Effects of Temperature Distribution and Heat Penetration during Steam and Steam-Air Retort Sterilization on Quality Characteristics of Canned Whelk (Buccinum striatissimum)

Abstract

Retort sterilization can have differences in heat transfer rates at locations within the chamber due to various factors such as heat medium, container loading method, and quantity, which can lead to quality deviations among produced products. Therefore, to produce uniformly safe and high-quality products throughout the retort process, temperature distribution and heat penetration studies must be conducted. In this study, two industrial sterilizers (Retort A: steam retort, Retort B: steam-air retort) were used to analyze temperature distribution and heat penetration characteristics during canned whelk production. Furthermore, we evaluated the quality characteristics of the produced products and examined whether temperature uniformity could be achieved by adjusting the valve openings in retort B. The cold and hot point locations were identified as position 8 (middle layer of 4th trolley; 45.41 min) and 9 (bottom layer of 1st trolley; 49.91 min) for retort A, and positions 8 (middle layer of 4th trolley; 38.90 min) and 2 (top layer of 2nd trolley; 45.97 min) for retort B. These differences were considered to be influenced by the structural characteristics of the retorts, product loading methods, and quantity. The physicochemical quality characteristics of the produced products indicated that as F0 values increased, pH slightly decreased from 6.92 to 6.63. In color, the L* value decreased from 57.68 to 52.63, while the a*, b*, and ΔE values increased from 5.86 to 8.35, from 17.09 to 20.18, and from 16.87 to 22.37, respectively. The texture profile showed no clear trends in cohesiveness and springiness. However, the hardness decreased from 14.60 to 10.55 N, and the chewiness decreased from 36.50 to 26.00 mJ. Additionally, the solid weight decreased from 145.16 to 136.67 g. Furthermore, retort B was designed with steam supply and exhaust valves that can be adjusted to five levels (0, 25, 50, 75, and 100% opening) for precise temperature control. Adjusting the valves to 75% reduced the F0 value deviation between hot and cold points from 6.73 to 4.46 min, representing an approximate 30% reduction. Consequently, this study confirms the importance of temperature control in producing uniform product quality and suggests that a retort sterilizer with precise valve adjustments holds significant industrial potential for high-quality product manufacturing.;레토르트 살균 공정에서는 열매체, 용기의 적재 방식, 수량 등 다양한 요인으로 인해 챔버 내부의 위치별 열전달률에 차이가 발생할 수 있으며, 이로 인해 생산된 제품 간의 품질 편차가 초래될 수 있다. 따라서 레토르트 공정 전반에 걸쳐 균일하고 안전한 고품질의 제품을 생산하기 위해서는 온도 분포와 열 침투 연구가 수행되어야 한다. 본 연구는 두 대의 산업용 레토르트 기기(레토르트 A: 스팀 레토르트, 레토르트 B: 스팀-에어 레토르트)를 이용하여 골뱅이 통조림 생산 공정 중 대차 내 위치에 따른 온도 분포와 열 침투 특성을 분석하고, 생산된 제품의 품질 특성을 평가하였다. 또한, 밸브 개폐 조절을 통해 온도 균일성을 개선할 수 있는지를 확인하였다. F0값을 산출한 결과, 냉점과 열점의 위치는 각각 레토르트 A에서 8번 (4대차 중간 단; 45.41분), 9번 (1대차 하단; 49.91분), 레토르트 B에서 8번 (4대차 중간 단; 38.90분), 2번 (2대차 상단; 45.97분)으로 결정되었다. 이는 레토르트의 구조적 특성, 제품의 적재 방식, 그리고 수량 차이에 의해 열 침투 속도에 영향을 미쳤던 것으로 사료되었다. 생산된 제품의 물리화학적 품질 특성을 측정한 결과, F0값이 증가함에 따라 pH는 6.92에서 6.63으로 다소 감소하였다. 색도의 L* 값은 57.68에서 52.63으로 감소하였으나, a* 값은 5.86에서 8.35, b* 값은 17.09에서 20.18, 그리고 △E는 16.87에서 22.37로 증가하는 경향을 보였다. Texture profile의 응집성은 0.73에서 0.79, 탄력성은 3.23에서 3.42 mm으로 뚜렷한 경향을 보이지 않았으나, 경도는 14.60에서 10.55 N, 씹힘성은 36.50에서 26.00 mJ로 감소하는 경향을 보였다. 또한 고형물 중량은 145.16에서 136.67 g으로 감소하는 경향을 보였다. 더 나아가 레토르트 B는 정밀한 온도 제어를 위해 스팀 공급 및 배기 밸브를 5단계(0, 25, 50, 75, 100%)로 조절할 수 있도록 설계되었으며, 75%로 조절할 경우 열점과 냉점 간의 F0값의 편차를 6.73분에서 4.46분으로 약 30% 감소시킬 수 있었다. 결과적으로 본 연구를 통해 제품의 품질을 균일하게 생산하기 위한 온도 제어의 중요성을 확인할 수 있었으며, 밸브의 개폐 조절로 온도가 정밀하게 제어되는 레토르트 장비는 고품질의 제품 생산을 위해 산업적으로 상당한 적용 가능성이 있음을 시사한다.