즉석편의 식품용 포장재의 전자레인지 가열에 의한 변형 원인 분석 Analysis of the Causes of Deformation of Packaging Materials Used for Ready-to-Eat Foods after Microwave Heating원문보기
전자레인지 가열조리용 편의식품류는 레토르트 처리되어 장기간 저장 안정성이 부여되는 장점이 있는 반면, 높은 가열 조건으로 인하여 식품의 품질 저하뿐 아니라 내용물의 흡착에 의한 포장재의 착색이나 오렌지필과 같은 물리적 변화가 발생되기도 한다. 일부 매운 소스 제품들의 전자레인지 가열 조리 시 특정 부위에서 심한 포장재의 열 변형 현상이 확인되었다. 열화상카메라와 광섬유온도계를 이용하여 전자레인지 가열 중 포장재 내부의 온도 분포 및 변화 패턴을 관찰한 결과 내용물의 충진 경계인 액위선과 양 모서리 sealing 부위의 온도가 가장 높이 상승하여 hot spot이 형성되는 것을 확인하였고, 이때 온도는 순간적으로 최대 $190^{\circ}C$까지 상승하였다. 반면 내용물의 중심부에서는 온도 상승이 매우 느리게 이루어져 cold spot이 생성되었으며, 700W에서 2분 조리 후 도달 온도는 약 $55^{\circ}C$였다. 특히, 전자레인지 가열 시 내용물의 균일한 가열패턴을 보여주는 hot spot과 cold spot 사이의 온도 상승률은 최대 7,000배까지 차이를 보였다. 따라서 전자레인지 조리 시 내용물의 불균일한 가열로 특정 부위에 열이 집중되는 hot spot의 생성이 포장재 열 변형의 주요 원인으로 판단되었다. 이러한 가열 불균일성은 포장된 내용물에 함유된 당, 염, 수분과 같은 성분들이 점도에 영향을 주는 것에 기인하는 것으로 추측된다. 이러한 점도 변화는 궁극적으로 내용물의 물리적 또는 이온적 특성의 변화를 야기하고, 결과적으로 전자파가 내용물 내부로 침투하는 깊이가 감소되고, 이에 따라 내용물의 유전 특성과 대류 현상에 영향을 주는 것으로 판단된다. 그러나 전자레인지 조리 시 포장재 열 변형 문제의 완전한 해결을 위해서는 향후 포장된 내용물의 세부 성분 별 유전 특성에 대한 보다 세밀한 분석이 필요하며, 아울러 hot spot의 원인이 되는 식품 성분들의 적절한 함량 조절과 함께 포장재, 포장 형태 및 가열 조건 등에 대한 보다 포괄적이고 안정적인 포장시스템 설계와 개발이 필요할 것으로 판단된다.
전자레인지 가열조리용 편의식품류는 레토르트 처리되어 장기간 저장 안정성이 부여되는 장점이 있는 반면, 높은 가열 조건으로 인하여 식품의 품질 저하뿐 아니라 내용물의 흡착에 의한 포장재의 착색이나 오렌지필과 같은 물리적 변화가 발생되기도 한다. 일부 매운 소스 제품들의 전자레인지 가열 조리 시 특정 부위에서 심한 포장재의 열 변형 현상이 확인되었다. 열화상카메라와 광섬유온도계를 이용하여 전자레인지 가열 중 포장재 내부의 온도 분포 및 변화 패턴을 관찰한 결과 내용물의 충진 경계인 액위선과 양 모서리 sealing 부위의 온도가 가장 높이 상승하여 hot spot이 형성되는 것을 확인하였고, 이때 온도는 순간적으로 최대 $190^{\circ}C$까지 상승하였다. 반면 내용물의 중심부에서는 온도 상승이 매우 느리게 이루어져 cold spot이 생성되었으며, 700W에서 2분 조리 후 도달 온도는 약 $55^{\circ}C$였다. 특히, 전자레인지 가열 시 내용물의 균일한 가열패턴을 보여주는 hot spot과 cold spot 사이의 온도 상승률은 최대 7,000배까지 차이를 보였다. 따라서 전자레인지 조리 시 내용물의 불균일한 가열로 특정 부위에 열이 집중되는 hot spot의 생성이 포장재 열 변형의 주요 원인으로 판단되었다. 이러한 가열 불균일성은 포장된 내용물에 함유된 당, 염, 수분과 같은 성분들이 점도에 영향을 주는 것에 기인하는 것으로 추측된다. 이러한 점도 변화는 궁극적으로 내용물의 물리적 또는 이온적 특성의 변화를 야기하고, 결과적으로 전자파가 내용물 내부로 침투하는 깊이가 감소되고, 이에 따라 내용물의 유전 특성과 대류 현상에 영향을 주는 것으로 판단된다. 그러나 전자레인지 조리 시 포장재 열 변형 문제의 완전한 해결을 위해서는 향후 포장된 내용물의 세부 성분 별 유전 특성에 대한 보다 세밀한 분석이 필요하며, 아울러 hot spot의 원인이 되는 식품 성분들의 적절한 함량 조절과 함께 포장재, 포장 형태 및 가열 조건 등에 대한 보다 포괄적이고 안정적인 포장시스템 설계와 개발이 필요할 것으로 판단된다.
The aim of this study was to investigate the deformation of packaging materials used for ready-to-eat (RTE) foods after the retort process and microwave heating. From the multilayer films consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), and cast polypropylene (CPP) in a stand-up pouch...
The aim of this study was to investigate the deformation of packaging materials used for ready-to-eat (RTE) foods after the retort process and microwave heating. From the multilayer films consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), and cast polypropylene (CPP) in a stand-up pouch form used for RTE foods, some deformation of the CPP layer, which was in direct contact with the food, was observed after the retort process and microwave heating. The damage was more severely caused by microwave heating than by the retort process. This may be attributed to diverse factors including the non-uniform heating in a microwave oven, the sorption of oil into the packaging film, and the different characteristics of food components such as viscosity, salt and water content. The development of heat-resistant packaging materials and systems suitable for microwave heating of RTE foods is required for the safety of consumers.
The aim of this study was to investigate the deformation of packaging materials used for ready-to-eat (RTE) foods after the retort process and microwave heating. From the multilayer films consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA), and cast polypropylene (CPP) in a stand-up pouch form used for RTE foods, some deformation of the CPP layer, which was in direct contact with the food, was observed after the retort process and microwave heating. The damage was more severely caused by microwave heating than by the retort process. This may be attributed to diverse factors including the non-uniform heating in a microwave oven, the sorption of oil into the packaging film, and the different characteristics of food components such as viscosity, salt and water content. The development of heat-resistant packaging materials and systems suitable for microwave heating of RTE foods is required for the safety of consumers.
그럼에도 불구하고, 현재 국내외 일부 전자레인지용 가열조리 식품에 사용된 포장재에서 열 변형 현상이 관찰되어 소비자 클레임 및 안전성 문제가 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 전자레인지 가열에 따른 포장재의 열 변형 현상을 관찰하고 이의 발생 원인을 분석함으로써, 전자레인지 포장재의 열 안정성 및 위생 안전성을 확보하고자 수행되었다.
제안 방법
국내에서 전자레인지 가열 조리용 식품으로 판매 유통되고 있는 제품들에 대하여 시장 조사한 후 관련 제품들을 구매하여 공시시료로 사용하였다(Table 1). 공시 포장재 시료들의 열 변형 여부를 확인하기 위하여 전자레인지(M-M270FP, LG Electronics Inc., Changwon, Korea)를 이용하여 Table 1에 조사된 바와 같이 각 제품의 조리 매뉴얼에 가장 공통적으로 제시된 700 W/2분 조건으로 가열하였다. 이 때 스탠딩 파우치에 포장된 제품은 포장재 상단 모서리 부분을 약 3 cm 가량 자른 후, 그리고 용기 형태의 제품은 리드 필름을 3 cm 가량 연 상태로 전자레인지로 가열하였으며, 삼방 파우치에 포장된 제품의 경우에는 모서리 부분을 약 3 cm 가량 자른 다음 종이 받침대에 세운 상태로 가열하였다.
대상 데이터
국내에서 전자레인지 가열 조리용 식품으로 판매 유통되고 있는 제품들에 대하여 시장 조사한 후 관련 제품들을 구매하여 공시시료로 사용하였다(Table 1). 공시 포장재 시료들의 열 변형 여부를 확인하기 위하여 전자레인지(M-M270FP, LG Electronics Inc.
데이터처리
각 실험에서 얻어진 결과값의 유의성 검증은 SAS (Version 9.1, Statistical Analytical System, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하여 ANOVA 분산분석과 Duncan의 다중범위검정법으로 시행하였다(p<0.05).
이론/모형
전자레인지로 가열 조리된 매운 소스의 상, 하층을 구분하기 위해 분액 깔때기에 시료를 넣은 다음 상층은 스포이드로 채취하고 아래층은 분액깔때기로 분리 채취하여 공시 시료로 사용하였다. 분취된 상층과 하층의 시료들은 식품공전의 방법(17)에 따라 105ºC 상압가열 건조법을 이용하여 수분함량을 분석하였다.
성능/효과
4% 혼합 염용액에서 hot spot과 cold spot 부분의 온도 상승률은 약 7,000배 정도의 차이가 발생하는 것으로 확인 되었다. 본 모델 실험을 통하여 포장된 내용물의 점도와 염 함량은 전자레인지 조리 시 내용물의 불균일한 가열과, 이로 인하여 국소적으로 포장 내 온도가 급격하게 상승되어 발생하는 hot spot이 주요 원인임을 확인할 수 있었다. Guadeo 등(5)은 제품의 물성 중 점도에 영향을 주는 성분인 전분과 카라기난은 이온적 특성이 다르기 때문에 내용물의 유전성질을 변화시킬 수 있다고 보고하였고, Chandrasekaran 등(23)은 점도뿐 아니라 내용물의 입자 크기나 구조 등도 포장된 식품의 불균일한 가열에 영향을 줄 수 있다고 보고하였다.
본 연구를 통하여 확인된 전자레인지 가열 조리 시 발생하는 포장재 열 변형은 식품에 함유된 당, 수분과 염과 같은 성분들이 내용물의 점도에 영향을 미치면서 유전 특성의 변화, 자연 대류의 억제, 그리고 전자파 침투 깊이의 감소와 같이 내용물 가열 시 열의 고른 분포를 방해하는 환경이 조성되어 발생하는 것으로 사료된다. 이와 같은 결과는 Hegenbart(25)도 유사하게 보고한 바 있다.
후속연구
이와 같은 결과는 Hegenbart(25)도 유사하게 보고한 바 있다. 그러나 본 연구에서 확인된 내용 이외에도 식품의 구성 성분간의 복합적 상호 작용에 의한 불균일한 가열 패턴과 이로 인하여 야기되는 포장재의 열 변형의 원인에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전자레인지 조리 시에는 내용물이 불균일하게 가열되거나 식품 내부의 온도 편차가 크게 발생되는 문제점은 무엇이 있는가?
그러나 전자레인지 조리 시에는 내용물이 불균일하게 가열되거나 식품 내부의 온도 편차가 크게 발생되는 문제점들이 제기되고 있다. 예를 들어, meat batter나 소스를 전자레인지에 가열하는 과정 중 내부 온도의 변화를 조사한 결과, cold spot과 hot spot이 발생되는 것이 확인되었다(4,5). 이러한 내부 온도 편차는 열원의 세기와 냉각 팬의 조건, 마그네트론의 위치, cavity의 크기나 형태 자체가 원인이 되기도 하고(6-9), 포장의 형태 및 포장 재질의 종류, 그리고 식품 내용물의 포장 내 위치와 식품의 성분 및 조성 등에 영향을 받는 것으로 조사되고 있다(4,10).
전자레인지 가열조리용 편의식품류의 장단점은 무엇인가?
전자레인지 가열조리용 편의식품류는 레토르트 처리되어 장기간 저장 안정성이 부여되는 장점이 있는 반면, 높은 가열 조건으로 인하여 식품의 품질 저하뿐 아니라 내용물의 흡착에 의한 포장재의 착색이나 오렌지필과 같은 물리적 변화가 발생되기도 한다. 일부 매운 소스 제품들의 전자레인지 가열 조리 시 특정 부위에서 심한 포장재의 열 변형 현상이 확인되었다.
전자레인지란 무엇인가?
전자레인지는 마이크로파에 의하여 식품 중 음전하와 양전하를 띄는 분자들의 전계 방향이 바뀔 때 발생하는 마찰에너지를 열원으로 사용하는 가열조리 기구이다. 마이크로파의 주파수는 300 MHz에서 30 GHz 범위 대를 의미하는데, 전자레인지에 적용하는 주파수는 국가마다 다소 차이가 나며, 세계적으로 가정용 전자레인지에는 2,450 MHz의 주파수가 통용된다(1,2).
참고문헌 (25)
Haque KE. Microwave energy for mineral treatment processes. Int. J. Miner. Process. 57: 1-24 (1999)
Decareau RV. Background of the development of microwave heating technology. pp. 3-4. In: Microwaves in the Food Processing Industry. Academic Press Inc., Ltd., London, UK (1985)
GIA. Microwave Packaging; A Global Strategic Business Report. Global Industry Analysts, Inc., Kawasaki, Japan. pp. II-70-71, III- 89-90 (2013).
Zhang L, Lyng JG, Brunton NP. The effect of fat, water and salt on the thermal and dielectric properties of meat batter and its temperature following microwave or radio frequency heating. J. Food Eng. 80: 142-151 (2007)
Guardeno LM, Catala-Civeara JM, Plaza-Gonzalez P, Sanz T, Salvador A, Fiszman SM, Hernando I. Dielectrical, microstructural and flow properties of sauce model systems based on starch, gums and salt. J. Food Eng. 98: 34-43 (2010)
Geedipalli SSR, Rakesh V, Datta AK. Modeling the heating uniformity contributed by a rotating turntable in microwave ovens. J. Food Eng. 82: 359-368 (2007)
Jeong JY, Lee ES, Choi JH, Choi YS, Yu LH, Lee SK, Lee CH, Kim CJ. Cooking pattern and quality properties of ground pork patties as affected by microwave power levels. Korean J. Food Sci. An. 29: 82-90 (2009)
Datta AK. Fundamentals of heat and moisture transport of microwaveable food product and process development. pp. 115-172. In: Handbook of Microwave Technology for Food Applications. Datta AK, Anantheswaran RC (eds), Marcel Dekker Inc., New York, NY, USA (2001)
CEN EN 1186-2. Materials and article in contact with foodstuffs- Plastics-; Part 2: Test methods for overall migration into olive oil by total immersion. European Committee for Standardization, Brussels, Belgium (2002)
Korean Food and Drug Administration. Korean Food Code, Chapter 9. Common test method, Article 1. Test method for food constituents. Available from: http//fse.foodnara.go.kr. Accessed Oct. 21, 2014.
Lakshmana JH, Jayaprahash C, Kumar R, Kumaraswamy MR, Kathiravan T, Nadanasabapathi S. Development and evaluation of shelf stable retort pouch processed ready-to-eat Tender Jackfruit (Artocarpus heterophyllus) curry. J. Food Process. Technol. 4: 274-279 (2013)
Lee JH, Lee KT. Studies on the improvement of packaging of retorted samgyetang. J. Korea Soc. Packag. Sci. Technol. 15: 49- 54 (2009)
Ni H, Datta AK, Torrance KE. Moisture transport in intensive microwave heating of biomaterials: A multiphase porous media model. Int. J. Heat Mass Tran. 42: 1501-1512 (1999)
Giese J. Advanced in microwave food processing. Food Technol. 46: 118-123 (1992)
Puligundla P, Abdullah SA, Choi W, Jun S, Oh SE, Ko S. Potentials of microwave heating technology for select food processing applications-A brief overview and update. Food Process. Technol. 4: 278-286 (2013)
Chandrasekaran S, Ramanathan S, Basak T. Microwave food processing- A review. Food Res. Int. 52: 243-261 (2013)
Koskiniemi CB. Development of a 915 MHz continuous microwave process for pasteurization of packed acidified vegetables. MS thesis, North Carolina State University, Raleigh, NC, USA (2010)
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.