로 제공되는 냉각액 조성물을 제공하고, 더욱 바람직하게는 에틸알코올과 프로필렌글리콜이 8 : 2 의 부피비율로 제공되는 냉각액 조성물이 제공된다.

에틸알코올, 프로필렌글리콜, 식품냉동냉매,

Description

식품류 냉동을 위한 초저온 냉매액{Ultra Low Temperature Coolant}

도 1은 식품류의 간접냉각 방식 처리 계통도

도 2는 냉매액의 온도변화 추이와 냉동제품의 품온을 측정하여 결과치를 나타낸 그래프

도 3a는 직접냉각 방식에 의해 냉각된 제품의 세포 조직 내 결빙상태를 나타낸 단면도

도 3b는 간접냉각 방식에 의해 냉각된 제품의 세포 조직 내 결빙상테를 나타낸 단면도

******* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *******

10 : 냉동기 20 : 냉매교환기

30 : 급속냉매장치

본원은 식품류 냉동을 위한 초저온 냉매액 (Ultra Low Temperature Coolant)에 관한 것으로 에칠알콜과 프로필렌글리콜의 희석액으로 이루어진 냉매에 관한 것 이다.

일반적으로, 기후가 따뜻한 지역에서 비교적 장기간 일반 상온에서 저장할 수 있는 것은 곡류, 콩류, 감자와 같은 구근류 등의 한정된 식물성 음식물이었으며, 고단백질, 지방원 등을 공급하는 동물성 식품은 맛과 품질을 손상시키지 않고는 장기간의 저장과 유통이 불가능 하였는 바, 이는 외부로부터 오염된 미생물의 번식으로 인해 변질하며 결국에는 부패 상태에 이르기 때문이다.

종래로부터 통조림, 병저장, 건조와 같은 저장방법이 없었던 것은 아니나, 이는 맛과 품질이 천연의 것보다 뒤떨어지기 때문에 식생활을 크게 변화시키지 못하였고, 그에 따라 최근의 냉각, 동결 등을 비롯한 인위적 조작에 의한 저온기술의 발달은 식생활을 크게 변화 시키고 있다.

이러한 저온 기술의 발달은 동물성 식품의 동결저장 및 냉장유통은 물론 품질 유지시간이 짧은 야채류, 과일류 등 식물성 식품의 냉각에 의한 저장 및 유통기간이 대폭 연장되었으며, 또한 저온보존이 가능한 각종 가공식품이 식생활을 윤택하게 만들고 있는 것은 냉장기술의 발전 덕분이라 아니할 수 없다.

한편, 대부분 식품의 화학성분은 수분, 회분, 탄수화물, 지방, 단백질, 비타민 등으로 구성되어 있고, 식품은 수분을 60 ~ 80% 까지 함유하고 있어 이 수분이 식품의 품질변화와 밀접한 관계를 유지하고 있다.

식품이 함유하는 수분은 결합수(結合水)와 자유수(自由水)로 되어 있고, 이중 대표적인 것으로서 곡류, 콩류 등은 결합수가 대부분이며 자유수는 그 함유율이 적으나 이 자유수는 식품의 내부에서 자유로이 유동하는 물이기 때문에 미생물의 번식과 밀접한 관계가 있고, 일반적으로 날것이 변질하기 쉬운 것은 바로 자유수 때문이다.

식품의 냉각, 동결, 저장과 같은 저온 조작은 식품에 포함된 수분의 존재 상태에 따라 변화하게 되는바, 식품의 동결 목적을 간단히 말한다면 식품을 0℃ 이하(결빙점 이하)의 온도를 유지하도록 하여 식품 중의 자유수를 동결시킴으로써, 식품의 산소에 의한 변질, 미생물이나 곰팡이에 의한 변질을 방지하고자 하는 것이다.

이때 동결되는 것은 주로 동물성 식품이며 그 보존 기간은 대체적으로 온도관리에 의해서 좌우된다.

오늘날 우리의 식단에 오르고 있는 냉동식품류는 크게 2 종류로 나누어볼 수 있는데 포장냉동식품과 직접냉동식품으로 구분할 수 있으며 포장냉동식품의 경우 축산물의 포장육, 가공육, 수입육 등이 있고, 직접냉동 축산물으로는 주로 도살장에서 도살 후 곧 바로 냉동보관에 들어가는 냉동육, 구분이 되지 않은 수입육 등이 있다.

수산물의 경우 주로 직접 냉동식을 사용하고 있는데 건조하지 않은 원양수산물은 선상에서 직접 염장 냉동하여 보관하게 되고, 포장 수산물의 경우는 주로 건조수산물을 포장하여 냉동 유통시키게 되나 수산물을 냉동처리하여 판매하는 경우 저가로 취급되고 소비자에게도 각광을 받지 못하고 있는 실정이다.

따라서 근해에서 잡히는 신선한 수산물은 고비용의 활어 운반차로 유통되어 소비지의 식탁에 오르게 되거나 얼음을 채워 신선하게 유통하는 방식을 채택하고 있으므로 많은 비용이 발생되어 소비원가가 높아지는 문제점을 갖는다.

농산물의 경우는 냉동시설 이용이 부담이되어 냉동제품을 만드는 사례가 거의 없고 대부분의 가정에서는 오랫동안 보관을 위하여 1차 손질하여 다듬은 농산물들을 냉동고에 보관하여 두기도 한다.

일반적으로 냉동고의 온도는 -40˚C에서 -45˚C를 유지하게 되는데 이런 냉동고의 온도를 유지하기 위하여 초기 냉동고의 시설에서부터 많은 비용이 발생하게 되는데 이러한 보관은 제품의 신선도 유지라는 관점보다는 장기 보관의 목적에만 주력하게 되므로 제품이 건조되거나 온도 편차에 따른 변질로 인하여 식감을 기대할 수 없게 된다.

냉동제품의 선도유지는 얼마나 낮은 온도로 급속히 냉동을 하느냐에 관건이 되는바, 직접냉각 방식의 경우 포장 후 Hardening Tunnel을 통하여 -40˚C의 냉동고로 서서히 이송되면서 냉동이 되므로 빙점에 이르기까지 제품 내의 수분이 조직을 팽창하여 주는 결과가 되어 해동 시에 식감을 떨어뜨리게 되는 요인이 된다.

이런 현상 등으로 소비자들은 냉동식품에 대한 좋은 이미지를 가질 수 없게되고 또한 살균을 하지 않은 제품의 경우 해동시간이 길면 길수록 수분으로 인한 세균번식의 속도를 가중시키게 되어 냉동식품의 오염발생 위험이 고조되고 있다.

따라서 소비자들의 기호에 맞는 많은 냉동식품들을 소비자가 선호하도록 냉동하는 기술이 많은 연구를 통하여 다양하게 개발되고 있는바, 예를들어 급속 냉동에 사용되고 있는 질소가스분사식 냉동방식(경직냉동)이나, 액화가스 고압통에 저장하는 냉각방식 등은 많은 비용이 발생하기 때문에 일부분 고부가가치 상품에 국 한되고 범용적으로 사용하지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본원은 새로운 냉매와 냉동기법을 통하여 안전하고 신선한 제품을 식감을 유지한 채 우리 식탁에 공급하여 식품유통산업을 획기적으로 변화시켜 보고자 하는 전제를 갖고 출발한 것이다.

본 발명의 냉매는 급속냉동장치에 액체상태로 담겨져 제공되어 포장된 식품이 급속냉동장치에 유입될 시 짧은 시간 내에 초저온으로 급속 냉각시켜 내용물의 신선도를 유지하면서 안전하게 장기 보관할 수 있도록 -60℃의 범위로 급속냉동 시켜줌으로 유통상의 에너지 절감효과를 극대화시키기 위한 냉매와 냉동장치를 개발하고자 하는 과제를 갖고 출발한 것이다.

본원의 냉매는 인체에 무해한 에칠알콜 및 프로필렌글리콜을 특정비율로 브렌딩시켜 제공되는 냉매를 특징으로 하는바, 포장된 식품이 급속냉동장치에 인입되어 냉매액에 일정시간 沈漬(침지)시켜 짧은 시간 내에 제품 내의 수분이 세포 내에서 가장 작은 결정상태로 급속동결시킴으로 동결식품의 해동 시에 신선한 식감을 그대로 유지하여 제공되며 세균의 번식을 억제할 수 있도록 하는 효과가 있음을 확인하고 발명을 완성하기에 이르렀다.

초저온 냉매액에 관한 연구는 침지식 냉동장치를 많이 사용하고 있는 일본을 중심으로 확산하기 시작하였다.

침지식 냉동장치는 주로 몇 몇 제한되는 소 품목을 대량으로 생산하고자 하는 경우 냉동설비로 QFT (Quick Freezing Tunnel)등의 고가설비를 이용하게 되는ㄱ경우인바, 종래 개념의 침지식 냉동장치는 소량 다품종을 생산하면서 상기 QFT 와 같은 고가의 장비를 설치할 수 없는 상황이었다.

침지식 냉동방법은 직접냉동방식과 간접냉동방식으로 구분할 수 있는바, 직접냉동방식은 일반적으로 냉매를 냉각하는 1차 냉매액의 코일이 급속냉동장치 내부에 설치되어 있고 냉매액은 Agitating Motor에 의하여 내부에서 순환냉각을 하는 방법으로 냉매액을 직접 냉각시키며 제품의 품온 에너지로 상승된 냉매액을 냉각시키게 되는데 적지 않은 시간이 소모되므로 냉동기의 용량, 기계장치의 크기도 제품의 생산량에 비례하여 대형화해야하고 에너지 손실률을 보완하기 위하여 냉동기가 운전 중 계속 작동되어야 하므로 소모성 비용이 높아지게 되는 문제점을 갖는다.

또한 간접냉동방식은 액화가스와 교환되는 2차 냉매액이 별도의 냉매액 교환장치를 통하여 완전히 냉각되어 제품이 침지 및 냉동되는 장치로 순환 공급되므로 일정한 온도의 초저온 냉매액이 계속 제품을 동일온도로 냉각시키는 효과로 인하여 급속히 냉동이 진행되며 또 순환되는 냉매액을 최단 시간 내에 설정온도로 낮추어 주는 특성을 갖는다.

기존의 침지식 냉동장치에 쓰이는 냉매액의 경우 기존의 냉동 온도보다 더 낮은 초저온으로 냉동을 할 수 있는 장점은 있으나 냉동을 유발하는 냉매액이 식용이 가능한 화합물로 제공되어야 하는데 식용가능한 냉매액은 폭발, 발화의 위험 등이 있어 법이 저촉하는 한계를 지켜야 하는 문제점을 갖고 있으므로 이의 접근이 어려운 현실이었다.

냉매로서 에칠알콜과 프로필렌글리콜을 동시에 사용하는 선행기술로서는 일본공개특허 2001- 3040호, 일본공개특허 2001- 3042호 등에 그 기술내용이 개시되 어 있다.

그러나 상기 특허공보에서는 에칠알콜과 프로필렌글리콜만을 사용하는 것이 아니고（ａ）성분으로 프로필렌글리콜,（ｂ）성분으로 에틸 알코올,（ｃ）성분으로 염화칼륨 또는 염화 칼슘，(ｄ）성분으로 물을 함유시키는 것으로 하여，전체를 １００ 중량％로 했을 때에（ａ）성분이 １０∼８０ 중량％（ｂ）성분이 ０∼４２ 중량％（ｃ）성분이 １∼２７ 중량％（ｄ）성분이 １０∼８０ 중량％의 각 범위 내로 사용하여 냉각액 조성물에 4개 성분이 필수구성요소로 함유하여 사용하고 있음을 밝히고 있다．

따라서 상기 조성물에서는 염화칼슘량이 최대 ２７ 중량％，염화칼륨은 최대 １９．２ 중량％를 물에 용해하여 사용하고, 수분량은 최소한１０ 중량％에서 8０ 중량％를 필수구성으로 사용하여야만 발명의 목적을 달성할 수 있음을 개시하고 있다.

본원의 초저온 냉매액은 에칠알콜과 프로필렌글리콜을 일정비율로 희석하여 제조되며 상기 두 용액은 특정비율로 희석시키는 경우 빙점을 -60˚C이하로 안정적으로 낮춰 사용할 수 있음을 확인하게 되었는바, 에칠알콜이 상온에서는 휘발성이 강함에 따라 인화물질임에 비하여 -20˚C 미만으로 냉각되는 경우 휘발성과 인화성 없어지고 두 용액은 희석시 화학적 변화가 전혀 없으며 본래의 고유물성을 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

따라서 상기의 일본 공개특허기술에서는 물을 사용하게 됨으로 냉매를 -60˚C이하로 낮출 수 없음은 물론 냉매 중에 염화나트륨수 혼합용액을 냉매액으로 사용 하게 됨으로 급속냉동장치에 유입되는 제품의 품온으로 인하여 발생되는 △T(제품의 발산 에너지로 인한 온도상승분이 냉매 액의 온도에 미치는 온도 편차)가 설정온도까지 낮추는데 많은 시간을 요하게 되는 결과를 주게 된다.

또한 일반적으로 냉동생선, 어육, 삼계탕 등은 내용물을 정선하여 레토르트 일매지 등에 넣고 밀봉하여 냉각시키는 공정을 갖게 되는바, 식품가공업계에 냉동기를 이용하여 대상물을 냉동시키는 기술은 이미 식품냉동분야의 공지기술이므로 별도의 설명은 필요 없을 것이다.

본원에서 특징적으로 사용하는 냉매는 에칠알콜과 프로필렌글리콜을 특정비율로 배합하여 사용하는 냉매로서 인체에 전혀 해가 없는 성분임으로 설령 포장재를 사용하지 않고 직접 냉매제에 침지시켜 사용하는 경우에도 큰 문제점이 없을 것이나 일본공개특허의 기술은 직접냉매제로 사용할 수 없음은 두말할 필요가 없을 것이다.

따라서 본원은 상기 제반 냉매기술의 종래기술을 감안하여 인체에 무해한 냉매액 만으로 제공되어 냉동하기를 원하는 식품들을 먼저 포장하고, 포장된 식품을 냉매액에 일정시간 沈漬(침지)시켜 동결시켜 보관하고자 하는 것인바, 냉동을 원하는 제품을 짧은 시간 내에 제품 내의 수분이 세포 내에서 가장 작은 결정상태로 동결시켜 줌으로 동결식품의 해동 시에 신선한 식감을 그대로 유지할 수 있도록 하며 세균의 번식을 억제하며 사용할 수 있는 냉매액을 제공하고자 하는 기술적 과제를 갖는다.

따라서 본 발명의 목적은 종래의 냉동식품의 이미지를 완전히 개선하여 신선하고 안전한 냉동식품문화를 제공함으로써 식품의 변질 및 오염사고로부터 발생되는 사회비용을 절감하고 또 에너지 손실비용을 절감하여 소비자가 냉동식품에 대한 거리감을 없애주도록 하며 또한 식감이 자연 그대로 유지되는 냉동 보관방법 및 그에 사용되는 냉매를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

본원발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서는 본원에서 사용되는 초저온 냉매액과 초저온 냉매액 교환장치 및 침지식 급속동결장치가 필요할 것이나 초저온 냉매액 교환장치 및 침지식 급속동결장치에 대하여는 별도의 출원으로 하도록 하고 본원에서는 초저온 냉매액에 대한 기술사상이 개시된다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초저온 냉매와 냉매교환장치와 침지식 급속동결장치를 포함하여 냉동보관하기를 원하는 식품류를 일정온도 이하로 급속 동결시키기 위한 냉동방법이 개시된다.

상기 방법에서, 초저온 냉매는 에틸 알코올과 프로필렌글리콜이 6 ~ 9 : 1 ~ 4 의 배합비율로 제공되는 2차 냉매액이 이용되고, 냉매교환장치는 1차 냉매와 2차 냉매액이 열교환하는 장치로서, 냉동기에서 유입되는 프레온가스의 압축 및 응축으로 얻어지는 1차냉매가 냉매교환장치의 복합사이클론형 코일을 순환하면서 침지식 급속동결장치로부터 이송되어 오는 승온 된 2차 냉매액을 유속과 접촉시간을 조정 하며 와류를 형성시켜 초저온으로 급속냉각시켜 2차 냉매액을 침지식 급속동결장치로 되돌려 보내주는 수단을 포함하며, 침지식 급속동결장치는 2차 냉매액이 60 ~ 65℃를 유지하면서 냉동 보관하기를 원하는 식품류를 급속 동결시키도록 기능하는 수단을 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 식품류 냉동방법이 개시된다.

본원의 초저온 냉매는 에틸알코올이 냉각되면 휘발성이 없어지는 것에 착안 순도 99%의 에틸알코올에 식용부동액인 프로필렌글리콜을 특정비율로 희석하여 증발성을 낮추도록 하고 냉기의 전달과 유지를 향상시키는 효과를 갖는 배합비를 적용하여 침지탱크 내부온도가 -60 ~ -65˚C 범위를 유지시키면서 새롭게 유입되는 제품을 급속 동결시키는 2차 냉매액으로 활용하고자 하는 가술사상을 갖는 것이다.

본원의 냉매액은 에칠알콜과 프로필렌글리콜에 의하여 제공된다.

본원에서 냉매액의 주 구성요소로 사용되는 에칠알콜은 화학식 C₂H₅OH로 표시되며, 특유한 냄새와 맛이 나는 무색 액체로서 분자량 46.07, 녹는점 －114.3 ℃, 끓는점 78.4 ℃, 비중 0.7893 을 나타내는 성질을 갖는다.

또한 에칠알콜은 연소하기 쉬우며, 점화하면 빛깔이 없는 불꽃을 내며 타고 증기에 인화하면 폭발하는 수가 있고 산화하면 아세트알데히드를 거쳐 아세트산이 되며 단백질을 응고시키는 성질을 갖고 있으므로 살균작용이 있으며 천연으로는 카르보닐산의 에스테르의 형태로 존재하며, 유리(遊離)상태로는 거의 존재하지 않는 성질을 갖는다.

본원에서 냉매액의 또 다른 주 구성요소로 사용되는 프로필렌글리콜은 분자 량 76.09로 무색투명하고 냄새가 없으며, 흡습성의 액체이고 약간 단맛이 있으며 외관은 글리세린과 비슷하다. 물, 알콜, 아세톤, 클로로포름, 에테르 등과 임의로 혼화되나 유지류와는 혼화되지 않는다.

프로필렌글리콜은 183℃∼195℃에서 비등하며 다른 용제보다 용해력이 적으며 색상, 냄새, 휘발성이 우수하며 독성도 아주 약해 글리세린과 같은 정도다. 비중은 1.0381 (20/20℃), 비점 187.4℃(760mmHg), 응고점 -60℃이하, 굴절률 1,4326(nD20), 인화점 98.9℃(개방 식), 증기밀도 2.62다.

프로필렌글리콜은 ２가 알코올로서 물이나 에틸 알코올（ethanol）에 용해하기 쉽고，에틸 알코올과 혼합하는 경우에는 그 부동액 특성을 촉진시키는 효과가 있어 물에 비해 약 1.5배의 굴절율을 갖고 냉 전달효율을 높여준다．

본원의 초저온 냉매액은 에칠알콜과 프로필렌글리콜을 일정비율로 희석하여 제조되며 상기 두 용액은 희석시 화학적 변화가 전혀 없고 빙점이 -60˚C이하 인 점과 에칠알콜이 냉각 시 휘발성과 인화성 없어짐에 착안하여 두 용액의 장점을 서로 살린 냉매액 제품으로, 예를들어 에칠알콜과 염화나트륨수 혼합용액을 냉매액으로 사용하는 경우보다 제품의 품온으로 인하여 발생되는 △T(제품의 발산 에너지로 인한 온도상승분이 냉매 액의 온도에 미치는 온도 편차)가 설정온도까지 낮추는데 걸리는 시간보다 훨씬 줄일 수가 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다.

이는 프로필렌글리콜이 알콜과 희석이 되면서 골고루 분포되어 비중을 높여 냉매액의 급격한 온도 상승을 막고 냉매액 교환장치에서 냉각 될 때에 냉을 골고루 분포하는 효과가 있을 뿐 아니라 또 냉매액의 증발수분을 제어하는 역할을 하기 때 문으로 보이며, 두 용액의 조합으로 에틸알콜이 유발할 수 있는 인화위험성을 프로필렌글리콜이 낮춰 줌으로 인하여 안정적으로 식품관련 냉동산업에 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 여기서 프로필렌글리콜이나 에틸알콜은 직접 섭취하는 경우가 된다 하더라도 인체에 영향이 거의 없으며 양 원료가 식품용 원료로 활용되고 있어 침지식 냉매액으로 유익하게 이용될 수 있다.

냉동시킬 대상제품의 직접냉동을 위한 1차 냉각용 냉매는 프레온가스의 압축 및 응축으로 얻어지는 냉매를 침지탱크내의 코일로 순환시켜 냉각시켜 주는 기존 공지의 냉각시스템이 그대로 적용되어 이용될 수 있으며, 본원에서는 에틸알코올에 식용부동액인 프로필렌글리콜을 일정비율로 희석시켜 얻은 2차 냉매로 사용하여 냉각효율을 높이고자 하는 것이다.

본원의 에틸알코올과 프로필렌글리콜을 사용하는 초저온냉각액은 기존 냉동기의 1차 냉매를 압축 및 응축하는 냉동기 본체나 또는 냉열 교환기 등 필요한 설비를 침지탱크 내부에 일체형으로 형성하는 직접냉각방식에서 급속냉동장치 내에 2차 냉매로 구성하여 사용할 수도 있고, 또 제품의 특성, 크기, 생산량에 따라 다양한 사이즈로 이동 가능하도록 분리시켜 제작하여 구성할 수 있으며, 또한 제품의 열량을 고려하여 급속냉동장치 외부로 1차 냉매순환 코일을 별도로 설계구성한 냉매액 교환장치를 설치하는 간접냉각방식에서도 2차 냉매액으로 사용하여 빠른 냉각효과를 도모할 수도 있는바, 이하 본원의 냉매액을 직접냉각방식과 간접냉각방식에 적용하여 본원 냉매의 적용 가능성을 실험하고자 하였다.

실험 1. (직접냉각방식실험 ; 초저온 냉매액의 조제비별 설정온도에 이르는 실험)

* 설정온도 : -60˚C

* 실험방법 : 침지 탱크 저부에 직접방식의 냉각코일을 설치 설정온도에 이르는 시간을 측정.

* 희석액의 조제비율별 확인

* 1차 냉매액 : 액화 프레온 가스 22#

* 실험에 사용한 냉동기의 능력 : 0.75 KW

* 실험에 사용된 침지 탱크의 사이즈 : 2.4 ㎥ (사각 탱크)

* 실험결과 ; 표 1

[표 1]

희석비율 (20Liter) (에칠알콜:프로필렌글리콜)	냉각시간 (-60˚C 기준) 직접냉각식 (침지 탱크내)	적용냉동기 능력
8 : 2	10 분	0.75 HP
7 : 3	13 분	0.75 HP
6 : 4	20 분	0.75 HP

* 상기실험에서 얻어진 냉각시간의 경우 제품이 탱크 내에 없는 상태에서 직접냉각방식으로 Agitating Motor를 이용하여 탱크 내에서 순환하여 얻어진 냉각시간임.

결론 ; 직접냉각식의 경우 제품의 품온 에너지에 의한 냉매액의 온도차에서 발생되는 냉매액의 온도변화(△T)가 발생 시 냉매액을 설정온도까지 내리는데 필요한 냉동기의 부하와 제품이 냉동 될 때 제품 내의 수분이 빙점에 이르는 시간이 길 어져서 세포내의 수분의 결합이 커져서 제품이 해동시에 신선도가 떨어지고 식감을 상실하게 되는 결과(도 3의 A사진)를 알 수 있었음.

실험 2 ; ( 간접냉각방식 ; 초저온 냉매액의 조제비별 설정온도에 이르는 실험)

* 설정온도 : -60˚C

* 실험방법 : 본 발명의 복합싸이클론형 냉각장치로 간접 냉각하여 순환 설정온도에 이르는 시간.

* 희석액의 조제비율별 확인

* 1차 냉매액 : 액화 프레온 가스

* 실험에 사용한 냉동기의 능력 : 0.75 KW

* 실험결과 ; 표 2

[표 2]

희석비율 (20 Liter) (에칠알콜:프로필렌글리콜)	냉각시간 (-60˚C 기준) 간접냉각식 (침지 탱크내)	적용냉동기 능력
8 : 2	3 분	0.75 HP
7 : 3	8 분	0.75 HP
6 : 4	10 분	0.75 HP

* 실험용 복합사이클론형 교환장치 별도 설치

* 상기의 시험성적은 가압순환 펌-퍼를 사용하여 밀폐된 냉매액 교환장치를 이용하여 냉매액이 순환되면서 냉각되는 간접방식으로 설정온도까지에 이르는 시간을 확인한 자료임.

결론 ; 냉매액 교환장치를 사용하여 실험 한 결과 약 3 배정도 빠르게 설정 온도에 이르는 것을 확인 할 수 있었으며, 이는 복합사이클론형 냉매액 교환 장치의 △T를 극복하는 시간을 입증하는 것으로 판단되고 제품이 해동시에 신선도가 유지되며 식감을 유지하게 되는 결과(도 3의 B사진)를 알 수 있었다.

상기 실험 1, 2를 통하여 간접냉각방식의 적용이 더욱 효율적임을 확인할 수 있다.

도 1에서는 냉동기와 냉매교환기 및 급속냉동장치를 구비하여 간접냉각방식으로 냉동을 실시하는 간략도를 나타내어 도시하고 있는바, 냉동기에서 펌프1을 이용하여 냉매교환기로 프레온가스의 압축 및 응축으로 얻어지는 1차 냉매가 보내지고 냉매교환기는 1차 냉매와 2차 냉매액이 열교환하는 장치로서, 냉동기에서 유입되는 프레온가스의 압축 및 응축으로 얻어지는 1차냉매가 냉매교환기에 내장된 코일을 순환하고 다시 냉동기로 되돌아 오고, 급속냉동장치로부터 이송되어 오는 승온 된 2차 냉매액은 펌프2를 통하여 냉매교환기로 이송되어 유속과 접촉시간을 조정하며 와류를 형성시켜 2차 냉매액을 초저온으로 급속냉각시켜 주고, 냉각된 2차 냉매액은 다시 침지식 급속동결장치로 되돌려 보내주는 수단을 포함하여 냉각시스템을 이룰 수 있음을 나타내고 있다.

상기의 냉매교환기와 급속냉동장치는 동일 수위를 유지하면서 펌프2를 통하여 서로 간의 용매액을 교환하게 되며, 침지식 급속냉동장치에는 냉동보관하기를 원하는 식품류가 트레이에 적재되어 침지되면 냉매교환기에서 계속 공급되는 60 ~ 65℃를 유지하는 2차 냉매액과 접촉하면서 급속동결시키도록 기능하고 △T를 극복하며 승온 된 냉매는 다시 냉매교환기로 보내지는 구조를 이루게 된다.

실험 3. (초저온 냉매액을 이용한 급속 냉동시스템의 가동 시험결과에 따른 급속냉동 효과 측정실험)

* 설정온도 : -60˚C

* 실험방법 : 본 실험은 냉장하지 않은 생선을 대상으로 침지식 냉동장치에서 深部(심부)의 동결온도가 -50˚C 까지 동결이 되는 시간과 또 대상제품의 침지시 냉매액의 온도상승과 냉매액 교환장치를 통하여 냉매액이 △T를 극복 설정온도에 이르는 시간 등을 확인하기 위한 방법으로 진행

* 희석액의 조제비율별 (8 : 2)

* 기계의 구성 : 냉동기 - 냉매액 교환장치 (복합사이클론형) - 침지식 급속 냉동장치

* 냉동대상 제품 : 생선류 약 10 kg (20마리) - 냉장하지 않은 제품

* 제품의 품온 : 예냉시설에서 약 10˚C - 12˚C 유지상태 제품을 급속 냉동시스템에 침지 후 제품의 심부온도가 -50˚C에 이르는 시간측정.(상기의 시험은 매분 냉매액의 온도변화 추이와 냉동제품의 품온을 측정하여 결과치를 나타낸 그래프를 도 2로 첨부한다.

결론 ; 도 2의 그래프 자료로부터 실험의 결과는 냉동제품이 냉동되는 속도와 품온으로 인한 신선도의 차이가 얼마나 차이가 있는지에 대해서도 제품의 안전 도와 해동에도 큰 차이가 있음을 나타내고 있음을 나타내고 있다.

도 3은 본원의 냉매를 이용하여 직접냉각방식과 간접냉각방식으로 냉동대상물을 -60˚C로 동결시킨 상태의 사진을 나타내고 있는바, 실험 1에서 실시한 에칠알콜과 프로필렌글리콜의 배합비가 8 : 2 로 이루어진 냉매로 직접냉각방식에서 냉동대상물을 -60˚C로 동결시키기 까지 10분이 소요된 냉동대상물의 동결상태를 현미확대경으로 촬영한 세포사진이 3A이고, 실험 2에서 실시한 에칠알콜과 프로필렌글리콜의 배합비가 8 : 2 로 이루어진 냉매로 간접냉각방식에서 냉동대상물을 -60˚C로 동결시키기 까지 3분이 소요된 냉동대상물의 동결상태를 현미확대경으로 촬영한 세포사진이 3B이다.

상기 도 3A 사진에 나타난 냉동물은 동결에 시간이 걸리면서 냉동대상물에 자유수가 생기면서 자유수와 결합수가 모두 동결된 상태의 사진이고, 도 3B 사진에 나타난 냉동물은 자유수가 생기기 전 급속냉동이 이루어지므로 결합수만이 동결된 상태의 사진으로서 도 3A의 냉동물은 행동 후 식용에 이용될 시 자유수가 녹아지면서 어석거리는 상태가 되어 식감을 상실하는 상태가 되고, 도 3B의 냉동물은 행동 후 식용에 이용될 시 결합수만 녹아지면서 어석거리는 상태가 없이 식감을 그대로 유지하는 신선도를 유지할 수 있게 되는 사실을 확인할 수 있었다.

본원에서 2차 냉매액은 우선 인체에 영향이 전혀 없고 상온에 노출되는 즉시 증발하는 순수물이므로 제품포장 면에서 냉매액을 감지할 수 없으며 잔존하는 화학물이 전혀 발생하지 않게되므로 소비자에게 냉매액으로 인한 인체에 위해문제가 없으며 환경적으로도 전혀 문제가 발생하지 않는다.

다만 에칠알콜이 휘발성이 높은 제품이므로 갑자기 고장이 발생하는 경우나 전원이 차단되는 경우 등을 대비하여 온도 상승으로 인하여 휘발성을 제거하기 위한 안전장치 및 환시설비가 필요하고, 안전장치로는 침지탱크 및 교환기의 상부 덮게가 완전히 밀봉상태를 유지 할 수 있도록(소방법에 준함)설계되어야 한다.

또한 관련법(소방법)에 준하도록 설치장소는 통풍이 잘되는 곳이어야 하고 식품위생법에 따라 내부 순환용 공기는 공기정화기를 통과하거나 오염원이 없는 곳에 설치되어야 함은 더 이상 설명이 필요 없다 하겠다.

본 발명의 에틸알콜과 프로필렌글리콜으로 이루어지는 냉각액 조성물 중에는식품첨가 가능한 것 중에서 필요에 따라 안정화제，ＰＨ 조절제 등의 각종 첨가제를 배합시키는 구성도 가능하지만 이들을 배합하지 않고 에틸알콜과 프로필렌글리콜만을 사용하는 경우에도 목적으로 하는 안전성，유동성，저 부식성 등의 성능을 충분히 달성할 수 있다．

따라서 본 발명의 냉매액은 급속냉동장치에서 냉동을 원하는 식품을 냉매 설정온도(-60 ~ -65℃)를 유지하며 짧은 시간 내에 초저온으로 급속 냉각시키는 능력을 갖고 내용물의 신선도를 유지하면서 안전하게 보관하도록 기능하며, 또한 상기의 급속냉동공정이 완료된 냉동물을 저장 및 보관장소로 이동하기 위하여 이송다이나 컨베어벨트 등을 지나면서 그 하부 쪽으로 공기를 불어주는 블로워 시설이 설치되어 만약에 잔존할 수 있는 냉매액은 완전히 제거되어 안전하게 저장되도록 기능하며 본원의 목적을 충분히 달성할 수 있다．

본원에서는 인체에 무해한 냉매액 만으로 제공되어 냉동하기를 원하는 식품들을 먼저 포장을 하고, 포장된 식품을 냉매액에 일정시간 沈漬(침지)시켜 동결시켜 보관하게 됨으로 냉동시키기를 원하는 제품을 짧은 시간 내에 제품 내의 수분이 세포 내에서 가장 작은 결정상태로 동결되도록 급속냉동시킴으로 동결식품의 해동 시에 신선한 식감을 그대로 유지할 수 있도록 하며 세균의 번식을 억제할 수 있도록 하는데 사용할 수 있는 우수한 냉매액을 제공하는 효과를 갖는다.

본원의 냉매액은 냉매액 교환장치를 별도로 두어 침지탱크내에서 제품을 침지할 때 제품이 발산한 에너지로 상승된 냉매액의 상승온도를 급격히 낮춰주도록 제공됨으로 침지시간을 줄일 뿐 아니라 냉매액의 증발유발요인도 없애므로 에너지 절감효과가 있을 뿐 아니라 식감을 좌우하는 냉동 요구조건도 충족시켜 줄 수 있는 효과를 갖게 된다.

본 발명의 냉각액 조성물은 식품，화학，기계 공장 등의 냉각 설비，냉동 창고，제빙 장치 등 각종의 냉동분야에 있어서 냉매액으로서 유용하고，특히 -50℃ ~ -70℃ 범위의 저온에서 급속냉동을 안정적으로 실시하기 위한 냉매로서 이용 가치가 크게 활용될 수 있다．

Claims (3)

1. 냉동보관 대상 식품류를 냉각액에 직접 침지시켜 동결보관하기 위한 냉각액 조성물에 있어서,

   냉각액 조성물이 에틸알코올과 프로필렌글리콜만으로 이루어지되, 에틸알코올과 프로필렌글리콜의 혼합비율이 9~6 : 1~4의 부피비율로 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각액 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   에틸알코올과 프로필렌글리콜의 혼합비율이 8 : 2 의 부피비율로 제공되는 것을 특징으로 하는 냉각액 조성물.
3. 냉동기에서 유입되는 프레온가스의 압축 및 응축으로 얻어지는 1차냉매가 냉매교환장치의 복합사이클론형 코일을 순환하면서 침지식 급속동결장치로부터 이송되어 오는 2차 냉매액을 냉각시켜 주며 가공대상 식품류를 일정온도 이하로 급속 동결시키기 위한 냉동방법에 있어서,

   2차 냉매액이 에틸알코올과 프로필렌글리콜만으로 이루어지되, 에틸알코올과 프로필렌글리콜이 9~6 : 1~4 의 부피비율로 제공되어 2차 냉매액으로 이용되고,

   냉매교환장치에서 1차 냉매와 2차 냉매액이 열교환되면서 침지식 급속동결장치로부터 이송되어 유입되는 승온 된 2차 냉매액을 냉매교환장치에서 초저온으로 급속냉각시켜 2차 냉매액을 침지식 급속동결장치로 다시 이송시켜 보내주는 단계를 포함하여 제공되는 것을 특징으로 하는 식품류 냉동방법.

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