|
(4) 레토르트 살균장치
식품은 일반적으로 수분을 많이 포함하고 있습니다. 그 식품을 대기압 하에서 가열하더라도 수분이 증발해 증발잠열을 없애기 때문에 100℃ 이상에는 달하지 않습니다. 전술과 같이 보트리누스균 (Clostridium botulinum)과 같은 내열균을 사멸시키기 위해서는 100℃ 전후의 온도에서는 극히 장시간을 요하며, 비경제적입니다.
여기에서 식품을 밀봉포장한 후 가압 솥 안에서 가열하는 것으로 120℃ 정도까지 식품을 가열하는 수법으로써 레토르트 살균장치가 고안되었습니다.
레토르트 살균장치는 일밙거으로 배치식이지만, 일부 연속적으로 살균을 하는 연속식 레토르트 살균장치가 사용됩니다. 연속식은 제품 종류가 통일된 큰 로트 제품에 적합하다고 합니다. 예로서 여기에서 드는 것은 배치식이면서 연속 자동식을 지향한 배치식 자동 레토르트 라인입니다.
가. 포장 형태별 특징
레토르트 살균장치는 식품의 포장 형태에 따라서 가열방버, 제어방법, 보조기구 등이 서로 다릅니다.
① 통조림의 경우
통조림은 그 용기 자체에 강도가 있어 외압이나 내압에 대해서 강하기 때문에 레토르트 살균장치의 구조는 간단합니다. 밀폐된 압력솥에 통조림을 넣고, 소정의 증기압 포화증기를 투입해 가압 가열하고, 냉각 공정에서는 물을 레토르트 솥에 투입해 냉각하면 좋습니다. 통조림은 형상이 원주형이기 때문에 취급하기 쉽고, 가열 매체인 증기나
열수가 빠져나가는 길을 확보하기 쉽습니다.
② 병조림의 경우
병은 급격한 열팽창에 대해 약한 성질을 가집니다. 따라서 단계적으로 가열/냉각할 필요가 있고, 그렇지 않으면 병이 손상하거나 뚜껑이 느슨해지기도 해 레토르트 살균하는 의미를 잃습니다.
③ 플라스틱 용기의 경우
간편함을 이유로 나물이나 각종 백반을 대상으로 플라스틱 용기의 이용이 넓어지고 있습니다. 플라스틱 용기 포장 제품에는 공기가 봉입되고 있는 경우가 많습니다. 이 기체분이 10%를 넘으면 용기 내외의 압력 밸런스를 취하기 어렵게 되고, 용기 내외의 압력 밸런스가 무너지면 용기의 변형이 생기고, 상품가치를 잃습니다. 이것을 회피하기 위해서는 살균공정에서 시시각각 변화되는 온도에 응해서 변화하는 플라스틱 용기안의 압력과 레토르트 솥 안의
압력과를 동일하게 제어하는 기술이 필요하게 됩니다. 이 제어방식을 '함기 레토르트'라 칭합니다.
④ 파우치의 경우
레토르트식품은 캔에서 파우치로 바뀌고, 일반적으로 식품이라 말하면 파우치 포장된 레토르트 식품을 가리킬 정도로 보급되고 있습니다.
파우치는 캔과 달리 내압의 증가에 약하다는 결점이 있고, 증기식 레토르트의 경우 포화 증기에만 따르지않고 공기와 증기를 혼합해 가열 매체라 합니다. 파우치의 경우 증기비 80% 정도로 가압 가열하는 것이 일반적입니다.
또 냉각 시에 식품이 아직 고온의 상태인 채 솥의 내부가 냉각되면, 증기의 급격한 응축에 의해서 파우치 내부와 솥 내부와의 사이에 급격한 압력 차가 생기고 파우치의 파괴로 이어집니다. 이 때문에 냉각 시에도 살균 시의 압력이
유지되도록 압력 공기를 공급하면서 냉각수를 투입하는 방법을 채용합니다.
나. 살균 대상별 특징
레토르트 살균장치는 (그림2-5)와 같은 종류가 있고, 살균 대상에 따라서 다음과 같이 사용됩니다.
① 증기식 레토르트
증기식 레토르트는 제품을 수용하는 레토르트 솥 본체, 수조, 압력 에어조, 펌프류, 자동 밸브류 등으로 구성됩니다. 가열매체로서 증기와 공기를 혼합한 기계를 사용합니다. 압력용기는 레토르트 솥 본체뿐이기 때문에 구조는 상당히
심플하고, 설비비용도 비교적 들지 않지만, 가열매체가 증기와 공기의 혼합기체이기 때문에 압력이 올라가기 어렵기 때문에 최고 살균온도는 120℃ 전후로 제한됩니다.
② 열수식 레토르트
열수식 레토르트 가열매체로서 열수를 사용합니다. 일반적으로 레토르트 솥 본체 위에 이것과 같은 용량의 압력 용기 (열수 탱크)를 설치하고, 그 안의 물을 소정의 온도까지 올리고, 살균 시에 열수를 이 탱크에서 레토르트 솥에 투입해 살균합니다. 승온이 빠르고 고온 단시간 살균에 적합합니다.
캔이 2개 필요하기 때문에 설비비용이 높음과 동시에 1솥 당 증기 사용량이 크다는 디메리트는 있지만, 함기 레토
르트나 각종 용기의 살균이 가능하고, 승온 속도가 크기 때문에 어떤 온도에 두어지는가에 의해 변질되기 쉬운 식품의 살균에 적합합니다.
③ 열수 분무식 레토르트
열수 분무식 레토르트는 가열 매체로서 열수를 사용하는 것에서는 열수식 레토르트와 마찬가지지만, 본 방식은 열수를 물방울 모양으로 해서 피살균물에 내뿜는 점에서 한 선을 그린 증기식과 열수식의 중간적인 살균 수법이라고 할 수 있는 것입니다. 이 물방울을 내뿜는 방법에 의해서 인젝션식이나 스프레이식 등의 방식이 있고, 각각 특색이 있습니다.
모든 가열매체의 승온, 냉각에 플레이트식 등의 순간 가열장치를 사용하는 것이 많고, 이 경우 냉각수를 폐기할 필요가 없기 때문에 배수량의 규제를 받는 공장에 따라서는 받아들이기 쉽습니다. 열수 분무식은 승온시간과 냉각시간이 다른 것과 비교해 약간 긴 결점이 있지만, 각종 용기에 대해서 살균 적성이 있고, 냉각수에 살균된 물을 사용함으로써 의료 용도에 채용되는 경우도 많습니다.
다. 레토르트 포장시스템에서 사용되는 기계
레토르트 포장품의 제조공정은 대상 식품의 종류에 일률적이지는 않지만, 대략 (그림2-6)에 나타낸것 같은 공정이 됩니다. 사용되는 기계는 조리장치, 설계장치, 포장기계, 로딩장치, 레토르트 살균장치, 스토리지 컨베이어, 언로딩장치, 제수 장치, 검사장치, 골판지케이서, 파렛타이저 등입니다.
<그림2-6> 레토르트 포장품의 제조공정
① 조리장치
조리장치에 관해서는 여기에서는 언급하지 않습니다.
② 계량장치
계량장치는 액체(소스 등)와 고체(속 재료 등)에서는 당연히 계량방식이 다릅니다.
③ 포장기계
파우치에 내용품을 충전해 열 접착하는 포장기계에는 제대식과 급대식이 있습니다.
④ 로딩장치
레토르트 살균 시에는 제품 표면에 가능한 한 가열매체가 균일하게 접촉하는 고안을 요합니다. 그 때문에 제품을 살균 전에 우선 살균용 트레이에 겹치지 않도록 늘어놓고 (이것을 로딩작업이라 합니다), 다음에 이 살균용 트레이를
겹쳐 쌓습니다 (이것을 스태킹 작업이라고 합니다). 이것들의 작업은 종래, 수작업으로 하는 경우가 많았지만, 다음에 로더, 스태커 등에 의한 기계화가 진행되고 합리화 (코스트다운)과 품질 안정화 (핀홀 방지)가 도모되고 있습니다.
레토르트 살균은 제품의 중심 온도 (품온) 을 측정해 F값이라 합니다. 이것은 온도가 가장 전해지기 어려운 곳의
균을 대상을 살균조건을 결정하기 때문입니다. 이 때문에 두꺼우면 살균에 시간이 걸리고, 얇은 경우는 가열시간도
냉각시간도 짧게 끝나고, 예를 들면 제품 두께 20mm 정도의 150g 용량 트레이의 살균시간은 가열에서 냉각까지
겨우 1시간 정도인데 대해 제품 두께가 약 50mm의 3kg 업무용 카레가 되면, 가열에서 냉각까지 3~5시간에도 이르게 됩니다. 제품의 늘어선 방법이 나쁘면, 그리고 장시간 걸리더라도 가열 매체의 접촉이 균일하게 되지 않고,
가열, 냉각이 불충분하게 될 염려가 있습니다.
로딩장치는 로더, 스태커, 스토리지 컨베이어 등오 구성됩니다.
로더는 충전포장기로 충전, 열 접착된 레토르트식품(미살균품)을 살균 트레이를 늘어서게 하는 작업(로딩작업)을 합니다. 로더에는 파우치의 형태나 내용품읠 종류에 맞는 다음과 같은 방식이 있습니다.
- 흡착식 로더
흡착식 로더는 가장 범용적으로 이용되는 방식으로, 충전포장기로 충전, 열접착 된 제품을 제품의 유입 택트에 맞춰
가동하는 가로대 부착 컨베이어에 투입하고, 일련분이 갖춰졌을 때에 버큠 블로위에서 음압으로 된 흡반에서 일렬분을 동시에 흡인해 언스태커에서 1매씩이 되고, 공급되는 트레이에 실어 교체하는 방식입니다.
일렬분 제품을 실어 끝내면 트레이는 일렬분 가로 이용해 다음 열로의 투입을 기다립니다.
이 동작을 반복하고, 1매의 트레이에 제품을 실어 끝내면 그 트레이는 스태커로 이동합니다. 범용적으로 사용되는
방식이지만, 진공포장품이나 대용량의 액체제품에는 적합하지 않습니다.
- 셔틀 컨베이어식 로더
셔틀 컨베이어식 로더는 기구가 간단하고, 각종 제품에 적응성이 있습니다. (그림2-7)에 나타냈듯이 컨베이어의
맨 끝이 신축할 수 있도록 되어 있고, 맨 끝에 설치된 검지장치에 제품이 도착하면 제품 1개에 상당하는 긴 쪽 컨베이어의 맨 끝이 오그라드는 동작을 합니다.
이 동작은 점차 반복되고, 우선 일렬분을 트레이에 떨어뜨리고, 그것이 끝나면 컨베이어의 맨 끝이 일련의 긴 쪽을
한 번에 늘려 최초의 위치까지 되돌아옵니다. 그 사이에 트레이가 제품 폭만큼 가로 방향을 이동하고, 거기서 이열째의 투입에 들어가고, 이것을 반복합니다. 트레이의 움직임은 흡착식 로더와 마찬가지입니다.
스태커는 로더에서 제품을 소정 수 늘어놓은 트레이를 레토르트 솥의 직경에 맞는 단수(일반적으로 20~30단) 적재하는 장치입니다. 스태커에는 상적 방식과 하적 방식이 있습니다. 상적방식 스태커는 공급되는 트레이를 차례로 앞의 트레이 위에 싣고 가는 방식의 스태커입니다. 또 하적방식 스태커는 먼저 쌓아 올린 트레이를 들어올리고, 새롭게 공급되는 트레이를 그 아래에 공급하고, 들어 올렸던 트레이를 새로운 트레이 위에 내립니다.
스토리지 컨베이어는 충전포장기에서 운반돼 오는 제품을 레토르트 솥 1배치분이 쌓이기까지 체류해 두는 컨베이어입니다. 레토르트 솥은 1배치씩 대량의 제품을 한 번에 살균합니다.
한편, 충전포장기는 연속적으로 제품을 충전포장하기 때문에 제품이 레토르트 솥 1배치분이 쌓이기까지 체류해 둘
필요가 있습니다. 면적을 적게 하는 목적으로 스태킹 된 실제 트레이의 상태에서 스토리지 컨베이어 위에서 체류합니다.
⑤ 레토르트 살균장치(자동화 라인용 레토르트 살균 솥)
자동화 라인에서 레토르트 솥은 스태킹 된 실제 트레이를 자동적으로 수납하고, 살균 종료 후는 자동적으로 배출합니다. 표준적인 레토르트 솥과의 상위점은 다음과 같습니다.
- 문짝이 자동 개폐됩니다
문짝을 닫을 경우, 살균 시의 내부 압력을 멈추는 클러치를 해제합니다. 문짝은 자동적으로 캔 몸체가 떼어져 위쪽으로 들어 올려집니다. 문짝을 닫을 경우는 이 역동작을 자동적으로 합니다.
- 스태킹 된 실제 트레이를 반송하는 기구를 내장합니다
제품을 자동적으로 솥으로 반출하기 때문에 일반적으로는 레토르트 솥 안에 구동식 롤러 컨베이어를 설치합니다.
솥 안에 구동식 컨베이어를 설치하지 않을 경우는 스토리지 컨베이어 측에 반출입 장치를 설치합니다.
- 제품의 살균 조건을 자동적으로 설정합니다
자동화라인에서는 레토르트 솥의 근방에 작업자가 없기 때문에 제품의 품종 변경에 알맞고, 자동적으로 최적인
살균조건으로 교체될 필요가 있습니다.
일반적으로는 그 시점에서 로트도 바뀌기 때문에 충전공정에서의 신호로 로더, 스태커, 스토리지 컨베이어를 모두
그 시점에서 로트 엔드로 합니다. 이렇게 해서 다음 공정으로 제품과 함께 제품 넘버를 보내주고, 각각의 작업 조건
에서 작업을 합니다. 레토르트 솥도 마찬가지로 보내져 온 제품 넘버에 응한 살균 조건을 자동 설정해서 살균을
합니다.
⑥ 언로딩장치
레토르트 살균이 종료된 제품은 스토리지 컨베이어, 언스태커를 거쳐 언로더에 달하고, 트레이에서 취출된 후
정렬된 상태로 배출 컨베이어에 실리고, 다음 공정으로 이송됩니다.
한편, 제품이 취출된 후의 빈 트레이는 스태커에 적재되고, 스토리지 컨베이어에 실려 로더로 공급됩니다.
- 스토리지 컨베이어 및 언스태커
인로더는 로더와 역기능을 가지기 때문에 로더부와 마찬가지로 스토리지 컨베이어가 설치됩니다. 언스태커는
실제 트레이를 1매씩 분리합니다.
- 언로더
언로더는 실제 트레이에서 제품을 한번에, 또는 2회에 나눠 취출합니다. 한번에 다수의 제품을 배출시키기 위해
로더와는 다른 기구가 이용되는 경우가 많습니다.
언로더의 타입에는 흡착식, 펀리프팅식 등이 있습니다.
흡착식 언로더는 예전에 있던 일반적인 방식으로, 트레이와 같은 사이즈의 석션박스에 제품의 줄에 응한 흡반을 다수 설치하고, 트레이 1매분의 제품을 흡착해 반출 컨베이어에 옮겨 싣게 하는 것입니다. 제품이 거기까지의 공정으로 이동하는 것도 있고, 레토르토 시의 냉각수를 부착하고 있기도 하고, 제품의 형상에 따라서는 흡착 미스도 있는 것 때문에 버큠용의 브리로워 형식과 용량, 흡반의 배열과 치수, 재질, 석션박스의 사이즈, 흡반 구멍 지름 등을
음미해 설계할 필요가 있습니다.
펀리프팅식 언로더는 (사진2-1)에 나타내는 구조의 장치입니다. 실제 트레이가 소정위치에 반입돼 오면 트레이의 펀칭 구멍에 대응한 리트팅 핀이 트레이의 밑에서 상승해 옵니다. 트레이의 위에 있는 제품은 리프팅 핀의 맨 끝에
실려 상승합니다. (사진2-1①), 다음에 특수 롤러가 옆에서 들어옵니다. (사진2-1②), 리프팅 핀의 하강하면 제품은
특수 롤러 컨베이어의 위에 실은 상태가 됩니다(사진2-1③), 특수 롤러를 회전시키면 제품은 배출됩니다. 이 반복으로 제품을 언로딩하지만 제품의 위치가 어긋나 있더라도 겹쳐 있더라도 확실하게 언로딩됩니다.
- 배출 컨베이어
언로더에 의해 트레이로부터 취출된 제품은 다열로 배출돼 오지만, 후공정의 관계로 일렬로 모으는 것 같이 요구되는 경우에는 일렬 배출 컨베이어로 투입하는 타이밍을 맞추는 목적으로 게이트스토퍼 등을 적당히 설치합니다.
⑦ 제수장치
레토르트 솥에서 가압가열 살균된 제품은 레토르트 솥 안에서 물 냉각된 후에 배출됩니다. 이 때문에 제품에는
아직 물방울이 부착돼 있고, 그대로로는 골판지상자 포장 등의 다음 공정으로는 보내지 않습니다.
물방울을 제거하는 장치를 제수장치라 합니다.
제수장치에는 다음과 같은 방식이 있습니다.
- 스펀지 롤 방식
스펀지 롤 방식은 한 쌍의 스펀지 롤 사이에 제품을 보내고, 제품에 부착된 물방울을 스펀지에 흡수된 것으로,
스펀지 롤이 흡수된 수분은 흡수 면의 반대 측에서 롤에 압접해 있는 금속 롤에 의해서 짜내지고, 밖으로 배출됩니다. 스펀지 롤은 기포가 연속된 흡수 능력이 높은 것이 이용됩니다.
- 에어제트 방식
에어제트 방식은 제품의 표면에 부착된 물방울을 에어제트로 불어내는 것으로, 제품이 에어로 불어내 열을 흩뜨리지 않도록 제품을 아래 위에서 네트 컨베이어에서 끼워서 고정된 상태로 고압 에어를 내뿜는 것이 일반적입니다.
가능한 한 고속의 에어제트로 하기 때문에 맨 끝의 뾰족한 노즐을 사용합니다. 이 방식은 위생적으로 러닝코스트가
낮기 때문에 더욱 더 많이 보급되고 있습니다.
- 열풍방식
스펀지 롤 방식이나 에어제트 방식의 경우, 제거되지 않는 가는 물방울을 건조시키기 위해 터널 컨베이어를 통과시키고, 제품을 이 안에서 열풍으로 쬡니다. 풍속은 작아서 상관없지만, 수분이 어느 정도의 온도까지 달하지 않으면
증발하지 않기 때문에 긴 가열시간이 필요해 장치가 대규모로 됩니다.
⑧ 기타 장치 (검사장치, 골판지케이서, 파렛타이저)
기타 장치는 검사장치, 골판지케이서, 파렛타이저가 있습니다.
라. 레토르트 자동화 라인
여기까지 레토르트 포장시스템을 구성하는 각 장치에 관해서 설명했는데, 마지막으로 각 장치를 유기적으로 이어서 일련의 시스템으로 한 '레토르트 자동화 라인'에 관해서 서술합니다.
종래의 인력에 의한 작업에서 '레토르트 자동화 라인'으로의 이행 의의는 인력절감화에 의한 코스트 다운도 된다고
하더라도 작업의 정형화, 품질의 안정화가 도모되고, 3D ( Dirty, Dangerous, Difficult) 작업의 배제에 의한
노동력의 정착화, 감시 작업 주체가 되는 것에 의한 3직 자동화로 생산능력 향상을 꾀하는 것에 있습니다.
반면 자동화 라인은 설비투자액이 커지는 것, 설비 사양을 변경하기 어려운 것 등의 마이너스 면이 있기 때문에
'레토르트 자동화 라인'은 일시적 상품의 생산에는 부적격이라 할 수 있습니다. 또 고도의 기계나 제어기기, 소프트
웨어를 사용하기 때문에 전문적인 기술자를 확보하든가 양성하든가 하지 않으면 안 됩니다.
정기적인 메인테넌스도 필요하기 때문에 기계 메이커와의 긴밀한 제휴도 중요합니다.
(참조:월간포장타임즈)