동결건조기 이용과 성능
건조(乾燥-dryer) 는 수분을 제거하는 것이다. 그 방법 중 열풍(냉풍-제습건조) AD(air dryer), SD(spray dryer), VD(vacuum Dryer)와 동결건조(Freeze dryer : FD)가 있다.
저온건조는 대개의 열풍온도 상태보다 낮은 온도 상태로 건조하는 냉풍건조를 뜻하며 제습건조라고도 한다.
진공건조는 진공상태에 낮은 온도로 열을 가하여 건조속도를 높인다.
대략은 피 건조물 물품온도로 열풍〉냉풍〉SD〉VD〉로 알려져 있지만 건조물 종류에 따라 온도가 다르며 피 건조물 특성(분말. 고형, 액상 등)에 따라 꼭 맞는(경제성) 방식의 건조방식을 채용한다.
동결건조는 좀 특이하다. 위의 건조는 거의 상대습도 차이와 같은 상(狀 state)으로 로 되지만 동결건조는 다른 상(고체→기체 : 승화 sublimation)으로 수분이 제거된다.
이 방식의 동결건조는 피 건조물의 특성이 일반건조에 비하여 많이 다르게 된다.
수분 함유량을 낮출 수 있고 건조 상태온도가 낮은 영하이다.
그러면서도 건조속도(기준을 1일로 되어있지만 실제 건조시간은 더 짧은 품목이 더 많음)는 빠르게 한다.
저 진공상태 건조는 다공성을 만들어 수화(水化) 복원성을 높이고 분쇄 도를 높이기도 한다.
동결건조제품은 이 특성들을 이용한다.
원물이 가지는 영양소 등의 물질변화(비타민, 미네랄, 효소유지)를 최소화하여 제약, 건식 원료와 복원성이 높아 편의식품 제조에 적합하며 요즘은 갖가지 브랜딩 제품 소재로 이용한다.
용기라면의 건더기 스프와 조미식품류 건강기능성 식품원료 비타민 미네랄 효소를 가진 생식 누구나 접하는 종이컵 커피 자판기 즉석 식품류 등 늘어나는 신제품이다.
실제의 동결건조기는 그리 간단치가 않다.
제품특성에 맞는 용량과(소형 500kg 미만 100kg, 250kg 중형 0.5ton 1ton 대형 1.5ton～3ton) 성능(건조 상태온도와 속도 및 자동화 운전 등)이다.
*인스턴트 커피는 추출 농축후 건조는 연속식 동결건조기 이다.
동결건조 제품별 품질, 가격(단가-판매가), 수량 등을 고려한다.
즉, 용량별 건조품목이 정해진다.
다소비 조미제품 soup류 는 1.5톤 3기부터 동결건조 전문 공장이고(N사, O사 20톤 규모이고 기타는 6톤 급)
중소 특수 형은 500kg 2기, 250kg 2기로 건식원료 등 인기품목 인터넷 판매품목류의 자가 제품용(식품공장용)은 소형, 중형 한 대를 권장한다.
20kg 50kg용 등 실험용이지 생산판매용으론 부족하다.
*용량은 원물가공 후 Chamber(건조 爐)투입량이며 건조 후 중량이 아니다.
가공 전 원료는 가공공정(성형포함)에서 불 가식 부 제거 등 중량감소가 제외된 투입량 임.
중형급 이상은 공정 중 중량과 많은 량을 짧은 시간에 이동관리가 요구되므로 소위 Mono rail car를 사용한다.
1 car에는 tray(pan)가 단수(step 段數)에 따라 또는 용량 별로 64～96개가 실리며 2car부터 8car를 사용 한다. 최근 세계적 추세는 多car 임.
짧은 시간이 요구되는 것은 동결 후 chamber 투입 시 일정시간 이상은 제품 이상(異狀)으로 초기(初期 initial state) 진공(眞空 vacuum)이 온도상승의 원물변화를 막기 위함이다.
mono rail의 실제시공은 가공 실, 급속 동결 실, 포장 실 로 이어지는 견고한 상부 고정 체에 공압(空壓) 조향장치, 안전장치, 위생관련 마감 등 건축부분과 연계한다.
동결건조의 건조는 승화작용이므로 수분의 포화증기온도가 동결실의 제품중심온도보다 낮은 진공도를 유지한다.
이때 수분의 증기량이 너무 커져 착상(着霜 ice)으로 부피를 줄여야 소정의 진공도가 나오며(제품의 종류에 따라 다르다) 진공펌프는 불응축 가스 외를 배출하며 거의 수분은 혼입되지 않는다.
착상에 필요한 응축잠열 등 에 해당하는 냉동시설과 필수의 급냉 실 냉동시설이 전체 동결건조 시설비대비 큰 비중을 차지한다.
동결건조 방식은 타 건조 방식에 비하여 에너지비용은 비슷하지만 장치비로 건조비용을 크게 한다.
그리고 국내 동결건조시설 개소가 적어 FD초기개발 및 유지관리의 경험치가 낮아 제품생산비가 높아진다.
현실적으로는 1)식품자체 가공기술과 2)동결건조 제조 가동기술 경험치 3)최신 대형냉동기 유체의 열 이동에 변화하는 진공도 제어 등 기술노출을 차단하며 기존 업을 유지하고 있다. 장치견학이 어려운 이유다.
그러나, 이점(利點) 특수성이 제품에 적용되므로 신제품, 브랜딩 제품에 있어 30,000불 시대, 1인 가족시대, 노령화 시대로 이어지는 앞으로의 세상에는 동결건조제품이
많아질 것은 자명하다.
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