KR101187570B1

KR101187570B1 - 설탕의 제조방법

Info

Publication number: KR101187570B1
Application number: KR1020110004096A
Authority: KR
Inventors: 박성준
Original assignee: (주)두아스로다스코리아
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-10-05
Also published as: KR20120082675A

Abstract

본 발명은 원당을 이용하여 원당에 포함되어 있는 천연 영양성분, 특히 비타민 및 무기질의 파괴를 최소화하고, 그 고유의 영양성분과 맛을 유지하는 설탕의 제조방법에 관한 것이다.

Description

설탕의 제조방법{PREPARATION METHOD OF SUGAR}

설탕은 인류가 발견해 낸 최초의 천연감미료로서, 중남미, 대양주, 동남아, 아프리카 등, 열대나 아열대 지방에서 자라는 사탕수수(sugar cane)와 유럽, 북미 등의 온대지방에서 자라는 사탕무우(sugar beet)에서 추출한 천연 "당즙"을 불순물을 걸러내고 사람들이 이용하기에 편리하도록 상품화한 순수한 자연식품을 말한다(대한제당협회).

대부분의 설탕은 사탕수수를 원료로 하여 제조되는데, 사탕수수 줄기를 잘게 썰고 착즙하는 단계, 석회 등을 이용하여 불순물을 제거하는 단계, 결정화하는 단계 및 원심분리기로 결정과 당밀을 분리하는 단계를 거쳐 사탕수수당이라고도 하는 원당을 제조하고, 이 원당을 정제하여 설탕을 제조한다. 사탕수수는 중남미, 대양주, 동남아, 아프리카 등의 열대나 아열대 지방에서 자라므로, 우리나라에서는 사탕수수 자체에서 설탕을 얻을 수 없고, 원당을 수입하여 정제하여 설탕을 제조, 판매하고 있다.

원당은 불순물을 포함하고 있어 식품으로 직접 사용할 수 없어, 우리나라에서 제조 및 판매되는 설탕은 원당 표면의 불순물을 세척하고, 정제하기 쉽도록 온수로 용해하고, 백토, 활성탄, 이온교환수지 등으로 정제하고 농축관에 보내 감압상태에서 농축한다. 과포화상태가 되었을 때 모결정(seed crystal)을 넣어 결정을 만들고, 결정이 생기면 원심분리하여 모액과 분리하고 다시 결정 표면을 물로 씻어 모액을 잘 씻어낸 다음 건조시켜 포장한다(doopedia 두산백과 참조). 이렇게 제조되는 설탕은 화학적 정제공정을 거치기 때문에 원당의 영양성분이 파괴되고, 화학 정제 장치 등 고가의 장비를 사용하여 생산비용이 많이 발생하는 문제점이 있다.

설탕의 화학적 성분은 자당(sucrose)이며, 이는 달콤한 맛은 내며 결정화시킬 수 있는 물질로서 순수한 자연식품이다. 또한, 설탕은 인체의 성장이나 에너지에 필수적인 3대 영양소 중 하나인 탄수화물의 원천으로 영양학적으로도 매우 중요하며 감미료 또는 다른 식품을 보존하는 보존재로서도 중요한 역할을 한다.

최근 건강에 대한 관심이 증가하면서, 설탕이 몸에 좋지 않은 음식으로 꼽히고 있다. 설탕을 과잉 섭취하면 비만, 충치, 당뇨 등을 유발할 우려가 있기 때문이다. 또한, 상술한 바와 같이 일반적으로 설탕은 화학적 정제과정을 거쳐 원당에 존재하는 영양성분이 제거된 상태이기 때문이다. 또한, 설탕 대사시 비타민 B1을 많이 소비하여 설탕을 과잉 섭취시 체내 비타민 B1의 손실이 많아져, 영양 섭취의 불균형이 발생한다. 또한, 비타민이 부족한 상태에서 설탕을 과잉 섭취하면 설탕이 다 분해되지 못해 젖산이 생긴다.

이에 건강에 유익한 설탕에 대한 소비자들의 요구가 증가하고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 사탕수수나 사탕무 등에서 설탕을 제조할 수 없는 우리나라의 실정상, 원당 내에 포함된 영양성분을 그대로 함유하는 설탕을 제조하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은 3:7의 비율로 원당을 40~60℃의 물에 용해시키는 단계; 상기 원당 용액에서 불순물을 제거하는 단계; 상기 불순물이 제거된 원당 용액을 85~95 브릭스(brix)로 농축시키는 단계; 및 상기 농축액을 결정화시키는 단계; 를 포함하는 설탕의 제조방법을 제공한다.

상기 용해시키는 단계는 원당 용액의 온도를 45~55℃로 유지하면서 교반하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 농축시키는 단계는 450~700mbar의 압력 하에서 원당 용액의 온도를 60~90℃로 유지하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 농축시키는 단계는 110~140℃의 스팀 또는 90~100℃의 열수를 이용하여 원당 용액에 간접적으로 열을 공급하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 결정화시키는 단계는 5~20℃의 냉수를 이용하여 450~700mbar의 압력 하에서 농축액을 간접적으로 냉각하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 결정화시키는 단계는 결정화가 완료될 때까지 농축액을 교반할 수 있다.

본 발명에 의하면, 원당 내에 포함되어 있는 영양성분, 특히 비타민 및 무기질을 그대로 함유하는 설탕을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕 제조방법에서 이용되는 증발농축기의 일 예의 단면도이다.
도 3은 도 2의 증발농축기 일부의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한 설탕의 사진이다.
도 5는 원당을 물에 녹인 상태의 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕을 물에 녹인 상태의 사진이다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕 제조방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕 제조방법에서 이용되는 진공증발농축기의 단면도이다. 도 3은 도 2의 증발농축기 일부의 확대 단면도이다. 도 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕 제조방법은 용해 단계, 세당 단계, 농축 단계, 결정화 단계 및 포장 단계로 이루어진다.

제1 단계: 용해 단계

원당을 40~60℃의 온수와 3:7 비율로 혼합하여 용해한다. 원당이 빨리 용해될 수 있도록 용해 탱크를 45~55℃로 유지시키면서 교반하여 원당을 완전히 용해시킨다.

제2 단계: 세당 단계

원당을 용해시킨 후, 원당에 들어있는 불순물들을 제거한다. 이때, 불순물은 카본 수지 등을 이용한 종래의 화학적 여과방법을 이용하지 않고, 단순한 기계적 여과를 통해 원당에 들어있는 불순물을 제거한다. 따라서, 종래의 정제설탕과 달리 원당 내에 존재하는 비타민 및 무기질 등의 영양성분을 유지시킬 수 있다.

일 예로서, 필터 포어(filter pore)가 5~100㎛인 마이크로필터(Micro filter)를 통과시켜 원당에 들어있는 불순물을 제거할 수 있다.

제3 단계: 농축 단계

불순물이 제거된 원당 용액을 증발농축기로 이동시켜, 당즙의 70~74%의 수분을 증발시켜 85~95 Brix로 농축시킨다. 증발농축기는 열을 가하여 수증기를 날려보내어 용액 중의 고형물 함량을 증대시킬 수 있도록 만든 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 증발농축기를 포함한다. 또는, 원당 내에 포함되어 있는 영양성분을 전혀 파괴하지 않고 유지하면서 농축시키기 위해, 감압증발농축기를 이용할 수 있다.

일 예로서, 도 2 및 3의 저온에서 진공농축(vacuum concentration)이 가능하도록 진공 펌프 등을 포함하는 감압 장치가 장착된 증발농축기를 이용할 수 있다. 진공농축은 450~700mbar의 압력 하에서 원당 용액의 온도를 40~80℃로 유지하여 70~75%의 수분을 증발시켜 이루어질 수 있다. 도 3의 진공증발농축기는 원당 용액이 수용되는 원료수용공간(10), 원료수용공간을 간접적으로 가열 또는 냉각시키도록 원료수용공간의 외주면을 감싸는 별개의 공간으로 구획된 유체수용공간(60)을 포함하는 본체부, 원료수용공간을 진공화시키는 진공펌프(102), 유체수용공간으로 열원을 공급하는 열원공급부(41), 유체수용공간으로 냉원을 공급하는 냉원공급부(81)를 포함한다. 또한, 진공증발농축기는 원료수용공간과 유체수용공간 사이에 파라핀 충진공간(61)을 마련하여 열원이 공급될 때 원료수용공간에 존재하는 원당이 탄화되는 것을 방지할 수 있다.

도 2와 같은 진공증발농축기에 열원을 가하는 방법으로, 열원공급부(41)에서 유체수용공간(60)으로 110~140℃의 스팀이나 90~100℃의 열수를 공급하는 것을 들 수 있다. 열원공급부(41)에서 공급되는 열원의 온도가 스팀의 경우 110~140℃, 열수의 경우 90~100℃이지만, 원료수용공간 내의 원당 용액의 온도는 40~80℃로 유지된다. 따라서, 원당 내에 포함되어 있는 영양성분, 특히 비타민 및 무기질이 파괴되지 않고 농축액에 그대로 함유될 수 있다. 이때, 원료수용공간은 진공펌프(102)에 의해 450~700mbar로 감압된 상태이므로, 40~80℃에서 원당 용액이 끓어 농축될 수 있다. 원당 용액이 85~95brix로 농축될 때까지 스팀 또는 열수를 계속 공급한다.

제4 단계: 결정화 단계

85~95brix로 농축된 원당 용액의 농축액의 온도를 내려 결정화시킨다. 농축액의 온도를 내리기 위해, 제3 단계와 마찬가지로 압력을 450~700mbar로 유지하면서 열원을 차단하여 자연 냉각시키거나, 제3 단계에서 열원공급부(41)에서 제공한 스팀 또는 열수를 차단한 후 냉원공급부(81)에서 상기 유체수용공간(60)으로 5~20℃의 냉수를 공급하여 농축액을 간접적으로 냉각시킬 수 있다. 이때 냉수를 넣어주면 결정화와 동시에 저온감압건조도 일어난다.

농축액을 교반 장치를 이용하여 결정화가 완료될 때까지 약 6~10분간 교반하면, 농축액의 수분이 증발하면서 서서히 결정화된다.

제5 단계: 포장 단계

결정이 완료된 설탕을 선별한 후, 포장한다.

실시예

원료수용공간(10)에 원당 300kg 및 55℃의 물 700kg에 넣고 원료수용공간의 내부 온도를 50℃로 유지하면서 교반하여 원당을 물에 완전히 용해시켰다.

원당 용액을 10㎛의 마이크로필터로 이동시켜 원당 내의 불순물을 제거한 후, 원료수용공간으로 다시 이동시켰다. 도 2의 진공증발농축기의 내부 압력을 450~700mbar로 감압한 후 열원공급부(41)에서 110~140℃의 스팀을 유체수용공간(60)으로 공급하여 원료수용공간(10) 내부 온도를 40~80℃로 유지하여 원당 용액이 85~95brix로 농축될 때까지 물을 증발시켰다.

85~95brix로 농축된 원당 용액이 담아 있는 증발농축기의 유체수용공간(60)에서 스팀을 차단하고 나서, 냉원공급부(81)에서 5~20℃의 냉수를 유체수용공간(60)으로 공급하여 농축된 원당 용액을 냉각시켰다. 이때, 6~10분간 교반기(11)로 농축된 원당 용액을 교반하여 결정화와 동시에 저온건조시켰다.

도 4은 상기 방법에 의해 제조된 설탕의 사진이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕은 종래의 정제과정을 거치지 않아 원당과 같은 황갈색을 나타내는 분말의 형태를 띤다.

실험예 1

상기 실시예에 의해 제조된 설탕과 원당을 각각 15g을 40~50℃의 물 35g에 용해시킨 후 불순물이 존재하는지 여부를 육안으로 확인하였다.

도 5는 원당을 물에 녹인 상태의 사진이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 설탕을 물에 녹인 상태의 사진이다.

도 5 및 6에서 보는 바와 같이, 원당을 물에 용해시킨 경우, 화살표로 표시한 바와 같이 불순물이 검출되었으나, 상기 실시예에 의해 제조된 설탕을 용해시킨 경우에는 불순물이 검출되지 않았다.

실험예 2

상기 실시예에서 이용된 원당, 상기 실시예에서 제조된 설탕 및 일반 시중에서 판매되는 정제설탕의 성분을 비교하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	비타민 B1 (㎎/100g)	비타민 B2 (㎎/100g)	비타민 B6 (㎎/100g)	비타민 B12 (㎍/100g)	인 (㎎/100g)	구리 (㎎/100g)	칼슘 (㎎/100g)	마그네슘 (㎎/100g)
원당	-	-	0.001	-	8.76	0.13	72.99	36.93
실시예	-	-	0.001	-	7.69	0.18	77.36	36.44
정제 설탕	-	-	-	-	-	0.01	1.97	0.52

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 원당에 존재하는 영양성분이 실시예에서 제조된 설탕에 존재함을 알 수 있다. 특히, 구리 및 칼슘의 경우, 본 발명의 일 실시예의 농축 단계를 통해 원당보다 더 농축되었다. 그러나, 정제 설탕의 경우 원당에 존재하는 영양성분이 거의 제거되었다. 특히 비타민 B6 및 인은 완전히 제거되었고, 구리, 칼슘 및 마그네슘은 상당량 제거되었다.

따라서, 본 발명의 일 실시예의 설탕 제조방법에 의해 제조된 설탕은 원당의 불순물은 제거되면서 영양성분이 유지되었다.

Claims

3:7의 중량비로 원당을 40~60℃의 물에 용해시키는 단계;
상기 원당 용액에서 불순물을 제거하는 단계;
상기 불순물이 제거된 원당 용액을 85~95 브릭스(brix)로 농축시키는 단계; 및
상기 농축액을 결정화시키는 단계; 를 포함하며,
상기 농축시키는 단계는 110~140℃의 스팀 또는 90~100℃의 열수를 이용하여 원당 용액에 간접적으로 열을 공급하여 이루어지는 설탕의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 용해시키는 단계는 원당 용액의 온도를 45~55℃로 유지하면서 교반하여 이루어지는 설탕의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 농축시키는 단계는 450~700mbar의 압력 하에서 원당 용액의 온도를 60~90℃로 유지하여 이루어지는 설탕의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 결정화시키는 단계는 5~20℃의 냉수를 이용하여 450~700mbar의 압력 하에서 농축액을 간접적으로 냉각하여 이루어지는 설탕의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 결정화시키는 단계는 결정화가 완료될 때까지 농축액을 교반하는 설탕의 제조방법.