식품의 살균 기술 최근 동향 -...

식품의 살균 기술 최근 동향

2005. 11

머 리 말

국경 없는 무한경쟁시대를 맞이하여 우리나라 과학기술계 및 산

업체의 국제경쟁력강화가 초미의 국가적 과제로 대두되고 있습니

다. 창조적 지식이 다른 어떤 생산요소보다 큰 부가가치를 창출하

고, 경제적 혹은 사회적 풍요가 과학기술 지식을 얼마나 창의적으

로 활용할 수 있느냐에 달려있는 지식기반사회로의 빠른 변모가 필

요하게 되었습니다. 수년 내 1인당 국민소득 2만 불 시대를 지향하

고 있는 우리나라가 소기의 목적을 무리 없이 달성한 뒤 최강 경제

대국으로 도약하기 위해서는 창조적 국가전략기술의 육성 및 확산

의 뒷받침이 필수불가결한 여건이 될 것입니다.

이러한 우리의 사회적 요구 여건과, 어느덧 상당한 정도의 지식

기반사회가 우리 곁에 성큼 와 있는 우리나라의 현실에 박차를 가

할 목적으로 저희 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서는 ‘첨단기

술정보 분석’ 업무를 수행하여 관련 산학연에 능동적으로 보급하고

있습니다. 이 분석업무는 과학기술부 과학기술진흥기금 출연 ‘원로

과학기술인 활용 지원사업’의 일환으로 수행되는 것으로, KISTI 전

문연구위원들의 오랜 연구개발 현장경험과 노하우를 바탕으로

한국과학기술정보연구원

원 장

KISTI의 방대한 첨단 과학기술정보를 분석하여 ‘전문가 제언’을 첨

부시킨 것입니다.

이번의 첨단기술정보분석보고서 60과제는 저희 연구원이 2005년

도에 수행한 ‘첨단기술정보 분석’ 결과물 중에서 각 기술분야별로

지식기반 산업사회를 선도해 나갈 수 있도록 목록을 재편집하여 작

성한 것으로, 각 ‘전문가 제언’에서 주장하는 내용은 각 분석자의

사견일 뿐 저희 연구원의 공식 견해가 아님을 밝혀둡니다.

2005년 12월

목 차

제 1 장 서 언 ······················································································1

제 2 장 식품미생물검사와 살균 및 보존기술(1)

-미생물을 단시간 내에 검출하는 신기술 ·······························5

제 3 장 오존에 의한 식품기재의 세정 및 살균 ··································15

제 4 장 식품공장에서 오존 살균 시스템 ···········································27

제 5 장 식품의 고압살균기술 ···························································37


-식품의 고주파가열 살균과 보존기술 ································47


-탄산가스 가압에 의한 식품의 신규살균기술 ······················59

제 8 장 식품의 비가열 살균기술의 현황과 향후의 과제 ···················69

제 9 장 식품산업의 살균기술과 장치개발동향 ···································83

제1장 서 언 1

제 1장

서 언

□ 식품이 갖추어야 할 가장 중요한 조건 중 하나가 안전성이다.

이 안전성을 위협하는 요소에는 화학물질과 병원성 미생물

오염 등이 있는데, 안전성을 가장 위협하는 미생물을 제어하

기 위해 여러 가지 방법들이 사용되고 있다. 특히 오염된 미

생물을 살균하는 방법들에 대한 연구는 꾸준히 진행되고 있

는데, 여기서는 통상적으로 사용되고 있는 가열 살균 방법 외

의 최근 살균기술 동향을 살펴본다.

□ 수 백 Mpa의 고압을 이용해서 살균하는 방법이 있는데, 고압

을 이용하기 위해서는 고압에 견딜 수 있는 장치가 필요하기

에 장치 비용이 매우 높은 단점을 갖는다. 따라서 최근에는

압력 수준을 낮추어 장치 비용을 줄이기 위해서, 시료의 수소

이온 농도(pH)를 낮추거나(예 : 탄산가스 용해) 첨가제(예 : allyl

isothiocyanate)의 투입 및 온도 조정 등으로 살균효과를 고압

수준과 동일 수준으로 하려는 연구가 진행되고 있다.

□ 고전압 펄스(pulse) 처리에 의한 살균도 시험 단계에 있는데,

2 식품의 살균 기술 최근 동향

임계 전압 이상의 고압으로 아주 짧은 시간 펄스를 줌으로서

살균 효과를 얻을 수가 있는데, 곡류 저장 시스템에 이용 가

능할 것으로 생각된다.

□ 가스를 이용한 살균 방법으로서 크세논(Xe)과 같은 불활성 가

스를 시료와 혼합하여 고압으로 유지하면 크세논 가스가 시료

표면 등에 부착된 미생물 세포액 중에 용해되었다가 순간적으

로 감압하면 세포외로 방출되어 균체의 손상을 입혀 살균 효

과를 나타내는 것으로 알려지고 있다.

□ soft electron 처리 방법도 살균에 이용될 수 있다. 종래의 방

사선 처리보다는 저에너지 전자선을 이용하는 것인데, 전자선

의 투과력을 억제해 표면 부분만 살균처리를 하여 대상물의

품질열화를 방지할 수 있다. 투과력이 약해 전 표면 조사가

필요하므로 균일한 조사를 위해 전동 장치를 부착해야 한다.

살균 효과가 다른 비열처리에 비해 양호하여 대량 처리 시스

템 등에 이용가능하리라 생각된다.

□ 마이크로파는 살균, 건조에 이용되어 왔지만, 최근에는 식품

의 영양소를 손상시키지 않고 살균, 농축, 건조 등이 가능한

마이크로파와 감압과 조합시켜 병행 처리함으로서 상승효과

를 거두는 기술이 실용화되고 있다. 장점은 고속 가열, 균일

가열, 선택 가열, 높은 열효율, 조작의 간편성과 청결한 작업

환경 등이고, 단점은 설치비가 비교적 높고 가열시킬 수 없는

제1장 서 언 3

것도 있다는 점이다.

□ 오존은 무선 방전과 냉면 방전 등에 의한 발생장치에 의해 대

량으로 발생시킬 수 있고, 원료가 공기 및 산소로 가격이 싸

서 널리 사용되고 있는데, 정수장 등에서 수처리에 이용되고

있다. 오존수의 좋고 나쁨은 오존과 물을 어떻게 고효율로 혼

합시키느냐가 포인트이다.

□ 위와 같은 비가열 살균처리법들을 가공식품에 실용화하는 데

는 해결해야 할 사항들이 많이 있다. 그러나 식품 원료 1차 처

리 방법으로서는 비가열 살균처리 방법들이 미생물 제어 방

법으로 유효할 가능성이 높다.

제2장 식품미생물검사와 살균 및 보존기술(1) 5

제 2 장

식품미생물검사와 살균 및 보존기술(1)

-미생물을 단시간 내에 검출하는 신기술1)

1. 기술의 개요

□ 최근 전 세계적으로 식품의 위해발생을 효과적으로 사전 예방

할 수 있는 HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point)

품질관리방식이 요구되면서, 기존의 식품미생물 분석법의 단

점을 대체할 수 있는 신속, 간편한 새로운 분석법의 개발이 요

구되고 있다.

□ 식품미생물의 분석법으로 가장 널리 사용되고 있는 분리배양

법은 검사목적의 미생물은 신속하게 증식할 수 있으나 다른

미생물의 증식을 가능한 한 억제할 수 있는 특수한 배지를 사

용한다. 현재 대장균용, 살모넬라균용, 황색포도구균용, O-157

용 등 많은 미생물을 대상으로 한 검사키트가 시판되고 있으

1) 본문은 “鳥村政基, 食品微生物檢査と殺菌と保存技術 I-微生物を短時間に檢出する

新技術,「食品工業」, 47(8), 2004, pp. 20～24”을 김기원 전문연구위원께서 분석

요약한 것입니다.


나, 검사에 필요한 시간이 1일 이상 긴 경우에는 1주간 이상

소요되는 경우도 있어 검사목적에 따라서는 이 방법이 적합

하지 않은 경우도 있다.

□ 또 다른 형태의 식품미생물 분석법인 PCR법은 미생물이 가진

특이적 유전자영역을 증폭하여 검사하는 방법으로 전자동검

사장치도 실용화되어 있다. 검사목적 미생물에 특이적인 염기

배열을 가진 mRNA 양을 측정하며, 이론적으로는 1개의 표적

분자만 있어도 수십만배로 증폭할 수 있어 검출감도는 우수하

지만, 현실적으로 식품 중에 공존하는 이종물질이 많기 때문

에 목적미생물의 분석이 쉽지 않다.

□ 이에 비해 모세관 전기영동기술은 매우 우수한 물질 분리능력

을 가진 기술로서, 유용한 다당류를 생산하는 복합미생물반응

기 내에 있는 2종류의 미생물의 양을 30분 이내에 각각 확인

할 수 있을 정도로 매우 빠른 기술이다. 또한 시판중인 유제

품중의 유산균의 분리검출에도 이 방법이 응용되어 모세관으

로 직접 제품을 주입하는 것만으로도 목적하는 유산균을 신속

히 분리․검출할 수 있다.


２. 기술의 내용

□ 모세관 전기영동기술(Capillary electrophoresis)의 원리

○ 모세관 튜브의 한쪽 끝에 살아 있는 미생물의 현탁액을 직접

주입하고, 튜브의 양쪽 끝에 직류 고전압을 걸어주면, 생리적

인 조건에서 세포표면이 음으로 하전 되어 있는 미생물 세포

는 플러스 전극방향으로 영동하게 된다. 세포의 영동속도는

세포표면의 전하상태에 따라 다르기 때문에 설정한 분석조건

(예를 들면, 영동액의 pH나 이온강도)하에서 다른 영동속도를

보이는 세포들의 분리가 가능하며, 영동속도를 확인하는 방법

으로 특정파장의 자외선․가시광선의 흡수를 모니터링하는

방법이나 미생물세포를 형광표식 하여 검출하는 방법 등이

이용된다. 또한 CCD 카메라 등으로 직접 관찰하는 것도 가능

하다.

□ 모세관 전기영동기술을 이용한 분석 및 응용 예

○ 모세관 전기영동기술을 생세포의 분리에 최초로 적용한 예는

적혈구이다. 이 기술의 초기단계에서는 미생물에 대해 얻어진

세포의 피크 형상이 대단히 넓어 실제 복수의 미생물을 직접

분리, 검출하는 것이 어려웠으며, 설령 분리하더라도 충분한

측정감도가 얻어지지 않았다. 그러나 pH, 이온강도, 고분자

첨가물과 같은 전기영동조건을 최적화함으로써, 효율을 대폭


개선하였으며, 당초에 기대했던 것 이상의 고분리능으로 세포

를 분리할 수 있었다. 영동액의 첨가에 의해 효과가 확인된

고분자로서 PEO(polyethylene oxide), 덱스트란, 알긴산 나트

륨 등이 있다.

○ 모세관 내에서 살모넬라균의 영동패턴이 고분자 첨가에 의해

변화하는 것을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

- 살모넬라균(Salmonella enteritidis)을 형광색소 SYT09로

표식하고, 전기영동용액으로 보통 많이 사용하는 Tris-붕

산-EDTA 완충액을 사용하는 경우 살모넬라균 유래의 피

크가 명확하게 관찰되지 않는다. 그러나 이 영동액에 염화

나트륨과 알긴산나트륨을 적당량 첨가하면, 살모넬라균의

영동피크 패턴이 개선된다. 더욱이 첨가량의 최적화로 대

단히 명확한 피크를 얻을 수 있다. 이 효과는 실제 시료에

서 공존하는 다른 세포와의 분리를 쉽게 할 뿐만 아니라

검출감도도 비약적으로 향상시켜 준다.

○ 모세관 전기영동기술을 이용하여 목적하는 미생물만을 선택

적으로 검출하고 싶은 경우에는 목적 미생물에 대한 항체에

형광색소 등을 표식 하여 모세관 주입 전에 시료용액 중에서

반응시켜 레이저형광검출기로 분석한다.

- 예를 들면 복수의 미생물이 공존하는 시료로부터 살모넬라

균만을 선택적으로 검출하는 경우, 미리 시료를 형광표식

살모넬라균 항체와 5분간 정도 혼합하고 그 용액 그대로


모세관 내로 주입하여 영동한 세포를 레이저형광검출기로

검출한다.

- 이 방법을 이용하면 미반응의 형광표식 항체와 살모넬라균

에 결합한 항체가 영동처리 중에 분리되기 때문에 번잡한

전처리가 필요 없다. 따라서 표식과정을 포함하여 30분 이

내에 검사결과를 얻을 수 있으며, 3개 세포 정도의 적은 세

포수라도 측정할 수 있다. 현재 소프트웨어와 하드웨어의

최적화를 통해 비교적 저렴한 장치로 1개 세포까지 충분히

검출할 수 있다.

- 이 방법을 실제의 대장균 O157:H7에 오염된 고기 검사에

적용할 수 있을지를 검토하였다. 오염이 예상되는 고기를

37℃에서 5～6시간 미리 배양하고, 이 배양물을 원심분리

하여 얻어진 침전물에 대해 현탁액과 형광표식항체를 반

응시킨 다음, 레이저형광검출기가 달린 모세관 전기영동장

치로 분리․검출할 수 있었다. 이 검사에 소요되는 시간은

총 6～8시간으로, 이미 시판중인 다른 검사 키트와 비교해

도 신속하고 충분한 평가를 할 수 있는 것으로 확인되었다.

○ 한편 동일한 모세관을 사용하는 방법이지만 모세관 전기영동

방식과 크게 다른 등전점 전기영동기술도 미생물 세포의 분

리에 응용하는 것이 검토되고 있다.

- 이 방법은 미생물 종간의 등전점의 차이를 이용하며, 세포

시료는 그의 세포가 가진 등전점과 같은 pH 영역에 농축

되기 때문에 얻어진 세포 유래의 피크가 대단히 분명하다


는 특징이 있다. 이 방법은 분리에 소요되는 시간이 다소

길다는 문제점도 있지만, 미생물의 증식단계에 따라 세포

의 등전점이 달라지는 것도 모니터링 할 수 있는 것으로

보고되어 있어, 그의 높은 세포 식별능력의 측면에서 향후

의 발전이 기대된다.

○ 최근 미생물세포의 전처리에서 검출까지를 한 장의 기판위에

미세가공기술로 집약시킨 마이크로칩 전기영동이라고 부르는

기술이 활발하게 개발되고 있다. 이들 식품미생물 분리, 검출

분야에서 특히 기대되는 점은 번잡한 전처리의 효율화 및 현

장분석이 가능하다는 점을 들 수 있다.

□ 식품미생물 세포의 생사판별

○ 식품미생물의 검사에 있어서 중요한 검사항목인 생사판별은

일반적으로 미생물 활성으로서의 대사활성을 간접적으로 평

가하는 방법 (ATP 활성, 호흡활성, 탈수소효소활성 등)과 미

생물균체 및 그의 세포내 특정성분을 직접 측정하는 방법 (단

백질 함유량, DNA 혹은 RNA 함량 등)으로 크게 구별된다.

- 간접법은 살아 있는 세포를 전기영동하는 모세관 전기영동

기술과 조합이 가능하지만, 직접법은 살아 있는 세포가 세

포 밖으로 그의 특정성분을 노출시키지 않는 한 세포를 파

괴하는 경우가 많아, 원래 파괴되어 있는지 어떤지를 판정

하기 힘들다. 대장균 O157이 생산하는 베로독소를 모니터


링 하는 방법도 직접법에 해당한다.

○ 모세관 중에 미생물세포의 기질과 색소를 넣은 상태에서 미생

물세포를 영동시키면 생세포는 독자의 대사활성을 하며, 이

대사활성은 색소의 색변화로 나타나기 때문에 세포의 생사판

별에 이용할 수 있다.

- 이 방법을 이용하면, 모세관 내에서 세포와 접촉을 가진 영

동액 부분에 있어서의 색 변화량이 영동한 세포의 활성을

나타내고 있어, 실제로 대장균에 대한 각종 항생물질의 용

균활성이나 대사저해활성 등의 기능평가도 모세관 내에서

가능하다. 또한 이 방법은 대단히 간편하고 살균전후의 물

에 대한 간이평가법으로도 응용을 기대할 수 있으며, 이러

한 대사활성측정에 있어서 미생물의 기질특이성을 이용함

으로써 선택적인 미생물검출도 가능하다.

○ 한편 최근 미생물세포를 간편하게 판별하는 형광색소의 개발

도 왕성하다. 이들 형광색소는 세포막의 투과성이 세포의 생

사전후에 변화하는 것을 이용한 핵산 염색형이 많고, 측정대

상 미생물세포와 용액 중에서 혼합하는 것만으로 단시간에 염

색반응이 완결된다. 생․사균 각각을 염색하는 색소가 세트로

되어 있는 생사판별용 형광색소도 시판되고 있다. 이들 색소

를 이용한 유산균의 모세관 전기영동분석이 보고되어 있으며,

1회의 모세관 전기영동분석으로 균의 생사를 정량적으로 판

단하는 것이 가능하다.


３. 결 론

□ 모세관 전기영동기술을 사용하여 식품중의 미생물을 분리, 검

출할 때, 살아 있는 상태 그대로 미생물세포를 취급할 수 있

다는 점은 대단한 의의가 있으며, 역으로 살아 있는 시료로부

터 목적미생물을 회수하는 방법의 개발도 앞으로 중요해 질

것으로 예상된다.

□ 또한 모세관 전기영동기술을 사용하여 식품중의 미생물을 기

종의 방법들에 비해 신속하게 검출할 수 있는 장점은 있지만,

전기영동으로 얻어진 세포의 피크가 목적으로 하는 미생물에

유래하는지 어떤지에 관해서는, 그 미생물의 항체 선택성에

의존하고 있다. 항체와 미생물의 반응에는 어느 정도의 시간

이 필요하기 때문에 현재의 수준보다 시간을 단축화 하는 기

술이 필요하며, 항체인식에 의존하는 피크의 식별능력도 경우

에 따라 충분하지 않기 때문에 향후 이러한 점들에 대한 보

완, 개선이 필요하다.

◃전문가 제언▹

□ 모세관 전기영동기술은 보통 식품미생물의 분석법으로 가장

널리 사용되고 있는 분리배양법이며, ELISA법 및 PCR법 등

의 단점을 보완할 수 있는 분석법으로, 향후 현실적으로 현장

에서 식품중의 미생물을 일상적으로 신속하게 분리, 검출할


수 있는 신기술이다.

□ 그러나 모세관 전기영동기술의 실용화를 위해서는 앞으로 해

결해야 할 몇 가지 문제점이 남아 있다. 향후 본 기술의 실용

화에 있어서 가장 주목해야 할 포인트의 하나는 전기영동의

효율성을 높이기 위해 고분자를 첨가하는 문제이다. 현재 이

목적으로 연구에 사용되고 있는 고분자 중에는, 모세관으로

도입하는 세포의 수가 변하는 경우, 그것에 따라 세포의 전기

이동도가 변하는 경우가 있다. 이 경우 영동시간으로 미생물

을 동정하는 방법은 사용할 수 없게 되며, 이 문제를 해결하

기 위해서는 세포의 응집과 분산에 관해 많은 지식을 축적하

고, 세포간의 상호작용과 첨가고분자와의 관계를 분자수준에

서 이해할 필요가 있다.

□ 모세관 전기영동기술의 또 다른 문제점으로는 주입할 수 있는

시료량이 나노리터 수준으로 대단히 적은 점을 들 수 있다.

실제 병원균 등의 신속검사를 하는 경우, 보통 검사해야 할 시

료 중에 존재하는 목적미생물세포가 대단히 낮은 수로 존재하

는 경우가 많은데, 모세관 전기영동기술을 이용하기 위해서는

원심분리법이나 여과법 등으로 시료용액을 농축해야 하며, 시

료형태에 따른 조건설정 등이 필요하기 때문에 이에 대한 개

선이 요구된다.

제3장 오존에 의한 식품기재의 세정 및 살균 15

제 3 장

오존에 의한 식품기재의 세정 및 살균2)

1. 서 언

□ 오존(O3)은 산소(O2)의 동위체로, 원래 자연계에 존재하는 물

질이며, 태양의 자외선과 공기 중의 산소가 반응하여 생성된

다. 오존이 물과 작용하여 일으키는 래디칼 반응(radical

reaction)은 살균, 탈취, 표백 등의 효과를 얻는다. 오존에 관

한 올바른 이해를 한 다음 적절히 이용함으로써 복합효과를

기대할 수 있으며, 지구 환경에 뛰어난 훌륭한 설비로도 사용

할 수 있다. 통상 사용되는 약제에 비해 오존은 반응 후에 산

소로 변화하기 때문에, 환경에 대한 부하가 적고, 잔존성이 없

으며, 안전한 살균을 기대할 수 있고 내성균이 잔존하기가 어

렵다. 그 특성을 숙지하여 이용 개소, 이용 목적에 알맞은 이

용방법을 생각할 필요가 있다. 따라서 본고는 식품기재(食品

機材)의 세정 및 살균을 오존으로 처리를 하는데 있어 오존의

종류, 생성장치, 오존의 살균력 및 탈취능력, 오존의 특성을

2) 본문은 “上林山章, オゾンによる食品機材の洗淨․殺菌,「食品機械裝置」, 41(7),

2004, pp. 94～100”을 문순식 전문연구위원께서 분석 요약한 것입니다.


이용한 목적별 이용방법, 취급 시 주의사항으로 인체에 대한

안전성 및 부식성에 대한 해설이다.

２. 오존의 이용

□ 오존의 종류

오존의 상태에 따라 오존가스 및 물에 용해시킨 오존수로 나

눌 수 있다. 오존가스는 실내 살균에 이용되는 0.01ppm 정도

의 저농도에서 반도체 세정에 이용되는 10만ppm과 같은 고

농도까지 이용된다. 그러나 일반적으로 가스 상태로 이용되

는 경우는 발생 가스농도와 관계되지 않고 악취와 위험성으

로 0.01∼0.1ppm 정도로 이용되는 것이 많다. 오존수는 오존

가스를 물에 용해시켜 생성하기 때문에 고농도화는 어렵고

일반적으로는 0.1ppm 정도의 저농도에서 15ppm 정도의 고

농도로서 이용되고 있다. 반도체등의 특수한 분야에서는

100ppm 이상으로 이용되고 있는 것도 있지만 설비가 고가가

되어 한정된 용도에서만 이용된다.

□ 오존의 특성

오존은 수분, 유기물의 존재 하에서 래디칼 반응을 일으켜 분

해해 나간다. 분해 속도는 온도, 습도, 유기물의 상태에 의해

크게 변한다. 래디칼 반응에 소비되고 남은 것은 자기 분해하

여 산소가 된다. 이 반응으로 살균, 탈취, 탈색 등의 효과를 얻

을 수 있다. 오존가스는 보통 실내에서는 반감기는 약 20시간


이하다. 바꾸어 말하면 반응이 일어나기 어렵기 때문에 오존

수에 비해 반감 시간이 길다고 말할 수 있다. 오존수는 수중

에서 오존이 존재하기 때문에 농도의 반감 시간은 짧고 더구

나 대기 개방상태에서는 10∼20분 정도가 된다. 밀폐상태로

하면 이 시간은 길어져 0.3Mpa에서는 10시간 정도까지 길어

진다. 수중에 유기물 등이 존재하면 이 시간은 더욱 짧아진다.

□ 오존의 살균력

오존은 강한 살균능력을 가지고 있으며, 오존수와 차아염소

산을 비교하면 장내균(腸內菌)에 대해 오존수가 20배의 살균

능력을 가지고 있다. 최근의 예로는 고농도 오존수를 사용하

여, 고초균(枯草菌)이 가지는 내열성 아포처리(耐熱性芽胞處

理)도 가능하게 되었다.

□ 효과적 이용법

농도는 시간에 따라 감쇠하고, 급감압, 승온에 의하여 더욱

감쇠가 가속된다. 이 특성을 숙지한 다음 이용하지 않으면 효

과를 얻을 수 없다. 효과를 높이기 위한 이용방법은 다음과

같다.

○ 오존 가스인 경우

오존 가스의 이용방법으로서는 실내의 살균, 탈취 및 가스 흡

입에 의한 용액의 살균, 탈취가 있다. 실내의 살균, 탈취하는

경우는 일반적으로 안전을 이유로 매우 저농도의 것이 사용


된다. 오존은 수분이 존재하면 래디칼 반응을 일으키므로 실

내에 가습을 할 때 효과가 증대된다. 용액 살균을 이용하는

경우는, 오존과 용액과의 접촉 혼합을 자주 하는 것과 오존을

쓸데없이 소비하지 않게 미리 필터 등으로 유기물을 제거할

필요가 있다. 또, 온도가 높을수록 분해 속도가 빨라지기 때

문에 가능한 낮은 온도를 유지하면 효과가 높아진다.

○ 오존수인 경우

오존수의 이용방법으로서는 기재(機材)의 세정, 살균, 식재

(食材)의 세정, 살균, 분무에 의한 실내 살균, 탈취 등 폭넓게

이용할 수가 있다. 이용방법은

- 우선 적절한 전 처리를 하는 것이 필요하다. 기재, 식재 등

의 표면에는 많은 유기물이 부착하고 있다. 이 유기물을 전

세정으로 제거하지 않으면, 오존은 유기물의 분해로 소비

되어, 살균 등의 목적은 달성되지 않는다.

- 액 접촉에 의한 반응이기 때문에 확실하게 대상물에 접하

지 않으면 안 된다. 특히 탱크 세정과 같이 접촉 면적이 큰

것은 분무 등의 설비로 골고루 접하는 모양을 고려할 필요

가 있다.

- 오존의 효과는 오존 농도와 접촉시간의 양에 비례한다고

생각된다. 또 한편 효과를 나타내기 위해서는 오존의 최저

농도가 있다. 따라서 처리목적에 적절한 농도의 오존수로

적당의 시간을 지켜볼 필요가 있다. 침적조에 모아둔 오존

수에 장시간 접촉시키는 경우는 유수상태로 교반하는 모


양으로 하여 항상 신선한 오존수에 접하는 편이 큰 효과를

얻을 수 있다.

- 오존의 분해속도를 지연시키는 것으로, 자기붕괴에 의한

손실을 줄여 오존을 유효하게 이용할 수 있다. 분해속도를

지연시키는 방법은

․오존수의 온도를 내린다(15℃이하).

․구연산 등으로 액을 산성으로 한다.

- 반대로, 한정된 부분에서 집중적으로 반응을 일으켜 효과

를 높이는 방법이 있다. 이렇게 하기 위해서는 대상물과

접촉직전에

․알칼리 액과 접촉시킨다(산화촉진법).

․자외선 조사를 한다.

․과산화수소를 병용한다(과산화수소는 오존과 반응하여

최종적으로는 분해 시킨다).

등으로 순시(瞬時)반응으로 높은 효과를 얻을 수 있다.

□ 이용 시 주의할 점

오존의 이용에 있어서는 특히 가스 악취 및 부식에 대한 대

응을 고려하지 않으면 안 된다. 오존가스는 독특한 악취가 있

어서 사람에 따라서는 0.01ppm 정도에서도 느끼기 시작한다.

0.1ppm이 되면 불쾌감을 보이는 사람도 있다. 안전기준 이상

의 오존가스는 인체에 영향을 주는 것으로 환기를 충분히 할

필요가 있다. 오존수는 이용 시에도 수중에서 탈기 등으로 대

기 중에 오존가스가 나온다. 특히 오존수의 분무 등 에 의한


급감압 또는 교반조작을 하면 탈기현상(脫氣現象)은 격렬해

진다. 이 때문에 이용 부분을 밀폐하여 주위로 가스가 새어나

가지 않게 한다든가 분무를 하지 않고 액체상태로 되게 하는

방안이 필요하다.

□ 오존의 부식성

강한 산화력이 때문에 부식성이 있는 사용 조건에 따라 부식

상황은 다르다. 일반적으로

○ 금속에서는 오스테나이트계 스테인레스는 이용할 수 있으나

탄소강은 부식이 쉽게 된다.

○ 비금속으로는 테플론, 실리콘 등은 이용할 수 있으나 천연고

무, NBR은 이용할 수 없다.

실제로는 이용농도, 시간, 장치의 상황에 따라 크게 변하기 때문에

이용설비와 실내 환경을 고려하여 사용재질을 선정하여야 한다.

　　　

□ 오존 발생장치

오존가스와 오존수의 생성장치가 있다. 오존가스 생성에는

자외선 방식, 방전식, 전기 분해식이 있고, 오존수 생성에는

가스 용해식과 전해식이 있어 각 방식의 특징은 다음과 같다.

자주 이용되고 있는 방전식 오존가스 발생장치는 산소를 원

료로 하여 오존가스를 생성하는 것이다. 공기를 원료로 하는


것도 있으나 이 경우 공기 중의 질소가 반응하여 NOx가 생

성되므로 주의하여 사용하지 않으면 안된다. 살균을 목적으

로 하는 경우는 안정된 고농도 오존수를 얻을 수 있는 직접

전기분해 방식 쪽이 확실한 효과를 얻을 수 있다.

□ 오존 안정성

오존의 안정성에 관해서는 오존가스의 흡입에 대한 것과 부

생물의 생성에 성에 대한 것 등이 있으나 대표적인 제한은

다음과 같다.

○ 오존은 노동성 환경 규제대상 물질로는 되지 않고 노동안전

위생법에 허용 농도 규정은 없다. 국내에 있어서 오존가스의

허용 농도는 『산업위생학회 허용농도 위원회』의 기준으로

서 『0.1ppm에서 폭로시간 8시간이내』로 정해져 있다. 이

허용농도는 오존가스에 대하여 호흡기계에서 생화학 및 병리

조직학적 영향 등을 고려한 것으로 오존수에 대한 것은 없다.

○ 오존은 식품 첨가물의『기존 첨가물명부 수재 품목별명 등에

대하여』라는 규격 중에서 제조용제(溶劑)로서 예부터 인정

되고 있다.

○ 발암성에 관해서는 IARC(International Agency for Research

on Cancer)의 발암 물질 리스트에 오존은 다루어지지 않기

때문에 현재까지는 종양성에 대해서는 부정적이다.


３. 오존 이용 예

□ 기계 세정

오존은 시간에 따라 붕괴하여 유기물과도 반응하기 때문에

시간을 들여 세정하지 않으면 효과가 나오지 않는다. 기계

를 오픈 상태로 이용하는 경우는 가스 용해식의 오존수보

다 탈기가스가 지극히 적은 직접 전해식의 오존수가 안전

하다.

□ 배관 내 세정

음료설비에 있어서 배관 내 세정은 사전에 부착물을 제거하

지 않으면 잔류한 유기물에 오존이 소비되어 효과가 나오지

않는다. 오존수에 의한 세정은 살균뿐만이 아니라 탈취 효과

도 있다. 세정 기재에 부착하는 액도 있지만 이용방법에 따라

사용하는 수량이 약 30%로 감소되는 예도 있다. 약액에 의한

CIP(Clean In Place) 세정은 난류역의 유속을 적용하나 오존

수 경우는 오존의 탈기를 막기 위하여 층류역의 유속을 적용

하지 않으면 안 된다. 일반적으로 배관 지름에 의하나 0.5m

∼1m/s정도의 유속이 바람직하다.

□ 탈 취

공장 내에서 발생하는 악취를 제거하기 위하여 오존 가스, 혹

은 오존수의 살포가 이용되고 있다. 오존의 효과는 악취를 일

으키는 성분 그 자체를 분해하여 탈취를 하기 때문에, 폭넓게


이용할 수 있다. 이용은 자외선 램프식 등으로 공장 내에서

저농도의 오존 가스를 발생시켜 충만하게 한다든가 실내 공

기를 외부에 유인해서 오존 탈취하는 방법이 있다. 실외로 유

인하여 오존수에 의한 스크러버로 탈취하는 방식으로 탈취가

곤란한 참기름 탈취에 성공한 예도 있다.

□ 식재 세정

최근 잔류성이 없는 트리할로메탄(trihalomethane) 등의 유기

염소화합물이 생기지 않게 하는 등 탈염소화로 식재의 안전

을 노린 자른 야채의 오존 세정이 주목을 끌고 있다. 자기붕

괴를 일으키기 때문에 퇴적에 의한 살균을 할 수 없어 전용

세척기와 조합하여 높은 효과를 얻고 있다. 야채의 종류에 따

라서 처음의 균수보다 10정도 내리는 예도 나와 있다. 본세척

기는 직접 전해식 오존수 생성 장치와 조합해 사용한다.

□ 기타 예

배수 부하가 적고 내성균이 생기지 않으며 피부염이 생기지 않

는 등의 특징을 살린 약사법에 근거하는 의료용 장치로서 인가

를 받은 수세기(手洗器)가 몇 년 전부터 이용되고 있다. 수도수

의 오존처리는 해외에서는 100년 이상, 국내에서는 30년 이상

역사가 있다. 근년에 크립토스포리디움(Cryptosporidium) 등의

처리, 곰팡이 악취의 탈취 등의 목적으로 하는 오존 등에 의한

고도 정수처리의 정비 촉진이 이뤄지고 있다.


4. 기재의 살균 및 세정

□ 식품설비를 계획하는 시점에서 살균, 세정을 고려하기 앞서

균이 부착치 않는 구조의 것을 선정하는 일이 필요하다. 균이

부착하지 않는 구조로는 접액표면이 평활하고 방울이 없으며

패킹부분이 없는 구조가 바람직하다. 전부를 만족하는 것은

어려우나 패킹부분이 없는 열교환기(M-Coil)같은 것도 개발

되었다. 이와 같은 설비와 오존을 조합하는 것으로 살균, 세

정 효과는 배가 된다.

5. 향후의 전개

□ 오존 가스와 오존수의 각각 특징이 복합된 무화오존에 의한

CIP 살균, 탈취 기술개발도 하고 있다. 오존 가스만으로는 반

응이 일어나지 않기 때문에 수분의 보급을 안개상태 물로 공

급함으로써 라인 상에 있는 배관과 저조(貯槽)를 동시에 세정

할 수 있기 때문에 높은 효과를 얻는다. 오존은 살균, 탈취를

동시에 할 수 있는 것이 나왔고 내성균을 만들지 않고 반응

후는 산소가 되기 때문에 환경 부하가 작으므로 환경에 우수

하여 현대에 알맞은 설비라고 말할 수 있다.


□ 오존(O3)은 산소(O2)의 동위체로, 원래 자연계에 존재하는 물


질이며, 태양의 자외선과 공기 중의 산소가 반응하여 생성되

며 통상 사용되는 약제에 비해 반응 후에 전량 산소로 변화

하기 때문에 지구환경에 대한 부하가 적고 잔존성이 없으며,

안전한 살균을 할 수 있고 내성균이 잔존하기가 어려운 특성

이 있다. 특히 오존이 물과 작용하여 일으키는 래디칼 반응

(Radical Reaction)은 살균, 탈취, 표백 등의 큰 효과를 얻는다.

본고는 식품기재(食品機材)의 세정 및 살균을 오존으로 처리

를 하는데 있어 오존의 종류, 생성장치, 오존의 살균력 및 탈

취능력, 오존의 특성을 이용한 목적별 이용방법, 취급 시 주의

사항으로 인체에 대한 안전성 및부대시설의 부식성에 대한 해

설이다.

□ 오존의 강한 산화력과 살균력, 고도 탈취 능력을 이용하여 급

수관, 급탕관, 반도체 제조용의 공업가스(요오드화수소나 염

화수소 등) 배관 내부의 슬라임이나 녹 등의 제거, 의료시설

및 고도 정수처리 시설 등의살균 및 악취제거 등 오존 이용분

야가 넓다. 따라서 분야별로 취급자의 안전 수칙과 오존의 허

용 농도 및 폭로 허용시간에 대한 원칙적인 규정이 수립되어

야 할 것으로 사료된다.

□ 작업 후 남은 미량 오존가스는 특이한 냄새를 유발하고 인체

에도 해롭기 때문에 별도로 포집하여 오존파괴 장치를 통해

서 인체에 무해하게 처리하여야 하며 특히 수돗물의 원수처

리 중 살균, 미생물 처리를 암을 유발할 수도 있는 염소


(THM)에 의한 급속처리보다 오존에 의한 처리가 바람직하다

고 사료된다.

제4장 식품공장에서 오존 살균 시스템 27

제 4 장

식품공장에서 오존 살균 시스템3)

1. 서 언

□ 식품공장은 가열로 무균화를 할 수 없는 식재(예: 컷 야채)가

반입되어 손으로 취급되거나 사람 출입이나 사람의 움직임이

많아서 제약회사보다도 미생물 억제가 어려워 오존가스 때로

는 오존수로 살균처리를 한다. 본고는 이러한 살균 시스템을

HACCP(Hazard Analysis Critical Control Points: 식품위해

요소 중점관리기준) 개념을 토대로 하여 식품공장 내를 비오

염구역과 오염구역을 구분하여 위생 관리를 하며, 비오염구역

을 가능한 효율적으로 운영하는데 있어 고려해야 할 사항인

오존의 살균력, 부재에 대한 부식성, 식품 재료의 오존 영향,

오존 이용에서 작업자의 안전 확보와 소공간, 아이솔레이터

및 클린룸의 살균처리에 대하여 기술하고 있으며, 공장 출하

시의 식미와 미생물이 저감된 상태로 일관된 저온 유통을 통

하여 고객의 수중까지 보내는 시스템의 중요성에 대해서도

3) 본문은 “小阪敎由, 食品工場におけるオゾン殺菌システム「食品機械裝置」, 41(7),

2004, pp. 86～93”을 문순식 전문연구위원께서 분석 요약한 것입니다.


기술하고 있다.

２. 오존가스의 살균력

□ 오존가스(분자식 O3)는 산소(분자식 O2)를 원료로 하여 오존

발생기로 비교적 쉽게 생성할 수가 있다. 오존은 불안정한 분

자임으로 자기 분해하여 반드시 산소로 돌아간다. 오존가스는

청결한 분위기에서 1∼2시간 만에 반감한다. 잔류성이 없다고

하는 특징은 때로는 이점도 혹은 결점도 된다. 일례로 컷 야

채(포장을 개봉하여 그대로 먹을 수 있도록 위생 처리한 야

채)를 오존으로 살균하여 보유균수를 감소시켜도 유통 도중

에 저온 관리를 게을리 하면 균은 증식한다. 차아염소산나트

륨으로 살균하면 강한 잔류성으로 유통과정에서 증균은 막을

수 있겠지만 강한 냄새가 남아있고 맛이 나빠지게 된다. 오존

가스는 일반적으로 부유균과 부착균의 살균에 이용한다. 오존

은 유기물과 접촉하면 산화에 사용되어 보다 빠른 시간에 산

소로 되기 때문에 음식의 내부 살균이나 더러워진(유기물 부

착)벽면에 부착한 균의 살균은 할 수 없다. 따라서 벽면, 마루,

작업 테이블은 늘 청소를 한 다음 오존가스로 살균을 할 필요

가 있다. 또 식품성분과 반응해서 본래의 음식 맛이나 향을

변화시키는 일도 있으므로 주의가 필요하다. 아포를 형성하는

2종류의 지표균을 사용하여 오존농도와 오존 접촉시간으로

오존 폭로 전에 106개였던 지표균의 생존율로 실험한 결과 포

르말린살균 동등의 오존량은 농도 200 ppm－폭로시간 2시간,


EOG(Ethylene Oxide Gas), 과산화수소 증기 살균 동등 오존

량은 농도 2,000 ppm 폭로시간인 것을 알게 되었다. 아포균의

살균에는 80%Rh 이상의 습도가 필수 조건이다. 영양세균은

이보다 훨씬 낮은 수치로 살균이 가능하다. 덧붙여 대장균은

4 ppm 1시간정도의 오존접촉으로 2자리 수 감소한다. 살균력

을 높이기 위해 오존 농도를 마구 높이면 건축 재료나 설비기

기의 산화 열화를 일으키므로 가능한 청소와 세정으로 오염

이나 부착균을 감소시킨 다음 내오존성 재료로 구성하는 밀

폐공간으로 하는 것이 바람직하다.

3. 설비 및 건축 재료의 오존부식

□ 오존의 강한 산화력은 건축 부재나 설비품, 식품가공 기계에

손상을 준다. 일례로서 천연고무는 저농도 오존과의 접촉으로

너덜너덜하게 된다. 실리콘 고무나 바이튼 고무는 이것과 같

은 오존농도면 장시간 사용이 가능하다. 사용 오존 농도와 접

촉 시간을 고려하여 소재를 선택할 필요가 있다. 식품업계에

서 많이 쓰는 스테인리스는 수천 ppm 오존을 이겨내므로 일

반적인 살균 시스템에서의 사용에는 지장이 없다. 스테인리스

와 고무재료는 컨베어밸트와 같이 눈에 보이는 부분에 사용

될 뿐만 아니라 패킹재료, 씰 재료 등 눈에 띄지 않는 부분에

도 사용되므로 주의가 필요하다. 오존에 의한 열화는 사용 오

존 농도와 오존 포로시간에 비례하는 것으로 오존농도를 가

능한 낮게 설정할 수 있도록 사전에 청소를 하는 것이 바람직


하다. 연속사용을 전재로 한 사용 오존농도와 내오존성에서의

오존에 의한 손상은 오존농도와 접촉시간의 곱이 된다. 철은

공기 중에서도 쉽게 녹이 발생하나 소부 도장 피막을 하면 오

존 농도 200ppm에서 1,400시간을 접촉시켜도 큰 손상이 없다.

폭로하는 실내에 있는 PC나 정밀기반을 필요로 하는 기기 등

은, 비닐 봉투　등으로 틈 막음하여 커버하면 오존의 영향으

로부터 막을 수가 있다. 오존의 확산성은 나쁘지 않겠지만 폭

로실내의 오존농도가 균일한가는 확인할 필요가 있다. 오존을

내뿜는 풍속을 빨리하여 확산성을 좋게 하기 위하여 블로어

나 팬으로 실내공기를 천천히 관류시키는 등의 처리를 하여

평균화를 도모한다.

4. 식재에서의 오존영향

□ 오존의 강한 산화력은 저농도에서도 식품의 맛과 향에 변화를

주는 일이 있다. 특히 식물성유와의 반응은 빠르고 짧은 시간

에 산화가 진행된다. 유부는 수 ppm의 오존을 단시간 접촉시

킨 것만으로도 변질하여 음식 맛이 나빠진다. 엽채(葉菜)는 기

공에 오존가스가 흡입되면 시들지만 오존수로 세정하면 선도

유지가 된다. 오존으로 실내 살균을 하는 경우는 식재를 정리

한 상태로 오존을 발생하는 것이 바람직하겠지만 어려우면 사

전에 간단한 시험을 해서 식재의 오존 영향을 확인한다. 비닐

포대로 씌우면 오존의 영향은 없다. 부유균과 부착균의 살균

에 비하여 식재의 살균은 간단하지 않다. 야채 등의 표면은


미크로적인 요철이 많고 기름이나 유기물이 균의 방패 역으로

서 기능한다. 식재 살균을 생각하는 경우는 그때마다 확인시

험이 필요하다.

5. 식품 가공설비에서의 오존이용

□ 식품공장에서는 진흙이 붙은 야채가 반입되는 부분도 있을 것

이고, 모든 부분을 같은 미생물 레벨로 유지하기가 어렵다. 오

염구역, 비오염구역(관리구역)을 나누어 관리하고 비오염구역

중에서도 그레이드를 나누어 온도관리와 미생물 관리를 하는

것이 바람직하다. 오존으로 살균을 하는 지역, 극저농도로 부

유세균의 감소를 대상으로 하는 지역, 보다 높은 오존 농도로

미생물 제어를 하는 지역, 이보다 작은 부스내의 상주하지 않

는 무균에 가까운 관리를 하는 지역까지를 구분 분리하여 관

리한다. 실온을 낮추면 균의 증식이 억제되는 동시에 오존의

자기 분해 시간도 길어져 살균 효과가 높아진다.

□ 공장 작업자의 안전 확보

○ 오존 산화력은 인체에도 영향을 준다. 법적 규제치는 없으나

일본산업위생학회의 권고치로서 성인 남자가 1일 8시간 주 5

일간 노동을 해도 안전한 오존농도는 0.1ppm으로 표시되어

있다. 이 수치는 오존 냄새 에 민감한 사람이 오존을 느끼지

못하는 범위는 아니다. 오존의 톡특한 냄새를 감지하고 속이


메스껍다고 하는 사람도 있다. 오존은 사람이 없는 밀폐 공간

에서 사용하는 것이 원칙이나 저농도이면 사람이 없는 야간

에 사용하거나 천정이 높은 공장이라면 천정에서 오존을 분

무하여사람의 얼굴의 높이까지 오존이 내리는 동안에 분해하

는 양과 시간을 설정할 수도 있다.

□ 클린룸공장 공간에서 오존 살균

○ 제약공장 안에 대형 클린룸을 오존 훈증하는 시스템은 먼지를

제거하는 HEPA 필터로 클린화하고 오존가스로 바이오 클린

을 만들어 낸다. 포르말린과 동등 살균력을 기대하려면 오존

200ppm, 2시간, 습도 80%Rh가 필요하게 되므로 훈증 중에는

사람의 출입은 할 수 없다. 클린룸 내 바이오 바덴(오염균 수)

을 늘 비교하면서 균의 침입이 감지되었을 때에만 고농도 훈

증을 하고 평소에는 저농도 훈증으로 영양세균만을 대상으로

할 수도 있다. 저농도 훈증의 오존 농도 컨트롤은 변환 제어

반에서 간단하게 지시할 수 있다. 그 구성은 개략적으로 오존

발생기, 오존 농도계를 짜넣은 제어반, 오존 봉입 및 분해기로

구성되며 오존 발생기는 소형 발생 유닛을 복수대로 설치하여

고장에 대비한다. 오존 봉입 및 분해기는 상부 봉입부, 하부에

는 오존 분해 촉매를 내장하여 댐퍼로 조절하여 사용한다. 하

지만 본 시스템은 오존 폭로농도가 높아 클린룸에서 오존 누

설이 없거나 기밀 시공이 잘된 공간이나 탱크에서 채용하며

일반적인 식품공장에서는 이런 시스템을 채용하는 곳은 적을


지도 모른다.

□ 소공간의 오존살균

○ 소공간의 오존살균 시스템은 오존훈증기와 폭로 부스, 접속

닥트 호스로 구성된다. 간이적으로 내부에 선반을 넣어 동물

실험에 사용한 기기의 살균에도 사용하고 있다. 오존 농도는

80～200ppm까지 오존 발생시간을 조절하므로 농도 변경이

가능하다. 연질 비닐 호스는 패스너와 매직테이프로 외부와

격리된 고 기밀공간이 된다. 이미 7년의 사용 실적이 있으며,

비닐 부스는 4년마다 교환을 한다. 소형의 오존 살균기는 이

동 가능하여 복수의 부스를 1대의 살균기로 조달하는 것도

가능하다.

□ 충전기 등 중요설비 회전살균

○ 충전 후 가열 살균할 수 없는 식품 또는 음식 맛이 떨어지는

식품에서는 충전기중의 부유균 혼입에 주위를 기울일 필요가

있다. 간이 격리형 부스에서는 아이솔레이터 천정부분은

HEPA필터를 붙인 블로어가 있고, 아이솔레이터 내부를 클래

스 10,000이하로 유지하고 있다. 하루 충전 작업을 종료하면,

비닐 부스의 페스너를 개방해서 충전기를 청소한다. 연질 비

닐부스를 그전대로에 닫아 야간에 자동운전으로 부스 천정에

오존을 분무하여 내부를 훈증한다. 비닐 부스의 커튼은 마루


부분에 격간이 있으므로 내부의 오존농도는 최대에서도

5ppm 정도이지만 영양 세균의 제균에는 효과가 있다.

□ 아이솔레이터 설비

○ 제약사 주사제 제조에서는 제품 로트(Lot) 마다 무균성 확인

이 필요하다. 이 시험을 드래프트 등으로 하면, 잘못하여 부유

균에 의한 오염을 일으킬 수도 있다. 이것을 방지하기 위하여

개발한 상품이 무균 시험용 아이솔레이터이다. 시험 샘플을

내부에 넣은 후에 문을 잠그고 내부에 2,000ppm의 오존을 채

우고 2시간 경과 후에 오존 가스를 강제 분해하여 0.1ppm 이

하까지 분해가 되었는지를 확인한 다음, 외부에서 글로브 조

작으로 무균성의 확인 시험을 개시한다. 아이솔레이터내의 살

균은 통상 과산화수소 페이퍼가 사용되고 있다. 포르말린과

같이 살균제의 농도 측정은 할 수 없지만 오존은 연속적인 농

도 기록을 할 수 있다.

6. 결 론

□ 식품공장에 훌륭한 위생관리 기기나 시스템을 도입해도 최후

는 작업 구성원에 의하여 형성되는 집단 내의 심리적 상태,

즉 모럴에 의지하지 않을 수 없는 곳이 많다. 열심히 손을 씻

는 일, 모자나 무진복의 착용, 직장마다 신발을 갈아 신는 등

인간이 지켜야 할 규칙을 귀찮아하지 않고 지키는 것이 제일


의 위생 관리이다. 오존은 강한 산화력으로 살균하므로 내성

균을 만들지 않는다. 살균력이 있다는 것은 사용방법이 잘못

되면 인체에도 유해하지만 독특한 악취로 저농도에서도 존재

를 알 수 있고 고농도가 되면 괴롭고 몇 번이고 들이 마실 수

가 없기 때문에 안전 관리도 용이해 비교적 취급하기 쉬운 살

균제이다. 그런데 익숙해지면 저농도의 오존 악취는 코에 서

서히 느껴지지 않게 된다. 노동 환경에 오존을 방출하는 현장

을 가끔 본다. 편리함, 간단함만을 추구할 것이 아니라 인체의

안전을 우선으로 공장 내 시스템 구축할 것을 부탁하고 싶다.


□ 본고는 컷 야채 등 가열 무균화가 비교적 어려운 식품 가공장

내를 HACCP 개념을 토대로 식품공장 내를 비오염구역과 오

염구역을 구분하여 위생 관리를 하며 비오염구역을 가능한 효

율적으로 운영하는데 있어 고려해야 할 사항인 오존의 살균

력, 식품 가공장의 부재에 대한 부식성, 식품 재료의 오존 영

향, 오존 이용에서 작업자의 안전 확보, 소공간, 아이솔레이터

및 클린룸의 살균처리에 관한 것을 기술하고 있으며, 공장 출

하시의 식미(食味)와 미생물이 저감된 상태로 일관된 저온 유

통을 통하여 고객의 수중까지 보내는 시스템의 중요성에 대해

서도 기술하고 있다.

□ 오존가스 살균 시스템은 대기 중으로 유출되어도 2차 오염물


질이 전혀 없는 환경 친화적이긴 하나 비교적 고가이고 지속

시간이 짧은 특징이 있다. 따라서 농도 조절이 중요하며 취급

장소의 기압과 희석 환기 공조 환기 설비의 중요성을 강조하

여야 할 것이며 본 시스템이 고가이긴 하나 단체급식을 전문

으로 하는 식품공장에서 검토할 필요가 있다고 사료된다.

제5장 식품의 고압살균기술 37

제 5 장

식품의 고압살균기술4)

-정수압(靜水壓)에서 동수압(動水壓)으로의 전환에 따라-

1. 기술의 개요

□ 테이블 위에 있는 컵은 자중(靜荷重)으로는 깨어지지 않으나,

딱딱한 테이블에 떨어졌을(動荷重) 때는 반드시 깨어진다. 이

것은 정하중이 동하중으로 변환하기 때문이다. 따라서 동하중

은 정하중에 비해 하중을 받는 면에 작용하는 힘이 매우 높

다. 이와 같이 동수압(動水壓)은 정수압(靜水壓)에 비하여 그

것을 받는 면에 작용하는 힘은 크다. 또, 물의 압축률이 작기

때문에 높은 정수압에서 압축되어도 물에 전달되는 에너지는

작으므로 미생물이 물속에서 압축되어도, 전달되는 에너지는

작은 것으로 생각된다. 그럼에도 불구하고 고압살균법이 구미

(歐美)에서 실용화되었다. 또 일본에서도 2003년 Kyushu대학

농학부에 고압살균기술의 실용화를 목표로 파일롯 플랜트

(pilot plant)가 정부의 지원으로 설치되었다.

4) 본문은 “井倉則之等, 高壓殺菌は靜水から動壓への變換だ!,「食品工業」, 47(6),

2004, pp. 61～69”를 박무현 전문연구위원께서 분석 요약한 것입니다.


□ 고압살균법은 텅스텐 펠렛(pellet)의 제조에 사용된 CIP(Cold

Isostatic Press : 냉간 정수압 프레스)기술이 응용된 것이다.

따라서 압력으로 성형된 제품이 승압이나 감압 때의 파손되

지 않도록 승압이나 감압조작이 완만히 이루어져야 한다. 이

완만한 승압이나 감압방법이 그대로 식품의 고압살균에 응용

되기 때문에 영양세포는 비교적 용이하게 살균되나 내열성포

자의 실활(失活)에 문제가 있었다.

□ 물이 높은 정수압으로 압축될 때에 물에 전해지는 에너지는

500MPa(약 5,000기압)으로 몰당 약 100cal(418.6J)이다. 따라서

고압살균은 열 살균에 비해 에너지면에서 불리하나, 식품재료

에 전달되는 에너지가 적으므로 열에 의한 품질저하가 없이

살균된다.

□ 육류나 어류의 세포막은 탄력이 풍부한 콜라겐으로 되어있기

때문에 그 세포막은 충격력에 강하다. 한편, 미생물의 세포외

막은 펩티드 글루칸 등으로 만들어져있기 때문에 딱딱한 강

도가 충격력에 약하다. 따라서 어떤 힘이 세포외막에 직접 작

용하면 간단하게 파괴되어 살균되는 것으로 생각된다.

□ 하야가와씨는 빵효모 등의 미생물현탁액을 360～440/S로 분

사하여 충격판에 충돌되고 물에 현탁된 미생물을 연속적으로

파괴하는 장치 Impact-cell-mill을 시험제작하여, 빵효모현탁

액을 4ℓ/분의 비율로 파괴처리할 수 있으므로, 빵효모의 세


포외막이 약한 것을 밝혔다. 압축률이 적은 물은 일반적으로

비압축성 유체로서 취급된다. 그러나 온도와 압력에서 약간

다르나 400～700MPa로서 약 10～18%압축된다. 이 변형 압축

량(체적왜 : 體積歪)이 고압살균의 추진인자로 생각된다. 또, 물

의 질량은 공기의 약 850배이며, 이상상태의 단열팽창속도는

약 1,500m/s에 달한다.

□ 식품이 오염미생물과 함께 높은 압력에서 가압되면 고압용기

내부의 대부분의 물질은 균등하게 압축되어 체적을 축소한다.

살아있는 미생물은 축소한 형으로부터 본래의 크기로 돌아가

려고 한다. 그 때문에 미생물 주위의 물을 균체 내에 넣어, 서

서히 압축되기 전의 형으로 돌아간다. 세포외막의 내외에서

압력차이가 작게 될 때(미생물자신의 비틀려짐이 적고 또는

해소된 때) 고압용기의 압력을 개방하면 균체 내에 침투한 압

축 수는 균체 내에서 단열팽창을 강하게 일으켜, 세포외막을

내측으로부터 외측에 압출한다. 이때에 세포외막은 충격력을

받는다(정수압이 동압으로 변환하여, 충격파가 세포외막을 통

과한다). 고압용기의 감압속도가 빠르면 빠를수록 세포외막에

작용하는 충격력은 크게 된다. 압력이 높을수록 물의 체적 왜

(歪)가 커져, 균체 내에 침투될 수 있는 물의 량은 증가한다.

따라서 물의 세포외막 투과속도가 빠르게 되어, 높은 정수압

으로서 압축된 때에 상대적으로 짧은 가압시간으로 미생물의

파괴에 필요한 물량이 균체 내에 침투한다. 이 관계로 살균에

필요한 가압시간은 짧게 되는 것이다.


□ 축육(畜肉)이나 어육(魚肉) 세포는 미생물과 같은 살아있는

생명체는 아니기 때문에 압축변형에 반응하지는 않고 압축된

그대로 있다. 따라서 미생물과 같이 주위의 물을 세포내로 흡

입하지 않고 비뚤어진 것도 회복되지 않으나 약간의 물은 세

포내로 침투할지도 모른다. 그러나 육의 세포막은 탄력이 우

수한 콜라겐으로 만들어졌기 때문에 이런 종류의 충격으로

파괴되지 않는다. 따라서 어(魚)나 육(肉)을 오염시키고 있는

미생물만 비가열적으로 파괴된다. 영양세포는 -5～5℃, 600～

700MPa,에서 수초동안, 내열성포자에는 85～95℃에서 2분미

만의 가압에서 6단위(백만 단위)의 살균되어 실용화에 제공

될 계획이다.

2. 고정수압(高靜水壓)의 살균기구(殺菌機構)

□ 높은 정수압이 미생물의 생명현상에 깊이 관여하는 효소나 조

직을 압박하여 치명적인 손상을 주는 것으로 생각되고 있으나

물이 높은 압력으로 압축될 때에 물에 전해지는 에너지가 몰

당 10,000MPa(10만 기압)으로 약 2kcal가 발생하는 것이므로

미생물은 높은 정수압으로 압축되어도 에너지적으로 살균되

지 않는 것을 보여주고 있다. 앞에 언급한 가설을 입증하기

위하여 압력매체로 식용유 및 물에 지표 균으로 호기조건에서

가장 내열성이 강한 Bacillus Stearothermophilus IFO 12550

포자를 분산시켰다. 그들을 20℃와 70℃, 800MPa, 60분간 가

압하였다. 실험 후에 식용유처리구의 포자를 핵산으로 기름을


제거하고 발아시험을 하였는데, 지표 균은 대부분 발아하였

다. 또, 압력매체로 냉수(20℃)를 사용한 시험구도 식용유 시

험구와 같이 대부분 발아하였다. 따라서 800MPa의 정수압은

공시 균을 실활시키지 못하였다. 지표 균은 압력매체로 70℃

의 뜨거운 물을 사용한 때만 실활하였으므로, 고압살균원리는

압력매체의 포자각(spore coat) 투과의 유무에 의존하는 것으

로 생각되었다.

□ 만약 지표 균의 실활(失活)이 포자내부에 침투한 물의 량에

의존하면 단열팽창속도의 차이가 지표 균의 실활율에 영향

을 주는 것이다. 이를 해명하기 위하여 감압속도가 다른 3종

류의 고압살균장치를 시험 제작하고, 지표 균으로 Bacillus

Stearothermophilus IFO 12550포자를 사용하였다. 감압속도

는 500MPa/lms의 순간감압법은 정상가압법에서 공시 균의

실활에 필요한 600MPa를 200MPa로 감소시켰다. 또, Noma

등은 감압속도의 촉진이 대장균 E. coli K12의 D치를 확실하

게 저하함을 밝혔다. 이들의 사실로부터 고압살균의 원리는

압력에 의한 압축에 있는 것이 아니고, 가압되고 있는 사이

에 균체 내에 침투한 압축수가 압력개방과 동시에 균체 내에

서 단열팽창을 강하게 하여 세포외막을 내측으로부터 압출

하고 그것을 물리적으로 파괴하는 것이다. 그러나 높은 정수

압에서도 그 에너지가 작기 때문에 용액 중에 내열성포자의

농도가 104cfu/ml 이상으로 되면, 사멸율 곡선에 텔링(tailing)

을 발생하고, 사멸율이 저하하였다. 대장균의 텔링은 균체농


도 109cfu/mlb 이상에서 나타났다. 주된 요인은 미생물의 표

면소수성에 관계하였다. 내열성 포자농도가 104cfu/ml 이상에

서 소수성응집반응을 발현하여 포자덩어리를 형성하였다. 가

압 감압을 반복하는 방법은 포자덩어리를 외측으로부터 내측

에 축차 붕괴하기 때문에 정상가압방법보다 높은 사멸효과를

보였다. 따라서 60℃, 600MPa, 6회의 반복조작에서 6단위(백

만단위)까지 실활되었다. 그리고 여과 조작은 이 포자덩어리

를 제거하기 때문에 텔링의 발생을 억제하여 포자 사멸율을

촉진하였다. 압력매체의 점도나 삼투압의 상승은 살균효과를

저하시켰다. 압력매체에 다량의 당류와 염류의 첨가는 점도나

삼투압의 증가로 살균효과를 감소시켰다.

3. 결 론

□ 고압살균 기술의 발전사

○ Meyer(1895)가 고압살균을 최초로 발표하였다. 그는 2,900기

압에서 E. coli, Sta. aureus, B. anthracis를 실온에서 10분간

처리하여 그들의 압력특성을 밝혔다. Zobell(1970)은 Meyer의

연구로부터 약 70년간에 발표된 고압살균의 데이터를 정리하

였다.

○ 세계에서 최초로 고압살균기술이 도입된 나라는 일본으로

1992년 잼이나 오렌지주스의 살균에 사용되었다. 그러나 상


당기간 활용에 대한 관심이 감퇴되었다. 대형장치(표준용기:

600MPa-215ℓ, 최장용기 20피트)가 스웨덴에서 개발되어 잼,

젤리, 어육, 식육제품, 슬라이스 햄, 샐러드드레싱 등의 살균

에 응용되었다. 미국에서는 케이크, 주스 및 요구르트의 살균

에 응용되었다. 또한 스웨덴제의 실용기가 멕시코의 아보카

도 푸레 제조공장에 도입되었다.

□ 고압살균은 열살균에 비하여 살균효율이 낮고 설비 비용이 높

은 것 등 몇 가지 점에서 연구자의 흥미가 낮아 쇠퇴하였으나,

1990년경 일본에서 과학자들이 재도전하여 고압살균기술이

보완되었고 다시 식품산업에 활발하게 응용되기 시작하였다.

이들의 연구 결과로부터 밝혀진 것은 그람음성균, 그람양성

균, 효모 등의 압력감수성은 비교적 높아 600MPa, 5～10분간

처리로서 확실히 멸균된다는 것이다. 바이러스나 파지의 압력

감수성은 종에 따라, 200MPa, 5분간 처리에서 완전히 비활성

화되는 것부터 500PMa 30분 처리에서도 완전히 영향을 받지

않는 것이 혼재하고 있다는 것과 환자균주(患者菌株)의 HIV

는 실험균주 보다도 확실히 강한 압력내성을 가지나, 그것은

빙점하(氷點下) 처리로서 약하게 되는 것도 관찰되었다. 내열

성 포자는 압력이나 열에 안정하나 고 정수압으로부터 순간적

으로 감압하므로 포자각에 충격력을 가하면 물리적으로 파괴

된다. 영양세포나 바이러스의 비활성화는 빙점하의 조건에서

보다 유효한 것으로 보고되었다. 그리고 압축은 압력매체의

온도를 상승시키고, 승온(昇溫)율은 압력매체의 종류에 따라


다르나, 물 종류는 약 3℃/100MPa, 기름은 약 9℃/100MPa 상

승한다. 이 단열압축에 의한 승온은 내열성포자의 실활에 중

요하게 영향한다. 즉, 조리식품을 내열성 파우치에 열충전(hot

filling)하여 밀봉한 후, 2분 이내에 700MPa까지 가압하면, 파

우치 내부 온도는 116℃(초기온도 95℃ + 3 × 7)에 달한다. 이

상태는 10～60초간 유지된 후 순간적으로 감압하면 파우치 내

부는 1분 이내에 초기온도인 95℃로 돌아간다(용적 5ℓ공장설

비에서는 1초)는 이론이 확립되어 고압살균기술의 실용화에

기초가 이루어졌다.


□ 고압으로 살균된 식품의 색이나 향기는 가열로 살균한 것보다

고품질의 식품을 제조할 수 있는 장점이 있다. 이것은 고압살

균의 압력 전달은 고열살균의 열전달에 비해 에너지전달에 시

간이 걸리지 않고, 가압된 순간 용기내의 각 부분에 순간적으

로 균일하게 전달되어 포자를 비활성화할 때 처리시간 단축되

는 것과 관련된다. 식품을 100℃이상의 온도에서 노출시간이

단축되기 때문에 가열에 의한 품질열화가 발생하지 않는다.

□ 600～700MPa의 대형장치 제작에 따른 비용은 상압가열장치

에 비하여 매우 높다. 이와 같은 경제적인 장해요인을 극복하

기위해 절충기술로 중온중압(中溫中壓) 장시간처리법(80～85℃,

100～120MPa, 12hr)방법을 제안하고 있다. 600～700MPa의 대


형장치처리방법은 내열성 포자 등의 감압 파괴에 필요한 물의

량을 압력의 힘으로 균체 내에 침투시키는 방법이나, 이 절충

방법은 내열성포자의 생존 가능한 최고 온도 역에서 발아유발

을 통한 포자의 물차단성을 약화시키고, 내열성포자 주위의

물을 100～120MPa압력 조건에서 서서히 포자내부로 침투시

켜 충분한 량의 물이 침투된 후 급속한 감압을 하면 내열성포

자는 확실하게 사멸한다. 6～7%의 압축 변형(100MPa의 물의

압축률)의 상태에서 내열성포자는 확실하게 실활 된다. 그러

나 압력이 40MPa이하일 때에 공시 균은 환경온도가 90℃～

100℃에서는 생물적 차단성을 발현하여 포자내부로 물의 침투

를 억제한다는 것을 알아야 한다.

□ 절충 고압살균 조건인 85～95℃, 100MPa, 12시간처리에서 식

품의 품질은 열화 되지 않는다. 즉 전분호화는 수화반응이며

향기의 열화는 산화반응이다. 엽록소 등 열분해를 받는 것 이

외에 전분의 호화나 향기의 열화, 카로티노이드계색소의 퇴색

등은 고압 하에서 억제된다. 이 방법에 필요한 대형장치는 기

존의 기술과 재료로서 간단히 만들 수 있고, 1일 2교대제의

제조라인을 고려하면 압력의 유지에 에너지를 필요하지 않으

므로 중온중압 장시간 가열처리방법은 몇 가지의 이점을 가

진다. 지금까지 실용화된 고압살균은 주로 산성식품에 대한

것이었다.

□ 우리나라는 아직 고압살균방법에 대한 연구실적도 없고 장치제


작에 대한 기술수준도 미흡하다. 몇 년 전에 일본 초고압연구

분야의 학자를 초청하여 한국식품개발연구원에서 일부 기술과

일본에서의 고압장치생산 형황과 시험제품을 소개받은 적이

있을 정도가 한국의 현실이다. 이 분야의 연구는 압력장치의

제작기술과 함께 연구되어야 하며, 앞으로 새로운 품질의 기능

성식품의 생산을 위하여 한번쯤 검토 연구하여 둘 필요가 있는

분야이다. 특히 제약분야에서도 그 활용이 기대된다.


제 6 장

식품미생물검사와 살균 및 보존기술(2)

-식품의 고주파가열 살균과 보존기술5)

1. 기술의 개요

□ 「식품의 안전, 안심」에 대한 경향은 점점 높아지고 있다. 특

히 확실하게 미생물을 살균할 수 있고, 영양가가 높으며, 맛

이 있는 식품이 요구되고 있다.

○ 식품의 살균법은 액상식품에서는 직접 증기접촉법이나 간접

가열법이 확립되어 있다. 전자는 인젝션(injection), 인퓨전

(infusion)방법이 있고, 후자는 다중관식, 플레이트(plate)식,

소취(搔取)식이 있다.

직접 증기접촉살균은 순간적으로 가열, 유지, 탈기 냉각하여,

세균을 사멸시키기 때문에 품질과 영양분의 열화를 억제하는

것이 가능하다. 그러나 고형물이 들어있는 식품이나 고점도

5) 본문은 “江崎光雄, 食品微生物檢査と殺菌と保存技術 I -高周波加熱の殺菌効果,

「食品工業」, 47(8), 2004, pp. 32～42”를 박무현 전문연구위원께서 분석 요약한

것입니다.


식품에서는 열수 레토르트살균이 사용되기 때문에 가열시간

이 길어져 식품의 품질을 나빠지게 된다. 이 때문에 저온살균

으로서 균수를 저하시켜, 냉장 유통시키기 때문에 보존기간

의 제한을 받는다.

○ 한편, 전자파는 식품의 가열, 건조, 해동이나 플라스틱, 목재의

접착 등 공업용으로 활용되며, 때로는 암(癌)의 온열치료 등

의학용으로도 널리 이용되고 있다. 전자파 가열의 특징은 식

품만 가열하고, 회전 매체나 금속류는 가열되지 않기 때문에,

열효율이 우수하여 단시간에 승온이 가능하다. 그렇기 때문에

현재까지 불가능한 것으로 생각되어있던 고형 식품이나 점도

가 높은 식품 등의 변색방지책으로 초고온 단시간살균(UHT

살균)이 가능하게 되었다.

○ 본 논문에서는 마이크로파살균, 고주파살균에 대하여 소개하

고, 특히 공기(가열공기) 및 증기 분위기에서 마이크로파를

조사한 때의 차이에 대하여 설명한다. 여기에서 말한 살균이

란 멸균을 포함한 총칭이다.

2. 마이크로파 가열

□ 마이크로파 가열의 특징

○ 마이크로파 조사가 식품살균에 이용된 것은 세계적으로 그리


많지 않고, 제품으로는 죽류나 카레, 스튜류의 일부에 살균에

이용되고 있는 정도이다.

○ 마이크로파 가열은 해결하여야할 기술과제가 많고, 그 중에도

식품성분간의 비유전율(非誘電率) 차이로 발생되는 가열정도

의 차이(runaway현상)나 마이크로파가 포장재의 끝이나 모서

리부분에 집중적으로 일어나는 가열 차이(edge효과)로 인하

여 균일한 가열이 어렵다. 그래서 진동자(steerer)로 마이크로

파를 산란시키고 열풍과의 병용(倂用)으로 마이크로파 조사가

검토되었으나, 완전한 해결이 되지 않았다. 공업용의 마이크

로파 살균기 중에는 승온만 마이크로파를 사용하여 열풍이나

증기로 열을 유지함으로써 가열 불균일을 완화시키는 경우도

있다.

□ 마이크로파 가열의 원리

○ 마이크로파 가열기는 발진기(power monitor), 가열관체(加熱罐

體: cavity)와 그것을 연결하는 도파관(導波管: wave guide) 및

제어판(controller)으로 구성되어 있다. 관체(罐體)내부에 식품

을 넣고 공기(열풍) 또는 수증기로서 가압하고, 마이크로파를

조사하여 일정 온도를 유지한다. 마이크로파는 magnetron으로

부터 도파관을 통해 관체에 도입되어 식품에 고전계(高電界)가

인가(印加)된다. 마이크로파 주파수는 2.45GHz가 사용된다. 관

체 내부에는 약 10KV 전후의 교번전계(전계와 자계(磁界)가


직행하여 나가는 횡파(橫波))가 걸린다. 식품중의 마이크로파

에너지는 Q=(εE2+μH2)/2 로 표시된다.

○ 마이크로파는 극성(極性)을 가진 식품분자의 회전에너지, 진

동에너지, 운동에너지를 열에너지로 변환하여 발열시킨다. 마

이크로파에 의한 식품의 승온은 포장재 내부의 열전도, 포장

재로부터의 방열량을 고려할 필요가 있으나, 승온이 매우 단

시간에 이루어지고, 포장재의 재질도 PP, 에틸렌비닐알코올

중합체 등이 사용되어 열전도도와 유전(誘電)손실이 매우 적

어 무시하여도 된다. 포장재는 130～150℃의 살균온도에 견딜

수 있는 재질일 것이 요구된다. 포장재의 형상은 원통형, 반

타원구상(球狀) 등 각(角)이 작은 포장재가 좋다.

□ 마이크로파 가열장치

○ 회분식(Bach)

○ 회분식(回分式)은 가정용의 전자레인지를 대형화 한 것이나,

공업용에 적합하지 않고, 주방에서의 가열기 및 과학 실험용

이 많다. 관체(罐體)는 가압과 가열불균일성의 방지 목적으로

공기(열풍)와 수증기로서 가압이 가능하다. 공기가압 하에서

가열할 때는 압축기로서 살균온도에 상당하는 포화증기압까

지 가압한다. 관체 내부는 식품을 균일가열하기위해 테이블이

회전하고 있다. 2개 이상의 포장식품을 점(点) 대칭상태로 배


치하여, 그 중 1개는 온도측정용으로 중심부와 끝부분의 2개

장소 이상에 광섬유 온도센서를 붙인다.

○ 온도제어는 식품의 중심부(芯部)에 붙여진 센서로서 목적온도

에 도달하면 마이크로파가 차단되고, 온도가 내려가면 마이크

로파가 조사된다. 관체 내의 압력 변동을 방지하기 위하여, 수

증기압의 제어도 한다. 관체 내압이 설정압력을 초과하면, 수

증기 주입이 정지되어 설정압력 이하에서 증기가 주입된다.

멸균처리의 경우, F0치가 4이상이 되는 온도와 유지시간의 조

건을 결정한다. F0치는 121℃ 1분의 가열치를 F01로 하는 가

열치사 기준치를 의미한다.

○ 연속식

- 마이크로파의 회분식은 열수 레토르트살균과 같이 피 살균

제품을 중첩하여 놓을 수 없으므로 대량처리에는 적합하지

않다. 마이크로파 에너지가 식품에 침투되는 깊이(입사(入

射)전계(電界)강도의 1/e로 되는 깊이)가 2～3cm로 작고, 1

개 1개를 연속적으로 조사하는 방법이 될 수 없다. 식품이

흡수하는 에너지는 침투깊이에 대해 지수함수로 감소하고,

파장이 큰 저주파 일수록 깊은 곳까지 가열된다.

- 연속식은 고형물이 함유된 식품을 cup 충전하여 살균하는

기종과 액상식품과 같이 살균 후 충전하는 기종이 있고, 후

자는 액상식품만 살균할 수 있어 온수나 증기를 사용하는

살균과 차별화할 수 없어 전자가 보급되어있다.


- 일본 不二製油(주)가 山本비니타社와 개발한 장치에 있어

설비의 특징은 공기(가열공기)와 증기분위기 하에서 마이

크로파 조사가 되며, 최대 4kgf/cm2(145℃까지의 살균)의

가압이 가능하다. 식품은 외부로부터 가압 관체(罐體)의

내부로 연속적으로 공급, 배출될 수 있도록 2중damper를

설치하여, 관체 내압과 같은 압력으로 조정하여 공급한다.

관체 내부는 식품을 살균온도까지 승온하는 공간과 보존

하는 공간 및 100℃이하로 냉각하는 공간으로 구별되어 있

다. 관체 내부의 컨베이어(conveyer)는 마이크로파에 의해

승온 시간과 유지시간이 조정되며, 압력 밀폐된 모터로서

구동되고 있다.

- 온도 측정은 공기 가압의 경우 적외선 온도계로 포장재의

표면온도를 측정하나, 증기가압 하에서는 증기온도가 감지

되기 때문에 측정할 수 없다. 따라서 광섬유온도계를 포장

재 중심부에 설치하여, F0치가 4 이상이 되는 온도와 유지

시간으로 마이크로파를 조사(照射)한다. 이들의 조건을 컴

퓨터로 기억시켜 자동운전 한다. 냉각은 가압상태를 유지

하면서, 냉각공간상의 샤워로 100℃이하까지 강온(降溫)

시킨다.

□ 마이크로파에 의한 가열 불균일성

○ runaway 효과

냉동식품을 전자레인지 가열할 때에 열부분과 찬 부분으로


나누어지는 것이 많으나, 이것은 식품 중의 물과 어름의 비유

전율(빙은 -12℃로 3.2, 물은 25℃로 76.7)이 크게 차이가 나

기 때문이다.

○ edge 효과

- 두부비지를 반 타원형 포장재에 충전하여, 열풍(135℃)

과 증기분위기(1.1kgf/cm2, 121℃)에서 가열할 때 승온

곡선을 표시하면, 열풍 분위기하에서 포장재의 끝부분이

먼저 살균온도에 도달하나, 폭주(暴走)하지 않고, 중심온

도가 그 온도에 도달할 때까지 대기한다. 그러나 끝부분

은 공기 가압에 비해 상당히 강하게 가열된다. 이것은

포장재가 열풍으로 가열됨으로써 edge효과를 받기 때문

이다.

- 증기분위기에서 그 경향은 대부분 가열 차별성은 완화되고

있다. 포장재의 끝부분의 가열은 중앙부보다 빠르나, 100℃

근방부터 승온 속도는 둔화되어 중앙부의 온도가 끝부분의

온도가 될 때까지 대기하고, 그 후에 같은 속도로 살균온도

로 된다. 그리고 목표 살균온도에 도달하면, 마이크로파의

조사가 정지되어 관체 내압은 강하하나, 수증기에 의한 압

력이 1.1kgf/cm2로 재(再)조정되면 마이크로파가 재(再)조사

되는 현상이 반복된다. 이 때, 물의 상변화(증기→응축→증

발)에 의해, 포장재의 끝에 집중되는 에너지를 흡수하는 것

으로 된다.


3. 고주파 유전가열

□ 고주파 유전가열(誘電加熱)

○ 고주파 가열은 마이크로파 가열 이외에 고주파유전가열이 있

는데, 살균기의 이용은 거의 없다. 이것은 마이크로파 가열이

보급되고 있고, 설비상의 문제, 안전관리상의 문제에 따른다.

○ 고주파 유전가열은 2매의 평행 평판(平板)형 전극간의 전계

(電界)중에 식품을 밀착시켜 가열한다. 고주파가 식품포장재

의 표면으로부터 들어가 유전체 손실에 의해, 열에너지로 변

환되어 감쇄되면서 내부에 침투하므로 마이크로파 가열과 이

론이 같다. 단, 주파수대가 마이크로파 보다 작고, 일반적으로

식품의 가열은 13.56MHz를 사용한다. 고주파 유전가열도 단

시간에 목적하는 온도에 상승되기 때문에 식품의 열화를 억

제하는 것이 가능하다. 또, 주파수가 마이크로파보다 작기 때

문에 침투깊이가 크고, 전체적으로 균일하게 가열이 된다.

□ 고주파 유전가열기

○ 고주파 유전가열기는 회분식과 연속식이 있다. 관체 내에는 2

매의 전극판이 있고, 관체 내부의 포장식품을 1kw 출력으로

고주파 조사한다.


○ 관체 내부는 공기(열풍)가압, 물 냉각이 가능하다. 전극판은

재킷(jacket)식으로 되어 포장재의 끝부분의 가열 차이를 방

지하기 위해 온수가 순환되며 또 물을 순환 시키므로 냉각도

가능하다. 전극판은 식품포장재가 밀착하기 쉽도록 실리콘고

무를 붙여, 일정압력으로 전극판을 가압할 수 있다. 살균온도

로 승온 시키기 위하여 관체의 내압을 1～3kgf/cm2로 공기

또는 열풍가압으로 균일가열상태로 한다. 가열살균은 출력

1kw로 F0치를 4분 이상으로 설정하여, 고주파를 조사한다.

가열하는 식품포장재의 중앙부와 끝부분에 광섬유온도센서를

붙이거나, 적외선 온도 측정장치에 의해 식품포장재의 표면온

도를 측정한다. 살균온도에 따라 조사온도를 조절한다.

○ 연속식은 컨베이어로 2매의 전극판까지 식품을 운송하여 밀

착시켜 가압․가열하는 방식이 있는데, 상압에서는 식품해동

장치로 많이 이용된다.

□ 포장재의 선정

고주파 유전가열용의 포장재는 전극판에 밀착시켜야하기 때

문에, 요철(凹凸)이 없는 것이 좋다. 레토르트 파우치와 같은

평판 포장재나 스커트부분을 절단 제거한 장방형이나 원통형

cup을 사용한다.

□ 고주파 유전가열의 온도 파동(fluctuation)

고주파 유전가열에서는 포장재의 주위가 균일하게 가열되기


어렵다. 그 원인은 전극판으로부터 포장재가 비어져 나와, 전

극판에 밀착되어 있지 않기 때문인 것으로 생각된다. 이에

130℃의 열풍을 관체 내에 송풍하면 가열되기 어려운 포장재

의 끝부분이 열풍으로 완전히 균일하게 된다.

□ 용기에 따른 승온 차이와 그 특성

○ 고주파유전가열에서는 전극판에 식품시료를 밀착시키는 것이

불균일 가열을 적게 한다. 레토르트 파우치에 충전한 축전자

(筑前煮)식품과 같이 당근, 우엉이나 연근 등의 단단한 성질을

가지는 식품 표면은 요철이 되어, 전극 판에 끼이면 그 사이가

간극(間隙)이 되어, 가열 중에 방전하여 파대(破袋)가 된다. 요

철을 해소하기 위해 0.5～2.0kgf/cm2의 압력으로 전극판을 눌

러서 밀착시킨바, 압력이 0.5kgf/cm2에서는 방전은 해소되지

않았으나, 1～2kgf/cm2에서는 방전 없이 균일하게 가열된다.

○ 2kgf/cm2에서는 축전자(筑前煮)중의 야채가 압력에 견디지 못

하고 부스러진다. 또, 스커트 부를 절취한 원통상�

식품의 살균 기술 최근 동향 -...

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