최근 놀이동산을 방문해본 사람이라면 누구나 아이스크림을 마치 사탕과 같은 작은 과립 알갱이로 만들어 팔고 있는 모습을 보고 놀라움을 금치 못했을 것이다.
첫째는 그것이 아이스크림이라는데 의표를 찔렸을 것이고 다음에는 어떻게 아이스크림을 녹지 않게 과립으로 만들 수 있는지에 대한 궁금함에 사로 잡혔을 것이다.
이것이 모두 초저온 질소가 부린 마술과도 같은 펠렛(Pellet) 기술이다.
그러나 이러한 펠렛은 최근에야 개발된 새로운 기술은 아니다. 지난 수년간 인류는 치즈, 소시지, 요거트 등을 만드는데 소극적 의미의 펠렛 기술을 사용해 왔기 때문이다.
단지 기술발전에 힘입어 과거에는 힘들었던 물질을 펠렛화 할 수 있으며 최근에는 직경 5㎜이하로 시간당 1톤의 펠렛을 생산할 수도 있다.
이제 초저온질소가 어떠한 작용을 통해 펠렛을 만들어내는지 그 신비로운 세계로 들어가 보자.
펠렛의 정의와 효용성
펠렛은 액체상태와 같은 유동성 높은 물질을 단단한 고체 알갱이 즉 과립형태로 만든 것을 의미한다.
이같은 펠렛은 비교적 사이즈가 적기 때문에 신속 냉동이 가능해 초저온 처리에도 불구하고 박테리아와 같은 내부의 물질들이 큰 손상을 받지 않는다는 점이 특징이다. 요거트나 치즈, 생 소시지에 펠렛기술을 사용할 수 있는 것도 이같은 이유 때문이다.
이에 따라 유산균 등과 같은 배양균은 실질적으로 아무런 문제없이 저장되며 배에 싣고 이동한다고 해도 숙성공정을 거친 신선한 냉동 펠렛으로 사용 가능하다.
특히 놀라운 점은 초저온 질소를 통해 펠렛화되면 내부의 습기가 사라지고 매우 건조해지기 때문에 실온에서조차 상당시간 보관할 수 있다는 것이다. 표면적이 넓은 펠렛도 건조되는 시간은 매우 짧다.
또한 펠렛은 오직 저온상태에서만 고유의 특성을 간직하며 반드시 손쉽게 1회 사용량을 분리할 수 있어야 하는 과산화물 등과 같은 화학물질에도 많은 잇점을 제공한다. 이미 언급된 2가지 조건을 충족시키는 것은 물론 가능한 모든 화학적 반응이 처음부터 끝까지 신속하게 진행되도록 보조해주는 역할도 수행한다. 모든 지점에서 반응이 동시에 일어남으로서 예기치 못한 부산물로 인해 지엽적인 과민반응을 자제 시킬 수 있는 것이다.
펠렛설비, 식품용과 화학물질용으로 구분
펠렛장비는 크게 식품, 바이오, 의약품 등 인체에 영향을 미칠 수 있는 분야와 인체의 유해성보다는 최대한 신속한 과립화가 관건인 화학물질용 등 2가지로 구분된다.
먼저 전자의 경우에는 초저온질소가 통과하고 있는 판넬(파이프)위로 액상물질을 한방울씩 떨어뜨리는 방식을 채택한다. 초저온 질소가 거의 직접적인 영향을 미치기 때문에 액상물질은 떨어지는 즉시 냉각되고 펠렛모양을 갖추게 되는 것이다. 이후 펠렛은 컨베이어 밸트를 통해 초저온질소의 영향권에서 벗어나 유닛 외부로 이동시켜 적정량에 따라 포장에 들어간다. 단지 주의할 점은 펠렛이 원형이기 때문에 이를 이동시키는 컨베이어는 반드시 미끌어지지 않는 재질로 제작되어야만 한다.
반면 후자의 경우에는 프로펠러를 통해 초저온질소를 신속하게 이동시킬 수 있도록 하기 위해 특별히 제작된 냉각튜브가 사용된다. 구체적으로 식품용 펠렛이 한방울씩 떨어뜨리는데 비해 이 방식은 액상물질을 매우 빠르게 흐르고 있는 초저온질소 파이프 위로 노즐을 통해 분사시킨다. 이때 액상물질은 초저온질소의 영향권에 들어가는 순간 작은 알갱이로 나뉘어 펠렛화 되는 것이다. 펠렛이 완성되면 마찬가지로 컨베이어 밸트를 사용, 유닛 외부로 이송되고 초저온질소는 펌프의 작용으로 계속해서 튜브내부를 맴돌게 된다.
규격화된 펠렛의 대량생산도 가능
어쨌든 이 두가지 방식 모두 펠렛의 대량생산이 가능하다. 예를 들어 식품용은 시간당 1백50㎏의 거의 완벽하게 정형화된 펠렛을 생산해 낼 수 있고 필요에 따라 약 10배까지 생산량을 증대시킬 수도 있다. 이에 비해 화학물질용은 시간당 3백㎏이상을 생산, 생산량에서는 식품용에 앞서지만 펠렛의 모양이 일정하지 않기 때문에 미세한 제품을 원하는 경우에는 사용하지 않는 것이 좋다.
그러나 식품용, 화학물질용 두가지 기술은 공이 액체질소의 증발 엔탈피(enthalpy)를 활용해 펠렛을 만들어낸다는 점에서 공통점을 지니고 있다.
최근에는 이 두가지 펠렛유닛을 능가하는 장비가 출현했는데 화학물질용 유닛을 능가하는 생산량을 보이면서도 매우 일정한 크기의 펠렛을 만들어내고 있다. 일례로 메싸에서 제작한 'Cryogen Rapid Pelletizert(그림 1)'가 이러한 최신 흐름을 주도하고 있는 제품으로 실제 과일주스를 냉동과립형태로 만들 수 있는 것도 바로 이러한 신개념 펠렛유닛의 개발에 따른 쾌거라고 볼 수 있다.
이 제품은 별도로 제작된 펌프에 의해 -196℃의 초저온질소를 판넬위로 흘려보내고 이 질소위로 액상물질을 직접 투입한다. 이 과정에서 액상물질은 즉시 펠렛화되고 잠깐동안 질소와 함께 흘러가다가 컨베이어 벨트에 이르러 펠렛은 컨베이어 벨트로 초저온질소는 별도의 공간으로 분리된다. 물론 이때도 컨베이어벨트는 유닛 내부에 존재하며 펠렛은 증발된 질소에 의해 완벽하게 냉동된다.
