KR101284189B1

KR101284189B1 - 설탕 제조 연육 공정용 소독제 조성물 및 이를 이용한소독방법

Info

Publication number: KR101284189B1
Application number: KR1020060114550A
Authority: KR
Inventors: 유정수; 신정주
Original assignee: 에스케이케미칼주식회사
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2013-07-15
Also published as: KR20080045430A

Abstract

본 발명은 살균제 조성물 및 이를 이용한 살균방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 폴리알킬렌구아니딘염 및 디메틸디티오카르바인산 나트륨을 포함한, 설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시킬 수 있는 소독방법에 관한 것이다.

폴리알킬렌구아니딘염, 설탕, 덱스트란, 소독제, 디메틸디티오카르바인산 나트륨

Description

설탕 제조 연육 공정용 소독제 조성물 및 이를 이용한 소독방법{SANITATION COMPOSITION FOR SUGAR MILLING PROCESS AND SANITATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 설탕 제조 연육 공정용 소독제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시킬 수 있는 소독제 조성물 및 이를 이용한 소독 방법에 관한 것이다.

설탕(sucrose)은 두 개의 육탄당이 결합된 이당류(disaccharides)로서, 일반 화학식으로는 (C₆H₁₀O₅)_n (n = 2)으로 표시될 수 있으며, 구체적으로는 포도당 및 과당(glucose-fructose)의 결합체이다. 설탕의 원료는 사탕수수, 사탕무우 등이며, 사탕수수는 약 10 내지 15중량%의 순수한 설탕을 함유하는 것으로 알려져 있다. 사탕수수 등 설탕의 원료로부터 설탕을 제조하기 위해서는, 산지에서 채취한 사탕수수를 분쇄, 물을 첨가하면서, 연속적인 밀링(milling) 장치를 이용하여 분쇄물을 압착하여 주스(juice) 성분을 추출한다. 상기 주스 성분을 밀링 장치 등을 이용하여, 균일하게 연육시키고, 필터 등을 이용하여 정제한 다음, 정제된 주스 성분을 농축시킨다. 이와 같이 농축된 주스 성분을 원심분리 하여 다시 정제하고 건 조시키면, 설탕 성분, 미네랄 성분, 각종 섬유질 등이 포함된 결정상의 원당이 얻어진다. 얻어진 원당은 당도가 낮고, 변질되기 쉬우므로, 원당을　다시 정제하여 순수한 설탕 성분을 추출하여 다양한 용도로 사용한다.

상기 설탕 제조공정 중, 연육 공정에서는, 덱스트란(dextran)이라는 점질 물질이 다량 생성된다. 덱스트란은 15,000 내지 50,000 정도의 분자량을 가지는 다당류(polysaccharides)로서, 주로 1,6-글루코시드 결합(glucosidic link)를 가지는 글루칸(glucan)이며, 1,2-, 1,3-, 또는 1,4- 글루코시드 결합을 포함하기도 한다. 구체적으로, 설탕 제조 연육 공정에서는, 그람-양성 박테리아(gram-positive bacteria)인 Leuconostoc mesenteroides로부터 덱스트란수크라제(dextransucrase)라는 효소(Transglucosidase)가 분비되고, 분비된 덱스트란수크라제는 설탕을 구성하는 포도당-과당(glucose-fructose) 중, 포도당의 당전이 반응 (glycosyl- transferation)을 유도함으로써 덱스트란을 생성하고, 과당을 방출한다. 따라서, 설탕 제조에 있어서, 설탕의 손실은 대부분 설탕원료의 연육 공정에서 발생하며, 상기 연육 공정에서 덱스트란의 발생량을 0.1%만 감소시켜도, 하루 10,000톤의 사탕수수를 처리할 경우, 약 4톤의 설탕을 추가로 얻을 수 있다고 알려져 있다. 이와 같이 덱스트란은 설탕 제조 수율을 감소시킬 뿐만 아니라, 설탕의 품질을 악화시키므로, 통상 설탕 내의 덱스트란 함량이 규제되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시킬 수 있는 소독제 조성물 및 이를 이용한 소독 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 소독제 조성물을 처리하여, 설탕 원료로부터 추출된 주스(juice) 성분을 균일하게 연육시키는 설탕 연육공정의 미생물을 살균하여 덱스트란 생성을 억제하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 설탕 원료로부터 추출된 주스(juice) 성분을 균일하게 연육시키는 설탕 연육공정에 상기 소독 조성물을 처리하는 단계를 포함하는 높은 수율로 우수한 품질의 설탕을 제조하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 소독 조성물의 처리 후에, 수산화칼슘 (Ca(OH)₂), 산화칼슘 (CaO), 수산화나트륨 (NaOH), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 1종 이상 선택된 음이온계 물질을 처리하고 침전시켜 폴리알킬렌구아니딘염을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) 하기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 구아니딘염; 및

b) 하기 화학식 2로 표시되는 디메틸디티오카르바인산 나트륨

을 유효성분으로 포함하는 설탕 제조 연육 공정용 소독제 조성물을 제공하며,

상기 화학식 1에서,

R1은 C₃ 내지 C₁₇의 직쇄 또는 측쇄의 알킬렌기이고,

X는 각각 독립적으로 HCl, HBr, HI, HNO₃, 탄산, 황산, 인산, 아세트산, 안식향산, 탈수소아세트산, 프로피온산, 글루콘산, 소르빈산, 푸마린산, 말레인산, 젖산, 사과산, 구연산, 호박산, 옥살산, 주석산, 개미산, 글리콜산 및 에피클로로히드린산으로 이루어진 군으로부터 선택되고,

n은 1 내지 100의 정수이고,

m은 상기 X의 몰수로서, n/m은 0.1 내지 100을 만족하는 정수이다.

또한, 본 발명은, 설탕의 원료를 분쇄하고, 물을 첨가하면서, 주스 성분을 추출하는 과정; 주스 성분을 농축하고, 건조하는 설탕 제조 공정 중 소독방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 설탕 제조 연육(sugar mill) 공정용 소독제 조성물은 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산 나트륨을 일정비로 함유하여, 각 화합물의 살균 특성과 더불어 혼합에 의한 상승작용을 가지고 있으며 내성에 의한 세균의 변이를 줄 일 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌구아니딘염은 그람-양성 박테리아(gram-positive bacteria), 특히 설탕 제조 연육 공정에서 덱스트란수크라제(dextransucrase)를 분비하는 Leuconostoc mesenteroides 에 대하여 우수한 항균 활성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 또한, 상기 폴리알킬렌구아니딘염은 중금속 및 휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 함유하지 않아, 피부 자극성이 없고, 환경 친화적인 장점이 있을 뿐만 아니라, 설탕 제조 시 소독제로서 사용된 후, 음이온계 물질을 첨가하여 침전시킴으로써, 설탕 용액으로부터 용이하게 제거될 수 있는 장점이 있다. 상기 폴리알킬렌구아니딘염을 침전시키기 위한 음이온계 물질로는 수산화칼슘 (Ca(OH)₂), 산화칼슘 (CaO), 수산화나트륨 (NaOH), 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 폴리알킬렌구아니딘염은 내열성 및 자외선 안정성이 뛰어나, 고온에서도 항균 활성을 유지할 수 있으며, 물에 잘 용해되는 수용성이므로, 설탕 제조 공정에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 소독제 조성물의 또 다른 유효성분인 디메틸디티오카르바인산 나트륨은 하기 화학식 2로 표시된다:

[화학식 2]

본 발명에 의하면, 상기 화학식 2로 표시되는 디메틸디티오카르바인산나트륨 은 세균, 곰팡이, 효모 등 미생물에 대해 살균효과 범위가 넓으며, 특히 덱스트란수크라제(dextransucrase)를 분비하는 Leuconostoc mesenteroides에 대해서도 항균효과가 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 특히 현재 설탕 원료의 원산지인 인도네시아(Ranocide^TM)나 미국(Talocide^TM)에서도 단독으로 사용하고 있는 물질이다. 그러나 상기 디메틸디티오카르바인산 나트륨은 설탕제조 연육공정 중 온도가 상승하면 상대적으로 빨리 분해되기 때문에 Leuconostoc mesenteroides에 대해 충분한 소독효과를 가지지 못할 수도 있다. 이러한 단점은 전술한 바의 폴리알킬렌구아니딘염을 사용함으로써 보완된다.

본 발명의 두 가지 살균제의 혼합에 의한 상승효과를 고려하여, 본 발명에 사용되는 상기 화학식 1로 표시되는 폴리알켈렌구아니딘염 및 상기 화학식 2로 표시되는 디메틸디티오카르바인산 나트륨의 혼합비는 1:1 내지 1:100의 중량비인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:1 내지 1:50의 범위를 갖도록 한다.

즉, 폴리알킬렌구아니딘염 디메틸디티오카르바인산 나트륨의 혼합물을 살균제 조성물로 사용하면, 상기 폴리알킬렌구아니딘염의 사용량을 줄일 수 있고, 상기 디메틸디티오카르바인산 나트륨이 생산공정 중 기대 소독효과가 저하되는 단점을 폴리알킬렌구아니딘염이 보완할 뿐만 아니라, 혼합 살균제의 살균작용은 각각의 화합물이 가지는 살균작용의 합보다 커지는 상승효과를 나타낸다. 결과적으로 본 발명의 살균제 조성물은 살균 기작이 다른 2 종류의 화합물을 혼합 사용함으로써 보다 효과적으로 광범위하게 미생물을 억제할 수 있고, 단독으로 사용할 때보다 내성 균주의 출현빈도를 낮춰주는 기대효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산 나트륨 조성물은 설탕 제조 연육 공정에 분말상으로 투입될 수도 있으나, 바람직하게는 0.1 내지 90중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 50중량% 농도의 용액 형태로 사용된다. 상기 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산나트륨 조성물을 위한 용매로는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올 등의 저급 알코올, 폴리에텔렌글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르, 솔비탄 에스테르, 프로필렌글리콜 에스테르, 슈가 에스테르 등의 에스테르, 에테르 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 10 내지 99.9중량%, 바람직하게는 50 내지 99중량%이다. 상기 용액에 있어서, 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르방인산 나트륨의 함량이 0.1중량% 미만이면, 효과적인 항균 활성을 얻을 수 없으므로 바람직하지 못하고, 90중량%를 초과하면 소독재의 균일한 적용이 어려운 단점이 있다. 본 발명에 따른 소독제는, 필요에 따라, 기포형성 방지제, 산화방지제 등의 통상의 첨가제를 또한 포함할 수 있다.

본 발명은 설탕 원료로부터 추출된 주스(juice) 성분을 균일하게 연육시키는 설탕 연육공정에 상기 소독 조성물을 처리하는 단계를 포함하는 높은 수율로 우수한 품질의 설탕을 제조하는 방법에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 소독 조성물의 처리 후에, 수산화칼슘 (Ca(OH)₂), 산화칼슘 (CaO), 수산화나트륨 (NaOH), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 1종 이 상 선택된 음이온계 물질을 처리하고 침전시켜 폴리알킬렌구아니딘염을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 설탕 소독방법은, 사탕수수 등 설탕의 원료를 분쇄하고, 물을 첨가하면서, 필요에 따라 분쇄물을 압착하여, 설탕 성분, 미네랄 성분, 각종 섬유질 등이 포함된 주스(juice) 성분을 추출하는 과정; 상기 주스 성분을 밀링 장치 등을 이용하여, 균일하게 연육시키고, 필터 등을 이용하여 정제하는 과정; 및 정제된 주스 성분을 농축하고, 필요에 따라, 원심분리 등의 방법으로 농축된 주스 성분을 다시 정제한 다음, 건조하는 과정을 포함하며, 상기의 연속적인 공정 중에서 연육 과정은 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산 나트륨 조성물의 존재 하에서 수행되어 소독작용을 일으키는 소독방법을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 설탕 제조 소독방법에 있어서, 상기 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산 나트륨 조성물은 분말 상태로 첨가될 수도 있으나, 용액 상태로 첨가되는 것이 바람직하며, 연육되는 주스 성분 전체에 대하여, 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산 나트륨 조성물의 농도가 0.01 내지 1,000 ppm, 바람직하게는 0.1 내지 100ppm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10ppm이 되도록 사용된다. 상기 조성물 농도가 0.01ppm 미만이면, 설탕 성분이 덱스트란으로 변환되는 것을 충분히 억제하지 못할 우려가 있고, 1,000ppm을 초과하면 소독제의 제거 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 경제적으로 바람직하지 못하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[ 실시예 1 내지 5]

Leuconostoc mesenteroides 에 대한 상승작용 시험

상업적으로 판매되는 분말상의 폴리헥사메틸렌 구아니딘 인산염 (SKYBIO®1100, 에스케이케미칼 주식회사 제품, 이하 PHMG라 한다.)과 40% 액상 디메틸디티오카르바인산나트륨(Oricel-SDD, 동양제철화학㈜ 제품, 이하 SDDC라 한다.)의 살균 상승작용을 시험하기 위해 2배 계열 희석법으로 시험하였다.

상기 살균제 조성물을 Difco사의 트립틱 소이브로스 (Tryptic Soy Broth)를 사용하여 2배 계열회석법 (Two fold dilution method)에 따라 희석한 후 살균제 및 혼합 균주가 첨가된 배양액을 30 ℃에서 3일간 배양한 후, 생육을 저해하는 가장 낮은 농도의 혼탁도를 육안 관찰하는 방법으로 최소 생육 억제 농도(MIC)로 측정한 다음, 살균제의 상승작용 효과를 계산하였다.

살균제의 상승작용은 Kull, F.C. et al .의 논문(Appl . Microbiol . 9:538-544(1961))에 발표된 방법에 따라 하기 수학식 1에 의해 측정된 비율을 사용하여 측정하였다. 이때, Qa/QA와 Qb/QB의 합이 1 보다 작은 경우 상승작용이 나타나는 것으로 판단하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 수학식 1에서,

Qa는 PHMG+ SDDC 혼합 조성 중 PHMG의 MIC 값(ppm)이고,

Qb는 PHMG+ SDDC 혼합 조성 중 SDDC의 MIC 값(ppm)이고,

Q_A는 유일성분 살균제로서의 PHMG 단독의 MIC 값(ppm)이고,

Q_B는 유일성분 살균제로서의 SDDC 단독의 MIC 값(ppm)이고,

	MIC(ppm)		PHMG: SDDC 중량비	SI
	Qa(PHMG)	Qb(SDDC)	PHMG: SDDC 중량비	SI
실시예 1	3	125	1:42	0.75
실시예 2	3	62.5	1:21	0.63
실시예 3	3	31.2	1:10	0.56
실시예 4	1.5	62.5	1:42	0.38
실시예 5	1.5	31.2	1:21	0.31

Q_A: 6 ppm , Q_B: 500 ppm

상기 표 1에서, 실시예 2에 나타낸 바와 같이, PHMG는 약 1/2만 사용하고, SDDC의 사용량을 1/5까지만 줄이더라도 미생물 억제효과를 볼 수 있다.

따라서, 본 발명에서와 같이 두 가지 화합물을 혼합하면, 두 가지 물질을 단독으로 각각 사용할 때 보다 세균의 생육을 효과적으로 억제할 수 있으며, 또한 PHMG와 SDDC의 상승 효과는 Leuconostoc mesenteroides 세균액에 대해 1:21의 중량비로 처리될 때 가장 바람직함을 알 수 있다.

[실시예 6 내지 7 및 비교예 1 내지 2]

덱스트란 형성 억제 시험

PHMG와 SDDC의 조성물에 대한 덱스트란 형성 억제능을 확인하기 위하여, 설탕 제조 공정을 다음과 같이 모사(simulation)하여, 실험을 실시하였다. 먼저, 10중량% 설탕 용액을 제조하고, 10^4-5 cfu/㎖의 Leuconostoc mesenteroides (ATCC 14935)세균액을 상기 10% 설탕 용액에 접종한 다음, PHMG와 SDDC를 1:13의 중량비로 혼합한 조성물을 5 ppm농도(실시예 6), 10 ppm (실시예 7)농도로 첨가하였다. PHMG와 SDDC가 각각 농도로 첨가된 용액을 30℃에서 24시간 동안 배양하였고, 덱스트란 생성량을 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용하여 측정하였으며, 비교예 1은 SDDC 단독으로 500ppm농도로 첨가된 용액이고, 비교예 2는 10%의 설탕용액에 PHMG와 SDDC조성물을 첨가하지 않고 덱스트란 생성량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	실시예 6	실시예 7	비교예 1	비교예 2
덱스트란 생성량 (ppm)	35	12	124	425

상기 표 2로부터, PHMG와 SDDC 조성물을 설탕 제조 공정에 투입하면(실시예 6 및 7), Leuconostoc mesenteroides의 성장 억제 및 살균을 통하여, 덱스트란 생성량이 소독제를 첨가하지 않거나, SDDC 단독으로 첨가하였을 때 보다 현저히 감소함을 알 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 설탕 제조 연육 공정용 소독제 조성물은, 설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시켜, 설탕 제조 생산 성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소독제 투여량을 적게하여 환경친화적이고, 경제적으로 설탕 제조 공정의 소독제로 적용될 수 있다.

Claims

a) 하기 화학식 1로 표시되는 폴리알킬렌 구아니딘염; 및

b) 하기 화학식 2로 표시되는 디메틸디티오카르바인산 나트륨;

을 유효성분으로 포함하는 설탕 제조 연육 공정용 소독제 조성물:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

R1은 C₃ 내지 C₁₇의 직쇄 또는 측쇄의 알킬렌기이고,

X는 각각 독립적으로 HCl, HBr, HI, HNO₃, 탄산, 황산, 인산, 아세트산, 안식향산, 탈수소아세트산, 프로피온산, 글루콘산, 소르빈산, 푸마린산, 말레인산, 젖산, 사과산, 구연산, 호박산, 옥살산, 주석산, 개미산, 글리콜산 및 에피클로로히드린산으로 이루어진 군으로부터 선택되고,

n은 1 내지 100의 정수이고,

m은 상기 X의 몰수로서, n/m은 0.1 내지 100을 만족하는 정수이다.

[화학식 2]
제 1 항에 있어서, 상기 R₁은 헥사메틸디아민, 도데카디아민, 트리에틸렌글리콜디아민, 폴리옥시프로필렌디아민,및 폴리옥시에틸렌디아민으로 이루어진 군에서 선택되고, X는 인산, 염산, 글루콘산 및 구연산으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 소독제 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 소독제 조성물은 Leuconostoc mesenteroides를 살균하여 덱스트란 생성을 억제하는 것인 소독제 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 소독제 조성물은 폴리알킬렌구아니딘염: 디메틸디티오카르바인산나트륨이 1:100 내지 100:1의 중량비로 혼합된 것인 소독제 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 상기 폴리알킬렌구아니딘염과 디메틸디티오카르바인산나트륨 조성물이 0.1 내지 90중량% 및 용매 10 내지 99.9중량%를 포함하는 것인 소독제 조성물.
제 5 항에 있어서, 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 폴리에텔렌글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르, 솔비탄 에스테르, 프로필렌글리콜 에스테르, 슈가 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 소독제 조성물.
제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 따른 소독제 조성물을 처리하여, 설탕 원료로부터 추출된 주스(juice) 성분을 균일하게 연육시키는 설탕 연육공정의 미생물을 살균하여 덱스트란 생성을 억제하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 소독제 조성물은 연육 조성물에 대해서 0.01ppm 내지 1000 ppm의 농도로 사용하는 것인 덱스트란 생성을 억제하는 방법.