일본 포장기술편람(편리성) - 16 전자레인지 대응 용기

[YDfamily]

(4) 마이크로파의 성질

1) 반사, 투과, 흡수

마이크로파는 빛과 같은 속도로 전진하고, 물질에 닿으면 반사, 투과, 흡수의 현상을 일으킨다.

a) 금속은 반사한다. b) 유전손실이 낮은 물질(유리, 도기, 플라스틱류)는 투과한다. c) 유전손실이 높은 물질(물, 식품 등)에는 흡수되어 온도를 올린다(도2.53)

도2.53 마이크로파의 성질

2) 침투성

외부로부터 열에너지로 과열하는 방법은, 표면으로부터 내부로 열전도에 의해 전달되는데, 전자레인지 가열은 전파가 내부에 침투해 가기 때문에, 전파의 흡수율(유전손실)이 높은 물질일수록, 표면에서 꽤 많은 전파가 흡수되기 때문에, 내부에 도달하는 전파는 적게 된다. 즉 식품에 흡수되는 에너지는 투과 거리에 대하여 지수함수적으로 감쇠한다. 이 감소의 경향은 식품 고유의 유전손실에 의해 결정된다.

적외선은 거의 모든 물질에 흡수되기 때문에 식재의 표면에 가까운 곳에 흡수되고, 열로 변한다. 결국, “굽기”와 같은 상태로 된다. 또한 파장이 긴 원적외선은 흡수율이 낮고, 표면만으로는 흡수할 수 없고, 내부에서도 열로 된다.

3) 가열 패턴

마이크로파 가열의 기본적 형태 구조는 도2.54에 나타난 것처럼 오븐(금속박)의 안에 마이크로파를 조사하는 방법이다. 받는 접시가 회전하는 타입, 놓기만 하는 타입 등에도 기본적인 구조는 같다. 식품과 같은 유전 손실이 높은 물질에 맞닿으면 분자 마찰에 의해 열에너지로 변환되어 가열된다. 마이크로파는 내부의 금속벽에 의해 활반사되기 때문에 식품은 사방팔방으로부터 마이크로파의 조사를 받게 되는 것이 되고, 복잡한 가열패턴으로 된다.

도.2.54 전자레인지의 구조

■전자레인지의 구조■

전자레인지의 전파는 ① magnetron의 ② 안테나로부터 전파가 발신되고 ③ 도파관을 경유하여 ④ 오븐에 들어가고, 직접 또는 반사를 반복하면서 대부분의 전파는 ⑤ 식품(수분)에 흡수되어 식품이 가열된다. 식품을 넣지 않고 가열하거나, 금속 용기를 사용하면 반사파가 많이 발생하고, 고장의 원인이 된다.

(5) 전자레인지 대응 용기

1) 포재에 요구되는 기능

전자레인지 대응 용기에는 통상의 포장에 요구되는 기능 a) 내용물 보호(보존성, 위생성), b) 충전기 적성, c) 수송 적성, d) 의장성(디자인, 정보)에 더하여 전술한 마이크로파의 성질을 고려한 포재 설계를 할 필요가 있다. 또한, 식품 자체의 종류, 형상도 마이크로 파에 의해 가열 불균일 등이 발생할 수 있기 때문에, 주의가 필요하다. 포장재료를 선정하는 데에 주의가 필요한 것은,

① 차단재로서 사용되는 알루미늄 박은 마이크로파를 반사한다.

② 알루미늄 증착 필름은 부분적인 대전 때문에 스파크를 발생하고, 발화하는 경우가 있다.

③ 부분적인 과 가열에 의해 포재 내 면끼리 녹아 붙거나, 핀홀이 발생하는 경우가 있다.

④ 종이 용기에 관해서는 식품에 접촉하지 않는 부분이 이상 발열하고, 눌음이 발생하는 경우가 있다(도2.55).

⑤ 밀봉 포장의 경우, 식품 내부의 가열에 의해 압력 상승에 의해 폭발하는 경우가 있기 때문에, 탈기하는 구조가 필요하게 된다.

이상의 것이 있다.

도2.55 종이용기의 눌음

사진2.1~사진2.4는 각 카테고리에서 분류한 전자레인지 자동 증기 배출 기능 포장의 일례이다.

사진2.1 Long life chilled(증기배출 밸브)

사진2.2 냉동 식품용

사진2.3 스탠딩팩(레토르트 스프, chilled 야채 등)

사진2.4 파우치+carton(레토르트 카레 등)

발열을 컨트롤 하는 것에 의해, 식품 접촉면을 바삭하게 마무리하거나, 만두, 생선구이, 피자 등의 접촉면을 굽는 등 전자레인지에서 안전하게 조리를 가능하게 하는 필름 등도 개발되고 있다. 이것은 스파크 없는 범위에서 PET film 기재에 도전성 물질을 박막층(금속 증착 박막층 등)을 적층하고 있다. 마이크로파에 의해 과전류를 발생시켜, 저항 발열로 변환하는 기술을 응용한 것이다. Q=R*I제곱*t(Q: 열량, I: 전류, R: 저항) (사진2.5).

사진2.5 발열 시트 *발열 시트 있음(좌측) / 없음(우측) 전자레인지 가열 상태

2) 자동 개봉의 원리

밀봉된 용기를 마이크로파에서 가열해 가면, 식품으로부터 발생하는 증기에 의해 내부의 압력이 높아져 파열한다. 압력이 높아진 때에, 포재의 일부가 개봉되어 증기가 나가는 것에 의해 파열을 막을 필요가 있다.

자동 개봉되는 기술로서는

① Sealant의 일부를 박리시키는 방법(도2.56)

도2.56 Sealant의 박리 방식

② 열연화 수지, 박리제 등을 이용하는 방법(도2.57)

도2.57 코팅 방식

③ 증기 배출 밸브를 붙이는 방법*(도2.58) 등이 있다.

* 증기 배출 밸브를 부착한 포장은, 조리 살균 자체를 마이크로 웨이브에서 실시한다.

도2.58 라벨 방식 뚜껑재에 구멍을 설계하고, 그 상부에 증기 배출 라벨을 부착

또한 주의해야만 하는 점은, 내용물의 성상에 의해 끓어 넘치거나 돌비(突沸, 비등점 이상의 온도에서 과열한 액체가 갑자기 끓어오르는 것)가 발생하는 경우가 있고, 용기의 적정화에 더해, 내용물의 조정이 필요하게 된다. 또한 과 가열에 의한 온도 상승 및 식품의 눌음에 의한 부분적 스파크가 발생하고, 포재의 핀홀 등이 발생하는 경우가 있다(사진2.6). 이 경우 포장재료의 내열성을 더욱더 높인 사양을 검토할 필요가 있다.

사진2.6 구멍이 열린 후 내압으로 분출한 현상 *내용물에 의해 가열(W수 * 시간)이 과하면 파우치에 구멍이 뚫린다.

(6) 오븐 가열 용기의 설계

오븐 가열은 전술했던 마이크로 가열과는 다르게 외부 가열이기 때문에, 용기 자체의 높은 내열성이 필요하다. 재질로서는 알루미늄박, C-PET, 종이에 폴리메틸펜텐-4(TPX) 수지를 코팅한 것 등이 이용되고 있다.

(7) 맺음말

마이크로파의 유도 가열을 이용하는 분야는 공업용도에 있어서도 식품의 건조 고무의 접착 등에 넓혀지고 있다. 식품 로스의 저감이나 에너지 절감, 안전, 안심이라고 하는 관점에서도 long life 식품을 레인지에 가열 조리하는 수요는 더욱 증가한다고 예상된다. 또한, 기기와 포장에 의한 IoT 기술(자동적으로 watt수, 가열 시간이 설정되는 등)의 개발 등도 진행되고 있다고 생각된다.

이상으로서 일본포장기술편람 중 "편리성"을 마칩니다. 우리가 아는 뻔한 이야기도 있었고, 새로운 내용도 많았을 것이었고, 조금 시대에 뒤떨어진 내용도 있었을 것입니다. 이제까지 읽어주신 독자 여러분께 감사드리고, 다음 포장기술편람을 계속 이어가도록 하겠습니다.