KR101891764B1 - 김치 저장 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101891764B1
KR101891764B1 KR1020170031733A KR20170031733A KR101891764B1 KR 101891764 B1 KR101891764 B1 KR 101891764B1 KR 1020170031733 A KR1020170031733 A KR 1020170031733A KR 20170031733 A KR20170031733 A KR 20170031733A KR 101891764 B1 KR101891764 B1 KR 101891764B1
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이동선
안덕순
김정민
이혜림
이승주
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동국대학교 산학협력단
경남대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 김치 저장 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 김치 저장 장치에 관한 것으로서, 김치가 수용되며 상기 김치가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스를 정의하는 저장 용기; 진공 펌프, 및 양단이 각각 상기 저장 용기 및 상기 진공 펌프와 연결된 배기 밸브를 포함하며, 상기 헤드스페이스의 기체를 배출하여 상기 헤드스페이스의 압력을 음압으로 형성하는 배기 유닛; 이산화탄소 공급부, 및 양단이 각각 상기 저장 용기 및 상기 이산화탄소 공급부와 연결된 이산화탄소 인입 밸브를 포함하며 상기 헤드스페이스로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급 유닛; 압력 센서; 및 상기 배기 밸브 및 상기 이산화탄소 인입 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함함으로써, 헤드스페이스에 고농도의 이산화탄소를 형성하여 김치의 풍미 및 저장 기간을 향상시킬 수 있고, 특정 농도의 이산화탄소를 효율적으로 달성 또는 유지할 수 있어 김치의 풍미 및 저장 기간을 보다 향상시킬 수 있으며, 또한, 사용되는 이산화탄소의 양을 절약할 수 있다.

Description

김치 저장 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR STORING KIMCHI}
본 발명은 김치 저장 장치 및 방법에 관한 것이다.
김치는 한국 고유의 발효식품으로서, 주재료인 채소에 소금 및 부재료를 첨가하여 발효시키는 염장식품이다. 김치의 주재료로는 배추, 무, 오이, 파, 갓 등 다양한 채소가 사용될 수 있다. 김치의 부재료로는 마늘, 생강, 파, 양파, 배, 사과, 고춧가루, 젓갈, 굴, 오징어, 생선 등 김치에 풍미를 더할 수 있는 다양한 재료가 사용될 수 있다.
김치는 김치 제조를 위한 원료들이 배합된 후에 포장, 보관, 유통된다. 김치의 보관, 저장 및 유통은 일반적으로 열처리 없이 이루어진다. 따라서, 이 과정에서 김치는 미생물에 의해 발효될 수 있고, 그에 따라 젖산, 이산화탄소 등이 발생될 수 있으며, 이러한 일련의 과정들이 종합되어 김치의 맛이 결정될 수 있다.
김치 발효에는 다양한 미생물들이 작용할 수 있는데 김치 발효에 관여하는 주된 미생물은 이상젖산발효균 Leuconostoc mesenteroides이며, 이러한 미생물들에 의해 젖산발효 현상이 일어날 수 있다.
한편, 미생물에 의한 김치 발효 과정에서 발생되는 이산화탄소는 김치에 탄산미와 함께 좋은 풍미를 부여할 수 있는데, 김치 발효 과정에서 김치에서 발생되는 이산화탄소는 용기 내의 압력을 증가시키고 포장의 부피를 팽창시키는 원인이 되기도 한다.
한국공개특허 제10-2006-0058479호는 김치 저장에 관한 기술을 개시하고 있다.
한국공개특허 제10-2006-0058479호
본 발명의 일 과제는 헤드스페이스에 고농도의 이산화탄소를 형성하여 풍미가 우수하고 장기 저장 가능한 김치의 저장 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 과제는 특정 농도의 이산화탄소를 효율적으로 달성 또는 유지함으로써 김치의 풍미 및 저장 기간을 보다 향상시킬 수 있고, 또한, 사용되는 이산화탄소의 양을 절약할 수 있는 김치 저장 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 김치가 수용되며 김치가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스를 정의하는 저장 용기;
진공 펌프, 및 양단이 각각 상기 저장 용기 및 상기 진공 펌프와 연결된 배기 밸브를 포함하며, 상기 헤드스페이스의 기체를 배출하여 상기 헤드스페이스의 압력을 음압으로 형성하는 배기 유닛;
이산화탄소 공급부, 및 양단이 각각 상기 저장 용기 및 상기 이산화탄소 공급부와 연결된 이산화탄소 인입 밸브를 포함하며 상기 헤드스페이스로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급 유닛;
압력 센서; 및
상기 배기 밸브 및 상기 이산화탄소 인입 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는, 김치 저장 장치.
2. 위 1에 있어서, 상기 저장 용기에 포함되는 헤드스페이스의 부피를 측정하여 상기 제어부에 신호를 송신할 수 있는 부피 측정 센서를 더 포함하는, 김치 저장 장치.
3. 위 1에 있어서, 상기 저장 용기에 포함되는 김치의 중량을 측정하여 상기 제어부에 신호를 송신할 수 있는 중량 센서를 더 포함하는, 김치 저장 장치.
4. 위 1에 있어서, 상기 저장 용기의 내부 또는 외부의 온도를 측정하여 상기 제어부에 신호를 송신할 수 있는 온도 센서를 더 포함하는, 김치 저장 장치.
5. 위 1에 있어서, 상기 저장 용기에 연결되어, 상기 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우, 상기 헤드스페이스에 존재하는 기체를 상기 저장 용기의 외부로 배출하는 체크 밸브를 더 포함하는, 김치 저장 장치.
6. 위 1 또는 5에 있어서, 상기 기체의 배출 경로 상에 배치되어 상기 저장 용기로부터 배출되는 기체를 탈취하는 탈취 유닛을 더 포함하는, 김치 저장 장치.
7. 위 1에 있어서, 상기 배기 밸브 및 상기 이산화탄소 인입 밸브는 병합되어 복수의 개구를 가지는 다방향 밸브를 형성하는, 김치 저장 장치.
8. 위 7에 있어서, 상기 다방향 밸브는 3 개의 개구 및 유도부를 포함하고,
어느 일 방향의 개구는 상기 진공 펌프, 다른 일 방향의 개구는 상기 이산화탄소 공급부, 또 다른 일 방향의 개구는 상기 저장 용기와 연결되고,
상기 유도부는 상기 저장 용기와 상기 진공 펌프의 연결 또는 상기 저장 용기와 상기 이산화탄소 공급부의 연결 중 어느 하나를 막거나 연결되도록 할 수 있는, 김치 저장 장치.
9. 김치가 수용되는 저장 용기의 내부 공간 중에서 김치가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스에 존재하는 기체를 배출시켜 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계; 및
상기 헤드스페이스에 이산화탄소를 주입하는 단계를 교대로 반복적으로 수행하며,
상기 헤드스페이스의 이산화탄소 분압은 0.7 기압 이상으로 형성 또는 유지되는, 김치 저장 방법.
10. 위 9에 있어서, 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계 및 이산화탄소를 주입하는 단계는, 상기 저장 용기가 개방되고 다시 폐쇄된 후 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계를 시작으로, 교대로 3 내지 5 회 연속적으로 수행되고,
상기 음압은 회당 0.6 내지 0.8 기압이고, 상기 이산화탄소의 주입은 회당 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 수행되는, 김치 저장 방법.
11. 위 10에 있어서, 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계는,
상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)를 측정하는 단계; 및
0.02 내지 0.5 L/s의 균일한 펌핑 용량(C x )을 제공하는 진공 펌프를 하기 수학식 1에 따른 시간(t v , 초) 동안 작동시켜 상기 0.6 내지 0.8 기압을 달성하는 단계, 및 상기 헤드스페이스의 압력을 센싱하여 상기 0.6 내지 0.8 기압에 도달할 때까지 진공 펌프를 작동시켜 상기 0.6 내지 0.8 기압을 달성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계;
를 포함하는, 김치 저장 방법:
[수학식 1]
t v = (4.00V h + 24.00) * (C 1 /C x )
(식 중에서, 상기 C 1 은 0.03 L/s임).
12. 위 10에 있어서, 상기 이산화탄소를 주입하는 단계는,
상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)를 측정하고, 압력 제어기기에 의해 2 내지 4 기압으로 일정하게 제어된 주입 압력에서 0.4 내지 3 L/s의 유입 유량(F x )으로 하기 수학식 2에 따른 시간(t i ) 동안 이산화탄소를 주입하는 단계를 포함하는, 김치 저장 방법:
[수학식 2]
t i = (1.2V h )* (F 1 /F x )
(식 중에서, 상기 F 1 은 1.0 L/s임).
13. 위 11 또는 12에 있어서, 상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)의 측정은, 김치의 중량을 측정하고 측정된 상기 김치의 중량과 가정된 김치의 밀도 1.0 내지 1.1 kg/L로 계산되는, 김치 저장 방법.
14. 위 9에 있어서, 자연 감소되는 상기 이산화탄소의 분압을 보충하는 단계를 더 포함하는, 김치 저장 방법.
15. 위 14에 있어서, 상기 보충은 김치의 최초 저장 시점 또는 임의로 설정된 시점으로부터 경과된 시간이, 김치 숙성 기준시간(일) 미만일 경우 10 내지 20 시간 주기로 수행되고, 이상일 경우 20 내지 36 시간을 주기로 수행되며,
상기 보충은 이산화탄소를 1 주기당, 상기 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 주입 또는 공급 기압 2 내지 4 기압으로 5 내지 15 초로 주입하여 수행되며,
상기 김치 숙성 기준시간은 하기 수학식 3으로 계산되는 t r 의 ±10 %인,
김치 저장 방법:
[수학식 3]
t r (일) = 15.212 * e-0.111 T
(식 중에서, T는 저장 용기 내부 온도(℃)임).
16. 위 9에 있어서, 상기 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우, 상기 헤드스페이스에 존재하는 기체를 상기 저장 용기의 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는, 김치 저장 방법.
본 발명의 김치 저장 장치 및 방법의 실시예들에 따르면 고농도의 이산화탄소를 제공함으로써 김치의 풍미 및 저장 기간을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 김치 저장 장치 및 방법의 실시예들에 따르면 김치 저장 용기 내의 김치가 수용되는 공간 이외의 헤드스페이스에 고농도의 이산화탄소를 효율적으로 형성, 유지시킬 수 있고, 그에 따라 김치 저장에 사용되는 이산화탄소를 절약할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치 및 방법에 따르면 저장 용기 내의 기체 배출-이산화탄소 주입을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치 및 방법에 따르면 저장 용기 내의 헤드스페이스의 부피를 용이하게 산출하여 기체 배출-이산화탄소 주입을 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치 및 방법에 따르면 이산화탄소 농도를 일정하게 유지함으로써, 김치의 품질 유지 효과가 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치의 저장 용기의 개략적인 단면도이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치의 다방향 밸브의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 방법의 개략적인 순서도이다.
도 5는 김치를 담은 실시예 1 유리병 및 대조구 유리병의 내부 기체조성 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2 용기 및 대조구 용기 내의 이산화탄소 농도(분압) 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시형태는, 김치 저장 장치에 관한 것으로서, 김치가 수용되며 상기 김치가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스를 정의하는 저장 용기; 진공 펌프, 및 양단이 각각 상기 저장 용기 및 상기 진공 펌프와 연결된 배기 밸브를 포함하며, 상기 헤드스페이스의 기체를 배출하여 상기 헤드스페이스의 압력을 음압으로 형성하는 배기 유닛; 이산화탄소 공급부, 및 양단이 각각 상기 저장 용기 및 상기 이산화탄소 공급부와 연결된 이산화탄소 인입 밸브를 포함하며 상기 헤드스페이스로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급 유닛; 압력 센서; 및 상기 배기 밸브 및 상기 이산화탄소 인입 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함함으로써, 헤드스페이스에 고농도의 이산화탄소를 형성하여 김치의 풍미 및 저장 기간을 향상시킬 수 있고, 특정 농도의 이산화탄소를 효율적으로 달성 또는 유지할 수 있어 김치의 풍미 및 저장 기간을 보다 향상시킬 수 있으며, 또한, 사용되는 이산화탄소의 양을 절약할 수 있다.
김치의 발효 시 이상젖산발효균 Leuconostoc mesenteroides를 비롯한 다양한 유산균의 증식에 의하여 젖산과 이산화탄소가 생성되며, 이들에 의한 산미와 탄산미 등이 조화되어 김치의 맛이 형성될 수 있다. 또한, 김치의 발효에 필요한 유산균은 증식에 있어서 산소를 필요로 하지 않고 이산화탄소에 의하여 저해되지 않는 반면, 김치의 비정상적인 풍미와 변패를 유발시키는 미생물은 산소를 필요로 하는 호기성 특성을 가지며 이산화탄소에 의하여 그 증식이 억제될 수 있다. 특히 김치 과숙 시에 나타나는 효모의 출현과 증식을 이산화탄소에 의하여 억제할 수 있다. 따라서 김치 저장 시 용기 내의 이산화탄소 농도를 높게 유지하는 것은 김치의 풍미를 좋게 하고 잡균의 증식을 억제할 수 있다.
공기 중의 이산화탄소 농도는 통상 표준대기압 부피 기준 0.03 % (분압으로 환산 시 0.0003 기압) 정도이며, 도시에서는 이보다 다소 높을 수 있다.
본 발명에서의 이산화탄소 분압은, 별다른 사정이 없는 한, 기본적으로 표준대기압 하에서의 분압을 기준으로하며, 표준대기압은 1 기압 = 101.32 kPa 이다.
김치를 처음 용기에 담은 직후에는 김치에서 이산화탄소가 발생되지 않아 용기 내부의 이산화탄소 분압이 대기와 같은 0.0003 기압 정도로 매우 낮다. 또한, 김치 저장 중 용기 뚜껑을 열었다 닫은 직후 등, 대량의 공기가 유입된 후에도 용기 내부의 이산화탄소 분압이 대폭 낮아질 수 있다.
아울러, 김치의 저장 초기에는 유산균에 의한 이산화탄소의 생성이 미미하고 김치 내의 이산화탄소 용존량도 낮아서, 용기 내부 헤드스페이스로 이산화탄소가 주입되더라도 김치 내로 용해되면서 이산화탄소 분압이 점차 낮아질 수 있다. 또한, 용기의 불완전한 밀봉 등의 이유로 이산화탄소 분압의 감소가 일어날 수도 있다.
이에, 본 발명의 김치 저장 장치의 실시예들은 헤드스페이스의 이산화탄소 분압(농도)을 높은 수준으로 형성, 유지시킴으로써 김치 및 액즙에 이산화탄소가 다량 용해되도록 하여 김치의 맛을 향상시킬 수 있다. 한편, 김치 발효 초기에는 발효 과정으로부터 축적된 이산화탄소의 양이 적어서 고농도의 이산화탄소 환경의 형성, 유지가 필요하고, 이산화탄소가 이미 많이 축적된 발효 중후반기에는 약간의 이산화탄소만을 주입하여도 높은 이산화탄소 농도를 유지할 수 있는데, 본 발명의 김치 저장 장치의 실시예들은 이러한 김치 발효의 동적인 변화와 연계된 이산화탄소 공급, 보충에 관한 구체적인 수단들을 포함함으로써 우수한 김치의 풍미 및 효율적인 저장을 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도시된 도면들의 각 구성, 부재들의 사이즈, 면적 등은 설명의 편의를 위해 과장, 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치의 저장 용기의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 김치(g)가 수용되며 상기 김치(g)가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스(22)를 정의하는 저장 용기(20)를 포함한다.
저장 용기(20)의 형태는 김치(g)를 수용하고 밀봉될 수 있는 형태라면 별다른 제한 없이 적용될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 뚜껑을 구비한 용기로서 밀봉 수단을 함께 구비할 수 있다.
밀봉은 저장 용기(20) 외부의 기체 또는 액체가 저장 용기(20)의 내부로 유입되지 않을 수 있는 상태로서, 이상적으로 완전한 밀봉을 포함하는 통상적인 밀봉을 의미한다.
도 2를 참조하면, 김치(g)가 수용될 경우, 저장 용기(20)의 내부는 김치(g)가 차지하는 공간과 김치(g)가 차지하지 않는 공간으로 나누어질 수 있고, 김치(g)가 차지하지 않는 공간이 헤드스페이스(22)로 정의된다. 즉, 상기 헤드스페이스(22)는 상기 밀봉의 경계로 정의될 수 있는 폐공간에서 김치(g)가 차지하는 공간 이외의 공간이자, 김치(g)와 직접 접할 수 있는 기체가 저장 용기(20) 내에서 순환될 수 있는 공간을 의미할 수 있다.
필요에 따라, 저장 용기(20)는 복수의 용기가 포개어진 다중 용기일 수도 있고, 저장 용기(20)는 온도가 조절되는 냉장고(10) 내부에 수용될 수도 있고 저장 용기(20) 자체에서 온도 조절이 가능할 수도 있으며, 단일벽 용기, 다중벽 용기가 별다른 제한 없이 사용될 수 있다.
저장 용기(20)의 용량, 소재는 별다른 제한이 없으나, 예를 들어, 용량은 5 내지 50 L일 수 있고, 소재는 금속, 세라믹, 플라스틱 등일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 저장 용기(20)에는 후술하는 배기 유닛(30) 또는 이산화탄소 공급 유닛(40)이 연결될 수 있고, 이들은 저장 용기(20) 내의 헤드스페이스(22)와 인접한 저장 용기(20)의 상단 부분에 연결될 수 있고 저장 용기(20)의 뚜껑에 연결될 수도 있으며, 바람직하게는 저장 용기(20)의 최상단에 연결될 수 있다. 또한, 배기 유닛(30) 또는 이산화탄소 공급 유닛(40)의 저장 용기(20)와의 연결은, 도 1에 도시된 바와 같이 어느 한 지점에서 이어져 통합된 배관이 최종적으로 저장 용기(20)와 연결됨으로써 이루어질 수도 있으나, 배기 유닛(30) 및 이산화탄소 공급 유닛(40) 각각이 개별적으로 마련된 배관을 통해 최종적으로 저장 용기(20)와 연결됨으로써 이루어질 수도 있다. 배관의 내경의 크기는 별다른 제한이 없으나, 예를 들어, 0.3 내지 1.5 cm일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 헤드스페이스(22)의 기체를 배출하여 헤드스페이스(22)의 압력을 음압으로 형성하는 배기 유닛(30)을 포함하고, 배기 유닛(30)은 진공 펌프(32) 및 배기 밸브(34)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배기 유닛(30)이 헤드스페이스(22)의 기체를 저장 용기(20)의 외부로 배출시켜 헤드스페이스(22)의 압력을 음압으로 형성함으로써, 저장 용기(20)로부터의 이산화탄소 유출을 최소화하고 헤드스페이스(22)의 기체 배출-이산화탄소 주입이 용이하게 수행될 수 있는 기초를 마련할 수 있다.
헤드스페이스(22)의 기체를 배출시키는 진공도를 제공하는 진공 펌프(32)는 헤드스페이스(22)의 압력을 음압, 바람직하게는 0.6 내지 0.8 기압으로 형성할 수 있는 펌프이면 당분야에 공지된 진공 펌프(32)가 별다른 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 진공 펌프(32)의 달성 진공도는 20 내지 40 %, 출력은 5 내지 20 W, 또는 펌핑 용량은 0.02 내지 0.5 L/s일 수 있다.
배기 밸브(34)는 양단이 각각 상기 저장 용기(20) 및 상기 진공 펌프(32)와 연결되고, 저장 용기(20)로부터 진공 펌프(32)로 이동하는 기체의 유로를 제공하고, 배기 밸브(34)의 조작으로 이동하는 기체의 유량을 조절할 수 있다. 배기 밸브(34)의 내경의 크기는 별다른 제한이 없으나, 예를 들어, 0.3 내지 1.5 cm일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상기 헤드스페이스(22)로 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급 유닛(40)을 포함하고, 이산화탄소 공급 유닛(40)은 이산화탄소 공급부(42) 및 이산화탄소 인입 밸브(44)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 이산화탄소 공급 유닛(40)이 음압 상태의 헤드스페이스(22)에 이산화탄소를 공급함으로써, 헤드스페이스(22)에 고농도의 이산화탄소를 효율적으로 달성할 수 있다.
이산화탄소 공급부(42)는 저장 용기(20)에 인입되는 이산화탄소를 제공할 수 있고, 이산화탄소를 제공할 수 있는 수단이면 당분야에 공지된 이산화탄소 공급부(42)가 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들어, 이산화탄소를 저장하는 탱크일 수 있다.
이산화탄소 인입 밸브(44)는 양단이 각각 저장 용기(20) 및 이산화탄소 공급부(42)와 연결되고, 이산화탄소 공급부(42)로부터 저장 용기(20) 내부로 이동하는 기체의 유로를 제공하고, 인입 밸브(44)의 조작으로 이동하는 이산화탄소의 유량을 조절할 수 있다. 인입 밸브(44)의 내경의 크기는 별다른 제한이 없으나, 예를 들어, 0.3 내지 1.5 cm일 수 있다.
필요에 따라, 이산화탄소 공급 유닛(40)은 일정한 이산화탄소 공급 압력을 제공할 수 있는 압력 제어기기(46)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 압력 제어기기(46)는 솔레노이드 레귤레이터로서, 이를 통해 공급되는 이산화탄소의 압력(게이지압)은 2 내지 4 기압일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치의 다방향 밸브(90)의 개략적인 단면도로서, 구체적으로, 도 3의 (a)는 헤드스페이스(22)로부터 배기 유닛(30)으로 기체가 배출될 경우의 다방향 밸브(90)의 개략적인 단면도이고, 도 3의 (b)는 이산화탄소 공급 유닛(40)으로부터 헤드스페이스(22)로 이산화탄소가 인입되는 경우의 다방향 밸브(90)의 개략적인 단면도이다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 밸브(34) 및 이산화탄소 인입 밸브(44)는 병합되어 복수의 개구(91)를 가지는 다방향 밸브(90)를 형성할 수 있다.
다방향 밸브(90)는 물리적으로 기체의 헤드스페이스(22)로부터의 배출 및 이산화탄소의 헤드스페이스(22)로의 인입이 교대로 수행될 수 있도록 함으로써, 제어부(60)가 다른 구성을 통제하지 않고 다방향 밸브(90)만을 제어하더라도 저장 용기(20) 내의 기체 배출-이산화탄소 주입이 용이하고 효율적으로 수행되게 할 수 있다.
다방향 밸브(90)는 복수의 개구(91) 및 개구들 간의 연결 또는 단절을 조절할 수 있는 유도부(92)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 개구(91)는 예를 들어 3 개일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 복수의 개구(91) 중 어느 일 방향의 개구(91)는 상기 진공 펌프(32), 다른 일 방향의 개구(91)는 상기 이산화탄소 공급부(42), 또 다른 일 방향의 개구(91)는 상기 저장 용기(20)와 연결될 수 있으나, 추가로 또 다른 방향의 개구를 더 포함할 수도 있다.
유도부(92)는 저장 용기(20)와 진공 펌프(32)의 연결 또는 저장 용기(20)와 이산화탄소 공급부(42)의 연결을 형성하거나 배제할 수 있고, 다방향 밸브(90)가 또 다른 개구를 더 포함할 경우 또 다른 개구에 의해 정의되는 경로도 포함하여 그 개폐 정도를 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 예를 들어, 유도부(92)는 저장 용기(20)와 배기 유닛(30)의 연결, 또는 저장 용기(20)와 이산화탄소 공급 유닛(40)의 연결이 이루어지도록 경로를 제공하는 유로(93) 및 유로(93) 주변에 배치되는 차폐벽(96)을 포함할 수 있고, 구체적으로, 상기 유로(93)는 양단에 개폐부(94) 및 선택부(95)를 포함할 수 있다.
개폐부(94) 또는 선택부(95)의 개수는 단수 또는 복수일 수 있으며, 이들의 배치 전환은 유도부(92)의 조작(회전 등)을 통해 수행될 수 있고, 예를 들어 유도부(92)가 ①방향 또는 ②방향으로 회전하면서 수행될 수 있다.
예를 들어, 선택부(95) 등의 배치에 따라 저장 용기(20)와 연결되는 구성을 선택할 수 있다.
구체적으로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 선택부(95)의 방향이 ①방향이고 개폐부(94)가 저장 용기(20) 방향을 향하고, 차폐벽(96)이 ②방향으로 통하는 경로를 막는 경우 저장 용기(20)는 배기 유닛(30)과 연결될 수 있고, 이 경우에 저장 용기(20)의 헤드스페이스(22)로부터 배기 유닛(30)으로의 기체 배출이 수행될 수 있다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 선택부(95)의 방향이 ②방향이고 개폐부(94)가 저장 용기(20) 방향을 향하고, 차폐벽(96)이 ①방향으로 통하는 경로를 막는 경우 저장 용기(20)는 이산화탄소 공급 유닛(40)과 연결될 수 있고, 이 경우 이산화탄소 공급 유닛(40)으로부터 저장 용기(20)의 헤드스페이스(22)로의 이산화탄소 인입이 수행될 수 있다.
한편, 개폐부(94)의 배치에 따라 저장 용기(20)로 유출입되는 유체의 이동을 통제할 수 있는데, 유도부(92)의 회전으로 차폐벽(96)이 저장 용기(20)의 헤드스페이스(22)로 통하는 경로를 막을 수 있도록 설계되는 경우 저장 용기(20)에서의 기체 배출 및 저장 용기(20)로의 이산화탄소 인입이 제한될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들은 배기 밸브(34), 이산화탄소 인입 밸브(44) 또는 후술하는 체크 밸브(82) 등의 작동을 제어하는 제어부(60)를 포함한다. 한편, 배기 밸브(34) 및 상기 이산화탄소 인입 밸브(44)가 병합되어 다방향 밸브(90)를 형성할 경우, 제어부(60)는 다방향 밸브(90)를 제어할 수 있다.
제어부(60)가 전술한 밸브들을 제어할 수 있음으로써, 헤드스페이스(22)에 고농도의 이산화탄소를 효율적으로 형성, 유지시킬 수 있다.
전술한 배기 유닛(30)과 이산화탄소 공급 유닛(40)은 서로 독립적으로 작동할 수 있으나, 예를 들어, 먼저 배기 유닛(30)이 작동하여 헤드스페이스(22)의 기체를 배출시킴으로써 헤드스페이스(22)의 음압을 달성하고, 그 후 이산화탄소 공급 유닛(40)이 작동하여 헤드스페이스(22)로부터 빠져나간 기체가 차지하던 분압 분을 새로 공급되는 이산화탄소가 차지하도록 할 수 있고, 이에 따라, 헤드스페이스(22)의 기체 배출 및 이산화탄소 인입이 동시에 수행되는 경우보다 김치(g) 저장에 사용되는 이산화탄소를 절약할 수 있다. 바람직하게는 배기 유닛(30)과 이산화탄소 공급 유닛(40)이, 배기 유닛(30)의 작동을 시작으로, 교대로 반복적으로 작동함으로써 헤드스페이스(22)에 고농도의 이산화탄소를 보다 효율적으로 형성, 유지시킬 수 있다.
전술한 밸브들의 조작은 사용자에 의해 수동으로 수행될 수 있으나 자동으로 수행될 수도 있다. 밸브들의 조작이 자동으로 수행될 경우는 기계적으로 수행될 수도 있고, 또는 온도, 압력, 무게, 부피 등을 측정하는 소정의 센서들로부터 수집된 정보를 기초로 소정의 로직에 따라 제어됨으로써 수행될 수도 있다. 이에 관하여는 김치 저장 방법에 대한 설명에서 후술한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들은 헤드스페이스(22)의 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(74)를 포함한다.
헤드스페이스(22)의 압력을 측정할 수 있음으로써, 후술할 제어부(60)가 배기 유닛(30)에 대한 기체 배출 여부, 정도에 관한 명령, 이산화탄소 공급 유닛(40)에 대한 이산화탄소 공급 여부, 정도에 관한 명령, 또는 후술할 체크 밸브(82)의 작동 여부, 정도에 관한 명령을 내림에 있어서 필요한 기초 정보를 제공할 수 있고, 그에 따라 헤드스페이스(22)에 고농도의 이산화탄소를 효율적으로 형성, 유지시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치는 상기 저장 용기(20)에 포함되는 헤드스페이스(22)의 부피를 측정하여 상기 제어부(60)에 신호를 송신할 수 있는 부피 측정 센서(71)를 더 포함할 수 있다. 부피 측정 센서(71)를 더 포함함으로써, 헤드스페이스(22)의 부피를 계산하여 필요한 헤드스페이스(22)의 기체 배출량 및 이산화탄소 인입량을 산출할 수 있다. 헤드스페이스(22) 부피는, 저장 용기(20) 내부의 총 부피, 김치(g)의 부피나 중량, 김치(g)의 밀도 등의 정보를 종합하여 연산되어 얻어질 수도 있고, 또는 김치(g)와 헤드스페이스(22)의 경계면을 감지하여 적분함으로써 직접 헤드스페이스(22)의 부피를 도출할 수도 있다. 예를 들어, 센서는 저장 용기(20)의 개폐 후에 작동할 수 있고, 수용되는 김치(g) 양의 변화에 따른 헤드스페이스(22)의 부피 변화를 측정함으로써 김치 저장 장치의 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치는 저장 용기(20)에 포함되는 김치(g)의 중량을 측정하여 상기 제어부(60)에 신호를 송신할 수 있는 중량 센서(72)를 포함할 수 있다. 중량 센서(72)로부터 수집된 김치(g)의 수용 전후의 무게의 차이를 계산하여 기 설정된 김치(g)의 밀도(예를 들어, 1.0 내지 1.1 kg/L)를 이용해 헤드스페이스(22)의 부피를 계산할 수 있다. 예를 들어, 센서는 저장 용기(20)의 개폐 후에 작동할 수 있고, 수용되는 김치(g) 양의 변화에 따른 헤드스페이스(22)의 부피 변화를 계산함으로써 김치 저장 장치의 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치는 저장 용기(20)의 내부 또는 외부의 온도를 측정하여 상기 제어부(60)에 신호를 송신할 수 있는 온도 센서(73)를 더 포함할 수 있다.
온도 센서(73)를 포함함으로써, 수집된 온도를 이용해, 저장 용기(20)의 온도를 조절하고, 이산화탄소의 주입량, 주입 주기 등을 조절할 수 있고, 예를 들어, 자연 감소되는 헤드스페이스(22)의 이산화탄소 분압을 보충할 때는 이산화탄소의 보충 주기를 결정하는 김치 숙성 기준시간을 결정하는 인자 중 하나로 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 이산화탄소 분압의 보충은 김치의 최초 저장 시점 또는 임의로 지정된 시점으로부터 경과된 시간이, 김치 숙성 기준시간(일) 미만일 경우 10 내지 20 시간 주기로 수행되고, 이상일 경우 20 내지 36 시간을 주기로 수행되며,
상기 보충은 이산화탄소를 1 주기당, 상기 헤드스페이스(22)의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 주입 또는 2 내지 4 기압 공급조건으로 5 내지 15 초로 주입하여 수행되며,
상기 김치 숙성 기준시간은 하기 수학식 3으로 계산되는 t r 의 ±10 %일 수 있다:
[수학식 3]
t r = 15.212 * e-0.111 T
(식 중에서, T는 저장 용기 내부 온도(℃)임).
상기 김치 숙성 기준시간은 개별적인 사용 환경에 따라 계산된 t r 값의 ±10% 범위에서 조정될 수 있다.
상기 보충에 있어서 상기 기 설정된 압력 크기는, 예를 들어, 상압일 수 있으나, 이에 제한되지는 않고, 기 설정된 압력 크기가 상압 크기인 경우는 과도하게 높게 형성되는 저장 용기(20)의 내부 압력을 완화할 수 있어 저장 용기(20)에 부과되는 스트레스를 줄일 수 있다.
본 명세서에서 상압은 저장 용기(20) 외부의 대기압과 같은 크기의 압력을 의미한다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치는 저장 용기(20)에 연결되어 저장 용기(20)의 내부의 기체를 외부로 배출하는 체크 밸브(82)를 더 포함할 수 있다.
체크 밸브(82)는 평상 시에는 폐쇄되어 저장 용기(20)를 밀봉함으로써 그 내부와 외부를 단절시키지만 헤드스페이스(22)의 압력이 기 설정된 압력 크기보다 클 경우에는 개방되어 저장 용기(20)의 내부의 기체를 외부로 배출함으로써 헤드스페이스(22)의 압력을 기 설정된 압력으로 유지할 수 있고, 아울러, 주입되는 이산화탄소나 저장 중 유산 발효로 생성 축적되는 이산화탄소에 의하여 과도하게 높게 형성되는 저장 용기의 내부 압력을 완화할 수 있다. 상기 기 설정된 압력 크기는 체크 밸브(82) 작동 기준이 되는 압력 크기로서 미리 설정될 수 있고, 예를 들어, 상기 기 설정된 압력 크기가 상압 크기로 설정되는 경우 헤드스페이스(22)의 압력이 저장 용기(20) 외부의 기압보다 높을 때 체크 밸브(82)가 개방되어 헤드스페이스(22)의 압력을 상압으로 형성, 유지할 수 있고, 상기 기 설정된 압력 크기가 상압보다 큰 고압으로 설정된 경우 헤드스페이스(22)의 압력 크기가 상압 크기보다 크지만 기 설정된 압력 크기보다 작은 경우에는 체크 밸브(82)가 개방되지 않고 헤드스페이스(22)의 압력이 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우에만 개방됨으로써, 헤드스페이스(22)의 압력을 기 설정된 압력 크기로 유지할 수 있다. 기 설정된 압력 크기가 상압 크기인 경우는 과도하게 높게 형성되는 내부 압력을 완화할 수 있어 저장 용기에 부과되는 스트레스를 줄일 수 있다.
이러한 체크 밸브(82)의 작동은 헤드스페이스(22)의 압력에 따라 기계적으로 수행될 수도 있고, 제어부(60)에 의해 기 설정된 로직에 따라 제어될 수도 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 장치는 헤드스페이스(22)에서 저장 용기(20) 외부로 배출되는 기체의 배출 경로 상에 배치되어 상기 저장 용기(20)로부터 배출되는 기체를 탈취하는 탈취 유닛(84)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 기체의 배출 경로는 배기 유닛(30)을 통하는 경로, 체크 밸브(82)를 통하는 경로 등일 수 있고, 탈취 유닛(84)은 진공 펌프(32)의 배기홀 또는 체크 밸브(82)의 내부에 배치될 수 있고, 탈부착이 가능하여 교체될 수 있다.
탈취 유닛(84)은, 당분야에 공지된 탈취 유닛이 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들어 활성탄 필터일 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태는, 김치(g)가 수용되는 저장 용기(20)의 내부 공간 중에서 김치가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스(22)에 존재하는 기체를 배출시켜 상기 헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 하는 단계; 및 상기 헤드스페이스(22)에 이산화탄소를 주입하는 단계를 교대로 반복적으로 수행하며, 상기 헤드스페이스(22)의 이산화탄소 분압은 0.7 기압 이상으로 유지됨으로써, 헤드스페이스(22)에 고농도의 이산화탄소를 형성하여 김치의 풍미 및 저장 기간을 향상시킬 수 있고, 특정 농도의 이산화탄소를 효율적으로 달성 또는 유지할 수 있어 김치의 풍미 및 저장 기간을 보다 향상시킬 수 있으며, 또한, 사용되는 이산화탄소의 양을 절약할 수 있는 김치 저장 방법을 제공한다.
다만, 본 실시형태에 대한 설명은 보다 명확하고 간결한 설명을 위해 전술한 실시형태와 중복되는 부분은 생략하도록 하며, 그 설명이 생략되었다고 해서 그 부분이 본 발명에서 제외되는 것은 아니며 그 권리 범위는 전술한 실시형태와 동일하게 인정되어야 한다.
먼저, 김치가 수용된 저장 용기(20)의 나머지 헤드스페이스(22)에 존재하는 기체를 배출시켜 상기 헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 한다. 예를 들어, 상기 음압은 회당 0.6 내지 0.8 기압일 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 헤드스페이스(22)의 압력을 음압으로 형성함으로써, 저장 용기(20)로부터의 이산화탄소 유출을 최소화하고 헤드스페이스(22)의 기체 배출-이산화탄소 주입이 용이하게 수행될 수 있는 기초를 마련할 수 있다. 전술한 실시형태에서와 같이, 헤드스페이스(22)의 기체를 배출하기 위해서는 진공도를 제공하는 진공 펌프(32) 등을 사용할 수 있고, 진공 펌프(32)는 헤드스페이스(22)의 압력을 음압, 바람직하게는 0.6 내지 0.8 기압으로 형성할 수 있는 펌프이면 당분야에 공지된 진공 펌프(32)가 별다른 제한 없이 사용될 수 있고, 진공 펌프(32)의 펌핑 용량은 예를 들어 0.02 내지 0.5 L/s 일 수 있다.
헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 하는 단계는 헤드스페이스(22)의 압력이 상압보다 낮은 압력이 되도록 하는 것으로서, 예를 들어, 상기 헤드스페이스(22)의 부피(V h , L)를 측정하는 단계; 및 0.02 내지 0.5 L/s의 균일한 펌핑 용량(C x )을 제공하는 진공 펌프(32)를 하기 수학식 1에 따른 시간(t v , 초) 동안 작동시켜 상기 0.6 내지 0.8 기압을 달성하는 단계, 및 상기 헤드스페이스(22)의 압력을 센싱하여 상기 0.6 내지 0.8 기압에 도달할 때까지 진공 펌프(32)를 작동시켜 상기 0.6 내지 0.8 기압을 달성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계;를 포함할 수 있다:
[수학식 1]
t v = (4.00V h + 24.00) * (C x /C 1 )
(식 중에서, 상기 C 1 은 0.03 L/s임).
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 헤드스페이스(22)의 부피(V h , L)의 측정은, 김치의 중량을 측정하고 측정된 상기 김치의 중량과 가정된 김치의 밀도로 계산될 수 있으며, 계산의 기초가 되는 김치의 밀도는 김치의 종류, 재료 및 온도 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어, 1.0 내지 1.1 kg/L일 수 있다.
다음으로, 헤드스페이스(22)에 이산화탄소를 주입한다.
전술한 바와 같이, 헤드스페이스(22)의 기체를 배출시킴으로써 헤드스페이스(22)의 음압을 달성한 후, 헤드스페이스(22)로부터 빠져나간 기체가 차지하던 분압 분을 새로 공급되는 이산화탄소가 차지하도록 함으로써, 헤드스페이스(22)에 고농도의 이산화탄소를 효율적으로 형성, 유지시킬 수 있다. 그에 따라, 헤드스페이스(22)의 기체 배출 및 이산화탄소 인입이 동시에 수행되는 경우보다 김치 저장에 사용되는 이산화탄소를 절약할 수 있다.
본 발명의 김치 저장 방법의 일 실시예에 따른 상기 이산화탄소를 주입하는 단계는, 상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)를 측정하고, 압력 제어기기(46)에 의해 2 내지 4 기압으로 일정하게 제어된 주입 압력에서 0.4 내지 3 L/s의 유입 유량(F x )으로 하기 수학식 2에 따른 시간(t i ) 동안 이산화탄소를 주입하는 단계를 포함할 수 있다:
[수학식 2]
t i = (1.2V h ) * (F 1 /F x )
(식 중에서, 상기 F 1 은 1.0 L/s임).
본 발명의 김치 저장 방법의 실시예들은 헤드스페이스(22)의 기체 배출 및 이산화탄소 주입을 교대로 반복적으로 수행함으로써, 헤드스페이스(22)의 이산화탄소 분압을 0.7 기압 이상으로 효율적으로 형성 또는 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 방법의 개략적인 순서도로서, 김치 저장의 이산화탄소 농도 관리 logic은 도 4로 예시될 수 있다.
상기 헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 하는 단계 및 이산화탄소를 주입하는 단계는, 저장온도, 김치의 숙성 정도 및 김치의 양에 따라 달리 수행될 수 있고, 예를 들어, 상기 저장 용기(20)가 개방되고 다시 폐쇄된 후 상기 헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 하는 단계를 시작으로, 상기 헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 하는 단계 및 이산화탄소를 주입하는 단계가 교대로 3 내지 5회 연속적으로 수행될 수 있는데, 상기 단계들의 최초 시작은, 5분 이내에 수행될 수 있다. 여기서 1회는 상기 헤드스페이스(22)의 압력이 음압이 되도록 하는 단계 및 이산화탄소를 주입하는 단계가 각각 1회인 것을 의미한다.
또한, 상기 이산화탄소의 주입은 회당 헤드스페이스(22)의 압력이 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 수행될 수 있고, 예를 들어, 기 설정된 압력 크기는 상압일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 방법은 자연 감소되는 상기 이산화탄소의 분압을 보충하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이산화탄소의 분압을 보충하는 단계를 더 포함함으로써, 연속된 김치 저장 시 헤드스페이스(22)의 이산화탄소가 김치로의 용해 혹은 저장 용기(20)의 외부로의 유출됨에 따른 헤드스페이스(22)의 이산화탄소 분압 손실을 보완하여 본 발명의 김치 저장 효과를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 이산화탄소 보충 주기는 김치 숙성의 시간, 정도에 따라 상이할 수 있고, 예를 들어, 상기 보충은 최초 저장 시점 또는 임의로 설정된 시점으로부터 경과된 시간이, 김치 숙성 기준시간(일) 미만일 경우 10 내지 20 시간 주기로 수행되고, 이상일 경우 20 내지 36 시간을 주기로 수행되며,
상기 보충은 이산화탄소를 1 주기당, 상기 헤드스페이스(22)의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 주입 또는 2 내지 4 기압 공급조건으로 5 내지 15 초로 주입하여 수행되며,
상기 김치 숙성 기준시간은 하기 수학식 3으로 계산되는 t r 의 ±10 %인, 김치 저장 방법:
[수학식 3]
t r (일) = 15.212 * e-0.111 T
(식 중에서, T는 저장 용기 내부 온도(℃)임).
상기 김치 숙성 기준시간은 개별적인 사용 환경에 따라 계산된 t r 값의 ±10% 범위에서 조정될 수 있다.
상기 보충에 있어서 상기 기 설정된 압력 크기는, 예를 들어, 상압일 수 있으나, 이에 제한되지는 않고, 기 설정된 압력 크기가 상압 크기인 경우는 과도하게 높게 형성되는 내부 압력을 완화할 수 있어 저장 용기에 부과되는 스트레스를 줄일 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 방법은, 헤드스페이스(22)의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우, 헤드스페이스(22)에 존재하는 기체를 외부로 배출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
헤드스페이스(22)의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우, 헤드스페이스(22)에 존재하는 기체를 외부로 배출함으로써 헤드스페이스(22)의 압력 크기를 기 설정된 압력 크기로 유지할 수 있다. 상기 기 설정된 압력 크기는 체크 밸브(82) 작동 기준이 되는 압력 크기로서 미리 설정될 수 있고, 예를 들어, 상기 기 설정된 압력 크기가 상압 크기로 설정되는 경우 헤드스페이스(22)의 압력이 저장 용기(20) 외부의 기압보다 높을 때 헤드스페이스(22)의 기체를 외부로 배출함으로써 헤드스페이스(22)의 압력을 상압으로 형성, 유지할 수 있고, 상기 기 설정된 압력 크기가 상압보다 큰 고압으로 설정된 경우 헤드스페이스(22)의 압력 크기가 상압 크기보다 크지만 기 설정된 압력 크기보다 작은 경우에는 밀봉 상태를 유지하고 기체를 배출하지 않지만 헤드스페이스(22)의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우에만 기체를 배출함으로써 헤드스페이스(22)의 압력을 기 설정된 압력 크기로 유지할 수 있다. 기 설정된 압력 크기가 상압 크기인 경우는 과도하게 높게 형성되는 내부 압력을 완화할 수 있어 저장 용기에 부과되는 스트레스를 줄일 수 있다.
이러한 체크 밸브(82)의 작동은 헤드스페이스(22)의 압력에 따라 기계적으로 작동될 수도 있고, 제어부(60)에 의해 기 설정된 로직에 따라 제어될 수도 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 김치 저장 방법은 저장 용기(20) 외부로 배출되는 기체에 대해 탈취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
< 실험예 1>
실시예 1
배추김치(염도 3.6 %) 1.3 kg을 2 L 밀폐유리병에 담고 절대 압력 0.67 기압이 될 때까지 진공을 가한 다음 여기에 이산화탄소를 주입시켜 진공도 0의 조건, 즉 절대압력 1 기압이 될 때까지 이산화탄소를 주입하는 조작을 4회 반복적으로 실시하였다. 밀폐유리병의 뚜껑에는 1 기압에서 +0.03 기압 이상의 압력차가 발생하면 개방되는 내경 0.85 cm의 체크 밸브(SS-4C-1/3, Swagelok Co., Solon, Ohio, USA)를 장착시켰다. 김치 저장 온도는 5 ℃로 설정하였고, 헤드스페이스의 기체와 치환되는 이산화탄소의 온도는 25 ℃이었다.
시간프로그램에 의하여 저장 중 12 시간마다 10 초씩 이산화탄소를 주입하였다. 이산화탄소의 주입은 이산화탄소 실린더로부터 연결된 주입밸브 직전에서 3 기압으로 유지되는 솔레노이드 레귤레이터에 의하여 제어하였다.
대조구
상압의 일반 공기 조건(산소 21.0 %)에서 그대로 밀봉한 대조구를 동일한 온도 조건에서 저장하였다. 저장 중 병 용기 내의 기체조성을 측정하고, 적숙기 범위(총산 함량 0.6 내지 0.8 %)에 이른 저장 7 일에 용기를 개봉하고 김치를 덜어내어 1 내지 7 점의 풍미척도로 관능적 기호도를 측정하였다. 아울러 덜어낸 김치의 pH, 총산도 그리고 미생물수로서 총균수, Leuconostoc 유산균수, Lactobacillus 유산균수를 측정하였다.
도 5에 나타난 바와 같이, 대조구의 기체조성 변화에서 저장 직후에 산소 분압과 질소 분압은 초기에 각각 0.21 기압과 0.78 기압에서 약간 감소한 다음 비교적 일정한 수준을 유지하였다(각각 0.16 기압 및 0.65 기압). 이는 초기 김치 용기의 헤드스페이스가 기체치환 온도 25 ℃에서 저장온도 5 ℃로 서서히 냉각됨에 따른 것으로 이해된다. 그리고 대조구의 이산화탄소 분압(농도)은 초기의 0 기압에서 저장 7 일 후에 0.1 기압으로 증가하였다. 반면에 실시예 1은 초기에 진공 조작과 이산화탄소 주입의 반복을 통하여 산소 분압과 질소 분압은 순차적으로 낮아져서 각각 0.04 기압과 0.14 기압으로 감소하였으며, 이산화탄소 분압은 순차적으로 증가하여 저장 초기에 0.80 기압까지 증가하였다(도 5). 그 이후 초기 저장 중 이산화탄소가 김치 액즙으로 용해되는 현상에 의하여 헤드스페이스의 이산화탄소 농도가 뚜렷이 감소하는 현상이 관찰되었으며(초기 0.5 일에 0.63 기압), 이에 대한 보완을 위해서 12 시간마다 10 초씩 이산화탄소를 주입하였고, 이는 김치 발효에 의해 생산된 이산화탄소와 더해져서 0.5 일 이후에 0.77 기압 이상을 유지하고, 대부분의 기간에서는 0.8 내지 0.9 기압의 이산화탄소 농도를 유지하였다. 이러한 주기적 이산화탄소의 주입으로 산소와 질소의 분압은 꾸준히 감소하여 저장 7 일에 각각 0.01 기압, 0.02 기압으로 감소하였다. 그리고 체크 밸브의 작동으로 전 저장기간 동안의 압력은 1 기압 이하로 유지되었다. 저장 동안 높은 이산화탄소 분압으로 유지된 실시예 1의 김치는 대조구의 김치에 비해서 관능적으로 유의하게 우수한 풍미를 보여주었다(표 1). 그리고 화학적, 미생물적 품질에서는 차이가 없었다(표 1). 실시예 1에서 초기 및 용기 개봉 후에 진공배출조작과 이산화탄소 주입을 병용하고 저장 중에 간헐적 이산화탄소를 주입함에 의하여 이산화탄소의 양을 절약하면서 용기 내에 높은 이산화탄소 분압을 얻을 수 있었다. 이러한 조건에서 전체 압력이 1 기압을 넘지 않아서 용기에 물리적 스트레스를 주지 않았다.
대조구 및 실시예 1의 유리병 용기에 5 ℃에서 7 일간 보관 저장된 김치의 품질지표를 비교하여 하기 표 1에 나타내었다.
품질지표 항목 대조구 실시예 1
pH 4.44±0.02a 4.42±0.02a
산도(%) 0.62±0.01a 0.62±0.01a
총균수(log(CFU/mL)) 9.30±0.02a 9.28±0.02a
Leuconostoc 유산균
(log(CFU/mL))		 9.03±0.02a 9.02±0.01a
Lactobacillus 유산균
(log(CFU/mL))		 8.51±0.05a 8.50±0.04a
관능적 풍미* 2.18±1.17a 5.55±1.21b
수치 다음의 다른 알파벳은 해당 품질지표에 있어서 5 % 유의수준에서 처리구간의 차이가 있음을 나타냄.
*관능적 기호도 척도는 1 내지 7 점으로서 7 점-매우 좋다; 1 점-매우 나쁘다 (n=11).
< 실험예 2>
대조구 및 실시예 2
실시예 1의 긍정적인 결과를 토대로 하여 도 1에 도시된 바와 같은 김치 보관 용기 시스템을 구성하였다. 10 L 용량의 스테인리스 재질의 용기 본체(26*17*37 cm)에 기체를 배출하거나 이산화탄소를 주입하는 데 사용되는 입출 밸브(내경 0.64 cm)를 장착하였다. 진공조건과 이산화탄소 주입을 자동으로 제어할 수 있는 컴퓨터와 제어 모듈 보드, 진공펌프(9 W), 이산화탄소 실린더(605 mL)는 냉장고 외부 벽면에 장착하였다. 진공펌프 및 이산화탄소 실린더와 용기의 입출밸브의 연결라인 내경 0.32 cm 플라스틱 튜브로 구성하였다. 대조구 및 실시예 2 모두 배추김치(염도 3.6 %) 8 kg을 10 L 밀폐형 스테인리스 용기에 담았다.
대조구는 산소 21.0 %의 일반 공기 조건인 그대로 평면 플라스틱 용기 뚜껑으로 밀봉하였다. 실시예 2는 진공 조건 부과와 이산화탄소 주입이 가능하도록 밸브가 장착된 용기 뚜껑으로 밀봉하였다. 실시예 2는 압력 센서를 통해 0.80 기압이 될 때까지 진공배출 후에 상압(1.0 기압)까지 이산화탄소를 주입하는 방식을 연속적으로 4 회 반복 실시하였으며, 그 이후 5 ℃ 저장 중 이산화탄소가 김치로 용해되는 것을 고려하여 12 시간마다 15 초씩 이산화탄소를 주입하였다. 대조구와 실시예 2는 동일한 온도 조건인 5 ℃로 저장하였으며, 저장기간 별로 용기 내 가스농도를 측정 확인하였다. 적숙기(총산 함량 0.6 내지 0.8 %)에 이른 저장 8 일에 3 kg을 덜어내어 관능적 기호도와 화학적, 미생물적 품질을 측정하였다. 용기에 남은 나머지 5 kg에 대해 대조구는 일반 공기 조건인 산소 21.0 % 그대로 뚜껑으로 밀봉하고, 실시예 2는 용기를 닫은 후 초기와 같이 진공조건 부과와 이산화탄소 주입을 4 회 반복하였다. 그 이후의 저장에서는 김치 발효로 인해 발생된 이산화탄소의 축적을 고려하여 이산화탄소 주입주기를 저장 중 24 시간마다 15 초씩 실시하였다. 그 이후 충분히 김치가 숙성된 저장 14 일에 용기를 개봉하여 김치의 관능적 기호도와 화학적, 미생물적 품질을 측정하였다. 저장 8 일 및 14 일에서 관능적 기호도의 측정은 풍미에 대해서 1 내지 7 점의 척도로 평가하였다.
대조구의 경우, 저장 8 일에 이산화탄소 농도가 0.11 기압이고, 김치를 일부 덜어낸 후 다시 저장하여 저장 14 일에 0.18 기압으로 측정되었다(도 6). 실시예 2는 저장초기 진공 후 이산화탄소 주입을 4 회 반복하여 이산화탄소 농도 0.9 기압에서 시작하였으며, 저장 중 이산화탄소 농도가 김치에 용해되는 것을 고려하여 12 시간마다 15 초의 이산화탄소 주입을 통해 그 분압을 0.7 내지 0.9 기압으로 유지하였다(도 6). 저장 8 일에 김치를 일부 덜어낸 후 진공과 이산화탄소 주입을 4 회 반복하고, 24 시간마다 15 초의 이산화탄소 주입을 통해 0.7 내지 0.85 기압으로 유지하였다. 저장 8일과 저장 14 일 후 관능적인 기호도를 측정해 본 결과, 이산화탄소 농도가 높게 유지된 실시예 2에서 김치의 아삭한 맛과 상쾌미가 부여되어 유의하게 관능적으로 우수한 결과를 보였으나, 두 저장기간 모두에서 대조구와 실시예 2의 화학적, 미생물적 품질에서는 유의적 차이가 없었다(표 2).
대조구 및 실시예 2의 김치의 품질지표를 비교하여 하기 표 2(저장 8.0 일) 및 표 3(저장 14.0 일)에 나타내었다.
품질지표 항목 대조구 실시예 1
pH 4.39±0.00a 4.38±0.00a
산도(%) 0.62±0.01a 0.63±0.00a
총균수(log(CFU/mL)) 9.29±0.02a 9.34±0.01a
Leuconostoc 유산균
(log(CFU/mL))		 9.00±0.03a 9.06±0.02a
Lactobacillus 유산균
(log(CFU/mL))		 8.62±0.05a 8.67±0.05a
관능적 풍미* 2.18±0.87a 5.00±1.26b
품질지표 항목 대조구 실시예 1
pH 4.15±0.02a 4.12±0.01a
산도(%) 0.98±0.01a 0.98±0.00a
총균수(log(CFU/mL)) 9.31±0.07a 9.36±0.07a
Leuconostoc 유산균
(log(CFU/mL))		 8.82±0.10a 8.75±0.14a
Lactobacillus 유산균
(log(CFU/mL))		 9.14± 0.04a 9.25± 0.05a
관능적 풍미* 3.73±1.27a 6.73±0.47b
상기 표 2 및 3에서 수치 다음의 다른 알파벳은 동일저장기간의 해당 품질지표에 있어서 5 % 유의수준에서 처리구간의 차이가 있음을 나타냄.
*관능적 기호도 척도는 1 내지 7 점으로서 7 점-매우 좋다; 1 점-매우 나쁘다 (n=11).
10 : 냉장고
20 : 저장 용기
22 : 헤드스페이스
30 : 배기 유닛
32 : 진공 펌프
34 : 배기 밸브
40 : 이산화탄소 공급 유닛
42 : 이산화탄소 공급부
44 : 인입 밸브
46 : 압력 제어기기
60 : 제어부
71 : 부피 측정 센서
72 : 중량 센서
73 : 온도 센서
74 : 압력 센서
82 : 체크 밸브
84 : 탈취 유닛
90 : 다방향 밸브
91 : 개구
92 : 유도부
93 : 유로
94 : 개폐부
95 : 선택부
96 : 차폐벽
g : 김치

Claims (16)

  1. 삭제
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  9. 김치가 수용되는 저장 용기의 내부 공간 중에서 김치가 차지하는 공간 이외의 헤드스페이스에 존재하는 기체를 배출시켜 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계; 및
    상기 헤드스페이스에 이산화탄소를 주입하는 단계를 교대로 반복적으로 수행하며,
    상기 헤드스페이스의 이산화탄소 분압은 0.7 기압 이상으로 형성 또는 유지되는, 김치 저장 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계 및 이산화탄소를 주입하는 단계는, 상기 저장 용기가 개방되고 다시 폐쇄된 후 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계를 시작으로, 교대로 3 내지 5회 연속적으로 수행되고,
    상기 음압은 회당 0.6 내지 0.8 기압이고, 상기 이산화탄소의 주입은 회당 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 수행되는, 김치 저장 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 헤드스페이스의 압력이 음압이 되도록 하는 단계는,
    상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)를 측정하는 단계; 및
    0.02 내지 0.5 L/s의 균일한 펌핑 용량(C x )을 제공하는 진공 펌프를 하기 수학식 1에 따른 시간(t v , 초) 동안 작동시켜 상기 0.6 내지 0.8 기압을 달성하는 단계, 및 상기 헤드스페이스의 압력을 센싱하여 상기 0.6 내지 0.8 기압에 도달할 때까지 진공 펌프를 작동시켜 상기 0.6 내지 0.8 기압을 달성하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계;
    를 포함하는, 김치 저장 방법:
    [수학식 1]
    t v = (4.00V h + 24.00) * (C 1 /C x )
    (식 중에서, 상기 C 1 은 0.03 L/s임).
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 이산화탄소를 주입하는 단계는,
    상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)를 측정하고, 압력 제어기기에 의해 2 내지 4 기압으로 일정하게 제어된 주입 압력에서 0.4 내지 3 L/s의 유입 유량(F x )으로 하기 수학식 2에 따른 시간(t i ) 동안 이산화탄소를 주입하는 단계를 포함하는, 김치 저장 방법:
    [수학식 2]
    t i = (1.2V h )* (F 1 /F x )
    (식 중에서, 상기 F 1 은 1.0 L/s임).
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서, 상기 헤드스페이스의 부피(V h , L)의 측정은, 김치의 중량을 측정하고 측정된 상기 김치의 중량과 가정된 김치의 밀도 1.0 내지 1.1 kg/L로 계산되는, 김치 저장 방법.
  14. 청구항 9에 있어서, 자연 감소되는 상기 이산화탄소의 분압을 보충하는 단계를 더 포함하는, 김치 저장 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 보충은 김치의 최초 저장 시점 또는 임의로 설정된 시점으로부터 경과된 시간이, 김치 숙성 기준시간(일) 미만일 경우 10 내지 20 시간 주기로 수행되고, 이상일 경우 20 내지 36 시간을 주기로 수행되며,
    상기 보충은 이산화탄소를 1 주기당, 상기 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기가 될 때까지 주입 또는 공급 기압 2 내지 4 기압으로 5 내지 15 초로 주입하여 수행되며,
    상기 김치 숙성 기준시간은 하기 수학식 3으로 계산되는 t r 의 ±10 %인,
    김치 저장 방법:
    [수학식 3]
    t r (일) = 15.212 * e-0.111 T
    (식 중에서, T는 저장 용기 내부 온도(℃)임).
  16. 청구항 9에 있어서, 상기 헤드스페이스의 압력 크기가 기 설정된 압력 크기보다 큰 경우, 상기 헤드스페이스에 존재하는 기체를 상기 저장 용기의 외부로 배출하는 단계를 더 포함하는, 김치 저장 방법.
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