KR101419333B1 - 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증류식(蒸溜式) 소주를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수(海洋深層水)를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주의 제조에 있어서, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하여 탈염처리 한 탈 염수를 생산하는 단계, 상기 탈 염수를 소주제조공정에 사용하는 소주제조용수를 만드는 단계, 상기 소주제조용수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법{A method to produce distillation-type shochu using deep-ocean water}

본 발명은 증류식(蒸溜式) 소주를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수(海洋深層水)를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 증류식 소주(蒸溜式 燒酒)는 누룩으로 발효한 술을 증류하여 만드는 술로, 한국에서는 원래 곡류를 누룩으로 발효시켜 고리를 사용하여 증류식 소주를 생산하였으며, 그러나 일본의 양조기술이 보급됨에 따라 흑국균(黑麴菌)을 입국으로 배양하여 쌀, 보리, 옥수수, 수수, 조 등의 술덧(술밑)을 발효시켜 증기 취입식 단식증류기로 증류하여 증류식 소주를 생산했으며, 이를 흑국(黑麴) 소주라고도 하며, 단식증류기로 증류하기 때문에 알코올 분 이외에 알데히드(Aldehyde), 퓨젤유(Fusel oil), 푸르푸랄(Furfural) 등 향미성분이 많고 원료에 따라 독특한 방향을 갖는다.

증류식 소주제조공정에서 소주제조용수는 지하광천수 또는 하천수를 정수처리한 용수를 사용하였는데, 산업의 발전과 인구의 집중으로 인하여 지하광천수 또는 하천수는 환경오염물질이 오염되어 있어 위생적으로 안전하지 못한 문제점이 있으면서, 이와 같은 환경오염물질을 제거하는데 처리비용이 높은 문제점이 있다. 또한, 경도가 낮은 용수나 철분, 망간, 알루미늄 등이 다량 함유한 용수는 원만한 발효가 일어나지 않으면서 술맛이 떨어지는 문제점이 있다.

그래서 위생적으로 안전한 해양 심층수를 이용한 다음의 특허문헌 1에서는 해양 심층수를 탈염처리 한 탈 염수를 알코올음료의 투입 단계에서 원료 중에 통상적인 물의 일부 또는 전부를 교환 사용하여 양조를 하고, 이후의 소정의 제조공정에 기초하여 제조하는 것을 특징으로 하는, 해양 심층수의 탈 염수를 이용하는 알코올 음료가 제시되어 있으며, 특허문헌 2에서는 알코올 발효 물을 증류하여 얻어진 고농도 주정에 알코올농도 조정을 위해 첨가한 물을 해양 심층수를 탈염처리한 탈 염수를 할수로 이용하는 방법이 제시되어 있으나, 미네랄밸런스가 적절하지 않으면 원만한 발효가 일어 나지 않으면서 맛이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

[특허문헌 1] 대한민국특허 공개번호 제10-2003-0066025호(2003.08.09) [특허문헌 2] 대한민국특허 공개번호 제10-2003-0088738호(2003.11.20) [특허문헌 3] 대한민국특허 등록번호 제10-0660761호(2006.12.18)

본 발명은 해수면(海水面)에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해양 심층수를 탈염처리(脫鹽處理) 한 탈 염수의 경도의 조정과 물의 개질 처리를 한 용수를 증류식 소주제조공정에서 소주제조용수로 이용하여 위생적(衛生的)으로 안전하면서 맛과 향미(香味)가 향상된 증류식 소주를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주의 제조에 있어서, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하여 탈염처리 한 탈 염수를 생산하는 단계, 상기 탈 염수를 소주제조공정에 사용하는 소주제조용수를 만드는 단계, 상기 소주제조용수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명은 해양 심층수의 탈 염수를 증류식 소주제조에 소주제조용수로 사용하였을 때는 위생적(衛生的)으로 안전(安全)하면서, 맛 및 향미(香味)가 좋은 소주를 만들 수 있는 효과가 있기 때문에 증류식 소주제조에 널리 이용될 것으로 기대된다.

도 1은 해양 심층수로부터 소주제조용수를 만드는 공정도
도 2는 증류식 소주를 제조하는 공정도
도 3은 해양 심층수의 냉동에 따른 H₂O-NaCl계의 상평형도
도 4는 물의 개질 공정도
도 5는 중화처리 및 경도조정 처리수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값의 측정도
도 6은 소주제조용수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값의 측정도

먼저, 해양 심층수(海洋深層水)의 특성(特性)을 검토하면, 해양 심층수는 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해수(海水)를 해양 심층수라고 부르며, 표층해수와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체(生命體)가 증식(增殖) 하지 못하기 때문에 영양염류(營養鹽類)의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이(密度差異)로 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 무기영양염류(無機營養鹽類)가 풍부한 부영양성(富營養性)과 다양한 미네랄성분(Mineral components)이 균형 있게 존재하는 미네랄밸런스(Mineral balance)특성과 고압 저온상태에서 긴 세월동안 물 분자(分子)의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化) 되어 표면장력(Surface tension)이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있다.

해양 심층수란 햇빛이 닿지 않고, 또한, 표층의 해수와 섞이지 않는 깊이에 있는 해수로, 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수를 해양 심층수라고 부르고 있으며, 해양 심층수는 표층해수에 비해서 오염물질(汚染物質) 및 유해세균이 전혀 함유되어 있지 않으면서 표1의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치"에서 보는 바와 같이 인체에 필요한 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 아연(Zn), 나트륨(Na) 등 주요원소(主要元素)가 70종류를 넘는 다종다양(多種多樣)한 미네랄성분(Mineral components)이 포함되어 있으면서 영양염류(營養鹽類), 생균수(生菌數), 수온(水溫)은 상당한 차이가 있다.

해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치

구분		울릉도 현포		일본 고지현 무로도(高知縣 室戶)
		650m 해양 심층수	표층해수	374m 해양 심층수	표층해수
일 반 항 목	수온（℃）	2	23	11.5	20.3
	pH	7.72	8.15	7.98	8.15
	DO 용존산소 (㎎/ℓ)	6	8	7.80	8.91
	TOC 유기 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	Cl 염화물이온(wt%)	2.250	2.135	2.237	2.192
	Na 나트륨 (wt%)	1.070	1.077	1.080	1.030
	Mg 마그네슘(㎎/ℓ)	1,320	1,280	1,300	1,310
	Ca 칼슘 (㎎/ℓ)	393	403	456	441
	K 칼륨 (㎎/ℓ)	380	356	414	399
	Br 취소 (㎎/ℓ)	68.7	67.3	68.8	68.1
	Sr 스트론튬 (㎎/ℓ)	-	-	7.77	7.61
	B 붕소 (㎎/ℓ)	4.45	4.5	4.44	4.48
	Ba 바륨(㎎/ℓ)	-	-	0.044	0.025
	F 불소 (㎎/ℓ)	-	-	0.53	0.56
	SO4 2 -(㎎/ℓ)	2,813	2,712	2,833	2,627
영 양 염 류	NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ)	-	-	0.05	0.03
	NO3 -질산태질소 (㎎/ℓ)	0.28	0.040	1.158	0.081
	PO4 3 -인산태인 (㎎/ℓ)	0.06	0.012	0.177	0.028
	Si 규소 (㎎/ℓ)	2.80	0.440	1.890	0.320
미 량 원 소	Pb 납 (㎍/ℓ)	0.11	0.002	0.102	0.087
	Cd 카드뮴 (㎍/ℓ)	0.05	0.070	0.028	0.008
	Cu 구리 (㎍/ℓ)	0.26	0.120	0.153	0.272
	Fe 철 (㎍/ℓ)	0.22	0.00079	0.217	0.355
	Mn 망간 (㎍/ℓ)	0.27	0.0673	0.265	0.313
	Ni 니켈 (㎍/ℓ)	0.36	0.0013	0.387	0.496
	Zn 아연 (㎍/ℓ)	0.45	0.390	0.624	0.452
	As 비소 (㎍/ℓ)	0.04	2	1.051	0.440
	Mo 몰리브덴(㎍/ℓ)	-	11	5.095	5.565
	Cr 크롬(㎍/ℓ)	0.02	0.142
균 수	생균수(개/㎖)	0	520	0	540
	대장균수(개/㎖)	음성	음성	음성	음성

해양 심층수 이용의 역사는 짧고, 지금까지 수산분야(水産分野)를 시작으로 식품(食品)이나 의료(醫療), 건강산업(健康産業), 음료수(飮料水), 화장품(化粧品) 등의 비수산분야(非水産分野)에 있어도, 다양한 연구를 하고 있으며, 해양 심층수의 특성(特性)을 구체적으로 검토하면 다음과 같은 특성이 있다.

1. 저온 안전성(低溫 安全性)

표층해수의 수온은 계절에 의해서 큰 폭으로 변동하는데 비해서, 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 수심 300m보다 깊은 해저심층에서는 연간을 통해서 수온이 1∼2℃로 하와이나 일본 태평양 연안의 코우치현(高知縣)의 무로토(室戶) 앞바다의 해양 심층수 등에 비해서 8∼11℃ 정도 낮은 특성이 있다.

2. 청정성(淸淨性)

심층에 있으므로 육상의 하천수, 대기로부터의 오염을 받기 어렵고, 화학물질, 오염물질과 세균수가 적다.

① 물리적 청정성

물리적 청정성은 부유물질(浮游物質), 현탁물질(懸濁物質)이 적다고 하는 것으로 해양 심층수는 표층해수에 비해서 부유고형물질의 함량이 적다.

② 생물학적 청정성

해수의 취수에서 제일문제가 되는 것은 부착생물의 번식인데, 일반적으로, 표층해수의 취수장치에서는 취수 관 내에 부착생물이 번식하는 것으로, 관의 저항이 늘어나 취수불능이 되는 것이 많은데, 해양 심층수는 플랑크톤, (병원성) 미생물, 클로렐라 등의 총생균수는 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 환경오염물질에 오염되어 있지 않은 특성이 있다.

3. 부영양성(富營養性)

해양 심층수는 표층해수에 비해서 바다생물의 근원이 되는 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% 이하로, 더 이상의 깊이에서는 식물성 플랑크톤은 광합성을 할 수 없기 때문에, 영양소는 식물성 플랑크톤에 의해서 소비되지 않고 아래의 깊은 층으로 가라앉아 축적되어 무기영양염의 농도가 높다.

4. 미네랄의 특성

해수는 70종류를 넘는 원소를 포함하고 있으며, 해양 심층수도 이와 같이 다종 다양한 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 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 적은 소집단화(小集團化)된 소집단수(小集團水, Micro-clustered water)로 수질이 안정되어 있다.

물 분자는 수소결합(水素結合)에 의해서 집단(Cluster)을 형성하고 있으며, 이와 같은 물 분자 집단의 수(數)를 측정하는 방법은, 현재 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR 스펙트럼(Spectrum) 반치폭(半値幅)의 값(㎐)을 측정하여 간접적으로 추정하고 있으며, 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값(㎐)의 약 1/10이 물 분자의 집단수(集團數)로 알려져 있다.

물 분자의 수소결합이 부분적으로 절단(切斷)되면서 소집단화(小集團化)되면 표면장력(表面張力)이 떨어지면서 침투성(浸透性)이 향상되어 청량감(淸凉感)이 우수한 것으로 밝혀져 있다.

일반적으로 하천수로부터 생산된 경우 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐로 나타내고 있으며, 해양 심층수의 경우는 장소에 따라서 상당한 차이가 있는데, 일본 오키나와현(沖繩縣) 우라소에시(浦添市) 앞바다 수심 1,400m에서 취수한 해양 심층수의 경우 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 78㎐ 이였으며, 울릉도 현포 앞바다 수심 650m에서 취수한 해양 심층수의 경우는 65.5㎐이었다. 이와 같이 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값(㎐)이 적은 물을 소집단수(Microclustered water)라 한다.

그리고 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조함에 있어서 고려사항을 검토하면 다음과 같다.

1. 해양 심층수를 탈염처리하여 소주제조용수로 사용하기 위해서는 붕소화합물의 농도를 음료수 수질기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리를 하여야 한다.

해양 심층수에는 붕소화합물이 4∼5㎎/ℓ 범위로 함유되어 있는데, 단순한 나노여과와 역삼투 여과방법, 전기투석처리, 전기추출처리 등에 의해서는 음료수 허용기준치 0.3㎎/ℓ 이하로 처리가 어렵다.

해양 심층수에 함유되어 있는 붕소화합물은 붕산(H₃BO₃)의 형태로 존재하며, 붕소화합물은 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 단순한 나노여과 및 역삼투 여과에 의해서는 음료수기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려우며, 또한, 해리 정수(解離定數) pKa의 값이 9 정도로 해양 심층수 중에서는 거의 비해리(非解離) 상태로 존재하며, 이온상태로는 거의 존재하지 않기 때문에 전기투석법 및 전기추출법에 의해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있기 때문에 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환한 다음, 역삼투 여과를 하여야 붕소화합물을 0.3㎎/ℓ이하로 제거할 수 있다.

2. 해양 심층수를 탈염처리하여 만든 소주제조용수의 미네랄성분의 밸런스는 Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 조정하는 것이 바람직하다.

일반적으로 해양 심층수를 탈염처리를 한 탈 염수를 음료수로 이용하는 경우 미네랄성분의 조정(경도 조정)은, 해양 심층수를 1가 양이온선택교환 격막과 모든 음이온을 교환하는 격막을 사용한 전기투석장치 또는 전기추출장치로 Na⁺, K⁺과 같은 1가 양이온과 2가의 황산 이온(SO₄ ^{2 -})을 선별적으로 제거한 미네랄 수를 미네랄조정제로 사용하여 경도를 조정한다. 이와 같은 경우 물맛이 떨어지는 문제점이 있다.

해양 심층수에는 표1에서 보는 바와 같이 Ca/Mg의 중량비가 0.29∼0.35로 존재한다.

음료수나 식품 중에서 NaCl은 짠맛을 나게 하며, 마그네슘(MgCl₂, MgSO₄)은 쓴맛을, 칼륨(KCl)은 신맛을, 황산 이온(SO₄ ^{2 -})은 산미(酸味)를 나게 하여 물맛을 떨어뜨리게 하는 반면에, 칼슘성분은 물맛을 부드럽게 하여 물맛을 좋게 하는 특성이 있다.

그리고 음료수의 경우 좋은 물은 다음 식 ①의 물맛의 지수(OI)가 2.0 이상인 물이 맛이 좋으며, 다음 식 ②의 건강의 지수(KI)는 5.2 이상인 물이 건강에 좋은 것으로 알려져 있다.

물맛의 지수(OI) = (Ca + K + SiO₂)/(Mg + SO₄ ^{2 -}) …………………………①

건강의 지수(KI) = Ca - 0.87Na ………………………………………………②

따라서 음료나 식품에 사용하는 미네랄조정제의 경우 칼슘(Ca)/마그네슘(Mg) 중량비가 2 이상의 비율로 제조하는 것이 바람직하다.

해양 심층수는 NaCl농도와 황산 이온(SO₄ ^{2 -}) 농도가 높으면서 마그네슘(Mg)의 농도가 칼슘(Ca)에 비해서 약 3배 정도 높게 함유되어 있는 문제점이 있다.

그래서 해양 심층수를 이용하여 양질의 미네랄조정제를 제조하기 위해서는 과량으로 함유되어 있는 염분과 황산 이온을 제거하고, Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스(Mineral balance)를 조정할 필요가 있다.

해양 심층수에 함유된 미네랄성분으로 인한 금속취(金屬臭)를 마스킹(Masking)하기 위해서 자당(蔗糖, Sucrose), 트레할로스(Trehalose)와 같은 비환원당(Nonreducing sugar)을 첨가할 필요가 있다.

그리고 발효공정에 사용하는 발효용수에 미네랄조정제를 공급하여 경도를 조정하는 경우는, 발효미생물의 미네랄성분의 흡수효율을 향상토록 하기 위해서 미네랄성분과 착염(錯鹽)을 생성하는 구연산(Citric acid), 구연산염(Citrates), 주석산(Tartaric acid), 주석산염(Tartrates), 호박산(succinic acid), 호박산염(Succinates), 사과산(Malic acid), 사과산염(Malates), 말레산(Maleic acid), 말레산염(Maleates), 푸마르산(Fumaric acid), 푸마르산염(Fumarates), 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylene diamine tetra acetic acid), 에틸렌디아민테트라아세트산염, 젖산, 젖산염 또는 아미노산류(Amino acids) 중에서 한 종류의 유기산(有機酸)을 첨가하여 착염상태의 미네랄조정제를 사용하는 것이 바람직하다.

증류식 소주를 제조시 발효과정에 사용하는 발효용수의 경우는, 해양 심층수로부터 탈염처리한 탈 염수에 미네랄조정제를 첨가하여 경도를 100∼300㎎/ℓ범위로 조정할 필요가 있으며, 그리고 알코올농도를 조정하기 위한 희석수인 할수(割水)의 경우는, 해양 심층수로부터 탈염처리한 탈 염수에 미네랄조정제를 첨가하여 경도를 30∼100㎎/ℓ범위로 조정할 필요가 있다. 경도는 다음 ③식에 의해서 구한다.

경도(CaCO₃ ㎎/ℓ) = [(Mg ㎎/ℓ) × 4.118] + [(Ca ㎎/ℓ) × 2.497]……③

3. 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값을 70㎐ 이하로 처리하는 것이 소주의 맛을 좋게 한다.

해양 심층수는 상술한 해양 심층수의 숙성성에서 언급한 바와 같이 해양 심층수는 육지의 지하수, 하천수를 정수한 수돗물에 비해서는 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값(㎐)이 적게 숙성되어 있는 특성이 있지만, 경우에 따라서는 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 70㎐ 이상이 되는 경우는 물맛(청량감)이 썩 우수하지 못한 문제점이 있다. 이와 같은 경우는 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값을 70㎐ 이하로 물을 개질(改質) 할 필요가 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

Ⅰ. 탈 염수를 생산하는 단계

1. 취수 및 가온 처리공정

해양 심층수는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수하여 후속처리를 원만하게 처리될 수 있도록 20∼30℃로 가온 처리를 한다.

해양 심층수의 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 해수면 이하로 설치하여 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 취수를 한다.

집수조에 취수된 해양 심층수는 온도가 낮으면서 점도가 높아 처리효율이 떨어지기 때문에 보일러(Boiler)에서 열을 공급받아(여름철에는 표층해수의 수온을 이용할 수도 있음) 20∼30℃로 가온하여 전처리 여과공정으로 보낸다.

2. 전처리 여과공정

전처리 여과공정은 모래여과, 정밀여과(Microfiltration), 한외여과(Ultrafiltration) 또는 나노여과(Nanofiltration) 중에서 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(Suspended solid)을 제거한 전 처리된 해양 심층수는 탈염공정으로 보낸다.

이때 여과압력은 운전조건에 따른 여과기의 압력손실과 배관의 압력손실을 고려하여 결정하며, 모래여과의 경우 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㎎/ℓ 이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.

그리고 정밀여과와 한외여과(限外濾過)는 여과 막의 종류에는 구애받지 않으며, 벤더(Vendor)의 사양에 따라서 여과속도와 압력손실을 고려하여 펌프(Pump)의 공급압력을 결정한다.

정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.

FI값은 대상 수중의 미세한 탁질 농도를 나타내는 수치로 다음 ④식으로 표현된다.

FI = (1－T₀/T₁₅) × 100/15 ………………………………………④

여기서 T₀는 0.45㎛의 정밀여과 막을 이용하여 시료 수를 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 하는 시간이다.

나노여과에서는, 후속 1차 탈염처리를 역삼투 여과장치, 전기투석장치 또는 전기추출장치에 의해서 수행하는 경우는 막 막힘의 원인이 되는 황산 이온(SO₄ ^{2 -})을 제거한 해양 심층수는 1차 탈염단계로 보낸다.

나노여과 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 소재는, 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리피페라진아미드(Polypiperazineamide)계, 폴리에스텔아미드(Polyesteramide)계 또는 수용성의 비닐폴리머(Vinylpolymer)를 가교(架橋) 한 것을 사용할 수 있으며, 막 구조는 막의 한 면에 치밀 층(緻密層)으로 되어 있으며, 치밀 층으로부터 막 내부 혹은 한 면의 막을 향해서 서서히 큰 구멍에서 미세 구멍으로 구성되어 있는 비대칭 막(非對稱膜)이나, 이러한 비대칭 막의 치밀 층 위에 다른 소재로 형성된 매우 얇은 분리기능 층(分離機能層)을 가지는 복합 막(複合膜) 등을 사용할 수 있으며, 피페라진 폴리아미드계 복합 막이 바람직하지만 본 발명에서는 막의 재질과 구조에는 특별히 제한하지는 않는다.

나노여과에서는 후처리의 1차 탈염처리공정에서 스케일(Scale)생성의 원인이 되는 황산 이온(SO₄ ^{2 -})을 제거하는 것이 주목적으로, 전처리여과에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 나노여과장치로 보내어 여과되지 않은 황산 이온 함유수는 방류(放流)하고, 여과수는 1차 탈염공정으로 보낸다.

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

나노여과장치에서 공급압력은 염 농도가 3.5wt%인 해양 심층수의 삼투압 25㎏/㎠보다 낮은 15∼20㎏/㎠으로 하며, 나선형의 경우 막 투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면 이때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.

표1에서와 같은 해양 심층수를 25℃로 가온 처리한 다음, 한외여과에서 FI값을 3.2로 전처리한 여과수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 가교폴리아미드(Cross-linked polyamide) 재질인 모델번호 SU-610의 나선형 나노여과 막을 사용하여 압력을 20㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 1.2㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 80%가 되었으며, 이때 여과되지 않은 황산 이온 함유수와 여과된 탈황산이온미네수의 주요성분 분석치는 다음 표2의 내용과 같다.

나노여과에 의한 여과되지 않은 황산 이온 함유수와 여과된 탈황산이온미네랄염수의 주요성분 분석치

항 목	전 처리된 해양 심층수(원수)	여과된 탈황산이온미네랄염수	여과되지 않은 황산 이온 함유수
pH	7.80	7.24	7.82
Na+(㎎/ℓ)	10,800	9,650	15,400
Cl-(㎎/ℓ)	22,370	17,300	42,650
Ca2 +(㎎/ℓ)	456	338	928
Mg2 +(㎎/ℓ)	1,300	1,060	2,260
K+(㎎/ℓ)	414	355	650
SO4 2 -(㎎/ℓ)	2,833	319	12,890
B(㎎/ℓ)	4.44	4.10	5.80

표2의 내용에서 보는 바와 같이 해양 심층수를 나노여과처리를 한 결과, 붕소화합물은 거의 제거되지 않았으며, Na는 28.5%, 칼슘(Ca)은 41%, 마그네슘(Mg)은 35%로 제거되었으나 황산 이온은 90% 이상 제거되었다.

3. 탈염공정

상기 전처리 여과공정에서 처리된 해양 심층수는 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에 의해서 탈염처리한 다음, pH조정공정으로 보낸다.

그리고 증발·응축공정에 의한 탈염처리를 하는 경우나, 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정 또는 냉동공정에 의한 1차 탈염처리를 한 다음, 이온교환공정으로 2차 탈염처리를 하는 경우 탈 염수 중에 붕소의 농도가 0.3㎎/ℓ 이내로 처리가 되면, 경도조정공정 또는 물의 개질 공정으로 보내거나, 또는, 경도는 적절하지 않지만, 경비절감을 위해서 소주제조공정에 소주제조용수로 사용할 수도 있다.

상기 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정과 이온교환공정에 의한 탈염처리공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

가. 역삼투 여과

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수가 역삼투 여과에 공급되면, 운전압력을 50∼70㎏/㎠으로 역삼투 여과 막에 공급하여 여과되지 않고 농축된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 여과된 탈 염수는 pH조정공정으로 보낸다.

역삼투 여과의 여과 막이 나선형 여과 막인 경우 운전압력을 55∼56㎏/㎠에서 막 투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 여과수인 탈 염수에는 염분이 99.0∼99.85wt% 범위로 제거되며, 유입수량의 40∼60%가 여과된다.

상기 역삼투 여과의 막 모듈(Module) 형태도 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.

나. 전기투석

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 양이온교환 격막과 음이온교환 격막이 양극과 음극 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치하여 탈염실과 염농축실로 구성된 전기투석장치의 탈염실로 공급하고, 염농축실로는 염수를 공급하면서 정류기로부터 직류전기를 양극과 음극에 인가(印加)하면, 탈염실로 공급된 해양 심층수 중에 함유된 염분은 전기적인 인력에 의해서 염농축실로 이동하게 되어 농축된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 탈염실에서 염분이 탈염처리된 탈 염수는 pH조정공정으로 보낸다.

다. 전기추출

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 염추출실 내부에 양극과 음극 사이에 양이온교환 격막과 음이온교환 격막으로 격리된 탈염실을 다 단으로 설치한 전기추출장치의 탈염실과 염추출실로 공급하면서 정류기로부터 직류전기를 인가하면 탈염실 내의 해양 심층수에 함유된 염분은 염추출실로 이동하여 농축된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 탈염실에서 염분이 탈염처리된 탈 염수는 pH조정공정으로 보낸다.

라. 냉동법

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 보온처리된 냉각코일이 내장된 냉각장치에 공급하고, 해양 심층수를 냉각하면 도 3 "해양 심층수의 냉동에 따른 H₂O-NaCl계의 상 평형도"에서 보는 바와 같이, 냉동기로부터 냉매를 냉각코일을 통해서 순환하면서 냉각장치 내의 간수의 온도를 냉각하여 -2℃ 이하로 되면 셔벗(Sherbet) 상태의 얼음이 생산되기 시작하며, 온도가 -22.40℃, 함수의 농도가 26.285wt%의 공정점(共晶點, Cryohydric point, 含氷晶이라 하기도 함)에 도달할 때까지는 염분함량이 적은 셔벗 상태의 얼음 생산된다. 공정 점보다 낮은 온도로 계속 냉각을 하면 단사정계(單斜晶系, Monoclinic system)의 이수화물인 NaCl·2H₂O의 상태의 얼음이 생산되면서 염분이 함유된 얼음이 생산된다.

따라서 본 발명에서는 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 -22.40℃까지 냉각하면서 생산된 셔벗(Sherbet) 상태의 얼음을 생산한 다음, 용해하여 탈염처리된 탈 염수는 pH조정공정으로 보낸다.

마. 증발·응축공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 증발기에 공급하고, 가열하여 증발된 증기(Steam)를 응축하여 응축된 응축수는 소주제조공정에 소주제조용수로 사용하거나, 경도조정공정 또는 물의 개질 공정으로 보낸다.

증발·응축공정에서 응축된 응축수에는 붕소의 농도가 음용수기준치 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 붕소제거단계가 필요 없음으로 경비 절감을 위해서 경도가 적절하지 않지만 그대로 소주제조공정에 소주제조용수로 사용할 수도 있다.

바. 이온교환공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 바로 이온교환공정으로 처리하는 경우는, 염분의 농도가 너무 높아서 경제성이 전혀 없기 때문에, 상기 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정 또는 냉동공정에서 1차 탈염처리한 탈 염수를 양이온교환 수지탑, 음이온교환 수지탑, 양·음이온 양쪽성 수지탑을 순차적으로 통과시켜 염분을 제거한 탈 염수는 소주제조공정에 소주제조용수로 사용하거나, 경도조정공정 또는 물의 개질 공정으로 보낸다.

이온교환공정에서 탈염된 탈 염수에서도 붕소의 농도가 음용수기준치 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 붕소제거단계가 필요 없음으로 이 역시 경비 절감을 위해서 경도가 적절하지 않지만 그대로 소주제조공정에 소주제조용수로 사용할 수도 있다.

실시 예1의 나노여과에서 여과된 여과수(濾過水)인 탈황산이온미네랄염수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 고압용 역삼투 여과 막에서 가교(架橋) 폴리아미드계 복합 막(複合膜)인 모델번호 SU-810의 나선형 역삼투 여과 막을 사용하여 압력을 60㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과 수량은 유입수량의 52%가 되었으며, 이때 여과된 탈 염수와 여과되지 않고 농축된 농축 미네랄 염수의 주요성분 분석치는 다음 표3의 내용과 같다.

역삼투 여과에서 여과수인 탈 염수와 여과되지 않고 농축된 농축 미네랄 염수의 주요성분 분석치

항 목	유입수(탈황산이온미네랄염수)	여과된 탈 염수	농축된 농축 미네랄 염수
pH	7.24	7.20	7.28
Na+(㎎/ℓ)	9,650	38.7	20,063
Cl-(㎎/ℓ)	17,300	71.6	35,478
Ca2 +(㎎/ℓ)	338	0.6	703
Mg2 +(㎎/ℓ)	1,060	1.9	2,206
K+(㎎/ℓ)	355	1.7	737
SO4 2 -(㎎/ℓ)	319	3.7	1,584
B(㎎/ℓ)	4.1	1.8	6.6

표3의 내용에서 보는 바와 같이 해양 심층수를 역삼투 여과에서는 대부분의 염은 99% 이상 고도로 제거되었으나 붕소화합물만은 1.8㎎/ℓ으로 제거율이 80% 이하로 매우 낮아 음용수 수질 기준치 0.3㎎/ℓ의 6배를 초과하기 때문에 이 자체로는 소주제조용수로 사용이 불가능하였다.

4. pH조정공정

해양 심층수에 붕소는 4∼5㎎/ℓ범위로 함유되어 있으면서 붕산(H₃BO₃)의 형태로 존재하며, 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 단순한 나노여과 및 역삼투 여과에 의해서는 음료수기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려우며, 해리 정수(解離定數) pKa의 값이 9 정도로, 해수 중에서는 거의 비해리(非解離) 상태로 존재하며, 이온상태로는 거의 존재하지 않기 때문에 전기투석과 전기추출에 의해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있다. 또한, 냉동법에 의해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있기 때문에 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리를 하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환한 다음, 역삼투 여과 공정으로 보내어 붕소화합물을 제거한다.

수중의 붕산은 알칼리처리를 하면 다음과 같은 ⑤의 반응에 의해서 겔 상태의 폴리 붕산으로 전환된다.

B(OH)₃ + OH^_ → [B(OH)₄]^- → [B₃O₃(OH)₄]^- → [B₄O₅(OH)₄]^2-→ [B₅O₆(OH)₄]^- …⑤

5. 붕소제거공정

상기 pH조정공정에서 pH를 9∼11 범위로 조정하여 붕소화합물을 폴리 붕소화합물로 전환한 것을 역삼투 여과장치의 여과 막에 운전압력을 5∼25㎏/㎠으로 공급하여 여과되지 않은 붕소화합물 함유수는 중화처리 후 방류하고, 붕소화합물이 음료수 기준치인 0.3㎎/ℓ이하로 여과된 탈붕소수인 여과수는 소주제조용수를 만드는 단계의 중화처리 및 경도조정공정으로 보낸다.

본 역삼투 여과장치에 유입되는 유입수는 염분의 농도가 낮기 때문에 운전압력을 5∼25㎏/㎠범위의 낮은 압력으로 운전을 한다. 나선형 여과 막의 경우 막 투과수량은 0.6∼1.2㎥/㎡·일로 운전이 되며, 이때 여과수 중에 붕소화합물은 음료수 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 여과된다.

본 역삼투 여과장치에서는 pH가 9∼11의 알칼리상태로 공급되어도 스케일(Scale)을 생성하는 CaCO₃, CaSO₄와 같은 물질은 상기의 나노여과공정 및 역삼투 여과공정에서 제거되었기 때문에 스케일의 생성은 문제되지 않는다.

실시 예2의 역삼투 여과공정에서 여과된 여과수(濾過水)인 탈 염수를 pH조정공정에서 pH를 9.5로 조정하여 수중의 붕소화합물을 폴리 붕산의 형태로 전환한 다음, 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 저압용 역삼투 여과 막 모델번호 SU-710의 나선형 역삼투 여과 막을 사용하여 압력을 20㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과수량은 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 82%가 되었으며, 여과수(탈붕소수) 중의 붕소(B)의 농도를 측정한 결과 0.12㎎/ℓ로, 음료수의 붕소 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리되어 소주제조용수로 이용할 수 이용할 수 있었다.

Ⅱ. 소주제조용수를 만드는 단계

1. 중화처리 및 경도조정공정

중화처리 및 경도조정공정에서는, 상기 탈붕소수인 여과수에 산(酸)을 주입하여 pH를 음료수 기준치인 5.8∼8.5로 중화처리하면서, 미네랄조정제 또는 전 처리된 해양 심층수를 주입하여 경도를 100∼300㎎/ℓ범위로 조정하여 처리된 처리수는 물의 개질 공정으로 보낸다.

상기 중화처리에 사용하는 산(酸)은, 구연산(Citric acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Malic acid), 호박산(Succinic acid), 푸마르산(Fumaric acid), EDTA(Ethylene diamine tetra acetic acid), 젖산(Lactic acid) 또는 아스코르빈산(Ascorbic acid)과 같은 미네랄성분과 착염을 생성하는 유기산 또는 황산(黃酸) 중에서 한 종류의 산을 사용한다.

상기 경도조정에서 미네랄조정제는, 해양 심층수를 1가 양이온선택교환 막과 1가 음이온선택교환 막을 사용한 전기투석장치 또는 전기추출장치에서 NaCl과 KCl과 같은 1가 염을 선택적으로 제거한 다음, Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스를 조정한 시판되는 제품을 사용한다.

해양 심층수 원수의 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR 스펙트럼(Spectrum) 반치폭(半値幅)의 값(㎐)이 70㎐이면서 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값(㎐)을 낮게 처리하지 않은 경우는 물의 개질 공정을 생략하고, 중화처리 및 경도조정공정에서 pH와 경도가 조정된 처리수를 증류식 소주제조공정에 용수로 사용한다.

그리고 증류식 소주제조공정의 발효공정에 사용하는 용수를, 경비를 절감하기 위해서는, 하천수를 정수한 수돗물 또는 지하광천수(샘물포함)를 정수한 담수(淡水)에 전 처리된 해양 심층수를 주입하여 경도를 100∼300㎎/ℓ범위로 조정한 것을 증류식 소주제조공정에 용수로 사용할 수도 있다.

2. 물의 개질 공정

상기 중화처리 및 경도조정공정에서 중화처리 및 경도가 조정된 처리수가 중화처리 및 경도조정 처리수 저장조(1)에 유입되면, 중화처리 및 경도조정 처리수 이송펌프(2)로, 자화기(14)에서 반송되는 반송 수와 함께 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하여 물의 개질조(3)에 공급한다.

물의 개질조(3) 상부에는 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사(照射)하고, 물의 개질조(3) 내부에는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 교류 전원을 인가(印加)하고, 전압조정기(電壓調整器; 11b)로 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 1,500∼5,000볼트(Volt) 범위로 조정한 정전압(靜電壓)을 인가(印加) 하면서, 상기의 중화처리 및 경도조정 처리수를 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)로 분무하여 물의 개질조(3)에 공급되면 4∼10시간 동안 처리한다. 이때 전극(4)을 중심으로 +와 -의 정전기장(靜電氣場)이 교대로 반복하여 작용하면서, 이로 인하여 물 분자 자체가 진동ㆍ회전을 되풀이되어 물 분자의 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷) 되어 1차 소집단화되면, 중간처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 자성체 충전물(17)이 내장된 자화기(14) 외부에 설치된 코일(Coil: 16)에 컨트롤박스(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt)의 전압을 인가한 자화기(14)에 공급하여 중화처리 및 경도조정 처리수의 유입유량의 1∼4배를 물의 개질조(3)로 반송하면서 자화처리를 하여 핵자기공명(核磁氣共鳴: Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR의 반치폭(半値幅)이 40∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水)로 처리된 물은 소주제조용수 저장조(20)로 보낸다.

소주제조용수 저장조(20)에 공급된 소주제조용수는 소주제조용수 이송펌프(21)로 필요로 하는 곳으로 이송한다.

상기에서와 같이 소집단수로 처리된 소주제조용수는 약알칼리성의 고유진동수가 높은 고에너지의 산화환원전위(酸化還元電位: Oxidation Reduction Potential, ORP) 값이 -50∼-200㎷ 범위의 환원 수가 된다.

물의 개질조(3)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(4)의 망을 설치하고, 하부의 절연체(6)는 경질자기(硬質瓷器)로 제작된 애자(碍子)나 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC), 스티로폼(Styrofoam) 중에서 한 종류를 선택하여 설치하고, 절연체(6) 하부는 기초 콘크리트(7) 구조물로 하고, 땅에 접지(8)한다.

정전기유도장치(11)의 변압기(11a)는 철심(11d), 1차 권선(11c), 2차 권선(11e), 2차 권선(11e)의 출력선(11g), 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f)로 구성되어 있으며, 전압 조정기(11b)는 1차 권선(11c)에 접속하며, 2차 권선(11e)의 출력선(11g)은 절연체(6)에 의해서 절연된 가대(5)) 위에 설치된 물의 개질조(3) 내에 내장된 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 접속한다.

물의 개질조(3)에 내장된 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 변압기(11a)의 2차 권선(11e)의 출력선(11g)을 접속하고, 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f)은 변압기(11a) 내의 절연물 안에 절연상태로 한다. 물의 개질조(3)는 절연체(6)에 의해서 접지(8)와 절연상태로 한 가대(5) 위에 설치하고, 절연체(6)의 접지(8) 측에 어스(Earth)를 하고, 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 고압의 교류 정전기를 인가하면 접지와의 사이에는 콘덴서 C₁와 C₂가 형성된다.

변압기(11a) 내의 고압 측 2차 권선(11e)의 일단인 절연 단말(11f)을 변압기(11a) 내의 절연물 안에서 절연상태로 한 콘덴서 C₁을 형성하는 것과 동시에, 고압 측의 2차 권선(11e)의 출력선(11g)을 절연체(6)로 접지(8)와 절연한 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 접속하여 콘덴서 C₂를 형성하며, 그 결과, 출력선(11g)과 접지(8) 간의 전압은 250∼3,500 볼트(Volt)가, 전류는 0.5∼150㎂ 범위의 미약한 전류가 흐르게 되므로 접지상태에서 사람이 물의 개질조(3)에 접촉하여도 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 전하라고 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 정전기유도를 받고 있다고 하며, 이 현상을 응용하여 물질에 교류전압을 인가하면 물질의 분자에 회전과 진동이 가해져 분자의 이합집산을 촉진하며, 물질에 물리적인 특성을 변화시키는 것을 정전기유도처리라고 한다.

본 발명에서 정전기유도장치(11)의 변압기(11a)는 성층(成層)의 철심(11d)을 이용한 외철형의 원형 코일 변압기 타입의 것이며, 변압기(11a)의 1차 측 회로의 1차 권선(11c)을 전압 조정기(11b)를 개입시켜 교류 전원에 접속하여 변압기(11a)의 2차 측 회로의 2차 권선(11e) 1단의 절연 단말(11f)을 변압기(11a) 내의 절연물 안에서 절연처리한 것과 동시에 2차 측 회로의 2차 권선(11e)의 출력선(11g)은 절연체(6)를 접지(8)에 연결하여 절연한 가대(5) 위에 배치된 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 0.5∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전유도처리를 하면 물의 개질조(3) 내의 물 분자 집단은 1차 소집단화하여 소집단수로 처리된다.

변압기(11a)는, 철심(11d)의 중앙부에 통 모양의 절연 필름을 끼워 넣고, 다시 절연 필름의 외주 면에 1차 권선(11c)과 2차 권선(11e)을 감고, 1차 권선(11c)은 예를 들어 직경 0.6㎜의 폴리에스테르(Polyester)로 피복 한 동선을 사용하여 220∼240권으로 하고, 2차 권선(11e)은, 예를 들어 직경 0.09㎜의 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 40,000회권으로 하지만, 이 2차 권선(11e)의 40,000회 중, 제1의 2차 권선(11e)을 22,000회권으로 하고, 제2의 2차 권선(11e)을 18,000회권으로 하여도 좋고, 이러한 동선코일의 직경, 종류, 동선의 권수 등은 중화처리 및 경도조정 처리수의 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 폴리에스테르이나 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 동선코일의 권수는 1차 권선(11c)은 200∼250회권으로 하고, 2차 권선(11e)은 28,000∼40,000회권으로 하거나 2차 권선(11e) 내에서 제1의 2차 권선(11e)을 16,800∼22,000권으로 하고, 제2의 2차 권선(11e)을 11,200∼18,000권으로 해도 좋다.

2차 권선(11e)의 절연 단말(11f)은 변압기(11a) 내에 있고, 그 첨단 부분을 절연 테이프로 감은 후, 타르 피치 등의 절연물을 변압기(11a) 내에 충전해서 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f)을 가려 싸도록 해서 절연 하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄 수지 등도 이용할 수도 있다.

목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)은 SUS-316이나 SUS-304 재질의 철망 상의 상자가 최적이지만, 이외에도, 슬릿(Slit)상의 다공 판 모양이나 그 외의 그릿(Grit) 형상의 것도 상관없다.

변압기(11a)에 교류를 흐르게 하여 변압기(11a)의 1차 전압을 전압조정기(11b)로 조작하여 100∼220볼트(Volt)로 조정하면, 2차 측 즉 2차 권선(11e)의 단말(11g 및 5b) 사이에는 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이 발생하지만, 2차 측 회로의 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f)을 절연하고 있으므로, 절연체(6)로 절연된 가대(5) 위에 설치된 물의 개질조(3) 내의 출력선(11g)과 접속하고 있는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)과 접지(8) 사이에는 약 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 0.5∼150㎂의 전류가 흐르게 된다.

상술한, 2차 측에 발생한 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이, 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)과 접지(8) 사이에 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 0.5∼150㎂ 범위의 전류가 되는 것은 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f) 부위의 콘덴서 C₁과 가대(5) 하부 부위의 콘덴서 C₂인 절연체(6), 2차 권선(11e)의 저항, 코일의 교류저항회로에 의하는 것이다.

전술한 회로는, 콘덴서 C₁과 콘덴서 C₂에 의한 공진 회로를 형성하는 것이며, 2차 권선(11e)의 일단인 절연 단말(11f) 부위인 콘덴서 C₁과 2차 권선(11e)의 출력선(11g)을 절연체(6)로 절연되고 있는 가대(5) 부위의 콘덴서 C₂에 의한 출력전압으로부터의 방전에 의한 공진 주파수에 의해서 정전기유도가 일어나게 된다.

물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)의 크기, 그리고 중화처리 및 경도조정 처리수의 처리용량이나 절연체(6)의 높이에 따라서 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)과 접지(8) 사이의 전압은 3,500∼5,000볼트(Volt)로 변동하며, 전류도 0.5∼150㎂ 범위로 변화하며, 또한, 입력 전원을 전압조정기(11b)로 전압을 조정하는 것에 따라서 전압과 전류를 변동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 교류저항회로에 의해서 발생시킨 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)의 전압은 무 부하(無負荷) 시에 3,500∼5,000볼트(Volt)이지만, 전류는 0.5∼150㎂ 범위의 미약한 전류이므로 인체에 대해서 안전하고, 감전이나 화재 등의 트러블(Trouble)을 일으킬 우려는 없으며, 또한, 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 인가되는 전압과 전류는 중화처리 및 경도조정 처리수의 처리용량이나 정전기유도처리조건에 따라서 전압조정기(11b)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)과 접지(8) 간의 전압은 550∼1,600볼트(Volt)로, 전류는 30∼100㎂ 범위로 하는 것에 의해서 정전기유도를 하는데 적절한 교류 전계(電界)를 구성할 수 있다.

물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 대해서는, 전극(4)이 +전하가 되면, 접지(8) 측에서는 -전하가 유전(誘電)되며, 반대로 전극(4)이 -전하가 되면 접지(8) 측에서는 +전하가 유전된다. 이후 교류 전원의 주파수에 따라서 전극(4)은 1초간에 주파수(50 내지 60회)만큼 +전하와 -전하가 바뀌게 되며, 이것에 따라서 접지(8) 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 안정된 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, 물의 개질조(3) 내의 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 높은 정전압을 인가하면 모든 분자는 정전기유도에 의해서 +전하와 -전하의 교체에 따라서 순응하려고 하지만, 분자 간의 결합력의 강한 것과 약한 것의 차이가 생겨 물 분자 집단(Cluster)은 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 소집단화(小集團化) 하여 소집단수로 처리된다.

그리고 중화처리 및 경도조정 처리수의 처리용량이 큰 경우는, 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)이 내장된 물의 개질조(3)를 복수로 여러 개를 설치하여 처리한다.

상술한 정전기유도장치(11)의 변압기(11a)로부터 고압의 교류 정전압을 인가하여 정전기유도처리를 하면 미생물은 고압의 정전압에 의해서 전살처리(電殺處理)되어 멸균된다.

원적외선 방사기(9)는, 중화처리 및 경도조정 처리수의 처리용량 1㎥/시간에, 100∼300와트(Watt)의 원적외선 방사기 등(燈)을 설치한다.

자화기(14)는 비자성강(Non-magnetic steel)의 원형 용기(Vessel) 내부에 자성체 충전물(17)을 충전(充塡)하고, 외부에는 링(Ring) 모양의 코일 포머(Coil former; 15, 비자성체로 된 코일지지 틀)에 코일(Coil; 16)을 감고, 코일(16) 외부에 냉각관(18)을 설치하고, 코일(16)에 전류를 인가(印加)하였을 때 자기장(Magnetic field)을 생성할 수 있는 구조로 되어 있으며, 컨트롤박스(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 전압을 코일(16)에 인가하면 자화기(14) 내부에는 자기장(磁氣場)이 형성되며, 여기에 물(유체)을 통과하면 물은 소집단수(小集團水)로 처리된다.

자화기(14) 내부에 충전하는 자성체 충전물(17)은 천연에서 채굴(採掘)되는 자철광(磁鐵鑛)을 2∼20㎜Φ 크기로 파쇄한 자철광 괴(塊) 또는 시중에서 판매되는 자성 세라믹스(Ferrite ceramics) 중에서 한 종류를 혼합한 것을 사용한다.

코일 포머(Coil former; 15)는 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 플루오르 수지(Fluororesin), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 베이클라이트(Bakelite), 에보나이트(Ebonite), 플라스틱(Plastic), 유리섬유강화플라스틱(Fiber glass reinforced plastic, FRP), 알루미늄(Aluminium), 오스테나이트(Austenite) 조직을 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel), 티타늄(Titanium), 아연, 황동, 청동, 세라믹스(Ceramics)와 같은 비자성체(非磁性體) 재질 중에서 한 종류를 사용한다.

자화기(14)의 재질은, 자기누설(Magnetic leakage)을 막기 위하여 비자성체인 조직(組織)이 오스테나이트(Austenite) 조직을 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel), 티타늄(Titanium), 알루미늄(Aluminium), 아연(亞鉛), 황동(黃銅), 청동(靑銅), 세라믹스(Ceramics), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), ABS 수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 플루오르 수지(Fluororesin), 아크릴 수지(Acrylic resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 베이클라이트(Bakelite), 에보나이트(Ebonite), 플라스틱(Plastic), 유리섬유강화플라스틱(Fiber glass reinforced plastic, FRP) 중에서 한 종류를 사용한다.

컨트롤박스(19)로부터 코일(16)에 인가하는 전압과 전류는 처리용량에 따라서 차이가 있지만, 자화기(14) 내부에서 보자력(保磁力)이 5,000∼20,000 가우스(Gauss)로 인가한다.

물(유체)가 자장(磁場)을 지날 때 자력선에 대해서 직각으로 물이 흐르면 고전위상태(高電位狀態)의 전기에너지가 발생하여 물 분자 사이의 수소결합(水素結合)이 분열하여 집단(Cluster)이 작아진다.

MHD(Magneto-hydro-dynamics) 이론은, 유체의 흐름이 자석과 자석 사이의 자력선을 직각으로 일정 유속(V) 이상(통상 2m/sec 이상으로 함)으로 통과하면, 쌍방의 직각의 방향으로 전압(E)이 발생하며, 이 전압(E)은 자력선의 힘(자속밀도: B)과 유체 유속(V)에 비례한다.

E = V X B ………………………………………………………………⑥

이 기전력(起電力)에 의해서 유체(물)로부터 자유전자(自由電子)가 빼앗겨(還元現象) 분자의 전자결합(電子結合)이 붕괴(崩壞)하여 유체(물) 분자는 미세화(微細化) 된다. 이 현상에 의해서 물 분자의 수소결합이 절단되어 물 분자 집단(Cluster)이 소집단화되어 소집단수로 되면서, 이 결과, 물의 침투력·용해력·세정력·정화력이 현격히 활성화된 상태를 처리된다.

그래서 본 발명에서는 정전기처리, 원적외선 처리와 자화처리를 조합한 방법에 의해서 물 분자를 소집단화하여 소집단수를 제조하는 소집단수제조장치를 제공한다.

자화기(14) 내부의 자장을 통과하는 물 분자 집단은 피코초(Picosecond)에 순간적으로 소집단화되기 때문에 체류시간은 별 의미가 없으며, 자화기(14)의 높이(길이)는 50∼120㎝로 한다.

유체(물)가 자화기(14) 내부의 자계(磁界)를 통과하는 속도(유속)는 자장의 통과 속도가 빠를수록 처리효율이 향상되지만, 1.5∼4m/sec 범위로 유로의 단면적(斷面積)을 결정한다.

그리고 코일 포머(15)에 설치된 온도지시계(TI; Temperature indicator)의 온도가 50℃ 이하가 유지되도록 냉각관(18)에 냉각수를 공급한다.

중화처리 및 경도조정 처리수 저장조(1)는 폭 10m×길이 10m×깊이 2.2m인 200㎥인 콘크리트 조로 구성되고, 물의 개질조(3)는 폭 2.5m×길이 2.5m×깊이 2.0m인 스테인리스 재질의 조 내부에 참나무 숯을 충전한 폭 2m×길이 2m×깊이 1.8m인 스테인리스(SUS-316) 철망 전극(4)을 설치하고, 상부에는 200와트(Watt) 원적외선 방사기(9) 2기를 설치한 것으로 구성되고, 중간처리수 저장조(12)는 폭 1.5m×길이 1.5m×깊이 2.0m 인 스테인리스(SUS-316) 조와 티타늄 관의 내경(內徑)이 40㎜Φ, 높이가 600㎜인 자화장치(3)에. 내경이 50㎜Φ, 높이(폭) 400㎜의 베이클라이트 코일 포머(15)에, 굵기가 3.5㎜Φ인 코일을 3,600회를 감고, 외부에 냉각관(18)을 설치하고, 자화장치(14) 내부에는 5∼10㎜Φ로 파쇄한 자철광을 충전한 자화기(14)로 구성된 소주제조용수 개질 장치를 제작하였다.

상기 실시 예3에서 붕소화합물이 제거된 탈 염수를 황산수용액을 공급하여 pH를 7.4로 조정한 다음, 일본 주식회사 이요긴지역경제연구센터(株式會社いよぎん地域經濟硏究センタ-)에서 해양 심층수로부터 생산된 미네랄조정제(Ca/Mg의 중량비 3.2로 조정)를 공급하여 경도를 320㎎/ℓ로 조정한 용수를, 중화처리 및 경도조정 처리수 저장조(1)에 공급하고, 중화처리 및 경도조정 처리수 이송펌프(2)로 2.5㎥/시간의 유량으로 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하면서, 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사하고, 물의 개질조(3) 내부에 설치된 참나무 숯이 충전된 철망 전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 3,500볼트(Volt)의 정전압을 인가하여 처리한 다음, 중간처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 컨트롤박스(19)로부터 코일(16)에 4볼트(Volt)의 전압을 인가한 자화기(14)에 10㎥/시간으로 공급하여 7.5㎥/시간의 유량을 물의 개질조(3)로 반송하고, 2.5㎥/시간의 유량은 소주제조용수 저장조(20)로 보내면서 처리하였다.

붕소화합물이 제거된 탈 염수를 황산수용액을 공급하여 pH를 7.4로 조정하고, 경도를 320㎎/ℓ로 조정한 용수인 유입수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR의 반치폭의 값은 도 5에서와 같이 87.5㎐이었으나, 처리된 소주제조용수 저장조(20)의 물을 핵자기공명의 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값을 측정한 결과 도 6에서와 보는 바와 같이 58.5㎐인 소집단수로 처리되었다.

그리고 자화기(14) 외부에 설치된 냉각관(18)에 냉각수를 공급하여 코일 포머(15)에 감은 코일(16)의 온도가 40∼50℃ 범위로 유지되게 냉각수를 공급하였다.

Ⅲ. 증류식 소주를 제조하는 단계

증류식 소주의 원료는, 쌀, 보리쌀, 나맥(裸麥), 밀, 매슬린(Maslin), 수수, 기장, 조, 호밀, 귀리, 메밀, 피, 율무, 옥수수 등의 곡류(穀類), 고구마, 감자, 돼지감자, 타피오카(Tapioca), 카사바(Cassava), 얌(Yam) 등의 서류(薯類), 도토리와 같은 전분질, 포도, 사과, 버찌, 대추 야자열매, 용설란(龍舌蘭)의 즙, 사탕수수의 즙, 우유, 벌꿀, 당밀(糖蜜)과 같은 당류(糖類) 등을 사용할 수 있다.

증류식 소주는 상기 전분질 또는 당류를 발효하여 알코올이 함유된 양조주(釀造酒)를 만들고, 이를 증류기로 증류한 제품이며, 원료 및 이로부터 유도되는 각종 알코올 발효부산물 중 휘발성의 물질을 함유하기 때문에 특수한 향미를 강하게 풍긴다.

곡류(穀類), 감자류 등의 전분질(澱粉質) 원료로부터 소주(燒酒)를 만드는 경우는, 우선 원료 중의 전분을 국(麴)의 당화효소(糖化酵素)의 작용으로 당분(糖分)으로 바꾼다. 그 다음에 당분을 소주 효모(燒酒酵母)의 작용으로 알코올로 전환(轉換) 한다.

즉, 당화(糖化)와 발효(醱酵)의 2개의 공정이 필요하고, 당화는 국(麴)이, 발효는 효모(燒酒)가 분담하고 있다.

국(麴)은, 전국의 방부에 필요한 산을 많이 생성하는 국균(麴菌)을 사용하며, 쌀 소주에서는 흑국균(黑麴菌)과 백국균(白麴菌)을 사용하며, 황국균(黃麴菌)을 사용할 수도 있다. 그리고 주모(酒母)는 소주용 효모를 사용한다.

우리나라에서는 주로 증류식 소주의 제조원료는 쌀을 사용하기 때문에 본 발명에서는 쌀을 사용한 증류식 소주를 만드는 방법을 제시한다.

1. 원료의 전 처리공정(세정, 침지, 탈수, 증자, 냉각공정)

먼저, 원료인 쌀은 돌과 같은 이물질을 분리한 다음, 깨끗한 물로 표면에 부착된 먼지 등의 이물을 세정처리(洗淨處理) 한다. 여기서 세정처리 하는 깨끗한 물은 수돗물 또는 지하광천수를 사용하여도 무방하다.

세정처리된 쌀은 상기 물의 개질 공정에서 생산된 용수에 침지(浸漬)한다.

침지한 쌀은 솥 또는 시루에서 증자하여 고두밥(지에밥)을 만든 다음, 국균(麴菌, 누룩곰팡이)이 번식하기 쉬운 35℃로 냉각(冷却)하여 국의 원료는 제국공정(製麴工程)으로, 전분질 원료는 2차 사입공정으로 보낸다.

2. 제국공정(製麴工程)

제국공정에서는 백미 100중량 부를 세정 후 상기 물의 개질 공정에서 생산된 용수에 50∼70분간 침지한 다음, 증자하여 35℃로 냉각한 고두밥에 국균(麴菌) 0.08∼0.12중량 부를 식부(植付)하고, 34∼38℃에서 40∼50시간 동안 국균(麴菌)을 배양하여 국(麴, 고두밥에 국균을 접종하고 번식시킨 것)을 만든다. 국균은 크게 나누어서, 백국(白麴), 흑국(黑麴), 황국(黃麴)이 있다. 소주국(燒酒麴)은 원료를 전국(諸味)으로 분해하는데 필요한 산(구연산)을 생산한다.

소주제조에는 주로 흑국균(黑麴菌) 및 백국균(白麴菌, Asp. Kawachii)을 사용한다. 백국균은 흑국균의 변이체로 포자색만 다를 뿐 제반 성질은 거의 같다. 소주의 향미를 높이기 위해 황국균(黃麴菌)을 사용하기도 한다. 황국을 사용하면 제품의 향미는 좋아지나 입국 제조 시 산 생성력이 적어, 안전한 주조를 기대하기 어렵다. 그래서 황국을 사용할 때는 밑술 제조 시 산을 첨가하는 방법도 있으나, 주질을 높이기 위해서는 1단 사입은 산 생성력이 강한 백국으로 건강한 밑술을 제조한 뒤 2단에도 백국을 사용하는 것이 일반적이나, 황국을 사용하여 향미를 부여하는 방법을 사용하기도 한다.

국에는 단백질과 펩티드결합을 가수분해하는 프로테아제(Protease)에 의해 아미노산(Amino acid)으로 전환하는 효소나 구연산 등을 포함하여 풍미(風味)를 나게 하며, 잡균의 번식을 억제하는 효모가 번식하는 환경 분위기로 만들어 준다.

3.

상기 제국공정에서 배양한 국(麴) 100중량 부에 상기 물의 개질 공정에서 생산된 용수 120중량 부와 효모 0.3중량 부를 가해 25∼30℃으로 6∼8일 동안 발효하여 필요한 효모를 배양한다.

효모가 대량으로 증식하면, 전국이 부패하는 것을 방지할 수 있으며, 국 중에 포함된 구연산을 액 중에 용출하거나 아밀라아제(Amylase)를 추출시키는 목적이 있다. 이때 전국의 온도는 30도 이상이 되면 효모가 약해지기 때문에 30도 이상이 되지 않게 신중하게 온도 관리를 할 필요가 있다.

쌀 소주는 1차 사입만을 실시해, 그대로 증류공정으로 보내기도 한다.

4.

상기 1차 사입공정에서 만든 주모(酒母)를 항아리 또는 스테인리스 탱크에 주입하고, 상기 고두밥 500∼700중량 부와 물 240∼420중량 부를 가해 25∼32℃로 발효시킨다. 전국의 온도가 32℃ 이상이 되지 않게 온도 관리를 할 필요가 있다.

1차 사입은 국을 그대로 발효시키지만, 2차 사입공정에서는 주원료를 투입해 한층 더 발효시키게 된다. 기간은 감자류, 흑당(黑糖), 주박(酒粕)이 주원료인 경우는 8∼10일간 발효를 하며, 쌀, 보리와 같이 곡류(穀類)인 경우는 12∼14일간 발효를 한다. 국에 의한 당화·효모에 의한 발효가 평행하여 동시에 행해지고 있다. 이러한 발효 형식을 병행복발효(竝行複醱酵)라고 부르고 있다.

병행복발효란, 통상 곡류(穀類)를 원료로 하는 주류(酒類)는 당화공정(전분을 당분으로 전환), 발효공정(전분을 알코올로 전환)이 필요로 하며 세계의 많은 주류는 이 당화·발효의 공정은 별도로 따로 행하지만, 청주·소주에서는 1개의 공정(1개의 탱크 내)으로 행해지고 있다. 기간이 길게 소비하는 공정으로 부패시키지 않고 당화·발효를 실시할 수 있는 것은 일본 및 동남아시아에서 사용되는 국(곰팡이)을 생성하는 유산균이나 구연산의 힘으로 부패를 일으키는 잡균의 번식을 억제하여 발효에 필요한 효모만을 번식시킬 수 있기 때문이다.

5. 증류공정(蒸溜工程)

상기 2차 사입에서 알코올 발효가 종료되면 전국의 알코올농도는 15% 정도가 되며, 이것을 단식 증류기(Pot still)에 주입하고 가열하여 발생한 증기를 냉각수로 응축하여 알코올을 추출하는 증류를 한다.

증류는 여러 가지 형태의 증류기를 사용할 수 있지만, 주로 상압(常壓, 大氣壓)에서 가열하여 단식증류(Simple distillation) 또는 수증기 증류(Steam Distillation)를 한다.

그리고 풍미를 부드럽게 하는 목적으로 감압증류(40∼60℃에서 비등)를 행할 수 있으며, 감압증류에서는, 향미가 가볍고 매우 마일드(Mild)한 소주를 얻을 수 있다.

감압증류는 증류를 할 때, 밀폐할 수 있는 증류 가마를 사용하며, 기압을 내리고 증류를 하면 비점(沸點)이 내려가 알코올 이외의 성분이 증류된 소주에 혼입하기 어렵게 되기 때문에 상쾌한 입맛의 소주로 완성된다.

6. 여과(濾過), 저장(貯藏) 및 숙성(熟成) 공정(工程)

증류한 소주는, 원료 중의 지방성분 등으로 인하여 백탁(白濁)이 되며 맛도 거칠다. 그래서 일정기간 저장, 숙성시켜 풍미 좋은 향기로운 소주로 할 필요가 있다.

특히 퓨젤유의 취기, 가스취, 눋는 냄새, 원료취 등의 혐오스러운 취기를 발생한다. 여기서, 소주를 냉각하고, 여과면(濾過綿) 등의 여층(濾層)을 통과시켜 백탁물질(白濁物質), 퓨젤유(Fusel oil) 등을 여과제거하면 투명하게 된다.

그 후, 탱크나 술독(항아리)에 넣고 일정기간 두며, 이것을 숙성이라고 한다. 숙성시키는 것으로 증류 시에 발생한 증류향기를 잡히는 것 외에 알코올분과 물이 잘 친숙해 져, 순한 맛으로 변화한다. 통상의 소주이면, 3개월로부터 반년, 1년 정도 숙성한 후 출하하지만, 장기 숙성 경우는 20년 이상 숙성하는 것도 있다.

숙성(熟成)은 표4 "소주의 숙성변화"에서 나타난 것처럼 3단계로 나누어 생각할 수 있으며, 고주(古酒)라 칭하는 소주는 3년 이상 숙성된 것으로 되어 있다. 숙성에 사용하는 용기는, 전통적으로 초벌구이의 항아리이지만 현재는 대형의 탱크가 주로 사용되고 있다. 초벌구이의 항아리로 소주를 숙성시키면 고주로 빨리 완성되지만, 항아리 표면으로부터 소주가 휘산(揮散) 하기 때문에 줄어들어 가는 결점도 있다.

소주의 숙성변화

숙성단계	기간	숙성변화
초기숙성(初期熟成)	3∼6개월	가스취(臭)성분으로 휘산(揮散), 자극취미(刺戟臭味)의 감소(減少)
중기숙성(中期熟成)	6개월∼3년	카보닐화합물(Carbonyl compound)의 중축합산화적변화, 부드러운 맛의 증가
고주화기(古酒化期)	3년 이상	에스테르화(Esterification), 성분의 농축, 부드러운 맛의 증가, 고유의 향미형성

7. 할수(割水)·정제(精製)·병입공정(甁入工程)

원주로 숙성시키고, 필요에 따라서 목적하는 알코올 농도로 할수(割水, 희석)를 하며, 원주(原酒)를 할수(割水)하면 다시 불용 물이 생기기 때문에, 마무리 여과에 의해서 정제(精製) 후, 병입(甁入)한 다음, 캡, 라벨을 하여 제품으로 출하한다.

백미 30㎏을 세정한 후, 실시 예4에서 처리한 용수에 2시간 침지해, 30분간 탈수하고, 다음에 50분간 증자하여 고두밥을 만들고, 35℃로 냉각한 후 백국균 30g을 접종하고 35℃에서 40시간 동안 균을 배양하여 제국을 하여 국을 제조하였다.

제조된 국에 실시 예4에서 처리한 용수 36㎏를 가하고, 그리고 효모균 90g를 가해고 7일간 발효시켰다.

상기 7일간 발효한 것에 백미 50㎏을 세정한 후, 실시 예4에서 처리한 용수에 2시간 침지해, 30분간 탈수하고, 다음에 50분간 증자하여 35℃로 냉각한 고두밥과 실시 예4에서 처리한 용수 30㎏를 항아리 넣고, 30℃로 발효시켰다. 이때 알코올 농도는 18.6 도였다.

상기 최종 발효 물을 단식 증류기에 주입하고 상압에서 가열하여 발생한 증기를 냉각수로 응축하여 알코올을 추출하는 증류를 한 다음, 규조토여과기(Diatomaceous earth filter)로 여과를 한 다음, 초벌구이 항아리에 넣고 4개월간 숙성하여 증류식 소주를 만들었다. 이때 알코올농도는 43.2 도였다.

실시 예5에서 생산된 증류식 소주와 시중에서 판매되는 A-사의 증류식 소주를 10인의 패널리스트(Panelist)로 하여금, 시음토록 한 결과 평가결과는 다음 표5의 내용과 같았다.

본발명의 증류식 소주를 시음한 결과 평가결과

구분		매우 좋다.	좋다.	동일하다.	못하다.	매우 못하다.
평가 항목	맛	3인	6인	1	-	-
	향미	4인	6인	-	-	-
	종합평가	3인	7인	-	-	-

상기의 실시 예6에서 보는 바와 같이 본 발명에서 만든 증류식 소주의 맛과 향미가 시중에서 판매되는 종래의 증류식 소주에 비해서 대체로 우수한 것을 확인할 수 있다.

1: 중화처리 및 경도조정 처리수 저장조
2: 중화처리 및 경도조정 처리수 이송펌프
3: 물의 개질조 4: 전극
5: 가대(架臺) 6: 절연체(絶緣體)
7: 기초 콘크리트(Concrete) 8: 접지(接地, Earth)
9: 원적외선 방사기 10: 분무 노즐(Spray nozzle)
11: 정전기유도장치(靜電氣誘導裝置) 11a: 변압기(變壓器)
11b: 전압조정기(電壓調整器) 11c: 1차 권선(捲線)
11d: 철심(鐵心, Iron core) 11e: 2차 권선
11f: 절연 단말(絶緣端末) 11g: 출력선
12: 중간처리수 저장조 13: 자화기 공급펌프
14: 자화기 15: 코일 포머(Coil former)
16: 코일(Coil) 17: 자성체 충전물
18: 냉각관 19: 컨트롤박스(Control box)
20: 소주제조용수 저장조 21: 소주제조용수 이송펌프
FI: 유량 지시계(Flow indicator) C₁, C₂: 콘덴서(Condenser)
TI: 온도 지시계(Temprtature indicator)

Claims (4)

1. 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조에 있어서,
   해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수한 해양 심층수를 20∼30℃로 가온 처리한 것을 모래여과, 정밀여과(Microfiltration), 한외여과(Ultrafiltration) 또는 나노여과(Nanofiltration) 중에서 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(Suspended solid)을 제거하여 전 처리된 해양 심층수는 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에서 탈염처리한 다음, pH를 9∼11로 조정한 것을 역삼투 여과하여 탈 염수를 생산하는 단계,
   상기 탈 염수의 pH를 5.8∼8.5로 중화처리하면서, 미네랄조정제 또는 상기 전 처리된 해양 심층수를 주입하여 경도를 100∼300㎎/ℓ범위로 조정한 것이 중화처리 및 경도조정 처리수 저장조(1)에 유입되면, 중화처리 및 경도조정 처리수 이송펌프(2)로, 자화기(14)에서 반송되는 반송 수와 함께 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하여 물의 개질조(3)에 공급하면서, 물의 개질조(3) 상부에는 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사(照射)하고, 물의 개질조(3) 내부에는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 1,500∼5,000볼트(Volt) 범위로 조정한 정전압(靜電壓)을 인가(印加) 하여 1차 소집단화한 것을 중간처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 자성체 충전물(17)이 내장된 자화기(14) 외부에 설치된 코일(Coil: 16)에 컨트롤박스(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt)의 전압을 인가한 자화기(14)에 공급하여 중화처리 및 경도조정 처리수의 유입유량의 1∼4배를 물의 개질조(3)로 반송하면서 자화처리를 하여 소집단수(小集團水)로 물을 개질 처리를 하여 소주제조용수를 만드는 단계,
   상기 소주제조용수를 증류식 소주제조공정에 용수로 사용하여 증류식 소주를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법.
2. 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조에 있어서,
   해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수한 해양 심층수를 20∼30℃로 가온 처리한 것을 모래여과, 정밀여과(Microfiltration), 한외여과(Ultrafiltration) 또는 나노여과(Nanofiltration) 중에서 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(Suspended solid)을 제거하여 전 처리된 해양 심층수는 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에서 탈염처리하여 탈 염수를 생산하는 단계,
   상기 탈 염수의 pH를 5.8∼8.5로 중화처리하면서, 미네랄조정제 또는 상기 전 처리된 해양 심층수를 주입하여 경도를 100∼300㎎/ℓ범위로 조정한 것이 중화처리 및 경도조정 처리수 저장조(1)에 유입되면, 중화처리 및 경도조정 처리수 이송펌프(2)로, 자화기(14)에서 반송되는 반송 수와 함께 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하여 물의 개질조(3)에 공급하면서, 물의 개질조(3) 상부에는 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사(照射)하고, 물의 개질조(3) 내부에는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 1,500∼5,000볼트(Volt) 범위로 조정한 정전압(靜電壓)을 인가(印加) 하여 1차 소집단화한 것을 중간처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 자성체 충전물(17)이 내장된 자화기(14) 외부에 설치된 코일(Coil: 16)에 컨트롤박스(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt)의 전압을 인가한 자화기(14)에 공급하여 중화처리 및 경도조정 처리수의 유입유량의 1∼4배를 물의 개질조(3)로 반송하면서 자화처리를 하여 소집단수(小集團水)로 물을 개질 처리를 하여 소주제조용수를 만드는 단계,
   상기 소주제조용수를 증류식 소주제조공정에 용수로 사용하여 증류식 소주를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법.
3. 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조에 있어서,
   해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수한 해양 심층수를 20∼30℃로 가온 처리한 것을 모래여과, 정밀여과(Microfiltration), 한외여과(Ultrafiltration) 또는 나노여과(Nanofiltration) 중에서 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(Suspended solid)을 제거하여 전 처리된 해양 심층수는 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에서 탈염처리하여 탈 염수를 생산하는 단계,
   상기 탈 염수에 미네랄조정제 또는 전 처리된 해양 심층수를 주입하여 경도를 100∼300㎎/ℓ범위로 조정한 것이 중화처리 및 경도조정 처리수 저장조(1)에 유입되면, 중화처리 및 경도조정 처리수 이송펌프(2)로, 자화기(14)에서 반송되는 반송 수와 함께 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하여 물의 개질조(3)에 공급하면서, 물의 개질조(3) 상부에는 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사(照射)하고, 물의 개질조(3) 내부에는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 1,500∼5,000볼트(Volt) 범위로 조정한 정전압(靜電壓)을 인가(印加) 하여 1차 소집단화한 것을 중간처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 자성체 충전물(17)이 내장된 자화기(14) 외부에 설치된 코일(Coil: 16)에 컨트롤박스(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt)의 전압을 인가한 자화기(14)에 공급하여 중화처리 및 경도조정 처리수의 유입유량의 1∼4배를 물의 개질조(3)로 반송하면서 자화처리를 하여 소집단수(小集團水)로 물을 개질 처리를 하여 소주제조용수를 만드는 단계,
   상기 소주제조용수를 증류식 소주제조공정에 용수로 사용하여 증류식 소주를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법.
4. 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조에 있어서,
   해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수한 해양 심층수를 20∼30℃로 가온 처리한 것을 모래여과, 정밀여과(Microfiltration), 한외여과(Ultrafiltration) 또는 나노여과(Nanofiltration) 중에서 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(Suspended solid)을 제거하여 전 처리된 해양 심층수는 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에서 탈염처리하여 탈 염수를 생산하는 단계,
   상기 탈 염수를 자화기(14)에서 반송되는 반송 수와 함께 물의 개질조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하여 물의 개질조(3)에 공급하면서, 물의 개질조(3) 상부에는 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사(照射)하고, 물의 개질조(3) 내부에는 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 목탄이 충전된 스테인리스 철망 전극(4)에 1,500∼5,000볼트(Volt) 범위로 조정한 정전압(靜電壓)을 인가(印加) 하여 1차 소집단화한 것을 중간처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 자성체 충전물(17)이 내장된 자화기(14) 외부에 설치된 코일(Coil: 16)에 컨트롤박스(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt)의 전압을 인가한 자화기(14)에 공급하여 중화처리 및 경도조정 처리수의 유입유량의 1∼4배를 물의 개질조(3)로 반송하면서 자화처리를 하여 소집단수(小集團水)로 물을 개질 처리를 하여 소주제조용수를 만드는 단계,
   상기 소주제조용수를 증류식 소주제조공정에 용수로 사용하여 증류식 소주를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 증류식 소주를 제조하는 방법.

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