KR100702903B1 - 해양 심층수를 이용한 식초제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식초를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 해양 심층수를 탈염처리한 미네랄 수를 이용하여 미네랄 함량이 풍부한 식초(食醋)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃ 가온 처리, 핵자기공명(核磁氣共鳴)의 ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅) 값이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; Micro-clustered water)로 처리를 한 다음, 한외여과(Ultrafiltration:UF)나 정밀여과(Microfiltration; MF)를 하여 오염지수(Fouling factor; FI)가 4.0 이하로 처리한 것을 나노여과(Nano Filtration)와 2단 역삼투여과(Reverse osmosis filtration)를 하여 담수화한 해양 심층수에 소금제조공정에서 배출되는 미네랄 염(간수)에 칼슘 제와 유기미네랄 착염(錯鹽)을 생성할 수 있는 유기산 첨가제를 가하여 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스가 조정된 유기성 미네랄 착염(錯鹽)을 주입하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수를 식초제조공정에 사용하여 미네랄 함량이 풍부한 식초를 제조한다.

해양 심층수를 이용하여 제조된 식초는 미네랄 함량이 풍부하게 함유되어 있으면서 맛이 향상되는 효과가 있기 때문에 식초제조분야에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

해양 심층수, 식초, 미네랄, 나노여과, 역삼투 여과, 핵자기공명(核磁氣共鳴), 소집단수(Micro-clustered water)

Description

해양 심층수를 이용한 식초제조방법{The vinegar manufacturing method that used deep sea water}

도 1은 해양 심층수처리공정도

도 2는 물 분자의 소집단화처리공정도

도 3은 막걸리제조공정도

도 4는 알코올발효공정도

도 5는 식초제조공정도

도 6은 회분식 초산발효공정도

도 7은 연속식 초산발효공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1; 전자처리수조(電子處理水槽) 2; 전극

3; 절연체(絶緣體) 4; 스테인리스강판(導體)

5; 기초 콘크리트(Concrete)구조물 6; 접지

7; 정전압(靜電壓)발생장치(Electron charger)

7a; 가변저항 7b; 접지

7c; 1차 권선 7d; 철심

7e; 2차 권선 8; 중간처리수 저장조

9; 자화기 공급펌프 10; 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器)

11; 소집단수 저장조 12; 소집단수 이송펌프

13; 1차 발효기 14; 1차 발효기 교반기

15; 냉각 및 가온 재킷(Jacket) 16; 단열재(Insulation)

17; 1차 발효액 이송펌프 18; 1차 발효기 냉각기(Cooler)

19; 2차 발효기 20; 2차 발효기 교반기

21; 냉각 재킷 22; 2차 발효액 이송펌프

23; 2차 발효기 냉각기 24; 초산발효 및 침전조

25; 레이크(Rake) 26; 충전탑(充塡塔)

27; 충전물 28; 분무노즐(Spray nozzle)

29; 배기 팬(Fan) 30; 미생물 슬러지 저장조

31; 미생물 슬러지 이송펌프 32; 발효초산액 저장조

33; 발효초산액 이송펌프 34; 초산발효조

35; 침전조 36; 레이크

37; 미생물 슬러지 반송펌프 38; 미생물 활성화조

39; 충전탑 40; 충전물

41; 발효초산액 저장조 42; 발효초산액 이송펌프

43; 송풍기(Air blower)

본 발명은 해양 심층수를 이용하여 식초(食醋)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃ 가온 처리, 핵자기공명(核磁氣共鳴)의 ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅) 값이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; Micro-clustered water)로 처리를 한 다음, 한외여과(限外濾過)나 정밀여과(情密濾過)를 하여 오염지수(Fouling factor; FI)가 4.0 이하로 처리한 것을 나노여과(Nano Filtration)와 2단 역삼투 여과(RO filtration)를 하여 담수화한 해양 심층수에 소금 및 미네랄 염 제조공정에서 배출되는 미네랄 염(간수)에 칼슘 제와 유기미네랄 착염(錯鹽)을 생성할 수 있는 유기산 첨가제를 가하여 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스가 조정된 유기성 미네랄 착염(錯鹽)을 주입하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수를 식초제조공정에 사용하여 미네랄 함량이 풍부한 식초를 제조하는 방법에 관한 것이다.

막걸리는 탁주(濁酒), 농주(農酒), 재주(滓酒), 회주(灰酒)라고도 하며, 한국에서 역사가 가장 오래된 술로, 빛깔이 뜨물처럼 희고 탁하며, 6∼7도로 알코올 성분이 적은 술이다.

막걸리는 각 지방의 관인(官認) 양조장에서만 생산되고 있으며, 예전에는 농가에서 개별적으로 제조한 것을 농주라 하였고, 고려시대부터 알려진 대표적인 막걸리로 이화주(梨花酒)가 있는데, 가장 좋은 막걸리용 누룩은 배꽃이 필 무렵에 만든다 하여 그렇게 불렀으며, 조선양조사에 의하면“ 처음으로 대동강(大同江) 일대 에서 빚기 시작해서, 국토의 구석구석까지 전파되어 민족의 고유주(固有酒)가 되었다.”라고 씌어 있다.

제조방법은 주로 찹쌀 ·멥쌀 ·보리 ·밀가루 등 녹말성분을 찐 다음 수분을 건조시켜(이것을 지에밥이라고 한다) 누룩과 물을 섞고 일정한 온도(36∼38℃)에서 발효시킨 것을 청주를 떠내지 않고 그대로 걸러 짜내며, 옛날 일반 가정에서는 지에밥에 누룩을 섞어 빚은 술을 오지그릇 위에 ‘井’ 자 모양의 겅그레를 걸고 그 위에 올려놓고 체에 부어 거르면 뿌옇고 텁텁한 탁주(濁酒)인 막걸리가 되며, 이때 찹쌀을 원료로 한 것을 찹쌀 막걸리, 거르지 않고 그대로 밥풀이 담긴 채 뜬 것을 동동주라 하며, 좋은 막걸리는 단맛 ·신맛 ·쓴맛 ·떫은맛이 잘 어울리고 감칠맛과 시원한 맛이 있는 것으로서, 땀 흘리고 일한 농부들의 갈증을 덜어주어 농주로서 애용되어 왔다.

누룩곰팡이는 빛깔에 따라 황국균(黃麴菌) ·흑국균(黑麴菌) ·홍국균(紅麴菌) 등이 있는데 막걸리나 약주에 쓰이는 것은 주로 황국균이며, 누룩은 크게 떡누룩(餠麴)과 흩임누룩(神麴)으로 나눌 수 있으며, 병국은 다시 곡물을 가루 내어 덩어리로 만든 분국(焚麴)과 곡물을 거칠게 갈아 만든 조국, 그리고 약초를 넣어 만든 초국(草麴)으로 나누며, 그리고 누룩에 맥아(麥芽)를 섞는 경우도 있으며, 한편 곡물의 낱알이 흩어져 있는 누룩을 흩임누룩이라 하며, 병국에 번식하는 곰팡이는 내부까지 기어드는 발효형이고 거미줄곰팡이(Rhizopus nigricans), 효모, 털 곰팡이도 많으며, 신국에 번식하는 곰팡이는 표면에만 번식하는 호흡형이고, 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae)가 많으며, 분국(焚麴)은 약주용, 조국은 탁주용 ·소주용 으로 쓰인다.

막걸리제조공정에서 사용하는 누룩은 술을 만드는 효소를 갖는 곰팡이를 곡류에 번식시킨 것으로 50여 종의 누룩곰팡이(green mold)가 알려져 있으며, 이 중에서 녹말을 당화(糖化)하는 대표적인 누룩곰팡이 백국균(白麴菌)은 흑국균 (黑麴菌)에서 변이(變異)된 변이주(變異株)의 일종인 아스페루기루스 가와지(Aspergillus. Kawachii)를 사용하며, 생육 적온은 25∼26℃이며, 생성되는 유기산(有機酸)은 코지산(Kojic acid), 글루콘산(Gluconic acid) 등이고, 효소(酵素)는 아밀라아제(Amylase), 말타아제(Maltase), 인베르타아제(Invertase), 셀룰라아제(Cellulase), 이눌리나아제(Inulinnase)와 그 밖의 단백질분해효소(Protease) 등이며, 이 중에서 아밀라아제의 작용으로 녹말을 당화(糖化)한 후 알코올로 발효를 하는 대표적인 미생물이다.

아스페르길루스 종(Aspergillus spp.)은 토양 중에서도 미네랄(Minerals)공급이 충분하였을 때 활발한 대사활동을 하는 미생물로 자연계에는 주로 화강암질 암석의 표면이나 미네랄용출이 용이한 유문암(流紋岩)이나 대사이드(Dacite)질 산성 화산회토(火山灰土) 등의 토양에 널리 분포되어 있다.

그리고 맥아식초, 사과식초, 양조식초, 알코올식초와 같은 발효식초제조공정에서 알코올성분을 산화하여 초산(醋酸)을 생성하는 아세트산 균(Acetobacter)은 그람음성 호기성 세균으로 공기가 풍부한 액면(液面)에서 잘 번식하며, 공기 중의 산소를 이용하여 알코올을 아세트산으로 변화시키는 아세트산발효를 일으키며, 아세트산 균의 생육 최적온도는 20∼30℃이며, 알코올 농도가 5∼10％의 범위에서 활 발한 대사활동을 한다.

전술한 알코올발효에 관여하는 백국균과 같은 아스페르길루스 종(Aspergillus spp.)의 미생물이나 초산(醋酸)을 생성하는 아세토박터 종(Acetobacter spp.)과 같은 미생물은 충분한 미네랄이 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 특성이 있다.

특히 아스페르길루스 니거(Aspergillus niger)나 아세토박터 종(Acetobacter spp.)은 세포막이나 세포질 내에 미네랄 함량이 높기 때문에 바이오 미네랄 미생물(Bioㅡmineral bacteria)이라고도 부르며, 이와 같은 미생물들을 수 중에서 활발한 대사활동을 할 수 있도록 미네랄용출이 용이한 유문암이나 대사이드질의 화산회토가 해양성 동·식물의 사체나 해양성 규조류와 함께 퇴적한 부식토(학자들은 이를 "활성부식물질 또는 활성화된 부식물질"이라 함)와 유문암이나 대사이드질의 부석(浮石; Pumice)을 충전(充塡)한 생물반응기(Bio-reactor)를 수중에 설치하여 이들의 미생물의 대사활동을 활발하게 하여 발효를 촉진하는 방법을 BMW(Bio-Mineral Water system) 공법이라 하여 미생물발효와 하·폐수처리 분야에 널리 이용되고 있다.

칩(Chip) 상태의 나무 조각과 부석(浮石)을 하부가 트인 원통 자기 충전탑(充塡塔)에 충전시키고 막걸리 원액을 탑의 상부로 살수(撒水)·순환하면 액은 충전물의 표면을 흘러 내려가 탑 하부로부터 상승하는 공기와 접촉하면서 발효를 하면 아세트산균에 의하여 아세트화 되면서 정치법에 비하여 현저하게 양조 일수가 단축된다.

그리고 일본 흑초(黑酢) 생산으로 유명한 가고시마현(鹿島懸) 후쿠야마초(福山町)는 기온(氣溫)이 년간 20℃ 이상 되면서 키리시마 화산대(霧島火山)에서 분출한 유문암내지 대사이드질의 화산재와 부석이 퇴적한 백사층(白砂層)에서 용출되는 약알칼리성의 경수(硬水)로 초를 생산하기 때문에 타지역에서 생산되는 흑초에 비해서 품질이 월등히 우수한 것으로 알려져 있으며, 이와 같은 사실은 아세트산 균(Acetobacter)이 생육할 수 있는 환경조건이 최적의 상태이기 때문이다.

명주(名酒)는 좋은 물(名水)이 용출되는 지역에서 생산된다는 사실은 널리 알려진 사실이며, 식품의 가공 및 제조에서는 수질이 미치는 영양은 매우 크며, 녹차나 밥을 짓는 물은 경수(硬水)에 비해서 연수(軟水)가 좋으며, 반면에 양조(釀造)와 발효식초와 같이 발효식품을 제조하는 경우는 연수보다는 경수가 좋다.

이와 같은 사실은 대부분의 발효미생물은 미네랄공급이 충분하였을 때 활발한 대사활동을 하기 때문이다.

그러면 좋은 막걸리를 제조하기 위한 조건을 검토하면 다음과 같다.

① 전분을 발효하여 알코올을 생산하는 주역 균인 백국균(Aspergillus. Kawachii)의 생육 적온은 26℃에서 물의 경도는 100∼1,000㎎/ℓ의 경수에서 활발한 대사활동을 한다.

② 수 중에서 NaCl은 짠맛을 나게 하며, 마그네슘(Mg)은 쓴맛을, 칼륨(K)은 신맛을, 황산 이온(SO₄ ^{2 -})은 산미(酸味)를 나게 하여 맛을 떨어뜨리게 하는 반면에 칼슘(Ca)성분은 물맛을 부드럽게 하여 맛을 좋게 하며, 그리고 미네랄성분 중에서 1일 칼슘의 필요소요량은 600∼700㎎, 마그네슘은 필요소요량은 250∼320㎎으로 칼슘이 마그네슘에 비해서 약 2배 정도 소요량이 높다.

그래서 미네랄밸런스는 Ca/Mg의 중량비가 2.0 이상 되는 것이 좋으며, 철분(Fe), 망간(Mn), 유기물, 암모니아성 질소, 아초산성(亞硝酸性) 질소, 취기(臭氣) 등은 막걸리 맛을 저하하기 때문에 가능한 존재하지 않은 용수를 사용하는 것이 바람직 하지만 다음 표 1의 양조용수의 수질기준에 적합한 용수를 사용하도록 한다.

표 1. 막걸리 용수로서의 조건

항목	내용
색채(色彩)	무색 투명하여야 한다.
취기(臭氣)	이취(異臭)가 나지 않아야 한다.
맛	특별한 맛이 나지 않아야 한다.
핵자기공명17O_NMR 반치폭의 값	45∼60㎐ 범위의 물이 좋다.
pH	7.3∼7.5의 약알칼리성의 물이 좋다.
철분(Fe)	0.02㎎/ℓ이하, 가능한 존재하지 않을 것이 좋다.
망간(Mn)	0.02㎎/ℓ이하, 가능한 존재하지 않을 것이 좋다.
유기물	5 ㎎/ℓ이하가 되어야한다.
아초산성질소(NO2 -)	검출되지 않은 것이 좋다.
암모니아성 질소(NH4 +)	검출되지 않은 것이 좋다.
나트륨(Na+)	200 ㎎/ℓ이하가 되어야한다.
염소(Cl-)	250 ㎎/ℓ이하가 되어야한다.
황산 이온(SO4 2 -)	250 ㎎/ℓ이하가 되어야한다.
경도	100∼1,000㎎/ℓ범위의 물이 좋다.
Ca/Mg 중량비	2.0∼6.0 범위의 물이 좋다.
균 수	0.5마리/㎖ 이하가 되어야한다.

③ 물 분자의 수소결합(水素結合)으로 이루고 있는 집단(Cluster)은 6개 이하의 소집단수(Micro-clustered water)로 처리된 물이 표면장력(表面張力)이 낮으면서 세포에 침투력이 좋아 미생물의 대사활동을 활발하게 하면서 인체 건강에도 좋기 때문에 사용하는 용수는 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR) ¹⁷O_NMR 반치폭(半値幅)의 값이 45∼60㎐ 범위로 처리를 한다. (핵자기공명의 ¹⁷O_NMR 반치폭의 값이 45∼60㎐인 물 분자 집단의 수(數)는 1/10의 값인 4.5∼6개의 집단수(集團水)로 판명되었음)

④ 사용하는 원료인 누룩과 녹말성분(백미, 현미, 옥 분, 밀가루, 감자 또는 고구마의 전분)은 품질이 우수하면서 균일한 제품을 사용하도록 한다.

⑤ 기타 운전조건(운전시간 등)을 최적의 조건으로 한다.

그리고 좋은 식초를 생산하기 위한 조건을 검토하면 다음과 같다.

막걸리를 발효하여 식초를 생산하는 주역 균인 아세토박터 종(Acetobacter spp.)의 생육 적온은 20∼30℃이며, 물의 경도는 1,700㎎/ℓ 이상의 경수에서 활발한 대사활동을 하는 그람음성 호기성 세균으로 용존산소(Dissolved oxygen; DO)의 농도가 2㎎/ℓ 이상의 호기성 조건에서 산소를 이용하여 알코올을 아세트산으로 변화시키는 아세트산발효를 일으키며, 또한, 알코올 농도가 5∼10％의 범위가 아니면 균이 발육하지 않고, 생성된 아세트산 농도가 10％ 이상이 되면 대사활동이 둔화(鈍化) 되므로, 발효온도는 36∼38℃ 범위에서 물의 경도는 1,700㎎/ℓ 이상, 용존산소의 농도는 2㎎/ℓ 이상, 알코올 농도가 5∼10％의 범위에서 운전 도록 한다.

나머지 조건은 전술한 막걸리제조의 ②항에서 ⑤항까지의 조건과 동일하다.

수심 200m 이하의 해양 심층수와 표층해수는 표 2의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석 치"에서 보는 봐와 같이 염분(NaCl)의 농도와 대부분의 미네랄 농도는 비슷하나, 영양염류(질산태질소, 인산, 규소), 생균 수, 수온은 상당한 차이 가 있다.

해양 심층수의 수온은 계절을 통해서 연중 거의 일정하며, 해면 표층수의 수온은 16~28℃이지만, 수심 374m 심층수의 수온은 9℃로 저온 안정성을 나타내는 특성으로 플랑크톤, 미생물, 특히 병원성 세균 등이 적은 청정성(淸淨性)이 있다.

해양 심층수는 일반 세균 외 병원성 대장균과 바이러스 등 10종류의 세균의 검사에서도 검출되지 않았으며, 총 생균 수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1 정도로 위생적으로 매우 안전한 물이다.

표 2. 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석 치

	항목	해양 심층수	표층 해수
일반항목	수온（℃）	9	16.5～24.0
	pH	7.3∼7.5	7.85
	DO 용존산소 (mg/ℓ)	7.80	8.91
	TOC 유기 탄소 (mg/ℓ)	0.962	1.780
	용해성 증발잔류물(mg/ℓ)	40750	37590
	M-알칼리도 (mg/ℓ)	114.7	110.5
주요원소	Cℓ 염화물이온(wt%)	2.237	2.192
	Na 나트륨 (wt%)	1.080	1.030
	Mg 마그네슘 (wt%)	0.130	0.131
	Ca 칼슘 (mg/ℓ)	456	441
	K 칼륨 (mg/ℓ)	414	399
	Br 취소 (mg/ℓ)	68.8	68.1
	Sr 스트론튬 (mg/ℓ)	7.77	7.61
	B 붕소 (mg/ℓ)	4.44	4.48
	Ba 바륨(mg/ℓ)	0.044	0.025
	F 불소 (mg/ℓ)	0.53	0.56
	SO₄(mg/ℓ)	2833	2627
영양염류	NH₄ 암모니아태질소 (mg/ℓ)	0.05	0.03
	NO₃ 질산태질소 (mg/ℓ)	1.158	0.081
	PO₄ 인산태인 (mg/ℓ)	0.177	0.028
	Si 규소 (mg/ℓ)	1.89	0.32
미량원소	Pb 납 (μg/ℓ)	0.102	0.087
	Cd 카드뮴 (μg/ℓ)	0.028	0.008
	Cu 구리 (μg/ℓ)	0.153	0.272
	Fe 철 (μg/ℓ)	0.217	0.355
	Mn 망간 (μg/ℓ)	0.265	0.313
	Ni 니켈 (μg/ℓ)	0.387	0.496
	Zn 아연 (μg/ℓ)	0.624	0.452
	As 비소 (μg/ℓ)	1.051	0.440
	Mo 몰리브덴(μg/ℓ)	5.095	5.555
균 수	생균수(개/ml)	10²	10³∼10⁴

※상기 분석 치는 일본 고우치현(高知縣)의 무로도 등대(室戶岬) 동쪽 해저 374m의 해양 심층수와 표층해수를 취수하여 분석한 분석 치이다.

또한, 해양 심층수에는 표층수에 비해서 약 5∼10배의 무기영양염류가 포함되어 있으면서 발효미생물의 생육에 필요한 주요원소가 70종류를 넘는 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있으면서 인체에 해가 될 수 있는 동, 비소, 크롬과 같은 성분은 극히 소량 포함되어 있으면서 미네랄밸런스(Mineral balance)가 적절한 특성이다.

그리고 해양 심층수는 긴 세월동안 심해의 저온·고압의 상태에서 장기간 동안 숙성되어 유기물의 함량이 적으면서 pH는 발효미생물의 생육에 적합한 7.3∼7.5의 약알칼리 상태로, 해양 심층수에서 염분만 제거한 다음, 미네랄밸런스만 적절히 조정하면 막걸리나 식초제조에 사용하는데 아주 적합한 용수로 사용할 수 있다.

좋은 막걸리와 막걸리에서 좋은 식초를 제조하기 위해서는 좋은 원료와 좋은 물을 사용하여 최적의 운전조건에서 제조하여야 하는데, 종래의 막걸리 제조방법으로는 대한민국 특허 공고번호 1991-0004645호, 공고번호 1975-0000328호, 공고번호 1994-0011531호, 공고번호 1992-0002889호, 등록번호 10-0400880호와 식초의 제조방법으로는 등록번호 10-0479663호 등의 기술이 제시되어 있으나, 이들 모든 기술은 제조방법의 개선, 원료제조 및 운전방법 등의 개선방법 등이 제시되어 있으나 용수의 미네랄밸런스를 조정 내지는 처리에 관한 기술이 제시되지 않았기 때문에 이들 방법에 의해서 생산된 막걸리와 식초는 생산되는 지역의 수질조건에 따라서 제품의 품질의 차이가 있는 문제점과 막걸리의 맛이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 식초의 제조를 수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 탈염처리 후 미네랄밸런스를 조정한 용수를 사용하여 미네랄 함량이 높으면서 양질의 식초와 식초 음료를 제조하는 방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 막걸리를 제조하는데 있어서, 수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 물 분자의 집단을 소집단화한 후 탈염처리한 다음, 미네랄밸런스를 조정하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수인 미네랄 수를 생산하는 단계, 막걸리를 제조하는 단계, 제조된 막걸리를 이용하여 식초를 제조하는 단계, 식초를 이용하여 음료수를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

먼저, 해양 심층수의 특징을 검토하면, 수심 200m이하의 해양 심층수는 표층의 해수와는 달리 태양 광이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton)을 증식하지 못하기 때문에 표층의 해수에는 없는 고영양성(高榮養性), 청정성(淸淨性), 저온안정성(低溫安定性), 미네랄밸런스특성 등의 특징이 있다.

1. 고영양성(高榮養性)

태양 광이 닿지 않는 심해에서는 표층의 해수와는 달리 플랑크톤(Plankton)에 의한 광합성은 거의 행해지지 않기 때문에 표층의 해수에서는 광합성에 의해서 소비되는 무기 영양염류(질소, 질산염, 인산염, 규소)의 소모가 없으며, 광합성 활 동을 할 수 없기 때문에 유기물이 적고 표층으로부터 침강한 생물의 사체 등의 유기물로부터 다량의 영양염류가 분해·용출되며, 이를 이용하는 플랑크톤이 없기 때문에 영양염류(榮養鹽類)의 농도가 높게 존재한다.

2. 청정성(淸淨性)

태양 광이 닿지 않는 심해에서는 플랑크톤이 적기 때문에 어류 등의 생물이 적으면서 병원성 미생물이 거의 존재하지 않으며, 또한, 육지나 대기로부터의 오염물질에 의한 오염의 가능성도 표층수에 비해 극히 적기 때문에 매우 깨끗하다.

3. 저온안정성(低溫安定性)

해양 심층수는 온도와 염분농도의 차이로부터 표층수와 서로 섞이는 일이 없이 저온 고압상태에서 수온의 변화가 지극히 안정되어 있는 특징이 있다.

4. 미네랄 특성

해양 심층수에는 70여 종류의 다종다양한 필수 미네랄이 함유되어 있다.

해양 심층수에 용해되어 있는 미네랄은 상기와 같은 특징이 있기 때문에 위생적으로 안전하면서, 발효미생물의 생육에 필요한 다양한 미네랄성분이 함유되어 있다.

그리고 해양 심층수를 막걸리 및 식초제조의 용수로 이용하기 위해서 고려하여야 할 사항은 다음과 같다.

1. 붕소화합물을 음용수 기준치 0.3㎎/ℓ 이하로 처리하여야 한다.

해양 심층수에는 붕소가 4∼5㎎/ℓ범위로 함유되어 있으면서 붕산(H₃BO₃)의 형태로 존재하며, 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 나노여과 및 역삼투 여과에 의해서는 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어렵기 때문에 pH를 9∼11로 알칼리(Alkali)처리를 하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환하여 역삼투 여과(Reverse osmosis filtration)에 의해서 처리한다.

수중의 붕산은 알칼리처리를 하면 다음과 같은 ①의 반응에 의해서 겔 상태의 폴리 붕산으로 전환된다.

B(OH)₃ + OH^_ → [B(OH)₄]^- → [B₃O₃(OH)₄]^- → [B₄O₅(OH)₄]^2-→ [B₅O₆(OH)₄]^- …①

2. 미네랄밸런스(Mineral balance)가 적합하여야 한다.

미네랄성분의 칼슘(Ca)/마그네슘(Mg)의 중량비가 2 이상이 되면서 황산 이온(SO₄ ^{2 -})의 농도가 낮은 것이 바람직 하지만, 표 1에서 보는 바와 같이 해양 심층수에는 Ca/Mg의 무게 비가 0.35로 칼슘에 비해서 마그네슘의 함량이 월등히 높으면서 황산 이온의 농도가 약 2,800㎎/ℓ정도로 높게 존재하기 때문에 Ca/Mg의 밸런스의 조정과 황산 이온을 최대한 제거한 미네랄 염을 이용하여 경도(硬度)를 100∼1,000㎎/ℓ범위로 조정한 미네랄 수를 막걸리제조의 용수로 사용하며, 식초제조공정에서는 경도를 1,500∼2,000 ㎎/ℓ범위로 조정한다.

3. 핵자기공명(NMR; Nuclear Magnetic Resonance) ¹⁷O - NMR 반치폭(半値幅)의 값이 45∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; Microclustered water)로 처리한다.

물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화되면 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 침투력이 향상되어 세포에 흡수력이 증가하면서 미생물의 대사활동을 활발하게 하는 것으로 밝혀 졌다.

핵자기공명(核磁氣共鳴; NMR) ¹⁷O - NMR 반치폭(半値幅) 값의 1/10이 물 분자의 집단수(集團數)와 같으며, ¹⁷O - NMR 반치폭의 값이 60㎐ 인 물 분자의 집단수는 6개인 소집단수(小集團水; Microclustered water) 이다.

수돗물의 경우 핵자기공명 ¹⁷O - NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐이며, 해양 심층수의 경우는 75∼80㎐으로 소집단화율이 그리 높지 않은 편이다.

일반적으로 수돗물과 같이 핵자기공명 ¹⁷O - NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐이면서 물 분자의 집단수가 13∼15개로 물 분자의 집단이 큰물을 대집단수(Bound water)라 하며, 반면에 ¹⁷O - NMR 반치폭의 값이 60㎐ 이하인 물 분자의 집단이 6개 이하로 물 분자 집단이 적은 물을 소집단수(Microclustered water)라 한다.

본 발명에서는 물 분자의 집단을 핵자기공명 ¹⁷O - NMR 반치폭의 값이 45∼60㎐ 범위의 소집단수로 처리를 한다.

이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

Ⅰ. 양조용수제조단계

1. 취수한 해양 심층수를 가온 처리와 물 분자의 소집단화공정

수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 한 다음 물 분자의 집단을 소집단화처리공정의 전자처리수조(1)에 주입하고, 정전압발생장치(7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,000∼5,000Volt의 전압과 0.4∼1.6㎂의 전류를 인가하여 전극(2)을 중심으로 +와 -의 정전장(靜電場)을 교대로 반복해서 물 분자에 4∼10시간 동안 인가(印加)하면, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단(切斷)되면, 중간처리수저장조(8)로 보내어 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器; 10)로 보내어 도전관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5Volt 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가하여 자화처리를 한 후에 일부는 전자처리수조(1)로 반송하면서 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)이 48∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水; microclustered water)가 생산되면 나머지는 소집단수 저장조(11)로 보내었다가 소집단수 이송펌프(12)에 의해 전처리여과공정으로 보낸다.

중간처리수저장조(8)에서 자화기공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(10)로 보내어 전자처리수조(1)로 반송하는 유량은 유입수 유량의 1∼4배로 한다.

정전압발생장치(7)에서 전자처리수조(1)의 전극(2)에 인가전압은 중간처리수저장조(8)에 설치된 pHI(7.4∼7.8) 및 ORPI(+100㎷ 이하)의 값에 따라서 조정한다.

전자처리수조(1)의 재질은 스테인리스 스틸(Stainless steel)을 사용하며, 내부에는 전도도(電導度)가 높은 목탄(木炭)을 충전(充塡)한 스테인리스 스 틸(stainless steel)의 전극(2)의 망을 설치하고, 하부에는 절연체(3)인 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(3) 하부에는 도체이면서 내식성 재질인 스테인리스강판(4)을 기초 콘크리트(Concrete) 구조물(5) 사이에 설치하며, 스테인리스강판(4)은 땅에 접지(6)한다.

정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器; 10)는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통형 도전관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5Volt 범위의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하면 코일의 내부에는 자기장(磁氣場)이 형성되며, 여기에 물(유체)을 통과하면 물은 소집단수(小集團水)로 처리된다.

그리고 정전압도전관자화기(10) 대신에 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁)된 영구자석을 설치하여도 된다.

그리고 처리수의 용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭)을 충전한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(2)의 망이 내장된 전자처리수조(1)를 다단을 설치하여 처리한다.

본 발명에서와 같이 고압정전압처리와 자화기에 의한 물 분자의 집단을 소집단화하여 소집단수(小集團水)로 처리를 하면 물의 표면장력(表面張力)과 점도(粘度)가 적어지면서 침투력(浸透力)이 향상되어 여과공정에서 여과효율이 향상되면서 각종 미네랄성분은 자화처리되면서 활성화되어 섭취를 하였을 때 흡수율이 우수한 활성미네랄(Activated mineral)이 생성되는 특성이 있다.

그러나 수돗물이나 지하 광천수의 경우 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 100∼150㎐이나 해양 심층수의 경우는 75∼80㎐으로 소집단화되어 있기 때문에 전술한 물 분자의 소집단화과정을 생략하여도 수돗물이나 지하 광천수를 양조용수로 사용하는 것보다는 우수하기 때문에 경제성을 감안하여 물 분자의 소집단화과정을 생략한 공정에 의해서 생산된 해양 심층수를 양조용수로 사용할 수도 있다.

2. 전처리여과공정

전처리여과공정은 모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 후단 나노여과(Nanofiltration)와 역삼투여과(Reverse osmosis filtration)에서 막 막힘(Fouling) 현상이 야기될 수 있는 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한다.

이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 모래여과의 여과속도는 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m로 한다.

이때 취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.

그리고 정밀여과(Micro-filter)와 한외여과(Ultra-filter)는 여과 막의 종류에는 구애받지 않으며, 벤더(Vendor)의 사양에 따라서 여과속도와 압력손실을 고려 하여 펌프(Pump)의 공급압력을 결정한다.

정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 나노여과 및 역삼투 여과공정에 공급하는 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.

FI값은 대상 수중의 미세한 탁질 농도를 나타내는 수치로 다음 ②식으로 표현된다.

FI = (1－T₀/T₁₅)×100/15 …………………………②

여기서 T₀는 0.45㎛의 정밀여과 막을 이용해 시료수를 0.2㎫로 가압 여과했을 때에 최초의 500㎖의 시료수의 여과에 필요로 한 시간이며, T₁₅는 T₀와 동일한 상태에서 15분간 여과한 후에 500㎖의 시료수의 여과에 필요로 한 시간이다.

3. 탈염공정

나노여과 및 역삼투 여과의 막 모듈(Module) 형태는 관형(管形; tubular), 중공사형(中空絲形; hollow fiber), 나선형(螺旋形; spiral wound), 평판형(平板形; plate and frame) 등 어떠한 형태를 사용하여도 상관이 없으며, 그리고 막(膜)의 재질(材質)도 특별히 제한하지는 않는다.

그리고 나노여과 막의 소재로서 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리피페라진아미드(Polypiperazineamide)계, 폴리에스텔아미드(Polyesteramide)계, 혹은 수용성의 비닐폴리머(Vinylpolymer)를 가교 한 것 등을 사용할 수 있으며, 막 구조는 막의 한 면에 치밀층(緻密層)으로 되어 있으며, 치밀 층으로부터 막 내부 혹은 한 면의 막을 향해서 서서히 큰 구멍 지름의 미세 구멍을 가지는 비대칭 막(非對稱膜)이나, 이러한 비대칭 막의 치밀 층 위에 다른 소재로 형성된 매우 얇은 분리기능층(分離機能層)을 가지는 복합 막(複合膜) 등을 사용할 수 있으며, 피페라진 폴리아미드계 복합막이 바람직하지만 본 발명에서는 막의 재질과 구조에는 특별히 제한하지는 않는다.

①. 나노여과공정

전처리여과공정에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 나노여과을 하여 여과되지 않은 황산 이온은 증발농축공정으로 보내고, 여과된 여과 수인 탈황산이온염수는 1차 역삼투 여과공정으로 보낸다.

나노여과 막에서 이온의 투과순서는 양이온의 경우는 Ca^{2 +}≥Mg^{2 +}＞Li⁺＞Na⁺＞K⁺＞NH₄ ⁺ 이며, 음이온의 경우는 SO₄ ^{2 -}≫HCO₃ ^-＞F^-＞Cl^-＞Br^-＞NO₃ ^-＞SiO₂ 이며, 황산 이온(SO₄ ^{2 -})의 경우는 Mg^{2 +}와 Ca^{2 +}보다도 투과하기 어렵다.

1차 나노여과공정에서는 1차 해양 심층수 중에 용해되어 있는 CaCO₃, CaSO₄, SrSO₄와 같이 용해도가 작아 역삼투 여과공정에서 염을 농축하는 과정에, 막(膜)에서 스케일(Scale)이 생성되어 막의 막힘(Fouling) 현상을 최대한 억제하기 위해서 황산 이온(SO₄ ^{2 -})을 제거한 탈 황산 이온 염수를 역삼투 여과공정으로 보내고, 황산 이온 함유 미네랄 수는 소금제조공정으로 보내어 석출(析出)된 황산염(CaSO₄)은 미네랄밸런스 조정제(調整劑)의 제조에 사용한다.

1차 나노여과공정에서 공급압력은 3.5wt%의 염 농도의 해양 심층수 삼투압 25기압(atm)이하의 15∼20기압(atm)으로 하며, 나선형의 경우 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면 이때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.

②. 1차 역삼투 여과공정

1차 나노여과에서 여과된 탈 황산 이온 염수가 1차 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼60기압(atm)으로 여과 막에 공급하며, 나선형 여과 막의 경우 막투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 염분은 99.0∼99.85wt% 범위로 제거되며, 염수는 소금제조공정으로 보내면서 염분이 탈염(脫鹽)된 탈염수는 pH조정공정으로 보낸다.

③. pH조정공정

pH조정공정에서는 알칼리(Alkali)제로 NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃ 중 한 종류를 공급하여 pH를 9∼11의 범위로 조정하여 수중의 붕산성분을 폴리 붕산으로 처리하여 2차 역삼투 여과공정으로 보낸다.

pH조정공정의 운전조건은 pH조정 방법은 교반시간(체류시간)을 15∼30분간, 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러 교반기로 교반하면서 1차 역삼투공정의 탈 염수에 알칼리를 주입하여 pH를 9∼11로 조정한다.

④. 2차 역삼투 여과공정

pH조정공정에서 pH를 9∼11로 조정하여 2차 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력은 10∼20기압(atm)으로 여과 막에 공급하며, 나선형여과 막의 경우 막 투과 수량은 0.6∼0.8㎥/㎡·일로 운전하여 여과되지 않은 붕소 함유 수는 중화처리 후 해저 200m이하의 원래의 위치로 방류하고, 붕소농도를 음료수 기준치인 0.3㎎/ℓ이하로 여과된 탈 붕소수는 미네랄과 첨가제혼합 및 중화처리공정으로 보낸다.

4. 미네랄밸런스조정제 제조공정

나노여과공정에서 배출되는 황산 이온 함유 미네랄 수와 1차 역삼투 여과공정에서 배출되는 염수를 소금제조공정으로 보내어 소금을 생산하면서 배출되는 미네랄 염인 간수(苦汁)에 칼슘(Ca)성분이 많은 소뼈(牛骨), 조개껍질(貝殼), 산호초(珊瑚礁), 소금제조공정에서 석출된 칼슘염(CaSO₄)을 800∼1,200℃로 소성(燒成)하여 300∼400메시(Mesh)로 분쇄한 칼슘분말을 Ca/Mg의 중량비가 2.0∼6.0의 범위로 미네랄밸런스를 조정한 다음, 유기착화합물을 생성할 수 있으면서 인체에 무해한 트레할로스(Trehalose)를 미네랄수 중의 총 미네랄함량에 0.3∼5wt%범위로 주입하고, 젖산(Lactic acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 글루콘산(Gluconic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 pH가 4.5∼5.5의 범위로 첨가하면서 0.5∼2시간 동안 교반하여 미네랄밸런스조정제를 제조한다.

예를 들어 칼슘미네랄의 경우 젖산과 반응은 다음 ③의 반응식과 같이 반응하여 유기미네랄 염을 생성한다.

Ca^{2 +} + 2CH₂CHOHCOOH →Ca(CH₃CHOHCOO)₂ + 2H⁺ ……………………③

5. 미네랄밸런스가 조정된 양조용수의 제조공정

2차 역삼투 여과공정에서 여과된 탈 붕소 수를 중화처리 및 경도조정공정으 로 보내어 소금제조공정에서 배출되는 미네랄 염(간수)에 칼슘 제와 유기착화합물을 생성하는 첨가제를 첨가하여 제조된 미네랄조정제를 첨가하여 막걸리제조와 식초제조에 적합한 용수로 경도를 조정한 다음 막걸리제조공정과 식초제조공정의 용수로 사용한다.

막걸리제조에 사용하는 용수는 경도를 100∼1,000㎎/ℓ범위로 조정하고, 식초제조에 사용하는 용수는 1,700∼2,000㎎/ℓ범위로 조정하며, 살균처리는 산화제(염소나 과산화수소)에 의한 살균처리를 하는 것은 좋지 않기 때문에 가열살균, 자외선살균이나 고압 고주파 정전압처리 중에서 한가지 방법을 선택하여 살균처리를 한다.

Ⅱ. 막걸리제조단계

전분(녹말)은 다음 반응식 ④과 ⑤에 의해서 막걸리가 생산된다.

(C₆H₁₀O₅)_n (녹말) + nH₂O → nC₆H₁₂O₆(포도당) …………………………④

C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 58kcal/mole ………………………………⑤

전술한 바와 같이 좋은 막걸리를 만들기 위해서는 좋은 원료(누룩과 곡류 등)와 좋은 물을 사용하여 최적의 제조방법으로 제조되어야 한다.

양조용수(釀造用水)는 제품의 성분이 될 뿐만 아니라 양조과정 중에서 모든 물료와 효소의 용제가 되며, 수중의 미네랄성분은 발효를 영위하는 미생물의 영양분으로서 중요한 역할을 하며, 특히 주질(酒質)에 미치는 영향은 대단히 크기 때문 에 본 발명에서는 이하 막걸리제조공정에 사용하는 모든 양조용수는 전술한 수심 200m이하에서 취수한 해양 심층수(Deep sea water)를 핵자기공명(核磁氣共鳴; NMR) ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)값이 45∼60㎐로 처리한 후 탈염처리를 한 것에 미네랄 염(간수)에 Ca/Mg의 중량비를 2.0∼6.0으로 칼슘 제를 주입하여 조정한 것에 트레할로스(Trehalose)를 미네랄수 중의 총 미네랄함량에 0.3∼5wt%범위로 주입하고, 젖산(Lactic acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 글루콘산(Gluconic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 5∼20wt%의 수용액을 첨가한 미네랄밸런스조정제를 경도가 100∼1,000mg/ℓ로 주입하여 미네랄밸런스를 조정하면서 pH는 7.3∼7.5로 조정된 해양 심층수를 용수로 사용한다.

1. 누룩의 준비공정

누룩은 크게 병국(餠麴; 떡 누룩)과 신국(神麴; 흩임 누룩)으로 나눌 수 있으며, 병국은 다시 곡물을 가루 내어 덩어리로 만든 분국(焚麴)과 곡물을 거칠게 갈아 만든 조국(粗麴), 그리고 약초를 넣어 만든 초국(草麴)으로 나누며, 한편 곡물의 낱알이 흩어져 있는 누룩을 흩임 누룩이라 하며, 병국에 번식하는 곰팡이는 내부까지 기어드는 발효형으로 거미줄곰팡이(Rhizopus nigricans), 효모, 털 곰팡이가 많으며, 신국에 번식하는 곰팡이는 표면에만 번식하는 호흡형으로 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae)가 많다.

누룩은 떡 누룩이 98%로 대부분이고, 흩임 누룩은 10% 정도이며, 떡 누룩은 가루로 하여 밟은 경우가 80%로 많고 물이나 즙 액에 우려내는 물 누룩의 경우는 20%이고, 또, 누룩에 맥아(麥芽)를 섞은 것을 사용할 수도 있다.

본 발명에서 막걸리제조에서 발효제로 사용하는 누룩은 시중 누룩제조업체에서 제조된 누룩을 사용하여도 무관하지만, 통밀을 분쇄한 것에 탈염처리한 해양 심층수에 Ca/Mg의 중량비를 2.0∼6.0으로 조정한 다음, 트레할로스(Trehalose)를 미네랄수 중의 총 미네랄함량에 0.3∼5wt%범위로 주입하고, 젖산(Lactic acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 글루콘산(Gluconic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 5∼20wt%의 수용액을 첨가한 미네랄밸런스조정제를 경도가 100∼1,000mg/ℓ로 주입하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수를 함수율이 20∼35wt%범위로 살수(撒水)하면서 반죽을 하여 0.8∼1.6㎏의 양으로 보에 보쌈한 것을 누룩 틀에 넣고, 압착하여 원판 또는 네모 판상으로 성형하고 종국(種麴)을 발라서 표면접종을 한다.

종국(種麴)은 백국균(Aspergillus Kawachii), 황국균(Aspergillus oryzae), 흑국균(Aspergillus niger), 아스페르길루스 우사미(Aspergillus usamii), 아스페르길루스 시로우사미(Aspergillus shiro usamii), 아스페르길루스 아와모리(Aspergillus awamori), 라이조푸스 속 (Rhizopus sp.) 등의 종균을 배양한 종국(種麴)을 0.2∼0.25% 범위로 표면접종을 한다.

표면접종 후 24시간이 되면 누룩(曲子) 표면에 흰 균사가 보이며, 이에 따라 품온(品溫)이 상승하고 호흡이 왕성하여져 탄산가스가 집적되므로 매일 또는 격일로 뒤집기와 상, 하단의 바꿔 쌓기를 하여 통풍을 하고 품온을 35℃ 이하로 조절한다.

표면접종 4∼5일 후 황녹색 포자가 보이며, 품온이 40℃ 이상으로 상승하여 곡자의 표면이 건조하기 시작하면 이때 짚 방석을 모두 벗기고 뒤집기를 한다.

표면접종 후 24시간이 되면 곡자 표면에 흰 균사가 보이며, 이에 따라 품온이 상승하고 호흡이 왕성하여져 탄산가스가 집적되므로 매일 또는 격일로 뒤집기와 상·하단의 바꿔 쌓기를 하여 통풍을 하고 품온을 35℃ 이하로 조절한다.

품온관리가 적당치 못하면 털 곰팡이(Mucor), 거미줄곰팡이(Rhizopus) 등의 곰팡이가 번식하고, 곡자의 색이 검어지거나 흑색 반점이 생기고, 곡자의 내부가 흑갈색으로 변패(變敗) 한다.

이후 품온이 점차 내려가며 그대로 방치하였다가 표면접종 후 8∼10일에 출곡하여 후 발효실에서 7일 내외 숙성시키고, 건조실로 옮겨 포개 쌓아서 14일 정도 건조와 숙성을 시킨 다음, 다시 1∼2개월 건조한 저장실에 저장하였다가 사용한다.

곡자의 규격은 0.8kg형과 1.6kg형이 있으며, 당화력(糖化力)은 300 이상 되어야 하며, 함수율은 12wt% 이하가 되어야 한다.

누룩을 사용할 때는 효소의 침출이 잘 되도록 분쇄하여 쓰며, 현재 시판되는 누룩에는 접종한 황국균(Aspergillus oryzae), 흑국균(Aspergillus niger), 백국균(Aspergillus kawachii) 및 아스페르길루스 우사미(Aspergillus usami), 아스페르길루스 시로우사미(Aspergillus shirousamii) 등을 비롯하여 기타 약간의 라이조푸스(Rhizopus), 뮤코르(Mucor), 홍국균(Monascus) 등의 곰팡이와 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae) 형의 탁주 효모와 유산 간균, 유산 구균, 고초균(Bacillus subtilis)을 비롯한 통성혐기성의 바실루스 속(Bacillus sp.)과 기 타 구균 등이 검출된다.

2. 전분질 원료의 준비공정

원료 전분 질은 백미(白米; 쌀), 현미(玄米), 찹쌀, 보리쌀(大麥)과 밀가루(小麥粉), 옥분(玉粉), 고구마나 감자의 전분(澱粉)을 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 사용한다.

양조에 적합한 쌀은 알이 굵고 흡수성이 좋으며 증자(蒸煮)가 용이하고 제국(製麴) 시 국균(麴菌)의 발육상태와 발효 중 당화(糖化)가 양호한 것으로 조단백(粗蛋白) 및 조지방(粗脂肪)의 함량이 적은 햅쌀을 이용하는 것이 좋다.

밀은 그 종류가 많고, 글루텐(Gluten) 함량에 따라 구별하여 사용하고 있으며, 막걸리의 원료는 박력분(薄力粉; 연질이면서 글루텐 함량이 8% 내외인 것)을 사용한다.

① 세정 및 침미, 수절

쌀을 세미(洗米) 하는 세정 및 침미(浸米)의 목적은 쌀의 표면에 붙어있는 먼지 등을 제거하고 적량의 수분을 흡수시키는 데 있으며, 쌀의 침미시간은 정미비율에 따라 다르나 물빼기 후의 흡수비율은 25∼ 28% 내외가 적당하다.

흡수율(%)= [세미 후의 쌀(㎏)/세미 전의 쌀(㎏)] × 100 ………⑥

밀가루(小麥粉), 옥분(玉粉), 고구마나 감자의 전분과 같이 분말인 경우는 반죽이 용이하도록 함수량이 20∼25wt%가 되게 살수(撒水)를 한다.

② 증자(蒸煮) 및 냉각(冷却)

증자의 목적은 수분을 흡수한 쌀에 100∼120℃의 강한 수증기로 전분을 호화 시켜 각종 효소의 작용을 용이하게 하는 데 있으며, 증자 시간은 40∼60분이나 보일러의 성능 등에 따라 조절하며, 20∼30분간 뜸을 드려 증미 중량이 쌀의 35∼42% 증가하도록 한다.

증자된 것을 서늘한 곳에서 상온으로 냉각하며, 이를 "지에밥"이라 한다.

3. 입국공정(粒麴工程)

전분질 원료를 증자(蒸煮)하여 냉각한 지에밥 등에 백국균(白麴菌)을 종국(種麴)으로 사용하여 26∼30℃에서 종국을 인위적으로 번식시킨다.

입국은 전분질 원료를 증자(蒸煮)하여 냉각한 지에밥 등에 곰팡이류(種麴)를 인위적으로 번식시키는 작업으로 입국은 백국(白麴)을 사용하는데, 이는 황국(黃麴)과 달리 산(酸) 생성이 강하므로 술덧(Mash)에서 잡균(雜菌)의 오염을 방지하기 위함이며, 사용하는 백국균(白麴菌)은 흑국균 (黑麴菌)에서 변이(變異)된 변이주(變異株)의 일종인 아스페루기루스 가와지(Aspergillus. Kawachii)를 사용한다.

이때 온도는 26∼30℃로 하며, 32∼35℃가 넘지 않아야 한다.

4. 밑술(酒母)의 제조공정

밑술(酒母)이라 함은 발효를 영위하는 효모를 확대 배양하는 공정으로 밑술은 술덧에 비하여 배지 농도가 진하고(급수를 줄임), 산도가 높으며, 밑술은 전분질 원료를 증자(蒸煮)하여 냉각한 지에밥 등에 종국(種麴)을 접종하여 3∼4일 숙성시킨 입국(粒麴)과 효모 및 누룩(曲子)을 혼합하고, 배양온도는 25∼28℃에서 4∼5일간 발효한다.

백미를 증자한 후 냉각한 지에밥에 누룩과 효모를 혼합하여 밑술을 제조하는 경우 배합비율은 백미 20부에 해양 심층수 28∼30부와 누룩 3∼12부의 비율로 혼합하며, 여기서 "부"는 중량비를 의미한다.

효모는 시중에서 판매되는 우량한 것을 구입하여 사용하는데, 효모는 입국공정에서 누룩곰팡이(백국균)가 잘 배양된 것을 공급하는 경우는 공급을 하지 않아도 되나, 전체용량에 400∼1,000㎎/ℓ로 공급하며, 누룩의 경우도 대용 누룩에 해당하는 입국의 공급량에 따라서 공급비율이 달라진다.

밑술은 다량의 효소(Yeast)와 산(수국밑술; 구연산, 누룩밑술; 젖산)이 존재하여야 하며, 산의 존재에 의하여 잡균의 오염이 방지되며, 나아가서 2차 발효 초기에 있어서 효모증식과 주정생성에서 잡균오염을 방지할 수 있는 역할을 한다.

좋은 밑술을 제조하기 위해서는 발효실과 완전히 분리된 밑술실을 확보하여 잡균이 오염되지 않도록 하고, 불량한 밑술은 변패(變敗)의 우려가 있기 때문에 우량한 효모를 배양하거나 또는 구입하여 사용하여야 한다.

5. 1차 발효공정

1차 발효는 밑술, 입국 및 물을 원료로 담금 하는 것을 말하며, 밑술 제조공정의 제2단계 공정으로서 단계적으로 발효에 필요한 효모를 확대 배양하는 공정이다. 1차 발효의 목적은 입국이 분비(分泌)하는 각종 효소 및 산의 침출(浸出), 입국 자체의 용해당화(溶解糖化), 안전한 상태에서 효모(酵母)를 증식(增殖)하는 것이다.

원료의 혼합비율은 백미(白米)의 경우 백미 100부를 전술한 미네랄밸런스조정제를 경도가 100∼1,000mg/ℓ로 주입하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수로 세미(洗米)를 한 다음, 흡수비율이 25∼28%로 침미(浸米)가 되면 물을 빼고 100∼120℃의 수증기로 40∼60분간 증자(蒸煮)한 후, 20∼30분간 뜸을 드린 다음 상온으로 냉각한 지에밥에 누룩(曲子) 18∼20부와 미네랄밸런스조정제를 경도가 100∼1,000mg/ℓ로 주입하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수 80∼120부의 비율로 혼합한 것을 1차 발효기(13)에 주입하고, 발효액의 온도가 27∼28℃가 될 때까지는 냉각 및 가온 재킷(15)에 온수를 공급하면서 1차 발효기 교반기(14)로 교반하면 전술한 반응식 ④와 ⑤의 반응이 일어나면서 반응열로 인하여 온도가 상승하면 냉각 및 가온 재킷(15)에 냉각수를 공급하면서 1차 발효액 이송펌프(17)를 가동하여 1차 발효기(13)로 반송하면서 토출(吐出) 측의 1차 발효기 냉각기에도 냉각수를 공급하여 1차 발효기(13) TI(Temperature indicator)의 발효온도가 27∼28℃가 유지되도록 하여 4∼6일간 발효한 다음, 2차 발효기(19)로 보낸다.

여기서 "부"는 중량 부를 의미한다..

1차 발효기(13)는 발효 초기에는 가온을 해야하기 때문에 발효기 외부는 단열재(16)로 보온설비를 해야한다.

6. 2차 발효공정

누룩(曲子)만을 사용하는 경우에는 1차 발효가 본 발효가 되고, 입국혼용 또는 전용시는 2차 발효가 본 발효가 되며, 1차 발효한 물료에 급수와 당화효소제(누룩, 조효소제, 정제효소제, 엿기름) 및 지에밥을 잘 혼합하여 2차 발효를 한다.

2차 발효의 온도는 평균 25∼26℃서 15∼20일간 발효를 하며, 2차 발효 후 5시간을 경과하면 물료는 물 (효소가 침출된)을 충분히 흡수함에 따라 당화와 동시 에 주정발효 작용이 활발하여 지면서 물료는 최대로 팽창되었다가 물료의 용해당화(溶解糖化) 및 발효로 인하여 약간 가라앉게 된다.

1차 발효기(13)에서 1차 발효되어 2차 발효기(19)에 공급되면, 백미 65∼70부를 지에밥으로 만든 것, 누룩(曲子) 6∼8부, 엿기름 1.5∼2부, 물 130∼150부로 덧술을 하여, 2차 발효기 교반기(20)로 교반하면 전술한 반응식 ⑤의 반응이 주도적으로 일어나며, ⑤의 반응은 발열반응이기 때문에 반응열에 의해서 적정온도 25∼26℃ 이상이 되면 발효효율이 저하되면서 막걸리의 품질이 저하되기 때문에 냉각 재킷(21)에 냉각수를 공급하면서 2차 발효액 이송펌프(22)를 가동하여 2차 발효기(19)로 순환하면서 발효액의 TI(Temperature indicator)의 온도를 25∼26℃로 유지하면서 15∼20일간 발효를 한 다음 3차 발효공정으로 보낸다. 여기서도 "부"는 중량 부를 의미한다.

상술한 1차 발효기 교반기(14)와 2차 발효기 교반기(20)는 패들(Paddle)형의 교반기로 1차 발효기 교반기(14)는 가온할 때와 온도가 27∼28℃ 이상 상승하는 경우에 가동하며, 2차 발효기 교반기(20)는 온도가 25∼26℃ 이상 될 때 가동하고, 회전속도는 0.5∼2RPM으로 한다.

1차 발효기 냉각기(20)와 2차 발효기 냉각기(23)의 형태는 2중 배관형(Double tube type)으로 하며, 발효액은 냉각기 표면에서 스라임(Slime) 상태의 스케일(Scale)이 생성되면서 열전달효율(냉각효율)이 저하하기 때문에 냉각기에서 발효액의 유속을 3∼6m/sec로 하여야 하며, 1차 발효기(13)와 2차 발효기(19)도 열교환부분은 교반기 끝 부분에 스라임 상태의 스케일을 긁어줄 수 있는 스크레이 핑(Scraping) 설비를 부착하여야 한다.

2차 발효공정을 생략하고, 1차 발효공정을 본 발효로 발효한 것을 숙성공정(3차 발효)으로 보내는 경우는 누룩 가루 15부에 물 40부를 가하여 18시간 정도 두어 미리 물 누룩을 제조한 다음, 백미 100부를 50분간 증자하고 50분간 뜸을 들인 후 냉각된 지에밥과 물 누룩 물 100부의 비율로 발효공정에 주입하여 발효를 하며, 여기서도 "부"는 중량 부를 의미한다.

7. 3차 발효공정

2차 발효 후 온도 14∼16℃에서 4∼20일 동안 숙성하여, 숙성된 막걸리는 식초제조단계로 보낸다.

Ⅲ. 식초의 제조단계

본 발명에서는 재래식 식초발효의 문제점인 이상발효를 방지하고, 품질의 안정화를 기하기 위해서 알코올발효에서 생산된 막걸리를 초산발효조로 보내어 초산발효에 의해서 짧은 발효시간에 양질의 식초를 대량생산하는 방법을 제시한다.

식초는 에틸알코올(C₂H₅OH)을 초산균에 의해 공기 중에서 다음과 같은 반응식 ⑦에 의해서 초산이 생성된다.

C₂H₅OH ＋ O₂(공기) ――초산균―→ CH₃COOH ＋ H₂O ……………⑦

초산균은 그람음성 편성호기성 아세토박터 종(Acetobacter spp.), 아종, 변종(var.)이 분류되며, 초산을 CO₂로 산화시키는 식초생성 균으로는 아세토박터 쉬텐 바하(Acetobacter schuetzenbachii), 아세토박터 어센단스(Acetobacter ascendans), 아세토박터 젠젠늄(Acetobacter gengenum), 아세토박터 메소옥시단스(Acetobacter mesoxydans), 아세토박터 메란누제늄(Acetobacter melanoogenum), 아세토박터 서브옥시단스(Acetobacter suboxydans), 아세토박터 란세스(Acetobacter rances), 아세토박터 오린넨스(Acetobacter orleanence), 아세토박터 자리노이데스(Acetobacter xylinoides), 아세토박터 란센스(Acetobacter rancens), 아세토박터 아세티(Acetobacter aceti) 등이 알려져 있으나, 상업적으로는 주로 아세토박터 아세티(Acetobacter aceti)가 널리 사용되고 있다.

아세토박터 아세티(Acetobacter aceti) 균은 통기 속도를 달리했을 때의 균의 증식 및 기질 소비는 상당한 차이가 있으며, 산의 생성은 정치배양보다 진탕 배양에서 산의 생성속도가 빠르고 상업적인 대량생산에는 아세토박터(Acetobacter) 균주를 이용하고 있다.

막걸리를 발효하여 식초를 생산하는 균인 아세토박터 종(Acetobacter spp.)의 생육 적온은 20∼30℃이며, 물의 경도는 1,700㎎/ℓ 이상의 경수에서 활발한 대사활동을 하는 그람음성 호기성 세균으로 공기가 풍부한 액면(液面)에서 잘 번식하며, 용존산소(Dissolved oxygen; DO)의 농도가 2㎎/ℓ 이상의 호기성 조건에서 산소를 이용하여 알코올을 아세트산으로 산화시키는 아세트산발효를 일으키며, 또한, 알코올 농도가 5∼10％의 범위가 아니면 균이 발육하지 않고, 생성된 아세트산 농도가 10％ 이상이 되면 대사활동이 둔화(鈍化) 되므로, 발효온도는 36∼38℃ 범위에서 물의 경도는 1,700㎎/ℓ 이상, 용존산소의 농도는 2㎎/ℓ 이상, 알코올 농도 가 5∼10％의 범위에서 운전 도록 한다.

특히 아세토박터 종(Acetobacter spp.)은 세포막이나 세포질 내에 미네랄 함량이 높기 때문에 바이오 미네랄 미생물(Bioㅡmineral bacteria)이라고도 부르며, 이와 같은 미생물들을 수 중에서 활발한 대사활동을 할 수 있도록 하기 위해서는 미네랄이 공급되었을 때 활발한 대사활동을 하는 특성이 있다.

1. 초산발효공정

곡류의 녹말질을 알코올 발효에 의해 생성된 막걸리를 아세트산균(Acetic acid bacteria)의 아세트산발효(Acetic acid fermentation)에 의해서 과거 일반가정에서 양조식초(Brewing vinegar)를 생산하는 방법은 오지그릇, 나무통 또는 내산성(耐酸性) 항아리인 초병(醋甁)에 사용 중인 초가 일부 남은 상태(종초로 이용)에서 막걸리를 주입하여 부뚜막에 두어 30℃ 전후에서 보온 정치한 상태에서 정치발효법(靜置醱酵法)에 의해서 식초를 생산하였으나, 이 방법은 액면발효이므로 발효에 요하는 시간이 길면서 산도가 높은 식초를 만들 수 없기 때문에 상업적으로는 이용할 수 없다.

그래서 본 발명에서 짧은 발효시간에 산도가 높은 식초를 생산할 수 있는 방법을 제시한다.

짧은 발효시간에 산도가 높은 식초를 생산하기 위해서는 아세트산 균의 생육조건을 최적의 환경으로 조성해 주어야 한다.

전술한 바와 같이 아세트산 균은 수중에서 용존산소(Dissolved oxygen; DO)의 농도가 2.0㎎/ℓ 이상, 경도는 1,700㎎/ℓ 이상이 되도록 미네랄을 공급해 주어 야하며, 온도는 20∼30℃로, 알코올 농도가 5∼10%의 범위로 환경조건을 조성해주었을 때 활발한 대사활동을 함으로써 짧은 시간에 높은 산도의 식초를 생산할 수 있다.

본 발명에서 초산발효공정은 식초생산용량이 적은 경우는 도 6과 같은 반회분식공정(半回分式工程)을 적용하며, 용량이 큰 경우는 도 7과 같은 연속식 공정을 적용하며, 이의 상세한 내용은 다음과 같다.

① 반회분식 초산발효공정

탈염 해양 심층수에 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스가 조정된 미네랄조정제를 경도가 1,700∼2,000㎎/ℓ범위로 주입하여 제조된 양조용수를 막걸리제조단계에서 제조된 막걸리에 알코올농도가 5∼10wt%의 범위로 희석한 막걸리를 만든다.

경도가 1,700∼2,000㎎/ℓ로, 알코올농도가 5∼10wt%의 범위로 조정한 막걸리를 유문암(流紋岩)이나 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石; Pumice), 원적외선과 마이너스 이온(Minus ion)을 방사(放射)하는 천매암(千枚岩), 전기석(電氣石), 목탄(木炭), 칩(Chip) 상태의 나무 조각의 충전물(27)을 충전(充塡)한 충전탑(26) 상부로 분무노즐(Spray nozzle; 28)을 통해서 분무(噴霧)하면 충전물(27)을 하부로 떨어지면서 충전탑(26) 상부의 배기 팬(29)에 의해 충전탑(26) 하부로부터 대기중의 공기가 흡입되어 공기와 향류접촉(向流接觸) 하면서 막걸리 중의 알코올성분은 아세트산 균(Acetic acid bacteria)에 의해 전술한 반응식 ⑦에서와 같이 초산으로 산화되어 초산발효 및 침전조(30)로 떨어진다.

막걸리의 알코올성분이 초산발효되어 초산발효 및 침전조(24)에 유입되면 미생물 균체와 고형물질이 하부로 침전되면 레이크(Rake; 25)에 의해서 초산발효 및 침전조(24) 하부 콘(Cone) 부분으로 모이면 미생물 슬러지 저장조(30)로 배출한 다음, 미생물 슬러지 이송펌프(31)에 의해 종균(種菌)용으로 유입되는 막걸리와 함께 충전탑(26) 상부로 분무노즐(28)을 통해서 초산발효조 및 침전조(24)에 설치된 용존산소지시계(Dissolved oxygen indicator; DOI)의 용존산소(DO)의 농도가 2∼4㎎/ℓ의 범위가 되게 반송하면서 잉여 미생물 슬러지는 탈수처리하여 탈수 케이크(Cake)는 폐기처분하고, 탈수 여액은 숙성공정으로 보낸다.

그리고 초산발효 및 침전조(24) 상부로 넘치는(Over flow) 월류수(越流水)는 발효초산액 저장조(32)로 보내었다가 발효초산액 이송펌프(33)에 의해서 충전탑(26) 상부로 유입량의 2∼6배의 유량으로 반송하면서 발효초산액 저장조(32)에 설치된 pHIS(pH indicating switch)의 pH의 값이 2∼3이 되면 솔레노이드 밸브(Solenoid valve; S)을 작동하여 숙성공정으로 보낸다.

충전 탑(26)에 충전되는 충전물의 체적은 충전 탑(26) 상부로 공급되는 최대유량을 기준으로 접촉시간이 0.3∼1시간으로 하며, 충전물(27)은 부석 10부에 원적외선과 마이너스 이온을 방사(放射)하는 천매암(千枚岩)이나 전기석(電氣石) 중에서 한 종류를 2∼5부를, 목탄을 2∼5부를, 칩 상태의 나무 조각은 5∼10부를 충전하며, 여기서 "부"는 체적의 비를 의미한다.

충전 탑(26) 상부에 설치된 배기 팬(29)의 용량은 충전 층에서 기체/액체의 질량몰(Mole)비가 1∼2의 비율이 되게 하며, 탑경(塔徑)은 이때 플러딩 점(Flooding point)의 50∼75%가 되게 결정한다.

그리고 초산 종균의 공급은 정상운전상태에서는 공급할 필요가 없으며, 시운전 초기나 트러블(Trouble)이 일어난 비정상상태 운전이 될 때는 다른 식초공장의 미생물을 시딩(Seeding) 하던가, 아세토박터 아세티(Acetobacter aceti)균이 함유된 아세트산 균의 종균 제를 1,500∼2,000㎎/ℓ범위로 공급한다.

② 연속식 초산발효공정

식초 생산용량이 대용량인 경우는 경도가 1,700∼2,000㎎/ℓ로, 알코올농도가 5∼10wt%의 범위로 조정한 막걸리를 초산발효조(34) 전단으로 공급하고, 송풍기(43)로부터 대기 중의 공기를 주입하여 초산발효조(34)의 용존산소의 농도가 2∼4㎎/ℓ의 범위가 되게 폭기를 하면 막걸리 중 알코올이 아세토박터(Acetobacter) 미생물에 의해서 전술한 반응식 ⑦의 반응이 일어나면서 미생물(초산발효균)이 증식하게 되면 침전조(35)로 보내어, 미생물 균체와 고형물질이 침전조(35) 하부에 침전되면 레이크(36)에 의해 침전조(35) 하부 콘 부분으로 모이면 미생물 슬러지 반송펌프(37) 의해서 종균용으로 초산발효조(34)의 부유고형물질의 농도(Mixed liquor suspended solids)가 3,000∼5,000㎎/ℓ범위로 운전되도록 초산발효조(34) 전단으로 반송하면서, 일부는 유문암이나 대사이드질의 부석, 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 천매암, 전기석, 목탄, 칩 상태의 나무 조각의 충전물(40)을 충전한 충전 탑(39)이 내장된 미생물 활성화조(38)로 보내어 송풍기(43)로부터 공기를 충전 탑(39) 하부와 미생물 활성화조(38)에 공급하여 폭기를 하면 미생물 스러지는 충전 탑(39)의 충전물(40)의 충전 층을 순환하면서 미네랄의 공급과 원적외선 및 마이너스 이온의 처리에 의해서 아세트산 균을 활성화한 것을 초산발효조(34) 전단으로 보내어 알코올의 초산화 반응효율을 향상되도록 하며, 잉여 미생물 슬러지는 탈수처리하여 탈수 케이크(Cake)는 폐기처분하고 탈수 여액은 숙성공정으로 보내며, 발효초산액인 침전조(35)의 월류수는 발효초산액 저장조(41)로 보내었다가 발효초산액 이송펌프(42)에 의해서 초산발효조(34) 전단으로 반송하면서 발효초산액 저장조(41)에 설치된 pHIS의 pH의 값이 2∼3이 되면 솔레노이드 밸브(S)를 작동하여 숙성공정으로 보낸다.

초산발효조(34)의 균체의 부유고형물질의 농도(Mixed liquor suspended solids; 이하 "MLSS"라 함)는 3,000∼5,000㎎/ℓ범위로 운전하도록 하며, 미생물먹이부하(Food/Micro-organism; 이하 "F/M"이라 함)는 0.1∼0.3㎏/㎏·일로 하고, 그리고 유입막걸리의 유기물농도(S; ㎎/ℓ)와 유입 유량(Q; ㎥/일)을 고려하여 다음 식⑧에 의해서 초산발효조(34)의 용량(V)을 결정한다.

V(㎥) = (Q×S)/(MLSS×F/M) …………………………⑧

침전조(35)는 깊이는 2∼4m로 하고, 단면적은 수면적부하는 18∼24㎥/㎡·일과 고형물부하를 60∼90Kg/㎡·일 중에서 큰 쪽을 선택하여 표면적(㎡)을 결정하며, 바닥의 경사각은 1/10∼2/10의 구배(句配)로 하며, 레이크(36)의 회전속도는 0.01∼0.05RPM으로 하고, 레이크(36)의 동력은 회전속도와 침전조(35)의 직경을 고려하여 토크(Torque) 계산하여 결정한다.

침전조(35)에서 초산발효조(34)로 반송유량은 유입유량의 50∼100%로 하고, 미생물활성조(38)로 보내는 유량은 유입유량의 100∼150%로 하고, 체류시간은 1∼ 1.5일로 한다.

그리고 충전탑(39)에 충전하는 충전물(40)의 용량은 미생물 활성화조(38)에 유입되는 0.3∼1시간 동안 유량으로 하며, 충전물(40)은 부석 10부에 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 천매암이나 전기석 중에서 한 종류를 2∼5부를, 목탄을 2∼5부를, 칩 상태의 나무 조각은 5∼10부를 충전하며, 여기서 "부"는 체적의 비를 의미한다.

미생물 활성화조(38)와 충전 탑(39) 공급하는 공기는 폭기강도 2.5∼5N㎥(공기)/㎥(조 용량)·시간으로 공급한다.

2. 숙성공정

발효를 끝낸 식초의 거친 맛을 제거하고 식초 고유의 깊은맛이 우러나오게 하기 위해 발효액을 숙성탱크에서 2∼3개월 동안 저온 숙성시켜 맛을 부드럽게 한다.

3. 산도 조정공정

산도(酸度)란 식초 중에 포함되는 각종 유기산의 신맛성분의 비율로 막걸리에서 초산발효를 할 때 4.5∼5.0%의 산도를 나타내며, 식초의 신맛(산도) 정도를 조정하기 위해서 구연산, 젖산으로 산도를 조정한다.

4. 여과공정

여과 전의 식초에는 여러 가지 혼탁한 물질들과 초산 균체로 인한 침전물이 혼합되어 있는 상태여서 정밀 여과기를 하여 맑은 상태의 식초로 만드는 과정이다.

5. 살균, 용기충전, 포장 및 검사공정

80℃ 이상에서 5분간 고온살균, 자외선이나 고압고주파정전압처리에 의한 잔존 미생물을 살균처리한 다음, 병입공정으로 보내어 병이나 용기에 충전 후 온수 조(Pasteurizer)에서 2차 살균처리와 검사공정을 걸쳐 포장하여 제품화한다.

상술한 모든 식초제조공정은 pH가 2∼3의 산성상태에 운전되기 때문에 모든 재질은 내산성(耐酸性) 재질을 사용해야 한다.

식초는 신맛으로 맛을 깔끔하게 하고, 짠맛을 완화하며, 아미노산을 비롯한 각종 유기산이 밸런스를 이루어 풍부하게 함유되어 있어 우유, 꿀, 흑설탕, 알코올 등과 함께 전술한 탈염처리한 해양 심층수, 광천수, 수돗물 중에서 한 종류에 10∼15배 희석하여 음료수로 이용할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 탈염처리한 해양 심층수에 Ca/Mg의 중량비를 2.0∼6.0으로 조정한 다음, 트레할로스(Trehalose),젖산(Lactic acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 글루콘산(Gluconic acid)을 혼합한 수용액을 첨가한 미네랄밸런스조정제를 경도가 100∼1,000mg/ℓ로 주입하여 미네랄밸런스가 조정된 해양 심층수를 막걸리 및 청주와 여기서 제조된 막걸리를 이용하여 생산된 식초는 미네랄농도가 풍부하며 맛이 좋기 때문에 이들 제조분야에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims (3)

1. 수심 200m 이하에서 해양 심층수를 취수하여 탈염한 탈염수의 경도를 조정한 양조용수로 제조된 막걸리로부터, 다음의 각 공정이 순차적으로 이루어지는 식초제조방법.

   1. 초산발효공정

   탈염 해양 심층수에 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스가 조정된 미네랄조정제를 경도가 1,700∼2,000㎎/ℓ범위로 주입하여 제조된 양조용수를 막걸리제조단계에서 제조된 막걸리에 알코올농도가 5∼10wt%의 범위로 희석한 막걸리를 만든다.

   경도가 1,700∼2,000㎎/ℓ로, 알코올농도가 5∼10wt%의 범위로 조정한 막걸리를 유문암(流紋岩)이나 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石; Pumice), 원적외선과 마이너스 이온(Minus ion)을 방사(放射)하는 천매암(千枚岩), 전기석(電氣石), 목탄(木炭), 칩(Chip) 상태의 나무 조각의 충전물(27)을 충전(充塡)한 충전탑(26) 상부의 분무노즐(Spray nozzle; 28)을 통해서 분무(噴霧)하면 충전물(27)을 하부로 떨어지면서 충전탑(26) 상부의 배기 팬(29)에 의해 충전탑(26) 하부로부터 대기중의 공기가 흡입되어 공기와 향류접촉(向流接觸) 하면서 막걸리 중의 알코올성분은 아세트산 균(Acetic acid bacteria)에 의해서 초산으로 산화되어 초산발효 및 침전조(30)로 떨어진다.

   막걸리의 알코올성분이 초산발효되어 초산발효 및 침전조(24)에 유입되면 미생물 균체와 고형물질이 하부로 침전되면 레이크(Rake; 25)에 의해서 초산발효 및 침전조(24) 하부 콘(Cone) 부분으로 모이면 미생물 슬러지 저장조(30)로 배출한 다음, 미생물 슬러지 이송펌프(31)에 의해 종균(種菌)용으로 유입되는 막걸리와 함께 충전탑(26) 상부로 분무노즐(28)을 통해서 초산발효조 및 침전조(24)에 설치된 용존산소지시계(Dissolved oxygen indicator; DOI)의 용존산소(DO)의 농도가 2∼4㎎/ℓ의 범위가 되게 반송하면서 잉여 미생물 슬러지는 탈수처리하여 탈수 케이크(Cake)는 폐기처분하고, 탈수 여액은 숙성공정으로 보낸다.

   그리고 초산발효 및 침전조(24) 상부로 넘치는(Over flow) 월류수(越流水)는 발효초산액 저장조(32)로 보내었다가 발효초산액 이송펌프(33)에 의해서 충전탑(26) 상부로 유입량의 2∼6배의 유량으로 반송하면서 발효초산액 저장조(32)에 설치된 pHIS(pH indicating switch)의 pH의 값이 2∼3이 되면 솔레노이드 밸브(Solenoid valve; S)을 작동하여 숙성공정으로 보낸다.

   2. 숙성공정

   발효를 끝낸 식초가 숙성공정에 공급되면 숙성탱크에서 2∼3개월 동안 저온 숙성시켜 맛을 부드럽게 한다.

   3. 산도 조정공정

   숙성된 식초를 식초의 신맛을 조정하기 위해서 구연산, 젖산으로 산도를 조정한다.

   4. 여과공정

   산도가 조정된 식초는 정밀 여과기를 하여 맑은 상태의 식초로 만드는 과정이다.

   5. 살균, 용기충전, 포장 및 검사공정

   여과된 식초는 80℃ 이상에서 5분간 고온살균, 자외선이나 고압고주파정전압처리에 의한 잔존 미생물을 살균처리한 다음, 병입공정으로 보내어 병이나 용기에 충전 후 온수 조(Pasteurizer)에서 2차 살균처리와 검사공정을 걸쳐 포장하여 식초를 제조한다.
2. 청구항 1에 있어서, 식초 생산용량이 대용량인 경우는, 상기의 경도가 1,700∼2,000㎎/ℓ로, 알코올농도가 5∼10wt%의 범위로 조정한 막걸리를 충전물(27)을 충전(充塡)한 충전탑(26) 상부의 분무노즐(Spray nozzle; 28)로 보내는 것을, 초산발효조(34) 전단으로 공급하고, 송풍기(43)로부터 대기 중의 공기를 주입하여 초산발효조(34)의 용존산소의 농도가 2∼4㎎/ℓ의 범위가 되게 폭기를 하면 막걸리 중 알코올이 아세토박터(Acetobacter) 미생물에 초산발효균이 증식하게 되면 침전조(35)로 보내어, 미생물 균체와 고형물질이 침전조(35) 하부에 침전되면 레이크(36)에 의해 침전조(35) 하부 콘 부분으로 모이면 미생물 슬러지 반송펌프(37) 의해서 종균용으로 초산발효조(34)의 부유고형물질의 농도(Mixed liquor suspended solids)가 3,000∼5,000㎎/ℓ범위로 운전되도록 초산발효조(34) 전단으로 반송하면서, 일부는 유문암이나 대사이드질의 부석, 원적외선과 마이너스 이온을 방사하는 천매암, 전기석, 목탄, 칩 상태의 나무 조각의 충전물(40)을 충전한 충전 탑(39)이 내장된 미생물 활성화조(38)로 보내어 송풍기(43)로부터 공기를 충전 탑(39) 하부와 미생물 활성화조(38)에 공급하여 폭기를 하면 미생물 스러지는 충전 탑(39)의 충전물(40)의 충전 층을 순환하면서 미네랄의 공급과 원적외선 및 마이너스 이온의 처리에 의해서 아세트산 균을 활성화한 것을 초산발효조(34) 전단으로 보내어 알코올의 초산화 반응효율을 향상되도록 하며, 잉여 미생물 슬러지는 탈수처리하여 탈수 케이크(Cake)는 폐기처분하고 탈수 여액은 숙성공정으로 보내며, 발효초산액인 침전조(35)의 월류수는 발효초산액 저장조(41)로 보내었다가 발효초산액 이송펌프(42)에 의해서 초산발효조(34) 전단으로 반송하면서 발효초산액 저장조(41)에 설치된 pHIS의 pH의 값이 2∼3이 되면 솔레노이드 밸브(S)를 작동하여 숙성공정으로 보내는 공정에 의한 식초제조방법.
3. 청구항 1 또는 2항에서 제조된 식초를 탈염처리한 해양 심층수, 광천수, 수돗물 중에서 한 종류에 10∼15배 희석하여 음료수로 이용하는 방법.

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