(기타 식품 가공) 광펄스, 마이크로파, 옴가열

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광펄스(Light Pulses)의 정의

• 광펄스는 자외선(ultraviolet)부터 근적외선(near infrared)까지의 넒은 범위의 빛을 짧은 시간에 강하게 조사하여 미생물을 사멸시키는 비가열 살균기술임
• Intense Pulsed Light, Pulsed light, Pulsed ultraviolet light 등으로 불리고 있음

Pulsed light processing (출처: ScienceDirect.com)

 

광펄스 살균의 원리 및 특징

• 광펄스에 의한 미생물의 사멸기작은 photothermal, photochemical, DNA 손상 등에 의해 이루어짐
• 광펄스에 사용되는 빛의 영역은 170~2600nm의 범위로 UV 영역을 넘어 근적외서(NIR)까지 포함한다는 점이 기존의 UV(자외선) 살균과 구별되는 점임

 

광펄스 살균의 장단점

장점	단점
비가열 살균기술로 식품의 온도상승이 없음 (풍미, 색, 조직감 유지)	제조현장 적용을 위해서 추가 연구 필요
기존 UV살균보다 살균력이 우수	살균기작에 대한 정확한 규명
일반적인 가열살균으로 처리가 불가능한 분말식품(고춧가루, 후추, 향신료 등), 김(dried laver), 수산물 등의 살균에 적용 가능	식품 제형별, 유형별 특화 살균장치 기술 개발 필요

 

광펄스 살균장치 구성

• 전원공급부, 펄스 발생기, 램프, 처리용기 등으로 구성

 

광펄스 살균력에 영향를 미치는 요인

• 빛의 파장, 빛의 강도, 조사시간, 시료와 광원의 거리, 포장재와 식품 종류, 액체시료의 투명도 색 등
• 제품의 종류와 살균하려는 면적에 따라 lamp의 수와 배치 pulse 주기가 달라짐

 

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마이크로파(Microwave) 가열의 정의

식품 내부에 복사열을 이용하여 주파수 300MHz ~ 300GHz 영역에서 마이크로파를 반사, 흡수, 통과함으로써 열을 발생

마이크로파는 라디오파(Radio frequencies)로 마그네트론이나 클라이스트론과 같은 진공관 장치로 발생

식품 가열에 사용되는 주파수는 915MHz와 2,450MHz 임

 

마이크로파의 원리

• 반사: 금속과 같은 전기전도성물질
• 투과: 유리, 플라스틱, 세라믹, 족이 등 전기 전열체
• 흡수: 극성 물질이나 이온성을 함유한 물질
• 극성물질(물): 교류하는 전기장에 정렬을 반복하여 회전하면서 마찰에 의한 극성회전으로 열 발생
• 이온성물질: 교류하는 전기장의 운동으로 이온성 전도로 열 발생
• 비극성물질(기름): 교류하는 전기장에 의해 극성을 유도하여 극성회전으로 열 발생

 

마이크로파에 영향을 미치는 요인

• 재료에 따른 최적 가열주파수 존재(전도에 의한 가열 때문)
• 가열용기에 따른 영향 존재(비유전율과 손실각이 작은 물질이 적합)
• 염분의 영향: 염분이 첨가되면 유전율이 증가하여 마이크로파의 흡수가 커져 온도상승이 커짐
• 아래 1, 2, 3과 같이 선택가열 발생 할 수 있음

1. 용기에 식품이 있어서 손실계수가 크게 차이나는 경우
2. 균일한 건조: 부분적으로 수분이 많은 경우, 이부분이 더 가열되어 건조가 촉진
3. 불균일 해동: 냉동식품 일부가 물이 될 경우 가열이 집중되어 해동되지 않은 부분이 가열되지 않음

 

마이크로파의 장단점

장점	단점
급속 가열 및 균일 가열	단면 효과 및 과열 현상
포장된 상태로 가열 가능	금속 등이 존재하면 방전 발생
에너지 절약 - 선택가열	정확한 온도나 전기장 강도 측정 어려움
수분건조 균일	고가의 설치 비용
밀폐 및 진공 가열 용이
재가열이나 해동에 적합

 

마이크로파의 적용

• 냉동식품의 해동, 건조식품, 분말식품(후추, 카레, 고춧가루 등), 인스턴트 식품 등
• 식품가공에서 마이크로파를 이용하는 단위 조작으로 건조, 살균, 해동, 조리, 굽기 등이 있음
• 마이크로파 건조는 건조속도가 빠르며 건조물의 품질을 향상시키는 장점이 있음
• 특히 감률건조기간이 있는 식품에 유용함. 감률건조기간 동안 확산속도 제어를 통해 조직의 수축이나 표면의 수분 감소로 인한 불균일성 해소 가능

 

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옴가열(Ohmic Heating)의 정의

• 줄가열(Joule Heating), 저항가열이라고도 함
• 식품에 전기를 통과시킬 때 발생하는 열(전기적 저항열)에 의해 식품을 가열하는 원리 적용

 

Schematic diagram of ohmic heating apparatus

 

옴가열(Ohmic heating)의 원리

• 100Hz ~ 20KHz 사이의 주파수별 교류 전원을 발생하고 식품에 통전시켜 가열하는 원리
• 식품 내 Sucrose와 같은 비전해물질은 통전가열 시 온도상승에 영향을 미치지 않으나, 전해질(NaCl, CaCl2 등)은 농도에 따라 가열에 영향을 미침

 

옴가열(Ohmic Heating)의 장단점

장점	단점
전기적 가열처리로 외부의 가열매체 없이 식품 내부에서 열을 발생시키므로 열교환기가 필요 없음	수분함량이 낮거나 건조 상태의 재료에는 적용 어려움
식품 내부에 온돛가 생기지 않고 균일하게 가열됨. 액체와 고체가 동시에 가열됨	고체입자의 크기가 너무 크면 효율이 떨어짐
전압 조절에 의해 가열 속도 조절 용이. 소음 발생이 없고 기계적 교반 및 혼합 불필요	전해질 물질을 거의 포함하지 않는 유지, 설탕 등에는 적용 어려움
마이크로웨이브와 유사하나 보다 더 일정한 가열 가능. 식품의 안전성과 품질 유지

 

옴가열(Ohmic Heating)의 적용

• 식품살균: 페이스트 및 고체상 식품의 살균, 열에 민감한 액상식품의 살균(과일청, 소스 등)
• 두유의 추출: 재래식 가열보다 수율 증가
• 과일주스의 효소불활성: 주스의 향미 손실 최소화
• 해동: 시간 단축 및 성분변화 예방
• 탈수: 두유박 탈수