무균포장시스템_3

[원텍지기]

나. 고점성 유동식품의 무균충전포장시스템

점도 3,000~200,000cP의 고점성 유동식품을 직접 가열하는 UHT(ultra high temperature) 살균장치가 식품공장에서 채용되고 있습니다. 이 살균장치는 농축 스프 등을 스팀 혼합에 의해, 고온 (100~150℃)에서 순간적으로 동시에 균일하게 가열하고, 진공계에서는 수분증발에 의해 순간적으로 냉각하는 것이 가능합니다.

이 UHT살균장치는 유체통과부, 다공판과 재킷부에 의해 성립됩니다. 140℃에서 3초간 살균할 경우 종래의 소취방식에서는 40℃에서 140℃로 승온하는데 4분이 걸리지만, 새로운 방식에서는 1초로 끝납니다.

냉각공정에서도 전자가 5분인데 대해, 후자는 1초로 온도가 40℃로 내려갑니다.

이 살균장치를 이용해 토마토 제품에 Bacillus licheniformis를 1g당 1.3x102 코로니 혼입한 경우,113℃·7.5초, 118℃·3초로 세균이 완전하게 사멸하고, Bacillus stearothermophilus를 1g당 3.5x104 코로니 더한 크림류는 131℃·6초간의 살균으로 완전하게 사멸합니다.

이 살균장치를 이용해 라면 스프를 125℃·25초간, 132℃·25초간 살균하고, 소대 무균충전포장한 제품은 30℃·60일간 보존 후도 세균은 검출되지 않았습니다.

고점성 유동성 식품은 이 UHT살균장치로 살균되고 플라스틱 백이나 백인박스에 무균충전포장 됩니다.

다. 고액혼합식품의 무균포장시스템

(표1-7)에 고액혼합식품용 UHT살균장치와 살균원리에 관해서 나타냈습니다.

표면 소취방식은 종래부터 식품공장에서 채용되고 있습니다. 주피터시스템은 용기 내에서 고형물을 132℃·5분간 살균해 냉각 후, 무균이 된 소스를 더하는 것이며, 현재 가동 중인 주피터시스템은 무균처리 용기의 직경은 1.98m 에서 1,530kg의 원료 투입이 가능하고, 살균된 고액혼합식품은 221~226℃·45초간 살균한 무균 관에 무균충전포장 됩니다.

<표1-7> 고액혼합식품용 UHT살균장치와 살균원리

UHT살균장치		메이커명		살균원리
표면 소취방식		Alfa-Lavel사 외		2중 원통(실린더) 외측에 증기 또는 냉수,내측에 식품을 넣고 간접 가열, 135℃, 25초
주피터시스템		APV		용기 안에서 고형물을 132℃, 5분간 살균해 냉각 후 무균으로 된 소스를 더합니다.
오믹살균장치		CMB & APV		파이프 안을 흐르는 고형식품과 액체식품의 혼합 식품에 전압을 걸고, 전류를 흘리는 것에 의해 순간적으로 발열시켜 가열합니다.
마이크로파 가열방식		철판인쇄		파우치에 고액혼합식품을 충전, 접착 후 마이크로파에 의해서 고온 단시간 살균합니다.

오믹살균장치는 고액혼합식품에 전압을 걸고, 전류를 흐르게 해 순간적으로 증발시켜 미생물을 완전히 사멸시킵니다. 특징은 ①증발은 순간적으로 일어나고, 온도는 균일하고, 가열 얼룩이 생기지 않습니다.

②25mm 각의 고형식품까지 멸균할 수 있다 등입니다.

라. 고형식품(백반)의 무균포장시스템

(그림1-4)에 무균포장 백반의 제조공정을 나타냈습니다.

원료 쌀에는 내열성 균은 적습니다. 무균포장 백반에서는 첫 발균 수는 낮게 하는 것이 필요하고, 그를 위해서는 세미·침지공정에서는 충분한 수량에 의한 세미와 세미 후의 저온 오존수(0.5mg/L)에의 침지가 효과적입니다.

무균포장 백만 제조공정에서의 유의점은 ①원료 쌀 정백 시의 제품 수율은 90% 이하, ②1차·2차 세미를 확실하게, 장치의 세정살균, ③침지 수온은 20℃이하, ④밥솥의 불소수지 (테트론-상품명) 코팅, 마무리 세정 70℃이상의 뜨거운 물을 사용, ⑤뜸들임 공정 30분 등입니다.

무균포장공정에서의 유의점은 ①취사 백반의 솥에서 나오는 증기와 뚜껑 내측의 응축수의 제거, ②충전 시 트레이 접착부의 백반 부착 주의, ③PP/EVOH/PP 구성의 배리어 용기의 사용, ④탈산소제 봉입과 완전 밀봉 등입니다.

(5) 무균포장을 위한 무균화 기술

식품의 무균포장이 이어짐에 따라서 식품공장에서는 특히 세정, 살균이 중대한 일이 되고 있습니다. 무균포장을 하지 않는 식품에서도 O-157 (장출혈성 대장균)의 혼입과 발육을 방지하기 위해 포장 후에 레토르트 살균하는 무균화 기술이 채택되고 있습니다.

식중독균이나 식품부패균에 의한 사고를 방지하기 위해 식품업계에서는 어떠한 대책을 가지고 있을까. 그것은 식품의 원재료에서 제품의 유통까지 HACCP 방식을 채용하는 것이고, 식품의 무균처리를 철저하게 하는 것입니다.

(표1-8)에 식품업계에서 사용되고 있는 무균처리방법과 무균화 기술에 관해서 나타냈습니다.

<표1-8> 식품업계에서 사용되고 있는 무균처리방법과 무균화 기술

무균처리명	장치와 약제		무균처리 방법과 무균화 기술	대상물
가열처리	초고온 단기간 살균장치(UHT)		직접 가열과 간접 가열 방식이 있고, 인제션 방법에서는 식품에 135~150℃의 증기를 불어 넣는 장치	우유,과즙음료, 술, 두부, 케첩
	통전 가열 살균장치		식품에 통전 가열해 120~140℃에서 미생물 살균	카레루, 비프스튜
	마이크로파 살균장치		포장된 식품을 리터너에 포장, 127℃에서 가열	백반과 카레, 비프스튜
	레토로트 살균장치		포장된 식품을 가압 하 110~130℃에서 가열 (뜨거운 물, 증기)	캔포장, 병포장, 레토르트 식품
비가열 처리	자외선 살균장치		식품, 공기, 물의 살균에 60W~1KW UV 장치를 사용	일반식품, 음료수
	방사선 살균장치	감마선 조사 장치	코발트60의 감마선을 식품에 조사해 미생물 살균	포장재료,향신료, 고기,야채
		전자선 조사 장치	전자에 고전압을 걸고, 고에너지로 미생물 살균	포장재료,향신료, 고기,야채
막 처리	고성능 에어 필터(HEPA)		바이오 클린룸 내에 설치, 공기를 무균화 합니다.	무균실,냉각장치
	정밀 노과(MF)막		프레 필터와 맴브레인 필터에서 액상 식품을 무균화	청주,와인,맥주
화학약제 처리	공장·환경살균제		차이염소산나트륨 등의 약액살균제로 무균화	공장·용기, 기계설비
	식품보존료		안식향산, 솔빈산 등으로 식품 미생물의 발육 저지	식육가공품, 일반식품
	가스계 살균제		오존, 메틸브로마이드, 에틸렌옥시드 등은 식품이나 환경의 무균화에 사용	포장재료, 공장설비, 일반식품

이 표에서 알 수 있듯이 무균처리에는 크게 나눠서 가열처리, 비가열처리, 막처리와 화학약제처리 등이 있습니다.

가열처리에 의한 살균장치에는 초고온 단기간 살균장치, 통전 가열 살균장치, 마이크로파 살균장치, 레토르트 살균장치가 있습니다.

가열처리 중 대표적인 것이 초고온 단기간 살균장치로 UHT 살균장치라고도 불립니다. 135~150℃·2~6초간의 살균츠로 밀크, 과즙음료, 케첩 등에 생육하고 있는 미생물을 완전히 사멸시킬 수가 있습니다.

직접 가열방식, 간접 가열방식 등의 2가지 타입이 있습니다. 용도로 나누면 유동성 식품, 고액 혼합식품, 분말식품, 향신료용 등이 있습니다.

통전 가열 살균장치는 파이프 안을 흐르는 고형식품과 액상식품의 혼합식품에 전압을 걸고, 전류를 흐르게 함으로써 순간적으로 발열시키고, 미생물을 완전히 사멸시키는 살균장치입니다.

마이크로파 살균장치에는 배치(batch)식과 연속식 등의 2가지 타입이 있는데, 무균처리를 하는 경우, 연속식의 가압형 컨베이어식 마이크로파 살균장치가 사용되고 있습니다. 이 장치는 종래이 가열과 마이크로파 가열과의 병용이고, 식품을 자동 성형된 용기에 충전 접착한 후, 물에 의한 가압 예비가열(80℃)을 하고, 그 후 가압 하에서 127℃의 마이크로파 가열을 하고 냉각, 건조하는 일련의 시스템입니다. 이 장치는 백반, 비프스튜 등의 무균포장에 사용되고 있습니다.

레토르트 살균장치는 배치식과 연속식 등이 있고, 배치식은 가열 매체에서 열수식과 수증기식과로 나뉘고 있습니다.

열수식의 경우 열효율을 올리기 위해 회전식으로 하고 있는 것도 있지만, 필름의 파대, 제품의 비뚤어짐을 막기 위해 정치식으로 하고 있는 것도 있습니다. 레토르트 식품은 기밀성 용기에 포장되고, 접착 또는 팩 되고, 세균 포자가 사멸하는 온도, 100℃ 이상에서 습열 가열된 제품으로 일반적으로 120℃·4분 이상의 고온·고압 하에서 살균이 이루어집니다.

이상의 가열처리에 의한 무균화 기술의 포인트로써, 원료나 식품에 육성하고 있는 첫 발균 수를 적게 하는 것과, 레토르트 살균가 같이 포장용기 내부의 잔존 공기를 적게 하고, 입구부의 밀봉을 완전하게 하는 것 등을 들 수 있습니다.

비가열 처리에 의한 살균장치에는 자외선 살균장치와 방사선 살균장치 등이 있습니다.

자외선 살균장치는 식품의 무균충전포장이나 식품 표면의 살균에, 또 포장재료에 부착돼 있는 미생물의 살균, 의약품 공장, 식품공장 등의 공기나 물의 살균에도 사용되고 있습니다. 자외선의 살균력 상대치가 높은 파장은 250~260mm (나노미터, nm=10-9m) 부근입니다.

자외선 살균에서는 포자를 만들지 않는 Proteus Vulgaris (변형균), Easherichia coli (대장균) 는 비교적 적은 선량으로 사멸하지만, 포자를 형성하는 Bacillus subtilis (고초균) 나, 효모, 곰팡이를 사멸시키는 데는 대량의 선량이 필요합니다.

식품의 조사에 사용되는 방사선에는 감마선, 엑스선 및 전자선이 있습니다. 이것들은 열에 의하지 않고 미생물을 살균하는 것이 가능합니다. 방사선은 조사에 의한 열의 발생이 없고, 풍미를 변하게 하지 않고 살충, 살균 처리가 가능하고, 포장 후 방사선이 포장재료를 투과해 미생물을 살균하는 것이 가능합니다.

막 처리 중, HEPA 필터는 바이오 클린룸 등에서 사용되고, 공기를 제균·무균화 합니다. 정밀 여과막은 술, 맥주의 무균충전포장에 사용되고 있습니다.

화학약제처리는 식품의 무균포장에서는 기계, 기구의 세정살균이나 포장재료의 무균화 공정에서 행해지고 있습니다. 식품보존료는 식품에 첨가해 미생물 제어에 사용되고 있지만, 무균으로 하는 효력은 없습니다.

또 가스계 살균제는 수입 과실의 살충, 살균이나 기계, 기구나 포장재료의 살균에 이용되고 있습니다.

나. 종이용기에 대하는 과산화수소의 살균

롱 라이프 밀크나 과즙음료 등은 종이용기로 무균충전포장되고 있는 것이 많습니다. 이 종이용기에는 어떠한 미생물이 부착돼 있고, 어떻게 살균되는 것일까?

(표1-9)에 우유의 종이용기에 사용되고 있는 원지의 미생물에 관해서 나타냈습니다.

<표1-9> 종이포장재료의 미생물 종류

미생물	종류	코로니 수	비율(%)
곰팡이	Oidium Aspergillus Mucor 불명	19 1 1 12	11.9 0.6 0.6 7.5
	곰팡이 합계	33	20.6
효모	종류는 불명	17	10.6
	효모 합계	17	10.6
세균	Micrococcus Bacillus Pseudomonas Streptococcus 그램 양성 간균 그램 음성 간균	71 5 2 6 11 15	44.4 3.1 1.2 3.7 6.9 9.4
	세균 합계	110	68.7

주)스웨덴, 테트라팩사 룬드공장에서 조사

이 데이터는 스웨덴의 테트라팩사 룬드공장에서 측정된 것이고, 1㎠당 평균 0.02~0.05개의 코로니가 검출되었습니다. 이 생균 수의 채취는 발취법으로 행해지고, 1리터 브릭용기 1개당 40개의 코로니가 검출되었습니다.

곰팡이가 20% 정도 보이고, Oidium, Aspergillus, Mucor 등이 검출되고, 효모는 10%정도, 세균 68.7%이고, Micrococcus, 그램 양성 간균, 그램 음성 간균 등의 많은 것이 검출되고 있습니다.

이러한 용지에 부착돼 있는 세균은 가열용융하고 압출되는 폴리에틸렌 등과 엑스톨루션 래미네이션 가공을 할 때 대부분 사멸해 버립니다. 이렇게 해서 래미네이트된 포장재료는 더욱 더 에틸렌옥시드 가스인지 과산화수소에 의해 미생물이 완전히 살균된 후 우유나 과즙음료가 무균충전포장됩니다. 롱 라이프 밀크, 과즙음료, 커피용 우유 등의 무균충전포장기에는 과산화수소 살균장치가 설치돼 있습니다.

(6) 무균포장방법의 실제

무균포장에는 롱 라이프 밀크, 과즙음료 등의 무균충전포장과 식육가공품을 시작으로 한 고형식품의 무균화포장이있습니다.

가. 롱 라이프 밀크의 무균충전포장

UHT 살균장치로 살균하기 전의 원료 우유에는 Bacillus, Clostridium, Sporolactobacillus, Desulfotomaculum 등의 유아포균이 존재하고 있습니다. Bacillus속의 안에는 B. licheniformis, B.cereus의 양자가 80%를 차지하고, 내열성이 있는  B.stearothermophilus는 적습니다.

B.stearothermophilus는 120℃·10분의 살균으로 완전히 사멸한다고 할 수 있습니다.

(그림1-5)에 롱 라이프 밀크의 제조 프로세스를 나타냈습니다.

이 프로세스에서는 블렌드 된 원료 우유는 간접형 UHT 살균장치에서 135~145℃ · 2~6초간 살균되고,

무균충전포장됩니다.

나. 과즙음료의 무균충전포장

과즙음료에는 핫팩 된 것과 무균충전포장된 것 등이 있습니다.

과즙제품에 생육하는 미생물에는 세균에서는 Acetobacter xylinum, A.molanogenus 등의 초산균이나 Lactobacillus plantarum, Leuconostoc, Bacillus, Microbacterium 등이, 또 효모에서는 Candida,Rhodotorula, Saccharomyces 등이, 곰팡이에서는 Penicillium expansum, Aspergillus nidulans 등을 들 수 있습니다.

과즙음료의 무균충전포장방법은 기본적으로는 우유와 마찬가지라고 생각되지만, 과즙음료의 pH가 4.0이하이기 때문에 살균처리의 대상이 되는 것은 효모, 곰팡이나 유산 간균 등이 됩니다. 그 때문에 살균장치의 최고 온도는 100℃이하로 하는 것이 보통입니다.

일반적으로 밀감에 의한 과즙음료의 예에서는 93~100℃ · 5~20초간 살균된 후, 약 20℃에 급랭하고, 종이용기에 무균충전포장됩니다. 이 무균충전포장기는 과산화수소에서 종이용기의 미생물을 살균하는 방식이 취해지고 있습니다.

무균충전포장된 과실 주스는 실온저장 중에 변패나 갈변을 생기게 하는 경우가 있습니다. 이 갈변에 관한 인자에는 온도, 산소, 아미노산, 금속, pH, 아스콜빈산, 당 등을 들 수 있고, 특히 감귤류 주스의 갈별은 아스콜빈산의 분해가 주요 원인이 되고 있습니다. 갈별에는 아미노산의 영향이 강하게 나타나고, 고농도의 아스콜빈산 공존 하에서 보다 현저했습니다.

Granzer의 시험에서는 무균충전포장된 과실 주스의 보존성은 유리병에서는 6.5~9개월, 차단성 종이용기에서는 3~5개월이라는 결과가 있었습니다.

다. 식품가공품의 무균화포장

고형식품 중에서도 수산 연제품, 식육가공품, 유제품(치즈), 떡 등은 무균화포장되고 있는 경우가 많습니다.

이것들 중에서 식육가공품을 들어서 설명하겠습니다.

다-① 바이오 클린룸에서의 무균화포장시스템

슬라이스 한 햄·소시지를 무균화포장재료로 포장하는 시스템은 (그림1-6)에 나타냈듯이 바이오 클린룸, 세정·살균장치와 식품가공품의 가공기계나 포장기계가 일체화 되어 있지 않고서는 안 됩니다.

특히 바이오 클린룸은 본격적으로 할지 간이형으로 할지를 식육가공메이커에서 결정할 필요가 있습니다.

(그림1-7)에 오프라인방식의 식육가공품의 무균화실의 레이아웃을 나타냈습니다.

그림에서도 알 수 있듯이 슬라이스 햄용 원목의 표면을 세정·살균하는 처리실에 이어지고, 바이오 클린룸이 있고, 그 방에 햄슬라이서나 무균포장기가 설치돼 있습니다. 바이오 클린룸 안에서 무균화포장된 슬라이스 햄은 외포장실에서 칭량하고, 오토 라벨러에서 라벨이 붙여져 바깥상자에 넣어진 후, 저온실에 보관됩니다.

다-②. 현재 사용되고 있는 오프라인 무균포장기

식육가공품의 무균화포장에서는 오프라인 무균포장기가 사용되고 있습니다. 무균화 된 포장재료로 용기를 성형한 후, 그 용기에 슬라이스 햄을 태워 뚜껑재에 무균화 된 배리어 타입의 공압출 다층 필름을 이용해 밀착 포장합니다.

공압출 다층 필름은 소프트 필름이기 때문에 슬라이스 햄에 밀착해 스킨 팩 됩니다. 이 방식에서 진공 포장된 제품은 주름도 보이지 않고, 외관도 좋고, 인라인 방식의 제품과 같은 정도의 품질로 완성됩니다. 사용하는 포장재료는 무균적으로 포장재료 메이커에서 만들고, 2중으로 외포장된 후 유저에 집어넣습니다.

또 (그림1-8)과 같은 연속 심교형 진공포장기를 중심으로 한 식육가공품의 무균화 포장 시스템이 있습니다.

슬라이서와 무균포장기가 연동되고, 햄의 슬라이스에서 칭량, 무균화 포장까지 인력을 들이지 않고 일관해서 작업을 하도록 되어 있습니다.

(참조:월간포장타임즈)