KR20170050258A - 유전체장벽 방전에 의한 비열 플라즈마를 이용하는 식품 살균 장치 및 살균 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전체 장벽 방전(DBD, Dielectric barrier discharge) 발진에 의해 생성된 비열 플라즈마를 이용한 식품 살균 장치 및 이를 이용한 식품 살균 방법을 제공하는 것이다.

Description

유전체장벽 방전에 의한 비열 플라즈마를 이용하는 식품 살균 장치 및 살균 방법{A FOOD STERILIZING APPARATUS USING NON-THERMAL PLASMA GENERATED BY DIELECTRIC BARRIER DISCHAGE AND STERILIZING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 유전체 장벽 방전(DBD, Dielectric barrier discharge) 발진에 의해 생성된 비열 플라즈마를 이용한 식품 살균 장치 및 이를 이용한 식품 살균 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 유전체 장벽 방전기술을 이용하여 비열 플라즈마를 생성하고, 상기 비열 플라즈마를 이용하여 비가열성 식품 분체를 살균할 수 있는 식품 살균 장치를 제공하는 것이다.
인류가 존재하면서 인간들이 간직하고 발달 시켜온 미각과 식사의 즐거움은 지속 변화되고 있다. 식품을 가공하는데 살균이라는 공정을 거쳐 생산되는 제품들은 될수록 맛과 영양을 손상시키지 않고 위생적으로 생산해야 한다. 그래서 먹거리에 대한 소비자들의 요구사항은 천연지향적인 품질을 요구하고 있으므로 이들 제품의 보존을 위해 열을 가하지 않거나 제한적 열처리를 함으로써 고품질의 식품을 생산할 수 있는 고열의 스팀을 이용하는 가열식보다 비가열식 식품 살균기술이 주목 받고 있다.
최근 비가열의 살균기술에 주목되고 다양한 음식이 개발됨에 따라 열에 예민한 원재료를 사용하는 식품과 신선한 촉감을 요구한 상품이 많이 개발되어지고 있다. 천연의 색과 향을 손상하거나 변색시킬 수 있고 물성에 영향을 끼치지 않는 살균기술이 많이 요구되고 있다. 식품이 갖추어야 할 가장 중요한 조건 중 하나가 안전성이다. 이 안전성을 위협하는 요소에는 화학물질과 병원성 미생물 오염 등이 있는데, 안전성을 가장 위협하는 미생물을 제어하기 위해 여러 가지 방법들이 사용되고 있다. 특히 오염된 미생물을 살균하는 방법들에 대한 연구는 꾸준히 진행되고 있으며, 통상적인 기술로 물리적 방법으로는 소독수처리, 훈증처리, 이온화 조사, 전기분해수, 방사선조사, UV 처리, 마이크로파, 에틸렌 옥사이드 가스 등이 있으며, 화학적 방법으로는 이산화탄소, 박테리오신, 양이온 다중 고분자와 같은 화학물질, 세포벽 분해효소 등의 기술이 이용되어져 왔다. 각 기술별 장단점은 있지만, 안전성과 효율성 그리고 보존성을 동시에 충족하지 못하여 꾸준히 기술은 개발되어지고 있다.
그런데, 분체식품은 열에 민감하여 향미 손실, 갈변, 퇴색, 비타민 등 영양소의 파괴, 항산화 활성의 저하 등 품질 손상을 받기 쉽다. 분체식품은 수분함량이 증가하면 풍미 감소, 조직 변화, 응고, 고착 등 성상이 변하며 보존 기간이 단축된다. 특히 대부분의 분체식품은 건조한 상태이므로 세균의 열 저항성이 증가하고, 증식하지는 않으나 장기간 생존하며, 제조공정에서 다른 제품 및 장치 등에 교차오염 유발할 가능성이 높고, 분체식품에는 지방, 단백질 등의 함량이 높은 제품이 많아 미생물의 생존성이 증가하는 등의 특성을 가지고 있어 일반적으로 고수분 함량의 식품에 적용되는 온화한 열처리 공정으로는 병원성균을 효과적으로 살균할 수 없다.
분체를 살균할 때는 분체의 성질과 살균목표인 미생물의 열특성을 이해하고,갈변변화, 퇴색, 단백질의 변성, 전분의
Figure pat00001
-화, 비타민 등의 파괴를 최소한으로 억제하며 조작하지 않으면 안 된다. 이와 같이 분립체 살균의 특성을 만족시키면서 살균한다는 것은 기술적으로 매우 어려워 아직 만족할 만한 실용적 기술이 개발 되지 못하였다.
현재 분립체 살균에는 가열살균, 자외선 살균, 마이크로파 살균 등의 방법과 비가열 살균법으로는 방사선 살균, 에틸렌가스 등에 의한 약제살균 방법이 사용되고 있다. 미국에서는 1980년 WHO의 권고를 기초로 하여 향신료에 대한 방사선 살균을 허가하였으나 허용조사선량을 1 Mrad로 하였으며, 이에 대하여 향신료메이커로부터 내열성 포자의 살균에 필요한 3-4 Mrad의 조사를 요청하고 있다. 일본에서는 안전성 등의 입장에서 방사선 살균은 허가 되어 있지 않다. 한편 FDA는 현재 분체식품의 살균에 대하여 잔류치를 50ppm으로 규제하면서 ethylene oxide의 사용을 허가하고 있으나 약품살균 방법의 안전성 등에 소비자들이 강하게 의문을 제기하고 있어 약제에 의한 살균은 적용에 한계가 있다. 가열에 의한 살균은 전통적인 방법이지만 품질열화가 문제이다. 종래부터 행하던 건열에 의한 살균은 고온의 건조공기로 식품을 가열하여 살균하는 방법이다. 건조공기는 열 전달율이 낮으므로 분체식품의 온도를 상승시키는데 시간이 걸리기 때문에 처리시간이 길고 산화 등에 의한 품질열화가 발생한다. 증기 등을 이용한 습열 살균은 건열살균에 비하여 살균효과가 현저히 높다는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 그러나 분립체 원료를 포화수증기를 사용하여 습열 살균하는 것은 운전조작 상 어렵고 특수한 경우를 제외하고는 실용화되지 않았다. 분립체를 습열 살균하면 수분의 증가와 고착이 발생하여 살균 후에는 재건조와 재분쇄 처리가 필요하게 된다.
이상에서 기술한 것과 같이 종래의 가열살균법으로는 분립체의 품질열화는 피할 수 없으며 방사선 살균법 및 화학적 살균법이 이를 대체할 수 없다. 따라서 분체식품의 품질을 가능한 자연적인 상태로 선도를 유지하면서 미생물학적으로 안심하고 섭취할 수 있는 고품질의 분체식품을 소비자에게 제공하기 위하여, 클린한 물리적인 고효율 저탄소 살균기술의 개발과 적용이 중요한 과제이다.
또한, Cold plasma 기술은 국내외적으로 의학, 제약 산업에서 의료용 기기의 멸균 목적으로 연구되고 있으나, 식품 분야의 경우에는 아직 이에 대한 연구나 개발이 더욱 필요한 상태이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 유전체 장벽 방전(DBD, Dielectric barrier discharge) 발진에 의해 생성된 비열 플라즈마를 이용하여 비가열성 식품 분체를 살균할 수 있는 식품 살균 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 상기 비열 플라즈마를 이용하여 비가열성 식품 분체를 확실하게 살균할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들이 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 식품 살균 장치는 살균 대상물인 식품을 수용 및 인출이 가능하도록 마련되며 일정이상의 내부공간을 갖는 살균 챔버, 상기 살균 챔버 내부에 시료를 플라즈마 처리할 수 있도록 외부로 한 쌍의 전극으로 구성되는 반응기, 상기 살균 챔버 내부에 반응 가스와 플라즈마를 믹싱할 수 있도록 구성되는 가스 공급부, 상기 살균 챔버 내부에 시료를 공급 후 유체 소결 인젝터를 이용하여 유동 및 부양하여 CP(Cold Plasma)처리할 수 있도록 체류시간을 갖는 시료 유동층 부양부, 상기 살균 챔버 내부로 DBD 플라즈마를 발생하는 발진부, 상기 살균 챔버 내부에 반응가스 투입량 및 살균, 플라즈마처리부 온도, 플라즈마 형성 매체 검증을 위한 제어부(OES: Optical Emission Spectroscopy)를 포함하며, 상기 DBD 플라즈마 방전으로 반응가스와 반응하여, 상기 살균 챔버 내에 비열 플라즈마를 생성하여 식품 살균을 할 수 있는 특징으로 한다. 하는 식품 살균 장치.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 살균 챔버 내에 비열 플라즈마를 생성하여 식품 살균을 행하는 동안, 상기 살균 챔버 내의 가스 유량이 20-50m/l 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 DBD 방전 플라즈마 발생 장치는, 상기 DBD 방전을 이용하여 플라즈마를 반응기 내부에 발생할 수 있도록 하는 유전체 및 전극을 포함하되, 주파수는 40KHz 이하, 100mA이하의 전류를 형성하며 10KV이하의 전압을 이용하고 유전체 두께는 1-3mm로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 DBD 방전 플라즈마 반응가스 공급 및 시료 부양 유동 장치는, 상기 DBD 방전을 이용하여 플라즈마를 반응기 내부에 유체를 분사하는 10-50이하의 황동재질 유동층 망(Mesh)을 이용하여 고르게 반응기 내부의 반응가스 흐름을 만들고, 시료의 원활한 CP처리 노출시간을 갖기 위해 반응기 외부에 고진동 바이브레이터를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 식품 살균을 행하는 동안, 헬륨 가스를 사용하여 60-400W에서 1-30분까지 실행하면서 살균처리 온도 70도 이하를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 가스 공급부는 상기 반응 가스가 수용되는 가스탱크, 상기 가스 탱크와 상기 살균 챔버를 연결하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관에 마련되어 상기 반응 가스의 공급 정도를 조절하는 가스 조절 밸브를 포함하되, 상기 제어부는 상기 반응가스 유량 측정값을 전달받아 상기 살균 챔버 내의 반응가스 압력 상태를 판단하고, 이를 기초로 하여 상기 가스 조절 밸브의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 비열 플라즈마를 이용하여 식품을 살균하는 방법으로서, (A) 일정 이상의 수용 공간을 갖는 살균 챔버 내에 살균 대상물로서의 식품을 수용하는 단계, (B) 상기 살균 챔버를 대기압 상태로 반응가스 유량을 형성하는 단계, (C) 상기 (B) 단계의 판단 결과, 상기 살균 챔버 내의 가스 압력이 만족하는 상태를 갖는다면 상기 살균 챔버 내의 시료가 일정하게 부양 및 유동이 가능할 수 있도록 고진동 바이브레이터가 움직이는 단계, (D) 상기 (C) 단계의 결과, 상기 살균 챔버 내 반응가스의 유량과 유동 부양 시스템이 만족하는 상태를 갖는다면 상기 살균 챔버 외벽에 설치 된 얇은 동판의 전극으로 DBD 방전을 이용한 플라즈마를 발생하는 단계, (E) 상기 비열 플라즈마를 이용하여 상기 식품을 살균하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 상기 (B) 단계와 (C)단계 사이에는, 상기 기준치로서, 상기 2차 설정 유량압력 범위 및 시간에 따른 플라즈마 방전 물리적인 기준요소(주파수, 전압, 전류)를 설정하는 단계가 더 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 가격이 저렴하고 장치 구성이 간단한 유전체 장벽 방전 플라즈마 기술을 적용하여 비가열성 식품 분체 살균 기술을 구현할 수 있으며, 또한 이러한 장치로 저렴하면서도 확실히 비가열성 식품 분체의 미생물을 저감화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기의 전극 구조를 도시하는 도면이고,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이브레이터의 구성을 보여주는 도면이고,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 존 설정을 예시하는 도면이고,
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 식품 살균 장치의 전체 구성도이고,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 살균 프로세스 챠트이고,
도 6 은 인가된 CP 처리 전압을 도시하는 도면이다.
Cold plasma 처리 기술 종류에는 RF discharge, corona discharge, dielectric barrier discharge (DBD), plasma jet, 그리고 microwave discharge가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 비가열성 식품 분체 살균 기술을 위해 가격이 저렴하고 장치 구성이 간단하며, 설치가 용이한 유전체 장벽 방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 기술을 적용한다.
그리고 유전체 장벽 방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마를 이용하여 식품분체 미생물 저감화 주요 장치 및 그에 따른 방법을 기술하고자 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 전극 구조를 설명한다.
도 1a에 도시된 반응기의 전극 구조는 한 개의 전극이 내부에 존재하는 방식이고, 도 1b에 도시된 반응기의 전극 구조는 두 개의 전극이 모두 외부에 존재하는 방식이다. 도 1a에 도시된 반응기는 전극사이에 유전체를 삽입시켜 글로우한 플라즈마를 형성시킬 수 있는 장점이 있으나, 전극의 온도가 너무 높게 올라가서 긴 시간의 실험을 하기 힘들다. 이같이 내부 전극 구조 방식의 단점으로는 급격한 온도상승, 연속식을 위한 시료 배치가 까다로우며, 전극과 시료협착으로 전극의 오염을 들 수 있다. 도 1b에 도시된 외부 전극 구성 방식은 시료와 별개로 독립적인 플라즈마 처리 배치 구성이 되어 시료의 오염 및 공정 중 노출온도를 제어하기 용이하다.
전압별 콜드 플라즈마를 이용한 전극구조를 형상화하고 설계하는 것만큼, 시료의 CP(cold plasma) 처리 중 발생되는 분말제품의 처리 노출 배치 또한 중요한 일이다. 이를 해결하고자 유동층 부양 시스템 설계를 계획하고 설계 실험을 구성하였다. 먼저 설계 유체는 플라즈마 Breakdown 전압이 낮고 안정적인 플라즈마를 구현할 수 있는 He(99.999%)를 이용하였다. 시료를 배치하고 안정적인 가스 분사를 위하여 유체 소결 타입의 황동 재질을 이용하여 부유 실험을 진행하였다. 황동 재질의 유동층 망(Mesh)크기는 10-50를 선정하여 실험하였으며, 그림 2와 같이 안정적인 부유 실험을 위하여 초당 10회 상하운동을 하는 공압용 피스톤 타입의 바이브레이터를 이용하여 시료 부유를 하였다.
도 3에 도시된 바와 같이 가스 투입부에 Glass bead를 사용하여 플라즈마 처리 존 위치를 선정하였다. 이는 시료배치와 유체 흐름을 원활하게 하여 안정적인 CP처리를 할 수 있도록 배치하였다. 또한 처리하는 과정에서 황동 재질에 오염 발생을 최소화하기 위해 적층으로 구성 배치하였다.
도 4에 본 발명의 실시예에 따른 식품 살균 장치의 전체 구성도를 도시한다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 식품 살균 장치는 살균 대상물인 식품을 수용 및 인출이 가능하도록 마련되며 일정이상의 내부공간을 갖는 살균 챔버, 상기 살균 챔버 내부에 시료를 플라즈마 처리할 수 있도록 외부로 한 쌍의 전극으로 구성되는 반응기, 상기 살균 챔버 내부에 반응 가스와 플라즈마를 믹싱할 수 있도록 구성되는 가스 공급부, 상기 살균 챔버 내부에 시료를 공급 후 유체 소결 인젝터를 이용하여 유동 및 부양하여 CP(Cold Plasma)처리할 수 있도록 체류시간을 갖는 시료 유동층 부양부, 상기 살균 챔버 내부로 DBD 플라즈마를 발생하는 발진부, 상기 살균 챔버 내부에 반응가스 투입량 및 살균, 플라즈마처리부 온도, 플라즈마 형성 매체 검증을 위한 제어부(OES: Optical Emission Spectroscopy)를 포함하며, 상기 DBD 플라즈마 방전으로 반응가스와 반응하여, 상기 살균 챔버 내에 비열 플라즈마를 생성하여 식품 살균을 할 수 있도록 형성되어 있다.
상기 살균 챔버 내에 비열 플라즈마를 생성하여 식품 살균을 행하는 동안, 상기 살균 챔버 내의 가스 유량이 20-50m/l 유지된다.
또한, 상기 DBD 방전 플라즈마 발생 장치는, 상기 DBD 방전을 이용하여 플라즈마를 반응기 내부에 발생할 수 있도록 하는 유전체 및 전극을 포함하되, 주파수는 40KHz 이하, 100mA이하의 전류를 형성하며 10KV이하의 전압을 이용하고 유전체 두께는 1-3mm로 구성되어 있다.
상기 DBD 방전 플라즈마 반응가스 공급 및 시료 부양 유동 장치는, 상기 DBD 방전을 이용하여 플라즈마를 반응기 내부에 유체를 분사하는 10-50이하의 황동재질 유동층 망(Mesh)을 이용하여 고르게 반응기 내부의 반응가스 흐름을 만들고, 시료의 원활한 CP처리 노출시간을 갖기 위해 반응기 외부에 고진동 바이브레이터를 이용한다.
또한, 상기 식품 살균을 행하는 동안, 헬륨 가스를 사용하여 60-400W에서 1-30분까지 실행하면서 살균처리 온도 70도 이하를 유지하도록 구성한다.
가스 공급부는 반응 가스가 수용되는 가스탱크, 상기 가스 탱크와 상기 살균 챔버를 연결하는 가스 공급관, 및 상기 가스 공급관에 마련되어 상기 반응 가스의 공급 정도를 조절하는 가스 조절 밸브를 포함하되, 상기 제어부는 상기 반응가스 유량 측정값을 전달받아 상기 살균 챔버 내의 반응가스 압력 상태를 판단하고, 이를 기초로 하여 상기 가스 조절 밸브의 구동을 제어하도록 한다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 식품 살균 방법을 도시하는 프로세스 챠트이다.
먼저, 본 발명에 따른 식품 살균 방법은 (A) 일정 이상의 수용 공간을 갖는 살균 챔버 내에 살균 대상물로서의 식품을 수용하는 단계, (B) 상기 살균 챔버를 대기압 상태로 반응가스 유량을 형성하는 단계, (C) 상기 (B) 단계의 판단 결과, 상기 살균 챔버 내의 가스 압력이 만족하는 상태를 갖는다면 상기 살균 챔버 내의 시료가 일정하게 부양 및 유동이 가능할 수 있도록 고진동 바이브레이터가 움직이는 단계, (D) 상기 (C) 단계의 결과, 상기 살균 챔버 내 반응가스의 유량과 유동 부양 시스템이 만족하는 상태를 갖는다면 상기 살균 챔버 외벽에 설치 된 얇은 동판의 전극으로 DBD 방전을 이용한 플라즈마를 발생하는 단계, (E) 상기 비열 플라즈마를 이용하여 상기 식품을 살균하는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 (B) 단계와 (C)단계 사이에는, 상기 기준치로서, 상기 2차 설정 유량압력 범위 및 시간에 따른 플라즈마 방전 물리적인 기준요소(주파수, 전압, 전류)를 설정하는 단계가 더 마련된다.
<실시예>
시료 준비
양파(Allium cepa L.)를 구매하여 탈피하고 수돗물로 세척하여 12 mm 12 mm 크기로 절단한 후 알루미늄 트레이에 고르게 펴 수분함량이 8% 이하가 될 때까지 진공 건조기를 이용하여 건조시켰다. 진공 건조는 진공 건조기(OV-11, Jeio Tech Co., Ltd., Seoul, Korea)를 사용하였다.
CP(Cold Plasma)처리
S. entertitidis, E. coil O157:H7 그리고 L. monocytogenes가 접종된 양파 분말을 cold plasma tretment system (SWU-4) (Figure 3-2-1)에서 플라즈마 형성 가스로 유속을 조정하여 SWU-4의 chamber 안에 유입시켰다. AC power supply의 전압을 설정한 뒤 반응기에 전압을 걸어주면 반응기 내부에 플라즈마가 형성되는데, 이 플라즈마를 이용하여 일정 시간동안 양파 분말 시료를 CP 처리하였다. 처리 전후의 시료를 0.1%(w/v) peptone water로 희석하여 3 분간 blending한 후 XLD, MaConkey agar, 그리고 TSA에 배양하였다. XLD는 37 C에서 48 시간 동안 배양되었으며 MacConkey agar와 TSA는 37 C에서 24 시간 동안 배양되었다.
CP 처리가 되는 동안 infrared radiation 온도계를 이용하여 chamber 표면의 온도 상승도를 확인하였다. 또한, 시료의 처리 전 후의 표면 온도를 측정하였다.
CP 처리 전압은 도 6과 같이 6-10KV 전압을 이용하여 실험 하였으며, 주파수는 25KHz, duty width 2-5us, 전류는 max. 0.2A 제너레이터를 사용하여 실험 하였다. He 유량은 20-30l/m에서 실험을 하였으나, 부양 조건에 맞는 시료 부유를 육안으로 측정해 본 결과, 30l/m 일 때 가장 안정적인 부유를 보였다. 표 1과 같이 표시 제어 전압과 부하 실 측정값은 약 200-300V 정도 전압강하가 일어나는 것을 확인 하였다. 표와 같이 전압 피크에 따른 전류 부하 상승을 확인할 수 있었다. 외부전극 구조에서는 전류 부하가 상승되어도 CP 처리 존의 열손실은 크게 나타나지 않았다.
제어전압 6KV 7KV 8KV 9KV 10KV
부하전압 5.8KV 6.8KV 7.6KV 8.7KV 9.7KV
Current 12mA 15mA 20mA 30mA 32mA
CP 처리시 온도 변화
CP 처리 중의 양파 분말 시료 표면의 온도를 측정하여 Cold plasma 처리 전압, 시간 등의 Parameter를 결정하였다. CP 처리 시간이 10분 일 때 양파 분말 시료 표면의 온도는 27.5-37.8 C였고, 20분 일 때 양파 분말 시료 표면의 온도 역시 30.5-37.8 C였다. 또한 CP 처리 중의 반응기 내 구간마다 온도가 달랐는데 가스 배출구 부분에서 Max. 57.1 C임을 확인하였다. 갈변 및 색도 부분에서 문제가 발생을 최소화할 수 있는 70도 미만의 온도 분포를 확인 할 수 있었다.
CP 처리에 의한 양파 분말의 미생물 저해 효과 결과
S. entertitidis (접종 농도: 5 log CFU/mL)이 9 kV에서 처리 시간(0, 5, 10, 12, 15, 그리고 20 분) 동안 CP 처리되었을 때 저해 농도는 0.00-2.30 log CFU/cm2로 처리 시간이 증가됨에 따라 미생물 저해 효과가 높아지는 것을 관찰하였다. 하지만 처리 전압의 증가에 따른 미생물 저해 효과가 높아지는 현상은 크게 관찰하지는 못하였다 (표 2).
E. coli O157:H7 (접종 농도: 5 log CFU/mL)이 처리 전압 (4, 5, 6, 7, 8, 그리고 9 kV)에 따른 CP 처리의 저해효과를 알아보았다. 모든 처리 전압 조건에서 10 분 처리되었을 때 저해 농도는 0.40-0.85 log CFU/cm2로 모든 처리군에서 저해 농도는 1 log CFU/cm2 이하로 저해 효과는 없었지만 처리 시간이 증가됨에 따라 미생물 저해 효과가 높아지는 것을 관찰하였다. Hong 등 (2009)의 연구에 따르면 E. coli를 RF를 이용해 헬륨-산소 혼합가스로 생성된 electrical discharge plasma로 처리하였을 때 처리 시간이 증가함에 따라 E. coli의 저해도가 증가하였다. Korachi 등 (2010)의 연구에서도 물에 존재하는 E. coli에 대해 DC (12 그리고 20 kV) 또는 AC (12 kV) 고전압을 이용한 atmospheric corona discharge plasma 처리를 하였을 때 처리 시간이 증가함에 따라 저해가 많이 발생하였다고 보고하였다. 이는 plasma 내 미생물을 사멸에 이르게 하는 주요 라디칼의 영향을 받는 시간이 증가되었기 때문으로 사료되었다.
L. monocytogenes (접종 농도: 5 log CFU/mL)의 경우 9 kV에서 20분 처리되었을 때 0.70 log CFU/cm2로 최대 저해 농도를 보였지만 모든 처리 군에서 저해 농도가 1 log CFU/cm2이하로 저해됨을 확인하였다
Figure pat00002
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
본 발명은 비가열성 식품 분체를 효율적으로 살균할 수 있는 비열 플라즈마 이용 식품 살균 장치를 제공한다.

Claims (8)

  1. 살균 대상물인 식품을 수용 및 인출이 가능하도록 마련되며 일정이상의 내부공간을 갖는 살균 챔버;
    상기 살균 챔버 내부에 시료를 플라즈마 처리할 수 있도록 외부로 한 쌍의 전극으로 구성되는 반응기;
    상기 살균 챔버 내부에 반응 가스와 플라즈마를 믹싱할 수 있도록 구성되는 가스 공급부;
    상기 살균 챔버 내부에 시료를 공급 후 유체 소결 인젝터를 이용하여 유동 및 부양하여 CP(Cold Plasma)처리할 수 있도록 체류시간을 갖는 시료 유동층 부양부;
    상기 살균 챔버 내부로 DBD 플라즈마를 발생하는 발진부;
    상기 살균 챔버 내부에 반응가스 투입량 및 살균, 플라즈마처리부 온도, 플라즈마 형성 매체 검증을 위한 제어부(OES: Optical Emission Spectroscopy)를 포함하며,
    상기 DBD 플라즈마 방전으로 반응가스와 반응하여, 상기 살균 챔버 내에 비열 플라즈마를 생성하여 식품 살균을 할 수 있는 특징으로 하는 식품 살균 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 살균 챔버 내에 비열 플라즈마를 생성하여 식품 살균을 행하는 동안, 상기 살균 챔버 내의 가스 유량이 20-50m/l 유지되는 것을 특징으로 하는 식품 살균 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 DBD 방전 플라즈마 발생 장치는, 상기 DBD 방전을 이용하여 플라즈마를 반응기 내부에 발생할 수 있도록 하는 유전체 및 전극을 포함하되, 주파수는 40KHz 이하, 100mA이하의 전류를 형성하며 10KV이하의 전압을 이용하고 유전체 두께는 1-3mm로 구성된 것을 특징으로 하는 식품 살균 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 DBD 방전 플라즈마 반응가스 공급 및 시료 부양 유동 장치는,
    상기 DBD 방전을 이용하여 플라즈마를 반응기 내부에 유체를 분사하는 10-50이하의 황동재질 유동층 망(Mesh)을 이용하여 고르게 반응기 내부의 반응가스 흐름을 만들고, 시료의 원활한 CP처리 노출시간을 갖기 위해 반응기 외부에 고진동 바이브레이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 식품 살균 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 식품 살균을 행하는 동안, 헬륨 가스를 사용하여 60-400W에서 1-30분까지 실행하면서 살균처리 온도 70도 이하를 유지하는 것을 특징으로 하는 식품 살균 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는,
    상기 반응 가스가 수용되는 가스탱크;
    상기 가스 탱크와 상기 살균 챔버를 연결하는 가스 공급관; 및
    상기 가스 공급관에 마련되어 상기 반응 가스의 공급 정도를 조절하는 가스 조절 밸브를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 반응가스 유량 측정값을 전달받아 상기 살균 챔버 내의 반응가스 압력 상태를 판단하고, 이를 기초로 하여 상기 가스 조절 밸브의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 식품 살균 장치.
  7. 비열 플라즈마를 이용하여 식품을 살균하는 방법으로서,
    (A) 일정 이상의 수용 공간을 갖는 살균 챔버 내에 살균 대상물로서의 식품을 수용하는 단계:
    (B) 상기 살균 챔버를 대기압 상태로 반응가스 유량을 형성하는 단계;
    (C) 상기 (B) 단계의 판단 결과, 상기 살균 챔버 내의 가스 압력이 만족하는 상태를 갖는다면 상기 살균 챔버 내의 시료가 일정하게 부양 및 유동이 가능할 수 있도록 고진동 바이브레이터가 움직이는 단계;
    (D) 상기 (C) 단계의 결과, 상기 살균 챔버 내 반응가스의 유량과 유동 부양 시스템이 만족하는 상태를 갖는다면 상기 살균 챔버 외벽에 설치 된 얇은 동판의 전극으로 DBD 방전을 이용한 플라즈마를 발생하는 단계;
    (E) 상기 비열 플라즈마를 이용하여 상기 식품을 살균하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비열 플라즈마를 이용하여 식품을 살균하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (B) 단계와 (C)단계 사이에는, 상기 기준치로서, 상기 2차 설정 유량압력 범위 및 시간에 따른 플라즈마 방전 물리적인 기준요소(주파수, 전압, 전류)를 설정하는 단계가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 비열 플라즈마를 이용하여 식품을 살균하는 방법.
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