KR20180128577A - 저온 플라즈마 처리와 uv 또는 광펄스 처리가 병합된 비가열 식품살균장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비가열 방식으로 분체식품을 살균하는 장치에 있어서: 대상 분체식품의 유동을 유발하는 본체; 상기 유동베드(10)의 주변에 설치된 다수의 전극체로 콜드플라즈마를 유발하는 제1살균수단; 상기 유동베드(10)의 주변에 설치된 광원체로 펄스광을 유발하는 제2살균수단; 및 상기 분체식품의 물성에 대응하여 제1살균수단과 제2살균수단을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 고춧가루를 비롯한 분체식품에 콜드 플라즈마(Cold plasma)와 광펄스를 동시에 처리하여 품질 손상을 유발하지 않으면서 여타 방식으로 사멸이 어려운 식중독균 제거로 위생성을 높이는 효과가 있다.
이에 따라, 고춧가루를 비롯한 분체식품에 콜드 플라즈마(Cold plasma)와 광펄스를 동시에 처리하여 품질 손상을 유발하지 않으면서 여타 방식으로 사멸이 어려운 식중독균 제거로 위생성을 높이는 효과가 있다.
Description
본 발명은 식품 살균장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 비가열 살균 방식인 저온 플라즈마 기술과 광펄스 기술을 이용하여 식중독 원인균을 비롯한 각종 유해균을 사멸시키는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치에 관한 것이다.
현재 국내외적으로 분말형 식품(스프류, 향신료, 각종 분말류)에 사용되는 살균 방식은 초고온 증기 살균, 전자파 조사, 훈증처리, 방사선 조사, 고주파 가열법, 그리고 자외선 조사 방식 등이 알려져 있다. 그러나 발암성 물질의 생성, 소비자들의 비선호, 경제적 부담, 식품의 변질 및 영양소 파괴 등의 이유로 분말형 식품의 효율적인 살균에 많은 제약이 수반된다. 최근, 자외선 조사 방식이 주로 생산라인에 적용되고 있으나 분체 식품 내 미생물 저해효과는 불확실한 것으로 보고되고 있다.
특히 분체식품의 오염도가 비교적 높은 이유는 대부분의 분체식품은 열에 민감하여 가열살균에 의하여 품질, 기능성 및 성상이 손상되기 쉬울 뿐 아니라 건조한 상태이므로 오염균의 열저항성이 증가하기 때문에 온화한 가열처리로는 안전한 수준까지 오염균을 사멸시킬 수 없다는 점에 기인한다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌의 일예로서, 한국 등록특허공보 제1461085호는 유전체장벽방전 플라즈마(DBDP) 또는 코로나방전 플라즈마 제트(CDPJ)에서 선택되는 저온 플라즈마를 식품군의 형태 및 표면특성에 적합한 플라즈마 선택 및 처리조건을 최적화하여, 식재료 또는 식품류 표면의 미생물의 살균효과를 높인다.
선행기술문헌의 다른 예로서, 한국 등록특허공보 제1571238호는 (a) 반응부로 기체를 유입하는 단계; (b) 상기 제1전극에 고전압을 인가하여 전극노즐에 전기장을 발생시키는 단계; (c) 상기 제1전극과 제2전극 사이에서 플라즈마가 형성되어 유입된 기체를 활성화시키는 단계; 및 (d) 상기 기체가 건조 분말내로 공급되어 상기 건조 분말을 살균처리하는 단계;를 포함한다.
다만, 상기한 선행기술문헌에 의하면 고춧가루를 비롯한 많은 분체식품에서 향미 손실, 갈변, 퇴색, 비타민 등 영양소의 파괴, 항산화 활성의 저하 등 품질 손상을 받기 쉬우므로 개선의 여지를 보이고 있다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 콜드 플라즈마(Cold plasma)와 광펄스를 분체식품에 동시에 처리하여 식품 내 미생물의 세포막 화학결합 파괴, 침식, 그리고 DNA 구조 파괴가 동시에 일어나게 유도하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비가열 방식으로 분체식품을 살균하는 장치에 있어서: 대상 분체식품의 유동을 유발하는 본체; 상기 유동베드의 주변에 설치된 다수의 전극체로 콜드플라즈마를 유발하는 제1살균수단; 상기 유동베드의 주변에 설치된 광원체로 펄스광을 유발하는 제2살균수단; 및 상기 분체식품의 물성에 대응하여 제1살균수단과 제2살균수단을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 가스의 유동력으로 대상 분체식품의 고른 유동을 유도하는 유동베드를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1살균수단은 광투과가 가능하도록 종횡으로 연결된 격자전극을 전극체로 사용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 격자전극은 적어도 부분적으로 투명전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2살균수단은 제논램프와 UV-LED램프를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2살균수단은 펄스발생기, 사이래트론, 트리거부로 구성된 구동수단을 이용하여 고전압 전기의 순간적 방전을 유발하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기에서 입도측정기, 투명도측정기, 색상측정기 중 적어도 하나의 신호 입력에 대응하여 제1살균수단 및 제2살균수단에 대한 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 고춧가루를 비롯한 분체식품에 콜드 플라즈마(Cold plasma)와 광펄스를 동시에 처리하여 품질 손상을 유발하지 않으면서 여타 방식으로 사멸이 어려운 식중독균 제거로 위생성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 살균장치를 개념적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 살균장치의 변형예를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 살균장치에 적용된 전극을 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 살균장치의 구동수단을 나타내는 회로도
도 5는 본 발명에 따른 살균장치의 제어수단을 나타내는 회로도
도 2는 본 발명에 따른 살균장치의 변형예를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 살균장치에 적용된 전극을 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 살균장치의 구동수단을 나타내는 회로도
도 5는 본 발명에 따른 살균장치의 제어수단을 나타내는 회로도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 비가열 방식으로 분체식품을 살균하는 장치에 관하여 제안한다. 본체식품은 스프류, 향신료, 각종 분말류를 대상으로 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 국내에서 가장 활용도가 높은 고춧가루의 경우 살균 외에 맛, 풍미, 색의 유지도 중요하다. 이에 본 발명은 양산 시스템에서 분체식품을 비가열 살균하는 장치를 구현한다.
본 발명에 따른 본체는 대상 분체식품의 유동을 유발하는 구조이다. 본체는 처리 반응 영역을 포함하는 것으로서 석영관 또는 이와 유사한 광투과성을 지닌 수지관을 사용한다. 본체 상에서 분체식품이 덩어리를 형성하지 않고 일정한 속도로 유동되는 것이 중요하다. 양산의 규모가 증대할수록 본체는 중공을 지닌 도너츠 단면 형태로 구성할 수도 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 가스의 유동력으로 대상 분체식품의 고른 유동을 유도하는 유동베드(10)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 유동베드(10)는 하단의 가스주입기(15)를 통하여 공기, 아르곤, 헬륨, 질소 등의 혼합형 가스를 제공한다. 유동베드(10)의 상단과 하단에는 투입구(11)와 배출구(12)가 경사진 방향으로 연결된다. 가스는 유동베드(10)의 내부를 상향으로 이동하면서 하향하는 분체식품과 대향하여 속도를 조절한다. 배출구(12) 상에는 분체식품의 유로를 개폐하는 밸브(13)를 설치하는 것이 바람직하다.
도시에는 생략하나, 유동베드(10)의 가스주입기(15)는 가스유속조절기(mass flow controller)를 구비하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따르면 제1살균수단이 상기 유동베드(10)의 주변에 설치된 다수의 전극체로 콜드플라즈마를 유발한다. 제1살균수단의 전극체는 유동베드(10)의 외면에 최대한 고르게 설치되고 콜드플라즈마를 발생하여 비열식 건조와 살균을 유발한다. 콜드플라즈마 처리는 전기장으로 형성된 라디칼, 전자 등이 직접적으로 세포벽과 세포내 거대분자에 작용하여 미생물을 사멸시키는 원리이다. 양산에서 분체식품에 대한 콜드플라즈마 살균 조건은 혼합가스의 배합비, 전원(전력), 압력, 시간 등을 공정변수로 활용할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1살균수단은 광투과가 가능하도록 종횡으로 연결된 격자전극(22)을 전극체로 사용하는 것을 특징으로 한다. 도 2 및 도 3을 참조하면 격자전극(22)은 원통형 유동베드(10)의 외주면에 종방향의 직선부재와 횡방향의 곡선부재를 엮도록 형성된다. 전극체가 격자전극(22)으로 구성되면 후술하는 제2살균수단에 의한 살균용 광투과에 유리하다. 유동베드(10)의 크기(직경)가 작아질수록 종방향의 직선부재를 횡방향의 곡선부재보다 가늘게 형성한다.
이때, 상기 격자전극(22)은 적어도 부분적으로 투명전극(24)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 투명전극(24)은 태양전지나 디스플레이 등의 투명전극 재료처럼 인듐 산화물(In2O3)에 주석산화물(SnO2)을 도핑한 ITO박막으로 형성될 수 있다. 도 3에서 종방향의 직선부재에 투명전극(24)을 사용하는 상태를 예시하지만 횡방향 곡선부재에도 투명전극(24)을 사용할 수 있다. 어느 경우에나 높은 전기전도성을 유지하면서 살균을 위한 광투과성을 높인다.
또한, 본 발명에 따르면 제2살균수단이 상기 유동베드(10)의 주변에 설치된 광원체로 펄스광을 유발한다. 제2살균수단의 광원체는 유동베드(10)의 외면에 최대한 고르게 설치되고 자외선(UV) 영역과 근적외선(NIR) 영역까지 포함하는 펄스광을 조사하여 비열식 살균을 유발한다. 도 1처럼 비교적 소규모 유동베드(10)에서 제2살균수단이 일측으로 설치될 수도 있고, 도 2처럼 중대규모 유동베드(10)에서 제2살균수단이 2개소 또는 그 이상으로 설치될 수도 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2살균수단은 제논램프(30)와 UV-LED램프(32)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 제논램프(30)는 광원으로 제논 가스가 고압으로 충진되어 있는 쿼츠(quartz) 재질의 램프(type NL4006)를 사용한다. UV-LED램프(32)는 살균에 필요한 단색광을 방출하며, 제논램프(30)와 연계하여 분체식품에 대한 살균속도를 증대한다. UV-LED램프(32)는 각 램프마다 다른 자외선 파장을 방출하도록 구성하기 용이하다.
양산에서 제논램프(30)와 UV-LED램프(32)의 발열을 해소하도록 냉각부(34)를 더 구성하는 것이 바람직하다. 냉각부(34)는 수냉식이 선호되지만 공랭식을 병행할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제2살균수단은 펄스발생기(41), 사이래트론(43), 트리거부(45)로 구성된 구동수단(40)을 이용하여 고전압 전기의 순간적 방전을 유발하는 것을 특징으로 한다. 도 4에서 전원부(36)에 펄스발생기(41), 사이래트론(43), 트리거부(45)이 연결된 구동수단(40)을 예시한다. 펄스발생기(41)는 광원에 펄스를 구성시킬 수 있는 펄스발생망(pulse forming network, PFN)과 고전압의 전기를 순간적으로 방전시키는 스위치로 구성될 수 있다. 광펄스 영역의 축전 방식은 공명형 차징(resonance charging)이며, 사이래트론(43)은 축전지에 충전된 고전압의 파워를 순간적으로 방전한다.
이때, 유동베드(10)의 외주면에서 일정 거리에 제논램프(30)와 UV-LED램프(32)가 인접되게 설치되고, 경우에 따라서는 광펄스 빛을 모아서 조사하도록 반사갓(도시 생략)을 부가하는 것도 가능하다. 유동베드(10)가 중공의 도너츠 단면인 경우 중공부에도 제논램프(30)와 UV-LED램프(32)를 배치한다.
한편, 제1살균수단은 전극체와 전원부(26)을 포함하는 광의의 마그네트론(20)으로 구동할 수 있다. 제1살균수단의 전원부(26)와 제2살균수단의 전원부(36)는 적어도 부분적으로 통합된 구성도 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단이 상기 분체식품의 물성에 대응하여 제1살균수단과 제2살균수단을 제어한다. 제어수단은 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로의 제어기(50)를 기반으로 한다. 제어기(50)의 출력인터페이스에는 마그네트론(20), 제논램프(30), UV-LED램프(32), 냉각부(34), 구동수단(40) 등이 연결된다. 구동수단(40)에서 펄스발생기(41), 트리거부(45), 펄스변압기(transformer)도 개별적 제어 요소로 구성할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기(50)에서 입도측정기(52), 투명도측정기(53), 색상측정기(54) 중 적어도 하나의 신호 입력에 대응하여 제1살균수단 및 제2살균수단에 대한 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다. 제어기(50)의 입력인터페이스에 입도측정기(52), 투명도측정기(53), 색상측정기(54), 온습도측정기(56)가 연결된다. 입도측정기(52), 투명도측정기(53), 색상측정기(54)는 고춧가루 등의 분체식품의 입도, 투명도, 색상을 각각 측정한다. 온습도측정기(56)는 분체식품의 표면 온도를 비접촉(IR)으로 측정하는 동시에 유동베드(10)의 내부 습도를 측정한다. 제1살균수단과 제2살균수단에 대한 제어는 콜드플라즈마 및 광펄스의 패턴(주파수, 폭, 파워)을 포함한다.
콜드플라즈마는 수분이 높은 상태에서 15-40 kV/cm의 고전압대를 요구하지만 통상적인 세균조직의 세포막을 선택적으로 붕괴에는 0.5-3.0kV/cm 영역의 비교적 낮은 전압대도 가능하다. 광펄스는 170~200㎚ 범위로서 살균력은 빛의 파장, 세기, 펄스수, 조사거리, 대상물의 투명도, 색 등에 영향을 받는다. 제어기(50)는 유동베드(10)로 투입되는 분체식품의 물성을 실시간으로 입력인터페이스에서 입력하고 이에 대응하여 설정된 구동신호를 출력인터페이스로 인가한다.
작동의 일예로서, 유동베드(10)에 설정된 양의 분체식품를 투입하고 제어수단을 통하여 제1살균수단과 제2살균수단을 가동하며 살균이 완료된 후에 밸브(13)를 개방하여 분체식품을 배출한다. 물론, 분체식품의 종류에 따라서는 배치식이 아닌 연속식으로 살균하도록 가동할 수도 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 유동베드
13: 밸브
15: 가스주입기 20: 마그네트론
22: 격자전극 24: 투명전극
26, 36: 전원부 30: 제논램프
32: UV-LED램프 34: 냉각부
40: 구동수단 41: 펄스발생기
43: 사이래트론 45: 트리거부
50: 제어기 52: 입도측정기
53: 투명도측정기 54: 색상측정기
56: 온습도측정기
15: 가스주입기 20: 마그네트론
22: 격자전극 24: 투명전극
26, 36: 전원부 30: 제논램프
32: UV-LED램프 34: 냉각부
40: 구동수단 41: 펄스발생기
43: 사이래트론 45: 트리거부
50: 제어기 52: 입도측정기
53: 투명도측정기 54: 색상측정기
56: 온습도측정기
Claims (7)
- 비가열 방식으로 분체식품을 살균하는 장치에 있어서:
대상 분체식품의 유동을 유발하는 본체;
상기 유동베드(10)의 주변에 설치된 다수의 전극체로 콜드플라즈마를 유발하는 제1살균수단;
상기 유동베드(10)의 주변에 설치된 광원체로 펄스광을 유발하는 제2살균수단; 및
상기 분체식품의 물성에 대응하여 제1살균수단과 제2살균수단을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체는 가스의 유동력으로 대상 분체식품의 고른 유동을 유도하는 유동베드(10)를 사용하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1살균수단은 광투과가 가능하도록 종횡으로 연결된 격자전극(22)을 전극체로 사용하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 격자전극(22)은 적어도 부분적으로 투명전극(24)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2살균수단은 제논램프(30)와 UV-LED램프(32)를 사용하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2살균수단은 펄스발생기(41), 사이래트론(43), 트리거부(45)로 구성된 구동수단(40)을 이용하여 고전압 전기의 순간적 방전을 유발하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어수단은 제어기(50)에서 입도측정기(52), 투명도측정기(53), 색상측정기(54) 중 적어도 하나의 신호 입력에 대응하여 제1살균수단 및 제2살균수단에 대한 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 처리와 광펄스 처리가 병합된 비가열 PLP 기반의 식품 살균장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170063857A KR20180128577A (ko) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | 저온 플라즈마 처리와 uv 또는 광펄스 처리가 병합된 비가열 식품살균장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR20180128577A true KR20180128577A (ko) | 2018-12-04 |
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ID=64669007
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| KR1020170063857A KR20180128577A (ko) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | 저온 플라즈마 처리와 uv 또는 광펄스 처리가 병합된 비가열 식품살균장치 |
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| KR (1) | KR20180128577A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102047811B1 (ko) * | 2018-12-18 | 2019-11-22 | 이창훈 | 플라즈마를 이용한 식품 파우더 로스팅 장치 |
| KR20200124037A (ko) * | 2019-04-23 | 2020-11-02 | 서울여자대학교 산학협력단 | 저온 플라즈마 기반의 신규한 식품의 살균 방법 |
| KR20210044562A (ko) | 2019-10-15 | 2021-04-23 | 주식회사 화남인터내셔날 | 광펄스를 이용한 건조식품 살균장치 |
| KR20210078018A (ko) * | 2019-12-18 | 2021-06-28 | 주식회사 덕영엔지니어링 | 분말식품 복합 비열살균처리 설비 |
| CN113796164A (zh) * | 2019-05-05 | 2021-12-14 | 佛山昀健科技有限公司 | 等离子体表面消毒器及相关方法 |
-
2017
- 2017-05-24 KR KR1020170063857A patent/KR20180128577A/ko active Search and Examination
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