KR20200140859A - 밀폐된 용기 내의 간편식품의 저온 살균 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로파를 사용하여 밀폐된 패킷(22) 내의 영양식 및 간편식을 저온 살균하는 장치 및 방법에 관한 것이고, 상기 장치는: 마이크로파 챔버(14); 패킷(22)을 위한 하부 이송 벨트(20), 실질적으로 수평으로 나아가고 수직으로 이동할 수 있는 상부 이송 벨트(18), 및 하부 이송 벨트(20) 아래에 놓인 마이크로파 소스(16) - 마이크로파 챔버(14)는 대기압에 있음 - 를 포함한다. 장치는 상부 이송 벨트(18)와 밀접하게 접촉하는 냉각 플레이트(10)를 갖고, 패킷(22)의 커버는 마이크로파를 사용하는 가열 과정에서 수증기의 응축점 미만으로 냉각되어 패킷내의 과압이 방지된다.

Description

밀폐된 용기 내의 간편식품의 저온 살균
본 발명은 일반적으로 마이크로파에 의한 가열을 통한 식품의 보존에 관한 것으로, 여기서 패킷, 예를 들어, 준비된 즉석식품과 접시는 무한 체인이나 컨베이어 벨트를 통해 전방으로 이동된다.
저온 살균은 식품과 접시를 적어도 60℃에서 최대 약 100℃까지 가열하는 것이다. 이것은 미생물의 영양 단계(vegetative phase)를 방해하여 식품과 접시를 보존하는 데 사용될 수 있다. 가열 시간은 일관성, 맛 또는 영양가와 같은 중요한 특성을 손상시키지 않도록 일반적으로 15초에서 몇 분으로 제한된다. 이로 인해, 대부분의 병원성 박테리아와 식품을 훼손하는 것(food spoiler)이 죽게 된다.
보존은 일반적으로 뜨거운 공기, 뜨거운 물 또는 증기로 이루어지므로 가열 시간이 길어 조리 및 끓임(simmering) 효과가 발생한다. 긴 가열 시간은 식품의 맛에 영향을 미치고 종종 포장을 손상시킨다. 반면에 가열이 짧아지면 제품의 균질 한 고온을 거의 얻을 수 없다. 결과는 특히 고체 및 혼합 식품의 경우 열전도가 더 느리거나 다르기 때문에 만족스럽지 않다. 또한 폐쇄된 패킷의 저온 살균은 상당한 기술적 노력을 요한다.
위생상의 이유로, 식품은 소매점에서 포장되어야 한다. 가공된 형태로, 식품은 포장된 제품으로만 보관, 운송 및 판매할 수 있다. 상자에 담긴 식품을 보존하는 일반적인 방법은 식품을 패킷(트레이, 용기 또는 캐비티가 있는 트레이)으로 배열하는 것이다. 이들은 단단히 밀봉된 다음 모든 세균이 죽도록 식품이 담긴 패킷을 가열한다(US 2005 0123435 A1 참조).
저온 살균 또는 살균(121℃ 이상)을 위한 공지된 공정에 더하여, 일반적으로 2.450GHz 또는 915MHz의 주파수에서 마이크로파에 의한 가열이 최신 기술에 알려져있다. 그러나 마이크로파 가열은, 마이크로파 보존이 거의 항상 박스에 담긴 내용물의 나머지 부분이 가열되기 전에 국소 증기 형성으로 시작되기 때문에 패킷의 문제가 된다. 증기의 형성과 수증기의 가열로 인해 밀폐된 패킷에 과압이 발생하여 파열될 수 있다.
US 3,889,009 A, US 3,961,569 A 및 US 5,066,503 A는 박스 식품을 보존하는 방법을 개시한다. US 5,074,200 A는 용기가 컨베이어 벨트를 통해 전방으로 운반되는 마이크로파 가열에 의한 지속적인 보존을 설명한다. 용기는 탄력적이며, 파열되지 않도록 마이크로파 가열 중에 주변 압력을 증가시킨다. 이를 위해 필요한 시스템은 복잡하고 비싸며 플랜트 및 운영에 대한 높은 비용을 유발한다.
US 4,261,504 A는 가열 중에 생성된 수증기가 빠져나갈 수 있는 압력 완화 용기를 개시한다. WO 2004/045985 A1은 가요성 바닥 및 환기 밸브를 포함하는 커버 포일을 갖는 용기를 개시한다. 용기의 과압이 너무 높으면 가열 중에 밸브가 열린다. EP 2 400 862 B1은 환기구가 있는 운송 및 판매 용기의 보존 절차를 가르친다. 보존은 마이크로파로 가열하여 습한 상태에서 수행된다. 그 후 캐뉼라를 사용하여 보호 가스를 용기에 주입하고 천공 구멍을 닫는다. 이 절차는 비교적 복잡하다.
즉석식품 및 접시는 일반적으로 트레이, 카세트 또는 캐비티가 있는 트레이, 또는 종이 상자에 준비되고 배치된다. 액체의 오염 및 누출을 방지하려면 가열 중 및 가열 후 사용 전까지 용기를 단단히 닫아야 한다. 용기는 상대적으로 박막이며 일반적으로 플라스틱 또는 줄이 그어진 종이 라미네이트로 만들어진다. 따라서 마이크로파 가열 중에 증기가 발생하면 내부 압력에 대한 역압이 필요하다. 이 내부 압력은 일반적으로 0.69 내지 3.44 bar 범위이다. 따라서 보존은 일반적으로 증가된 압력하에서 수행된다. 따라서 저온 살균 또는 살균은 일반적으로 레토르트에서 일괄적으로 수행된다. 레토르트에서 배치 작업은 과압을 빠르게 해제할 수 없기 때문에 시간이 오래 걸린다. 특히 개별 조제를 위하여 개별 패킷을 저온 살균하거나 살균할 수 있는 것이 일반적으로 바람직하다. 따라서 최신 기술은 문제를 제시한다.
이러한 요구는 청구항 1에 따른 장비 및 대응 방법에 의해 충족된다. 이의 바람직한 실시 예는 청구항 2 내지 청구항 10에서 설명되었다.
본 출원은 마이크로파를 사용하여, 밀폐된(hermetically sealed) 패킷 내의 식품 및/또는 제품을 보존(preservation)하기 위한 장치를 제공하고, 상기 장치는:
마이크로파 챔버;
마이크로파 챔버(14)를 통해 식품이 담긴 패킷(22)을 이동시키기 위한 컨베이어 벨트(32),
패킷 내의 식품 및/또는 제품을 가열하기 위한 마이크로파 소스(16)를 포함하고,
마이크로파 챔버(14)는 기본적으로 대기압에 있고,
적어도 하나의 냉각 장치(10)가 제공되고, 냉각 장치(10)의 온도는 냉각 시스템(12)에 의해 미리 결정되고, 냉각 장치(10)는 밀폐된 패킷의 상승된 영역을 냉각시키도록 적응되고;
장비의 부분들은, 마이크로파 소스(16)가 패킷(22) 내의 식품 및/또는 제품을 보존 온도로 가열하고; 그리고
패킷(22)의 과압은 냉각 요소(10)에 의해 냉각된 패킷(22)의 상승된 표면상의 수증기의 응결 및 냉각에 의해 소멸된다.
마이크로파 에너지는 2.45GHz 또는 915MHz의 주파수 또는 두 주파수의 조합에서 적용된다. 바람직한 냉각 장치는 물의 응결점보다 낮은 온도에 있는 냉각 플레이트이다. 온도는 일반적으로 0℃ 내지 20℃, 바람직하게는 2℃ 내지 15℃, 특히 바람직하게는 4℃ 내지 10℃ 범위일 것이다. 냉각은 무한 벨트 또는 체인벨트를 통해 패킷(22)의 상단 표면에 적용될 수 있다. 냉각은 냉장 장치 또는 냉동고에 사용되는 것과 같은 물 또는 냉각수로 수행할 수 있으며, 특히 바람직하게는 임계 또는 초임계로 차가운 이산화탄소에 의해 차가운 가스 또는 증기를 사용하는 노즐을 통해 비접촉식으로 수행할 수 있다.
그러므로, 냉각으로 인해, 상부 냉각 시스템(18)과 하부 컨베이어 벨트 사이의 거리는 패킷(22)의 높이에 해당하거나 거리와 높이가 기능적으로 서로 일치한다. 냉각 시스템은 열 전도성 재료로 만들어진 상부 무한 벨트(18)일 수 있다.
특히, 상이한 식품 및 접시를 위한 다수의 트레이 또는 캐비티를 갖는 패킷 또는 용기의 기능적 디자인이 선호된다. 캐비티는 바람직하게는 마이크로파에 의해 개별적으로 가열된다. 장비는 또한 패킷 또는 트레이 또는 캐비티의 내용물의 온도를 측정하는 수단을 가질 수 있다. 온도가 비접촉식으로 스캔되는 것이 당연하다. 저온 살균의 경우 패킷의 내용물을 60°내지 85°의 온도로 빠르게 가열해야 하고, 이 온도는 저온 살균에만 충분하지만 121℃ 이상의 온도를 요하는 살균에는 충분하지 않다. 커버 포일과 포장은 일반적으로 멸균, 무균 형태로 생산 라인에 공급되므로 더 이상 특별히 살균할 필요가 없다.
본 발명의 또 다른 측면은 밀봉 또는 폐쇄된 패킷(22)에 식품 및 접시를 보존하는 방법에 관한 것으로, 패킷은 하나 이상의 캐비티를 갖는다. 이들은 개별적으로 또는 공동으로 밀봉되고, 보존은 마이크로파에 의한 가열을 통해 이루어지며, 마이크로파 에너지를 공급하는 동안 커버는 수증기의 응결점 아래로 냉각된다. 이것은 밀폐된 패킷의 큰 과압을 방지한다. 방법의 특히 바람직한 실시 예는: 대기압의 마이크로파 챔버(14)를 제공하는 단계; 마이크로파 챔버를 통해 패킷을 이동시키기 위한 하부 컨베이어 벨트(20)를 제공하는 단계; 바람직하게는 수평으로 이동되고 수직으로 조정 가능한 열 전도성 재료 플레이트를 포함하는 상부 냉각 시스템(18)을 제공하는 단계; 냉각 요소가 마이크로파 챔버(14)를 통해 이동하는 동안 밀폐된 패킷(22)과 접촉하는 단계; 마이크로파를 생성하고 포장된 식품을 가열하는 단계 - 냉각 시스템(12)은 냉각 요소 또는 냉각 플레이트(10)의 온도를 수증기의 응결점 미만으로 제어함 - ; 패킷(22)의 표면에 접촉하는 단계; 패킷의 상단을 수증기의 응결점 미만으로 냉각하여 마이크로파 보존 또는 저온 살균 중에 패킷(22) 내에 생성된 수증기의 초과 압력을 소멸시키는 단계를 포함한다.
이 장비는 마이크로파 에너지가 환경으로 빠져나가는 것을 방지하도록 설계된 마이크로파 챔버를 포함한다. 이것은 회전하는 마이크로파 트랩에 의해 달성될 수 있다. 용기 또는 패킷을 위한 컨베이어 벨트는 기본적으로 수평으로 나아가며 마이크로파를 투과할 수 있는 재료로 만들 수 있다. 상부 냉각 시스템, 바람직하게는 무한 벨트 또는 체인벨트는 본질적으로 수평으로 작동하고 수직으로 조정 가능하다. 폐쇄된 식품 패킷을 마이크로파 챔버를 통해 이동시키기 위해 바람직하게는 무한 컨베이어가 제공되고, 바람직하게는 무한 벨트 또는 링크 체인 형태의 상부 무한 냉각 시스템이 패킷의 상부 표면을 냉각시키는 역할을 한다. 마이크로파 소스는 하부 무한 벨트 아래에 위치할 수 있다. 이 장비는 마이크로파 챔버가 대기압하에 있고 장치가 위에서 패킷과 열 전도성으로 접촉하는 냉각 매체를 포함하는 것을 특징으로 한다. 냉각수 또는 플레이트의 온도는 바람직하게는 (외부) 냉각 장치에 의해 설정되고 제어된다. 상부 냉각수 또는 무한 냉각수 벨트는 열 전도 재료로 만들 수 있으며 냉각 수용 노즐도 고려된다. 이 장비는 마이크로파 소스의 마이크로파 에너지가 패킷 내 식품을 저온 살균 온도로 가열하는 방식으로 설계되고 설정된다. 예를 들어, 국부적으로 생성된 수증기로 인한 패킷의 일시적인 과압은 패킷의 윗면을 냉각시켜 용해된다. 상부 표면은 예를 들어 리드(lid), 커버 포일 또는 커버 후드일 수 있다. 이것은 위에서부터 작용하는 냉각수 또는 냉각 요소의 벨트와의 열 전도 접촉에 의해 달성될 수 있다. 이것은 과압으로 인해 패킷이 누출되거나 파열되는 것을 방지한다.
따라서, 장치는 촉촉하고, 반죽으로 만들어지거나 고체인 다양한 간편식이 적재될 수 있는 상업적으로 이용 가능한 플라스틱 및 폼 용기의 사용을 허용한다. 마이크로파에 의해 생성된 열은 밀폐된 패킷에 약간의 과압을 생성할 수 있다. 그러나 물이 증기 또는 기체 상태로 전환되는 경우에만 과압이 발생하고 패킷의 무결성을 위태롭게 할 수 있으며, 이는 냉각으로 방지된다. 그럼에도 불구하고 밀폐된 패킷 내의 식품의 저온 살균 및 보존이 가능하다.
패킷(용기, 트레이, 플레이트 등)은 예를 들어 커버 호일(수축 필름)로 밀봉될 수 있다. 이러한 패킷은 저렴하고 가벼우며 식품 안전 요건을 충족하지만 과압에 대처하기 위한 구조적 요건은 충족하지 않는다. 커버 필름은 종종 약간의 과압에도 견딜 수 없다. 알루미늄 호일, 단단한 플라스틱 뚜껑 및 중첩하는 접힌 부분과 밀봉 에지를 갖는 열에 강한 호일이 일반적으로 선호된다.
설명된 장비는 간편식을 위한 표준 용기의 사용을 허용하기 때문에 유리하다. 이 장비는 대기압에서 작동할 수 있기 때문에 US 3,961,569의 최신 기술에 비해 저온 살균 시스템의 크기와 복잡성을 줄인다. 과압을 생성하고 유지하는 수단이 필요하지 않다. 따라서 폐쇄된 용기에서 일괄적으로 가열하는 것과 달리 연속적으로 작동할 수 있다. 내부 압력의 소멸(dissolution)은 마이크로파 가열이 수행됨과 동시에 발생한다. 따라서 추가 챔버 또는 장비 섹션이 필요하지 않다.
또 다른 이점은 눈에 보이지 않는 누출로 인한 저온 살균 후 오염을 방지하는 것이다. 액체 누출 및 장비 오염 방지도 방지된다. 또한 향이 패킷에 남아있어 간편식 및 제품의 맛 특성을 향상시킨다. 이는 밸브와 벤트(vent)를 사용하는 솔루션에 비해 큰 이점을 제시한다(EP 2 400 862 B1 참조). 이러한 솔루션은 즉석식품 생산자가 그에 따라 더 비싼 특수 용기를 사용하도록 한다. 특히 식품 산업에서는 마진이 낮고 비용 절감이 유리하다.
한 버전에서, 마이크로파 소스는 2.45GHz 또는 915MHz의 주파수에서 작동된다. 두 주파수의 조합도 사용할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시 예는 응결점 이하, 바람직하게는 2℃ 내지 20℃, 특히 바람직하게는 3℃ 내지 15℃, 가장 바람직하게는 4℃ 내지 10℃까지의 냉각 요소의 냉각에 관한 것이다.
다른 실시 예는 상부 냉각 벨트와 하부 컨베이어 벨트 사이의 거리에 관한 것이다. 이것은 본질적으로 패킷의 높이에 해당한다. 거리는 리드나 커버가 냉각되도록 패킷과 기능적으로 일치해야 한다. 따라서 상부 벨트의 높이를 조절할 수 있다. 열전도성 재료(금속, 금속 합금, 실리콘, 폴리실록산, 유리 섬유, 폴레핀(폴리 프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로 에틸렌 등), 금속 합금 또는 다른 재료와의 조합(복합 재료)으로 만들 수 있다. 마이크로파 소스의 범위는 1kW에서 6kW, 바람직하게는 2kW에서 6kW일 수 있다. 일반적으로 마그네트론 기술을 사용하는 3kW에서 6kW의 전력을 가진 마이크로파 소스가 사용된다.
반도체 제어 발진 회로에 의한 마이크로파 생성이 가장 선호된다. 반도체 기반 마이크로파 생성을 통해 주파수 및 출력 전력을 조정할 수 있으며 주파수를 변경하여 다양한 종류의 식품을 트레이 또는 메뉴 접시에서 개별적으로 가열할 수 있다. 따라서 식품이 상이한 온도로 준비된 경우에도 메뉴 트레이에서 균일한 온도를 얻을 수 있다. 예를 들어, 닭고기는 종종 메뉴 트레이에서 약 45℃로 차갑게 제공되고 밥은 45℃에서 따뜻하게 제공된다. 반도체 기반 마이크로파 가열 시스템의 도움으로 이러한 온도는 연속 터널에서 마이크로파 전력을 조정하여 서로 개별적으로 조정할 수 있으므로 균일한 저온 살균이 달성된다.
또 다른 측면은 본 발명에 따른 장치와 함께 사용하기 위한 패킷에 관한 것으로, 이는 식품 또는 접시가 배치되는 하나 이상의 캐비티를 갖는 용기 및 용기에 밀봉되는 커버(커버 후드, 커버 필름, 커버 플레이트)로 구성된다. 밀봉은 접거나, 접착하거나 다른 밀봉 수단으로 만들 수 있다. 이어서, 식품의 종류에 따라 마이크로파 에너지로 여러 구멍을 개별적으로 처리할 수 있다.
장비는 예를 들어, 온도를 측정하기 위한 수단, 예를 들어, IR 고온계를 포함하여, 패킷의 가열을 확인한다. 한 버전에서, 패킷 내의 식품은 60℃ 내지 99℃, 바람직하게는 65℃ 내지 90℃, 더욱 바람직하게는 70℃ 내지 85℃의 온도로 가열된다.
또 다른 측면은 밀폐된 패킷 내의 식품을 마이크로파에 의해 보존하기 위한 프로세스에 관한 것이며, 상기 프로세스는: (대기압인) 마이크로파 챔버를 제공하는 단계; 마이크로파 투과성 재료로 만들어진 무한 컨베이어 벨트를 제공하는 단계; 열전도성 재료로 만들어진 수평으로 나아가는 상부 무한 냉각 벨트를 제공하는 단계; 패킷과 밀접하게 접촉하는, 마이크로파에 불투과성인 재료로 만들어진 냉각 장치를 제공하는 단계 - 냉각 장치는 마이크로파 챔버의 천장 역할을 할 수 있고 필요에 따라 수직으로 조정 가능함 - ; 포장된 식품의 밀폐된 패킷을 마이크로파 챔버를 통해 이동시키는 단계; 마이크로파를 생성하고 포장된 식품을 가열하는 단계; 냉각 장치의 온도를 제어하는 냉각 시스템을 제공하는 단계; 냉각 장치를 패킷의 상부 표면과 접촉시키거나 냉각 장치가 패킷의 상부 표면 또는 리드와 접촉하는 단계; 패킷의 과압을 소멸시켜서, 생성된 수증기가 응결되어 저온 살균 중 또는 후에 패킷이 파열되거나 열리는 것을 방지하는 단계를 포함한다. 무한 냉각 벨트 또는 연결된 체인의 경우, 특히 마이크로파 방사선 누출을 방지하고 누출된 방사선에 대한 법적 제한을 준수하기 위해 마이크로파 트랩이 제공된다.
추가 실시 예 및 이점이 예시 및 도면을 참조하여 설명된다. 이들은 본 발명의 바람직한 실시 예에 관한 것이며, 본 발명의 방안을 나타내기 위한 것이며 제한하려는 의도는 아니다. 개시 내용의 전체가 청구 범위뿐만 아니라 하기의 설명에 포함된다.
도 1은 마이크로파에 의해 패킷에 담긴 식품을 보존/저온살균하기 위한, 본 발명에 따른 장치의 도면이다.
도 2는 도 1의 장치의 측면도의 도면이다.
도 3a는 마이크로파 터널(파일럿 플랜트)의 컨베이어 벨트에 있는 포일형 2-캐비티 패킷(소스 발린 닭고기를 넣은 밥)의 사진이다.
도 3b는 도 3a의 2-캐비티 패킷의 리드 필름 냉각 및 온도 센서(S1 내지 S4)의 배치를 나타낸다.
도 4a는 마이크로파에 의해 목표 85℃까지 가열한 후의 도 3a의 패킷의 열 이미지 및 이미지이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 테스트 예시에서 마이크로파 시간(초)(가로)에 걸친 온도(℃)(세로)로 상이한 위치 및 상이한 식품에서 센서에 의해 측정된 온도의 다이어그램이다.
도 5a는 5℃의 천장 냉각으로 목표 85℃로 마이크로파에 의한 가열 후 도 4a에 도시된 온전한 패킷의 열 이미지 및 이미지이다.
도 5b는 도 5a의 테스트 예시에서 다양한 식품의 온도 곡선 및 온도 분포의 다이어그램이다.
도 6a는 20℃에서의 천장 냉각으로 목표 85℃로 마이크로파(6000 W, 2.45 GHz)로의 가열 후 도 3a의 (터진) 패킷의 열 이미지 및 이미지이다.
도 6b는 도 6a에 나타낸 테스트에서 다양한 식품의 온도 곡선 및 온도 분포의 다이어그램이다.
도 7은 5℃, 15℃ 및 20℃를 사용하는 천장 호일의 최적화된 마이크로파 가열 및 상이한 냉각을 사용하는 상이한 식품의 온도 곡선 및 온도 분포의 다이어그램이다.
장비 및 저온 살균 방법이 상이한 식품들로 채워진, 2개의 캐비티를 갖는 호일 밀폐된 패킷에 관련하여 상세히 설명된다. 식품은 유리하게는 패킷에 밀폐되어 있으며, 이는 물론 마이크로파를 투과할 수 있되 환기 구멍이나 밸브는 갖지 않는다. 이를 통해 즉석식품(ready-to-eat meals)을 취급하고 저장하기 위해 소매점에서 일반적으로 사용되는 용기를 사용할 수 있다. 마이크로파를 이용한 저온 살균은 외부에서 열과 압력을 가할 때보다 전체적으로 패킷이나 용기에 덜 압박(stress)을 주기 때문에 이 공정은 모든 일반적인 용기와 패킷에 적용할 수 있다. 감각적 특성과 외관은 예를 들어 레토르트에서 가열할 때보다 영향을 덜 받는다. 마지막으로 지속적인 처리와 자동화 가능성으로 인건비를 줄일 수 있다.
마이크로파 처리는 물 분자의 쌍극자 특성을 사용하는 것에 의한 열 발생을 포함한다. 상이한 식품들에서 균일한 가열을 달성하기에는 여전히 어려움이 있다. 그러나 이것이 달성된 경우에만 열 전도에 의한 가열보다 짧은 시간에 저온 살균을 수행할 수 있다.
도 1은 밀폐된(hermetically sealed) 패킷(22) 또는 용기 내의 식품을 저온 살균하기 위한 장치의 일 실시 예를 도시하며, 이는 물론 마이크로파를 투과할 수 있어야 한다. 저온 살균 장비는 마이크로파 챔버(14) 역할을 하고 대기압이 있는 터널형 하우징을 포함한다. 마이크로파 챔버(14)는 수평으로 연장되고 마이크로파 에너지가 환경으로 방출되지 않도록 설계된다. 이 장치는 마이크로파(폴리 프로필렌, 유리 섬유, 실리콘, 폴리실록산, 폴리올레핀, 폴리테트라플루오로에틸렌)를 투과할 수 있는 재료로 만들어진 하부 무한 컨베이어 벨트(20)를 포함한다. 상부 벨트 또는 링크 체인(18)은 무한하고 본질적으로 수평으로 이어지며 수직으로 조절 가능하다. 도시된 패킷(22)(도 3a)은 2개의 분리된 캐비티를 갖는다. 캐비티가 더 많거나 적을 수도 있다.
패킷(22)을 마이크로파 챔버(14)를 통해 이동시키기 위한 전진 수단(32)에 더하여, 컨베이어 벨트(20) 아래의 마이크로파 소스(16)가 도 1에 도시되어 있다. 순환하는 상부 "냉각 벨트"(18)는 오염물을 닦아 내기 위해 밀봉/밀봉 립(24)을 통과한다. 이것은 또한 마이크로파 트랩(29)으로 작용하거나 그것과 협력할 수 있다. 어셈블리는 프레임(26)에 의해 고정된다. 모듈식 설계가, 즉, 마이크로파 챔버(14)에 무관하게 고려되어서, 시스템은 확장 가능하며 운송 방향에 걸쳐 재현성을 보장할 것이다. 이는 상이한 메뉴 트레이들에서 균일한 온도 전개를 위한 노력을 줄여준다. 식품 트레이는 마이크로파와 관련하여 필드 최대 및 최소를 통과하는 반면 마이크로파 필드는 교차 방향으로 서 있는 것으로 간주되기 때문에 온도 전개는 처리량 방향에서 문제가 되지 않는다. 처리량을 증가시키고자 하면, 마이크로파 챔버(14)는 (벨트 방향을 가로지르는) 폭 및 (벨트 방향인) 길이 모두로 배열될 수 있다. 인접한 마이크로파 챔버(14)는 분리 판에 의해 서로 분리될 수 있다.
저온 살균될 식품이 담긴 밀폐 포장(22)이 마이크로파 챔버(14)를 통과하면, 컨베이어 벨트(20) 아래의 마이크로파 소스(16)에 의해 미생물을 죽이는 온도로 가열된다. 마이크로파 처리는 목표 온도에 도달하는 데 몇 초 밖에 걸리지 않는다. 도시되지는 않았지만, 패킷(22) 내부의 온도를 결정하기 위한 수단 및 센서가 추가로 제공된다. 이러한 측정에 기초하여, 마이크로파 처리의 인가된 전력 및 지속 시간이 계산되고 제어될 수 있다.
도 2는 컨베이어 벨트와 냉각 벨트 사이의 처리량 방향(화살표)으로 패킷(22)을 갖는 도 1의 장치를 도시한다. 각각 하나의 게이트 영역이 존재하고, 즉, 대향하는 단부에서, 하나는 유입구에 하나는 유출구(30)에 있으며, 패킷(22)을 삽입 및 제거하기 위해 제공된다. 이 시스템은 환경이 방사선 에너지로부터 보호되도록 장비의 단부들에서 마이크로파 흡수기(28) 또는 트랩을 포함한다.
도시된 실시 예에서 패킷(22)을 운반하기 위해 무한 컨베이어 및 냉각 벨트(18, 20)가 제공된다. 링크 체인 또는 이동식 운반 테이블 또는 트레이가 될 수도 있다. 그들은 장비에 따라 각각 열 전도 또는 마이크로파 투과성 재료로 만들어진다. 상부 벨트(18)는 거리가 패킷(22)의 상부 높이와 함께 동작하도록(cooperate) 하부 컨베이어 벨트(20)에 위치된다.
상이한 캐비티에 있는 식품을 담은 패킷(22)도 마이크로파 챔버(14)를 통해 보내질 수 있다. 용기 자체는 일반적으로 마이크로파에 대해 완전히 투명하다. 내용물 또는 수분 함유 식품만 가열한다. 챔버(14)는 하나 이상의 소스(16)로부터의 마이크로파를 가질 수 있다. 이들은 하나 또는 상이한 주파수를 가질 수 있다. 상이한 주파수는 여러 챔버 영역에서 상이한 식품의 차별화된 가열에 유리할 수 있다. 마이크로파의 커플링 또는 도입은 직접 또는 마이크로파 챔버(14)의 바닥에 있는 도파관을 통해 수행될 수 있다. 패킷(22)의 온도는 IR 고온계를 사용하여 비접촉식으로 측정될 수 있다(도 4a, 도 5a, 도 6a 참조). 패킷(22)의 바닥 부분에서 온도를 측정하는 것도 가능하다.
도 3b에 도시된 장치는 강철 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있는 냉각 플레이트(10)와 함께 작동하고, 즉, 마이크로파에 투과되지 않는 재료로 만들어지고 완성된 장치에서 컨베이어 벨트(도 3b에 미도시)와 함께 전방으로 이동될 수 있다. 냉각 플레이트는 무한 냉각 벨트(18)(도 2 참조)와 열 접촉할 수 있으므로 패킷이 마이크로파 챔버를 통과할 때 위에서부터 냉각된다. 냉각 플레이트(들)(10)는 또한 마이크로파 챔버(14)의 상부 천장으로서 사용될 수 있다. 이들은 바람직하게는 냉각 시스템(12) 또는 냉각 유닛과 연결된다. 상부 컨베이어 벨트(18)는 양호한 열전 도성을 갖는 재료로 제조되고 바람직하게는 패킷 커버와의 밀착을 달성하기 위해 가요성을 갖는다. 커버 필름이나 후드의 손상을 방지하고 고르지 않은 부분을 보완하기 위해 부드러운 소재를 사용하는 것이 좋다. 상부 냉각 벨트(18)는 패킷(22)보다 단단하지 않아야 한다. 냉각(10)은 바람직하게는 금속 호스 또는 링크 체인으로 설계될 수 있고 무한 냉각 및 작동 벨트(18)에 부착될 수 있다. 냉각 플레이트(10)의 벽 또는 냉각 체인은 금속으로 만들어지는 것이 바람직한데, 금속이 일반적으로 우수한 히트 싱크(heat sink)이고 마이크로파를 투과하지 못하기 때문이다. 냉각에 물을 사용하는 경우, 이는 마이크로파에 대해 차폐되어야 한다. 마이크로파 에너지가 공급될 때, 컨베이어 벨트(18)는 움직일 수 있거나 클록킹 될 수 있다. 냉각 플레이트의 온도는 바람직하게는 별도의 냉각 시스템(12)(냉각 유닛), 예를 들어, 순환 흐름으로 냉각 플레이트에 냉각수를 공급하는 재냉각기, 콘덴서 또는 냉각 유닛을 통해 제어된다. 냉각 플레이트(10)는 바람직하게는 2℃ 내지 10℃의 온도로 냉각된다. 상부 벨트(18)의 정확한 위치는 패킷(22)의 분쇄를 피하기 위해 필요하다. 마이크로파 가열은 일정하거나 필요에 따라 펄스화될 수 있다.
마이크로파 처리 동안 패킷(22)에서 수증기가 발생되면, 그것은 차가운 천장(커버, 후드, 필름, 카드보드 벽)에 증착될 것이다. 그 결과 내부의 과압이 줄어들고 커버 포일이 덜 부드러워진다. 냉각은 패킷(22)의 상부 또는 커버 필름 또는 후드에서만 일어나되 저온 살균될 식품에서는 일어나지 않는다. 그럼에도 불구하고 식품의 저온 살균이 달성된다. 이것은 마이크로파 가열 중에 커버 필름이 파열되거나 열리는 것을 확실하게 방지한다. 상기 기재된 공정의 특별한 장점은 휘발성 물질과 향이 패킷(22)으로부터 빠져나갈 수 없다는 점이다. 이것은 특히 아시아 요리에서 바람직하며 중요한 품질 특징이다.
메뉴 트레이(23) 상의 제품의 저온 살균은 제품을 60℃ 내지 100℃로 가열함으로써 달성된다. 메뉴 트레이에 여러 개의 개별 캐비티가 있는 경우 상이한 마이크로파 출력으로 개별적으로 처리될 수 있다. 전문가는 챔버에서 상이한 마이크로파 출력을 달성하는 방법(초점, 위상 간섭, 주파수 편이)을 알고 있다. 그는 마이크로파 소스의 힘을 각각의 캐비티와 접시에 맞출 수 있다. 이것은 정기적으로 조정되어야 한다. 궁극적으로, 목표는 메뉴 트레이(23)의 캐비티에 필요한 저온 살균 온도만을 생성하는 것이다.
컨베이어 벨트(18, 20)의 속도 및 마이크로파 펄스는 패킷(22)이 파열되거나 개방되지 않도록 조정된다. 이는 동시 냉각으로만 달성할 수 있다. 마이크로파 챔버(14)의 출구에서 식품은 온도 때문에 저온 살균된다. 종래 기술과 달리, 트레이는 외부 압력하에서 가열되지 않았기 때문에 패킷(22)을 감압하고 냉각할 필요가 없다.
본 발명에 따른 장치는 간단한 배열과 마이크로파 에너지 및 냉각의 동시 사용을 한 번의 작동으로 허용한다. 용기, 커버 및 메뉴 트레이(23)는 예를 들어 120℃의 온도를 영구적으로 견딜 수 있는 라미네이트 판지 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만들어질 수 있다. 폴리프로필렌(PP)은 최대 100℃의 온도를 견딜 수 있으며 식품에 안전하므로 적절한 포장재이다. 폴리카보네이트(PC)는 높은 내열성으로 인해 전자레인지(microwave) 접시 포장재로도 사용된다.
예시
작업 예시
장비의 파일럿 플랜트(도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b 참조)는 밀접하게 배열된 2-챔버 식품 트레이(PET 하드 트레이)의 저온 살균을 위해 사용되었다. 파일럿 플랜트는 시간당 6000개의 메뉴 패킷의 저온 살균을 위한 마이크로파 터널용으로 설계되었다. 메뉴는 15℃ 내지 20℃의 소스(sauce)에 담긴 치킨, 45℃ 내지 50℃의 밥이다. 캐비티는 닭고기와 함께 쌀과 소스를 별도로 포함했다. 따라서 하위 작업은 마이크로파에 의한 표적 가열로 2개의 식품의 온도를 조절하는 것이다. 반도체 기반 마이크로파 기술은, 마이크로파 전력이 주파수 및 위상 이동에 의해 챔버에 설정될 수 있는 경우 이를 가능하게 한다. 식품은 패킷에서 80℃ 내지 85℃로 가열됨과 동시에, 5℃, 15℃ 및 20℃에서 냉각 플레이트를 사용하여 상면을 냉각한다. 결과는 도 7에 도시된다(온도(℃)/시간(초)). 식품의 온도는 센서와 적외선 고온계(IR-pyrometer)를 사용하여 측정되었다. 마이크로파 전력은 제어된 방식으로 투여되고 적용될 수 있다. 한 패킷의 2개의 상이한 식품의 균일한 저온 살균이 달성될 수 있어서 용기는 모든 경우에 단단히 고정된다. 이 장비를 통해 단시간에 접시를 저온 살균할 수 있었다. 저온 살균이 빠르고 에너지 효율이 높아 비용 이점을 제공했다. 저온 살균된 식품은 저온 살균 후에도 기호성 측면에 있어서(organoleptically) 완벽했다.
작업 예시 2
호일 커버를 갖는 메뉴 트레이에 대해 예시 1의 테스트를 반복하였다(도 3a 참조). 두 접시는 각각 컨베이어 벨트에서 저온 살균 온도(85℃)로 가열되거나 패킷이 누출되거나 파열되면 가열이 중지되었다(실험 1 및 3). 밀봉된 커버 포일은 도 3b의 좌측에 도시된 바와 같이 플레이트에 의해 냉각되었고 바닥 온도는 4개의 센서(S1 내지 S4)로 측정되었다. 표 1을 참조할 것.
샘플 번호 MW-용량(W) 시간(초) 시작 온도
(℃) 		종료 온도
(℃) 		냉각
1 6000 220 10 75 냉각 없음
2 6000 140 12 87 5℃의 냉각 플레이트
3 6000 135 14 81 20℃의 냉각 플레이트
2번 테스트에서, 저온 살균할 때까지 식품 트레이에서 균일한 온도 분포가 달성되었다. 식품이 85+℃까지 가열되었지만 패킷의 균열이나 파열은 관찰되지 않았다. 박막의 효과적인 냉각만 요했다. 따라서 상업용 포장의 즉석식품은 연속 작동 가능한 유닛에서 저온 살균할 수 있다.
커버 필름의 효과적인 냉각을 위해, 지향된 노즐을 통해 차가운 가스, 차가운 미스트 또는 차가운 입자를 필름에 적용하는 것으로 충분할 수 있다. 이산화탄소 입자, 소위 CO2 스노우 제트를 사용하여 본질적으로 비접촉식으로 필름을 냉각하는 것이 특히 바람직할 것이다. 압축(액체 또는 초임계) 이산화탄소는 낮은 점도, 낮은 계면 장력 및 높은 증발열로 인해 복잡한 표면 냉각에 특히 적합하다. 대규모 산업 응용 분야에서, 초임계 CO2는 커피의 카페인 제거, 차체 및 페인트 부품 청소와 같은 천연 물질 추출에 수년 동안 사용되어 왔다. 중간 이산화탄소는 주변 조건에서 가스 상태로 직접 변경되기 때문에, 기존 냉각제와 달리 잔류물이 남지 않는다. 복잡하고 비용이 많이 드는 건조가 필요하지 않다. 또한 암모니아 합성과 같은 많은 화학 공정에서 발생하는 폐기물이기 때문에 환경적으로 중립인 것으로 간주된다. 따라서 가스를 간단히 추출할 수 있으므로 가스를 비접촉식 냉각을 위한 비용 효율적인 옵션으로 만들 수 있다.
요약
패킷을 외부 압력하에 두기 위해 장비를 사용하지 않는 한, 마이크로파 가열에 의한 패킷의 저온 살균은 지금까지 산업 규모로 연속적으로 수행할 수 없었다. 그 경우, 액체 성분이 튀는 것을 방지하기 위해 별도의 단계에서 신중한 감압 프로세스가 필요하다. 열전달은 또한 랩핑(wrapping)이나 패킹(packing)에 의해 억제되었다. 외부 압력이 없으면, 마이크로파에 의한 가열로 인해 깨지기 쉬운 패킷을 터지게 하는, 패킷에 제어할 수 없는 내압이 발생하기 때문에, 저온 살균이 불가능했다.
또 다른 문제는 패킷을 연속적으로 또는 시간 단계(clocked step)로 저온 살균하는데 사용될 수 있는 마이크로파 처리 장치의 제공이었다. 예외 없이, 패킷의 상이한 내용물이 목표 온도가 되게 해야 한다. 또한, 밸브나 통풍구가 있는 패킷의 저온 살균이 불리한 것으로 판명되고 향과 맛이 빠져나가게 하기 때문에, 더 향이 많이 나는 식품으로 그리고 식품의 맛을 개선하기 위한 지속적인 노력이 있었다. 또한 장비는 단순해야 하고 압력 장치나 진공을 요하지 않아야 했다. 그리고, 이 공정은 캐비티와 커버(후드, 포일)가 있는 표준 패킷, 트레이 또는 플레이트에 적합해야 한다. 그러나 진공 상태에서는 커버 필름이 식품과 소스에 달라 붙고 액체는 자체 레인을 취한다. 이러한 문제는 예시에서 나타낸 바와 같이 해결될 수 있다.
10 냉각 요소
11 챔버 천장으로 사용 가능한, 수직 이동식 냉각 요소
12 냉각 시스템
14 마이크로파 챔버, -터널
16 마이크로파 소스(16-1, 16-2)
18 상부 트레드밀(냉각됨)
20 하부 컨베이어 벨트
22 식품이 담긴 패킷
23 하나 이상의 캐비티를 갖는 메뉴 트레이
24 밀봉, 밀봉 립
26 랙
28 마이크로파 흡수기
29 마이크로파 트랩
30 오프닝
32 전진(advancing) 수단

Claims (10)

  1. 마이크로파를 사용하여, 밀폐된(hermetically sealed) 패킷(22) 내의 식품을 저온 살균(Pasteurize)하기 위한 장치로서,
    마이크로파 챔버(14)를 통해 식품이 담긴 패킷(22)을 이동시키기 위한 컨베이어 벨트(20) 및 수단(32),
    식품이 마이크로파 챔버(14)를 통과하는 동안 저온 살균 온도로 식품을 가열하는 마이크로파 소스(16)를 포함하고,
    마이크로파 챔버(14)에서 대기압이 유지되며,
    마이크로파 챔버(14)에 적어도 하나의 고체(solid) 냉각 요소(10)가 제공되고, 냉각 요소(10)는 패킷(22)의 적어도 하나의 접촉 표면 상에서 열적으로 전도성을 갖게 배열되므로, 패킷(22)은 마이크로파 챔버(14)를 통과하는 동안 적어도 하나의 표면을 통한 접촉에 의해 냉각되어서, 마이크로파에 의한 가열 동안, 밀폐된 패킷(22) 내의 수증기로 인한 임의의 과압이 냉각에 의해 그리고 냉각된 표면에서의 응결을 통해 감소되는 것을 특징으로 하는 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 마이크로파 소스(16)는 2.45GHz 또는 915MHz의 주파수 또는 두 주파수의 조합으로 작동하는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 마이크로파 소스(16)는 주파수, 위상 및 전력이 가변적이도록 반도체 기반 발진 회로(oscillation circuit)를 기반으로 하는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 요소(10)는 물의 응결점(condensation point) 미만, 바람직하게는 0℃ 내지 20℃, 더 바람직하게는 2℃ 내지 15℃, 특히 4℃ 내지 10℃의 온도를 갖도록 설계되는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 요소(10)는 패킷(22) 상의 표면의 냉각을 위해 차가운 가스 또는 액체 또는 초임계 이산화탄소가 나오는 노즐을 갖는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 무한 컨베이어 벨트(20)로부터 떨어진 곳에, 동일한 방향으로 진행하고 냉각되는 상부 벨트(18)가 제공되고, 2개의 무한 벨트(18, 20) 사이의 거리는 컨베이어 벨트(20) 상의 패킷(22)의 높이와 실질적으로 일치하는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 냉각된 무한 상부 벨트 및 냉각 요소는 수직으로 이동될 수 있는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 패킷 내용물의 온도를 측정하기 위한 수단을 갖는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로파 소스(16)는 65℃ 내지 90℃, 바람직하게는 65℃ 내지 85℃의 온도로 패킷(22) 내의 식품을 가열하는데 적합하고, 동시에 냉각 요소(10)는 20℃ 미만, 바람직하게는 15℃ 미만의 온도로 패킷의 표면을 냉각시키는, 식품을 저온 살균하기 위한 장치.
  10. 마이크로파 가열에 의해 식품을 저온 살균하기 위한 방법으로서, 식품이 패킷(22)내에 밀봉되고, 식품이 65℃ 내지 90℃의 온도로 마이크로파로 가열되는 것과 동시에 패킷(22)의 적어도 하나의 표면이 고체 냉각 요소(10)와 밀접 접촉되므로, 패킷(22)의 적어도 하나의 표면이 20℃ 미만의 온도로 냉각되어, 패킷 내 수증기에 의한 임의의 과압이 회피되며, 패킷의 냉각된 표면이 밀봉된 커버일 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 식품을 저온 살균하기 위한 방법.

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