고전압 임펄스 장치(HVI)의 개요
고전압 임펄스(HVI, High Voltage Impulse)는 식품산업에서 열처리에 인한 영양성분의 파괴와 향기성분의 손실로 인해 식품의 품질을 감소를 저감 시키기 개발되었다.
식품 산업에서의 HVI 장치는 두 전극 사이에 있는 식품에 고전압(일반적으로 20에서 80㎸/cm)을 인가하여 처리하는 방법이다.
Sale의 보고에 의하면 고전압 상태에서 막 표면에 내에 전하가 축적되면서 막 표면 내외의 전위차가 1V(미생물 종류에 따라 0.7～1.15V 범위의 값을 가짐)이상 일 때 생물막 구조가 변하게 되며 미생물 반투과성 성질을 잃어버려 사멸한다고 보고되었다.
HVI 장치는 펄스길이, 펄스 수, 전계의 세기가 따라 미생물 사멸률에 영향을 주고 처리조의 온도 증가는 거의 없어 그에 따른 사멸효과는 없다고 보고되고 있다.
많은 연구자들이 HVI처리에 의한 사멸 효과는 전기장의 세기와 처리시간에 밀접한 관계가 있으며, 처리수의 온도 또한 중요한 함수로 보고 있다.
펄스 전계는 미생물 불활성화 메커니즘을 포함하고 있다. 미생물에 고전압 펄스를 가할 때 미생물 세포막의 파괴로 인하여 세포 내의 단백질, DNA 등 비교적 큰 분자들이 이동하여 가역 반응에 의한 막 파괴가 일어나는 현상으로 보고 있다.
이런 현상은 주로 전계강도(electric field strength), 펄스의 처리수, 주파수, 파형 및 시료 안의 전기 저항값에 크게 영향을 받는다. 고전압 펄스 전기장 처리에 의한 살균기 작은 비가역적인 전기영동이라고 하며, 이 현상은 주로 세포막의 압축(compression)에 의한 것으로 알려져 있다.
이러한 측면에서 고전압 펄스를 이용한전기장 처리 기술은 미생물을 효과적으로 살균하여 기존의 살균 공정과 비교하여 획기적인 개선 효과를 거둘 수 있는 신 살균 기술로 평가되고 있다.
HVI처리는 미생물의 불활성화에 효과적인 비열(非熱) 살균기술이지만, 최대 전기장의 한계가 있기 때문에 2에서 5 log만큼의 건수를 감소시키는 것이 일반적이다.
전기장의 세기는 미생물을 불활성화 시키는데 펄스폭 (pulse duration)보다 중요한 역할을 하기 때문에 전기장 세기
를 증가시키고 펄스폭을 감소시키면 펄스에너지를 증가하지 않고 보다 효율적인 미생물의 불활성화를 유발할 것으로 기대된다.
HVI처리기술은 전압만을 사용하고 전류는 사용하지 않게 된다. 이러한 특성은 열에 의하여 야기 될 수 있는 물질의 특성 변화 등에 의한 문제가 야기 되지 않기 때문에다. 이와 같은 장점 때문에 고전압 펄스 전기장 처리는 식품의 살균에 이용하기 위한 연구가 1960년대부터 국외에서 활발한 연구가 진행되었다.