무균 처리

Aseptic processing

무균 가공은 상업적으로 열 멸균된 액체 제품(일반적으로 식품 또는 의약품)을 멸균 상태에서 이전에 멸균된 용기에 포장해 냉장고가 필요 없는 선반 고정형 제품을 생산하는 가공 기술이다.[1] 무균 가공은 우유, 과일 주스 및 농축액, 크림, 요구르트, 샐러드 드레싱, 액체 알류, 아이스크림 믹스를 포함한 액체 식품의 용기 내 멸균을 거의 완전히 대체했다. 코티지 치즈, 아기 음식, 토마토 제품, 과일과 야채, 수프, 쌀 디저트 등 작은 불연속 입자를 함유한 식품에 대한 인기가 높아지고 있다.[1]

무균 처리에는 제품의 열 멸균, 포장 재료 멸균, 포장 중 멸균의 세 가지 주요 단계가 포함된다.[2] 상업적 무균성을 보장하기 위해 무균 처리 시설은 생산 작업의 적절한 문서화를 유지하도록 요구되며, 이는 상업적으로 무균 상태가 시설의 모든 영역에서 달성되고 유지되었음을 보여준다.[3] 가공 또는 포장 시스템의 예정된 공정을 위반하는 것은 해당 제품이 파괴, 재처리 또는 분리되어야 하며 추가 평가를 위해 보관되어야 함을 의미한다.[3] 또한 가공 및 포장 시스템은 가공 및/또는 포장 작업을 재개하기 전에 세척 및 재멸균되어야 한다. 포장 장비 및 포장 재료는 다양한 매체 또는 그 조합(즉, 포화증기, 과열증기, 과산화수소, 열 및 기타 처리)으로 멸균한다.[3]

음식의 역사적 발전

무균 가공은 1927년에 개발된 올린볼의 열냉각필(HCF) 기계에서 유래되었다.[4] HCF는 가공된 초코우유의 감각적 품질을 통조림 제품에 비해 향상시키는 데 성공했지만, 다양한 용기 크기를 처리하는 비용, 유지보수, 경직성 등의 이유로 장비 사용이 방해받아 기계 고장으로 이어졌다.[5]

1940년대에 아보셋 과정은 조지 그라인드로드에 의해 개발되었다. 아보셋 공정을 이용해 가공한 식품은 양압실 내 자외선 램프와 멸균공기 밑에 포장해 오염물질을 처리실 밖으로 내보내지 않도록 했다. 멸균은 126–137 °C(260–280 °F)의 직접 증기 주입을 통해 달성된 후 냉각되었다. 이 기법을 사용하여 처리된 식품은 "우수 크림 제품"으로 설명되었으며, 75–100개의 용기가 매 분마다 생산되었다.[5]

1940년대 후반에 Dole Ascriptic Process는 McKinley Martin에 의해 개발되었다.[4] 가공식품은 수프부터 특산 소스, 과일, 유제품까지 다양했다.[5] 이 프로세스에는 네 가지 단계가 포함되었다.[4][5]

  1. 가열 및 즉시 냉각을 통한 제품 살균
  2. 증기를 이용한 용기 및 뚜껑 멸균
  3. 냉각된 제품을 이전에 멸균된 용기에 무균 상태로 주입
  4. 포화 또는 과열 증기의 대기에서 뚜껑 밀봉

Dole 무균 기계는 다양한 크기의 컨테이너를 처리할 수 있었고, 유지보수 시간이 덜 필요했으며 비용이 적게 들었기 때문에 HCF의 실패를 야기했던 장애를 극복했다. 가공품의 품질은 가공시간이 짧아 열에 민감한 식품의 중요한 특징인 용기 크기에 상관없이 일관성이 있었다. Split pea soup was treated using the Dole aseptic machine at the following dosage: heat time of 140–146 °C (280–290 °F) for 3.53 seconds, hold time of 8.8 seconds, and cooling to 32 °C (90 °F) in 14.0 – 17.0 seconds, compared to the normal processing time of 40–70 minutes at 115–121 °C (240–250 °F). 소비자 관심의 부재는 돌 무균 기계에서 가공된 식품들을 단종시켰다.[5]

테트라 브릭스의 발명가 에릭 월렌버그

로이 그레이브스는 1940년대에 우유를 살균하기 시작했다. 소에서 뽑아낸 우유는 송유관을 거쳐 진공 탱크로 들어갔고, 진공 탱크는 285°F까지 가열됐다가 상온으로 냉각됐다. 금속캔에 포장된 이 제품은 미군 등 신선우유에 접근하지 못한 채 소비자들에게 널리 받아들여졌다.[6]

1959년 식품업계는 4면체라고 불리는 종이편성 플라스틱 적층용기의 사용이 출현했다. 1962년 스웨덴의 회사인 테트라 팍은 이 컨테이너를 미국 시장에 선보였다. 그들은 용기에 저온 살균 우유와 음료를 팔았다. 로이 그레이브스의 회사는 이 용기를 염소로 소독하기 시작했고 무균적으로 채워 밀폐할 수 있었다. 이런 컨테이너의 사용은 미국 소비자들이 개방이 어려워 수용하지 못했지만 미 해군이 널리 사용했다는 것이다.[6]

1981년에 과산화수소는 FDA로부터 용기의 살균에 사용되도록 승인되었다.[4]

오늘날, 대륙 음식 수송에 사용되는 배들은 과일 주스를 운송하기 위한 무균 탱크를 갖추고 있다. 무균 처리된 식품을 운반하는 또 다른 방법은 무균 봉지의 사용이다.[4]

처리.

무균 처리를 통해 식품은 용기 밖에서 적절하게 멸균된 후 이전에 멸균된 용기에 넣어 멸균된 환경에서 밀봉할 수 있다.[1] 대부분의 시스템은 식품이 포장되기 전에 초고온 살균(UHT)을 사용하여 살균한다. UHT는 보통 135 C 이상의 고온에서 1~2초간 식품을 살균한다. 이는 높은 온도(130–150°C)에서 몇 초간 더 빠르게 처리하고 감각 및 영양 특성을 더 잘 유지할 수 있기 때문에 유리하다.[1] 무균 제품은 몇 달에서 몇 년 사이의 비냉동 선반 수명을 가지고 있다.

무균 포장재의 멸균은 무균 식품 처리에 있어 중요한 단계다. 이러한 용기는 형성 및 운반 중 그리고 채우기 전에 용기에 존재하는 미생물을 죽이기 위해 멸균된다.[7] 용기의 살균에는 수많은 방법이 사용되는데, 가장 일반적으로 사용되는 방법은 열, 온수, 화학 살균제(과산화수소 또는 과산화수소)와 방사선 또는 방법의 조합이다.[6][7]

무균처리 식품은 직접 또는 간접적인 열전달 방법을 사용하여 멸균할 수 있다. 증기 주입과 증기 주입을 통해 직접 열 전달이 가능하다. 증기주입기로 가공된 식품은 주입실을 통과해 스팀(150°C)을 제품에 주입한 후 70°C까지 제품을 플래시 냉각시킨다. 직접 열전달은 우유 등 열에 민감한 식품에 적합하다. 단, 증기주입으로 저점도 액체만 처리할 수 있으며, 멸균을 보장하기 위해서는 고품질 증기가 필요하다.[1] 증기 주입식 식품은 식품을 약 145 °C까지 가열한 후 65–70 °C로 냉각시키는 고도로 가압된 증기에 식품이 자유 낙하하는 것을 포함한다. 증기투입은 증기주입에 비해 뛰어난 제어력을 프로세서에 제공하고 연소율 감소와 과열위험을 감소시킨다. 증기 주입에 비해 높은 점도의 식품을 가공할 수 있지만, 기계에서 노즐이 막힐 위험이 있다.[1] 간접적인 형태의 열전달에는 판형 열교환기, 관형 열교환기 또는 긁힌 표면 열교환기가 포함된다.[6] 판형 열교환기는 가격이 저렴하고 생산 중 변경이 용이하기 때문에 주로 사용된다. 튜브형 및 긁힌 표면은 점성 식품을 미립자 또는 높은 펄프 함량으로 가열할 수 있으며 손상을 최소화한다.[1]

장비 및 시스템

식품 및 음료의 무균 처리에 사용되는 장비는 가공 전에 멸균해야 하며 가공 중에 멸균 상태를 유지해야 한다.[1] 무균 처리 장비를 설계할 때 고려해야 할 6가지 기본 요구사항이 있다: 장비를 철저히 청소할 수 있어야 하고, 증기, 화학 물질 또는 고온의 물로 멸균할 수 있어야 하며, 멸균 매체는 장비의 모든 표면에 접촉할 수 있어야 하며, 이는 장비가 그렇지 않다는 것을 의미한다. 균열, 틈새 또는 데드 스팟을 포함하며, 장비를 무균 상태로 유지할 수 있어야 하며, 연속적으로 사용할 수 있어야 하며, 마지막으로 장비에 규정을 준수해야 한다.[6]

무균 포장은 일반적으로 충전, 발기, 형태, 열성형, 블로우 몰드, 대량 포장 및 보관 시스템 등의 [8]범주에 포함된다.[2]

  1. 채우고 밀봉하다. 컨테이너는 오염을 방지하기 위해 멸균 환경에서 채워지고 밀봉된다.
  2. 직립, 채우기, 밀봉. 플라스틱 용기를 세운 다음 멸균하고 채운 후 밀봉한다.
  3. 서식을 만들고, 채우고 밀봉해라. 이 시스템에서는 필름 한 통이 먼저 멸균된다. 멸균 후 원하는 모양으로 형성되어 채워지고 밀봉된다.
  4. 열성형, 채우기, 밀봉. 필름 한 통은 가열되고 무균 표면이나 환경에 열성형이다. 그리고 나서 그것은 채워지고 밀봉되고, 또한 무균 환경에서 봉인된다.
  5. 곰팡이를 불어 넣고 밀봉한다. 이 공정은 주입 및 밀봉 전에 먼저 압출성 물질을 멸균 포장으로 블로우 몰딩해야 한다. 이 과정은 보통 주스나 탄산음료와 같은 병 제품을 생산하는데 사용된다.
  6. 대량 포장 및 스토리지 시스템. 대량 보관에 사용되는 포장(드럼, 토트, 가방 등)은 열 또는 소독제를 사용하여 멸균한다. 멸균 후에는 이를 채우고 밀봉할 수 있다.

포장재

무균 포장은 멸균된 포장재를 멸균된 제품으로 채우고 밀봉하는 것으로 구성된다. 무균 포장재는 포장 내 멸균 상태를 보장하고 제품을 물리적 손상으로부터 보호해야 할 뿐만 아니라 포장 내 제품의 품질도 유지해야 한다.[7] 이를 위해 반강접지, 알루미늄, 플라스틱 등의 구성 요소로 라미네이트 소재를 형성한다.[2] 종이(70%)는 포장에 뻣뻣함, 강도 및 효율적인 벽돌 형태를 제공한다. 박테리아의 잠재성을 해결해야 한다.[9] 무균 포장에 가장 많이 쓰이는 플라스틱인 저밀도 폴리에틸렌(24%)이 가장 안쪽 층에 위치해 있어 포장을 액체처럼 단단하게 만드는 밀폐를 형성한다. 무균포장 내부에 알루미늄(6%)이 위치해 빛과 산소에 대한 장벽을 형성하고 있어 냉장 필요성이 없어지고 방부제를 사용하지 않고도 변질을 방지할 수 있다.[10] 무균 포장에 사용되는 대부분의 포장재료는 금속이나 유리에 비해 플라스틱 재질의 생산비가 상대적으로 저렴하기 때문에 금속이나 유리 용기 대신 플라스틱 재질로 만들어진다. 플라스틱은 금속이나 유리보다 가볍기 때문에 값이 싸고 운반이 쉽다. 플라스틱은 또한 금속과 유리보다 생산하는데 훨씬 적은 에너지를 필요로 했다.[2] 이러한 요인들로 인해 플라스틱은 무균 처리 시 사용할 수 있는 포장 재료를 선택하게 되었다.

테트라 팩이 만든 무균 포장재

무균 용기의 선택

제품에 대해 선택된 무균 용기의 종류에 영향을 미칠 수 있는 요인들이 많이 있다. 무균처리 제품의 포장재 선택에 영향을 미칠 수 있는 요인은 플라스틱 폴리머의 기능적 특성(가스 및 수증기 장벽 특성, 화학적 불활성성, 향미 및 악취 흡수 또는 암술), 플라스틱 폴리머와 식품 사이의 잠재적 상호작용, 원하는 유통기한, 경제적이다.비용, 포장재의 기계적 특성(속성, 재료 취급 특성, 포장 및 멸균 방법과의 호환성), 배송 및 취급 조건(압축성, 압축성, 규정 준수 및 대상 소비자 그룹)[11]

제품에 따라 선택할 수 있는 용기의 종류가 다양하다. 아래 표에는 몇 가지 용기 종류와 예가 나와 있다.[2]

무균 용기의[2] 선택
컨테이너 유형 예 용기 특성
강체용기 금속 깡통, 토트, 유리병, 항아리
페이퍼보드 컨테이너 웨브피드 및 롤피드 용지/포일/플라스틱 상자 및 미리 형성된 상자
반강성 플라스틱 용기 웨브식 열성형 컵, 욕조 및 트레이

미리 형성된 컵, 욕조, 트레이 및 병

높은 생산율

작업 유연성, 컨테이너 품질을 미리 확인할 수 있음

유연한 플라스틱 용기 파우치, 주머니 등

식품 품질에 미치는 영향

무균 가공은 빠른 열처리를 통해 식품 품질을 보존한 후 짧은 보온 시간과 급속한 냉각을 거친다.[1] 식품이 고온가공을 받는 통조림과 비교해 무균가공을 통해 제공되는 빠른 열처리는 식품의 열에 민감한 특성을 더 잘 보존할 수 있도록 한다.[1]

맛

무균 가공 식품의 맛은 최소한으로 변화한다.[1] 유제품은 황하이드릴 그룹에 노출되기 때문에 조리된 맛이 날 수 있다. 황하이드릴 집단이 산화되면서 보관 중 맛이 줄어든다. 심하게 처리된 우유는 단백질 분해로 인해 쓴 맛을 낼 수 있다.[1]

색

유제품은 Maillard Browning에 의한 효과인 색상의 변화를 가져올 수 있다. 이는 당분 감소량, 피알리신 및 멜라노이드의 형성, 치료의 심각성, 저장 온도에 따라 달라진다.[1]

식물성 색소인 카로틴과 베타닌은 영향을 받지 않는 반면 엽록소와 안토시아닌은 최소한으로 감소한다.[1]

식감

고기는 통조림 제품에 비해 무균처리 시 강해질 가능성이 적다.[1]

과일 주스의 점도는 영향을 받지 않는다. 가공된 얇게 썬 과일과 야채 조각은 북극성 물질의 용해화와 세포 투르고르의 손실로 인해 가공되지 않은 조각에 비해 부드럽다.[1]

영양가치

무균 처리 공정은 91 °C에서 146 °C 사이의 온도로 플래시 가열 프로세스를 통해 불임성을 달성하고 최소 처리된다. 통조림 등 기존 멸균에 비해 무균처리에 사용되는 처리시간과 온도범위가 현저히 낮아 무균처리된 제품은 더 많은 영양소를 보유할 수 있다.[12] 리보플라빈, 판토텐산, 비오틴, 나이아신, 비타민 B6는 영향을 받지 않는다. 티아민과 비타민 B12의 약 10%, 엽산과 피리독신의 약 15%, 비타민 C의 약 25%가 무균처리 과정에서 손실된다.[1]

장점과 한계

이점

무균처리 식품은 가공 시 식품이 받는 온도가 낮기 때문에 통조림 식품에 비해 영양, 비타민, 천연색소 보존(클로로필, 안토시아닌, 베탈레인, 카로티노이드)이 좋다.[1] 무균처리는 다양한 용기 크기의 사용과 더불어 처리 후 생체 활성 및 열에 민감한 성분(프로바이오틱스, 오메가-3 지방산, 결합 리놀레산)의 추가 가능성을 제공한다.[1]

제한 사항

포장재 멸균은 다른 기계가 필요하고 복잡해질 수 있기 때문에 무균 처리 비용이 통조림보다 더 많이 든다.[1] 게다가 가공실의 공기 불임성을 유지하는 것도 어렵다.[1]

무균 처리를 위한 FDA 검사 및 규정

무균처리 검사는 식품제조업의 가장 복잡한 검사 중 하나이다. 프로세스 당국은 다음 사항에 대한 상업적 불임성을 보장하는 프로세스를 수립해야 한다.

  1. 제품
  2. 홀드 튜브를 포함한 모든 장비 및 필러와 같은 홀딩 튜브 다운스트림 장비
  3. 포장 장비
  4. 포장재.

생산 운영의 문서화는 설비의 모든 영역에서 상업적 멸균 조건의 달성을 보여 주는 설비에 의해 유지되어야 한다.[3]

모든 미국 식품의약국(FDA) 규제 식품에 대한 일반 규제 요건은 미국 연방규제법(CFR) 제117부 21절에 수록되어 있다. 113.40절에는 장비 및 계측기의 규격을 포함하여 무균 처리 및 포장 시스템에 대한 특정 요건이 수록되어 있다. FDA 규정의 한 가지 요건은 모든 열처리 작업은 FDA가 승인한 열처리 시스템 제어, 용기 폐쇄 및 산성화 절차에 대한 지침 과정을 이수한 개인의 운영 감독 하에 수행되어야 한다는 것이다. Better Process Control School은 무균 처리 및 포장 시스템에 대한 섹션을 제공하며 무균 운영 감독자에 대한 FDA 요건을 충족시킬 것이다.[13]

처리 당국은 무균 시스템에 대한 책임이 있으므로 무균 처리 및 포장 작업 특유의 특정 요인을 숙지해야 하므로 이 분야에 대한 구체적인 지식이 필수적이다. FDA나 다른 규제 기관들 모두 공인된 처리 기관의 목록을 보유하고 있지 않지만, 정부 기관과 업계 내에서 특정 기관이 경험과 전문 지식을 갖추고 있다고 널리 인정받고 있다. FDA 규정은 최종 제품의 상업적 불임성이 보장되도록 제품, 패키지 및 장비의 멸균에 대한 파라미터를 설정하기 위해 무균 처리 및 포장 당국에 의존한다.[13]

현재 FDA에 저산소 식품의 무균 처리를 제출하는 데 사용되는 양식은 양식 2541c이다. 무균 처리되고 포장된 산성화된 식품의 공정은 2541a 이하에 분류된다. 또한 가공 공장은 FDA에 양식 2541을 사용하여 등록해야 한다. FDA는 서식의 완성 및 제출을 용이하게 하는 저산소 캔 식품(LACF) 전자 공정 충전 시스템도 개발했다.[13]

FDA는 미국 상거래에서 유통을 위한 식품을 생산하는 데 활용할 수 있는 무균 가공 및 포장 시스템의 종류에 대해 개별 가공 업체의 공정 제출 양식을 검토하고 거부함으로써 권한을 행사한다. FDA는 장비의 적절성과 상업적으로 살균된 제품을 생산하는 데 사용되는 절차를 평가하기 위해 프로세서에 충분한 기술 정보를 요청할 수 있다. FDA가 공정 제출에 대해 더 이상 이의를 제기하지 않을 때까지, FDA는 해당 시스템에서 생산된 제품을 주간 상거래에서 유통하는 것을 금지한다.[13]

최종 무균 제품은 제품이 유통되기 전에 배양 테스트를 거쳐야 한다. 기업은 얼마나 많은 용기가 인큐베이팅되는지뿐만 아니라 인큐베이팅 시간과 온도를 결정해야 한다.[13] 일반적으로 20~25°C에서 즉시 7일 동안 또는 첫 번째 판독 후에 총 14일의 최소 배양 시간 동안 30–35°C에서 배양하여 배양하는 것이 허용된다. 다른 배양 일정은 검증 데이터를 지원하는 데 기초해야 한다. 배양 전에 미생물 성장 매체가 있는 용기를 반전시켜 매체에 의해 모든 표면이 완전히 젖도록 해야 한다는 점에 유의해야 한다.[14]

FDA는 규제 요건 준수를 감시하기 위해 가공 공장의 정기 검사에 의존한다. 개별 공장에 대한 검사 빈도는 포장된 제품, 공장의 잠재적 위험 처리 문제 발생 및 FDA 검사 직원의 가용성에 따라 크게 달라질 수 있다.[13]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u Fellows, Peter (2016). Food processing technology : principles and practice (4th ed.). Kent: Woodhead Publishing/Elsevier Science. ISBN 9780081005231. OCLC 960758611.
  2. ^ a b c d e f Handbook of food safety engineering. Sun, Da-Wen. Oxford: Wiley-Blackwell. 2011. ISBN 978-1444333343. OCLC 767579357.CS1 maint: 기타(링크)
  3. ^ a b c d FDA. "Aseptic Processing and Packaging for the Food Industry". U.S. Food and Drug Administration. Retrieved 3 April 2018.
  4. ^ a b c d e Pillai, Suresh; Shayanfa, Shima (2014). Electron beam pasteurization and complementary food processing technologies. Cambridge: Woodhead Publishing. ISBN 9781782421085. OCLC 897799891.
  5. ^ a b c d e Advances in food research Vol. 32. Chichester, C. O., 1925–, Schweigert, B. S. San Diego: Academic Press. 1988. ISBN 9780080567778. OCLC 647803601.CS1 maint: 기타(링크)
  6. ^ a b c d e D., David, Jairus R. (2013). Handbook of aseptic processing and packaging. Graves, Ralph H., Szemplenski, Thomas. Boca Raton: Taylor & Francis. ISBN 9781138199071. OCLC 811776682.
  7. ^ a b c Ansari, I.A.; Datta, A.K. (2003). "An Overview of Sterilization Methods for Packaging Materials Used in Aseptic Packaging Systems". Food and Bioproducts Processing. 81 (1): 57–65. doi:10.1205/096030803765208670.
  8. ^ Hersom, A.C. (2009). "Aseptic processing and packaging of food". Food Reviews International. 1:2: 215–270.
  9. ^ Vaisanen, O M (1991). "Bacteria in food packaging paper and board" (PDF). Journal of Applied Bacteriology. 71: 130–133. Retrieved 24 March 2021.
  10. ^ Willhoft, Edward (1993). Aseptic Processing and Packaging of Particulate Foods (1st ed.). London: Blackie Academic & Professional. pp. 1–192.
  11. ^ Smith, J. Scott (2004). Food Processing: Principles and Applications (1st ed.). Iowa, USA: Blackwell Publishing.
  12. ^ Smolin, Lori (2017). Nutrition: Science and Applications (2nd ed.). Content Technologies, Inc.
  13. ^ a b c d e f Nelson, Philip (1993). Principles of Aseptic Processing and Packaging (3 ed.). USA: GMA Science and Education Foundation. p. 151. ISBN 978-1-55753-496-5.
  14. ^ Hargreaves, Paul. "Recommendation on the Validation of Aseptic Processes". Pharmaceutical Inspection Co-Operation Scheme. PIC/S. Retrieved 8 May 2018.

추가 읽기

외부 링크