KR102194868B1

KR102194868B1 - Rf 해동장치 및 이를 이용한 해동방법

Info

Publication number: KR102194868B1
Application number: KR1020190117762A
Authority: KR
Inventors: 김진세; 손재용; 박석호; 최동수; 김용훈; 이수장; 박천완
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2020-12-23

Abstract

본 발명은 RF를 이용한 해동 과정에서 모서리부 등의 표면과열현상과 성분에 따른 불균일 가열현상을 개선하여 냉동식품을 균일하게 해동시킬 수 있도록 한 RF 해동장치 및 이를 이용한 해동방법에 관한 것이다.

Description

RF 해동장치 및 이를 이용한 해동방법{RF THAWING APPARATUS AND THAWING METHOD THEREOF}

본 발명은 RF를 이용하여 냉동식품을 균일하게 해동할 수 있는 RF 해동장치 및 이를 이용한 해동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 육류를 얼리고 녹일 때 -1℃에서 -7℃의 최대빙결정형성대를 통과하는 시간이 길어질 경우 얼음결정의 크기가 커지며 세포막을 손상시켜서 해동 시 드립 손실이 증가할 수 있다. 냉동육은 천천히 해동할 경우 세포 사이의 얼음결정이 녹으며 스펀지처럼 다시 세포 내부로 흡수되기 때문에 관행적으로 냉장해동이 최적의 해동방법으로 제시되고 있다. 하지만, 이렇게 해동된 육류는 조리 시 파괴된 세포막을 통해 급격하게 육즙손실이 일어나기 때문에 조리 후의 고기는 육즙이 없는 퍽퍽한 상태가 될 수 있다.

한편, 냉동참치의 경우 -20℃에서도 미오글로빈이 산화되며 산폐되는데, 천천히 해동할 경우 식감이 떨어지고, 시간이 길어지면 산폐에 의해 비린내가 나며, 변색이 되는 문제가 있다.

상기와 같은 방법은 장시간이 소요되어 효율이 낮기 때문에, 냉동식품에 초음파, 마이크로파를 조사하여 급속 해동하는 기술들이 개발되고 있다.

그러나 마이크로파를 조사하는 경우, 마이크로파가 식품 표면부터 흡수되면 내부로 침투하는데, -12℃의 얼음 상태에서 에너지의 절반이 흡수되는 깊이인 반감심도가 780㎝로 거의 가열이 되지 않지만, 0℃ 물의 경우 반감심도가 1㎝도 되지 않으므로 표면이 먼저 녹아서 집중 가열되는 현상이 나타난다.

얼어있는 냉동식품 내부를 직접 가열할 수 있는 효과적인 방법은 라디오파(RF)에 해당하는 전자기파를 사용하여 유전가열을 하는 것이다. 물의 수소와 산소의 결합은 대칭적이지 않아서 극성을 띄고 있고, 이러한 극성물질에 교류 전기장을 가한다면 물분자에 회전운동에너지를 공급할 수 있으며, 산업적으로 1356MHz와 2712MHz의 주파수가 이러한 RF 해동에 사용된다.

그러나 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 RF 해동기술에 의한 해동은 대부분 상온에서 이루어져 냉동식품의 표면이 곧바로 상온에 노출되어 녹아버리는 문제가 발생함에 따라, 특히 냉동식품의 모서리부(A)가 내부(B)보다 먼저 과열되는 현상이 나타나는 경우가 있다.

즉 식품은 온도에 따라 유전율이 변하는데 특히 해동 중에 크게 변하게 되며, 전기장에 의한 모서리 과열 현상은 유전율의 부분적 상승을 초래하여 도 2에 도시된 바와 같이 모서리 부분만 익어버리는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 얼리면서 해동하는 기술을 적용한 경우에도 가열하는 RF 출력과 냉동식품의 품온과 냉풍의 상관관계가 부적합할 경우 부분적으로 익어버리는 문제가 발생할 수 있다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이, 냉동식품의 성분에 따른 불균일 과열현상, 예컨대 지방함유량에 따른 불균일 과열현상에 의해 실험결과와 같이 지방함유량이 많은 냉동식품(A)과 지방함유량이 적은 냉동식품(B)을 함께 가열할 경우, 지방함유량이 많은 냉동식품(A)이 급격히 가열되는 문제가 나타나는 것을 알 수 있다.

일본 공개특허공보 제2005-158326호(공개일: 2005.06.16.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, RF를 이용한 해동 과정에서 모서리부 등의 표면과열현상과 성분에 따른 불균일 가열현상을 개선하여 냉동식품을 균일하게 해동시킬 수 있도록 한 RF 해동장치 및 이를 이용한 해동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 RF 해동장치는, 내부에 수용공간이 마련되는 본체부; 상기 본체부 내에 설치되는 제1전극과, 상기 제1전극과 냉동식품을 사이에 두고 대향되게 이격 배치되는 제2전극을 포함하는 전극부; 상기 제2전극의 대향면에 배치되며, 상기 냉동식품이 놓이게 되는 단열 플레이트; 상기 제1전극 및 제2전극에 RF 파워를 공급해주는 RF 파워공급부; 및 상기 냉동식품의 해동 시 냉동식품의 표면이 과열되는 것을 방지할 수 있도록 냉풍을 공급해주는 냉각부;를 포함할 수 있다.

이 경우 상기 단열 플레이트는, 세라믹, 합성수지, 압축 스티로폼 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.

또한 상기 단열 플레이트의 표면에는, 테프론(PTFE) 재질의 시트층;이 적층 형성된 것을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 제1전극과 제2전극의 절연거리는, 상기 냉동식품의 두께를 제외한 2 ~ 4.5㎝일 수 있다.

또한 상기 냉각부는, 상기 냉동식품이 표피를 가진 냉동육인 경우 상기 냉동육의 표피를 향해 냉풍을 공급해줄 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 해동장치를 이용한 냉동식품 해동방법은, 상기 냉동식품이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃의 냉동육인 경우, 상기 냉풍의 온도를 -40 ~ -60℃, 상기 냉풍의 속도를 0.4 ~ 0.7m/s로 설정하고, 해동출력을 600 ~ 700W/㎏으로 설정한 상태로 8 ~ 10분 동안 가열하는 것을 포함하여, 상기 냉동육을 해동시킬 수 있다.

다른 실시예에 따른 RF 해동장치를 이용한 냉동식품 해동방법은, 상기 냉동식품이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃의 냉동육인 경우, 상기 냉풍의 온도를 -20 ~ -25℃, 상기 냉풍의 속도를 0.5 ~ 1m/s로 설정하고, 상기 냉동육의 중심부 품온이 -20℃에 도달하기 전까지 해동출력을 280 ~ 320W/㎏으로 설정한 상태로 4 ~ 6분 동안 가열하며, 상기 냉동육의 중심부 품온이 -20℃에 도달하면 해동출력을 380 ~ 420W/㎏으로 설정한 상태로 9 ~ 11분 동안 가열하는 것을 포함하여, 상기 냉동육을 해동시킬 수 있도록 할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치를 이용한 해동방법은, 상기 냉동식품이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃의 냉동육인 경우, 상기 냉풍의 온도를 -35 ~ -45℃, 상기 냉풍의 속도를 0.5 ~ 1m/s로 설정한 상태에서, 해동출력을 최초 330 ~ 370W/㎏으로 설정하여 3 ~ 5분 동안 가열한 후, 해동출력을 다시 480 ~ 520W/㎏으로 설정한 상태에서 6 ~ 8분 동안 가열하는 것을 포함하여, 상기 냉동육을 해동시킬 수 있다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, RF를 이용한 해동 과정에서 모서리부 등의 표면과열현상과 성분에 따른 불균일 가열현상을 개선하여 냉동식품을 균일하게 해동시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 RF 해동장치를 이용한 냉동식품의 해동 시 표면과열현상에 따른 불균일 가열현상을 보여주는 개략도,
도 2는 종래의 RF 해동장치를 이용한 냉동식품의 해동 시 과열현상에 의해 모서리부의 표면이 익어버린 상태를 보여주는 도면대용 사진,
도 3은 종래의 RF 해동장치를 이용한 냉동식품의 해동 시 성분에 따른 불균일 가열현상을 보여주는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 RF 해동장치를 보여주는 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 RF 해동장치의 작동상태를 보여주는 개략도,
도 6은 해동대상 냉동식품을 보여주는 도면대용 사진,
도 7은 본 발명에 따른 RF 해동장치를 이용하여 해동된 냉동식품을 보여주는 도면대용 사진이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 4는 본 발명에 따른 RF 해동장치를 보여주는 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 RF 해동장치의 작동상태를 보여주는 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RF 해동장치(100)는, 본체부(110), 전극부(120), 단열 플레이트(130), RF 파워공급부(140), 냉각부(150)를 포함할 수 있다.

이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본체부(110)는 RF 해동장치(100)의 주된 몸체를 구성하는 것으로, 이러한 본체부(110) 내에는 수용공간(S)이 마련될 수 있다.

아울러 상기 본체부(110)의 적어도 일측에는 수용공간(S) 내에 해동대상물인 냉동식품(1)을 수납할 수 있도록 개폐도어(미도시)가 구비될 수 있다.

전극부(120)는 본체부(110)의 내부 수용공간(S)에 적어도 한 쌍이 대향되게 설치되는 것으로 그 사이에 냉동식품(1)이 위치하게 되고, 상기 위치된 냉동식품(1)을 RF를 이용하여 해동시켜주게 된다.

구체적으로, 상기 전극부(120)는 본체부(110) 내에 설치되는 제1전극(121)과, 상기 제1전극(121)과 냉동식품(1)을 사이에 두고 대향되게 이격 배치되는 제2전극(123)을 포함할 수 있다.

이 경우 상기 전극부(120)는 제1전극(121)과 제2전극(123)의 절연거리가 냉동식품(1)의 두께를 제외한 2 ~ 4.5㎝가 적용되도록 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1전극(121)과 제2전극(123)은 2.5 ~ 3.5㎝ 두께 범위를 갖는 냉동식품(1)에 대하여 6.5㎝의 전극간격을 적용할 수 있다.

즉 절연거리가 상기한 수치보다 짧은 경우 후술할 RF 파워공급부(140)의 출력을 작게 사용하여 전기장의 모서리 왜곡현상에 의한 과열을 냉풍과 상관하여 조절해야 한다.

또한 절연거리는 RF 전극으로 공급되는 정극 전력선의 단열재 절연간격과도 상관이 있고, 이러한 절연간격보다 짧아야 하며 이보다 클 경우 전력선의 단열재가 가열되는 문제가 발생할 수 있다.

단열 플레이트(130)는 상기 제2전극(123)의 대향면에 배치되는 것으로, 상기 냉동식품(1)이 상면에 놓일 수 있다.

이러한 상기 단열 플레이트(130)는 열전달을 억제하는 단열 특성이 있는 재질로 형성되어, 상기 전극부(120)를 통해 해동되는 냉동식품(1)이 불균일하게 해동되는 것을 방지해줄 수 있다.

구체적으로, 상기 단열 플레이트(130)는 세라믹, 합성수지, 압축 스티로폼 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 단열 플레이트(130)는 대략 1㎝ 전후의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 단열 플레이트(130)의 표면에는 테프론(PTFE) 재질의 시트층(131)이 적층 형성되거나, 또는 상기 시트층(131)이 단열 플레이트(130)의 외주면을 감싼 형태로 형성될 수 있다.

이 경우 본 발명에서는 시트층(131)이 테프론(PTFE) 재질로 형성된 경우의 일례를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 단열 플레이트(130)의 표면을 보호해줄 수 있는 재질이라면 다양하게 변경 적용될 수 있음은 물론이다.

RF 파워공급부(140)는 상기 제1전극(121) 및 제2전극(123)에 RF 파워를 조절하여 공급해줄 수 있다. 이러한 RF 파워공급부(140)는 기존에 공지된 기술을 적용하여 사용할 수 있음에 따라, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

냉각부(150)는 전극부(120)를 통한 냉동식품(1)의 해동 시 수용공간(S) 내의 온도를 저온으로 유지하여 상기 냉동식품(1)의 표면이 과열되는 것을 방지해줄 수 있다.

구체적으로, 상기 냉각부(150)는 냉각팬(미도시)을 이용하여 냉동식품(1)의 표면이 과열되는 것을 방지해줄 수 있도록 냉풍을 공급해주는 구조로 구성될 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 본체부(110)의 수용공간(S) 내에 냉풍을 원활하게 공급해줄 수 있는 구조라면 다양하게 변경 적용할 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 냉각부(150)는 냉동식품(1)이 표피(1a)를 가진 냉동육인 경우 상기 냉동육의 표피(1a)를 향해 냉풍을 공급해주도록 구성될 수 있다.

즉 냉동육의 표피(1a)에 지방 함유율이 높기 때문에 냉풍이 불어오는 쪽을 향해 냉동육의 표피(1a)를 배치해줄 수 있으며, 이에 따라 냉동육의 해동 시 지방 등의 성분에 의한 RF 가열 불균일 문제를 방지해줄 수 있다.

그러면, 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 RF 해동장치(100)를 이용한 냉동식품 해동방법에 대하여 다양한 실시예를 들어 설명해보기로 한다.

참고로, 이하 본 발명의 실시예에서 해동대상 냉동식품(1)은 도 6에 도시된 바와 같이 냉동참치인 경우의 일례를 들어 설명하기로 한다. 물론 상기 냉동식품(1)은 냉동참치 이외에도 소고기, 돼지고기 등을 사용할 수 있다.

이 경우 상기 냉동참치는 눈다랑어, 참다랑어 부위별 함수율 분포(대략 44 ~ 72%), 지방 분포(대략 1 ~ 30%) 정도로 다양하기 때문에 그 비열과 유전율 범위도 달라질 수 있다. 본 발명에서의 해동 실험에 사용되는 냉동참치는 등에서 배까지 일정한 두께로 절단된 평균 수준의 참다랑어에 대한 해동 실험 결과이다.

또한 상기 냉동참치의 해동 시 표피쪽의 지방 함유율이 높기 때문에 냉풍이 불어오는 쪽으로 냉동참치의 표피를 향하게 배치하여야 성분에 의한 RF 가열 불균일 문제를 줄일 수 있다.

< 제1실시예 >

해동대상 냉동식품(1)이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃(바람직하게는 50℃)의 냉동육인 경우(도 6 참조), 먼저 본체부(110) 내에 공급되는 냉풍의 온도를 -40 ~ -60℃(바람직하게는 50℃), 그리고 냉풍의 속도를 0.4 ~ 0.7m/s로 설정한다.

그런 후, 해동출력을 600 ~ 700W/㎏으로 설정한 상태로 8 ~ 10분 동안 가열해준다. 이에 따라 상기 냉동육을 -2℃ 인근의 상변화 온도 근처까지 골고루 원활하게 해동하는 것이 가능하다(도 7 참조).

참고로, 냉동식품(1)의 해동 시 냉풍의 속도가 높을 경우 해동 시 냉동육의 모서리부가 얼어있게 되며, 냉풍의 속도가 낮을 경우 사용하는 RF 출력을 낮춰야 한다.

< 제2실시예 >

해동대상 냉동식품(1)이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃(바람직하게는 50℃)의 냉동육인 경우(도 6 참조), 먼저 본체부(110) 내에 공급되는 냉풍의 온도를 -20 ~ -25℃, 그리고 냉풍의 속도를 0.5 ~ 1m/s로 설정한다.

그런 후, 냉동육의 중심부 품온이 -20℃에 도달하기 전까지 해동출력을 280 ~ 320W/㎏(바람직하게는 300W/㎏)으로 설정한 상태로 4 ~ 6분(바람직하게는 5분) 동안 가열한다.

그런 다음, 상기 냉동육의 중심부 품온이 -20℃에 도달하면 해동출력을 380 ~ 420W/㎏(바람직하게는 400W/㎏)으로 설정한 상태로 9 ~ 11분(바람직하게는 10분) 동안 가열해준다. 이에 따라 상기 냉동육을 -2℃ 인근의 상변화 온도 근처까지 골고루 원활하게 해동하는 것이 가능하다(도 7 참조).

< 제3실시예 >

해동대상 냉동식품(1)이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃(바람직하게는 -50℃)의 냉동육인 경우(도 6 참조), 먼저 본체부(110) 내에 공급되는 냉풍의 온도를 -35 ~ -45℃, 그리고 냉풍의 속도를 0.5 ~ 1m/s로 설정한다.

그런 다음, 해동출력을 최초 330 ~ 370W/㎏(바람직하게는 350W/㎏)으로 설정하여 3 ~ 5분(바람직하게는 4분) 동안 가열한 후, 해동출력을 다시 480 ~ 520W/㎏(바람직하게는 500W/㎏)으로 설정한 상태에서 6 ~ 8분(바람직하게는 7분) 동안 가열해준다. 이에 따라 상기 냉동육을 -2℃ 인근의 상변화 온도 근처까지 골고루 원활하게 해동하는 것이 가능하다(도 7 참조).

이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.

1 : 냉동식품 1a : 표피
100 : RF 해동장치 110 : 본체부
S : 수용공간 120 : 전극부
121 : 제1전극 123 : 제2전극
130 : 단열 플레이트 131 : 시트층
140 : RF 파워공급부 150 : 냉각부

Claims

내부에 수용공간이 마련되는 본체부;
상기 본체부 내에 설치되는 제1전극과, 상기 제1전극과 냉동식품을 사이에 두고 대향되게 이격 배치되는 제2전극을 포함하는 전극부;
상기 제2전극의 대향면에 배치되며, 상기 냉동식품이 놓이게 되는 단열 플레이트;
상기 제1전극 및 제2전극에 RF 파워를 공급해주는 RF 파워공급부; 및
상기 냉동식품의 해동 시 냉동식품의 표면이 과열되는 것을 방지할 수 있도록 냉풍을 공급해주는 냉각부;를 포함하되,
상기 냉동식품은 표피를 가진 냉동육이며,
상기 냉각부는 상기 냉동육의 표피를 향해 냉풍을 공급해줄 수 있도록 설치되는 것인 RF 해동장치.
제1항에 있어서,
상기 단열 플레이트는,
세라믹, 합성수지, 압축 스티로폼 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것인 RF 해동장치.
제2항에 있어서,
상기 단열 플레이트의 표면에는,
테프론(PTFE) 재질의 시트층;이 적층 형성된 것을 더 포함하는 RF 해동장치.
제1항에 있어서,
상기 제1전극과 제2전극의 절연거리는,
상기 냉동식품의 두께를 제외한 2 ~ 4.5㎝인 것인 RF 해동장치.
삭제
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 RF 해동장치를 이용한 냉동식품 해동방법에 있어서,
상기 냉동식품이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃의 냉동육인 경우,
상기 냉풍의 온도를 -40 ~ -60℃, 상기 냉풍의 속도를 0.4 ~ 0.7m/s로 설정하고, 해동출력을 600 ~ 700W/㎏으로 설정한 상태로 8 ~ 10분 동안 가열하는 것을 포함하여, 상기 냉동육을 해동시킬 수 있도록 한 것인 냉동식품 해동방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 RF 해동장치를 이용한 냉동식품 해동방법에 있어서,
상기 냉동식품이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃의 냉동육인 경우,
상기 냉풍의 온도를 -20 ~ -25℃, 상기 냉풍의 속도를 0.5 ~ 1m/s로 설정하고, 상기 냉동육의 중심부 품온이 -20℃에 도달하기 전까지 해동출력을 280 ~ 320W/㎏으로 설정한 상태로 4 ~ 6분 동안 가열하며, 상기 냉동육의 중심부 품온이 -20℃에 도달하면 해동출력을 380 ~ 420W/㎏으로 설정한 상태로 9 ~ 11분 동안 가열하는 것을 포함하여, 상기 냉동육을 해동시킬 수 있도록 한 것인 냉동식품 해동방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 RF 해동장치를 이용한 냉동식품 해동방법에 있어서,
상기 냉동식품이 2.5 ~ 4.5㎝ 두께와 800 ~ 1300g의 무게로 절단된 -40 ~ -60℃의 냉동육인 경우,
상기 냉풍의 온도를 -35 ~ -45℃, 상기 냉풍의 속도를 0.5 ~ 1m/s로 설정한 상태에서, 해동출력을 최초 330 ~ 370W/㎏으로 설정하여 3 ~ 5분 동안 가열한 후, 해동출력을 다시 480 ~ 520W/㎏으로 설정한 상태에서 6 ~ 8분 동안 가열하는 것을 포함하여, 상기 냉동육을 해동시킬 수 있도록 한 것인 냉동식품 해동방법.