9.6.6 레토르트 파우치의 적정 가열화
레토르트에서는 고온(≒130℃)에 노출되거나 충전물의 미생물 번식 내성이 작기 때문에 레토르트 파우치에서는 많은 여러 종류의 열접착 중에서도 가장 엄밀한 HS 성이 요구된다.
역설적으로는 레토르트 대응 HS을 행하면 높은 신뢰성을 보증 가능하다.
8.4에서는 HACCP에 대응 방법에 대해서 논했는데, 여기에서는 레토르트 포장의 파우지의 확실한 HS 방법을 설명한다.
도9.16에 레토르트 파우치의 용착면 온도의 측정결과를 나타내었다. 이 그래프로부터 1단만의 가열법의 최적 가열 조건을 검증한다. 이 파우치 샘플의 최적 가열 온도대는 147~160℃로 해석되고 있다. 상한 제한 온도는 165℃로서 223℃의 가열체 표면온도의 가열로부터 평가한다. 가열 온도가 고온이기 때문에 용착면 온도 1-1이 적정가열 범위에 도달하기 전에 파우치의 표면 1-2가 제한 온도를 넘고 있기 때문에 223℃의 사용은 부적합하다고 판정된다. 203℃ 가열에서는 용착면 온도 2-1이 하한 온도에 도달과 동시에 표면온도 2-2가 제한 온도에 도달하고 있기 때문에 적정 가열시간은 1점밖에 없기 때문에 실시하는 것은 불가하다. 183℃에서는 0.53s에서 용착면 온도 3-1은 하한에 도달한다. 표면 온도는 아직 제한 범위 내에 있고, 3-2는 0.61s에서 하한온도에 도달한다. 따라서 183℃의 적정 가열 시간 폭은 0.53~0.61s에서 0.08s 사이로 된다. 163℃에서는 용착면 온도는 0.85s에서 하한 온도에 도달하고, 이후는 상한 온도를 초과하지는 않기 때문에 이 가열에서는 과 가열을 일으키지 않는다. 용착면 온도 시뮬레이션(9.4 참조)를 사용하여 과 가열이 아닌 최고 온도(적정 가열 범위의 상한 온도)를 시뮬레이션 하면 165℃를 얻을 수 있다. 165℃의 경우 용착면 온도가 하한으로 도달하는 시간은 0.9s로 된다. 즉, 165℃의 가열로 결정되는 운전속도가 HACCP 관리를 완전히 보증하는 조건으로 된다. 0.9s의 가열 시간을 생산속도의 사이클 타임으로 변환하면 약 3배(도9.17 참조)인 2.7s로 되고, 운전 속도로 되면 22shot/분으로 된다.
9.6.7 2단 가열법에 의한 고속성과 과 가열의 방어의 양립
두꺼운 레토르트 파우치 포장재료와 같이 1단 가열에서는 운전의 인터벌의 시간이 길게 걸려 생산성이 나쁜 경우나, 스탠딩 파우치와 같이 곡선부에 4매 겹침의 HS에서는 예열을 하고 나서 본 가열을 하는 2단 가열법이 취해진다. 하지만, 종래부터 행해지고 있는 방법은 설정의 논리성이 부족하여 효과가 발휘되지 않는다.
신뢰성과 고속성을 양립시켜 합리적인 2단가열을 제시한다.
여기에서는 1단 가열의 사례에 2단 가열을 적용하여 2단 가열의 기능성을 비교 검증한다. 2단 가열은 포장 기계에 가열 station을 2개 설치한다. 2개의 온도 설정의 방법을 도9.18에 제시하였다. 1단 가열에서는 사용이 불가하였던 223℃의 표면온도의 가열을 1단에 적용한다. 표면온도가 적정 가열 범위의 상한에 도달한 시간 0.28s 1-2를 확인한다. 이때의 용착면 온도의 134℃ 1-1은 하한 온도에 도달하지 않는데 1단의 가열을 종료한다.
134~165℃의 조건의 시뮬레이션 응답을 작성하여 그래프 상에서 1-1점과 묶고. 1단부터 2단까지로 이행하는 때의 온도 강하는 단시간의 공기 중 이동의 방열이므로 무시하여도 좋다(도9.15 참조). 1단의 가열 시간과 2단의 가열 시간은 동일한 기계 동작이기 때문에 압착시간은 같다. 하지만 제1, 2단의 합계 가열시간은 0.28 * 2 = 0.56s로 된다. 0.56s의 시간 축과 134~165℃의 시뮬레이션 응답이 교점 3이 적정 가열범위로 들어가기 때문에, 적정 가열이 행해지고 있는 것이 검증 가능하다.
이 시뮬레이션의 결과 사이클 타임은 가열시간의 약 3배로 71shot/분을 얻을 수가 있다. 같은 방법으로 하여 제1단에 203℃를 선택하면 용착면 온도가 147℃의 2-1에 도달하는 시간 0.4s가 인터벌 시간으로 되고, 제2단 가열은 적정 가열 범위의 상한치(147~165℃)로 시뮬레이션 한 응답을 2-1점으로 결합하면 좋다. 이 2배의 시간과 시뮬레이션 응답의 교점 4를 얻을 수 있다. 이 때의 사이클 타임은 약 1.20s로 되고, 운전 속도는 50 shot/분으로 된다.
200℃를 적용한 경우에는 용착면 온도의 도달시간에 여유가 있기 때문에, 적정 가열 온도 범위를 낮춰 HS의 안정성을 높이는 것이 가능하다.
이상의 결과를 합쳐 표9.1에 나타난 것과 같이 HS의 운전 속도를 정리 가능하다.
표9.1 레토르트 파우치의 1단/2단 가열의 HS 속도의 최적화 사례
| 1단 가열 | 2단 가열 제2단 가열온도 165℃ |
| 적정온도 | 제1단 가열온도 |
가열온도(℃) | 223 | 203 | 183 | 163 | 165 | 223 | 203 |
가열시간(s) | 불가 | 0.43 | 0.53~0.61 | 1.03 | 0.9 | 0.28 | 0.40 |
가열 허용시간(s) | 불가 | 0 | 0.08 | 1.09- | 0.9- | 0.28- | 0.40- |
사이클 시간(s) | 불가 | 1.29 | 1.71 | 3.27 | 2.7 | 0.84 | 1.20 |
운전속도(회/분) | 불가 | 46 | 35 | 18 | 22 | 71 | 50 |
가열시간 * 3 ≒ 사이클 시간
운전속도 = 60 / 사이클 시간 (shot/min)