KR100823037B1

KR100823037B1 - 해양 심층수와 메주를 이용하여 된장과 간장을 제조하는방법

Info

Publication number: KR100823037B1
Application number: KR1020060066047A
Authority: KR
Inventors: 서희동
Original assignee: 서희동
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-04-17
Also published as: KR20070083158A

Abstract

본 발명은 해양 심층수와 메주를 이용하여 된장과 간장을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 염 농도를 보메도 비중이 16∼20°Be까지 농축한 함수에 메주를 담가 된장과 간장을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 다종다양한 미네랄성분을 함유한 수심 200m 이하의 해양 심층수로부터 함수를 생산하는 단계에서는, 취수 및 가온 처리공정, 전처리여과공정, 물 분자의 집단(集團)을 핵자기공명(核磁氣共鳴) ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅)의 값이 50∼60㎐ 범위의 소집단(小集團水)로 처리하는 공정, 음료수를 생산하는 경우는 역삼투여과공정, 전기투석공정과 된장과 간장을 제조하는 단계에서는, 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정, 된장과 간장을 제조하는 공정으로 이루어진 것에 특징이 있다.

메주, 해양 심층수, 된장, 간장, 소집단수, 역삼투여과, 전기투석, 발효, 숙 성

Description

해양 심층수와 메주를 이용하여 된장과 간장을 제조하는 방법{A method of producing doenjang and soy sauce using deep-sea water and fermented soybeans}

도 1은 된장과 간장을 제조하는 공정도

도 2는 물 분자의 소집단처리공정도

도 3은 전기투석법에 의한 함수(鹹水)를 생산하는 공정도

〈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; 정전압발생장치(靜電壓發生裝置; 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; 전 처리된 해양 심층수 저장조 14; 전 처리된 해양 심층수 이송펌프

15; 전기투석장치 16; 양극

17; 음극 18; 양극실

19; 음극실 20; 1가 음이온선택교환막

21; 양이온교환막 22; 탈염실

23; 염농축실 24; 농축 염수 저장조

25; 염농축실 공급펌프 26; 정류기

pH: 수소 이온 농도 ⓢ: 솔레노이드밸브(Solenoid valve)

pHIS; 수소이온농도지시스위치(pH indicating switch)

FI; 유량지시계(Flow indicator) BI: 보메도비중지시계(Baume indicator)

BIS: 보메도비중지시스위치(Baume indicating switch)

ECIS: 전기전도율지시스위치(Electric conductivity indicating switch)

본 발명은 해양 심층수와 메주를 이용하여 된장과 간장을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 가온 처리, 전처리여과, 물 분자의 소집단화처리를 하여 역삼투여과와 전기투석에 의해서 보메도 비중이 16∼20°Be범위의 함수를 생산하여 메주를 담가 발효숙성하여 된장과 간장을 제조하는 방법에 관한 것이다.

된장은 언제부터 만들어 먹었는지는 기록이 없어 확실한 것을 알 수 없지만, 중국의 위지(魏志)와 동이전(東夷傳)에 “고구려에서 장양(藏釀)을 잘한다.”라는 기록이 있는 것으로 보아, 삼국시대 이전부터 이미 된장과 간장이 한데 섞인 걸쭉한 것을 담가 먹다가 삼국시대에 와서 간장과 된장을 분리하는 기술이 발달하였던 것으로 추정할 수 있다.

된장의 종류는 간장을 담가서 장물을 떠내고 건더기를 쓰는 재래식 된장과 메주에 소금물을 알맞게 부어 장물을 떠내지 않고 먹는 개량식 된장, 2가지 방법을 절충한 절충식 된장 등을 들 수 있으며, 그 밖에 계절에 따라 담그는 별미장으로, 봄철에 담그는 담북장과 막장이 있고, 여름철에 담그는 집장과 생황장, 가을철에 담그는 청태장과 팥장, 겨울철에 담그는 청국장 등이 있다.

메주는 콩·보리·밀·쌀 등을 익혀 띄워 만드는데, 장에 따라 메주 만드는 법이 다르며, 말장(末醬)으로 알려진 일반 메주는 콩 → 수침(실온에서 12시간) → 삶음 → 절구에 찧음 → 성형 → 겉 말림(2~3일간) → 재우기(짚을 포개어 씌움, 4주간) → 햇볕에 말림 → 다시 재우기(2개월) 순으로 만든다.

메주가 만들어지는 원리는 메줏덩이를 따뜻한 곳에 보관하는 동안 볏짚이나 공기로부터 여러 가지 미생물이 자연적으로 들어가 발육하게 되며, 이에 착생 된 미생물이 콩의 성분을 분해할 수 있는 단백질분해효소(protease)와 전분분해효소(amylase)를 분비하고 간장에 고유한 맛과 향기를 내는 미생물이 번식하게 된다.

재래식 된장은 11∼12월경에 콩으로 메주를 쑤어 목침 만한 크기로 빚어 2∼3일간 말린 후 볏짚을 깔고 훈훈한 곳에 쟁여서 띄운 다음, 30∼40일이 지나 메주가 잘 떴을 때 메주를 쪼개어 볕에 말려 장독에 넣고, 달걀을 소금물에 넣어 반 정도 수면에 떠올라 있는 염수를 주입하고, 맨 위에는 빨갛게 달군 참숯을 띄우고 말 린 붉은 고추를 꼭지째 불에 굽고 대추도 구워서 함께 띄우는데, 이것은 불순물과 냄새를 제거한다는 관례에 따른 것으로 사료되며, 20∼30일이 지난 후 메주를 건져서 소금을 골고루 뿌리고 간장도 쳐서 질척하게 개어 항아리에 꼭꼭 눌러담고 웃 소금을 뿌린 다음 빗물이 들어가지 않게 주의하면서 망사 등으로 봉해서 햇볕을 쬐면서 숙성하면 된장이 되고, 메주를 건져낸 액을 가열하여 끓인 것이 간장이 된다.

그리고 개량식 된장은 쌀이나 보리에 황국균(Aspergillus oryzae)을 번식시켜 만든 쌀누룩과 콩을 불려서 푹 삶아 40℃ 정도로 식으면 누룩·콩·소금을 섞어 혼합한 다음. 이 혼합물을 빻은 다음 이 재료에 콩 삶은 물을 약 50%가량 부어 독에 넣고, 공간이 없도록 단단히 눌러 자연적으로 발효숙성하게 한다.

개량된장의 특징은 담그는 초기부터 콩과 함께 곡류를 사용하는 것이 재래식 된장과 다르며, 발효과정에서 곡류에 있는 녹말이 가수분해되어 당(糖)을 생성함으로써 된장에 단맛을 더해주게 된다.

상술한 된장제조방법은 원료인 메주의 품질, 사용하는 소금의 품질과 특히 용수(用水)의 수질에 따라서 제조된 된장의 품질이 차이가 심한 문제점이 있다.

특히 물은 된장 맛을 결정하는 중요한 요소로 광천수 등을 사용하고 있으나, 지하수의 오염으로 인하여 오염된 물을 사용하여 제조된 된장은 품질을 떨어 뜰일 수 있는 문제점이 있으며, 소금의 경우는 미네랄성분이 다량함유한 천일염을 사용하고 있으나 산업의 발전과 인구의 집중 등으로 인하여 오염된 해역(海域)에서 생산된 천일염 역시 오염물질이 함유되어 있기 때문에 된장의 품질을 떨어 뜰일 수 있는 문제점이 있다.

해양 심층수는 통상 200m이하의 해수를 해양 심층수라고 부르며, 표층의 해수와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식하지 못하기 때문에 영양염류의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질이 없으며, 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 식물의 성장에 매우 중요한 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富榮養性)과 다양한 미네랄성분이 균형있게 존재하는 미네랄밸런스(Mineral balance)특성과 고압 저온상태에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력(表面張力)이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있으며, 구체적인 내용은 표1의 내용과 같다.

표1 해양 심층수의 특성

저온 안정성	표층해수의 수온은 계절에 따라서 큰 폭으로 변동하는 데 대해, 해양 심층수는 수온의 변동이 적으면서 저온으로 안정되어 있다.
청정성	해양 심층수는 심층에 있으므로 육상의 하천수, 대기로부터의 오염을 받기 어렵고, 화학물질, 세균 및 생물체, 현탁물(懸濁物)이 매우 적다.
부영양성	해양 심층수는 햇빛이 닿지 않는 깊은 곳에 있으므로 광합성을 하지 않고, 표층 해양 심층수와 비교해서, 생물의 생장에 필요한 질소, 인, 규산 등의 무기영양염이 많이 포함되어 있다.
미네랄특성	해양 심층수에는 다양한 필수 미네랄이 포함되어 있으면서 불순물이 적은 특성이 있다.
숙성성	해양 심층수는 고압 하에서 긴 세월을 지나면서 숙성되어 물 분자의 집단체(Cluster)가 소집단화(小集團化)되어 표면장력(表面張力)이 적어 침투성이 우수하면서 열전도율이 높다.

해양 심층수에는 표층해수에 비해서 오염물질 및 유해세균이 전혀 함유되어 있지 않으면서 약 5∼10배의 무기영양염류가 포함되어 있으며, 특히 발효미생물의 생육에 필요한 칼슘, 마그네슘, 철, 아연, 나트륨 등 주요원소가 70종류를 넘는 다종다양한 미네랄성분이 포함되어 있는 특성이 있으며, 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치는 다음 표2의 내용과 같다.

표2 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치

	항목	해양 심층수	표층해수
일반항목	수온（℃）	9	16.5～24.0
	pH	7.59	7.85
	DO 용존산소 (㎎/ℓ)	7.80	8.91
	TOC 유기 탄소 (㎎/ℓ)	0.962	1.780
	용해성 증발잔류물(㎎/ℓ)	40750	37590
	M-알칼리도 (㎎/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 (㎎/ℓ)	456	441
	K 칼륨 (㎎/ℓ)	414	399
	Br 취소 (㎎/ℓ)	68.8	68.1
	Sr 스트론튬 (㎎/ℓ)	7.77	7.61
	B 붕소 (㎎/ℓ)	4.44	4.48
	Ba 바륨(㎎/ℓ)	0.044	0.025
	F 불소 (㎎/ℓ)	0.53	0.56
	SO₄(㎎/ℓ)	2833	2627
영양염류	NH₄ 암모니아태질소 (㎎/ℓ)	0.05	0.03
	NO₃ 질산태질소 (㎎/ℓ)	1.158	0.081
	PO₄ 인산태인 (㎎/ℓ)	0.177	0.028
	Si 규소 (㎎/ℓ)	1.89	0.32
미량원소	Pb 납 (㎍/ℓ)	0.102	0.087
	Cd 카드뮴 (㎍/ℓ)	0.028	0.008
	Cu 구리 (㎍/ℓ)	0.153	0.272
	Fe 철 (㎍/ℓ)	0.217	0.355
	Mn 망간 (㎍/ℓ)	0.265	0.313
	Ni 니켈 (㎍/ℓ)	0.387	0.496
	Zn 아연 (㎍/ℓ)	0.624	0.452
	As 비소 (㎍/ℓ)	1.051	0.440
	Mo 몰리브덴(㎍/ℓ)	5.095	5.555
균 수	생균 수(개/㎖)	10²	10³∼10⁴

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

특히 된장 및 간장의 제조 측면에서 해양 심층수는 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 발효미생물의 생육에 중요한 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富榮養性)과 칼슘, 마그네슘, 철, 아연, 나트륨 등의 다종다양한 필수 미량원소가 함유되어 있는 미네랄특성과 저온·고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있다.

상술한 봐와 같이 해양 심층수 중에는 발효미생물의 생육에 필요한 다양한 미네랄이 함유되어 있는 부영양성과 미네랄특성이 있으면서 물 분자의 집단이 핵자기공명(核磁氣共鳴) ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅)의 값이 70∼80㎐ 범위로 소집단화되어 있는 특성이 있으나, 산미(酸味)를 나게 하여 맛을 저하하는 황산 이온(SO₄ ² ^-)이 다량 함유되어 있기 때문에 된장 및 간장을 제조하는 함수(鹹水)의 제조에서는 황산 이온 최대한 제거된 함수를 생산하여야 한다.

발효(醱酵)라는 의미는, 광의적(廣義的)으로는 미생물이 에너지를 얻기 위해서 자신의 효소(酵素)로 유기화합물을 분해하여 알코올류, 유기산류, 이산화탄소 등을 생성하면서 특유한 최종산물을 만들어내는 현상이며, 협의적(俠義的)으로는 미생물이 산소가 존재하지 않는 상태에서 탄수화물(당류)을 분해하여 에너지를 얻는 과정으로, 술·된장·간장·치즈 등의 제조 등에 옛날부터 널리 이용되어 왔다.

숙성(熟成)이란 의미는, 충분히 익은 상태가 되는 것으로, 물질을 적당한 온도조건 아래에서 장시간 방치하여 천천히 물리·화학적 변화가 일어나게 하여 생성되는 콜로이드(Colloid)입자의 크기를 조정하거나, 또는, 용액 내 반응의 종료 후 반응용액을 그대로 조용하게 방치하여 생성한 극히 미세한 침전·결정을 큰 침전·결정으로 되는 것이나, 특히 된장이나 술 등의 발효식품의 경우는, 식품 속의 단백질 ·지방 ·탄수화물 등이 효소·미생물·염류(鹽類) 등의 작용에 의하여 부패하 지 않고 알맞게 분해되어 특유한 맛과 향기를 갖게 하는 현상을 말한다.

따라서 숙성의 반응 메커니즘이나 성분변화 등은 각 식품의 종류에 따라서 다르다.

현재 양조학 교과서에서 일부 학자들은 알코올발효에서 "숙성(熟成)"은 『에탄올 분자를 포함한 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화되어 안정화되는 것』이라 하였다.

알코올발효를 한 수용액의 물 분자나 알코올 분자는 수소결합(水素結合)에 의해서 집단체(集團體; Cluster)로 구성되어 있으며, 현재 이 집단체의 수(數)를 측정하는 방법으로 핵자기공명(核磁氣共鳴; Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR 반치폭(半値幅) 값을 측정하여 간접적으로 추정하고 있다.

일반 수돗물의 경우 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐이며, 유명한 명수로 알려진 프랑스(France)의 루르드(Lourdes) 및 에비앙(Evian), 독일의 노르데나우(Nordenau), 인도의 나다나(Nadana), 멕시코의 트라코테(Tlacote) 등의 광천수는 핵자기공명 ¹⁷O - NMR 반치폭의 값이 60∼70㎐이며, 물 분자의 집단수(集團數)는 핵자기공명 ¹⁷O - NMR 반치폭 값의 1/10에 해당하는 것으로 밝혀졌으며, ¹⁷O - NMR 반치폭 값이 150㎐인 물은 15개 물 분자가 포도 송이처럼 집단을 이루고 있는 물로, 이를 결합수 (結合水; Bound water)라 하며, ¹⁷O - NMR 반치폭 값이 60㎐인 물은 6개 물 분자가 집단을 이루고 있으며, 이는 소집단수(Microclustered water)라 한 다.

발효알코올수용액을 장시간 동안 방치하면, 용액 중에 알코올과 미네랄성분 등에 의해서 물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단(切斷)되면서 소집단화되어 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 침투성(浸透性)이 향상되어 맛을 향상하게 되며, 알코올발효공정에서는 이와 같은 처리공정을 "숙성(熟成; Aging)"이라 한다.

된장이나 간장의 숙성과정도 발효 후 일정기간 상온에서 방치하여 된장이나 간장이 고유의 향이 나게 하면서 맛을 좋게 하는 과정으로, 구체적으로 말해서 된장이나 간장의 발효 후 미생물의 대사산물(代謝産物)과 미네랄성분 등에 의해서 물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단되면서 소집단수(小集團水)로 되어 표면장력이 떨어지면서 침투성이 향상되어 고유의 향미를 나게 하는 것이 된장이나 간장의 숙성과정이다.

발효 후 숙성기간은 짧게는 몇 개월에서 길게는 수십 년 내지는 수백 년을 소요하기 때문에, 많은 용기와 넓은 장소를 필요로 하므로, 많은 물량을 상업적으로 처리를 하기 위해서는 시설비와 인건비가 높은 문제점이 있다.

그래서 본 발명에서는, 발효에 의해서 추출된 식물의 추출물을 고압정전압처리(高壓靜電壓處理)와 자화처리(磁化處理)에 의해서 4∼10시간의 짧은 시간에 물 분자의 핵자기공명 ¹⁷O - NMR 반치폭의 값을 50∼60㎐ 범위로 소집단화하면서 미네랄성분을 활성화하는 방법을 제시한다.

본 발명에서 해양 심층수의 비중을 나타내는 보메도 비중계(Baume's hydrometer)의 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메도 비중계를 액체에 띄웠을 때의 눈금의 수치로 나타낸 것으로, 물의 비중보다 무거운 중액용(重液用)의 무거운 보메도(중보메도)와 물의 비중보다 가벼운 경액용(輕液用)의 가벼운 보메도(경보메도)가 있으며, 이 중에서 중액용은 순수(純水)를 0°Be로 하고, 15% 식염수를 15°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 가지며, 경액용은 10% 식염수를 0°Be로 하고, 순수(純水)를 10°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 매기고 있으며, 보메도(°Be)는 해양 심층수의 경우 염 농도(wt%)와 근사(近似)하기 때문에 농도를 표시하는 척도로도 널리 사용되고 있다.

보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.

액체의 비중이 물의 비중보다 무거운 중보메도의 경우

d = 144.3/(144.3-°Be) ………………………………………………①

액체의 비중이 물의 비중보다 가벼운 경보메도의 경우

d = 144.3/(134.3+°Be) ………………………………………………②

전기전도율지시스위치(Electric conductivity indicating switch; ECIS)에서 측정되는 전기전도율(Electric conductivity)은 수용액이 전기를 전도하는 정도를 나타내는 지표로서 수중의 염류농도를 나타내는 기준으로 단위는 수용액의 전기저항률의 역수에 상당하는 ㎳/㎝(Siemens/meter)이며, 전기전도도(EC)와 수중의 총가용성염(TSS)과의 관계는 다음 식③와 같다.

　TSS(ppm)=640 X EC(㎳/㎝) …………………………………………③

그리고 이중의 염분농도(NaCl ppm)는 전기전도율(EC)과의 관계는 다음 식④ 에 의해서 간단히 추정할 수 있다.

염분농도(NaCl ppm) = 552×EC(㎳/㎝)-200 …………………………④

전기전도도 값은 국제단위계인 ㎳/m(millisimenss/meter), 또는 ㎲/㎝(microsiemens/centimeter) 단위로 표기하며, ㎳/m = 10㎲/㎝(또는 10μmhos/㎝)이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 오염물질이나 유해미생물이 함유되어 있지 않은 수심 200m 이하의 해양 심층수를 취수하여 물 분자의 소집단화처리를 한 소집단함수를 전기투석에 의해서 농축된 보메도 비중이 16∼16°Be 범위의 함수에 메주를 담가 된장과 간장을 제조하는 방법을 제공하는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 수심 200m 이하의 해양 심층수로부터 함수를 생산하는 단계에서는, 취수 및 가온 처리공정, 전처리여과공정, 물 분자 집단의 소집단화처리공정, 역삼투여과공정, 전기투석공정과 된장과 간장을 제조하는 단계에서는, 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정, 된장을 제조하는 공정, 간장을 제조하는 공정으로 이루어진 것에 특징이 있다.

수심 200m 이하의 해양 심층수로부터 함수를 생산하는 단계와 된장을 제조하는 단계로 이루어지며, 각 단계는 다음의 각 공정이 순차적으로 이루어지는 된장과 간장을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

Ⅰ. 해양 심층수로부터 함수를 생산하는 단계

1. 취수 및 가온 처리공정

수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 나노여과, 역삼투여과, NaCl의 탈염처리와 같은 후속처리가 원만하게 처리될 수 있도록 20∼30℃로 가온 처리를 하여 전처리여과공정으로 보낸다.

도 1에서 해양 심층수는 수심 200m이하의 해저심층에서 취수를 하며, 취수방법은 선상(船上)에서 해저 200m이하에 배관을 내려 취수하던가, 해저 수심 200m이하까지 배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해저 수심 200m이하까지 배관을 설치하여 취수정을 해수면 이하로 설치하여 사이펀(siphon) 원리에 의해서 취수를 한다.

집수조에 취수된 해양 심층수는 온도가 낮으면서 점도가 높아 여과효율이 떨어지기 때문에 20∼30℃로 가온 처리를 한다.

가온 방법은 보일러(Boiler)에서 열을 공급받거나, 여름철에는 해양 표층수를 이용할 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 막의 막힘(Fouling) 현상이 야기될 수 있는 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거하여 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리하여 물 분자의 소집단화공정의 전자처리수조(1)로 보낸다.

그리고 시설비를 절감하기 위해서 물 분자의 소집단화공정과 역삼투여과공정을 생략하는 경우는, 전처리 여과된 여과수를 전기투석공정의 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 보낸다.

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 고려하여 펌프(Pump)의 공급압력을 결정한다.

정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 나노여과 및 역삼투여과공정에 공급하는 물의 FI값을 2∼4 범위로 처리한다.

FI값은 대상 수중의 미세한 탁질농도를 나타내는 수치로 다음 ⑤식으로 표현된다.

FI = (1－T₀/T₁₅)×100/15 …………………………⑤

여기서 T₀는 0.45㎛의 정밀여과막을 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. 물 분자 집단의 소집단화처리공정

전처리여과를 한 해양 심층수는 물 분자의 집단을 소집단화처리공정의 고압정전압처리(高壓靜電壓處理)와 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器)나 영구자석으로 자화처리 하여 물 분자의 집단(Cluster)을 소집단화하여 소집단수(Microclustered water)로 처리를 하여 표면장력과 점성을 떨어뜨린 다음, 역삼투여과공정으로 보낸다.

음료수를 생산하지 않은 경우는 역삼투여과공정이 필요 없기 때문에 역삼투여과공정을 생략하고, 물 분자의 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리한 것을 전기투석공정의 전처리된 해양 심층수 저장조(13)로 보낸다.

고압정전압처리와 정전압도전관자화기(10)에서 자화처리를 조합한 공정에 의해서 물 분자의 집단을 소집단화하는 처리공정은, 전처리여과를 한 해양 심층수를 물 분자의 집단을 소집단화처리공정의 전자처리수조(1)에 주입하고, 정전압발생장치(7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압과 0.4∼1.6μA의 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 자화기공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器; 10)로 보내어 도전관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt) 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 유입수 유량의 1∼4배의 유량으로 전자처리수조(1)로 반송하면서 나머지는 소집단수 저장조(11)로 보내었다가 소집단수 이송펌프(12)에 의해 역삼투여과공정으로 보낸다.

그리고 음료수생산공정이 없는 경우는 역삼투여과공이 필요 없기 때문에 전기투석공정의 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 보낸다.

이와 같이 생성된 소집단화된 물은 약알칼리성의 고유진동수가 높은 고에너지의 산화환원전위(酸化還元電位; Oxidation Reduction Potential, ORP) 값이 +100∼-200㎷ 범위의 환원수로 처리된다.

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 스틸(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∼5볼트(Volt) 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.

4. 역삼투여과공정

물 분자의 소집단화처리공정에서 소집단수(Microclustered water)로 처리되어 역삼투여과공정에 공급되면(필요에 따라서는 물 분자의 집단을 소집단화한 소집단수를 나노여과공정에서 황산 이온을 제거한 다음 역삼투여과공정에 공급함), 운 전압력을 50∼100기압(atm)으로 여과 막에 공급하여 여과된 여과수(탈 염수)는 음료수 생산공정으로 보내고, 여과되지 않고 농축된 농축 염수는 전기투석공정의 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 보낸다.

이때 나선형 여과 막의 경우 막 투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 여과수인 탈 염수에 염분은 99.0 ∼ 99.85wt% 범위로 제거된다.

[실시 예1]

표2에서와 같은 해양 심층수를 25℃로 가온 처리를 한 다음, 한외여과에서 FI값을 3.2로 여과한 여과수를 물 분자의 집단을 소집단화처리공정의 전자처리수조(1)에 주입하고, 정전압발생장치(7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,500볼트(Volt)의 전압과 0.5μA의 전류를 5시간 동안 인가하면서 중간처리수저장조(8)로 보낸 다음, 자화기공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(10)로 보내어 도전관에 감은 코일에 0.6볼트(Volt) 범위의 직류를 인가하여 자화처리를 한 후에 일부는 전자처리수조(1)로 반송하면서 핵자기공명의 ¹⁷O-NMR의 반치폭이 52㎐로 처리한 소집단수(小集團水)를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 가교(架橋) 폴리아미드계 복합막(複合膜)인 모델번호 SU-810의 나선형 역삼투여과막을 사용하여 압력을 60㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 52%가 되었으며, 이때 여과된 탈 염수와 여과되지 않고 농축된 농축 염수의 주요성분 분석치는 다음 표3의 내용과 같다.

표3 역삼투여과에서 탈 염수와 농축 염수의 주요성분 분석치

항 목	유입수	여과된 탈 염수	농축된 농축 염수
pH	7.59	7.35	7.8
Na⁺(㎎/ℓ)	10,800	38.7	20,063
Cl^-(㎎/ℓ)	22,370	71.6	35,478
Ca² ⁺(㎎/ℓ)	456	0.6	703
Mg² ⁺(㎎/ℓ)	1,300	1.9	2,206
K⁺(㎎/ℓ)	414	1.7	737
SO₄ ² ^-(㎎/ℓ)	2,833	3.7	1,584
B(㎎/ℓ)	4.44	1.8	6.6

5. 전기투석공정

전기투석공정에서는 된장제조에 적합한 미네랄성분의 농도가 높으면서 산미(酸味)가 나는 황산 이온이 제거된 보메도 비중이 16∼20°Be범위의 함수(鹹水)를 생산하는 것이 목적이다.

전기투석장치(15)는 양이온을 교환하는 막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환막(22)과 음이온을 교환하는 막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치한 전기투석장치를 적용한다.

전 처리된 해양 심층수를 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)에 공급되면 전 처리된 해양 심층수 이송펌프(14)에 의해서 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환막(22)과 1가 이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 전기투석장치(15)의 탈염실(22)에 공급하여 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 반송하면서, 전 처리된 해양 심층수 이송펌프(14)에 의해서 농축 염수 저장조(24)에 레벨스위치(LS; level switch)의 작동에 의해서 솔레노이드 밸브(ⓢ; Solenoid valve)를 작동하여 전 처리된 해양 심층수를 공급하고, 염농축실 공급펌프(25)에 의해서 염농축실(23)에 공급하여 농축 염수 저장조(24)로 반송하면서 정류기(26)로부터 양극(16)과 음극(17)에 직류전류를 인가하면 탈염실(22)의 모든 양이온은 음극(17) 쪽의 양이온교환막(22)을 투과하여 염농축실(23)로 이동하게 되며, 음이온은 1가 이온(Cl^-, Br^- 등)만 양극(16) 쪽의 1가 음이온선택교환막(20)을 투과하여 염농축실(23)로 이동하게 되어 해양 심층수 배출 라인(Line)의 전기전도율지시스위치(ECIS)의 전기전도율이 6∼12㎳/㎝ 범위로 탈염된 탈 염수는 솔레노이드밸브(ⓢ)를 작동하여 음료수제조공정으로 보내고, 농축 염수 저장조(24)의 농축 미네랄수의 보메도 비중이 16∼20°Be범위로 농축된 함수(鹹水)를 보메도비중지시스위치(BIS)로 솔레노이드 밸브(ⓢ)를 작동하여 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정으로 보낸다.

여기서 배출되는 함수는 비용을 절감하기 위해서 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정을 생략하는 경우에는, 농축 염수 저장조(24)의 농축 미네랄수의 보메도 비중이 16∼20°Be범위로 농축된 함수를 보메도비중지시스위치(BIS)로 솔레노이드 밸브를 작동하여 된장과 간장제조단계의 된장제조공정으로 보낸다.

전기투석장치(15)에서 양이온을 교환하는 막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환막(22)의 재질은 폴리스티렌-디비닐 벤젠(Polystyrene-divinylbenzene)계의 주사슬(主鎖; Main chain)에 부전하(負電荷) R-SO₃ ^-를 고정하고 있는 부하전막(負荷電膜)으로 막 표면에 1가 양이온만을 선택적으로 투과시키기 위해 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)과 같은 양이온성 고분자 전해질을 박층상(薄層狀)으로 부착(Coating) 또는 결합하여 수식(修飾)처리를 하지 않은 양이온교환막과 같은 모 든 양이온을 투과할 수 있는 막을 사용한다.

그리고 음이온을 교환하는 막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환막(20)은 기재(基材)의 폴리머 사슬(Polymer chain)에 １급으로부터 ３급의 아민(Amine)이나 암모늄기를 막에 고정하여 아미노화(Amination)하여 양이온을 도입한 정하전막(正荷電膜)의 표면에 1가 음이온을 선택적으로 투과하도록 막 표면을 수식(修飾)처리한 막으로, 이온교환기가 지방족 탄화수소(脂肪族炭化水素)에 의해서 가교(架橋) 되어 있어 막표면부(膜表面部)에는 양이온 교환기를 가지는 고분자물질의 박층(薄層)이 형성되고 있는 음이온교환막으로, 교환기의 도입 모노머(Monomer; 單位體)에 지방족 탄화수소로 가교와 동시에 4급화를 실시한 것이 좋으며, 양이온교환기를 가지는 고분자물질로서는 양이온교환기를 가지는 고분자 전해질 및 선상고분자전해질(線狀高分子電解質)이나 양이온교환기를 가지는 불용성 고분자 등으로, 구체적으로 리그닌설폰산염(Ligninsulfonate)과 같은 설폰산염(Sulfonate), 고급 알코올 인산에스테르와 같은 인산에스테르염 등에서 분자량 500 이상의 양이온교환기를 가지는 고분자 전해질, 메타 아크릴산(methacrylic acid), 스틸렌설폰산(Styrene sulfonic acid)과 같은 카르본산 기(-COOH)나 설폰산기(-SO₃H)를 가지는 단량체(單量體) 유닛(Unit)을 다수 개(多數個) 포함한 선상고분자 전해질, 양이온교환기를 포함한 페놀류와 알데히드류를 축합(縮合)시킨 것과 같은 양이온교환기를 가지는 불용성 고분자 등으로 1가 음이온만을 선택적으로 교환하는 막을 사용한다.

양극실(18)의 양극(16)은 내식성(耐蝕性) 재질이면서 염소(鹽素) 및 산소발생과전압(酸素發生過電壓)이 높은 티타늄 판(Titanium plate)에 TiO₂-RuO₂를 코팅(Coating)한 DSA(Dimensionally stable anode)전극이나 백금도금 전극을 사용하고, 음극실(19)을 통과한 용액을 주입하여 양극(16) 표면에서 염소 및 산소의 발생을 억제하도록 하며, 음극(17)은 수소발생과전압(水素發生過電壓)이 높은 랜니 니켈(Ranney nickel)이나 스테인리스 스틸(Stainless steel) 강판을 사용하고, 음극실(19)에 가장 인접한 양이온교환막은 수소 이온 난투과성막(難透過性膜)이나 1가 음이온선택교환막(20)을 사용하여 음극(17) 표면에서의 수소 이온의 발생량을 저감도록 하여 전력효율의 향상과 악취발생이 감소 되도록 하는 것이 좋다.

그리고 염농축실(25)에서 스케일이 부착하여 처리효율을 저하할 때를 대비하여 정류기에는 극성전환장치(極性轉換裝置)를 설치하여 양극(16)과 음극(17)의 전원을 전환하여 부착된 스케일이 탈리(脫離) 되도록 한다.

전극실의 전해질 용액은 음극실(19)로 공급하여 배출되는 전해질 용액을 양극실(18)에 공급하며, 음극실(19)에 공급하는 전해질 용액(음극실 용액)은 해양 심층수를 이용할 수도 있으나, 3∼10wt%의 Na₂SO₄ 수용액을 사용하는 것이 전극의 부식 및 염소(Cl₂)가스발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 함수제조는 모든 양이온을 투과하는 양이온교환격막(22)과 음이온은 1가 음이온만 투과하는 1가 음이온선택교환격막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 전기투석장치(15)를 적용하므로써 탈염실(22)의 염 수 중에서 Na⁺, K⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Fe² ⁺, Fe³ ⁺, Zn² ⁺ …과 같은 모든 양이온은 음극(17) 쪽의 염농축실(23)로 이동하게 되며, 음이온은 Cl^-, Br^-와 같은 1가 음이온만 1가 음이온선택교환격막(20)을 투과하여 양극(16) 쪽의 염농축실(23)로 이동하여 염을 농축분리하므로 염농축실(23)에는 SO₄ ² ^-와 같은 다가(多價)의 음이온은 거의 존재하지 않는다.

그래서 해양 심층수 중에 황산 이온은 물에 용해도가 낮은 CaSO₄로 존재하던 것이 염농축실(23)의 농축 함수 중에는 황산 이온이 거의 존재하지 않기 때문에 다음과 같은 ⑥의 반응에 의해서 용해도가 높은 염화칼슘(CaCl₂)의 형태로 존재하게 되어, 본 발명에서 제조된 함수 중에는 염화칼슘함량이 높은 특징이 있다.

CaSO₄ + MgCl₂ → CaCl₂ + MgSO₄ ………………………………⑥

[실시 예2]

전기투석장치(15)는 양이온을 교환하는 막은 막 표면을 수식(修飾)처리를 하지 않은 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환막(21)을 사용하고, 음이온을 교환하는 막은 1가 음이온만 교환하는 막을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 탈염실(22)과 염농축실(23)이 다 단으로 구성된 전기투석장치로, 유효통전면적이 236 ㎜(세로)×220 ㎜(가로)의 두께 0. 2㎜인 양이온교환막은 모든 양이온을 투과하는 양이온교환막(22; Aciplex(등록상표) K-101, 일본 旭化成工業株式會社 제품)과 음이온교환막은 1가 음이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환막(20; Aciplex A-102, 일본 旭化成工業株式會社 제품)을 각각 50매를 티타늄 판에 RuO₂-TiO₂를 코팅한 DSA인 양극(16)과 스테인리스강의 음극(17) 사이에 도 3과 같이 교호적으로 다단(50단)을 설치한 전기투석장치(15)의 염농축실(23)로, 50ℓ의 농축 염수 저장조(24)에 실시 예1에서 1차 농축된 해양 심층수(농축 염수)를 공급하고, 염농축실 공급펌프(25)로 막면선속도(膜面線速度)가 10㎝/초가 되게 염농축실(23)에 공급하여 농축 염수 저장조(24)로 순환하면서 20ℓ의 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)의 역삼투여과공정에서 1차 농축된 해양 심층수를 다이어프램형 정량펌프인 탈염실 공급펌프(14)로 막면선속도가 3㎝/초가 되게 탈염실(22)로 공급하여 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 순환하면서, 정류기(26)로부터 직류전기를 전류밀도가 3∼5A/d㎡로 인가하여(이때 인가전압은 48Volt 이었다.) 탈 염수 순환라인의 전기전도율지시제어기(ECIS)의 전기전도도 값이 10㎳/㎝로 조정하여 탈 염수를 배출하면서 농축 염수 저장조(24)의 함수의 보메도 비중 19°Be에서 배출하였을 때 함수의 주요성분 분석치는 다음 표4의 내용과 같다.

이때 음극실 용액은 5wt%의 Na₂SO₄수용액을 50㏄/min로 음극실(19) 하부로 공급하여 상부로 배출되는 것을 양극실(18) 하부로 공급하였다.

표4 전기투석공정에서 농축된 농축 미네랄수의 주요성분 분석치

항 목	유입수(역삼투여과공정에서 1차 농축된 농축 염수)	함수(전기투석공정의 농축 염수 저장조에서 배출되는 함수)
pH	7.8	7.82
Na⁺(㎎/ℓ)	20,063	156,090
Cl^-(㎎/ℓ)	35,478	276,019
Ca² ⁺(㎎/ℓ)	703	5,470
Mg² ⁺(㎎/ℓ)	2,206	17,163
K⁺(㎎/ℓ)	737	5,734
SO₄ ² ^-(㎎/ℓ)	1,584	616
TDS(㎎/ℓ)	-	192,058

Ⅱ. 된장과 간장을 제조하는 단계
1. 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정

전기투석공정에서 보메도 비중이 16∼20°Be범위로 농축된 함수(鹹水)에 노화 및 변성억제, 교미(矯味) 및 교취(矯臭) 작용, 지질(脂質)의 분해억제, 악취발생 억제, 미네랄의 흡수효율의 향상 등의 효과가 있으면서 부작용이 없으면서 미네랄성분으로 인한 금속 맛을 마스킹(Masking)하여 맛을 향상하면서 장기간 보존하였을 때 변질 및 변성이 되지 않은 효과가 있는 비환원성이당류(非還元性二糖類; Nonreducing disaccharide)인 자당(蔗糖; Sucrose)이나 트레할로스(Trehalose), 비환원성당 알코올(Nonreducing sugar alcohol)인 말티톨(Maltitol), 자일리톨(Xylitol), 솔비톨(Sorbitol), 에리쓰리톨(Erythitol), 락티톨(Lactitol), 만니톨(Mannitol)과 같은 첨가제 중에서 한 종류 또는 2종류 이상을 혼합한 것을 총용존고형물량(TDS; Total dissolved solids)의 함량에 중량기준으로 0.01∼0.4배의 비율로 공급하고, 전술한 첨가제에 미네랄 염과 착화합물을 생성하는 구연산(Citric acid), 호박산(Succinic acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Malic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 옥살호박산(Oxalsuccinic acid), 젖산(Lactic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 3∼15wt% 범위로 주입하고, 교반하여 첨가제를 용해한 함수는 된장을 제조하는 공정으로 보내어 된장 담그는데 함수(鹹水)로 사용한다.

그러나 비용절감을 위해서 미네랄 염과 착화합물을 생성하는 구연산, 호박산, 주석산, 사과산, 푸마르산, 옥살호박산, 젖산의 첨가는 생략할 수도 있다.

교반은 프로펠러 교반기로 유량(Q)/체적(V)을 1∼5분의 범위에서 교반시간(체류시간) 0.5∼2시간 동안 180∼360RPM으로 교반하여 첨가제를 용해한다.

교반기(41)의 재질은 내염성 재질의 스테인리스강, 티타늄(Titanium), 브론즈(Bronze) 합금 중에서 한 종류를 사용한다.

그리고 비용절감을 위해서 비환원성이당류, 비환원성당알코올과 유기산을 혼합하는 공정은 생략할 수도 있다.

상술한 비환원성이당류나 비환원성당알코올 대신에 환원성 당류를 사용하면 갈변(褐變) 및 변성작용이 일어나기 때문에, 사용해서는 안 된다.

[실시 예3]

실시 예2에서 제조된 보메도 비중 19°Be인 함수 200ℓ에 트레할로스를 3㎏과 구연산 0.3㎏을 주입하고, 교반하여 첨가물이 용해된 함수를 제조하였다.

2. 된장을 제조하는 공정

된장이나 간장의 맛은 메주의 품질, 함수의 염도 및 숙성의 조건에 따라서 결정되며, 함수의 염 농도가 보메도 비중 16°Be 이하에서는 숙성과정이나 보관중 에 변질(變質)될 우려가 있고, 또한, 보메도 비중이 20°Be 이상이 되면 미생물의 발효가 억제되어 장맛이 떨어지는 문제점이 있다.

이하 혼합의 비율에서 "부"는 중량 부를 의미한다.

따라서 본 발명에서는 전술한 "비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정"에서 16∼20°Be 범위로 농축된 함수(鹹水)를 이용하여, 메주 1부를 함수 2∼4부에 담근다.

이때 함수의 양은 간장을 생산하지 않은 경우에는 메주 1부에 함수를 2∼3부를 사용하고, 간장을 많이 생산하는 경우는 함수를 3∼4부를 사용한다.

간장의 생산량이 많으면 된장의 맛이 떨어지는 문제가 있기 때문에 좋은 맛이 나는 된장을 제조하기 위해서는 간장생산을 하지 않은 것이 좋다.

이하 장담그기 및 발효과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

① 잘 띄운 메주를 먼지를 털어 내고, 깨끗한 물을 뿌리면서 솔로 문질러 깨끗이 세정(洗淨) 한 다음, 씻은 메주는 물기를 빼고 햇볕에서 2∼3일간 바싹 말린다.

② 된장을 담그는 항아리도 깨끗한 물로 세정한 후 부착된 수분이 건조되면 항아리 내부를 불꽃으로 신터링(Sintering)하여 잡균(雜菌)을 사멸처리 한다.

③ 상기의 말린 메주를 잡균을 사멸처리한 항아리에 차곡차곡 담은 다음, 메주 1부에 "비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정"에서 제조된 보메도 비중이 16∼20°Be 범위의 함수(鹹水)를 2∼4부를 주입하여 된장을 담근다.

여기서 비용절감을 위해서 "비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정"을 생략한 경우에는 "전기투석공정"에서 생산된 보메도 비중이 16∼20°Be 범위로 농축된 함수(鹹水)를 이용한다.

이때 메주가 떳다가 가라앉으면 염 농도가 낮기 때문에 메주가 물 위로 1㎝ 정도 떠오를 때까지 소금을 더 주입한다. 사용하는 소금은 일반 천일염을 사용할 수도 있으나, 가능한 해양 심층수에서 생산된 소금을 사용하는 것이 좋다.

그리고 항아리의 용량은 메주와 함수가 항아리에 가득 채우는 것이 좋다.

④ 상기의 항아리에 담근 메주가 수면 위로 나온 겉면에는 소금을 한 줌 씩 뿌려 주고, 숯, 대추, 고추를 3∼6개씩 띄운다.

⑤ 상기의 항아리에 담근 메주를 40∼60일간 발효시킨 다음 메주와 액상(간장)을 분리한다.

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⑥ 상기의 액상부분을 분리한 메주는 절구나 더블 스크루믹서(Double screw mixer)에서 믹싱(Mixing)을 한 다음 항아리에 주입하고, 항아리 입구를 망사로 씌워 이물질이 들어가지 않게 한 다음 햇볕이 좋은 날은 볕을 쬐면서 30∼50일간 숙성하여 된장을 제조한다.

된장을 담을 항아리는 미리 씻어서 바싹 말리고, 불꽃으로 신터링하여 잡균을 사멸처리한 항아리에 밑바닥에 소금을 약간 뿌린 후 액상부분을 분리한 메주를 절구나 더블 스크루믹서(Double screw mixer)에서 믹싱(Mixing)을 한 다음 항아리에 주입하고 표면에 소금을 얹어서 항아리 입구를 망사로 씌워 이물질이 들어가지 않게 한 다음 햇볕이 좋은 날은 볕을 쬐면서 30∼50일간 숙성한 다음 포장하여 제품화한다.
3. 간장을 제조하는 공정
상기의 된장을 제조하는 공정에서 40∼60일간 발효시킨 다음 메주와 액상을 분리한 다음, 분리된 액상부분은 80℃에서 10∼20분간 거품을 걷으면서 달인 다음 식혀 간장을 제조한다.

[실시 예4]

250ℓ 항아리 2개에 물로 세정 후 건조한 메주를 각각 65㎏씩 주입하고, 항아리 1에는 실시 예2에서 제조된 함수를 200ℓ 주입하고, 실시 항아리 2에는 실시 예3에서 제조된 함수를 200ℓ를 주입하고, 숯, 대추, 고추 등의 첨가제를 6개씩 주입한 다음, 상온에서 50일간 발효한 다음, 메주는 건져내어 절구에서 빻아 각각 100ℓ 항아리에 각각 주입하고, 햇빛이 잘 드는 장독대에서 50일간 숙성하여 된장을 만들었으며, 메주를 건져낸 액상부분은 150 메시(Mesh)의 체로 거른 다음, 80℃에서 20분간 가열하면서 거품을 걷어낸 간장은 각각 200ℓ의 항아리에 옮긴 다음 50일간 숙성하여 간장을 만들었다.

[실시 예5]

실시 예 4에서 제조된 2종류의 된장과 슈퍼마켓(Supermarket)에서 판매되는 재래식 된장을 구매하여 B음식점에서 된장 이외에는 동일한 재료를 사용하여 된장찌개를 만들어 10인의 내레이터(Narrator)에 시식회를 한 결과 보메도 비중 19°Be인 함수에 트레할로스와 구연산을 주입한 함수로 제조된 된장으로 만든 된장찌개가 제일우수하다는 반응이었으며, 다음은 실시 예2에서 만든 함수로 만든 된장으로 만든 된장찌개가 우수한 것으로 평가하였으며, 제일 마지막으로 재래식 된장으로 만든 된장찌개의 순으로 평가하였다.

[실시 예6]

실시 예4에서 제조된 2종류의 간장과 슈퍼마켓에서 판매되는 재래식 조선 간장을 을 구매하여 실시 예5와 동일한 B음식점에서 간장 이외에는 동일한 재료를 사용하여 순두부 찌개를 만들어 10인의 내레이터에 시식회를 한 결과도 보메도 비중 19°Be인 함수에 트레할로스와 구연산을 주입한 함수로 제조된 간장으로 간을 하여 만든 순두부 찌개가 제일 우수하다는 반응이었으며, 다음은 실시 예2에서 만든 함수로 만든 간장으로 만든 순두부 찌개가 우수한 것으로 평가하였으며, 제일 마지막으로 재래식 간장으로 만든 순두부 찌개의 순으로 평가하였다

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 해양 심층수는 유해물질과 유해미생물이 전혀 오염되어 있지 않아 위생적으로 청정한 된장과 간장을 제조할 수 있으며, 또한 물 분자의 집단도 어느 정도 소집단화되어 있어(해양 심층수 자체가 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 70∼80㎐로 소집단화되어 있음), 여기서 생산된 함수로 된장과 간장을 제조하였을 때는 맛이 향상되는 효과도 있기 때문에 된장과 간장의 제조에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims

수심 200m 이하의 해양 심층수로부터 함수를 생산하는 단계와 된장을 제조하는 단계로 이루어지며, 각 단계는 다음의 각 공정이 순차적으로 이루어지는 된장을 제조하는 방법.

Ⅰ. 해양 심층수로부터 함수를 생산하는 단계

1. 취수 및 가온 처리공정

수심 200m이하의 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리를 하여 전처리여과공정으로 보낸다.

2. 전처리여과공정

상기의 취수 및 가온 처리공정에서 가온 처리된 해양 심층수가 전처리여과공정에 공급되면, 모래여과(Sand filter), 정밀여과(Micro filter), 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상을 조합한 여과를 하여 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한 여과수는 물 분자의 소집단화공정의 전자처리수조(1)로 보낸다.

3. 물 분자 집단의 소집단화처리공정

상기의 전처리여과공정에서 여과수가 물 분자의 집단을 소집단화처리공정의 전자처리수조(1)에 공급되면, 정전압발생장치(7)로부터 고압의 교류 정전압을 전극(2)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압과 0.4∼1.6㎂의 전류를 4∼10시간 동안 인가(印加)하여 물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단(切斷)되면, 중간처리수 저장조(8)로 보내어 자화기 공급펌프(9)로 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器; 10)로 보내어 도전관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5V 범위의 교류 또는 직류의 저전압(低電壓)을 인가하여 자화처리를 한 후에 유입수 유량의 1∼4배를 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 소집단수 저장조(11)로 보내었다가 소집단수 이송펌프(12)에 의해 역삼투여과공정으로 보낸다.

4. 역삼투여과공정

상기의 물 분자의 소집단화처리공정에서 소집단수(Microclustered water)로 처리되어 역삼투여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼100기압(atm)으로 여과 막에 공급하여 여과된 여과수는 음료수 생산공정으로 보내고, 여과되지 않고 농축된 농축 염수는 전기투석공정의 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 보낸다.

5. 전기투석공정

상기의 역삼투여과공정에서 농축 염수가 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)에 공급되면 전 처리된 해양 심층수 이송펌프(14)에 의해서 모든 양이온을 투과할 수 있는 양이온교환막(22)과 1가 이온만 선택적으로 투과하는 1가 음이온선택교환막(20)을 양극(16)과 음극(17) 사이에 교호적으로 다단을 설치한 전기투석장치(15)의 탈염실(22)에 공급하여 전 처리된 해양 심층수 저장조(13)로 반송하면서, 전 처리된 해양 심층수 이송펌프(14)에 의해서 농축 염수 저장조(24)에 레벨 스위치(LS; level switch)의 작동에 의해서 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)를 작동하여 전 처리된 해양 심층수를 공급하고, 염농축실 공급펌프(25)에 의해서 염농축실(23)에 공급하여 농축 염수 저장조(24)로 반송하면서 정류기(26)로부터 양극(16)과 음극(17)에 직류전류를 인가하여 해양 심층수 배출 라인(Line) 전기전도율지시스위치(ECIS)의 전기전도율이 6∼12㎳/㎝ 범위로 탈염된 탈 염수는 솔레노이드밸브를 작동하여 음료수제조공정으로 보내고, 농축 염수 저장조(24)의 함수(鹹水)의 보메도 비중이 16∼20°Be범위가 되면 보메도 비중지시스위치(BIS)로 솔레노이드 밸브를 작동하여 된장을 제조하는 단계의 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정으로 보낸다.

Ⅱ. 된장과 간장을 제조하는 단계

1. 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정

상기의 전기투석공정에서 보메도 비중이 16∼20°Be범위로 농축된 함수(鹹水)에 비환원성이당류(非還元性二糖類; Nonreducing disaccharide)인 자당(蔗糖; Sucrose)이나 트레할로스(Trehalose), 비환원성 당알코올(Nonreducing sugar alcohol)인 말티톨(Maltitol), 자일리톨(Xylitol), 솔비톨(Sorbitol), 에리쓰리톨(Erythitol), 락티톨(Lactitol), 만니톨(Mannitol)과 같은 첨가제 중에서 한 종류 또는 2종류 이상을 혼합한 것을 총용존고형물량(TDS; Total dissolved solids)의 함량에 중량기준으로 0.01∼0.4배의 비율로 공급하고, 전술한 첨가제에 구연산(Citric acid), 호박산(Succinic acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Malic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 옥살호박산(Oxalsuccinic acid), 젖산(Lactic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 것을 3∼15wt% 범위로 주입하고, 교반하여 첨가제를 용해한 함수를 만들어 된장을 제조하는 공정으로 보낸다.

2. 된장을 제조하는 공정

① 잘 띄운 메주를 먼지를 털어 내고, 깨끗한 물을 뿌리면서 솔로 문질러 깨끗이 세정(洗淨) 한 다음, 씻은 메주는 물기를 빼고 햇볕에서 2∼3일간 바싹 말린다.

② 된장을 담그는 항아리는 깨끗한 물로 세정한 후 부착된 수분이 건조되면 항아리 내부를 불꽃으로 신터링(Sintering)하여 잡균(雜菌)을 사멸처리 한다.

③ 상기의 말린 메주를 잡균을 사멸처리한 항아리에 차곡차곡 담은 다음, 메주 1부에 "비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정"에서 제조된 보메도 비중이 16∼20°Be 범위의 함수(鹹水)를 2∼4부를 주입하여 된장을 담근다.

④ 상기의 항아리에 담근 메주가 수면 위로 나온 겉면에는 소금을 한 줌 씩 뿌려 주고, 숯, 대추, 고추를 3∼6개씩 띄운다.

⑤ 상기의 항아리에 담근 메주를 40∼60일간 발효시킨 다음 메주와 액상을 분리한다.

⑥ 상기의 액상부분을 분리한 메주는 절구나 더블 스크루믹서(Double screw mixer)에서 믹싱(Mixing)을 한 다음 항아리에 주입하고, 항아리 입구를 망사로 씌워 이물질이 들어가지 않게 한 다음 햇볕이 좋은 날은 볕을 쬐면서 30∼50일간 숙성하여 된장을 제조한다.
청구항 1에 있어서, 상기의 물 분자 집단의 소집단화처리공정과 역삼투여과공정을 생략하는 경우에는, 전처리여과공정에서 여과된 여과수를 전기투석공정으로 보내는 공정에 의해서 된장을 제조하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기의 역삼투여과공정을 생략하는 경우에는, 물 분자 집단의 소집단화처리공정에서 처리된 것을 소집단수 이송펌프(12)에 의해 전기투석공정으로 보내는 공정에 의해서 된장을 제조하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기의 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정을 생략하는 경우는, 전기투석공정의 농축 염수 저장조(24)의 함수(鹹水)의 보메도 비중이 16∼20°Be범위가 되면 보메도 비중지시스위치(BIS)로 솔레노이드 밸브를 작동하여 된장과 간장을 제조하는 단계의 된장을 제조하는 공정으로 보내어 된장을 제조하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기의 비환원성 이당류, 비환원성 당알코올과 유기산을 혼합하는 공정에서 미네랄 염과 착화합물을 생성하는 구연산, 호박산, 주석산, 사과산, 푸마르산, 옥살호박산, 젖산의 첨가를 생략한 공정에 의해서 된장을 제조하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기의 물 분자 집단의 소집단화처리공정에서 정전압도전관자화기(10) 대신에 12,000∼15,000G(Gauss)범위로 착자(着磁) 된 영구자석을 설치한 처리공정에 의해서 된장을 제조하는 방법.
청구항 1에 있어서, 상기의 물 분자 집단의 소집단화처리공정에서 처리수의 용량이 대용량인 경우에는 목탄(木炭)을 충전한 스테인리스 스틸(stainless steel)의 전극(2)의 망이 내장된 전자처리수조(1)를 다단으로 설치한 처리공정에 의해서 된장을 제조하는 방법.
청구항 1의 된장을 제조하는 공정에서 40∼60일간 발효시킨 다음 메주와 액상을 분리하여, 분리된 액상부분을 80℃에서 10∼20분간 거품을 걷으면서 달인 다음 식혀 간장을 제조하는 방법.