10. 가열 균일성을 개선한 신규 마이크로파 가열 살균 시스템의 개발

[YDfamily]

10. 가열 균일성을 개선한 신규 마이크로파 가열 살균 시스템의 개발

[배경 및 목적]

Boil 살균 등의 외부 가열은, 식품 내부의 승온이 열전도에 의존하기 때문에, 승온이 완만하여 품질 열화가 생기기 쉽다. 이것에 반해, 내부 가열인 마이크로파 가열은, 식품의 자기 발열에 의해 원리적으로는 단기간 승온 가능한데, 용기 포장 식품을 대상으로 한 경우, 실용상, 식품 전체를 균일 승온하는 것이 어렵고, 동일하게 품질 열화가 생긴다. 종래의 마이크로파 가열 살균 장치에서는, 전파관으로부터 조사한 마이크로파가 금속체 벽면을 반사하면서 전파가 전달되기 때문에, 정재(定在)파 등의 영향으로 불균일한 전계(電界) 분포가 되고, 가열 불균일성으로 이어질 가능성이 있다. 그래서, 마이크로파의 조사를 연구하는 것으로, 가열 균일성을 개선한 마이크로파 가열 장치를 검토하였다.

[장치개요]

전계 균일성 향상을 위해, 벽면 반사에 의존하지 않는 전파를 조사하는 방법으로서, 지향성 안테나인 루프 안테나(loop antenna)의 응용을 검토하였다. 도1에 개발된 신규 마이크로파 가열 장치의 구성을 나타내었다. 차폐용 금속 체 내에 루프 안테나를 2개 마주 배치하고, 루프를 관통하여 conveyor를 지나는 것으로, 안테나의 지향성 조사 축방향으로 식품을 반송하면서 연속 가열하는 구성으로 하였다. 마이크로파 주파수는, 고출력 magnetron식 발진기가 이용 가능한 915MHz를 선정하였다(시험기에서는 반도체식 발진기를 사용). 루프 안테나 개구부에 식품을 통과시키기 위해, 2 파장 루프 안테나를 이용하는 것으로 개구 면적을 확보하였다.

도1 신규 마이크로파 가열 장치의 구성

[Simulation]

전자계 해석을 이용하여 전계 분포를 가시화한 결과, 식품의 반송 방향에 전계의 마디가 없이 균일성이 높은 전계 분포로 되고 있는 것이 확인 가능하였다. 전자계-열연성(熱連成) 해석을 이용하여 반송 가열을 재현한 결과, 식품 전체가 가열되어, 종래의 마이크로파 가열에 비해 균일성이 향상되는 것이 시사되었다. 반송 위치 자체에 식품의 발열 부위를 확인하면, 반송에 수반한 발열 부위가 변화하고 있는 것을 알았다.

[실험검증]

가열 샘플로서 용기 포장 chilled 식품(감자 샐러드 140g)을 반송 가열하고, 가열 후에 thermography로 표면 온도를 측정한 결과, 종래의 마이크로파 가열에 비해 균일성이 높은 온도 분포임을 확인 가능하였다.

당사가 개발한 지향성 안테나를 이용한 신규 마이크로파 가열 장치는, 용기 포장 식품을 균일 급속 가열 가능하고, 고품질 살균에 유효하다고 생각한다.