KR101028595B1 - 해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기능미(機能米)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수(海洋深層水)에 담수(淡水)로 희석한 용수에 쌀을 침지(沈漬)하여 미네랄(Minerals)성분을 다량 함유된 기능미를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하여 가온 처리, 여과처리를 해양 심층수의 전 처리단계와 해양 심층수로 쌀을 세정처리 후, 여과처리한 해양 심층수에 담수를 주입하여 희석한 용수에 세정한 쌀을 침지하여 해양 심층수에 함유된 미네랄성분을 쌀에 침투토록 한 다음, 건조하여 미네랄성분이 함유된 기능미를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
해양 심층수, 담수, 쌀, 기능미, 미네랄(Minerals), 침지(沈漬)

Description

해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 방법{A method to produce function rice using deep-ocean water}
본 발명은 기능미(機能米)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서· 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수(海洋深層水)에 담수(淡水)로 희석한 용수에 쌀을 침지(沈漬)하여 미네랄(Minerals)성분을 다량 함유한 기능미를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래기술에서 기능미의 제조방법은 쌀에 인삼·홍삼·대추·함초(鹹草)·구기자·솔잎·둥글래·감초(甘草)의 한약재추출물, 양파·포도·매실· 마늘의 야채류추출물, 녹차(綠茶)·홍차(紅茶)의 차류 추출물, 송이버섯·표고버섯·차가(Chaga)버섯·상황버섯의 버섯류추출물, 다시마의 해조류추출물, 키토산(Chitosan), 토코페롤(Tocopherol), 비타민류(Vitamins), 라이신(Lysine), 철분, 칼슘, 식물성 식이섬유질 또는 동물성 식이섬유질 중에서 한 종류 이상 혼합한 첨가제를 첨가한 다음, 필요에 따라서는, 젤라틴(Gelatin), 녹말, 시클로 덱스트린(Cyclodextrin), 한천용액(寒天溶液), 아라비아 검(Gum Arabic) 또는 알긴산(Alginic acid) 중 선택된 한 종류의 코팅제로 코팅한 다음, 건조하여 기능미를 제조하였으나, 인체에 유용한 다양한 미네랄성분이 함유된 기능미는 개발되지 않았다.
종래기술의 문헌정보
[문헌 1] 대한민국 특허등록번호 제10-0464591호(2004.12.22)
[문헌 2] 대한민국 특허등록번호 제10-0470189호(2005.01.26)
[문헌 3] 대한민국 특허등록번호 제10-0521157호(2005.10.06)
[문헌 4] 대한민국 특허등록번호 제10-0563269호(2006.03.15)
[문헌 5] 대한민국 특허등록번호 제10-0572578호(2006.04.13)
본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수에 함유된 유용한 미네랄성분을 쌀의 조직에 침투시켜 미네랄함량이 높은 기능미를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하여 가온 처리, 여과처리를 해양 심층수의 전 처리단계와 해양 심층수로 쌀을 세정처리 후, 여과처리한 해양 심층수에 담수를 주입하여 희석한 용수에 세정한 쌀을 침지하여 해양 심층수에 함유된 미네랄성분을 쌀에 침투토록 한 다음, 건조하여 미네랄성분이 함유된 기능미를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명은 건강에 유용한 다양한 미네랄성분을 함유하고 있는 해양 심층수를 이용하여 미네랄함량이 높은 기능미를 제조할 수 있기 때문에 미네랄성분을 필요로 하는 기능미제조에 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.
먼저, 해양 심층수의 특성을 검토하면, 해양 심층수는 다음 표 1 "해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치"에서 보는 바와 같이 동·식물의 생육에 필요한 다양한 미네랄성분이 함유되어 있으면서 유해한 중금속성분은 극히 미량으로 함유되어 있으며, 유해미생물과 오염물질의 농도가 낮은 청정한 특성이 있다.
표 1 해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치
구 분 울릉도 현포
수심 650m 해양 심층수 표층해수


일
반
항
목		 수온(℃) 1.2 20.3
pH 7.8 8.15
DO 용존산소(㎎/ℓ) 6 8
TOC유기 탄소(㎎/ℓ) 0.962 1.780
CODMn(㎎/ℓ) 0.2 0.6
용해성 증발잔류물(㎎/ℓ) 47,750 37,590
M-알칼리도(㎎/ℓ) 114.7 110.5



주
요
원
소		 NaCl(wt%) 2.69 2.75
Mg 마그네슘(㎎/ℓ) 1,270 1,280
Ca 칼슘 (㎎/ℓ) 406 405
K 칼륨 (㎎/ℓ) 414 399
Br 취소 (㎎/ℓ) 68.2 68.1
Sr 스트론튬 (㎎/ℓ) 7.76 7.61
B 붕소 (㎎/ℓ) 4.45 4.48
Ba 바륨(㎎/ℓ) 0.044 0.025
F 불소 (㎎/ℓ) 0.52 0.56
SO4 2-(㎎/ℓ) 2,836 2,627

영
양
염
류		 NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ) 0.05 0.03
NO3 -질산태질소(㎎/ℓ) 1.158 0.081
PO4 3-인산태인(㎎/ℓ) 0.177 0.028
Si 규소 (㎎/ℓ) 2.800 0.320


미
량
원
소		 Pb 납 (㎍/ℓ) 0.110 0.087
Cd 카드뮴 (㎍/ℓ) 0.050 0.008
Cu 구리 (㎍/ℓ) 0.260 0.272
Fe 철 (㎍/ℓ) 0.230 0.355
Mn 망간 (㎍/ℓ) 0.265 0.313
Ni 니켈 (㎍/ℓ) 0.360 0.496
Zn 아연 (㎍/ℓ) 0.450 0.452
As 비소 (㎍/ℓ) 0.4001 0.440
Mo 몰리브덴(㎍/ℓ) 5.110 5.565
Cr 크롬(㎍/ℓ) 0.020 -
균
수		 생균 수(개/㎖) 0 520
대장균 수(개/㎖) 음성 음성
해양 심층수 이용의 역사는 매우 짧으나, 지금까지 수산분야를 시작으로 개발 되었으나, 식품이나 의료, 건강산업, 음료수, 화장품, 토양개량제(土壤改良劑, Soil conditioner), 미생물 배양액 등의 비 수산분야에 있어도, 다양한 연구개발이 되고 있다.
해양 심층수는 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수를 해양 심층수라고 부르며, 표층해수(表層海水)와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식(增殖)하지 못하기 때문에 영양염류(榮養鹽類)의 농도가 높으면서 수온(水溫)에 따른 밀도차이(密度差異)로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질(汚染物質)이 없기 때문에 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 청정성(淸淨性), 부영양성(富榮養性), 미네랄밸런스특성, 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있으며, 구체적인 내용은 다음과 같다.
1. 저온 안전성(低溫安全性)
표층해수의 수온은 계절에 의해서 큰 폭으로 변동하는 데 대해, 해양 심층수는 계절에 따라서 수온의 변화가 없으면서 저온으로 안정되어 있다.
특히 한국 동해의 해양 심층수는 오호츠크해(Sea of Okhotsk)의 유빙(流氷)이 녹은 찬 해수가 밀도차로 침강(沈降)하여 사할린섬(Ostrov Sakhalin)과 홋카이도(北海道) 사이의 블라디보스토크(Vladivostok) 앞바다로 유입된 심층수로 일본열도가 가로 막혀 흐름이 느려 해수면에서 300m보다 깊은 해저심층에서는 연간을 통해서 수온이 1∼2℃로 하와이나 일본 태평양 연안의 코우치현(高知縣) 무로토(室戶) 앞바다 해양 심층수 등에 비해서 8∼11℃ 정도 낮은 특성이 있다.
2. 청정성(淸淨性)
해저심층에 있으므로 육상의 하천수, 대기로부터의 오염을 받기 어렵고, 화학물질, 오염물질과 세균수가 적다.
① 물리적 청정성
물리적 청정성은 현탁물(懸濁物)된 부유물이 적다고 하는 것으로 해양 심층수는 표층해수에 비해서 부유고형물질의 함량이 적다.
② 생물학적 청정성
해수의 취수에서 제일문제가 되는 것은 부착생물의 번식인데, 일반적으로, 표층해수의 취수장치에서는 취수 관내에 부착생물이 번식하는 것으로, 관의 저항이 늘어나 취수불능이 되는 것이 많은데, 해양 심층수는 플랑크톤, 미생물, 클로렐라 등의 총 생균 수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1로 적은 특성이 있다.
③ 화학적 청정성
해양 심층수는 오염된 표층해수와 혼합이 일어나지 않기 때문에 다이옥신이나 PCB, 유기 염소화합물, 유기주석 등 이른바 환경오염물질이 오염되어 있지 않은 특성이 있다.
3. 부영양성(富榮養性)
해양 심층수는 표층해수에 비해서 동·식물의 생장에 근원이 되는 조류, 식물플랑크톤(주로, 엽록소를 가지는 미소의 단세포 식물인 규조)의 영양원이 되는 질소, 인, 규산 등이 표층해수의 약 5∼10배의 무기영양염류가 풍부하게 포함되어 있는 특성이 있다.
해수면에서 수심 150m보다 깊은 해저심층에서 광량은 1% 이하가 되며, 더 이상의 깊이에서는 식물성 플랑크톤은 광합성을 할 수 없기 때문에, 영양소는 식물성 플랑크톤에 의해서 소비되지 않고 아래의 깊은 층으로 가라앉아 축적되어 있어 무기영양염류의 농도가 높다.
4. 미네랄의 특성
해수는 70여 종류를 넘는 원소를 포함하고 있으며, 해양 심층수도 이와 같이 다종다양의 원소를 포함하고 있는 특성이 있다.
동·식물의 생육에 필요한 주요원소가 많으면서 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 되는 필수 미량원소인 동, 아연과 같이 사람의 건강에 깊은 관계가 있는 것은 극히 소량 포함되어 있다고 하는 미네랄밸런스가 좋은 특성이 있다.
5. 숙성성(熟成性)
해양 심층수는 표층해수에 비해 pH가 낮으며(pH 7.8 전후), 유기물 함량이 적으면서 해양 심층수는 표층해수로부터 분리되어 저온 고압 하에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)된 소집단수(小集團水, Micro-clustered water)로 수질이 안정되어 있다.
본 발명에서는 상술한 원리를 이용하여 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 다양한 미네랄성분의 특성을 이용하여 미네랄 함량이 높은 기능미를 제조하는 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명에서 혼합의 비를 나타내는 "부"는 중량 부를 의미한다.
Ⅰ. 해양 심층수의 전 처리단계
1. 해양 심층수의 취수 및 가온 처리공정
해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하여 후속처리를 원만하게 처리될 수 있도록 가온 처리를 한다.
해양 심층수는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 해양 심층수를 취수하며, 취수방법은 선상(船上)에서 해저 200m보다 깊은 곳까지 배관을 내려 취수하던가, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관을 설치하고, 취수정을 해수면보다 낮게 설치하여 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 취수를 한다.
취수된 해양 심층수는 온도가 낮으면서 점성이 높아 처리효율이 떨어지기 때문에 보일러(Boiler)에서 열을 공급받아(여름철에는 표층해수의 수온을 이용할 수도 있음) 30∼40℃로 가온 처리하여 여과처리공정으로 보낸다.
2. 여과처리공정
여과처리공정은 모래여과(Sand filter)를 하여 수중의 부유고형물질(SS: Suspended solid)을 제거한 다음, 세정공정 및 해양 심층수와 담수의 혼합공정으로 보낸다.
이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 여과속도는 6∼10m/시간으로 하고, 여과사(濾過砂)의 유효경(有效徑)은 0.3∼0.45㎜ 범위로 하며, 균등계수(均等係數)는 2.0 이하로 하며, 여층(濾層)의 두께는 0.5∼1.0m 범위로 한다.
이때 취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.
Ⅱ. 기능미를 제조하는 단계
1. 쌀의 세정공정(洗淨工程)
원료 쌀에 부착된 이물질을 상기 여과공정에서 여과처리된 해양 심층수로 세정처리를 한 다음, 침지공정(沈漬工程)으로 보낸다.
2. 해양 심층수와 담수의 혼합공정
해양 심층수에는 상기 표1에서 보는 바와 같이 NaCl농도가 높기 때문에 그대로 침지공정에 사용하는 경우는 쌀에 NaCl이 과량으로 침투되어 밥맛이 짠 문제가 있기 때문에 해양 심층수 10부에 담수(淡水)를 20∼120부를 혼합한 용수를 침지공정으로 보내어 사용한다.
그리고 해양 심층수와 담수를 혼합한 용수에 인삼·홍삼·울금(鬱金)·대추·함초(鹹草)·구기자·솔잎·뽕잎·설련화(雪蓮花)·둥글래·감초(甘草)의 한약재추출물, 양파·포도·매실·마늘의 야채류추출물, 녹차(綠茶)·홍차(紅茶)의 차류 추출물, 송이버섯·표고버섯·잎새버섯(Grifola frondosa), 아가리쿠스(Agaricus) 버섯, 차가(Chaga) 버섯, 꽃송이버섯(Sparassis crispa)·영지버섯·상황버섯·동충하초(冬蟲夏草)의 버섯류추출물, 다시마의 해조류추출물, 키토산(Chitosan), 토코페롤(Tocopherol), 타우린(Taurine), β－글루칸(Glucan), SOD용 소재, 비타민류(Vitamins), 라이신(Lysine), 플로테오글리칸(Proteoglycan), 황산콘드로이친(Chondroitin sulfate), 프로폴리스(Propolis), 흑초, 상어 연고(軟膏), 효모(Yeast), 효소(Enzyme), 혈압상승을 억제하는 펩티드(Peptide), 철분, 칼슘, 식물성 식이섬유질 또는 동물성 식이섬유질 중에서 선택된 한 종류의 기능성 소재성분을 쌀 100부에 0.1∼20부를 첨가하여 미네랄성분과 복합적인 기능을 가진 기능미를 제조할 수도 있다.
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3. 침지공정(沈漬工程)
상기 세정공정에서 전 처리한 해양 심층수로 세정한 쌀을 포대(布袋)에 담은 것을 침지조(1) 내에 주입한 것에, 상기 전 처리된 해양 심층수와 담수(淡水) 또는 담수와 상기 기능성 소재성분을 혼합한 용수를 주입한 쌀포대가 잠기도록 주입하고, 보일러(Boiler)로부터 온수 또는 스팀(Steam)을 침지조(1) 외부에 설치된 가온 재킷(Heating jacket: 3)에 공급하여 침지조(1) 내의 수온을 35∼45℃ 범위로 2∼6시간 동안 침지하여 미네랄성분 또는 미네랄성분과 기능성 소재성분이 쌀의 조직에 침투한 쌀은 침지조(1)로부터 인출하여 건조공정으로 보낸다.
그리고 상기 세정공정에서 전 처리한 해양 심층수로 세정한 쌀을 포대(布袋)에 담은 것을 침지조(1) 내에 주입한 것에, 상기 전 처리된 해양 심층수와 담수 또는 담수와 상기 기능성 소재성분을 혼합한 용수를 주입한 쌀포대가 잠기도록 주입하는 대신에, 상기 세정공정에서 전 처리한 해양 심층수로 세정한 쌀을 포대(布袋)에 담은 것을 침지조(1) 내에 내장된 철망 전극(2)에 주입하고, 상기 전 처리된 해양 심층수와 담수 또는 담수와 상기 기능성 소재성분을 혼합한 용수를 철망 전극(2)에 주입한 쌀포대가 잠기도록 주입하고, 보일러로부터 온수 또는 스팀을 침지조(1) 외부에 설치된 가온 재킷(Heating jacket: 3)에 공급하여 침지조(1) 내의 수온을 30∼40℃ 범위로 가온하면서, 고압정전기발생장치(高壓靜電氣發生裝置: 8)의 변압기(8a)의 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g)을 철망 전극(2)에 연결하고, 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원을 인가(印加)하고, 전압조정기(電壓調整器: 10b)를 조정하여 철망 전극(2)에 전압을 3,000∼5,000볼트(Volt), 전류를 10∼150㎂의 정전압을 2∼6시간 동안 인가(印加)하면 철망 전극(2)을 중심으로 +와 -의 정전기장(靜電氣場)이 교대로 반복해서 작용하는 정전기유도처리(靜電氣誘導處理)를 하면, 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이하면서 물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단(切斷)되어 핵자기공명(核磁氣共鳴: Nuclear magnetic resonance, NMR)의 17O-NMR 반치폭(半値幅) 값이 50∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水: microclustered water)로 처리되면서 미네랄성분 또는 미네랄성분과 기능성 소재성분이 쌀의 조직에 침투한 쌀은 침지조(1)로부터 인출하여 건조공정으로 보낸다.
여기서 상기 미네랄성분 또는 미네랄성분과 기능성 소재성분이 쌀의 조직에 침투한 쌀에 젤라틴(Gelatin), 녹말, 시크로덱스트린(Cyclodextrin), 한천용액(寒天溶液), 펙틴(Pectin)질, 만난(Mannan), 카드란(Curdlan), 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivative), 산탄 검(Xanthan gum)·아라비아 검(Gum Arabic)의 식물 검(Plant gum) 또는 알긴산(Alginic acid) 중에서 선택된 한 종류의 코팅제를 쌀 100부에 0.5∼5부를 주입하여 추가로 코팅한 다음 건조공정으로 보내어 건조하여 기능미를 제조할 수도 있다.
이때 유의하여야 할 사항은 침지조(1)에서 수온을 60℃ 이상에서 1시간 이상 침지하면 β(베타) 상태의 전분이 α(알파)-전분으로 알파화할 우려가 있기 때문에 수온을 가능한 50℃ 이상으로 하는 것을 피해야 한다.
침지조(1)에서 정전기유도처리를 하면 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화하여 소집단수(小集團水)로 처리되면서 표면장력(表面張力)과 점성(粘性)이 떨어져 미네랄성분의 침투율이 향상하게 된다.
고압정전기발생장치(靜電氣發生裝置: 8)의 변압기(8a)는 철심(8d), 1차 권선(8c), 2차 권선(8e), 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g), 2차 코일(4)의 절연처리 단말(8f)로 구성되어 있으며, 전압 조정기(8b)는 1차 권선(8c)에 접속하며, 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g)은 도체(6)에 의해서 절연된 절연체(5) 위에 설치된 침지조(1) 내의 쌀이 충전된 철망 전극(2)에 접속한다.
쌀을 충전한 철망 전극(2)에 변압기(8a)의 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g)을 접속하고, 2차 권선(8e)의 절연처리 단말(8f)은 변압기(8a) 내의 절연물 안에 절연상태로 한다.
침지조(1)와 철망 전극(2)의 재질은 내염성 재질을 사용하며, 하부에는 절연체(5)인 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(5) 하부에는 내식성 재질인 도체(6)를 기초 콘크리트(7)구조물 사이에 설치하며, 도체(6)는 땅에 접지(9)처리 한다.
침지조(1)는 절연체(5) 위에 설치하고, 절연체(5) 하부에 설치된 도체(6)와 고압정전압발생장치(8)는 접지(9)하면, 고압정전압발생장치(8)와 침지조(1) 내의 철망 전극(2)과 접지(9)와의 사이에는 콘덴서 C1와 C2를 형성한다.
변압기(8a) 내의 고압 측 2차 권선(8e)의 일단인 절연처리 단말(8f)을 변압기(8a) 내의 절연물 안에서 절연상태로 한 콘덴서 C2을 형성하는 것과 동시에, 고압 측의 2차 권선(8e)의 남는 일단의 출력 단말(8g)을 도체(6)로 접지(9)와 절연한 침지조(1) 내의 철망 전극(2)에 접속하여 콘덴서 C1를 형성하며, 그 결과, 출력 단말(8g)과 접지(9) 간의 전압은 250∼3,500볼트(Volt)가, 전류는 10∼150㎂의 미약 전류가 되므로 접지상태에서 사람이 침지조(1)에 접촉해도 위험은 없다.
정전기유도는 전기적으로 중성인 물질에 대전한 대전체에 접근하면 대전체에 가까운 물질의 표면에 대전체와는 반대의 극성을 가지는 전하가 나타나 먼 쪽의 대전체와 같은 전하가 나타난다. 또, 대전체가 아니고 외부에 전기장이 존재하는 경우에서도 외부전하와 반대의 전하가 나타난다. 이때 나타나는 전하를 유도 전하라 고 하며, 중성물질은 유도 전하를 가지게 되어 접촉하고 있지 않은 외부의 전기 작용에 의해서 물질에 전하가 유도되어 +전하와 -전하가 분극(分極)하는 현상이 일어나며, 이 현상을 정전기유도 또는 정전유도를 받고 있다고 하며, 이 현상을 응용하여 물질에 교류전압을 인가하면 물질의 분자에 회전과 진동이 가해져 분자의 이합집산을 촉진하며, 물질에 물리적인 특성을 변화시키는 것을 정전기유도처리라 한다.
다시 말해서, 본 발명은, 고압정전기발생장치(8)의 변압기(8a)는 성층(成層)의 철심(8d)을 이용한 외철형원형 코일 변압기 타입의 것이며, 변압기(8a)의 1차 측 회로의 1차 권선(8c)을 전압조정기(8b)를 개입시켜 교류 전원에 접속하여 변압기(8a)의 2차 측 회로의 2차 권선(8e) 1단의 절연처리 단말(8f)을 변압기(8a) 내의 절연물 안에서 절연처리한 것과 동시에 2차 측 회로의 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g)을 도체(6)를 접지(9)에 연결하여 절연한 절연체(5) 위에 배치된 침지조(1) 내의 철망 전극(2)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전기유도처리를 하면 침지조(1) 내의 철망 전극(2)에 충전된 쌀에 침투된 물 분자의 집단과 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 철분 등의 미네랄성분도 미립자화되어 통액성과 침투성이 높게 되어 쌀의 조직 내부까지 쉽게 침투하게 된다.
변압기(8a)는, 철심(8d)의 중앙부에 통 모양의 절연 필름을 끼워 넣고, 다시 절연 필름의 외주 면에 1차 권선(8c)과 2차 권선(8e)을 감고, 1차 권선(8c)은 예를 들어 직경 0.6㎜의 폴리에스테르(Polyester)로 피복 한 동선을 사용하여 220∼240권으로 하고, 2차 권선(8e)은, 예를 들어 직경 0.09㎜의 에나멜로 피복한 동선을 사용하여 40,000회권으로 하지만, 이 2차 권선(8e)의 40,000회 중, 제1의 2차 권선(8e)을 22,000회권으로 하고, 제2의 2차 권선(8e)을 18,000회권으로 하여도 좋고, 이러한 동선코일의 직경, 종류, 동선의 권수 등은 쌀의 처리용량과 치리 시간, 인가전압 등의 조건에 따라서 결정을 한다.
통상의 경우, 이러한 동선코일(Coil)은 0.03∼3㎜의 것을 이용할 수 있으며, 동선의 종류는 폴리에스테르나 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 동선코일의 권수는 1차 권선(8c)은 200∼250회권으로 하고, 2차 권선(8e)은 28,000∼40,000회권으로 하거나 2차 권선(8e) 내에서 제1의 2차 권선(8e)을 16, 800∼22,000권으로 하고, 제2의 2차 권선(8e)을 11,200∼18,000권으로 해도 좋다.
2차 권선(8e)의 절연처리 단말(8f)은 변압기(8a) 내에 있고, 그 첨단 부분을 절연 테이프로 감은 후, 타르 피치(Tar pitch) 등의 절연물을 변압기(8a) 내에 충전해서 2차 권선(8e)의 절연처리 단말(8f)을 가려 싸도록 해서 절연 하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유(Insulating oil), 불포화 폴리에스테르수지(Unsaturated polyester resin), 폴리우레탄 수지(Polyurethane resin) 등도 이용할 수도 있다.
철망 전극(8)은 티타늄(Titanium)과 같은 내염성 재질의 철망 상의 상자가 최적이지만, 이외에도, 슬릿(Slit)상의 다공 판 모양이나 그 외의 그릿(Grit) 형상의 것도 상관없다.
변압기(8a)에 교류를 흐르게 하여 변압기(8a)의 1차 전압을 전압조정기(8b)로 조작하여 100∼220볼트(Volt)로 조정하면, 2차 측 즉 2차 권선(8e)의 단말(8g 및 10f) 사이에는 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이 발생하지만, 2차 측 회로의 2차 권선(8e)의 절연처리 단말(8f)을 절연하고 있으므로, 도체(6)로 절연된 절연체(5) 위에 침지조(1) 내의 출력 단말(8g)과 접속하고 있는 철망 전극(2)과 접지(9) 사이에는 약 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류가 흐르게 된다.
상술한, 2차 측에 발생한 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이, 침지조(1) 내의 철망 전극(2)과 접지(9) 사이에는 3,000∼5,000볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류가 되는 것은, 2차 권선(8e)의 절연처리 단말(8f) 부위의 콘덴서 C2와 절연체(5) 하부부위의 콘덴서 C1인 도체(6), 2차 권선(8e)의 저항, 코일의 교류저항회로에 의하는 것이다.
즉, 전술한 회로는, 도 2에 나타내듯이, 콘덴서 C1과 콘덴서 C2에 의한 공진 회로를 형성하는 것이며, 2차 권선(8e)의 일단인 절연처리 단말(8f) 부위인 콘덴서 C2와 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g)을 도체(6)로 절연되고 있는 절연체(5) 부위의 콘덴서 C1에 의한 출력전압으로부터의 방전에 의한 공진 주파수에 의해서 정전기유도를 일어나게 한다.
침지조(1) 내의 철망 전극(2)의 크기, 그리고 쌀을 충전한 양이나 도체(6)의 높이에 따라서 침지조(1) 내의 철망 전극(2)과 접지(9) 사이의 전압은 3,000∼5,000볼트(Volt)로 변동하고, 전류도 10∼150㎂ 범위로 변화하며, 또한, 입력 전원을 전압조정기(8b)로 0∼220볼트(Volt) 범위로 조정하는 것에 따라서 전압과 전류를 변동시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 교류저항회로에 의해서 발생시킨 침지조(1) 내의 철망 전극(2)의 전압은 무부하(無負荷) 시에 3,000∼5,000볼트(Volt)이지만, 전류는 10∼150㎂ 범위의 미약한 전류이므로 인체에 대해서 안전하고, 감전이나 화재 등의 트러블(Trouble)을 일으킬 우려는 없으며, 또한, 철망 전극(2)에 인가되는 전압과 전류는 쌀을 충전하에서는 양(量)이나 정전기유도처리조건에 따라서 전압조정기(8b)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 철망 전극(2)과 접지(9) 간의 전압은 550∼1,600볼트(Volt)와 전류는 30∼100㎂ 범위로 하는 것에 의해서 쌀의 조직에 미네랄성분의 침투를 정전기유도처리 하는데, 적절한 교류 전계(電界)를 구성할 수 있다.
그리고 침지조(1) 내의 철망 전극(2)에 대해서는, 철망 전극(2)이 +전하가 되면, 접지(9) 측에서는 -전하가 유전(誘電)되며, 반대로 철망 전극(2)이 -전하가 되면 접지(9) 측에서는 +전하가 유전되며, 이후 교류 전원의 주파수에 따라서 철망 전극(2)은 1초간에 주파수(50 내지 60회)만큼 +전하와 -전하가 바뀌게 되며, 이것에 따라서 접지(9) 측의 전하도 유전되어 +전하와 -전하가 바뀌게 된다.
일반적으로 물질은 원자에 의해 성립되고 있으며, 이 원자는 원자핵과 전자에 의해 구성되고 있으며, 다시 원자핵은 중성자와 양자로 구성되어 있으며, 그리고 원자핵의 주위에는 부(-)의 전하를 가지는 전자가 원운동을 하고 있고, 외부 전계가 작용하지 않는 정상상태에서는 양자의 +전하와 전자의 -전하가 동량으로 안정 된 상태가 되어 있으나, 외부에서 높은 전압을 인가하면 이것에 의해서 전자는 한편으로 이동하면서, 또한 양자도 한편으로 이동하기 때문에 원자의 전기적 중심이 일치하지 않게 되어 원자는 한 개의 전기쌍극자(電氣雙極子)를 형성하게 되면서 전하의 밸런스(Balance)에 의해서 내부전계(內部電界)가 발생하면서 분극(分極)을 일으키게 된다.
이와 같은 경우 원자(분자)가 외부전계(外部電界)에 의해서 분극 하므로 이를 전자분극(電子分極) 혹은 원자분극(原子分極) 이라고 하며, 침지조(1) 내의 철망 전극(2)에 충전된 쌀에 높은 정전압을 인가하면 모든 분자는 정전기유도에 의해서 +전하와 -전하의 교체에 따라서 순응하려고 하지만, 분자 간의 결합력의 강한 것과 약한 것의 차이가 생겨 쌀의 조직에 함유된 수분의 물 분자 집단(Cluster)의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 소집단화(小集團化) 하여 소집단수(Microclustered water)로 처리되면서 표면장력(表面張力)이 적게 되어 점성이 적게 되면서 칼슘, 마그네슘, 철분 등의 미네랄성분도 분자의 이온화가 촉진되어 초미립자화 하여 침투성이 높아지며, 그 결과 쌀은 통액성이 좋아지면서 침투성이 용이하게 되어 미네랄성분은 쌀의 조직의 구석구석까지 침투하게 된다.
그리고 쌀의 처리 물량이 많은 경우에는 도체(6)에 의해서 절연체(5) 위에 침지조(1)를 복수로 여러 개를 설치하여 각 침지조(1) 내에 철망 전극(2)에 쌀을 충전하고, 정전기유도처리를 한다.
철망 전극(2)에 세정된 쌀을 충전하고, 침지조(1)에 전 처리된 해양 심층수와 담수를 혼합한 용수를 공급한 다음, 고압정전기발생장치(8)로부터 고압정전기를 인가하여 정전기유도처리를 한번 실시하면 침지조(1) 내의 유기물농도가 높아지면서 미네랄성분의 농도가 떨어지기 때문에 한번 사용하고 배수하는 것이 바람직하다.
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4. 건조 및 포장공정
상기 침지조(1)에서 쌀의 조직에 미네랄성분을 침투시킨 쌀은 인출하여 함수율을 5∼12wt% 범위까지 건조한 다음, 포장하여 기능미를 제조한다.
건조공정은 자연건조, 로터리 건조기(Rotary dryer), 드럼 건조기(Drum dryer), 밴드 건조기(Band dryer), 진공 건조기(Vacuum dryer), 원적외선 건조기(Infrared ray dryer), 열풍건조기(Hot air dryer) 또는 유동층건조기(Fluidized bed dryer) 중에서 한 종류의 건조방식에 의해서 건조를 하며, 본 발명에서는 건조 방식에는 특별히 제한하지 않는다.
[실시 예1]
티타늄(Titanium) 재질의 200ℓ 용량인 침지조(1) 내에 내장된 티타늄철망 전극(2)에 비닐포대에 20㎏이 주입된 백미 3포를 넣고, 표1의 해양 심층수 10㎏에 광천수 90㎏을 혼합한 용수 100㎏을 주입하고, 수온을 35∼37℃로 유지하면서 고압정전기발생장치(8)로부터 철망 전극(2)에 3,600볼트(Volt)를 4시간 동안 인가하여 정전기유도처리를 하여 쌀의 조직에 미네랄성분을 침지한 결과, 용수의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭(半値幅)의 값은 도 3에서와 같이 58㎐로 처리되었으며, 미네랄성분이 침투된 쌀을 인출하여 함수율을 12wt%로 건조한 기능미에 함유된 주요 미네랄 성분의 분석치는 표2의 내용과 같았다.
표2 기능미 중에 중요 미네랄성분인 마그네슘, 칼슘, 칼륨성분의 분석치
성분 NaCl Mg Ca K
함량(㎎/㎏) 1,883 88.9 28.4 29.0
상기 표2에서 보는 바와 같이 칼슘, 마그네슘과 같은 미네랄성분이 함유된 기능미가 생산될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 1은 해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 공정도
도 2는 전 처리된 해양 심층수와 담수를 혼합한 용수에 쌀을 침지하여 기능미를 제조하는 공정도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1: 침지조 2: 철망 전극
3: 가열재킷(Heating jacket) 4: 보온재
5: 절연체(絶緣體) 6: 도체(導體)
7: 기초콘크리트 8: 고압정전기발생장치
8a: 변압기 8b: 전압조정기(電壓調整器)
8c: 1차 권선(捲線) 8d: 철심(鐵心, Iron core)
8e: 2차 권선 8f: 절연처리 단말(端末)
8g: 출력 단말 9: 접지(接地, Earth)
C1, C2: 콘덴서(Condenser) TI: 온도 지시계(Temperature indicator)

Claims (4)

  1. 해양 심층수를 취수하여 가온 처리와 부유고형물질을 여과처리하는 해양 심층수의 전 처리단계와,
    상기 전 처리한 해양 심층수로 세정한 쌀을 포대(布袋)에 담은 것을 침지조(1) 내에 주입한 것에, 상기 전 처리한 해양 심층수에 담수(淡水)를 혼합한 용수를 쌀포대가 잠기도록 주입하고, 보일러로부터 온수 또는 스팀을 침지조(1) 외부에 설치된 가온 재킷(Heating jacket: 3)에 공급하여 침지조(1) 내의 수온을 30∼40℃ 범위로 가온하면서, 미네랄성분이 쌀의 조직에 침투한 쌀을 침지조(1)로부터 인출하여 건조한 다음 포장하여 기능미를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전 처리한 해양 심층수로 세정한 쌀을 포대(布袋)에 담은 것을 침지조(1) 내에 주입한 것에, 상기 전 처리한 해양 심층수에 담수(淡水)를 혼합한 용수를 쌀포대가 잠기도록 주입하는 대신에, 상기 전 처리한 해양 심층수로 세정한 쌀을 포대(布袋)에 담은 것을 침지조(1) 내에 내장된 철망 전극(2)에 주입하고, 상기 전 처리한 해양 심층수에 담수(淡水)를 혼합한 용수를 철망 전극(2)에 주입한 쌀포대가 잠기도록 주입하고, 보일러로부터 온수 또는 스팀을 침지조(1) 외부에 설치된 가온 재킷(Heating jacket: 3)에 공급하여 침지조(1) 내의 수온을 30∼40℃ 범위로 가온하면서, 고압정전기발생장치(高壓靜電氣發生裝置: 8)의 변압기(8a)의 2차 권선(8e)의 출력 단말(8g)을 철망 전극(2)에 연결하고, 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원을 인가(印加)하고, 전압조정기(電壓調整器: 10b)를 조정하여 철망 전극(2)에 3,000∼5,000볼트(Volt)의 정전압을 2∼6시간 동안 정전기유도처리(靜電氣誘導處理)를 하여 미네랄성분이 쌀의 조직에 침투한 쌀을 침지조(1)로부터 인출하여 건조한 다음 포장하여 기능미를 제조하는 해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항 중에 있어서, 상기 여과처리한 해양 심층수에 담수(淡水)를 혼합한 용수에 인삼·홍삼·울금(鬱金)·대추·함초(鹹草)·구기자·솔잎·뽕잎·설련화(雪蓮花)·둥글래·감초(甘草)의 한약재추출물, 양파·포도·매실·마늘의 야채류추출물, 녹차(綠茶)·홍차(紅茶)의 차류 추출물, 송이버섯·표고버섯·잎새버섯(Grifola frondosa)·아가리쿠스(Agaricus) 버섯·차가(Chaga) 버섯·꽃송이버섯(Sparassis crispa)·영지버섯·상황버섯·동충하초(冬蟲夏草)의 버섯류추출물, 다시마의 해조류추출물, 키토산(Chitosan), 토코페롤(Tocopherol), 타우린(Taurine), β－글루칸(Glucan), SOD용 소재, 비타민류(Vitamins), 라이신(Lysine), 플로테오글리칸(Proteoglycan), 황산콘드로이친(Chondroitin sulfate), 프로폴리스(Propolis), 흑초, 상어 연고(軟膏), 효모(Yeast), 효소(Enzyme), 혈압상승억제 펩티드(Peptide), 철분, 칼슘, 식물성 식이섬유질 또는 동물성 식이섬유질 중에서 선택된 한 종류의 기능성 소재성분을 쌀 100부에 0.1∼20부를 첨가한 다음 건조하여 해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항 중에 있어서, 상기 여과처리한 해양 심층수에 담수(淡水)를 혼합한 용수에 인삼·홍삼·울금(鬱金)·대추·함초(鹹草)·구기자·솔잎·뽕잎·설련화(雪蓮花)·둥글래·감초(甘草)의 한약재추출물, 양파·포도·매실·마늘의 야채류추출물, 녹차(綠茶)·홍차(紅茶)의 차류 추출물, 송이버섯·표고버섯·잎새버섯(Grifola frondosa)·아가리쿠스(Agaricus) 버섯·차가(Chaga) 버섯·꽃송이버섯(Sparassis crispa)·영지버섯·상황버섯·동충하초(冬蟲夏草)의 버섯류추출물, 다시마의 해조류추출물, 키토산(Chitosan), 토코페롤(Tocopherol), 타우린(Taurine), β－글루칸(Glucan), SOD용 소재, 비타민류(Vitamins), 라이신(Lysine), 플로테오글리칸(Proteoglycan), 황산콘드로이친(Chondroitin sulfate), 프로폴리스(Propolis), 흑초, 상어 연고(軟膏), 효모(Yeast), 효소(Enzyme), 혈압상승억제 펩티드(Peptide), 철분, 칼슘, 식물성 식이섬유질 또는 동물성 식이섬유질 중에서 선택된 한 종류의 기능성 소재성분을 첨가한 다음, 추가로, 젤라틴(Gelatin), 녹말, 시크로덱스트린(Cyclodextrin), 한천용액(寒天溶液), 펙틴(Pectin)질, 만난(Mannan), 카드란(Curdlan), 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivative), 산탄 검(Xanthan gum)·아라비아 검(Gum Arabic)의 식물 검(Plant gum) 또는 알긴산(Alginic acid) 중에서 선택된 한 종류의 코팅제를 쌀 100부에 0.5∼5부를 주입하여 코팅한 다음 건조하여 해양 심층수를 이용하여 기능미를 제조하는 방법.
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