KR20140073402A - 일종의 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치 및 균질화 고효율 가공 방법 - Google Patents

일종의 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치 및 균질화 고효율 가공 방법 Download PDF

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Abstract

일종의 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치 및 균질화 고효율 가공방법은, 농산품의 탈수 가공 및 건조 기계 장치 분야에 속한다. 본 발명은 재료투입밸브, 차단판 밸브, 마이크로파 가열 캐비티체, 마이크로파원, 물 부하, 진공건조 파이프, 가스 분포기, 가스 유동량 조절기, 기체-고체 분리기, 재료배출기, 증기 응축기, 냉각기, 진공 저장용기, 진공펌프 및 제어패널로 구성된다. 진공건조 파이프는 재료의 건조 및 유동 통로이다. 마이크로파원은 마이크로파 가열 캐비티 사방에 균일하게 분포되며, 진공건조 파이프는 마이크로파 가열 캐비티 내에 설치된다. 기체-고체 분리기는 마이크로파 가열 캐비티체 내의 진공건조 파이프 출구와 연결되어, 파이프를 통해 증기 응축기와 연결된다. 가스 분리기는 진공건조 파이프 하부에 설치되고, 파이프를 통해 가스 유동량 조절기와 연결되며, 가스 유동량은 제어패널을 통해 조절된다. 상기 장치는 재료의 마이크로파 동결건조 조건에서 분사, 회전을 실현하여 재료를 고효율로 균일하게 건조하고자 하는 목적을 달성할 수 있고, 냉동건조 주기를 거의 50% 단축시킬 수 있어 대규모 생산 원가를 낮출 수 있다.

Description

일종의 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치 및 균질화 고효율 가공 방법{A device of pulse-spouted microwave-Freeze Drying for granulated prepared foods and its high-efficient uniform processing method}
본 발명은 일종의 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조장치 및 균질화 고효율 가공방법에 관한 것으로서, 화공, 농업, 식품업계의 과립물을 부압 마이크로파 균질화 분사 건조시키는데 적용되며, 이는 농산품 탈수가공 및 건조기계장치 분야에 속한다.
현재 원료, 특히 과일채소의 냉동건조 기술 및 장치는 상대적으로 성숙한 시기에 들어섰다. 현재 마이크로파 보조 냉동건조 가공 기술 및 장치의 이용은 과채 탈수 가공업계가 발전하는 하나의 중요한 방향이다. 현재 원료의 고효율 건조에 관한 연구의 일반적인 사고 맥락은 마이크로파, 원적외선, 고주파 등 내부 가열 열에너지를 이용하여 연합 건조를 실시함으로써 냉동건조 과정의 단축을 실현하고, 고효율, 에너지 절감 목적을 달성하고자 하는데 주로 집중되어 있다. 그러나 고효율, 에너지 절감 특징이 가장 뚜렷한 마이크로파 냉동건조에는 매우 현저한 가열 불균일 현상(냉열점 현상)이 존재하며, 따라서 그 건조 품질의 현저한 저하를 초래하며(과열되어 타거나 과냉각으로 인해 건조되지 않음), 완제품의 균질도가 겨우 50~60%에 불과하며, 재처리 원가도 대폭 상승한다. 동시에, 중국국내의 수출 냉동건조 농산품 가공 산업에는 크게 3가지의 두드러진 난제 및 요구가 존재한다. (1) 농산품 냉동건조에 에너지 소모가 크고, 건조 시간이 길며, 원가가 높다는 등의 문제가 있어, 고효율 건조 기술이 강력히 요구된다. 종래의 냉동건조 공정 기술 및 장치는 비록 탈수 야채 제품의 외관 및 영양 품질을 최대한 유지시킬 수 있으나, 가공 시간이 길고 생산 원가가 높을 뿐만 아니라 에너지 소모가 높다는 단점이 있으며, 이는 농산품 냉동건조 업계의 발전을 제약하는 걸림돌이다. (2) 농산품의 고효율 냉동건조는 균질성이 나쁘고, 완제품률이 낮으며, 제품의 종합적인 품질이 급격히 저하된다는 등의 난제가 있어, 고효율 균질 건조 기술이 강력히 요구된다. 단일한 마이크로파 냉동건조는 비록 마이크로파의 투과성이 강하나, 그 가열 선택성 및 마이크로파의 첨각 집중성 등의 특징으로 인해 상이한 피가열물체의 각 부분에 발생하는 열에너지에 비교적 큰 차이가 생길 수 있는 동시에, 마이크로파 냉동건조 과정에서 저압가스 방전현상이 존재하기 때문에, 공업화 생산에 응용하는데 제한을 받는다. (3) 종래의 냉동건조 제품 수출의 종합적인 경쟁력이 하락하고 있고, 국제시장은 고품질, 저원가 냉동건조 과채에 대한 수요가 강렬하다. 본 발명은 고진공 조건 하의 펄스 분사를 통해 고효율 냉동건조 상태에서 원료의 균질화와 신속한 탈수를 실현하여, 1차 건조 완제품의 균질도가 98% 이상에 이르게 함으로써 진정한 급속, 저원가 균질 건조를 실현하였다.
장민, 쑨진차이, 얜웨이챵 등(중국특허출원번호 200910213559.1)은 일종의 마이크로파 분사 건조 과립상 과채의 균질 팽창 효과를 제고시키는 단계 분류 방법을 공개하였다. 각기 다른 건조 단계에서 송풍량을 달리 채택하여, 즉 처음에는 열풍 분사 예비건조를 실시하고, 후속적으로 기류와 마이크로파를 결합하는 방법을 이용하여 건조시키며, 건조 과채 과립이 가스 유동장과 마이크로파 혼합장에서 운동하는 상황을 제어함으로써 과립상 과채 과립의 팽화 효과를 얻는다. 그러나 본 특허의 차이점은 고진공 조건에서 재료의 분사, 회전을 실현하고, 펄스 분사 주기, 가스의 유동량 조정을 통해 재료의 분사 효과를 조절하여 재료의 마이크로파 냉동건조의 균질성을 실현하는 것이며, 재료의 분사 시간이 짧고(2s), 또한 분사 시 마이크로파 가열이 중지되고, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없기 때문에, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질이 보통 냉동건조와 기본적으로 일치하며, 상압 마이크로파 분사 건조 제품보다 훨씬 우수하다.
장민, 쑨진차이, 종치펑, 얜웨이챵 등(중국특허 출원번호 200810244418.1)은 과립상 과채 마이크로파 건조의 균일성을 향상시키는 분사 보조 방법을 공개하였는데, 두 가지 가스 유동장을 이용하여 마이크로파 분사 건조를 실시하였으며, 제품 건조 후 함수량이 모두 6% 이하이다. 그러나 본 특허의 차이점은 진공 건조 상태에서 재료의 분사, 회전을 실현하고, 펄스 분사 주기, 가스의 유동량 조정을 통해 재료의 분사 효과를 조정하는 것이다. 재료의 분사 시간이 짧고(2s), 또한 분사 시 마이크로파 가열이 중지되며, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없기 때문에, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질이 일반 냉동건조와 기본적으로 일치하며, 또한 제품 건조 후 함수량이 5% 이하로 제어된다.
왕위촨, 스싱롱, 정샤오웨이(중국특허등록번호 ZL03249124.7)는 식품 생산에 사용되는 마이크로파 냉동건조 장치를 공개하였다. 상기 장치는 캐비넷 몸체, 증기 응축기, 마이크로파 공동 마그네트론, 호이스트, 받침판 및 재료 트레이로 구성된다. 캐비넷 몸체는 호이스트의 인입과 인출 및 대규모 생산에 적합한 장방형 진공 용기로서, 그 전면은 캐비넷 도어이다. 증발 열원을 제공하는 마이크로파 공동 마그네트론은 각각 캐비넷 몸체의 상면과 양측에 배열 설치되고, 두 개의 증기 응축기는 번갈아 작업하면서 연속적으로 냉각시키는 방식으로 캐비넷 몸체의 저부에 병렬로 배열 고정되며, 캐비넷 몸체의 상면과 증기 응축기의 상부 표면에 각각 가이드레일과 슬라이드 레일이 고정되며, 양측에 받침판과 재료 트레이가 배열되는 호이스트가 가이드레일과 슬라이드 레일 사이에 슬라이딩 연결된다. 그러나 상기 발명은 냉동 건조 과정에서 재료의 운동을 실현할 수 없어 분균일하게 가열되는 현상이 존재한다. 본 특허는 원주형 마이크로파 가열 캐비티체를 채택하여, 상압 상태에서 작동시켜, 진공 상태에서 마이크로파 진입구에 저압 가스 방전현상이 발생하는 것을 방지하였으며, 건조 캐비티는 파이프 형태로 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열될 수 있으며, 펄스 분사로 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 재료의 공간 운동을 실현하여 마이크로파 냉동건조 과정 중 불균일하게 가열되는 현상을 개선하였다. 재료 분사 운동 시간이 짧고(2s), 또한 분사 운동 시 마이크로파 가열이 중지되며, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없기 때문에, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질은 일반 냉동건조와 기본적으로 일치하다.
총판쯔(중국특허출원번호 CN200610010411.4)는 식품과 약품 생산에 사용될 수 있는 마이크로파 진공 냉동건조 장치를 공개하였으며, 상기 발명의 흡수제 제거 단계에서, 마이크로파 가열과 선반 실리콘유 가열을 결합하여, 선반 실리콘유 가열을 제품의 건조 품질을 보장하는 최후 수단으로 함으로써, 마이크로파 과열로 인해 제품 품질에 영향을 주는 현상이 발생하지 않는다. 그러나 상기 발명은 냉동 건조 과정에서 재료의 운동을 실현할 수 없어 분균일하게 가열되는 현상이 존재하며, 또한 건조 시간이 단일한 마이크로파 냉동 건조 시간보다 길다. 본 특허는 원주형 마이크로파 가열 캐비티 몸체를 채택하여, 상압 상태에서 작동시켜 진공 상태에서 마이크로파 진입구에 저압 가스 방전현상이 발생하는 것을 방지하였으며, 건조 캐비티는 파이프 형태로 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열될 수 있으며, 펄스 분사로 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 재료의 공간 운동을 실현하여 마이크로파 냉동건조 과정 중 불균일하게 가열되는 현상을 개선하였다. 재료 분사 운동 시간이 짧고(2s), 또한 분사 운동 시 마이크로파 가열이 중지되며, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없기 때문에, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질이 일반 냉동건조와 기본적으로 일치하며, 또한 건조 시간이 마이크로파 가열, 선반 실리콘유 가열을 결합시킨 방식보다 짧다.
장민, 뚜안쉬, 판류핑(중국특허 등록번호 ZL200610088075.5)은 일종의 과채분말의 마이크로파 냉동건조 시간을 단축시키는 방법을 공개하였다. 급속 냉동 전의 슬러리상 과채를 유전계수가 높은 나노 산화 티타늄 세라믹에 투입하고, 유전상수가 비교적 높은 아미노산, 당 또는 염을 첨가하여 슬러리상 과채의 유전체 코어를 높여 마이크로파 진공 냉동 건조 주기를 단축시켰다. 상기 특허는 슬러리상 과채의 성분을 변화시킬 뿐만 아니라 원료가 슬러리상 과채 혼합물의 마이크로파 냉동건조에만 국한되며, 또한 상기 특허는 마이크로파 냉동건조의 균질성에 대해서는 언급이 없었다. 그러나 본 특허의 차이점은 진공 조건에서 재료의 분사, 회전을 실현하는 것으로서, 재료의 성분이 변하지 않으며, 펄스 분사 주기, 가스 유동량 조정을 통해 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 각기 다른 건조 단계의 분사 효과를 조정하여 재료의 마이크로파 냉동건조의 균질성을 실현하였다.
장민, 왕위촨(중국특허 등록번호 ZL201010572843.0)은 일종의 부압 마이크로파 균질 분사 건조장치 및 응용을 공개하였다. 상기 특허의 장치는 원주형 마이크로파 가열 캐비티 몸체를 채택하였고, 건조 캐비티는 파이프형으로, 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열되도록 하였으며, 진공 시스템은 물 순환식 진공펌프를 채택하였다. 건조파이프 내의 진공도, 가스 유동 속도의 조정을 통해 진공 상태에서 재료의 연속적인 분사, 회전과 유동을 실현하여 종래 제품이 정지 또는 회전반식 마이크로파 진공 건조 과정에서 불균일하게 가열되는 현상을 개선하였으며, 과립 재료의 마이크로파 진공 건조에 적용되며, 진공 저장용기의 진공도는 4-5kPa에 불과하다. 그러나 본 특허는 원주형 마이크로파 가열 캐비티 몸체를 채택하고, 상압 상태에서 작동시켜 진공 상태에서 마이크로파 진입구에 저압 가스 방전현상이 발생하는 것을 방지하였으며, 건조 캐비티는 파이프 형태로 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열될 수 있으며, 진공 시스템은 저온 증기 응축기 및 진공도가 높은 오일씰 타입의 진공펌프를 채택하였다. 진공 압력 파동 범위는 80-1500Pa이며, 펄스 분사로 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 재료의 공간 운동을 실현하고, 펄스 분사 주기, 가스의 유동량 조정을 통해 재료를 마이크로파 냉동 건조시키는 과정에서 각기 다른 건조 단계에서 동일한 분사 효과를 실현하였다. 따라서 균일한 마이크로파 냉동 건조 제품을 획득할 수 있는 동시에, 재료의 분사 운동 시간이 짧고(2s), 또한 분사 운동 시 마이크로파 가열이 중지되며, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없기 때문에, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질이 일반 냉동건조된 제품 품질과 기본적으로 일치하다.
리수쥔, 챠오여우푸, 양빙난 등(중국특허출원번호 201010101353.6)은 일종의 마이크로파 진공 냉동건조 장치를 공개하였다. 상기 특허의 마이크로파 진공 냉동건조 장치는 마이크로파 공진 캐비티 및 진공챔버를 포함하며, 상기 진공챔버 부분은 상기 마이크로파 공진 캐비티 내에 설치된다. 상기 진공챔버는 마이크로파의 차폐와 진공 밀봉의 이중 기능을 실현하여 마이크로파 진공 냉동건조의 냉동건조 조건을 보장할 수 있다. 상기 특허는 종래의 트레이 몰드 타입을 채택하였기 때문에 건조 과정에서 재료의 운동을 실현할 수 없다. 그러나 본 특허는 원주형 마이크로파 가열 캐비티 몸체를 채택하여, 상압 상태에서 작동시켜, 진공 상태에서 마이크로파 진입구에 저압 가스 방전현상이 발생하는 것을 방지하였으며, 건조 캐비티는 파이프 형태로 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열될 수 있고, 펄스 분사로 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 재료의 공간 운동을 실현하였으며, 펄스 분사 주기, 가스 유동량 조정을 통해 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 각기 다른 건조 단계의 분사 효과를 조정하기 때문에, 균일한 마이크로파 냉동 건조 제품을 획득할 수 있는 동시에, 재료의 분사 시간이 짧고(2s), 또한 분사 시 마이크로파 가열이 중지되며, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없기 때문에, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질은 일반 냉동건조된 제품 품질과 기본적으로 일치하다.
Scott Wennerstrum, Chicago, Ill(미국 특허번호 4856203, 일자 1989)은 일종의 의약분말제에 사용되는 마이크로파 진공 건조 장치를 공개하였다. 상기 장치에 건조 캐비티 수직 장치가 배치되고, 마이크로파원이 건조 캐비티 상부에 설치되며, 교반기가 건조 캐비티 저부에 설치된다. 상기 특허는 비록 재료가 건조 과정에서 회동하나, 단 공간 운동이 아닐 뿐만 아니라, 마이크로파원이 균일하게 분포될 수 없어 마이크로파 건조가 불균일한 현상이 여전히 존재한다. 또한 상기 특허는 분말상 재료의 마이크로파 진공 건조에만 응용될 수 있으며, 과립 재료가 교반 압출 작용으로 인해 파쇄되기 때문에 재료의 냉동 건조 과정에는 더더욱 응용될 수 없다. 본 특허는 원주형 마이크로파 가열 캐비티 몸체를 채택하여, 상압 상태에서 작동시켜 진공 상태에서 마이크로파 진입구에 저압 가스 방전현상이 발생하는 것을 방지하였으며, 건조 캐비티는 파이프 형태로 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열될 수 있고, 펄스 분사로 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 재료의 공간 운동을 실현하였으며, 펄스 분사 주기, 가스 유동량 조정을 통해 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 각기 다른 건조 단계의 분사 운동 효과를 조정하기 때문에, 균일한 마이크로파 냉동 건조 제품을 획득할 수 있는 동시에, 재료의 분사 시간이 짧고(2s), 재료의 분사 거리가 짧으며, 또한 분사 시 마이크로파 가열이 중지되고, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없어, 제품에 붕괴 현상 및 파쇄 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질은 일반 냉동 건조된 제품 품질과 기본적으로 일치하고, 마이크로파 진공 건조 제품보다 훨씬 우수하다.
Wang, W.; Chen, G.H.; Gao, F.R.(Drying Technology 2005, 23(1), 317-340)은 일종의 탈지유 마이크로파 냉동건조 속도를 향상시키는 방법을 연구하였다. 상기 연구는 고손실률 탄화규소봉을 탈지유에 투입하여 탈지유의 유전손실률을 향상시켰으며, 실험 결과, 상기 방법은 일반적인 마이크로파 냉동건조와 비교하여 마이크로 건조 시간을 32% 단축시키고, 보통 냉동건조와 비교하여 건조 시간을 58% 단축시킬 수 있음을 밝혔다. 그러나 상기 연구는 마이크로파 냉동건조의 균질성에 대해서는 언급이 없었고, 또한 상기 방법은 액체 제품에만 적합하다. 그러나 본 특허의 차이점은 진공 조건에서 재료의 분사, 회전을 실현하는 것으로 재료의 성분이 변하지 않으며, 펄스 분사 주기, 가스 유동량 조정을 통해 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 각기 다른 건조 단계의 분사 효과를 조정하여 재료의 균일한 마이크로파 냉동건조를 실현하였다.
Hao Jiang & Min Zhang & Arun S. Mujumdar 등(Food Bioprocess Technol, DOI.1007/s, 11947-012-0801-1)은 바나나칩의 마이크로파 냉동건조 온도 분포 및 마이크로 구조의 연구를 진행하였다. 상기 연구에 사용된 장치는 종래의 마이크로파 냉동건조 장치이다. 마이크로파 가열 캐비티와 건조 캐비티가 일체형으로, 마이크로파원이 집중 분포되며, 제품은 트레이 건조를 이용하였다. 연구에서 트레이형 마이크로파 냉동건조 바나나칩은 건조 과정에서 불균질 현상이 존재하여 냉열점 영역이 나타나고, 마이크로파 냉동건조 바나나칩의 마이크로 구조는 일반 냉동건조와 유사하다고 지적하였다. 상기 연구는 마이크로파 냉동건조의 균질성을 개선하는 기술방안은 제시하지 못하였다. 그러나 본 특허는 원주형 마이크로파 가열 캐비티 몸체를 채택하여, 상압 상태에서 작동시켜, 진공 상태에서 마이크로파 진입구에 저압 가스 방전현상이 발생하는 것을 방지하였으며, 마이크로파원이 마이크로파 가열 캐비티를 따라 균일하게 분포되고, 건조 캐비티는 파이프 형태로 제품이 건조 과정에서 마이크로파에 의해 균일하게 가열될 수 있으며, 펄스 분사로 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 재료의 공간 운동을 실현하였고, 펄스 분사 주기, 가스 유동량 조정을 통해 재료를 냉동 건조시키는 과정에서 각기 다른 건조 단계의 분사 효과를 조정하기 때문에, 균일한 마이크로파 냉동 건조 제품을 획득할 수 있는 동시에, 재료의 분사 시간이 짧고(2s), 또한 분사 시 마이크로파 가열이 중지되고, 마이크로파 가열에 고온 불활성이 없어, 제품에 붕괴 현상이 나타나지 않으며, 따라서 제품 품질은 일반 냉동건조된 제품 품질과 기본적으로 일치하다.
결론적으로, 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 방법과 장치는 국내외에 아직 보고된 바 없다.
본 발명의 목적은 펄스 분사 보조 조건 하에서 마이크로파 냉동건조로 효율적이고, 균일하며 원가가 저렴한 재료의 건조를 실현하여, 재료의 전통적인 냉동 건조 품질을 유지하고 심지어 향상시킬 수 있는 마이크로파 냉동건조 방법 및 장치를 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 일종의 과립상 조리 식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치 및 균질화 고효율 가공방법은, 재료투입밸브(1)와 차단판 밸브(2)를 포함하며, 마이크로파 가열 캐비티체(3), 마이크로파원(4), 물 부하 파이프(5), 진공건조 파이프(6), 가스 분포기(7), 질소가스원을 포함하는 가스 유동량 조절기(8), 기체-고체 분리기(9), 재료배출기(10), 증기 응축기(11), 냉각기(12), 진공 저장용기(13), 진공펌프(14), 제어패널(15), 물 순환장치(16)를 더 포함한다. 재료투입밸브(1)는 차단판 밸브(2) 상부에 위치하고, 차단판 밸브(2)는 마이크로파 가열 캐비티체(3) 상부에 위치하며, 차단판 밸브는 공판으로 가공하여 건조 과정에서 과립의 유실을 방지한다. 차단판 밸브(2)는 파이프를 통해 진공건조 파이프(6)의 진입구와 연결된다. 마이크로파 가열 캐비티체(3)는 원주형 용기이며, 마이크로파원(4)이 마이크로파 가열 캐비티체(3) 사방의 네 방향에 균일하게 분포되고, 또한 길이방향을 따라 균일하게 교대로 분포되며, 각 방향마다 마이크로파원의 분포 수량은 2-10개이다. 진공건조 파이프(6)는 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내에 설치되며, 진공건조 파이프(6)는 재료건조 및 유동 통로이고, 마이크로파 가열 캐비티체 양단은 밀봉헤드로 밀봉된다. 가스 분포기(7)는 진공건조 파이프(6) 하부에 위치하며, 가스 분포기(7)는 파이프를 통해 질소가스원을 포함하는 가스 유동량 조절기(8)와 서로 연결된다. 기체-고체 분리기(9)는 마이크로파 가열 캐비티체 우측에 위치하며, 파이프를 통해 진공건조 파이프(6)의 출구와 서로 연결된다. 기체-고체 분리기(9) 우측에 증기 응축기(11)가 연결되고, 기체-고체 분리기(9) 하부에 재료배출기(10)가 연결된다. 냉각기(12) 및 진공 저장용기(13)는 파이프를 통해 증기 응축기(11)와 연결된다. 진공펌프(14)는 파이프를 통해 진공 저장용기(13)와 연결되고, 물 부하 파이프(5)는 마이크로파 가열 캐비티(3) 내에 설치되어, 물 순환장치(16)와 연결된다.
진공건조 파이프(6)가 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내에서 수직으로 배열되는 수는 3-10개이며, 마이크로파원(4)은 마이크로파 가열 캐비티체 둘레의 네 방향을 따라 길이방향으로 균일하게 분포된다. 각 방향에 분포되는 마이크로파원의 수량은 2-10개이다. 제어패널(15)은 마이크로파 냉동 건조 과정에서의 진공 압력 및 파동 범위, 마이크로파 전력, 펄스 분사 가스 유동량과 분사 주기의 설정 및 자동 조절을 제어한다.
진공건조 파이프(6)의 내경은 32-100mm이며, 파이프 재질은 내마이크로파 흡수율이 낮고, 내고온, 내저온, 마찰계수가 낮은 식품급 폴리테트라플루오로에틸렌 재료로 제작한다.
마이크로파 전력은 재료 설정 온도 곡선을 근거로 제어패널(15)로 자동 연속 추적 조절하며, 오차는 ±1℃로 제어한다.
재료의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 과정에서 마이크로파 가열캐비티체(3)의 둘레에 4개의 관찰창이 균일하게 분포되어 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내의 변화 상태를 관찰할 수 있다.
펄스 분사 냉동건조 과정에서 물 부하 파이프는 마이크로파원을 보호하고 건조 파이프 중의 마이프로파장 강도를 자동으로 조절할 수 있다.
진공 압력 파동 범위는 80-1500Pa이다.
상기 장치는 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 균질화 냉동건조 방법으로서, 재료는 재료투입밸브 및 차단판 밸브를 통해 진공건조 파이프로 진입한다. 차단판 밸브는 공판으로 가공되어 건조 과정에서 과립의 유실을 방지한다. 진공건조 파이프는 재료의 건조 및 유동 통로이며, 마이크로파 가열 캐비티체는 원주형 용기로서 마이크로파원이 사방으로 균일하게 분포된다. 진공건조 파이프는 마이크로파 가열캐비티 내에 설치되고, 마이크로파 가열 캐비티체 양단은 밀봉헤드로 밀봉된다. 기체-고체 분리기는 마이크로파 가열캐비티체 내의 진공건조 파이프 출구에 연결되고, 또한 파이프를 통해 증기 응축기와 연결된다. 가스 분포기는 진공건조 파이프 하부에 설치되며, 파이프를 통해 가스 유동량 조절기(질소가스원 포함)와 연결되고, 가스 유동량은 제어패널을 통해 조절된다. 재료가 진공 상태에서 분사 운동을 실현할 수 있기 때문에, 상기 장치를 이용하면 재료가 마이크로파 냉동건조 조건 하에서 분사, 회전을 실현할 수 있어 재료의 고효율, 균질 건조 목적을 달성할 수 있다.
재료 과립의 마이크로파 냉동 건조 조건 하에서의 펄스 분사 방식: 진공건조 파이프내에서, 재료과립의 펄스 분사 건조는 아래의 각 힘의 작용을 받는다. 1. 진공건조 파이프 내의 펄스 가스(질소)에 재료를 상승시키는 추동력이 발생한다. 2. 재료 과립이 파이프와 마찰하면서 재료 과립이 회전하는 마찰력이 발생한다. 3. 재료 과립 사이에 크기의 차이, 비중의 차이로 인해 마찰이 발생하면서 재료가 회전하는 마찰력이 발생한다. 4. 재료과립이 순식간의 내외압 차이 변화로 인해 상이한 신축력 및 재료 과립 상호 간에 상응하는 압출력이 발생한다. 상기 각 힘의 작용 하에, 재료가 수직 진공건조 파이프 내에서 상부로 이동하는 이외에, 동시에 또한 회전이 발생함으로써 재료 과립에 공간 위치 분포의 주기적인 변화를 가져온다. 재료는 건조 초기, 중기, 후기의 함수율이 점차로 낮아지며, 본 발명은 펄스 분사 주기 및 가스 유동량의 자동 조정을 통해 재료를 펄스 분사 냉동건조 기간에 최대 위치에 도달시키고 동등한 공간 위치확률을 획득하게 하는 동시에, 펄스 분사 기간에 마이크로파 가열이 동시에 중지되며, 마이크로파 가열에 고온불활성이 없기 때문에 종래의 전기, 기름, 증기 가열방식(고온 불활성을 갖는다)과 달라 재료 과립의 온도에 영향을 주지 않아, 냉동건조 과정에서 재료의 붕괴로 인하여 건조 품질에 영향을 줄 우려가 없다.
1. 건조가 균일하다. 재료가 마이크로파 냉동 건조 과정에서 주기적인 분사, 회전 상태를 나타내기 때문에, 재료의 균일한 건조를 실현할 수 있고, 완제품의 균질도가 98% 이상에 달하여 재처리가 필요 없다. 종래의 마이크로파 건조에 가열 불균일 현상(냉열점 현상)이 매우 뚜렷하게 존재하여 그 건조 품질이 저하되고(과열되어 눌러붙거나 과냉되어 건조되지 않는 현상), 재처리 원가가 대폭 상승하는 것을 방지하였다.
2. 효율이 높고 원가가 낮다. 재료의 과립이 펄스 분사운동 마이크로파 냉동건조 과정에서, 동등한 마이크로파 전력 확률을 획득하여, 종래의 트레이형 마이크로파 냉동건조와 비교하여 재료의 과립 건조 속도가 빠르고, 건조 효율이 높으며, 원가가 낮다.
3. 투자비용이 낮고 조작이 간편하다. 재료가 진공건조 파이프 내에서 주기적으로 분사 운동을 하면서 연속적으로 건조되며, 또한 파이프는 마이크로파 가열에 견디고, 마이크로파 흡수율이 낮으며, 내고온, 저온, 마찰계수가 낮은 폴리테트라플루오로에틸렌 재료로 제작되어 종래의 방대한 건조 캐비티체를 생략할 수 있어 투자비용이 낮고 사용 조작이 간편하다.
도 1은 본 발명의 시스템 흐름도.
이하, 실시예는 첨부된 도면과 함께 본 발명의 기술방안에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일종의 과립 재료에 사용되는 펄스 분사운동 마이크로파 냉동건조 균일화 방식 및 장치는, 재료투입밸브(1)와 차단판 밸브(2)를 포함하며, 마이크로파 가열 캐비티체(3), 마이크로파원(4), 물 부하 파이프(5), 진공건조 파이프(6), 가스 분포기(7), 질소가스원을 포함하는 가스 유동량 조절기(8), 기체-고체 분리기(9), 재료배출기(10), 증기 응축기(11), 냉각기(12), 진공 저장용기(13), 진공펌프(14), 제어패널(15)을 더 포함한다. 재료투입밸브(1)는 과립 재료가 진공건조 파이프로 진입하는 입구로서 또한 진공 밀봉 작용을 가지며, 차단판 밸브(2)는 재료가 기체-고체 분리기(9)로 진입하는 것을 방지하는 동시에 건조 과정에서 수증기 및 공기가 흐르는 통로이기도 하다. 진공건조 파이프(6)는 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내에 설치되어, 과립 재료가 파이프 내에서 분사 운동 및 건조를 진행한다. 재료 과립의 분사 운동 높이 및 진공도 파동 범위는 가스 분리기(7) 및 가스 유동량 조절기(8)에 의해 제어되며, 건조 과정에서 재료의 과립에서 발생하는 수증기가 기체-고체 분리기(9)를 거쳐 증기 응축기(11)에서 얼음으로 응결된다. 증기 응축기 온도는 냉각기(12)에 의해 제어되고, 진공건조 파이프 내의 진공 압력은 진공 저장용기(13)에 의해 유지되며, 진공 저장용기는 오일씰 진공펌프(14)와 서로 연결된다. 과립 재료의 건조가 종료된 후, 차단판 밸브를 개방하여 가스 유동량 조절기를 조절하여, 재료 과립은 진공건조 파이프로부터 기체-고체 분리기로 진입한 후, 재료배출기(10)로 진입한다.
본 발명은 펄스 분사운동 방식을 이용하여 파이프 내에서 재료의 분사 운동, 회전을 실현하여 종래의 트레이형 마이크로파 냉동건조 방식을 변경하였으며, 재료를 건조시키는 과정에서 열교환 면적과 재료 표면의 수분 증발 면적을 증가시켜 건조가 균일하고 효과가 우수하며, 투자비용이 적고 원가가 낮은 장점을 갖는다.
실시예 1: 당근 과립의 펄스 분사운동 마이크로파 냉동건조 방법
신선한 당근을 깨끗이 세척한 다음 5mm-10mm의 입방체로 잘라 96-98℃에서 2-3분간 데친 후 건져내어 1%의 포도당 분말을 첨가하여 20분간 혼합 정지시킨 후, 원심분리기로 표면에 부착된 수분을 제거하여 준비해둔다. 유동상 급속냉동기를 가동시켜 온도가 -40℃에 이르면, 전처리된 당근 과립을 유동상 위에 놓고 급속 냉동을 실시하며, 응결시간 1시간 후, -35℃의 냉동고 안에 넣어 준비한다. 펄스 분사운동 마이크로파 냉동건조 장치 냉각기(12)를 가동시켜, 증기 응축기(11)의 온도가 -40℃에 이르면, 가스 분포기(7)를 진공건조 파이프(6) 저부로부터 진공건조 파이프에 장착하고, 재료투입밸브(1) 및 차단판 밸브(2)를 개방하여, 응결 후의 당근 과립을 냉동고 안에서 인출하고 진공건조 파이프 안에 담은 후 재료투입밸브를 닫고, 진공펌프(14)를 가동시켜, 진공 저장용기(13) 및 진공건조 파이프 내의 압력이 100Pa에 도달하면 순서대로 마이크로파원(4), 물 순환장치(16) 및 가스 유동량 조절기(8)를 가동시킨다. 마이크로파 전력은 설정된 과립 재료의 온도에 따라 자동으로 조정되고, 과립 재료의 온도는 건조 과정에서 1분 간격으로 온도값을 기록하며, 최고 온도는 55℃이다. 펄스 분사운동 주기는 예비 실험 데이터를 근거로 설정하며, 제어패널(15)은 설정 파라미터를 근거로 자동으로 가스 유동량 조절기를 조정한다. 진공 압력 파동범위는 100-1500Pa이며, 회복시간은 40s이다. 설정된 건조시간이 종료된 후, 차단판 밸브를 개방하여 재료를 기체-고체 분리기(9)에 진입시킨 후 마지막으로 재료배출기(10)로부터 배출한다.
실시예 2: 상추줄기 과립의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 방법
상추줄기를 깨끗이 세척하여 직경이 12mm, 두께 5mm인 원주체로 자른 후, 테트라플루오로에틸렌 트레이 내에 담고 마이크로파를 이용하여 데친다(무수). 2min 이내에 상추 과립 내부 온도가 100℃에 도달하면 1min 동안 유지한 후 표면에 부착된 수분이 없어질 때까지 냉풍으로 냉각시킨다. 유동상 급속 냉동기를 가동시켜 온도가 -40℃에 이르면, 마이크로파로 데친 상추 과립을 유동상 위에 담고 급속냉동을 진행하며, 응결 시간은 1시간이다. 그 다음 -35℃의 냉동고 안에 넣고 준비한다. 펄스 분사운동 마이크로파 냉동건조 장치 냉각기(12)를 가동시켜, 증기 응축기(11) 온도가 -40℃에 이르면 가스 분포기(7)를 진공건조 파이프(6) 저부로부터 진공건조 파이프에 장착한 다음, 재료투입밸브(1) 및 차단판 밸브(2)를 개방하여 동결 후의 상추 과립을 냉동고 안에서 인출하고 진공건조 파이프 안에 담은 후 재료투입밸브를 단고, 진공펌프(14)를 가동시켜, 진공 저장용기(13) 및 진공건조 파이프 내의 압력이 80Pa에 도달하면 순서대로 마이크로파원(4), 물 순환장치(16) 및 가스 유동량 조절기(8)를 가동시킨다. 마이크로파 전력은 설정된 온도에 따라 자동으로 조정되며, 상추 과립의 온도는 건조 과정에서 1분 간격으로 온도값을 기록하며, 최고 온도는 50℃이다. 펄스 분사 주기는 예비 실험 데이터를 근거로 설정하며, 제어패널(15)은 설정 파라미터를 근거로 자동으로 가스 유동량 조절기를 조정한다. 진공 압력 파동범위는 80-1200Pa이며, 회복시간은 30s이다. 설정된 건조시간이 종료된 후, 차단판 밸브를 개방하여 재료를 기체-고체 분리기(9)에 진입시킨 후 마지막으로 재료배출기(10)로부터 배출한다.
1: 재료투입밸브; 2: 차단판 밸브; 3: 마이크로파 가열 캐비티체; 4: 마이크로파원; 5: 물 부하 파이프; 6: 진공건조 파이프; 7: 가스 분포기; 8: 가스 유동량 조절기; 9: 기체-고체 분리기; 10: 재료배출기; 11: 증기 응축기; 12: 냉각기; 13: 진공 저장용기; 14: 진공펌프; 15: 제어패널; 16: 물 순환장치.

Claims (8)

  1. 일종의 과립상 조리식품에 사용되는 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치 및 균질화 고효율 가공방법에 있어서,
    상기 장치는 재료투입밸브(1), 차단판 밸브(2), 마이크로파 가열 캐비티체(3), 마이크로파원(4), 물 부하 파이프(5), 진공건조 파이프(6), 가스 분포기(7), 질소가스원을 포함하는 가스 유동량 조절기(8), 기체-고체 분리기(9), 재료배출기(10), 증기 응축기(11), 냉각기(12), 진공 저장용기(13), 진공펌프(14) 및 제어패널(15)로 구성되고,
    상기 재료투입밸브(1)는 상기 차단판 밸브(2)의 상부에 위치하고, 상기 차단판 밸브(2)는 상기 마이크로파 가열 캐비티체(3)의 상부에 위치하며, 상기 차단판 밸브는 공판으로 가공되어 건조 과정에서 과립의 유실을 방지하며, 상기 차단판 밸브(2)는 파이프를 통해 상기 진공건조 파이프(6)의 진입구와 연결되며,
    상기 마이크로파 가열 캐비티체(3)는 원주형 용기로서, 상기 마이크로파원(4)은 상기 마이크로파 가열 캐비티체(3) 둘레의 네 방향에 균일하게 분포되면서 또한 길이방향을 따라 균일하게 번갈아 분포되며, 각 방향마다 마이크로파원의 분포 수량은 2-10개이며,
    상기 진공건조 파이프(6)는 상기 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내에 수직으로 장착되며, 상기 진공건조 파이프(6)는 재료건조 및 유동 통로로서, 마이크로파 가열 캐비티체의 양단은 밀봉헤드로 밀봉되며,
    상기 가스 분포기(7)는 상기 진공건조 파이프(6)의 하부에 위치하여, 상기 가스 분포기(7)는 파이프를 통해 질소가스원을 포함하는 상기 가스 유동량 조절기(8)와 서로 연결되며,
    상기 기체-고체 분리기(9)는 상기 마이크로파 가열 캐비티체(3)의 우측에 위치하고, 상기 기체-고체 분리기(9)는 파이프를 통해 상기 진공건조 파이프(6)의 출구와 서로 연결되며, 상기 기체-고체 분리기(9)의 우측에는 상기 증기 응축기(11)가 연결되며, 상기 기체-고체 분리기(9)의 하부에는 상기 재료배출기(10)가 연결되며,
    상기 냉각기(12) 및 상기 진공 저장용기(13)는 파이프를 통해 상기 증기 응축기(11)와 연결되며,
    상기 진공펌프(14)는 파이프를 통해 상기 진공 저장용기(13)와 연결되며,
    상기 물 부하 파이프(5)는 PP 재질의 파이프로서, 상기 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내에 장착되어, 상기 진공건조 파이프(6)와 평행을 이루고, 상기 물 부하 파이프(5)는 물 순환장치(16)와 연결되며,
    상기 제어패널(15)은 마이크로파 냉동 건조 과정에서 진공 압력 및 파동 범위, 마이크로파 전력, 펄스 분사 가스 유동량과 분사 주기의 설정 및 자동 조절을 제어하는 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진공건조 파이프(6)는 마이크로파 가열 캐비티체내에서 수직으로 배열되는 수가 3-10개인 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 진공건조 파이프(6)의 내경은 32-100mm이며, 파이프 재질은 내마이크로파 흡수율이 낮고, 내고온, 내저온, 마찰계수가 낮은 식품급 폴리테트라플루오로에틸렌 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    마이크로파 전력은 재료 설정 온도 곡선을 근거로 상기 제어패널(15)로 자동으로 연속 추적 조절되며, 오차는 ±1℃로 제어되는 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    재료가 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 과정에서는, 상기 마이크로파 가열캐비티체(3)의 둘레에는 4개의 관찰창이 균일하게 분포되어, 상기 마이크로파 가열 캐비티체(3) 내의 변화 상태를 관찰할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    펄스 분사 냉동건조 과정에서, 물 부하 파이프는 마이크로파원을 보호하고, 또한 건조 파이프 중의 마이프로파장 강도를 자동으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    진공 압력 파동 범위는 80-1500Pa인 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 냉동건조 장치.
  8. 제 1항의 장치를 과립상 조리식품에 사용하는 펄스 분사 마이크로파 균질화 냉동건조 방법에 있어서,
    재료가 재료투입밸브 및 차단판 밸브를 통해 진공건조 파이프로 진입되고, 상기 차단판 밸브는 공판으로 가공되어 건조 과정에서 과립의 유실을 방지하며,
    상기 진공건조 파이프는 재료의 건조 및 유동의 통로이며,
    마이크로파 가열 캐비티체는 원주형 용기로서, 마이크로파원은 사방으로 균일하게 분포되며, 상기 진공건조 파이프는 마이크로파 가열 캐비티체 내에 장착되며, 상기 마이크로파 가열 캐비티체의 양단은 밀봉헤드로 밀봉되며,
    기체-고체 분리기는 상기 마이크로파 가열 캐비티체 내의 상기 진공건조 파이프의 출구에 연결되고, 또한 파이프를 통해 증기 응축기와 연결되며,
    가스 분포기는 상기 진공건조 파이프의 하부에 장착되어, 파이프를 통해 가스 유동량 조절기(질소가스원 포함)와 연결되고, 가스 유동량은 제어패널을 통해 조절되며,
    재료가 진공 상태에서 분사 운동을 실현할 수 있기 때문에, 상기 장치를 이용하여 마이크로파 냉동건조 조건 하에서 재료의 분사, 회전을 실현할 수 있어서, 재료의 고효율, 균일 건조의 목적을 달성할 수 있는 것을 특징으로 하는 일종의 펄스 분사 마이크로파 균질화 냉동건조 방법.






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