최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
DataON 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Edison 바로가기다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국코스믹라운드(주) |
---|---|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2015-08 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
연구관리전문기관 | 농림수산식품기술기획평가원 Korea Institute of Planning and Evalution for Technology of Food, Agriculture, Forestry and Fisherie |
등록번호 | TRKO201600003419 |
과제고유번호 | 1545007899 |
사업명 | 고부가가치식품기술개발 |
DB 구축일자 | 2016-07-02 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201600003419 |
제 1세부 : 저용량 고성능 미산성/약산성 전해 시스템 개발
Ⅴ. 연구개발결과
1. 고효율 고농도 미산성/약산성 차아염소산수 제법의 확립
가. 약산성차아염소산수
2013년 12월 16일 고시 2013-245호에 의거 신규규격으로 약산성차아염소산수를 식품첨가물로 인가하였다. 약산성차아염소산수는 강전해수생성장치의 양극측에서 생성되는 수용액 자체 또는 양극측에서 생성되는 수용액에 음극측에서 생성되는 수용액을 가하여 얻어지는 것으로 pH 2.7이상 5.0이하, 염소농도 10~60ppm의 수용액을 말한다. 본 연구에서
제 1세부 : 저용량 고성능 미산성/약산성 전해 시스템 개발
Ⅴ. 연구개발결과
1. 고효율 고농도 미산성/약산성 차아염소산수 제법의 확립
가. 약산성차아염소산수
2013년 12월 16일 고시 2013-245호에 의거 신규규격으로 약산성차아염소산수를 식품첨가물로 인가하였다. 약산성차아염소산수는 강전해수생성장치의 양극측에서 생성되는 수용액 자체 또는 양극측에서 생성되는 수용액에 음극측에서 생성되는 수용액을 가하여 얻어지는 것으로 pH 2.7이상 5.0이하, 염소농도 10~60ppm의 수용액을 말한다. 본 연구에서 는 강전해수 생성장치의 이온투과격막에 다수의 소공을 천공하여 전해조 내애서 양극수와 음극수가 혼합되게 하여 규격에 맞는 약산성차아염소산수를 개발하였다.
무격막전해조에서 약산성 차아염소산수를 생성하는 방안도 개발하였으나 이는 식품첨가물공전상의 제법과는 상이하나 본질적으로는 동일한 것이므로 규격개정 신청과 더불어 한시규격으로 등록하여 기구·용기의 살균소독제로 사용할 예정이다.
나. 고염소농도 미산성차아염소산수
상기 가. 항의 고시에 의거 미산성차아염소산수의 염소함량 규격이 10~30ppm에서 10~80ppm으로 변경됨에 따라 고 염소농도 미산성차아염소산수 생성방법을 개발하였다. 이는 희석원수의 수질, 피소독체의 물성, 살균대상의 미생물에 따라 염산에 소금 또는 염화칼리 용액을 적절히 혼합한 용액을 피전해물질로 하고 전극에 가하는 전류, 전압의 조정에 의하여 완성되었다
2. 벤츄리관형 희석장치를 이용한 소형 미산성/약산성 차아염소산수의 핵심부품 개발
본 개발의 소형 미/약산성 차아염소산수의 시간당 전해수 생성용량은 180L로 결정하여 각 부품은 이 용량에 적합한 것으로 개발하였다. 생성장치의 산업적 모델명은 BC-180S로하였다.
가. 전해조 및 전극의 개발
전해조내 전극의 배열은 3개 전극 2셀구조의 복극식(Bipolar)접속법 연결로 하였으며 전극 재질로는 양극은 티타늄판에 IrO2와 Ta2O5 용액을 7:3mol%비율로 혼합한 것을 도포결한 것이고 음극은 티타늄판에 백금을 전기화학적 증착법으로 도금한 것으로 하였다.
전해조는 PVC Plastic 사출성형품으로 앞서 기술한 전극을 수용, 배치 할 수 있는 것으로 전해조의 크기는 47.5(W)×30(D)×84(H)mm로서 전해질 입수부 1개구와 전극단자 연결구 2개구를 갖는다.
나. 희석장치개발
(1) 벤츄리관형 희석장치
전해조 내에서 전해질(염산 또는 염산 + 일가염화물)의 전해에 의하여 생성된 고농도 염소(Cl2, 액상, gas상)를 별도 공급되는 원수와 희석반응 시키어 미산성차아염소산수를 생성함에 있어, 전해질 공급 펌프 용량의 최소화와 희석의 효율성 및 장비 간소화하기 위하여 벤츄리관형 희석장치를 개발하였다.
본 연구의 시간당 180L의 전해수 생성장치에 있어서는 희석원수 입수부와 생성수 출수부의 구경은 7.0~8.0mm, 목부는 2.0~3.0mm, 도출관은 1.0mm로 하였을 때 염소용액 도출이 가장 우수하였다.
(2) 벤츄리관과 전해조의 집합에 의한 일체화
전해조 상단에 벤츄리관을 용접 접합하여 일체형으로 함으로써 고농도염소용액의 토출과 희석혼합의 효율성을 최대화 하고 공간을 최소화 하였다.
(3) 스크류 블레이드형 희석장치
전해조에서 전해질의 전해에 의하여 생성된 고농도염소용액과 gas가 희석수와 충분한 반응이 일어나지 않으면 미반응의 염소가 생성수 저장통에서 기화하여 염소자극취를 내고 생성수의 염소농도를 저감시키게 된다. 이러한 점을 개선하기 위하여 스크류 블레이드를 출수부 도관에 삽입함으로서 와류혼합과 도관연장의 결과로 기액접촉을 최대화하는 효과를 얻을 수 있었다.
다. 염산 공급펌프 개발
(1) 특성 및 성능
본 개발펌프는 벤츄리관 접속 전해조내의 배압(背壓)형성시 희석수가 역류하는 것을 방지하는 기능을 갖고있고 벤츄리관의 작용으로 전해조내 생성물(고농도염소용액 및 gas)의 배출이 용이하기 때문에 일반 다이아프람 펌프보다 토출압이 적은 100KPA로 하였으며 배출용량도 최소화한 튜브연동형으로 하였다. 본 개발의 튜브연동형 펌프의 일반형과 비교한 특성 및 성능에 있어서는 저가격으로 전해질 흡입상태가 양호하였고 전해조 내 배압형성 시 역류가 발생하지 않았다.
(2) 펌프내구성 테스트
본 개발의 튜브연동형 호스펌프를 사용하여 5초가동 2초 휴지의 운전형태에서 9%염산을 분당 18~19mL로 전해조 내에 이송하는 시험을 630시간 지속한 결과 균일한 작동상태를 유지하였다. 실제 사용에 있어서는 1초작동 7초휴지, 4%의 염산사용의 조건을 고려할 때 5,000시간의 유효수명을 가질 수 있다고 판단된다.
라. 전원공급장치 및 PCB 개발
(1) 전원공급장치
전극에의 전류밀도는 0.05~0.2A/mm2로 설계하고 고 염소농도의 차아염소산수 생성의 필요성을 고려하여 4.0V~10.0V, 4.5A를 공급할 수 있는 switching mode power supply를 사용하였다.
전원공급장치의 보호를 위하여 short circuit과 over current에 대한 기능을 부여하였다. 크기는 100(W)×150(L)×38(H)mm로서 소형에 알맞게 디자인 하였다.
(2) PCB 개발
전해수 생성장치 제어프로그램의 주기능은 적정물성(pH, ACC)의 전해수가 생성 될 수 있도록 하는 제어기능과 전해질공급펌프, 희석수 솔레노이드 밸브, 저장탱크 자동/수동 운전제어 등 이고 부가기능으로서 전극 저전류, 과전류 및 희석원수 부족 등에 대한 경보 기능, 타이머 설정 등이 있다.
메인 CPU 기판에는 터치 LCD가 연결되어 있어 터치에 의한 운전조작과 운전상태를 실시간으로 표시하도록 하였다.
마. 기타 내외장 부품구조설계 및 금형제작
(1) 기타 내외장 부품
희석수의 공급 개폐를 담당를 담당하는 솔레노이드밸브와 유량센싱 압력계가 취부되는 블록으로 벤츄리관 입수부로 희석수를 유도하는 메니폴더블럭과 전해질펌프에서 전해조로 이송되는 전해질의 역류방지 기능을 갖는 체크밸브 개발
(2) 금형 제작
본 연구개발을 통하여 개발된 벤츄리관형 소형 전해수 생성장치의 산업화 양산을 위한 필요 사출물 제조용 금형리스트는 다음과 같다.
· 전해조 하우징
· 벤츄리관형 이젝터
· 스페이서 : 전극고정 및 간격유지
· 컨트롤링 : 전극단자 고정 및 누수방지
· 전해질 펌프의 바디 및 커버, 로테이션 블록, 홀더, 인·아웃 피팅
· 매니폴더블럭
· 체크밸브
바. 신규 고 염소농도 미산성차아염소산수 제법 및 생성장치의 개발
본 보고서 1.의 나. 고염소농도 미산성차아염소산수 제조방법으로서 염산과 소금용액 혼합의 전해질 구성의 에를 제시하였고 이후 전해질의 혼합구성율을 다양하게 하여 기구 용기, 엽·과채류, 생선류, 육류 등 피소독물의 종류에 따라 또는 희석원수의 물성(pH, 경도 성분 등)에 따라 원하는 적정의 미산성차아염소산수를 자동적으로 생성할 수 있는 장치를 개발하였다.(특허출원 10-2014-0089289)
3. 벤츄리관형 희석장치를 이용한 소형 미/약산성 차아염소산수의 핵심부품 개발
BC-180S의 부품성능은 시제품테스트에서 품질신뢰성을 확보했으나, 최종 승인된 사출물의 ASS'Y 과정에서 일부 부품들의 간섭현상이 발생하였고 이를 해결하기 위해 외함과 전해조부 파트에 3차레의 금형수정을 진행하였다. 특히 전해조부는 유지보수의 용이성을 확보하기 위하여 모듈형태로 구성되었고, 다른 형태의 외함과도 ASS'Y가 용이한 독립 구조로 개발되어 살균관련 타 제품들과의 호환도 가능하도록 개발되었다.
최종성능시험은 2주동안 진행되었으며 ASS'Y 부품들의 연동된 기능 확인과 전해조 조전압과 설정전류치 변화에 따른 생성물의 물성을 확인하였고 최종 생성물에 적합한 생성조건을 확보할 수 있었다.
최종성능실험은 시험메뉴얼에 의해 진행되었으며, 시험메뉴얼에 의한 진행을 통해 최종검사성적서를 작성하여 장치의 운전안정성에 대한 분석과 평가를 완료하였다.
4. 고 염소농도 미산성차아염소산수의 독성 및 바이러스 불활화 시험
가. 독성 시험
본 연구개발에 의하여 개발된 고 염소농도 미산성차아염소산수(pH 5.1, 유효염소농도 55ppm)의 독성시험결과 급성경구독성시험(용량고지법, 국립환경과학원고시 제 2014-1호) 무독성(LD50 > 2,000mk/kg)과 급성안자극성시험(국립환경과학원고시 제 2014-1호)에 있어 무자극으로 판명되어 신규 개발된 고 염소농도 미산성차아염소산수가 생체에 미치는 독성이 없다는 것을 입증하였다.
시험기관 : 한국기계전기전자시험연구원, 성적서 번호 : T-2015-04078
나. 바이러스 불활화 시험
본 연구개발에 의하여 개발된 고 염소농도 미산성차아염소산수(pH 5.1, 유효염소농도 55ppm)의 노로바이러스 불활화 시험결과(IMS 시험법) 처리 30초에서 2.39 log 감소, 1분에서 4.27log, 5분에서 4.27log 감소시킴으로서 신규 개발된 고 염소농도 미산성차아염소산수의 바이러스 불활화 능력을 입증하였다.
시험기관 : ㈜노로젠
제 1협동 : 저용량 고성능 미산성/약산성 전해 시스템의 특성 평가 및 적용기술 개발
Ⅳ. 연구개발결과
1. 전해조 및 전극 특성에 따른 전해특성 분석
○ 한국코스믹라운드가 개발한 6%(v/v) HCl과 경도성분을 첨가한 전기분해법에 따라 생선한 차아염소산수의 물성을 분석한 결과 pH는 5.4±0.2, 유효염소는 51.2±2.8 mg/kg을 나타내었음. 이 경우 NH2Cl, NHCl2가 각각 0.01 mg/kg과 0.90 mg/kg이 검출되었으며 ClO2-와 ClO3- 은 검출되지 않아 생성되지 않는 것으로 판단되었음
○ 유효염소와 pH를 동시에 고려할 경우 도금형 전극보다는 코팅형 전극이보다 적합하였으며 전극의 크기에 따른 차이는 크지 않았음
○ 수율(투입 HCl mol에 대한 생성 HOCl의 mol 비율)을 3% 염산(희석비율 200배)을 원료로 하여 측정, 산정한 결과 3.5 A에서 97.3%를 나타냄
○ 3% 염산(200배 희석, 3.5A) 기준으로 pH는 6.04±0.06을, 유효 염소량은 평균 25.8±0.8 mg/mL를 나타내었으며, 변동률은 ±3.8%(유효염소 기준)이었음
2. 희석장치의 특성분석
○ 유효염소와 pH를 동시에 고려할 경우 밴츄리관 내경은 2.5mm-2.8mm가 적합하나 pH를 고려할 때 2.8mm가 보다 안정적이었음
○ 노즐 직경 1 mm, 오리피스(orifice) 직경 3.0 mm, 입출구와 출수부의 노즐 직경 38.75 mm와 36.75 mm, 전극의 크기를 20×80 mm, 전극 간격은 3.75 mm, 튜빙의 용량을 30 mL/min로 설정하여 생성한 차아염소산수는 2.5 A 전압에서는 pH 6.6±0.1, 유효 염소 18.0±0.1, 4.5% 염산 소비량은 60.0±0.2 mL/min을 나타내었음. 2.8 A 전압에서는 pH 6.3±0.1, 유효 염소 23.1±0.2, 4.5% 염산 소비량은 65.0±0.2 mL/min를, 그리고 3.0 V전압에서는 pH 6.1±0.1, 유효 염소 25.9±0.9, 염산 소비량은 30.1±0.2 mL/min이었음
3. 생성수의 살균 유효성 평가
○ 생성한 약산성 차아염소산수를 Bacillus cereus KCCM 40935 등 11종의 박테리아, Aspergillus flavus KFRI 855 등 8종의 곰팡이와 효모에 대해 청정조건에서 살균 유효성을 평가한 결과, 시험한 표준균주에 대해 모두 6 log cycle의 감균 효과를 나타내었으며 박테리아, 효모 및 곰팡이에 따른 감수성/저항성의 차이는 없는 것으로 판단되었음
○ 상추, 비타민, 깻잎, 치콘, 케일 및 방울토마토를 시료로 하여 침지 살균에 의한 감균 효과를 분석하였다. 3분 침지 살균으로 대부분 26.6±0.76 ppm의 미산성 차아염소산수는 1-1.5 log cycle, 52.2±2.10 ppm의 약산성 차아염소산수는 2-2.5 log cycle의 감균 효과를 나타내었음. 10℃, 7일간의 저장에서 저장 1-2일까지 무처리나 수도수 처리구에 비해 상대적으로 낮은 균수를 나타내었으나 5일 이후에는 유사한 균수를 나타내었음. 상추, 비타민 등 연약한 엽채류는 약산성 차아염소산수 3분 침지로 조직감의 저하와 Hunter color value의 L값 상승, b값 저하가 부분적으로 관찰되어 조직손상이 발생한 것으로 추정되었음
○ Staphylococcus aureus ATCC6538 (KCCM 11335)을 표준균주로 하여 바이오필름 생성 억제효과를 분석한 결과 52.2±2.10 ppm의 약산성 차아염소산수는 대조구에 비해 약 17-44.1%의 억제효과를 나타내었음. 유리섬유를 이용하여 바이오필름 감소 효과를 시험한 결과 대조구에 비해 26.6±0.76 ppm의 미산성 차아염소산수는 4 log cycle, 52.2±2.10 ppm의 약산성 차아염소산수는 6 log cycle의 감소 효과를 나타내어 산화력이 상대적으로 강한 이산화염소보다 높은 감소효과를 보였음
4. 염소합화물의 변화량 분석
○ 상추, 비타민, 깻잎, 치콘, 케일 및 방울토마토의 침지 살균중 유효염소는 처리전후 미산성 차아염소산수는 28.7±0.8 ppm에서 최소 27.1±0.4 ppm으로 약 1.6 ppm 감소하였으며 약산성 차아염소산수는 60.7±2.0 ppm에서 최소 55.9±1.2 ppm으로 5.2 ppm 감소하였음
○ Chlorite는 상추, 비타민, 깻잎, 치콘, 케일 및 방울토마토의 침지 살균후 불검출 수준이었으며, chlorate는 미산성 차아염소산수는 10.8±1.9 ppm에서 최소 15.7±2.6 ppm으로 약 4.9 ppm이 증가하였고 약산성 차아염소산수는 17.6±0.9 ppm에서 최대 21.9±1.8 ppm으로 4.3 ppm 증가하였음
○ 처리후 10분간 자연탈수하고 30분간 방치한 후 측정한 잔류염소량은 모든 시료에서 불검출 수준이었음
5. 위생설비의 표면 살균력 유효성 평가
○ 스테인레스 스틸(SUS 304) 판과 목재, PVC 소재의 플라스틱판을 시험용 소재로 하여 E. coli ATCC10536과 S. aureus ATCC6538를 표준균주로 표면 살균력을 평가하였음. 26.6±0.76 ppm의 미산성 차아염소산수와 52.2±2.10 ppm의 약산성 차아염소산수 모두 스테일레스 스틸은 3 log cycle, 목재는 2 log cycle, 플라스틱판은 3 log cycle의 감균효과가 있었음
6. 소규모 작업장 등 현장적용 및 살균 유효성 평가
○ 가열처리 이후 훈제육의 미생물 오염도는 4.9×102±1.5×102 CFU/g이었으며, 에탄올 분사 처리구 시료는 3.6×102±1.2×102 CFU/g이었던 반면 26.6±0.76 ppm의 미산성 차아염소산수 처리구는 7.5×102±2.0×102 CFU/g을 나타내었고 52.2±2.10 ppm의 약산성 차아염소산수는 2.0×102±1.6×102 CFU/g로 에탄올과 유사한 총균수를 나타내었음
○ 작업기구 및 설비의 총균수는 슬라이서, 작업자의 장갑, 칼 및 작업 도마에서 3 log cycle의 오염도를 나타내었으며 약산성 차아염소산수로 3분간 처리시 약 1 log cycle의 감소를 보였음
○ 떡류 가공공장의 대장균군의 오염도는 1-82 CFU/cm2를 나타내었으며 약산성 차아염소산수를 작업장의 오염도 관리를 위해 살균소독수로 적용한 결과 1-8 CFU/cm2로 감소하였음. 성형후 냉각수를 5 ppm 수준의 희석한 약산성 차아염소수로 대체한 결과 대장균군 및 대장균이 모두 음성을 나타내음
○ 신선편이 제품인 절단 당근과 절단 감자를 대상으로 기존 시설에서 생산한 제품과 한국식품연구원의 pilot plant를 사용한 제품을 대상으로 살균효과를 분석하였음. 기존 생산라인에서 사용하고 있는 공정인 100 ppm의 차아염소산나트륨수로 3분간 세척, 살균한 당근은 2.7±2.4 log CFU/g이었던 반면 52.2±2.10 ppm의 미산성 차아염소산수와 1.5 kg/m3의 마이크로버블로 3분간 세척, 살균한 당근은 1.8±1.3 log CFU/g로 감소하였으며, 감자도 기존방법에 의한 총균수가 3.6±2.97 log CFU/g이었던 반면 52.2±2.10 ppm의 미산성 차아염소산수와 1.5 kg/m3의 마이크로버블로 3분간 세척, 살균한 감자는 2.7±2.49 log CFU/g로 감소하였음
7. 세정·살균 처리 공정 기준 도출
○ 살균소독수 단독, 또는 복합살균 효과 분석결과를 바탕으로 단일 살균소독수를 활용한 세척, 소독 공정에 대한 작업표준(SOP ; standard operating procedure)을 작성하였음. 주요 공정은 세척을 기본 공정으로 하여 1차 세척, 소독, 헹굼의 4단계로 구성하였음
8. 미산성/약산성 차아염소산수의 세정?살균 공정 및 위생관리 지침 개발
○ 생성장치의 관리방법, 전처리 조건, 원료 과채류의 요건 등을 규정하고 작업자 및 복장, 작업장 내부, 보관 및 운송장비, 화장실, 기구 및 도구, 청소용품, 위생설비 등에 대하여 세척주기, 세척도구, 세척 및 소독 방법을 규정하였음
제 1세부 : 저용량 고성능 미산성/약산성 전해 시스템 개발
Ⅴ. Research and development results
1. Establishment of high efficiency high concentration slightly/weakly acidic hypochlorous water manufacturing
A. Weakly acidic hypochlorous water
Weakly acidic hypochlorous water was approved as a food additive with t
제 1세부 : 저용량 고성능 미산성/약산성 전해 시스템 개발
Ⅴ. Research and development results
1. Establishment of high efficiency high concentration slightly/weakly acidic hypochlorous water manufacturing
A. Weakly acidic hypochlorous water
Weakly acidic hypochlorous water was approved as a food additive with the new standard pursuant to notification no. 2013-245 on December 16, 2013. Weakly acidic hypochlorous water is obtained from an aqueous solution itself generated in both poles of the strong electrolyzed water generating unit or by adding an aqueous solution generated in the cathode side to an aqueous solution generated in the anode side and refers to an aqueous solution of more than pH 2.7, less than 5.0, chlorine concentration 10~60ppm. This study developed weakly acidic hypochlorous water appropriate for standards by drilling a number of small holes on ion-permeable membrane of the strong electrolyzed water generating unit and mixing anode water and cathode water in the electrolytic cell.
We also developed a method for generating slightly acid hypochlorous acid water in the non-diaphragm electrolytic cell but will use it as a disinfectant of vessels and containers by registering it as temporary standards in addition to specification revision application because this is different from manufacturing of the food additive process but essentially the same.
B. High chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water
As the chlorine content standard of slightly acidic hypochlorous water is changed from 10~30ppm to 10~80ppm pursuant to notification of the above A., we developed a method of generating high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water. This was completed by setting a solution of suitably mixing salt or postassium chloride solution with hydrochloric acid depending on water quality of diluted raw water, physical properties of disinfected objects, microorganism of target to be sterilized to materials to be electrolyzed and adjusting current, voltage to the electrode.
2. Development of Key components of small slightly/weakly acidic hypochlorous water using venturi tube type dilution device
By determining electrolyzed water generating capacity per hour of small slightly/weakly acidic hypochlorous water of this development as 180L, we developed each component appropriate for this capacity. The industrial model name of the generating unit was determined as BC-180S.
A. Development of electrolytic cell and electrode
The array of the electrode in the electrolytic cell was determined as bipolar access method connection of 3-electrode 2 cell structure and as electrode materials, IrO2 and Ta2O5 solution mixed in the ratio of 7:3mol% in the titanium plate was coated in the anode and platinum was coated with electrochemical deposition in titanium plate in the cathode.
An electrolytic cell is a PVC Plastic injection molded product and previously described electrode can be accepted and placed in it and the size of the electrolytic cell is 47.5(W)×30(D)×84(H)mm and there are 1 electrolyte inlet and 2 electrode terminal tie holes.
B. Development of dilution device
(1) Venturi tube type dilution device
We developed a venturi tube type dilution device for minimization of the electrolyte supply pump capacity, effectiveness of dilution and equipment simplification in generating slightly acidic hypochlorous water through dilute reaction of high concentration chlorine(Cl2, liquid, gas) generated by electrolysis of electrolyte(hydrochloric acid or hydrochloric acid + univalent chloride) with raw water separately supplied in the electrolytic cell.
In the electrolyzed water generating unit of 180L per hour of this study, chlorine solution generation was the best when setting the caliber of diluted raw water inlet and generating water outlet to 7.0~8.0mm, fillet to 2.0~3.0mm and generating pipe to 1.0mm.
(2) Integration by junction of venturi tube and electrolytic cell
By welding and integrating a venturi tube to the electrolytic cell top, discharge of high concentration chlorine solution and efficiency of diluted mixing were maximized and space was minimized.
(3) Screw blade type dilution device
If gas and high concentration chlorine solution generated by the electrolysis of electrolyte in the electrolytic cell do not fully respond to dilution water, unreacted chlorine is vaporized in generating water storage well, generates chlorine and reduces chlorine concentration of generating water. By inserting screw blade into the outlet conduit in order to improve this point, the effect of maximizing the vapor-liquid contact could be obtained as a result of vortex mixing and conduit extension.
C. Development of hydrochloric acid supply pump
(1) Characteristics and performance
This development pump has a function of preventing dilution water from flowing backward when forming back pressure in the venturi tube connected electrolytic cell and used 100KPA of less discharge pressure than general diaphragm pump because the action of a venturi tube makes it easy to discharge products (high concentration chlorine solution and gas) in the electrolytic cell and tube link type minimizing the discharge capacity. In the characteristics and performance comparing with the general type of a tube link type pump of this development, it is low price and electrolyte suction state was good and flowing backward did not occur when forming back pressure in the electrolytic cell.
(2) Pump durability test
The test of transferring 9% hydrochloric acid in 18 ~ 19mL per minute in the electrolytic cell in operation type of 5-second operation and 2-second halt by using the tube link type hose pump of this development was lasted for 630 hours and as a result, uniform working conditions were maintained. Considering the conditions of 1 second operation 7-second halt, 4%의 hydrochloric acid use in actual use, the useful life of 5,000 hours is considered to have.
D. Development of power supply unit and PCB
(1) Power supply unit
The current density in electrode was designed as 0.05~0.2A/mm2 and switching mode power supply that can supply 4.0V~10.0V, 4.5A was used by considering the need for hypochlorous water generation of high chlorine concentration. In order to protect the power supply unit, the function for short circuit and over current was given. The size was designed to fit small as 100(W)×150(L)×38(H)mm.
(2) PCB development
The main functions of the electrolyzed water generating unit control program include the control function to generate electrolyzed water of proper properties(pH, ACC) and electrolyte supply pump, dilution water solenoid valve, storage tank automatic / manual operation control and additional functions include electrode low current, overcurrent and alarm for diluted raw water scarcity, timer setting etc. Touch LCD connected to the main CPU board indicates operation control and operation status in real time.
E. Other interior and exterior component structural design and molding
(1) Other interior and exterior components
As the block of attaching solenoid valve responsible for supply open and shut of dilution water flow sensing manometer, manifold block of leading dilution water to a venturi tube inlet and check valve of preventing electrolyte transferred from electrolyte pump to electrolytic cell were developed.
(2) Molding
The following is a mold list for molded product manufacture required for industrialization mass production of the venturi tube type small electrolyzed water generating unit developed through this research and development.
· Electrolytic cell housing
· Venturi tube type ejector
· Spacer: Electrode fixing and spacing
· Controlling : Electrode terminals fixing and leak prevention
· Body and cover of electrolyte pump, rotation block, holder, in·out fitting
· Manifold block
· Check valve
F. New high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water manufacture and development of generating unit
As B. A method for producing high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water of this report, the example of electrolyte composition of hydrochloric acid and salt solution mixing was presented and then, the device that can automatically generate desired proper slightly acidic hypochlorous water depending on the types of disinfected objects such as instruments, containers, leaf vegetables·fruit vegetables, fish, meat or depending on the physical properties of diluted raw water (pH, hardness components etc.) by varying mixing composition rate of electrolyte was developed.(Patent application 10-2014-0089289)
3. Development of key components of small slightly/weakly acid hypochlorous water using venturi tube type dilution device
Component performance of BC-180S ensured quality reliability in the prototype test but the interference phenomenon of some components occurred in the ASS'Y process of finally approved molded products and mold modification was carried out 3 times in electrical box and the electrolytic cell part part in order to solve this problem. In particular, the electrolytic cell part was composed in the form of a module in order to ensure ease of maintenance and developed in an independent structure easy to ASS'Y with electrical box of other forms and developed to be compatible with other sterilization related products.
The final performance test has been carried out for 2 weeks and the interlocking function of ASS'Y components and properties of the product depending on changes in electrolytic cell pressure and set current value were identified and generation conditions appropriate for the final product could be secured. The final performance test was conducted by the test manual and the analysis and evaluation for operational stability of the unit were completed by creating a final inspection report through the progress according to the test manual.
4. Toxicity and virus inactivation test of high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water
A. Toxicity test
The toxicity test results of high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water(pH 5.1, active chlorine concentration 55ppm) developed by this Research and development proved that high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water newly developed by acute oral toxicity test (Capacity Notice Act, National Institute of Environmental Research notification No. 2014-1) non-toxic(LD50 > 2,000mk/kg), acute eye irritation test(National Institute of Environmental Research notification No. 2014-1) no irritation has no toxicity affecting the living body.
B. Virus inactivation test
The Noro virus inactivation test results of high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water(pH 5.1, active chlorine concentration 55ppm) developed by this research and development proved the virus inactivation capability of newly developed high chlorine concentration slightly acidic hypochlorous water by reducing 2.39 log in 30 seconds and 4.27log in 1 minute·3 minutes (IMS test method).
제 1협동 : 저용량 고성능 미산성/약산성 전해 시스템의 특성 평가 및 적용기술 개발
Ⅳ. Research results
1. Investigation on electrolyzation properties depending on electrolytic cell and electrode
○ As a result of analysis on physical properties of generated hypochlorite water depending on electroylzing method adding 6%(v/v) HCl and hard water compositions by Hankook Cosmic Round corporation, pH was 5.4±0.2 and effective chlorine was 51.2±2.8 mg/kg. In that case, NH2Cl, NHCl2 were detected at levels of 0.01 mg/kg과 0.90 mg/kg, respectively, and ClO2-와 ClO3- were not detected and then this process is expected not to form chlorine by-products.
○ On basis of 3% HCl (at dilution rate of 200 times, 3.5A), the pH was 6.04±0.06, the amount of effective chlorine was an average of 25.8±0.8 mg/mL, and the fluctuation rate was ±3.8% by effective chlorine.
2. Investigation on properties of dilution equipment
○ Considering effective chlorine and pH at once, the diameters of Venturi tube were suitable for 2.5 mm - 2.8 mm, whereas considering pH, its stable diameter was 2.8 mm.
○ With the equipment set in the nozzle diameter of 1 mm, orifice diameter of 3.0 mm, the nozzle diameter of entrance and exit of 38.75 mm와 36.75 mm, respectively, the electrode size of 20×80 mm, the electrode gap of 3.75 mm, and the tubing capacity of 30 mL/min, generated hypochlorite water showed that pH was 6.6±0.1, effective chlorine 18.0±0.1, and consumption of 4.5% HCl was 60.0±0.2 mL/min in 2.5 A of voltage. In 2.8 A of voltages, generated hypochlorite water showed that pH was 6.3±0.1, effective chlorine 23.1±0.2, and consumption of 4.5% HCl was 65.0±0.2 mL/min, and in 3.0 A of voltages, that pH was 6.1±0.1, effective chlorine 25.9±0.9, and consumption of 4.5% HCl was 30.1±0.2 mL/min.
3. Evaluation for sterilization efficiency of generated water
○ As results of evaluation for sterilization efficiency of generated weak acidic hypochlorite water for 11 types of bacteria such as Bacillus cereus KCCM 40935, and 8 types of yeast and fungi such as Aspergillus flavus KFRI 855 at conditions without contamination, all of tested microorganism were reduced by 6 log cycle. susceptibility and resistance depending on bacteria, yeast and fungi were expected to be little different
○ The reduction efficiency on vegetables (leafy lettuce, vitamin vegetable, sesame leaf, endive leaf (Cichorium intybus L.) and kale), and fruit vegetable (cherry tomato), was analyzed by immersion washing with the generated water. Slightly acidic hypochlorite water with level of 26.6±0.76 ppm reduced 1-1.5 log cycle of microorganism by soaking sterilization for 3 min. The water with level of 52.2±2.10 ppm leaded to reduction of 2-2.5 log cycle. In storage at 10℃ for 7 days, treated samples showd less level of microorganism than samples with nontreatment and treatment of tap water after storage of 1-2 days, and induced eventually similar level to other treatment. Weak leafy vegetables including lettuce and vitamin were induced to partially reduce texture properties and Hunter’s color value (higher L-value and lower b-value) by immersion in weakly acidic hypochlorite water for 3 minutes and these treatment is expected to lead to vegetable tissue injury.
○ As results of inhibition test on biofilm formation using Staphylococcus aureus ATCC 6538 (KCCM 11335), weakly acidic hypochlorite water of 52.2±2.10 ppm induced the reduction effect by about 17-44.1% compared to nontreatment sample. In the reduction effect of biofilm formation using glass wool, the generated water of 26.6±0.76 ppm reduced 4 log cycle, and that of 52.2±2.10 ppm reduced 6 log cycle. Therefore, generated water with relative higher oxidation potential is expected to reduce microorganism with high efficiency.
4. Analysis on variation in levels of chlorine compounds
○ During immersion sterilization of vegetables (leafy lettuce, vitamin, sessamine, witloof chicory (Cichorium intybus L.) and kale), and fruit vegetable (cherry tomato), the concentration of effective chlorine was declined from 28.7±0.8 ppm to 27.1±0.4 ppm by about the level of 1.6 ppm using very weak acidic hypochlorite water. In weak acidic hypochlorite water, its level decreased from 60.7±2.0 ppm to 55.9±1.2 ppm by 5.2 ppm.
○ After soaking sterilization on vegetables (leafy lettuce, vitamin, sessamine, endive leaf (Cichorium intybus L.) and kale), and fruit vegetable (cherry tomato), chlorite was in the level of non-detection. The concentration of chlorate increased from 10.8±1.9 ppm to 15.7±2.6 ppm by 4.9 ppm in very weak acidic hypochlorite water and from 17.6±0.9 ppm to 21.9±1.8 ppm by 4.3 ppm in weak acidic hypochlorite water
○ After treatment of electrolyzed water, samples were naturally drained for 10 minutes and placed for 30 minutes. Then the level of remained chlorine concentration were in non-detection level.
5. Evaluation for sterilization efficiency on surface of hygiene facilities
○ Types of surface were assessed on sterilization effect of electolyzed water for plates of three materials, stanless steel (SUS 304), wood and PVC using microorganism E. coli ATCC 10536 and S. aureus ATCC 6538. Both of very weak acidic hypochlorite with 26.6±0.76 ppm and weak acidic hypochlorite with 52.2±2.10 ppm had reduction effet on microorganism by 3 log cycle on the plate from stainless steel, by 2 log cycle from wood and by 3 log cycle from PVC.
6. Evaluation for sterilization efficiency by applying for sites such as small scale workshop
○ The contamination level of smoked duck with heat treatment was 4.9×102±1.5×102 CFU/g, that of samples with sprayed by ethanol was 3.6×102±1.2×102 CFU/g, whereas that of samples with very weak acidic hypochlorite water with 26.6±0.76 ppm was 7.5×102±2.0×102 CFU/g and that with 52.2±2.10 ppm of weakly acidic hypochlorite water was 2.0×102±1.6×102 CFU/g similar to level of sample treated by ethanol.
○ Viable cell count on working utilities and facilities such as slicer, gloves of workers, knife and kitchen board, were in the level of 3 log cycle in microorganism. By treating with very weak acidic hypochlorite water for 3 minutes, the level of contamination was decreased by about 1 log cycle.
○ Contaminated level of coliforms in manufacturing facilities of rice cake was 1-82 CFU/cm2.. To control the contamination of facilities, treatment with weak acidic hypochlorite water reduced the level of coliforms by 1-8 CFU/cm2. Replacing cooling water after shaping rice cake to weak acidic hypochlorite water leaded to reduce the contamination of both coliform and Escherichia coli in non-detection levels.
○ For fresh-cut products such as sliced carrots and potato, sterilization effect were tested in both of conventional manufacturing facilities and pilot of Korea Food Research Institute. Sterilized samples treated by weakly acidic hypochlorite water for 3 minutes in the conventional facilities was in level of 2.7±2.4 log CFU/g of viable cell counts, while samples treated by weakly acidic hypochlorite water and by microbubble of 1.5 kg/m3 for 3 minutes in the pilot were in reduced level of 1.8±1.3 log CFU/g. Also, viable cell counts of sterilized potatoes treated by the conventional methods were in level of 3.6±2.97 log CFU/g, while them by the wak acidic hypochlotrite water and microbubbles, were reduced 2.7±2.49 log CFU/g.
○ Establishment of standard operating procedure (SOP) for washing and sterilization processes exclusively using water for disinfection, based on results of sterilizing effect by exclusive or multiplicative treatment. Composing main process of 4 steps of first washing as basic process, second washing, disinfection and rinsing.
8. Development of practices for processing of washing and sterilization, and hygiene management for using weak acidic hypochlorite water
○ Prescribing manual for management of generating weak acidic hypochlorite water, preparing processes and conditions of raw material of fruits and vegetables, and designating manual for period and tools of washing and disinfection on things related to production such as worker and their clothing, indoor workplace, keeping and transporting equipment, toilet, tools and appliances, cleaning items, and hygiene facilities
과제명(ProjectTitle) : | - |
---|---|
연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
Copyright KISTI. All Rights Reserved.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.