KR20210051950A - 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에 관하여 개시한다. 본 발명은, 농산물이 통과하는 임의의 한정된 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 베드를 구성하고 농산물이 챔버 안을 경유하도록 챔버의 내부를 가로지르도록 배치된 메인 컨베이어 벨트; 플라즈마 토치의 노즐 방향이 상기 메인 컨베이어 벨트의 상부에서 위치하면서 대면하는 방향을 향하도록 상기 챔버 내부 적소에 배치되는 플라즈마 발생기; 및 상기 챔버내에 생성되는 기체의 순환을 유도하기 위해 상기 챔버의 주변부에 배치된 배기후드;를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

농산물 살균 처리 플라즈마 시스템 및 방법{Plasma system and method for agricultural product sterilization}
본 발명은 농산물 선과라인을 통해 농산물을 살균 처리하는 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 고품질화된 다양한 과일 및 채소에 대한 수요가 증가되고 있다. 이에 따라 농산물의 유통이 활발해지고 있어 과일 및 채소 등의 농산물(이하, '과실'이라고도 함)을 안전하게 보관하고 신선도를 유지하기 위해 농산물 표면을 살균 처리하는 여러 방법들이 제안되어 있다. 일반적인 식품 살균 방법으로는 가열 살균방법, 화학약품 처리 방법이 있다. 가열 살균방법은 미생물의 증식을 억제하여 저장기간을 연장시킬 수 있으나 가열처리를 할 수 없는 농산물인 경우 이용이 제한적이며, 과실 고유 성분의 변질 등을 포함하여 영양소의 보존 등과 관련하여 부정적인 영향을 줄 수 있어 개선이 요구되고 있다. 약품 처리 방법은 액상의 살균소독제를 사용하여 농산물의 표면을 살균하는 방법이다. 약품 처리 방법은 주로 염소계열, 전해수(치아염소산), 이산화염소수(ClO2), 오존수, 알코올 등의 분무를 통해 처리되고 있지만, 이 방법은 수분을 직접 과실의 표면에 분무하는 표면 처리방법에 속하므로 유통과정 중 변질에 대응하기 어렵고 특히 수분에 반응하는 과실의 살균처리 방법으로 권장되지 못하고 있다. 한편, 플라즈마를 이용한 식품 살균장치 및 식품 살균방법이 제안되어 있는데, 플라즈마 처리 시스템은 비교적 설치 및 유지비용이 저가이며 누구나 손쉽게 작동이 가능하다는 장점이 있다. 플라즈마는 기체에 에너지를 가함에 따라 전자와 이온으로 분리되어 공간 중에 전자와 이온으로 공존하는 입자들의 집합체이며 전기적으로 중성을 유지하므로 전기적으로 이온화된 전도성 가스라고 할 수 있다. 플라즈마를 이용하여 멸균/소독 분야에서 플라즈마 발생에 의해 생성되는 활성종의 살균이나 탈취 기능을 이용하는 기술과 관련하여 국내 등록특허공보 제10-1419386호(특허문헌 1)에 제안되어 있고, 본 출원인 발명자에 의해 제안된 국내 등록특허공보 제10-2007900호(특허문헌 3)에는 자외선, 과산화수소, 플라즈마를 복합적으로 적용하여 OH라디칼의 농도를 높여 살균 효율을 향상시키는 농산물 살균용 대기압 플라즈마 시스템이 제안되어 있다. 플라즈마 살균 처리 시스템은 설치 및 유지비용이 저가이며 누구나 손쉽게 작동이 가능하다는 장점이 있음에도 농산물의 물성과 색도를 원상태로 유지하면서 과실 표면의 저장병을 일으키는 병원성 미생물을 살균하는 미세 살균 처리 기술의 제안은 미흡한 실정이다.
특허문헌 1. 국내 등록특허공보 제10-1419386호(2014년07월15일)
특허문헌 2. 국내 공개특허공보 제10-2010-0102883호(공개일2010년09월27일)
특허문헌 3. 국내 등록특허공보 제10-2007900호(공고일2019년08월06일)
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 플라즈마에서 발생하는 활성종을 이용하여 농산물의 물성과 색도는 유지하면서 과실 표면의 저장병을 일으키는 병원성 미생물을 살균 처리하여 저장성을 향상시키는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 선과장의 선과라인에 설치하여 농산물 저장성 향상을 위해 운용할 수 있는 플라즈마 살균 처리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 대기압 플라즈마를 적용한 농산물의 표면 살균을 통한 장기간 신선도 유지가 가능한 건식 살균 플라즈마 살균 처리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 플라즈마 활성종의 처리 농도를 일정하게 제어하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 농산물이 통과하는 임의의 한정된 공간을 형성하는 챔버; 상기 챔버의 베드를 구성하고 농산물이 챔버 안을 경유하도록 챔버의 내부를 가로지르도록 배치된 메인 컨베이어 벨트; 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 플라즈마 토치의 노즐 방향이 상기 메인 컨베이어 벨트의 상부에서 위치하면서 대면하는 방향을 향하도록 상기 챔버 내부 적소에 배치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기; 및 상기 챔버내에 생성되는 기체의 순환을 유도하기 위해 상기 챔버의 주변부에 배치된 배기후드;를 포함하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템으로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 챔버의 주변부에는 상기 메인 컨베이어 벨트로부터 방출되는 농산물을 정해진 경로로 반출하도록 배치된 서브 컨베이어 벨트들을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생기는 챔버 내부로 도입되는 농산물을 진입 초기 시점에 살균 처리하기 위하여 상기 챔버의 초입부 상부에 직하 방향으로 적어도 1개소 이상 배치하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 배기후드는 챔버의 양단에 각각 대칭적으로 배치되어 플라즈마 활성종이 포함된 기체를 챔버내에서 순환시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 챔버의 양단에 각각 배치되는 배기후드는 배기관으로 연결하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 챔버의 일단에는 대기중 공기를 포집하고 수분을 제거하는 에어 필터 및 수분이 제거된 공기를 케이블 튜브를 통해 상기 플라즈마 헤드부로 유입시키는 에어 컴프레서를 구비하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 챔버의 주변부에는 챔버안에 배치된 플라즈마 발생기로부터 생성되는 플라즈마의 활성종 농도를 측정하는 농도 측정 센서를 구비하여 구성될 수 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 농산물 선과장의 선과 라인 말단에 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 배치하고, 선과된 농산물의 박스포장 뚜껑을 닫기 전 단계에서 상기 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 구성하는 챔버의 컨베이어 벨트에 농산물이 담긴 박스포장 뚜껑이 열린 상태로 탑재하여 챔버 내에서 플라즈마 활성종으로 농산물을 살균 처리하는 단계;를 포함하는 농산물 살균 처리 방법으로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 농산물을 살균 처리하는 단계는, 챔버 내의 활성종 농도를 농도 측정 센서를 통해 측정하는 단계; 및 상기 단계로부터 측정된 활성종 농도를 살균 처리 대상 농산물의 물성에 맞게 농도를 유지 조절하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템은 플라즈마에서 발생하는 활성종을 이용하여 농산물의 물성과 색도는 유지하면서 과실 표면의 저장병을 일으키는 병원성 미생물을 살균 처리하여 저장성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템은 농산물의 선과 라인의 말단에 설치하여 뚜껑이 열린 박스 포장 상태에서 플라즈마 살균 처리하도록 함으로써 실제 생산라인에 적용하여 농산물의 저장성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템은 농산물의 선과 및 포장 과정에서 근접 살균 처리가 가능하도록 함으로써 살균 효율을 높일 수 있으며 저장고 이외에 간이 장소에서도 살균 처리가 가능하여 농산물 살균 처리 용도로서 광범위한 범용성을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 예시이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 정면을 개략적으로 나타낸 예시이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 측면을 개략적으로 나타낸 예시이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에서 플라즈마에 의한 활성종 생성을 모식도로 나타낸 예시이다.
도 5는 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 설명하는 참고도의 예시이다.
도 6은 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 챔버내에서 지정농도(20ppb)로 일정하게 유지하는 활성종 농도 측정 그래프의 예시이다.
도 7은 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 저장성을 검정하기 위해 빨강색 파프리카 상태변화를 관능검사로 평가한 비교 그래프의 예시이다.
도 8은 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 저장성을 검정하기 위해 노랑색 파프리카 상태변화를 관능검사로 평가한 비교 그래프의 예시이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 '농산물 살균 처리 플라즈마 시스템 및 방법'을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 설명에서 사용되는 용어들 중 '농산물', '신선 농산물', '과실', '과일 및 채소' 등은 각각 농산물을 의미하는 동일한 용어로 혼용될 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템 및 방법의 설명에 앞서 신선 농산물 살균 처리 기술 분야에 관하여 살펴보면 다음과 같다.
국내 신선 농산물 살균 처리는 대부분 액상 상태의 소독제가 사용되고 있는데 예를 들면 주로 염소계열, 전해수(차아염소산), 이산화염소수(ClO2), 이산화염소가스, 오존수, 알코올의 미량 분무, 산처리, 과산화계(과산화수소, 과산화초산), 기타 천연물질 및 열처리 등을 이용하는 소독 방법이 적용되고 있으나 여러 가지 문제점으로 대체 방법들이 검토되고 있다.
신선 농산물 살균 처리에 사용되는 소독제를 평가하면 아래의 표 1과 같다.
소독제의 종류 문제점
지하수 미생물 살균 효과가 낮음
천연항균제
(자몽, 약초 등 천연재료 유래물질추출물)		 고가에 비해 살균효과가 낮음
구연산 (citric acid) 미생물 살균 효과가 낮음
초산 엽채류 농산물의 경우 조직이 쉽게 연화됨
오존수 세척중 발생하는 배오존 문제 해결이 안됨
열처리 일부 농산물에 제한적으로 사용됨
일부 신선 농산물은 세척 과정에서 야기되는 품질저하로 현재 수출하는 신선 농산물들 중 예를 들면 파프리카 및 토마토 등의 경우 대부분이 소독처리를 하지 않으며 저장 및 유통 시에도 결로 현상에 의해 생성되는 습기를 처리하기 위하여 방습 처리 방법으로 대응하고 있다. 최근에 건식 소독법이 개발되고 있으며 주로 과실을 저장하는 저장고에 오존 발생기, 플라즈마 발생기 등을 설치하고 이를 통해 농산물을 살균 처리하는 방법들이 시도되고 있다.
플라즈마 발생기를 이용하는 경우 플라즈마에서 발생하는 라디칼의 물질 산화 반응을 통해 신선 농산물 및 종자 살균 등이 가능하여 특히 신선 농산물을 저장하는 저장고에서 살균 처리하고 있으나 기존의 저장고는 적재량이 많을수록 내부 공기 순환이 원활하지 못해 살균 효율이 나빠지는 한계를 극복하지 못하고 있다.
농산물 살균 처리에서 액상의 소독제 및 열처리 등을 대체하는 기존 대부분 플라즈마 시스템 관련 연구는 유전체장벽방전(DBD) 방식의 플라즈마를 적용한 것이며 실용화 전단계인 연구 단계로 신선 농산물의 호흡을 억제 또는 표면 살균을 통한 저장성 향상과 관련되어 있다.
상용화된 사례는 저장고에 플라즈마 발생기를 설치하여 플라즈마를 발생시켜 농산물을 살균 처리하는 플라즈마 큐어링으로 제안되어 있으나 저장고에서 플라즈마 살균 처리 작업을 병행하는 방식이어서 과실 선별장내 선과라인 상에서는 플라즈마 살균 처리 효과를 얻지 못하는 한계가 있다.
또한, 플라즈마 시스템 응용 기술은 과실을 살균 처리하는 플라즈마 활성종의 농도를 유효하게 제어하는데 어려움이 있어 대상 농산물의 물성에 적합한 플라즈마 처리 활성종의 농도 가변이 불가능하고 이에 따라 신선 농산물 살균 처리의 부작용을 제어하는데 한계가 있다.
한편, 최근 농촌진흥청과 국가핵융합연구소에서 플라즈마 발생기를 저장고에 비치하여 플라즈마를 발생시켜, 감귤을 보관한 결과, 49일 동안 부패율이 5.8%로, 일반 저장고의 부패율 13.2% 보다 훨씬 감소하였음을 실험적으로 확인하였고, 시범적으로 농산물 저장고에 설치 운영하고 있으며 향후 상용화 예정으로 계획되어 있다.
현재 가장 효과가 우수한 건식 살균처리 방법으로는 방사선 조사를 통한 살균이나, 국내에서는 유전자변이 등의 이유로 국민 정서상 인식이 좋지 못하고, 설비 구축 비용이 고가이며, 또한 전용 시설이 필요하여 한정된 장소에 구축되어 있어 범용적인 사용이 거의 불가능한 상태이다.
이에 비해 플라즈마 처리는 병저항성 관련 유전자(Pathogenesis related protein, PR)의 발현을 유도하여 병에 대한 저항성 향상과 종자의 새싹 생장 촉진에 영향을 준다는 것이 오이 종자에서 밝혀져 있다. 대기압 플라즈마를 적용하여 농산물의 품질 향상, 미생물 살균처리 등에 관한 연구는 활발하게 이루어지고 있고 학술적으로 효과가 있음이 논문을 통해서 증명되고 있으나 원천기술 개발에 대한 것이 대부분이고 실제 현장에서 적용을 위해 시도 중에 있으나 상용화된 사례가 없다.
예를 들면, 대부분 저장고 또는 수출 검역에서 방사선 처리를 이용한 기술개발이 진행되고 있으며 선과 및 포장라인에 직접 설치하는 저장성 미생물 살균 및 검역대상 해충 살충을 위한 플라즈마 시스템 도입 사례는 현재까지 제안되지 않고 있다.
이에 따라, 본 발명은 플라즈마에서 발생하는 활성종을 이용하여 신선 농산물의 물성과 색도는 유지하면서 과실 표면의 저장병을 일으키는 병원성 미생물을 효과적으로 살균 처리할 수 있는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템으로 제시된다.
또한, 본 발명은 신선 농산물의 선과 라인의 말단에 설치하여 뚜껑이 오픈된 박스 포장 상태에서 농산물을 근접 살균 처리함으로써 실제 생산라인에 적용하여 신선 농산물의 저장성을 향상시키는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템으로 제시된다.
또한, 본 발명은 생성되는 플라즈마의 활성종 농도를 처리 대상물의 물성에 맞게 특정 농도로 유지하면서 처리가 가능하도록 함으로써 고농도의 활성종에 의한 피해 또는 저농도에 의한 살균 처리 효과 저감에 대한 가능성을 최소화하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템으로 제시된다.
또한, 본 발명은 대기압 플라즈마 발생시 생성되는 활성종 기체를 한정된 공간에서 처리 대상 농산물을 대상으로 수십초 간 표면 살균 처리하여 과실 및 꼭지 시들음과 꼭지부분의 곰팡이 발생을 지연시킴으로써 저장성을 향상시켜 유통기한 연장이 가능하도록 하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템으로 제시된다.
본 발명의 실시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 도 1 내지 구 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 예시이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 정면을 개략적으로 나타낸 예시이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 측면을 개략적으로 나타낸 예시이다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 농산물이 통과하는 임의의 한정된 공간을 형성하는 챔버(110)로 구성될 수 있다.
여기서, 챔버(110)는 플라즈마 발생기(130)의 플라즈마 토치(131)측 노즐(132)에서 나오는 플라즈마 활성종을 농산물 표면에 접촉시키도록 처리하는 공간으로 기능할 수 있다. 챔버(110) 내에서 플라즈마 활성종이 포함된 기체는 배기후드(140)를 통해 순환될 수 있다.
예를 들면, 챔버(110)는 대기압 플라즈마 발생기(130)의 노즐(132) 방향이 아래를 향하도록 배치하고 농산물을 한정된 챔버(110)의 공간으로 이송시키는 과정에서 플라즈마 발생기(130)에 의해 생성되는 활성종 기체(O3, O2, O, OH, N, NO, N2, H 등)를 농산물 표면에 접촉시켜 농산물의 표면 처리 공정을 수행하는 공간일 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 베드를 구성하고 농산물이 챔버(110) 안을 경유하도록 챔버(110)의 내부를 가로지르도록 배치된 메인 컨베이어 벨트(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 메인 컨베이어 벨트(120)는 포장 박스에 담긴 농산물을 챔버(110)의 공간으로 이송시키는 수단이다. 포장 박스에 담긴 농산물은 메인 컨베이어 벨트(120)를 따라 이송되는 과정에서 챔버(110)내 공간의 플라즈마 활성종이 약 수초 간 농산물 표면에 접촉될 수 있도록 메인 컨베이어 벨트(120)의 이동 속도를 조절하여 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 농산물 저장성 향상을 위한 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에서 플라즈마에 의한 활성종 생성을 모식도로 나타낸 예시이다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 토치(131)의 노즐(132) 방향이 메인 컨베이어 벨트(120)의 상부에서 대면하는 방향을 향하도록 챔버(110) 내부 적소에 배치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
이렇게 챔버(110) 내에 배치되는 플라즈마 발생기(130)는 플라즈마 활성종을 생성하게 된다. 플라즈마에 의한 활성종의 생성은 도 4에 도시된 바와 같이 수분, 유분, 먼지가 에어 필터(133)에 의해 걸러져 플라즈마 토치(131)로 유입되고 이때 플라즈마 토치(131)에 고압전기를 인가하면 플라즈마 토치(131)에 플라즈마가 생성되어 노즐(132)을 통해 방사될 수 있다. 노즐(132)을 통해 방사되는 플라즈마에 의해 활성산소와 라디칼 및 이온이 생성될 수 있다.
바람직하게는 대기중 공기는 컴프레서에 의해 포집되어 에어 필터에 의해 수분이 제거된 공기를 케이블 튜브를 통해 플라즈마 토치의 헤드 부분으로 유동시키고 플라즈마 토치의 헤드에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
농산물의 표면을 살균 처리하는 플라즈마 활성종의 농도는 0.001~100ppm 범위에서 설정될 수 있다. 활성종으로는 대표종으로 O3 기준으로 선택하여 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(110)내에 생성되는 기체의 순환을 유도하기 위해 챔버(110)의 주변부에 배치된 배기후드(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템 제어 컨트롤러(160)를 포함하여 구성될 수 있다. 시스템 제어 컨트롤러(160)는 플라즈마 발생기의 ON/OFF 제어, 배기후드의 ON/OFF 제어, 컨베이어 벨트의 ON/OFF 제어 기능 등을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 주변부에는 메인 컨베이어 벨트(120)로부터 방출되는 농산물을 정해진 경로로 반출하도록 배치된 서브 컨베이어 벨트(121)들을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 서브 컨베이어 벨트(121)는 챔버(110)의 공간에 배치되는 메인 컨베이어 벨트(120)와는 달리 챔버(110)의 외부에 배치하여 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 서브 컨베이어 벨트(121)는 메인 컨베이어 벨트(120)와 공조되어 메인 컨베이어 벨트(120)로부터 이송되는 농산물 포장 박스들을 정해진 경로로 반출하여 이송시킬 수 있도록 포장 박스가 챔버(110)로부터 방출되는 챔버(110)의 종단부에 설치하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생기(130)는 챔버(110) 내부로 도입되는 농산물을 진입 초기 시점에 살균 처리하기 위하여 챔버(110)의 초입부 상부에 직하 방향으로 적어도 1개소 이상 배치하여 구성될 수 있다.
이렇게 챔버(110)의 초입부에 플라즈마 발생기(130)의 플라즈마 토치(131) 및 노즐(132)을 컨베이어 벨트를 따라 이동하는 농산물에 직하 방향으로 접촉하도록 배치하는 경우 챔버(110) 내부로 도입되는 농산물을 진입 초기 시점에 살균 처리함으로써 농산물로부터 병원균의 활성을 초기 시점부터 차단할 수 있도록 하는데 유리할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배기후드(140)는 챔버(110)의 양단에 각각 대칭적으로 배치하여 플라즈마 활성종이 포함된 기체를 챔버(110)내에서 순환시키도록 구성될 수 있으며, 챔버(110)의 양단에 각각 배치되는 배기후드(140)는 배기관(141)으로 연결하여 구성될 수 있다.
챔버(110)에 배기후드(140)를 설치하여 플라즈마 활성종이 포함된 기체를 순환시키는 경우 챔버(110)내에 플라즈마 활성종이 포함된 기체를 고르게 분포시킬 수 있으므로 농산물 표면을 고르게 살균 처리하는데 유리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 설명하는 참고도의 예시이다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 일단에는 대기중 공기를 포집하고 수분을 제거하는 에어 필터(133) 및 수분이 제거된 공기를 케이블 튜브(135)를 통해 플라즈마 헤드부(134)로 유입시키는 에어 컴프레셔(137)를 구비하여 구성될 수 있다. 여기서, 미설부호 136은 플라즈마 발생기의 '컨트롤 박스'이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은 플라즈마 발생기(130)로 기체를 공급할 때 에어 필터(133)를 통해 대기중 공기를 포집하고 수분을 제거한 후 수분이 제거된 공기를 케이블 튜브(135)를 통해 플라즈마 헤드부(134)로 유입시킬 수 있으므로 농산물 살균 처리에서 정화된 기체 사용이 가능해지고 수분 접촉에 의한 산균 처리 효과 저하를 막을 수 있는 한편 챔버(110) 내에서의 살균 처리 플라즈마 기체 분위기를 건조한 상태로 유지하여 농산물 살균 처리 효율을 제고시키는데 유리할 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 주변부에는 활성종 농도 측정 센서(150)를 구비하여 구성될 수 있다.
챔버(110)의 주변부에 활성종 농도 측정 센서(150)를 구비하는 경우 활성종 농도 측정 센서(150)를 통해 챔버(110)안의 플라즈마 활성종 농도를 측정할 수 있다.
이를 통해 챔버(110)안에 배치된 플라즈마 발생기(130)로부터 생성되는 플라즈마의 활성종 농도를 살균 처리 대상 농산물의 물성에 맞게 적정 농도를 유지하면서 농산물 살균 처리가 가능하다. 이에 따라 고농도의 플라즈마 활성종에 의한 농산물의 피해 또는 저농도의 플라즈마 활성종에 의한 농산물 살균 처리 효율 저하에 효과적으로 대비할 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)을 이용하는 농산물 처리 방법은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 농산물 선과장의 선과 라인 말단에 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)을 배치하고, 선과된 농산물의 포장 박스의 뚜껑을 닫기 전 단계에서 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)을 구성하는 챔버(110)의 메인 컨베이어 벨트(120)에 농산물이 담긴 박스의 포장 뚜껑이 열린 상태로 탑재하여 챔버(110) 내에서 플라즈마 활성종으로 농산물을 살균 처리하는 단계로 수해될 수 있다.
본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템(100)을 이용하는 농산물 처리 방법은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 농산물을 살균 처리하는 단계에서 챔버(110) 내의 활성종 농도를 농도 측정 센서(150)를 통해 측정하는 단계, 상기 단계로부터 측정된 활성종 농도를 살균 처리 대상 농산물의 물성에 맞게 농도를 유지 조절하는 단계를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템 및 방법을 도 6 내지 도 8을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 챔버내에서 지정농도(20ppb)로 일정하게 유지하는 활성종 농도 측정 그래프의 예시이다.
도 6은 활성종 검출 대표종인 O3의 농도를 측정한 결과이다. 농도를 지정하는 경우, 예를 들면 지정농도를 20ppb로 지정하는 경우 챔버내에서 일정한 농도로 유지될 수 있음을 보여준다.
도 6과 같은 결과의 도출은 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 챔버(110)양쪽 입구 안쪽에 설치된 배기후드(140)를 통해 기체 상태의 활성종의 챔버내 순환을 촉진하여 활성종이 골고루 챔버(110)내의 공간을 유동하도록 조절하는 것에 의한 것일 수 있다.
본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 플라즈마 처리에 의한 농산물의 저장성 향상 효과 검정하기 위한 실험결과는 다음과 같다.
농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 대기압 플라즈마 발생기(토치), 플라즈마 컨트롤러와 한정된 공간을 갖는 챔버로 구성하였다. 대기압 플라즈마 토치는 AP-4000R(Advanced Engineering Technology Provider, Korea)을 플라즈마 시스템에 적용하였다.
플라즈마 처리 조건은 플라즈마 파워 500W, 처리압력 2.5bar, 처리 농도 20ppb로 플라즈마 시스템의 조건을 설정하고 전원을 인가하였다.
그리고, 챔버 안에 메인 컨베이어 벨트를 구동시키고, 선과라인에서 사이즈 및 무게별 선과되어 박스에 담긴 파프리카를 포장 박스의 뚜껑을 연 채로 챔버로 통과시키고 그 통과 과정에서 10초 동안 플라즈마 발생기를 구동시켜 포장 박스에 담긴 파프리카에 대하여 플라즈마 살균 처리를 실시하였다.
그리고, 플라즈마 살균 처리에 따른 파프리카의 저장성 향상 효과를 검정하기 위하여 7~8℃의 저장고에 14일간 보관후 14일 후 상태 변화를 관찰하였다(5박스/1회).
실험은 빨간색 파프리카와 노란색 파프리카로 나누어 실험을 진행하였고, 관능 및 실험결과는 도 7 및 도 8과 같다.
도 7은 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 저장성을 검정하기 위해 빨강색 파프리카 상태변화를 관능검사로 평가한 비교 그래프의 예시이다.
도 8은 본 발명의 일시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템의 저장성을 검정하기 위해 노랑색 파프리카 상태변화를 관능검사로 평가한 비교 그래프의 예시이다.
도 7 및 도 8의 '플라즈마 처리' 및 '무처리' 상태를 비교한 그래프와 같이 본 발명에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 통해 파프리카를 플라즈마 처리하는 경우 파프리카의 색상 구분 없이 농산물의 저장성 향상 효과가 있는 것으로 평가되었다.
다만, 파프리카에 대한 '플라즈마 처리'후 14일이 경과된 시점에서 파프티카 색상별로 미세한 상태에서 관능 차이가 있는 것으로 평가되었다.
빨강색 파프리카는 노랑색 파프리카에 비해 과육이 연하여 병해에 상대적으로 약한 것을 확인할 수 있다. '플라즈마 처리' 후 14일째 '무처리' 파프리카와 관능 상태를 비교한 결과 과실과 꼭지 시들음이 감소하였다.
꼭지에 곰팡이 발생여부는 크게 차이는 없었지만 플라즈마 처리한 파프리카의 꼭지에서 곰팡이가 덜 발생함을 확인하였다.
노랑색 파프리카는 빨강색 파프리카에 비해 과실이 단단하여 병해에 상대적으로 강한 것을 확인할 수 있다. '플라즈마 처리' 후 14일째 무처리와 상태를 비교한 결과 과실과 꼭지 시들음 개선에는 차이가 없었으나 꼭지부분의 곰팡이 발생이 감소되는 것을 확인하였다.
평가결과 과육이 단단하여 쉽게 시들지 않은 노랑색 파프리카는 '플라즈마 처리'시 꼭지부분에 곰팡이 발생이 지연되고 과육이 연하여 잘 시드는 빨강색 파프리카는 '플라즈마 처리'시 과실 및 꼭지 시들음이 지연됨을 확인하였다.
따라서, 20ppb의 농도로 파프리카를 '플라즈마 처리'하였을 때 '무처리' 파프리카에 비해 약 1주일간 파프리카의 저장성 향상에 효과가 있음을 확인하였다.
본 발명의 실시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에 의하면 플라즈마 발생시 생성되는 활성종을 이용하여 농산물의 선과 마지막 단계인 박스 포장 후 뚜껑을 연 채로 챔버 내에서 활성종을 수초간 처리하여 과실의 신선도 유지에 우수한 효과를 기대할 수 유리한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에 의하면 플라즈마에서 발생하는 활성종을 이용하여 농산물의 물성과 색도는 유지하면서 과실 표면의 저장병을 일으키는 병원성 미생물을 살균 처리하여 저장성을 향상시키는 유리한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에 의하면 농산물의 선과 라인의 말단에 설치하여 뚜껑이 열린 박스 포장 상태에서 플라즈마 살균 처리하도록 함으로써 실제 생산라인에 적용하여 농산물의 저장성을 향상시키는 유리한 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템에 의하면 농산물의 선과 및 포장 과정에서 근접 살균 처리가 가능하도록 함으로써 살균 효율을 높일 수 있으며 저장고 이외에 간이 장소에서도 살균 처리가 가능하여 농산물 살균 처리 용도로서 광범위한 범용성을 제공하는 유리한 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면으로 나타낸 실시 예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: 농산물 살균처리 플라즈마 시스템 110: 챔버
120: 메인 컨베이어 벨트 121: 서브 컨베이어 벨트
130: 플라즈마 발생기 131: 플라즈마 토치
132: 노즐 133: 에어 필터
134: 헤드부 135: 케이블 튜브
136: 컨트롤 박스 137: 컴프레서
140: 배기후드 141: 배기관
150: 활성종 농도 측정 센서 160: 시스템 제어 컨트롤러

Claims (9)

  1. 농산물이 통과하는 임의의 한정된 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 베드를 구성하고 농산물이 챔버 안을 경유하도록 챔버의 내부를 가로지르도록 배치된 메인 컨베이어 벨트;
    플라즈마 토치의 노즐 방향이 상기 메인 컨베이어 벨트의 상부에서 위치하면서 대면하는 방향을 향하도록 상기 챔버 내부 적소에 배치되는 플라즈마 발생기; 및
    상기 챔버내에 생성되는 기체의 순환을 유도하기 위해 상기 챔버의 주변부에 배치된 배기후드;를 포함하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 주변부에는 상기 메인 컨베이어 벨트로부터 방출되는 농산물을 정해진 경로로 반출하도록 배치된 서브 컨베이어 벨트들을 포함하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기는 챔버 내부로 도입되는 농산물을 진입 초기 시점에 살균 처리하기 위하여 상기 챔버의 초입부 상부에 직하 방향으로 적어도 1개소 이상 배치된 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기후드는 챔버의 양단에 각각 대칭적으로 배치되어 플라즈마 활성종이 포함된 기체를 챔버내에서 순환시키도록 구성된 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버의 양단에 각각 배치되는 배기후드는 배기관으로 연결된 것을 특징으로 하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 일단에는 대기중 공기를 포집하고 수분을 제거하는 에어 필터 및 수분이 제거된 공기를 케이블을 통해 상기 플라즈마 헤드부로 유입시키는 에어 컴프레서를 구비하는 것을 특징으로 하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버의 주변부에는 챔버안에 배치된 플라즈마 발생기로부터 생성되는 플라즈마의 활성종 농도를 측정하는 농도 측정 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템.
  8. 농산물 선과장의 선과 라인 말단에 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 배치하고, 선과된 농산물의 박스포장 뚜껑을 닫기 전 단계에서 상기 농산물 살균 처리 플라즈마 시스템을 구성하는 챔버의 컨베이어 벨트에 농산물이 담긴 박스포장 뚜껑이 열린 상태로 탑재하여 챔버 내에서 플라즈마 활성종으로 농산물을 살균 처리하는 단계;를 포함하는 농산물 살균 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 농산물을 살균 처리하는 단계는, 챔버 내의 활성종 농도를 농도 측정 센서를 통해 측정하는 단계; 및
    상기 단계로부터 측정된 활성종 농도를 살균 처리 대상 농산물의 물성에 맞게 농도를 유지 조절하는 단계;를 포함하는 농산물 살균 처리 방법.
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