음료수 및 식용 음료 분야 플라즈마 살균 기술 개발

제목; 안전한 음료수 유통을 위한 플라즈마 살균 기술 소개

(Introduction of plasma sterilization technology for safe beverage distribution)

      지현민/플라즈마엔지니어(㈜플라즈마라이프)/              WWW.PLASMAKOREA.COM

새로운 기술은 새로운 세상을 여는 열쇠의 역할을 하고 있습니다. 인류의 역사는 새로운 기술과 동반자적 구조로 함께 걸어가고 있습니다

오늘날의 음료산업에 큰 변화는 안전한 음료를 중시하는 점과 친환경적인 음료수의 유통에 있다. 음료수는  이러한 소비자의 욕구에 만족하기 위해  제품의 살균 유통 기술 개발과 저장 수명을 연장,동시에  기능적 특성에 미치는 영향을 최소화하면서 안전하고 영양가 있는 식품을 제공하는 기술에 대한 끊임없는 탐구가 이루어지고 있습니다.

냉동, 건조, 냉각, 저온살균과 같은 기존의 살균 기술이 식품의 저장 수명을 연장하는 데 주로 사용되지만 최근에는 플라즈마 살균  기술을 사용하여 음료수 유효기간 연장 뿐아니라 안전한 보관,유통을 지향하며 발전하고 있다.

새로 소개하고자 하는 플라즈마 기술은 음료수 유통 및 보관에 어떻게 적용되고 설치 되는가를 중심으로 학계의 발표된 논문과 업계 기사화 된 기술 및 경험에 의한 지식을 최대한 활용 소개하도록 하였습니다

플라즈마 기술은 음료수에 살균 효과를 최대하고 기존 열에 의한 방식에 비해 온도 변화에 의한 열화 부작용을 최소화함으로써 민감한 음료수 제품에 큰 이점을 제공합니다. 영양적 특성, 기능적 가치 및 감각적 특성을 유지하여 신선한 외관이나 특성을 보장하는 등 주요 용도가 있습니다. 또한 식품 및 포장재의 구조적 변형에도 사용됩니다. 이는 플라즈마 살균은 내용물과 포장재를 간단하고 확실하게 살균이 가능한 장점 때문입니다

이 기술은 음료수의 미생물 오염을 제어할 뿐만 아니라 다양한 식품군의 품질을 개선하거나 유지할 수 있는 응용 기술에도 많이 활용되고 있습니다

소개 글의 큰 순서는 음료수의 살균 분야 와 포장지 관련 분야로 나누어 소개하고 자 합니다.

산업적용 기술소개 앞서 플라즈마의 정의부터 정리하고 시작하겠습니다.

전기가 인류 역사에 등장하는 것은 원시시대 정전기현상부터 라고 할 수도 있지만 사람이 인위 적으로 사용하기 시작한 것은 18세기 발전기의 등장으로 전구가 발명되어 사용 하기 시작한 시점을 두고 말 할 수 있다,  이 위대한 발견 은 2차 산업혁명을 이끄는 기반 이 됩니다.

이후 제 4차 산업을 논하는 지금 시점에도 전기는 그 기반의 역할을 하고 있다

이 전기의 또 한번의 큰 변화가 플라즈마의 발견이라고 할 수 있다.

현제 지구에서 플라즈마를 인위적으로 만드는 것은 전기의 힘을 이용하는 것 뿐입니다, 그리고 플라즈마는 전기적 화학적 성질을 가진 물질이지만 전기적 특성을 이용해 다양한 산업 분야에서 응용 되고 있다. 전기가 다양한 산업에 적용되고 있듯이 플라즈마는 더 큰 범위에서 적용될 무궁 무진한 기술이라고도 할 수 있습니다. 앞으로 21세기에는 플라즈마는 전기의 산업기여도 보다 더 높을 것 입니다.

먼저 기본 적인 플라즈마의 원리부터  간단히 알아보겠습니다. 플라즈마는 물질의 상태를 나타 내는 단어로 고체,액체,기체로 표현되는 물성에서 기체 다음의 단계라고 말 할수 있습니다.

즉 우리가 아는 원자, 분자가 이온화 되거나 전하를 띄고 있는 물질 상태를 가리키는 단어입니다.

플라즈마는 전기 방전 원리를 이용해 만드는 데 전기적 성질과 화학적 성질이 동시에 나타나며 아직 이러한 플라즈마의 특징은 알려진 것보다 안 알려진 것이 더 많다고 들 합니다. 산업 기술적으로, 지금은 플라즈마 기술 분야에서는 걸음마 단계하고 할 수 있다.

예를 들어 산소분위기에 전기를 가하면 산소를 산소 플라즈마로 만들어지는데 이는 전기를 잘 통하는 물질적 성질을 가지면서 활성종이라는 화학적 성질을 나타냅니다.

이는 산소의 화학적 성질을 이용하던 의료분야에서 뿐만 아니라 산소의 전기적 특성을 이용하는 반도체 산업에서도 적용 가능 한 물질이 되는 것이다.

그 외 우리가 공기중에서 쉽게 만들수 있는 질소 플라즈마, 아르곤 플라즈마는 공기에 전기를 가해 만든 쉽게 만들 플라즈마로써 다양한 성질을 가지고 있어 산업 전반에 응용되고 있습니다.

1)음료수 살균 분야 플라즈마 기술(Plasma technology for beverage sterilization)

현재 국내에서 대표적으로 사용되는 분야를 예로 들어 설명드리겠습니다

그것은 음료살균 분야입니다, 이분야에서 활용 되는 플라즈마 기술의 원리는 플라즈마가 가지고 있는 살균기능을 이용하는 것으로 플라즈마는 전하를 뜨고 있는 물질이라 바이러스, 세균 등 세포들을 확장 폭발 시켜 죽이는 기능을 한다, 그와 산소플라즈마 등은 활성종 상태로 수분형태의 세포를 산화시켜 기능을 상실하여 세균을 죽이는 현상을 유발한다, 즉 아주 간단히 공기처럼 노출만 시켜도 살균이 가능 합니다.

추가적으로 해외에서 플라즈마 살균 기능이 적용되는 분야로는 우유 가공 및 유통 분야입니다

우유 및 유제품은 전 세계적으로 중요한 음료 및 식품입니다. 영양가가 높은 유제품 및 유제품은 미생물 및 화학적 부패에 매우 취약합니다. 저온 살균 또는 살균과 같은 열처리가 미생물 안전성을 보장하고 유통 기한을 연장하는 것은 의심할 여지가 없지만 영양 및 감각 속성에 부정적인 영향을 미칩니다. 그러므로 간단하며 강력한 살균 기능을 가진 플라즈마 살균장치는 이 분야에서 10여년 전부터 낙농국가인 덴마크(Danmark를 비롯한 유럽에서는 대중화되어 가공 있습니다

최근 유럽의 낙농관련 잡지(European dairy magazines )에서도 소개 된 것처럼 플라즈마 살균 은 기존 접근 방식과 비교할 때 제품의 영양, 기능 및 감각 측면에서 많은 상황에서 유지하면서 유제품 부문에서 바람직하지 않은 미생물을 제거하는 데 놀라운 효율성을 보여주었습니다

유럽은 주료 이 분야에서  플라즈마 방전 기술중  DBD(D ielectric barrier discharge) 플라즈마 방전기술을 이용하여하고 있습니다. 우유에 플라즈마 살균  처리하면 물리화학적 매개변수에 해로운 영향을 미치지 않으면서 배경 미생물총이 90%이상 감소했습니다. 

유전 장벽 방전(DBD) 방법은 주로 우유 및 유제품에 대해 테스트한 결과로는 우유에서 황색 포도구균 에 100% 치사율을 대장균 약 98% 치사율을 초래했습니다.

 그외 적용 된 분야를 소개하면,플라즈마 처리된 물은 미네랄 염을 용해하는 뛰어난 능력으로 인해 미용 및 의학에서도 사용 됩니다 .  플라즈마 에 의한 수처리는 의료용 임플란트의 다양한 치료 특성을 향상시키는 데 사용될 수 있음을 입증했습니다 .

  2.음료 포장재 분야 플라즈마기술(Plasma technology for beverage packaging)

이 분야에서 활용 되는 플라즈마 기술의 원리는 플라즈마 의 활성종 성질을 이용하는 것으로 플라즈마가 표면에 식각현상을 유발해 표면장력을 높이는 역할을 합니다, 아울러 OH기등 라디칼(radical)의 성질을 이용해 표면 친수성(hydrophilic)으로 바꾸어 용액 간에 반응성을 높여 접착력을 향상 시킬수 있습니다

대표적으로 우리나라 산업에서 플라즈마 이용하는 포장재 분야에 대해 알아보겠습니다

플라즈마 기술은 식품 포장에 많은 잠재적인 응용을 제공하는 새로운 친환경 공정입니다. 원래 폴리머의 표면 에너지를 증가시켜 접착력과 인쇄성을 향상시키기 위해 개발되었지만 최근에는 식품 및 식품 포장재의 표면 오염 제거를 위한 강력한 도구로 부상했습니다. 새로운 경향은 포장 후 식품의 비열 처리를 제공하는 포장 내 오염 제거를 개발하는 것을 목표로 합니다. 

현재 국내 건강식품 포장재를 중심으로 플라즈마 살균기능으로 포장재를 살균한후 음료수 충전을 하고 있습니다

이는 음료수 포장재의 내부의 오염을 방지하기 위한 제조과정 입니다

그 외 최근 시작한 섬유 산업에서는 플라즈마 기술을 소개 하도록 하겠습니다.

플라즈마 라디칼을 사용하여 원하는 염료의 공유 고정을 통해 현저히 착색성이 향상 된 물질의 제조를 위한 새로운 공정개발 섬유 산업에 적용하고 있습니다. 이러한 플라즈마 염료 코팅(PDC) 절차는 짧은 플라즈마 처리로 인한 급진적 인 첨가를 통해 표면에 민감한 그룹으로 기능화 된 염료의 사전 흡착 층을 만들어 이용합니다. 플라즈마 생성 표면 라디칼의 비특이적 특성은 상당한  적용성, 염료의 낮은 단가절감 및 , 상대적으로 짧은 절차 시간, 대기압 플라즈마 반응기를 사용하여 재료의 간단한 착색뿐 만 아니라 다양한 응용 프로그램에 대한 경제적으로 의미 있는 공정 개발 및 생산 절차를 만들어 산업 전반에 영향을 미칠수  있습니다

글을 마무리하며,

최근 연구에 따르면 플라즈마는 독소를 분해하는 것 외에도 박테리아, 곰팡이 및 바이러스와 같은 미생물 병원균을 효율적으로 비활성화할 수 있습니다. 또한,이 기술은 의료 및 치과 기기의 표면에 병원균(pathogen) 뿐만 아니라 농산물의 신선도를 유지하고 장기간 보존 하는 데 효과적입니다.

앞으로 본사에서는 플라즈마 기술을 발전시켜 병원 의료 기기를 살균하는 것에서부터 농산물 수확량 개선에 이르기까지 다양하며 식품 보존 분야에 필요한 기술을 소개할 계획입니다. 플라즈마 기술은 미래가  기대되는 또 하나의 신기술 입니다.