KR890003699B1 - 압력제어방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압력제어방법

제1도는 본 발명의 방법과 종래법을 비교하기 위해 한편으로 압력과 온도와 그리고 다른편으로는 시간과의 사이의 관계를 보여주는 그래프이고,

제2도와 제3도는 본 발명의 실시예에 따른 압력변화를 보여주는 그래프이고,

제4도는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 처리장치의 개략도이고,

제5도는 조에 있어서의 온도와 압력을 보여주는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레토르트 5 : 저조

6 : 펌프 9 : 순환펌프

10 : 수증기파이프 24 : 포장물

28 : 온도제어유니트 29 : 압력제어유니트

본 발명은 가압하에 플라스틱, 종이, 알루미늄박등의 가요성물질로 만든 포장을 가열 멸균시의 압력제어방법에 관한 것, 보다 상세하게는 포장체와 내용물 사이에 공극이 존재하는 공기 함유 포장물 또는 특히 비교적 공기함량이 높은(공극체적) 포장물에 적용하기에 유용한 방법에 관한 것이다.

종래에는 멸균처리조등에서 레토르트 포우치(주머니)와 같은 유연성 포장물에 든 식품등을 가압하에 가열멸균(열소득) 처리시에는 처리조내의 압력과 포장물내의 압력간의 압력차에 기인하는 포장물의 파열이나 변형을 방지하려는 견지에서 여러압력제어조작이 행해져 왔다.

예컨대, 수위 고압식 멸균법이 알려져 있는데 이 방법은 멸균처리 개시시에 처리조 압력을 급상승시키고 수정 멸균기간동안 증가된 압력을 일정히 유지하고 냉각처리후에 신속히 압력강하 시킨다(제1도에서 선 C를 참조하라). 그러나 이 방법을 함기(含器) 포장물을 멸균하는데 사용할때는 처리조내 압력과 포장물내 압력의 차가 온도 상승시에는 극히 커져서 그 결과 통상의 박벽 포장체의 경우에는 변형과 파괴가 일어난다.

그위에 멸균처리조(제1도의 D를 참조하라)의 온도에 응하여 포화수증기압에 일정한 압력차를 갖게 하면서 압력을 제어하는 소위 항압차식 멸균법도 공지되어 있다. 이 방법에서도, 그러나, 멸균처리를 받는 포장물의 함기 체적이 높으면(예컨대 이 비율이 20%를 초과할때는)처리조내의 압력변화에 뒤따라 포장물내의 압력변화가 일어나는데는 시간지연이 있게 된다. 그 결과 이것은 온도상승시에 포장체의 변형을 초래한다.

더우기, 상기방법에 의하면, 처리조의 압력강하시점은 처리조의 온도강하(냉각개시)시점으로 설정된다. 따라서, 처리조의 내부가 냉각될때는 포장물의 압력은 불리스럽게 처리조의 압력을 초과하여 포장체의 파괴가 일어난다, 그래서 이 방법은 존재하는 공기함량이 높을때의 포장물의 멸균에는 부정당 하다고 말할 수 있다.

다른 종래방법으로는 관측창이 달린 작은병을 멸균처리조에서 결리시켜 따라 배치하고 그 병안의 모형 포장물의 변형상태에 기하여 조의 압력을 제어하는 소위 의사법(모형법)이 공지되어 있다.

그러나 상기 방법에 의하면, 작은병을 사용할 필요가 있고 멸균조작을 할때마다 모형포장을 사용해야하며 작업상 번거럽다. 더우기 압력제어의 기초가 되는 모형포장물의 변형상태를 육안으로 식별하는데는 전문기능이 요구된다. 그리하여 원하는대로 압력제어를 행하기는 극히 어렵다.

따라서 본 발명은 높은 공기 함유율을 가진 용기를 멸균하는 경우에 있어서도 처리조의 압력을 정확히 제어하여 포장의 손상이나 변형을 야기함이 없이 효율적으로 멸균처리를 행하는 방법을 제공한다.

본 발명자들은 여러 내용물로 충전되어 있고, 각종 포장재료로 만들어진 높은 함기율의 다수의 포장물 시료를 사용하여 가압하에서 가열 멸균을 행할때의 포장물내 압력의 변화를 측정했다. 그 결과 함기의 체적의 차이, 내용물의 종류, 또는 포장재료의 종류와 두께와는 상관없이 각 경우에 있어 압력상승이 극히 낮으며 동시에 포장물의 압력이 정상에 도달하기까지는 압력상승에 변화가 있음을 알았다.

또한 본 발명자들은, 처리조내 온도의 강하의 개시에서부터 즉 냉각처리의 개시로부터 포장물내 압력강하의 패턴에 있어서는 포장물내 압력강하 속도가 현저히 지연되어 포장물내 압력과 처리조내 압력간에 큰 압력차가 발생하기 쉽다는 것을 발견했가. 더우기, 본 발명자들은 조내 압력의 변화 패턴이 실질상 가능한한 높은 함기율의 포장물내 압력의 변화에 추종할 수 있도록 하기 위한 시도로 철저한 연구를 행했다. 그 결과 종래 압력제어방밥의 경우에서처럼 포장체의 파괴나 변형을 일으키지 않을 만큼 사실상 일정하고 적당히 큰 압력차를 처리조와 포장물간에 유지시킴으로써 소망하는 멸균처리를 행할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성했다. 이것은 포장물의 압력상승이 변하는 점 부근에서 처리조의 압력상승율을 변화시킴에 의해 그리고 냉각처리 개시후의 조의 압력강하 시점을 지연시킴에 의해 달성된다.

본 발명의 보다 상세한 설명은 첨부도면을 참조하면서 다음에 하겠다.

제1도에서 선 A는 처리조의 온도 패턴을 표시하고 선 B는 공기함유 포장물의 압력패넌을 나타낸다.

더우기 제1도에서 선 C와 D는 앞서 설명한 종래의 압력제어 방법에 있어서의 처리조의 압력패턴을 표시하는데, 선 C는 고압식 멸균법으로 얻은 것을 또한 D는 항압식 멸균법으로 얻은 것을 표시한다.

제1도로부터 분명한 것처럼, 고압 멸균법의 경우에는 종래방법에 관련하여 전술한 것처럼 특히 온도 상승시에 처리조의 압력과 포장물의 압력간의 압력차가 극히 크게된다. 또한 항압 멸균법의 경우에는 온도 상승시 처리조의 압력이 포장물의 압력보다 훨씬 커 압력차가 컸다. 양 경우에 있어 모두 용기의 변형과 손상이 있었다.

그에 비하여 도면에서 선 E는 본 발명에 의한 압력제어법에 관한 처리조의 압력패턴을 표시한다. 선 E의 특징은, 점 b에서, 즉 포장물의 압력 증가 양태의 변화점 a와 대략 같은 시점에서 압력상승율은 낮은 수준으로 변하는 것과, 조의 압력을 낮추는 시점이 점 c즉 냉각처리 시작후로 지연되어 있는 점이다. 그 결과로 전 멸균처리 기간에 걸쳐 포장물내 압력에 대해 적당한 압력차가 유지된다.

본 발명에 의한 압력제어 방법을 시행할때는, 특정 멸균온도 조건하에서의 함기 포장물(이안에는 멸균할 내용물이 이미 충전되어 있음)의 압력변화 패턴을 먼저 조사(검출)한다.

조사방법으로서는, 다음 방법을 둘 수 있다. 내용물의 온도와 공극부분의 온도를측정할 수 있는 방식으로 포장물내에 열전대를 설치한 뒤, 이 포장물을 멸균처리조내에 넣는다. 그런뒤, 특정 멸균온도 조건하에서 멸균처리를 행하고 내용물의 온도변화 패턴과 공극부분의 그것을 측정한다. 이 측정결과에 기하여 포장물의 압력변화의 패턴을 얻었다. 상세하게는, 포장물의 압력은 다음식에 의해 대략 표시할 수 있다.

그러나 상기식에서, 멸균처리전의 포장물의 압력은 대기압으로 보고 계산한 것이다. 그 위에 공극부의 최초온도는 내용물의 최초온도와 사실상 동일하다고 본 것이다.

그런데, 상기 멸균처리를 행할때는, 포장의 내부압력변화로 인한 포장물의 체적 변화때문에 측정 오차가 생기는 것을 최소화하기 위해 특히 가요성 포장의 경우에는 처리조의 압력을 조정함함으로써 포장물의 변형을 방지할 필요가 있다.

더우기 포장물의 내부압력을 직접 측정함으로써 포장물의 압력패턴을 조사하는 방법을 채택할 수도 있다.

본 발명에 있어서는, 포장물의 압력패턴에 있어서의 압력상승시의 변화점(제1도 a를 참조하라)은 상기 방법으로 얻은 상기 패턴으로부터 발견되며, 동시에 포장물의 압력의 정점(제1도의 α를 참조하라)도 역시 검출된다. 여기에 있어서는 멸균개시시의 소정압력차(제1도에서 β를 참조하라)와 최고 압력부에서의 소정 압력차(제1도에서 γ를 참조하라)도 고려된다. 처리도의 압력상승률은 이 압력상승률이 상기 변화점 부근에서 변화 되도록 산출되며(처리조의 압력의 변화 형상은 적당한 압력차를 유지시키기 위해서 포장물의 압력의 변화 형상에 다르도록 하는 것이 바람직하며 따라서 이 경우에는 상기 압력상승률이 조금만 변하게 한다), 이리하여 처리조의 압력상승시의 제어를 행한다.

또한, 본 발명의 압력제어법은, 압력강하 개시(제1도에서 d를 참조하라)가 냉각처리 개시(제1도에서 c를 참조하라) 이후로 지연되도록 처리조의 압력강하 시점을 제어하는 것을 포함한다.

그런데 멸균처리 개시시의 압력차 또는 포장물의 정상 압력기간중의 설정 조건의 압력차에 대해서는, 압력차가 부(負)가 되지 않는한 즉 포장물의 압력이 처리조의 압력을 초과하지 않는 한 어떤 특별한 제한은 없다. 특히 열매가 수증기인 경우에는 포장의 변형을 방지하기 위해서 또한 열효율의 저하를 방지하기 위해서 압력차를 0.0 내지 1.0Kg/㎠ 범위 이내에 유지시킬 필요가 있다.

그위에 처리조의 압력 상승률의 변화점은 포장물의 압력상승률 변화점을 기준으로하여 "변화점에 도달하기까지의 시간"(즉 멸균개시시부터 변화점까지에 소요된 시간)의 30 내지 50% 범위 이내에 있도록 설정하는 것이 바람직하다. 이렇게하면 포장물의 압력 상승시에 적당한 압력차를 일정히 유지할 수 있기 때문에 상기와 같은 설정법이 바람직한 것이다.

더우기, 처리조의 압력강하 개시점이 설정에 있어서는, 포장물의 압력강하 속도 또는 처리조의 온도강화속도를 고려하는 것이 바람직하다. 예를들면, 정상 냉각방법의 경우(냉각수를 처리조내에 공급하고 처리조내의 열수는 배수관을 통해 배출하는 점냉법)에는, 냉각 개시에서부터 멸균처리 완결까지에 소요된 시간의 30% 범위 이내에 처리조의 압력강하가 개시되게 하는 것이 바람직하다.

제4도에 따라서, 본 발명에 따라 압력하에 가열 멸균하는 방법의 조작순서에 일례에 대해 상세히 설명하겠다. 충전된 내용물이 든 함기 포장물(24)을 레토르트본체(1)에 넣고 이 레토로트를 기밀하게 봉한 뒤에는, 밸브(3)을 열어 파이프(2)를 통해 수증기를 저조(5)내에 도입하고 그리하여 그속에 든 열수를 수증기로 가열한다. 온도제어장치(4)는 센서(4a)를 갖고 있어 저조(5)내의 열수의 온도를 검출하고 온수가 90℃의 온도로 가열되면 밸브(3)를 잠그는 역할을 한다. 그런뒤 펌프(6)가 작동되고 폐쇄밸브(8)가 개방되어 조(5)로부터 파이프(7)을 통해서 열수를 레토르트본체(1)에 도입한다. 멸균대(23)의 함기포장물(24)이 열수내에 충분히 침지된 뒤에는, 폐쇄밸브(8)가 닫히고 펌프(6)는 정지한다. 그런뒤, 순환펌프(9)가 작동되고 밸브(11)가 열려 수증기파이프(10)를 통해 순환파이프(12)내에 수증기를 공급하고 그에 의해 멸균조작을 위해 레토르트본체(1)내의 열수의 가열을 시작한다.

상승된 온도에서 멸균작업을 완료한 뒤에는, 수증기밸브(11)를 닫고, 급수밸브(14)를 열어 급수파이프(13), (12)를 통해 레토르트본체내에 냉수를 공급한다. 동시에 밸브(16)을 열어 레토르트본체내의 열수가 파이프(15)를 거쳐 저조(5)에 되돌아가게 하고, 그리하여 레토르트본체(1)내에 물을 유지하면서 포장물을 점차적으로 냉각되게 한다.

냉각공정이 완료된 뒤에는, 급수밸브(14)를 닫고 그와 동시에 밸브(16)도 닫는다. 배수밸브(18)를 열어 배수파이프(14)를 통해서 레토르트본체(1)로부터 냉수를 배출시키고 그에 의해 멸균공정을 완료한다.

소정 압력차를 고려하여 얻은 저조의 압력패턴에 기하여 제어를 행할때는 다음 예가 특히 참고가 될 수 있을 것이다.

온도 상승 및 강하 공정기간중에는, 레토르트내 열수의 온도는 파이프(12)를 통한 온수의 재순환 동안 온도 제어유니트(28)와 센서(28a)에 의해 검출되며 그 신호가 압력제어유니트(29)에 주어진다. 압력제어신호은 온도신호에 기초하여 미리 기억시킨 프로그램에 의해 주어진 공식을 계산함으로써 또한 내장타이머의 기능에 의해서 얻어진다. 압력제어신호의 압력제어장치(29)의 센서(29a)에 의해 레토르트의 압력을 검출하여 얻은 신호는 산술적으로 처리(프로세스)되어 가압밸브(22)와 배기밸브(20)에 "온" 또는 "오프"신호를 주어 그에 의해 레토르트의 압력을 제어한다.

상세하게는, 컴퓨터에 사용된 프르그램은 다음과 같다(제5도 참조). (A) 온도상승 과정중의 처리조의 압력제어치 Pc는 다음 공식에 의해 얻을 수 있다.

상기식에서 T₁는 멸균처리조내에 열수를 공급하기 시작하여서부터 멸균대위의 함기포장물이 열수내에 충분히 함침된 뒤 가열이 개시되는 시점 t₁에서의 열수의 온도이고, P₁은 최초 설정압이고, T₂는 멸균온도이고, P₂는 멸균온도에 도달하는 점에서의 압력설정치이고, 또한 T_M는 조의 온도이다.

그러면 제어치 P_C는 센서(29a)롤 검출된 압력 P_M과 산술적으로 비교되어 압력제어유니트(29)를 통한 조압력 제어를 할 수 있다. (B) 멸균 공정중의 처리조 압력의 제어치 P_C는 다음 공식으로 얻을 수 있다.

상기에서 멸균온도에 도달하는 점(α)을 포장압력의 변화점으로 가정하였으며, T₂는 멸균온도 도달점(α)에서 포장압력의 최고점(β)에 이르기까지의 시간이고, P₃는 포장압력의 최고점(β)에서의 최고 압력설정치이며, t는 멸균온도 도달점(α)으로부터의 경과시간이다. 제어치 P_C는 센서(29a)로 검출된 압력 P_M과 산술적으로 비교되어 압력제어유니터(29)를 통해 조의 압력을 제어한다. (C)는 최고 압력설정치 P₃는 포장물의 정점 β이후의 멸균공정기간중 유지된다.

처리조의 압력은 멸균공정후 냉각공정을 개시하기 위해 냉각수를 공급한 뒤의 시간 t₃까지 최고 압력치 P₃에 유지된다. (D) 다시, 냉각공정중의 처리조 압력의 제어치 P_C는 다음 공식에 의해 구할 수 있다.

상기식에서 T₃는 냉각공정의 개시(γ)후의 시간(t₃)의 경과후 처리조내 열수의 온도이고, T₄는 냉각공정의 시작(γ)후 시간(t₃+T₄=δ)의 경과후의 처리조 내 열수의 온도이고, P₄는 그 교차점(시각 δ)에서의 압력 설정치이고, 또한 T_M은 처리조 내 열수의 검출온도이다. 이 값 P_C는 센서(29a)로 검출한 압력 P_M과 산술적으로 비교되어 압력제어유니트(29)에 의해 조압력을 제ㅐ어한다.

본 발명에서는, 가압하에 가열멸균은 상기한 바와같은 압력제어를 행함에 의해 실시된다.

[실시예 1]

25mm 정방형의 감자100g과 물 75g을 폴리프로필렌포장(용기)(300cc)속에 넣은 뒤, 그 포장물을 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 적층 필름으로 기밀 밀봉하고(함기체적 50%)이어서 멸균처리조안에 넣었다. 그런데 내용물의 온도와 공극부의 온도를 측정하기 위해 포장물내에 열전대를 설치했다.

다음에 처리조를 기밀밀폐한뒤 처리조의 내부를 초기가압(0.25kg/㎠)하고 열수 저조로부터 처리조내에 90℃ 열수를 공급했다. 이어서, 처리조의 온도를 제2의 선 F에 따라 상승되게 하고 온도가 121℃에 도달한뒤 20분간 멸균처리를 행하였다(그러는 동안, 처리조와 압력은 포장물의 변형을 피할 수 있도록 밸브에 의해 조절했다). 그런뒤 온도측정을 하여 내용물의 온도패턴을 구했고 (제2도에서 선 G를 참조하라)공극부의 온도패턴을 구했다(제2도에서 선 H를 참조하라).

이들 온도패턴 측정으로부터 전술한 계산공식에 의해 포장물내의 압력을 계산할 수 있었다. 포장물의 이 압력패턴이 제2도에서 선 I로 표시되어 있다.

이 패턴에 기하여, 처리조의 압력변화점을 멸균처리 개시후 12분으로 정했고 그 시각에서의 압력은 1.8kg/㎠(압력차는 "포장물 내부압력+0.2kg/㎠"임)로 설정했다. 더우기 일정압력 인가 개시점은 멸균개시후 24분으로 결정했고 그때의 압력은 2.50kg/㎠으로 설정했다. (압력차는 "포장물 내부압력+0.1kg/㎠"임). 그런 뒤 상기 일정압력을 멸균처리 개시후 32분까지 유지되게 했다(냉각처리 개시후 2분간). 동시에 냉각처리개시로부터 14분 경과후의 압력은 0.7kg/㎠로 설정했다(압력차는 "포장물 내부압력+0.1kg/㎠"임).

내용물의 압력 상승율과 강하율은 상기 설정조건에 기하여 계산했다. 즉 상승율은 0.13kg/㎠/min(멸균처리 개시후 0분에서 12분까지)과 0.06kg/㎠/min(열균처리 개시후 12분에서 24분까지)이고 강하율은 0.15kg/㎠/min(멸균처리 개시후 32분에서 44분까지). 가압하 가열멸균은 이 조건들을 멸균처리시의 압력제어치 설정기준으로 사용하여 행하였다.

그래서, 상술한 압력제어법으로 얻은 처리조의 압력패턴은 제2도에서 선 J로 표시되어 있다.

상기한 포장식품을 포장 20개 수용의 처리조내에서 전술 조건하에서 멸균처리한 결과에 의하면 포장의 변형이나 손상은 전연 관찰되지 않았다.

[실시예 2]

일변 15mm 정방형의 감자 30g, 일변 10mm 정방형의 당근 15g 및 카레 간장(소스)135g을 폴리프로필렌 포장(용기)(300cc)에 넣은 뒤 포장물을 폴리프로필렌 및 폴리에스테르 적층 필름으로 기밀 면봉하고(함기체적 40%) 이어서 회전식 멸균처리조내에 넣었다. 그런데 내용물의 온도를 측정하기 위해 열전대를 포장물내에 설치했다.

다음에, 처리조를 기밀밀봉한뒤 처리조의 내부를 초기가압처리(0.25kg/㎠)하고 포장물이 적재된 트레이를 2rpm의 속도로 회전시키면서 90℃ 열수를 열수 저조로부터 처리조내에 공급했다.

잇따라서 처리조내부의 온도를 제3의 선 K로 표시된 대로 상승되게 하고 온도가 121℃에 도달한 뒤 20분간 멸균처리를 행했다(그러는 사이에, 처리조의 압력은 포장물의 변형이 일어나지 않게 끔 밸브에 의해 조절했다). 그런 뒤 측정을 행하여 제3도의 선 L로 표시된 바와같은 내용물의 온도패턴을 얻었다.

온도패턴의 측정결과로부터 전술 계산공식에 의해 포장재의 압력을 계산할 수 있었다. 포장물의 이 압력패턴은 제3도에서 선 M로 표쇠되어 있다. 그런데 계산에서는 내용물의 온도는 공극의 온도와 동일한 것으로 간주했다.

이 패턴을 기초로 처리조와 압력 변화점은 멸균처리 개시후 14분으로 설정되었고, 그때의 압력은 2.25kg/㎠(압력차는 "포장물 내부압력+0.3kg/㎠"임).

다시, 일정압 인가 개시 점은 멸균처리 시작후 30분으로 설정되었고, 그 시점에서의 압력은 2.75kg/㎠으로 설정되었다(압력차는 "포장물 내부압력+0.2kg/㎠"임). 그뒤 일정압이 멸균처리 개시후 32분까지 유지되게 했다(냉각처리 개시후 2분). 동시에 냉각처리 개시로부터 12분 경과후의 압력은 0.95kg/㎠로 설정했다(압력차는 "포장물 내부압력+0.1kg/㎠"임).

포장내의 압력은 상승율 및 강하율은 전술 설정조건에 기하여 계산했다. 즉 상승율은 0.14kg/㎠/min(멸균처리 개시후 0분에서 14분까지)과 0.03kg/㎠/min(멸균처리 개시후 14분에서 30분까지) 그리고 하강율은 0.18kg/㎠/min(멸균처리 개시후 32분에서 42분까지). 압력하의 가열멸균은 이들 조건을 멸균처리시의 압력제어설정치의 기준으로 사용하여 행하였다.

그리고, 전술한 압력제어방법으로 얻은 처리조의 압력패턴은 제3도에서 선 N로 표시되어 있다.

상기한 포장식품을 상기 조건하에 포장 20개 수용 처리조내에서 멸균처리를 행한 결과 포장물의 변형이나 손상은 전혀 관찰되지 않았다.

본 발명에 의하면, 가압하에 함기 포장물, 즉 수납된 내용물과 포장체와의 사이에 공간이 존재하는 포장물을 포장체를 플라스틱과 같은 가용성(유연한)재료로 만든 경우에도 포장체의 변형이나 손상을 입히지 않고 효과적으로 멸균할 수가 있다.

더우기, 본 발명에 의하면 멸균처리를 행할때마다 모형용기(더미용기)를 사용해야 하는 불편을 제거할 수도 있고 포장물의 압력과 처리조의 압력간에 적당한 압력차를 유지하면서 효율적으로 멸균처리(소득)을 할 수가 있다.

Claims (1)

1. 함기(含器)포장물을 멸균처리조내에서 가압하에 가열 멸균처리 하는데 있어서, 상기 함기포장물의 압력패턴에 있어서의 압력상승의 변화점 부근엣 상기 처리조의 압력상승율을 변경시키는 것과 상기 처리조의 압력상하 시점을 냉각처리 개시이후로 지연시키는 것을 특징으로 하는 압력제어방법.

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