동결 건조에서 진공 기술의 역할

식품의 유통 기한을 연장하기 위한 여러 가지 방법이 있습니다. 그중 가장 오래된 방법이 훈제 및 염장이며, 이후에 동결건조, 가열건조 또는 진공 포장으로 발전되었습니다. 동결 건조는 전통적인 건조 방법을 현대적으로 확장하여 식품을 더 오래 변질되지 않도록 보호합니다. 식품의 동결 건조는 진공 하에서 수행되므로 이 공정은 최신 진공 기술을 사용하는 경우에만 가능합니다.

어디에 사용됩니까?

동결 건조는 과일과 베리류는 물론 익힌 고기나 채소에도 적합합니다. 허브와 향신료도 동결 건조를 통해 단 몇 퍼센트의 수분을 제외한 모든 수분을 제거하여 보존합니다. 가장 잘 알려진 동결 건조 식품은 아마도 인스턴트(용해성) 커피일 것입니다. 과립이나 분말 형태로 된 끓는 물에 요리하는 많은 즉석식품은 동결 건조되어 제공됩니다. 원칙적으로, 식품은 예를 들어 건조와 같은 더 간단한 방법으로도 건조할 수 있습니다. 하지만 이 방법은 음식의 구조와 모양이 변한다는 단점이 있습니다. 또한 풍미는 대기 중 산소와 반응하여 맛에 영향을 미칠 수 있습니다.

동결 건조 중에는 구조가 변하지 않고 남아있으며 건조된 세포가 음식을 준비하는 중에 다시 물을 쉽게 흡수할 수 있습니다. 진공 상태에서 건조하면 대부분의 풍미가 보존됩니다.

동결 건조 공정

동결 건조(그림 1)는 승화 원리를 사용하는 완전히 물리적인 공정입니다. 건조 챔버에서의 진공으로 인해 동결수가 수증기로 승화합니다. 얼음은 "액체" 상태를 건너뛰고 "고체"에서 "기체"로 직접 변합니다.

실제 건조 공정 전에 베리류, 과일 조각, 커피 추출물 등 제품을 냉각 챔버에서 급속 냉동해야 합니다. 이를 위해 제품을 트레이 위에 펼쳐서 직접 또는 트롤리에 올려 냉각 챔버에 넣습니다. 그런 다음 냉동 제품을 실제 건조 챔버에 넣습니다(그림 2).

일부 동결 건조기에서는 건조 챔버에서 직접 냉각이 이루어집니다. 또한 연속 공정용 동결 건조기는 식품 가공에 사용됩니다.

냉각 이후, 진공이 1~0.5mbar에 도달할 때까지 진공 펌프를 통해 챔버에서 공기압을 줄여 기밀 챔버에서 실제 건조 공정이 수행됩니다. 얼린 물의 증발 공정은 영하 -50 C ~ -40 C에서 시작됩니다. 수증기는 진공 펌프에 의해 건조 챔버에서 다운스트림 콘덴서로 이동됩니다. -70 C까지 냉각된 이 "아이스 트랩"에서 수증기는 냉각 코일에서 얼음으로 승화되어 응결됩니다. 1차 건조라고 하는 이 공정 단계에서 제품에서 대부분의 수분이 제거됩니다.

승화 중에는 건조 챔버에서 열 에너지가 추출됩니다. 즉, 이 공정 중에는 챔버 내에서 온도가 감소합니다. 그러므로 챔버를 가열해야 합니다. 온도를 일정하게 유지하거나 -20 C까지 약간의 온도 상승만을 허용하기 위해 수분에서 가져온 열 에너지만큼만 승화 에너지로 추가되도록 유의해야 합니다.

대부분의 식품 및 음료는 1차 건조를 거친 직후 2차 건조를 진행합니다. 여기에는 진공 레벨을 0.01mbar 이하로 낮추고 온도를 어는점 이상으로 높여 제품에서 더 강하게 결합되어 있는 잔류 수분을 제거하는 작업이 포함됩니다. 이후에는 건조 챔버를 대기압으로 벤트시키고 추가 공정을 위해 수분 함량이 1~4%인 건조 제품을 제거합니다. 건조 제품이 주변 공기로부터 수분을 흡수할 수 없도록 건조 공기 또는 불활성 기체를 환기에 사용합니다.

물리적 변수

동결 건조 공정은 본질적으로 이러한 변수에 따라 달라집니다(그림 3).
물론 제품과 그 속성도 중요한 역할을 합니다. 이러한 이유로 산업용 동결 건조 이전이나 대량의 제품을 건조하기 전에 시범 운행 플랜트에서 시험 운영을 수행합니다.

동결 건조를 위한 진공 기술

동결 건조에는 안정적이고 정밀도 조절이 가능한 진공 공급 장치가 필요합니다. 식품 및 음료 산업용 동결 건조기에서는 다음과 같은 두 가지 유형의 진공 시스템이 검증되었습니다.


두 가지 진공 시스템 중 어느 것이 더 적합한지는 건조 플랜트의 크기, 건조할 제품 및 앞서 언급한 물리적 변수에 따라 달라집니다.

로터리 베인 진공 펌프와 진공 부스터가 장착된 진공 시스템

로터리 베인 진공 펌프는 오일 윤활 방식으로 0.1millibar의 최대 진공도에 도달합니다.

더 높은 진공 레벨을 생성하고 1millbar 미만의 작동 범위에서 충분히 높은 흡입 용량을 달성하려면 소위 진공 부스터를 사용하는 것이 좋습니다.

이는 최대 0.001millibar 미만의 진공도를 달성할 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 로터리 베인 진공 펌프와 진공 부스터를 조합하면 동결 건조기의 크기에 맞춰 높은 정밀도로 설계할 수 있으며 대형 단일 로터리 베인 진공 펌프보다 에너지 효율성이 월등히 더 높습니다.

마지막으로 진공 전문가가 가장 효과적인 펌프 조합을 계산할 수 있습니다. Busch (부쉬) 진공 솔루션은 다양한 크기의 로터리 베인 진공 펌프와 진공 부스터를 갖추고 있으므로 모든 크기의 동결 건조기에 적합한 진공 시스템을 항상 제공할 수 있습니다.

스크류 진공 펌프 및 진공 부스터 장착 진공 시스템

스크류 진공 펌프는 건식, 즉 오일 없이 작동하며 최대 0.01millibar의 최대 진공도를 달성합니다.

또한 단일 진공 펌프가 장착된 솔루션보다 진공 부스터와 함께 스크류 진공펌프를 사용하는 진공 시스템을 선호합니다.

스크류 진공 펌프에는 인버터 제어 모터를 장착하여 동결 건조 중 공정 단계의 각 요구사항에 따라 흡입 용량이 자동으로 조정되도록 할 수 있습니다.

공정에 가장 적합한 진공 기술을 선택하는 방법은 무엇일까요?

진공 기술 및 디멘젼을 선택할 때는 일반적으로 진공 전문가와 상의해야 합니다. 전문가는 항상 가장 경제적이고 기술적으로 합리적인 솔루션을 제공할 수 있습니다.

Busch (부쉬) 진공 솔루션은 수십 년 동안 식품 및 의약품의 동결 건조를 위한 진공 솔루션을 제작해 왔습니다. Busch(부쉬)는 진공 기술 외에도 전체 공정에 필요한 모든 모니터링, 측정 및 감지 장치도 제공합니다.

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