KR20140136954A - 농산물 또는 원예산물로 채워진 공간 내의 대기를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농산물 또는 원예산물로 채워진 폐쇄 가능한 공간 내의 대기를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 농산물 또는 원예산물의 호흡을 직접 탐지하고 상기 공간 내의 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량을 상기 탐지된 호흡에 따라 조절함을 포함한다. 여기서는 각각의 경우에 결정된 시간 동안 호흡을 주기적으로 탐지하고, 호흡의 탐지 동안에 상기 공간을 외부 영향으로부터 봉쇄한다. 실제 호흡을 개시점으로 취함으로써 매우 우수한 제어를 달성하고, 탐지를 얼마동안 완전히 단리된 대기 중에서 주기적으로 수행할 때, 매우 신뢰할 만한 탐지는 이러한 제어의 기반이 된다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장비, 및 이러한 장비가 제공된 폐쇄 가능한 공간에 관한 것이다.

Description

농산물 또는 원예산물로 채워진 공간 내의 대기를 제어하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE ATMOSPHERE IN A SPACE FILLED WITH AGRICULTURAL OR HORTICULTURAL PRODUCTS}

본 발명은 농산물 또는 원예산물의 호흡을 직접 탐지하고 농산물 또는 원예산물로 적어도 부분적으로 채워진 폐쇄 가능한 공간 내의 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량을 상기 탐지된 호흡에 따라 조절함으로써 상기 공간 내의 대기를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 WO 2011/113915 A1을 통해 공지되어 있다.

농산물 및 원예산물의 적절한 저장은 매우 중요하다. 이러한 산물들은 통상적으로 일년에 단지 한 번만 수확되고, 우수한 가격 수준을 유지하기 위해서는, 특정 기간에 걸쳐 일정한 공급량으로 시장에 제공되어야 한다. 농산물 및 원예산물을 제어된 대기 (CA)에서 저장하면 이들을 오랜 시간 동안 저장할 수 있다고 알려져 있다. 제어된 대기는 여기서는 정밀하게 결정된 한계 내에서 유지되는 조성, 특히 산소 함량, 이산화탄소 함량 및 질소 함량을 갖는 대기를 의미하는 것으로 이해된다.

오랜 저장 수명을 위해서는 산소 함량이 특히 매우 중요하며, 이는 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. 그 이유는 신선한 농산물 및 원예산물은 저장 동안에 호흡을 하여 대기로부터 산소를 흡수하고 산소를 사용하여 포도당과 같은 복합 분자를 전환 또는 연소시키고 에너지를 방출시키기 때문이다. 이러한 호흡은 산물의 숙성을 수반하며, 이로 인해 그의 저장 수명이 제한된다.

조기 숙성을 방지하기 위해서, 과일, 예컨대 예를 들어 사과 또는 배를 ULO (초저산소(Ultra-Low Oxygen)) 저장으로서 공지된 매우 낮은 산소 함량을 갖는 대기 중에서 저장한다. 배의 경우에 산소 함량은 예를 들어 2 내지 3 %에 달하는 반면에 사과의 경우에 산소 함량은 심지어는 0.8 내지 1.5 %에 달한다.

산소 함량이 감소됨으로 인해 원칙적으로는 저장 수명이 보다 길어지지만, 가능한 감소에는 한계가 있다. 그 이유는 산소 함량이 너무 낮아지면 호흡 또는 산소 호흡이 발효 또는 무산소 호흡으로 전이될 위험이 있기 때문이다. 산물의 "비상(emergency) 호흡"이라고 볼 수 있는 발효에 있어서, 포도당은 이산화탄소 및 (신선한 원예산물의 경우에는) 알콜로 전환된다. 발효가 너무 오랫동안 지속되면 산물이 손상되고, 이로 인해 산물은 판매 불가능하게 된다.

이러한 위험이 있지만, 그럼에도 불구하고, 몇몇 농산물 및 원예산물의 경우에 산물의 저장 시의 산소 함량을 더욱 감소시킬 필요가 있다. 이는 주로 저장 손상을 방지하려는 바람에 의해 요구된 것이다. 지금까지는 통상적으로 화학 약품이 이러한 목적을 위해 사용되어 왔지만, 그의 사용에 대해서 점점 더 많은 이의가 제기되고 있다. 예를 들어 사과 및 배를 딴 후에는, 상기 과일을 가치 없게 만드는 흑색 변색이 일어나는 껍질 병인 껍질덴병(scald)을 방지하기 위해서 현재에도 여전히 상기 과일을 DPA (디페닐아민)로 처리한다. 그러나 이러한 약품의 사용은 유럽에서 2012년 이후로 금지되었다.

과일의 저장 시의 산소 함량을 더욱 감소시킬 수 있도록 하기 위해서는, 호흡으로부터 발효로의 전이를 명확하게 결정하여 시기적절한 조치를 위함으로써 산물의 손상을 방지할 수 있어야 한다.

발효의 발생을 시기적절하게 탐지하기 위한 여러 가지 방법들이 이미 공지되어 있다.

첫 번째 방법은 발효 동안에 형성된 알콜을 측정함을 기반으로 한다. 이러한 공지된 방법에서는 저장 공간에 저장된 과일의 샘플을 주기적으로, 예를 들어 매주 취한다. 예를 들어 약간의 사과 또는 배로 이루어질 수 있는 이러한 샘플을 실험실에서 분석하는데, 여기서는 과육의 에탄올 함량을 화학 분석을 통해 결정한다. 이러한 공지된 방법의 문제점은 이것이 설비가 잘 갖춰진 실험실과 얼마나 가까운지에 따라 좌우되고, 노동 및 샘플의 운송에는 시간이 소요되고 비용이 많이 든다는 점이다. 실제로는 알콜의 측정을 저장 공간 그 자체에서 수행할 수는 없기 때문에, 이러한 방법은 상기 공간과 연결된 측정 및 제어 시스템에서 실행하기에는 적합하지 않다.

또 다른 공지된 방법은 문헌["The harvest watch system - measuring fruit's healthy glow", B.E. Stephens and D.J. Tanner, ISHS Acta Horticulturae 687: International Conference Postharvest Unlimited Downunder 2004]에 기술되어 있다. 이는 과일의 건강 상태의 징후, 특히 클로로필의 양을 나타내는 껍질 내의 클로로필의 형광을 측정함을 기반으로 한다. 상기 방법은 저장된 과일의 샘플에 빛을 비추고 측정된 형광으로부터 발효 위험을 유추함을 기반으로 한다. 그러나 탐지된 껍질의 형광과 발효의 발생 사이의 관계는 실제로 명백하다고 밝혀져 있지는 않으므로 이러한 방법은 완전히 신뢰할 만한 것은 아니다.

언급된 문헌 WO 2011/113915 A1에는 과일 또는 다른 산물, 특히 사과의 ULO 저장을 위한 방법 및 시스템이 기술되어 있는데, 여기서는 저장된 과일의 호흡 활동을 유추하기 위해서 저장 공간에서의 산소 및 이산화탄소 함량의 변화를 지속적으로 측정한다. 이러한 호흡 활동을 기반으로 하고 저장 공간에서의 누설의 영향을 고려하여, 매개변수 GERQ (기체 교환율)의 값이 변화할 때 산소를 공급함으로써 상기 공간 내의 대기를 지속적으로 제어한다. 상기 공지된 방법은 실험실 조건에서 사용하기에 특히 적합한 것으로 밝혀졌는데, 왜냐하면 실제로는 컨디셔닝된 저장 공간에서 과일의 호흡을 지속적으로 측정하고 제어하는 것은 용이하게 할 수 있는 것이 아니기 때문이다.

따라서 농산물 또는 원예산물을 위한 폐쇄 가능한 저장 공간 내의 대기를 신뢰할 만한 방식으로 제어하여, 심지어는 매우 낮은 산소 수준에서도, 발효의 위험을 실질적으로 완전히 없앨 수 있는 실용적인 방법이 필요하다. 본 발명에 따라, 각각의 경우에 결정된 시간 동안, 호흡을 주기적으로 탐지하고, 호흡의 탐지 동안에 공간을 외부 영향으로부터 봉쇄함으로써, 이를 달성한다. 실제 호흡을 개시점으로서 취하여, 이전의 시험 결과 또는 이론적 모델을 기반으로 할 때 가능한 것보다 더 우수한 제어를 달성한다. 또한 완전히 단리된 대기 중에서 얼마간 주기적인 탐지를 수행하면 산소 및 이산화탄소 함량의 작은 차이를 신뢰할 만한 방식으로 측정할 수 있다. 이어서 말하자면 호흡 산물, 특히 이산화탄소의 "누적"을 측정한다.

저장 과정을 방해하는 측정 없이 산물의 상태의 보다 신뢰할 만한 양상을 얻기 위해서, 한 번에 1시간 이상 동안, 바람직하게는 수시간 동안 호흡을 탐지할 수 있다. 따라서 이산화탄소의 적절하게 측정 가능한 "누적" 및 산소 농도의 적절하게 측정 가능한 감소를 달성한다.

신뢰할 만한 탐지를 위해, 공간과 연결된, 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량의 조절 장치를 유리하게는 호흡의 탐지 동안에 끌 수 있다. 공간과 연결된 온도 조절 수단도 바람직하게는 호흡의 탐지 동안에 끈다.

적어도 호흡의 탐지 동안에 공간이 실질적으로 완전히 밀폐될 때(leakage-tight) 탐지의 신뢰성은 더욱 개선된다. 산소를 풍부하게 갖는 주위 공기가, 남아있을 수 있는 작은 누설부를 통해 공간으로 침투하여 탐지를 방해하는 것을 방지하기 위해서, 공간을 바람직하게는 호흡의 탐지 전에 주변 영역보다 더 높은 압력으로 만든다. 이를, 특정량의 기체, 예를 들어 질소를 주입함으로써, 간편한 방식으로 수행할 수 있다.

호흡의 탐지 동안에 공간 내의 대기가 움직이기 시작하거나 움직임을 유지할 때, 호흡 산물은 공간을 통해 균일하게 분포되어서 보다 신뢰할 만한 탐지가 달성된다.

일반적으로 오랜 시간이 소요되는 측정 동안에, 가능하다면 환기 장치를 제외하고는 모든 컨디셔닝 설비를 끌 수 있고, 냉각 셀을 말하자면 "가동 중단"한다. 이어서 정해진 시간에 온도 및 냉각 셀 내의 기체 상태의 측정을 실행하기만 하면 된다.

측정 및 제어에 드는 노력을 최소화기 위해서, 연속적인 탐지들 사이에 수일 또는 심지어는 수주일의 간격을 둘 것이 권유된다. 일단 저-산소 대기가 조성되면, 저장된 산물의 상태는 단지 서서히 변화할 뿐이어서, 발효의 위험이 임박하면 이러한 주기적 측정을 통해 여전히 시기적절한 조치를 취할 수 있다.

농산물 또는 원예산물의 산소 흡수를 측정하고 그의 이산화탄소 방출을 측정하고 그의 비를 결정함으로써 농산물 또는 원예산물의 호흡을 탐지할 때 간편한 제어가 달성되고, 이렇게 결정된 비가 실질적으로 일정하게 유지되는 한 공간 내의 산소 함량은 감소한다. 이러한 비에 대한 척도는, 호흡에 의해 형성된 이산화탄소와 소비된 산소의 비로서 정의되는, 소위 호흡률 (RQ)이다:

RQ = 생성된 CO₂ / 흡수된 O₂ (I)

산소 흡수와 이산화탄소 방출의 비가 일정하다는 것은 정상적인 호흡을 나타내며, 따라서 발효의 발생의 한계에는 분명히 아직 도달되지 않았다. 이러한 경우에 적극적으로는 저장 공간으로부터 산소를 뽑아내거나 소극적으로는 호흡에서 소비된 산소를 보충하지 않음으로써, 산소 함량을 더욱 감소시킬 수 있다.

저장된 산물의 품질 저하를 방지하기 위해서, 산소 흡수와 이산화탄소 방출의 비가 크게 변화하자마자 공간 내의 산소 함량을 적어도 일시적으로 증가시킬 것이 권유된다. 이러한 변화는 결국 발효를 나타내며, 공간 내의 산소 함량을 증가시킴으로써 이러한 과정을 중단시킬 수 있고 심지어는 제한된 정도로 역전시킬 수 있다.

호흡의 우수한 양상을 얻기 위해서, 탐지는 바람직하게는 산소 흡수 및 이산화탄소 방출을 여러 번 측정함을 포함한다. 여기서 신뢰할 만한 제어를 달성하기 위해서 측정 회수는 통계학적으로 신뢰할 만한 것이어야 한다.

본 발명은 또한 상기에서 기술된 방법을 수행하는데 사용될 수 있는 장비에 관한 것이다. 농산물 또는 원예산물로 적어도 부분적으로 채워진 폐쇄 가능한 공간 내의 대기를 제어하기 위한, WO 2011/113915 A1을 통해 공지된 장비는, 공간 내의 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량을 조절하기 위한, 제어 가능한 장치, 이러한 조절 장치와 연결된 제어 시스템, 및 제어 시스템과 연결된, 농산물 또는 원예산물의 호흡을 직접 탐지하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 장비는, 제어 시스템이 주기적으로 호흡 탐지 수단을 한 번에 결정된 기간 동안 켜고 호흡 탐지 수단이 켜지면 공간을 외부 영향으로부터 봉쇄하도록 구성된다는 점에서, 공지된 장비와는 상이하다. 이렇게 하여 호흡 산물의 신뢰할 만한 "누적 측정"을 수행할 수 있다.

제어 시스템은 여기서는 유리하게는, 각각 용이하게 측정 가능한 산소 함량의 감소 및 이산화탄소 함량의 증가를 초래하기에 충분한 "누적"을 달성하기 위해서, 호흡 탐지 수단으로 하여금 한 번에 1시간 이상 동안, 바람직하게는 연속해서 수시간 동안 켜진 상태를 유지하게 하도록 구성될 수 있다.

제어 시스템은 바람직하게는 호흡 탐지 수단이 켜지면 조절 장치를 끄도록 구성된다.

이러한 호흡 탐지 수단은 바람직하게는 1개 이상의 산소 계량기 및 1개 이상의 이산화탄소 계량기를 포함할 수 있다.

조절 장치는 공간 내의 온도를 조절하기 위한 수단을 추가로 가질 수 있다. CA 또는 ULO 저장은 저온에서, 대략 영상 몇 도에서 가장 효과적이다.

본 발명에 따른 장비의 추가의 바람직한 실시양태는 종속항에 기술되어 있다.

끝으로, 본 발명은 상기에서 기술된 바와 같은 장비가 제공될 수 있는, 제어된 대기에서 농산물 또는 원예산물을 저장하기 위한 폐쇄 가능한 공간에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 호흡 탐지 수단이 작동 중일 때는 어떤 경우든지 이러한 공간은 실질적으로 완전히 밀폐된다는 특징을 갖는다. 그래서 이러한 목적을 위해 공간은 100 ㎥ 당 0.2 ㎠ 미만, 바람직하게는 100 ㎥ 당 0.15 ㎠ 미만 및 보다 바람직하게는 대략 100 ㎥ 당 0.1 ㎠의 밀폐도(leak-tightness)를 가질 수 있다.

본 발명은 이제 한 실시양태를 기반으로 설명될 것이며, 여기서 첨부된 도면이 참고된다.

도 1은 본 발명에 따른 대기를 제어하기 위한 장비를 갖는, 농산물 또는 원예산물을 위한 저장 공간의 개요도이다.

도 2는 이산화탄소의 형성이 산소 압력의 함수로서 나타내어진 그래프를 보여준다.

도 3은 저장 공간 내의 산소 함량의 함수로서의 호흡률의 추이를 보여주는 곡선이다.

도 4는 저장 공간 내의 과일의 측정된 산소 흡수 및 이산화탄소 방출을 보여주는 그래프이다.

도 5는 저장 공간 내의 과일의 호흡을 탐지하기 위한 측정 사이클의 추이를 보여주는 개요도이다.

농산물 또는 원예산물, 예를 들어 과일을 저장하기 위한 공간 (1)은 모든 면이 폐쇄되어 있다. 실제로 이것은 수십톤 또는 심지어는 수백톤의 과일을 저장하기에 적합한 공간 (1)이다.

공간 (1)의 벽들 중 하나에는 개구 (2)가 배열되는데, 이 개구를 통해 과일이 공간으로 운반되고 공간으로부터 제거될 수 있다. 이러한 개구 (2)는 문 (3)에 의해 밀봉될 수 있다. 공간 (1) 내의 대기를 제어하는 장비 (4)가 공간 (1)과 연결된다. 이러한 장비 (4)는 공간 내의 산소 O₂의 함량, 이산화탄소 CO₂의 함량 및 질소 N₂의 함량을 조절하고 공간 (1) 내의 온도 T를 조절하기 위한 조절 장치 (5)를 포함한다. 장비 (4)는 조절 장치 (5)와 연결된 제어 시스템 (6)을 추가로 포함한다.

조절 장치 (5)는 산소 함량을 조절하기 위한 모듈 (7), 예컨대 산소 발생기, 및 이산화탄소 함량을 조절하기 위한 모듈 (8)을 포함한다. 이산화탄소 모듈 (8)은 소위 CO₂ 스크러버(scrubber)를 포함할 수 있다. 질소 함량을 조절하기 위한 모듈 (9), 예컨대 질소 발생기도 조절 장치 (5)의 일부를 형성한다. 또한, 조절 장치 (5)는 공간 (1) 내의 온도를 제어하기 위한 냉각 유닛 (10)을 포함한다. 장비 (4)는 또한 공간 (1) 내의 공기를 움직이게 하기 위한 수단 (17)을 포함한다. 또한 제어 시스템 (6)에 의해 제어될 수 있는 이러한 운동 수단 (17)은 예를 들어 1개 이상의 팬의 형태를 취할 수 있다. 제어 시스템 (6)은 상이한 모듈들 (7 내지 10), 및 예를 들어 스크린, 키보드 및 인쇄기를 갖는 워크스테이션 또는 PC 형태의, 입력 및 출력 유닛 (12)과 제어 방식으로 연결된 처리 유닛 (11)을 포함한다.

여기까지는 장비 (4)는 통상적인 대기 제어 장비와 실질적으로 동일하다. 제어 장비는 과일이 공간 (1) 내에 놓이자마자 가능한 한 빠르게 공간 (1) 내의 산소 O₂의 함량을 감소시키는 역할을 하고 이러한 공간은 문 (3)이 폐쇄됨으로써 밀봉된다. 이러한 산소 함량은 외부 공기 중에서는 21 %에 달하고, CA 또는 ULO 조건 하의 저장을 위해서는 배의 경우에는 2 내지 3 % 및 사과의 경우에는 0.8 내지 1.5 %로 감소된다. 이러한 목적을 위해, 제어 시스템 (6)은, 질소 N₂를 발생시켜 공간 (1)에 공급하는 질소 모듈 (9)을 활성화시키고, 이로 인해 산소 O₂가 공간 (1)으로부터 배출된다. 여기서 공간 (1) 내의 이산화탄소 CO₂의 함량은 과일의 호흡에 의해 형성된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 모듈 또는 스크러버 (8)에 의해 조절된다. 공간 내의 온도를 저장된 산물에 따라서는 -2 내지 15 ℃일 수 있는 값으로 저하시키기 위해서 공간 (1)의 폐쇄 후에 냉각 유닛 (10)이 또한 활성화된다. 과일은 이러한 저온에서 가장 오랫동안 저장될 수 있다. 제어의 이러한 부분은, 제어 시스템 (6)에 의해 실행되고 이전 시험의 결과 또는 이론적 논문을 기반으로 할 수 있는 프로그램의 영향 하에서 수행된다.

본 발명에 따른 제어 장비 (4)는, 첫 번째 예에서, 도시된 실시양태에서 공간 (1) 내에 배열되고 신호 발생을 위해 제어 시스템 (6)과 연결된 산소 센서 (13) 및 이산화탄소 센서 (14)가 존재한다는 점에서 통상적인 장비와 상이하다. 그렇지 않으면, 제어 장비 (4)의 나머지 부분처럼, 이러한 센서들 (13, 14)은 공간 (1) 외부에 배열되고 샘플 채취 라인을 통해 공간 (1)과 연결될 수 있을 것이다. 과일의 호흡 활동을 함께 한정하는 산소 흡수 및 이산화탄소 방출은 센서 (13, 14)를 이용하여 직접 측정될 수 있다. 이로써 공간 (1) 내의 대기의 조성의 추가의 제어를 위한 기반으로서 기능할 수 있는 과일 호흡의 선명한 양상을 얻는다.

본 발명에 따라 제어 장비 (4)에는 결정된 압력을 공간 (1) 내에 조성하기 위한 수단이 추가로 제공된다. 실제로 공간 (1) 내에는 주변 영역에 비해 약간 과압이 조성되어야 한다. 이러한 과압은, 매우 상이한 조성을 갖는, 특히 너무 높은 산소 함량을 갖는 주위 공기로 하여금 공간 (1)으로 침투할 수 있게 하는, 가능한 누설을 방지한다. 도시된 실시양태에서 압력 조절 수단은 공간 (1) 내에 제1 압력 게이지 (15) 및 공간 외부에 제2 압력 게이지 (16)를 포함한다. 두 압력 게이지 (15, 16)는, 측정 신호를 기반으로 공간 (1)과 주변 영역 사이의 압력차를 결정하는 제어 시스템 (6)의 처리 유닛 (11)과 연결된다. 이러한 압력차가 너무 작거나 심지어는 마이너스이면, 공간 (1) 내의 압력을 상승시키기 위해서 기체 또는 기체 혼합물을 공간 (1)에 도입시킨다. 도시된 실시양태에서 제어 시스템은, 공간 (1) 내의 압력이 주위 압력에 비해 충분히 상승할 때까지 질소를 공간 (1)에 도입시키는 질소 발생기 (9)를 제어한다.

이제 상기에서 기술된 제어 장비 (4)의 작동은 하기와 같다.

공간 (1) 내의 산소 함량이 제어 프로그램에 따라 CA 또는 ULO 저장에 통상적인 값으로 감소될 때, 공간 (1) 내의 대기의 추가의 제어, 및 특히 산소 함량의 추가의 감소는, 산소 및 이산화탄소 센서 (13, 14)를 사용하여 탐지된 저장된 과일의 실제 호흡 활동을 기반으로 하여 수행된다. 이는 출원인에 의해 동적 제어 호흡 (Dynamic Controlled Respiration : DCR)으로서 지칭된다.

과일의 호흡 속도는, 공간 (1) 내의 산소 함량이 떨어짐에 따라 감소한다고 알려져 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이 이러한 감소는 선형이 아니다. 과일의 CO₂ 생성이 산소 압력에 대해 플롯팅된 이러한 도면에서, 그려진 점은 실제 시험으로부터의 실제 측정점인 반면에, 선은 반응에 개입된 효소의 추정된 활동을 기반으로 하는 모델이다. 공간 (1) 내의 산소 압력 또는 산소 함량이 더욱 감소될 때, CO₂ 생성이 갑자기 크게 증가하는 순간이 온다. 이는 발효의 결과이다. 이산화탄소의 생성이 최소가 될 때인 전이점은 무산소 보상점 ACP이다.

공간 (1) 내의 대기를 제어하기 위해서, 산소 흡수와 이산화탄소 방출의 비를 사용한다. 언급된 바와 같이, 이러한 비는 호흡률 RQ로서 표현될 수 있다:

RQ = 생성된 CO₂ / 흡수된 O₂ (I)

포도당이 연소된 경우에, 호흡률 RQ는 1이다. 이는 호흡에 대한 화학식을 따른다:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ => 6CO₂ + 6H₂O (II)

에너지가 호흡 동안에 한편으로는 ATP (아데노신 트리포스페이트, 생물체에서 일반적인 에너지 운반체)의 형태로, 다른 한편으로는 열로서 방출된다.

호흡률 RQ가 호흡으로부터 발효로의 전이 시에 증가한다는 것은, 적용 가능한 화학식으로 나타내어진 바와 같이, 발효를 위해 산소는 전혀 흡수되지 않는 반면에 이산화탄소는 생성된다는 사실에 따른다:

C₆H₁₂O₆ => 2CO₂ + 2C₂H₅OH (III)

이러한 전환 동안에도 에너지가 방출되지만, 호흡 동안에 방출되는 에너지보다는 훨씬 더 적다.

호흡으로부터 발효로의 전이는 호흡률 RQ를 기반으로 명확하게 나타내어질 수 있다 (도 3). 따라서 탐지된 호흡을 기반으로 하는 공간 (1) 내의 대기의 제어는, 예를 들어 호흡률 RQ을 계산함으로써 산소 흡수와 이산화탄소 방출의 비를 계산하고, 이러한 비가 실질적으로 일정하게 유지되는 한 공간 (1) 내의 산소 함량을 감소시킴으로 이루어진다. 그러나, 호흡률 RQ의 그래프에서 가파른 굴곡으로서 나타내어진 바와 같이, 상기 비가 더 이상 일정하지 않고 뚜렷하게 변화하자마자, 무산소 보상점 ACP에 도달되며, 과일의 손상을 방지하기 위해서 공간 (1) 내의 산소 함량을 증가시켜야 한다. RQ 값이 약 1인 것이 통상적인 경우에, 예를 들어 1.5보다 상승하는 것은 원칙적으로 위험하므로, 조치를 취해야 한다.

장비 (4)의 실제적인 실시양태에서, 호흡률 RQ가 1.3 미만인 한, 제어 시스템 (6)은 산소 함량을 한 번에 0.1 %만큼 감소시키도록 프로그래밍된다. 언급된 바와 같이, 이를 적극적으로 또는 소극적으로 수행할 수 있다. 호흡률이 1.3 < RQ < 1.5의 값을 가질 때, 제어 시스템 (6)은 산소 함량에 영향을 주지 못하도록 프로그래밍된다. 그러나 호흡률이 RQ > 1.5로 상승하는 것이 탐지되자마자, 제어 시스템 (6)은 산소 함량을 증가시키도록 개입한다.

이러한 목적을 위해서 제어 시스템 (6)은, 산소를 공간 (1)에 도입시키는 환기 장치 (7)를 켠다. 단지 정상적인 산소 호흡이 재개될 정도로만 산소 함량을 증가시킬 필요가 있다. 호흡이 여전히 탐지되고 따라서 호흡률 RQ가 여전히 일정한 가장 최근의 상황만이 이러한 목적을 위해 복원될 필요가 있다. 제어 시스템 (6)은 측정값을 저장 및/또는 인쇄하도록 구성되기 때문에, 이러한 이전의 상태는 간편한 방식으로 복원될 수 있어서 제어 시스템 (6)은 환기 장치 (7)가 얼마나 오랫동안 켜진 상태를 유지해야 하는지를 결정할 수 있다. 또한 산소 함량을 예정된 양만큼, 예를 들어 한 번에 0.2 % 만큼 증가시킬 수 있다.

탐지를 통해 호흡은 있지만 발효가 없음을 아는 한 산소 함량의 감소를 적극적으로 뿐만 아니라 소극적으로 수행할 수 있다. 적극적 감소는 제어 시스템 (6)이 질소 발생기 (9)를 켜는 것을 수반하는 반면에, 산소 함량의 소극적 감소는 과일의 지속적인 호흡 활동의 결과로 일어난다.

호흡 활동의 신뢰할 만한 탐지를 위해 모든 외부 영향을 제거할 필요가 있다. 이를 위해 제어 시스템 (6)은 조절 장치 (5)를 완전히 끈다. 따라서, 산소 모듈 (7), 이산화탄소 모듈 (8), 질소 모듈 (9) 및 냉각 유닛 (10)이 불활성화되고, 이로 인해 저장 공간 (1)은 말하자면 '가동 중단'된다. 이는 제어 시스템 (6)이 공간 (1) 내의 과압이 주위 공기가 공간으로 침투하는 것을 방지하기에 충분하다고 결정한 후에만 일어난다. 과압이 불충분하면, 결정된 부피의 기체, 예를 들어 질소 또는 산소를 도입시킴으로써 과압을 복원할 수 있다. 운동 수단 (17)은 작동 상태를 유지할 수 있는데, 왜냐하면 약한 환기에 의해 공간 내에서 공기가 어느 정도 혼합되고, 이로 인해 탐지가 보다 정밀할 수 있기 때문이다.

따라서 이러한 상황에서 산소 함량 및 이산화탄소 함량은 더 이상 조절 장치 (5)에 의해 결정되지 않고 오로지 저장된 과일의 호흡 활동에 의해서만 결정된다. 조절 장치 (5)는 달리 한 번에 너무 오랫동안 꺼진 상태를 유지할 수 없는데, 왜냐하면 공간 (1) 내의 온도가 너무 급격하게 상승하기 때문이다. 실제 시험을 통해, 수시간, 예를 들어 4시간이 소요되는 탐지는 문제가 될 필요가 없다는 것을 알게 되었다. 이러한 지속 시간은 과일에 의해 생성된 이산화탄소의 용이하게 측정 가능한 "누적" 및 마찬가지로 산소 함량의 용이하게 측정 가능한 감소를 달성하기에 충분하다.

호흡의 신뢰할 만한 탐지를 위해, 또한 공간 (1)이 실질적으로 완전히 밀폐되어야 한다. 외부 공기 내의 산소 함량이 21 %이기 때문에, 단지 약한 누설로 인해서도 이미 너무 높은 산소 함량의 탐지가 초래되고 이로 인해 호흡률 RQ가 실제보다 작게 추정될 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법에서는, 저장 공간 (1)에 대한 기준이 지금까지 CA 또는 ULO 저장에 통상적이었던 기준보다 더 엄격하도록 설정된다. 따라서 밀폐도는 100 ㎥ 당 0.2 ㎠보다 더 낮아야 하고, 바람직하게는 훨씬 더 낮아야 한다. 공간 (1)은 바람직하게는 100 ㎥ 당 0.15 ㎠, 및 바람직하게는 대략 100 ㎥ 당 0.10 ㎠의 최대 표면적을 갖는 누설부를 갖는다.

탐지는 산소 센서 (13) 및 이산화탄소 센서 (14)를 사용하여 설정된 간격으로 측정을 수행함으로 이루어진다. 도 4는, 여러 시간의 탐지 동안에, 공간 (1) 내의 산소 함량은 실질적으로 선형으로 감소되는 반면에 이산화탄소 함량은 동시에 실질적으로 선형으로 증가함을 보여준다. 이러한 실시양태에서 호흡률 RQ는 1보다 약간 더 큰 것으로 밝혀졌는데 왜냐하면 화학식 II에 따라 포도당이 연소될 뿐만 아니라 예를 들어 우선 포도당으로 전환되는 말레이트 (말산)도 연소되어서 이산화탄소가 생성되기 때문이다.

탐지를 주기적으로, 초기에는 예를 들어 매일 반복한다. 산물을 오랫동안 저장할수록 탐지를 수행하는 빈도를 더욱 감소시킬 수 있는데, 왜냐하면 공간 (1) 내의 대기의 변화는 점점 더 작아지기 때문이다. 그래서 탐지를 예를 들어 2일 또는 3일마다 한 번, 또는 심지어는 1주일마다 한 번 수행할 수 있다.

도 4를 제공한 시험에서는 9개의 개별적인 측정을 수행하였지만, 아마도 실제로는 신뢰할 만한 탐지를 달성하기 위해서는 3 내지 5 개의 측정만으로 충분할 수 있을 것이다. 이러한 도 4는 또한 시간 내에 모든 점에서 유효한 측정값이 관찰되지는 않는다는 것을 보여준다. 따라서 2시간 30분 후 및 3시간 후에 수행된 측정은 결과에 포함되지 않았는데 왜냐하면 이들은 주변의 및 전통적인 측정값과 너무 많이 상이하기 때문이다.

도 5는 실제로 사용될 수 있는 전형적인 측정 사이클의 단계들을 보여준다. 이는, 각각의 경우에 결정된 간격으로 2개의 측정이 수행된, 저장 공간 (1) 내의 상이한 2개의 점에서의 측정을 기반으로 한다.

첫 번째 단계는 DCR 제어군에 대한 범위 내에서, 즉 0 내지 2 % O₂에서 산소 계량기를 보정하는 것이다. 이어서 조절 장치 (5)를 끈다. 운동 수단 또는 팬 (17)만이 측정 동안에 약한 혼합을 위해 감소된 회전 속도에서 작동을 지속할 수 있다. 이러한 혼합은 연속적이지는 않고 산소 함량과 이산화탄소의 함량의 측정이 실제로 수행될 때에만 일어난다. 팬을 예를 들어 측정 개시 1분 전에 켤 수 있고 측정이 종결된 직후에 다시 끌 수 있다.

조절 장치 (5)를 끈 후에, 이어서 난류를 진정시키고 공간 (1) 내의 압력차를 균등화하기 위해서, 여기서는 2분인, 대기 시간을 둔다. 이어서 저장 공간 (1)과 주변 영역 사이의 압력차를 측정한다. 도 5에는 도시되어 있지 않지만, 동시에 온도의 측정을 공간 (1) 내에서 수행할 수 있다. 임의로 상대습도 및 에틸렌 함량을 측정할 수도 있다. 이어서 충분한 과압을 조성하기 위해서 질소를 공간 (1)에 도입시킨다. 이어서 공간 (1)을 환기시키기 위해서 운동 수단 (17)을 켜고, 이어서 예를 들어 1분인, 대기 시간을 둔다.

이어서 제1 측정점에서 측정을 수행함으로써 제1 측정 세션을 개시할 수 있다. 도시된 예에서 이러한 측정에는 3.5분이 소요된다. 이어서 측정을 공간 (1) 내의 또 다른 점에서 마찬가지로 3.5분 동안 수행한다. 이로써 공간 (1) 내의 산소 함량 및 이산화탄소 함량에 대한 제1 값을 알아낸다. 이어서 후속 측정을 수행하기 전에 대기 시간을 둔다. 도 4의 예에서는 측정을 30분마다 반복하므로, 이러한 예에서 두 세션들 사이의 대기 시간은 30 ― 2 × 3.5 ＝ 23분에 달한다. 이러한 시간 동안에 측정 시스템을 다른 저장 공간에서의 측정에 사용할 수 있다.

후속 단계에서는, 측정을 다시 측정점 1 및 2에서 수행하고, 이로써 산소 함량 및 이산화탄소의 함량을 다시 한 번 알아낸다. 측정값들 사이의 차를 기반으로, 산소 함량의 감소 및 이와 동시에 이산화탄소의 생성, 및 따라서 호흡률 RQ를 결정할 수 있다. 여기서 제어 시스템 (6)은 예측된 결과와 너무 많이 다른 측정값을 무시하도록 구성된다. 따라서 예를 들어 하나의 측정점에서의 측정값과 다른 측정점에서의 측정값 사이의 차가 결정된 역치를 초과하면, 예를 들어 측정된 산소 함량, 이산화탄소 함량 또는 이로부터 계산된 호흡률 RQ 값이 서로 10 % 초과 만큼 상이하면, 이 측정은 무효한 것으로 선언될 수 있다. 제어 시스템 (6)은 또한, 측정 세션 동안에 지속적으로 모니터링된 공간 (1) 내의 온도 또는 압력이 제한값과 너무 많이 상이하면 이 측정을 무효한 것으로 선언할 수 있다.

도시된 예에서는 대조군의 측정값을 얻기 위해서 결정된 대기 시간이 경과한 후에 상기에서 기술된 측정 세션을 다시 한 번 반복한다. 이러한 제2 측정 세션도 질소 주입, 환기 및 대기를 수행함으로써 개시하고, 이어서 공간 (1) 내의 2개의 상이한 점에서 측정을 다시 한 번 수행한다. 이어서 이러한 측정을 결정된 간격으로 다시 반복하여, 호흡률 RQ를 계산하는데 사용될 수 있는 산소 함량과 이산화탄소 함량의 두 값들을 제어 세션에서 각각의 측정점에서 알아낸다. 여기서도 측정값들이 서로간에 및 예측된 측정값과 너무 많이 다르지 않은 경우에만 측정값이 인정된다. 또한 제2 측정 세션의 측정값이 제1 측정 세션의 측정값과 많이 상이하면 두 측정 세션들은 무효하다고 선언된다.

두 측정 세션들이 실제로 유효하다면, 제1 측정 세션의 호흡률과 제2 측정 세션의 호흡률의 평균을 결정하고 공간 (1) 내의 산소 함량을 제어하기 위한 평균 호흡률 RQavg로서 사용한다. 제1 및 제2 측정 세션의 개시 시간의 평균은 여기서는 탐지 시간으로서 사용된다.

각각의 측정 세션은 실제로는 2개 초과의 측정의 실행으로 이루어질 수 있음은 물론이다. 언급된 바와 같이, 대기의 우수한 제어를 위해서는 아마도 측정 세션 당 3 내지 5개의 측정이 필요할 것이며 충분할 것이다. 각각의 측정 세션은 오랜 시간 동안 지속될 수 있고 (도 4의 예는 4시간을 기준으로 함), 단일 측정 사이클 내의 2개의 연속적인 세션들 사이의 대기 시간도 수시간에 달할 수 있다. 따라서 도 5에서 시간축은 실제 척도로 그려진 것은 아니다.

본 발명은 농산물 또는 원예산물로 채워진 공간 내의 기후의 제어를 저장된 산물의 실제로 탐지된 호흡 활동에 따라 상기에서 기술된 방식으로 조절할 수 있게 해 준다. 이로써 보다 신뢰할 만한 제어가 가능하며, 여기서 산소 함량은 종래 기술에서 가능한 것보다 더욱 감소될 수 있다. 실제 시험에서는 발효가 일어나지 않고서 0.2 내지 0.5 %의 산소 함량이 달성되었다.

산소 함량을 실질적으로 이론적 최소값인 무산소 보상점 ACP로 감소시킴으로써, 산물의 호흡, 및 따라서 그의 품질 저하를 가능한 한 오랫동안 방지한다. 이로써 저장 수명이 증가하여, 산물을 시간 경과에 따라 점진적으로 시장에 공급할 수 있고, 이로써 이들에 대해 높은 가격을 매길 수 있다. 더욱이 산소 함량을 ACP에 가깝게 적용함으로써, 이러한 목적을 위해 화학 약품을 사용하지 않고서도, 저장 손상, 예컨대 예를 들어 껍질덴병이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 끝으로, 호흡이 감소됨으로써 공간 (1)에서의 열 발생이 감소되어, 보다 적은 냉각능이 요구되고, 이로써 절감이 달성된다.

본 발명은 상기에서 한 실시양태를 참조로 하여 설명되었지만 이로만 제한되는 것은 아니다. 장비 (4)는 예를 들어 여러 개의 상이한 공간들 (1) 내의 대기를 제어하는데 사용될 수 있고, 여기서 이러한 공간들 (1)은 또한 상이한 산물들로 채워질 수 있다. 측정을 본원에서 기술된 것보다 더 자주 또는 덜 자주 수행할 수도 있고, 보다 짧거나 보다 긴 탐지 기간을 선택할 수 있다. 다른 매개변수들, 예컨대 예를 들어 과일의 숙성 단계의 징후를 형성하는, 공간 (1) 내의 에틸렌 함량도 추가로 측정할 수도 있다.

본 발명의 범주는 오로지 하기 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (23)

1. 농산물 또는 원예산물의 호흡을 직접 탐지하고, 농산물 또는 원예산물로 적어도 부분적으로 채워진 폐쇄 가능한 공간 내의 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량을 상기 탐지된 호흡에 따라 조절하고, 여기서 각각의 경우에 결정된 시간 동안 호흡을 주기적으로 탐지하고, 호흡의 탐지 동안에 상기 공간을 외부 영향으로부터 봉쇄함을 특징으로 하는, 폐쇄 가능한 공간 내의 대기를 제어하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 호흡을 한 번에 1시간 이상 동안, 바람직하게는 수시간 동안 탐지함을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공간과 연결된, 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량을 위한 조절 장치를 호흡의 탐지 동안에 끔(switched off)을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 공간과 연결된 온도 조절 수단을 호흡의 탐지 동안에 끔을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 공간을 적어도 호흡의 탐지 동안에 실질적으로 완전히 밀폐함을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 공간을 호흡의 탐지 전에 주변 영역보다 더 높은 압력으로 만듦을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 공간 내의 대기가 호흡의 탐지 동안에 움직이기 시작하거나 움직임을 유지함을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 연속적인 탐지들 사이에 수일 또는 수주일이 경과할 수 있음을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 농산물 또는 원예산물의 산소 흡수를 측정하고 농산물 또는 원예산물의 이산화탄소 방출을 측정하고 그의 비를 결정함으로써 농산물 또는 원예산물의 호흡을 탐지하고, 이렇게 결정된 비가 실질적으로 일정하게 유지되는 한 공간 내의 산소 함량을 감소시킴을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 산소 흡수와 이산화탄소 방출의 비가 크게 변화하자마자 공간 내의 산소 함량을 적어도 일시적으로 증가시킴을 특징으로 하는 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 탐지가 산소 흡수와 이산화탄소 방출을 여러 번 측정함을 포함함을 특징으로 하는 방법.
12. - 공간 내의 산소 함량, 이산화탄소 함량 및/또는 질소 함량을 조절하기 위한 제어 가능한 장치,
    - 이러한 조절 장치와 연결된 제어 시스템, 및
    - 제어 시스템과 연결된, 농산물 또는 원예산물의 호흡을 직접 탐지하기 위한 수단
    을 포함하고, 제어 시스템이 호흡 탐지 수단을 한 번에 결정된 기간 동안 주기적으로 켜고, 호흡 탐지 수단이 켜져 있을 때 공간을 외부 영향으로부터 봉쇄하도록 구성됨을 특징으로 하는,
    농산물 또는 원예산물로 적어도 부분적으로 채워진 폐쇄 가능한 공간 내의 대기를 제어하기 위한 장비.
13. 제12항에 있어서, 제어 시스템이 호흡 탐지 수단으로 하여금 한 번에 1시간 이상 동안, 바람직하게는 연속해서 수시간 동안 켜진 상태를 유지하게 하도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 제어 시스템이, 호흡 탐지 수단이 켜져 있을 때, 조절 장치를 끄도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치가 공간 내의 압력을 조절하기 위한 수단을 추가로 갖고, 제어 시스템이, 호흡 탐지 수단이 켜지기 전에 공간을 주변 영역보다 더 높은 압력으로 만들기 위해 압력 조절 수단을 켜도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 공간 내의 대기를 움직이게 하기 위한 수단을 가짐을 특징으로 하고, 여기서 제어 시스템이, 호흡 탐지 수단이 켜져 있을 때 상기 운동 수단을 켜도록 구성된 장비.
17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 시스템이 수일 내지 수주일의 간격으로 호흡 탐지 수단을 켜도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 호흡 탐지 수단이 1개 이상의 산소 계량기 및 1개 이상의 이산화탄소 계량기를 포함하고, 제어 시스템이, 농산물 또는 원예산물의 측정된 산소 호흡과 측정된 이산화탄소 방출의 비를 결정하고 이렇게 결정된 비가 실질적으로 일정하게 유지되는 한 공간 내의 산소 함량을 감소시키기 위해 조절 장치를 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
19. 제18항에 있어서, 제어 시스템이, 산소 흡수와 이산화탄소 방출의 비가 크게 변화하자마자 공간 내의 산소 함량을 적어도 일시적으로 증가시키기 위해 조절 장치를 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 산소 계량기 및 이산화탄소 계량기가, 호흡 탐지 수단이 작동할 때, 측정을 여러 번 수행하도록 구성됨을 특징으로 하는 장비.
21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치가 공간 내의 온도를 조절하기 위한 수단을 추가로 가짐을 특징으로 하는 장비.
22. 적어도 호흡 탐지 수단이 작동하고 있을 때에는 실질적으로 완전히 밀폐됨을 특징으로 하는, 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에서 청구된 장비가 제공된, 제어된 대기 내에 농산물 또는 원예산물을 저장하기 위한 폐쇄 가능한 공간.
23. 제22항에 있어서, 100 ㎥ 당 0.2 ㎠ 미만, 바람직하게는 100 ㎥ 당 0.15 ㎠ 미만 및 보다 바람직하게는 대략 100 ㎥ 당 0.10 ㎠의 밀폐도를 가짐을 특징으로 하는 폐쇄 가능한 공간.

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