KR101596886B1 - 냉각용 이송기 사용 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법에 관한 것으로서 참기름 제조 공정 중 발암물질인 벤조피렌이 발생할 수 있는 요소를 제거하여 기존의 방법에서보다 벤조피렌을 최대 66.7%까지 저감하는 고품질의 안전성이 확보된 참기름을 제조하는 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법에 대한 것이다.

Description

냉각용 이송기 사용 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법{Process of manufacturing transfer apparatus for cooing}

본 발명은 냉각용 이송기를 사용하여 벤조피렌이 저감된 참기름을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료참깨를 물에 침전시키고 교반하여 세척한 뒤 탈수통 내부에 비닐망이 설치된 원심탈수기를 사용하여 물을 제거한 후 참깨를 볶음솥에서 히터온도 기준 200 내지 220℃로 배기장치를 이용하여 연기와 분진을 제거하며 볶은 후 정선기로 이송하고 정선기의 외부에 설치된 이송조절밸브와 이송기호퍼에 연결된 이물제거관에서 작용하는 진공을 이용하여 이송기호퍼로 이송하고 이송기호퍼에 연결된 이물제거관에서 이물을 제거한 뒤 이송기호퍼에서 냉각한 참깨를 착유기에서 압착하고 착유한 참기름의 잔류 벤조피렌을 여과기에서 활성탄 필터로 제거하여 참기름 제조공정 중 발암물질인 벤조피렌이 발생할 수 있는 요소를 제거하여 기존의 방법에서보다 벤조피렌을 최대 66.7%까지 저감하는 고품질의 안전성이 확보된 참기름을 제조하는 냉각용 이송기 사용 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법에 대한 것이다.

참깨는 지질 45 내지 52%이며, 단백질 20%, 탄수화물 15% 정도를 함유하고 있고, 그 외에도 섬유질, 무기질, 비타민 등을 함유하고 있어 영양학적으로 우수한 식물 종자이다. 참기름은 우리나라에서 일반적인 유지로 수용되기보다는 향미료로서 각종 요리에 폭넓게 사용되어 온 조미식품의 일종으로, 오래전부터 상당량 사용되어 온 가장 큰 이유는 고소한 향미 때문이다. 이러한 참기름 특유의 향미는 참깨를 볶는 과정에서 참깨 중에 함유되어 있는 단백질과 탄수화물이 마이야르 반응(maillard reaction)을 일으키고 이에 따라 알데하이드류, 케톤류, 피라진류, 퓨란류, 피롤류 등과 같은 향미 성분을 생성하면서 생긴다. 참기름의 향미성분은 약 100 종 이상의 성분으로 구성되어 있으며, 이 중에서 참기름 특유의 고소한 향미에 가장 큰 영향을 주는 것은 피라진류의 화합물이다. 특히 2-메틸피라진과 2,5- 및 2,6-디메틸 피라진이 고소한 향미를 내는 참기름의 주요 화합물로 알려져 있다.

참기름은 일반적으로 볶음솥을 이용하여 참깨를 볶는 볶음단계와 볶은 참깨를 압착하여 착유하는 착유단계로 제조한다. 이러한 일반적인 참기름 제조방법을 이용할 경우 고온의 볶음단계에서 참깨를 볶을 때 다환방향족 탄화수소 화합물(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)의 일종인 벤조피렌[benzo(a)pyrene)이 발생된다. 벤조피렌은 국제암연구소(IARC : International Agency for Research on Cancer)에서 1급 발암물질로 분류하였으며 C₂₀H₁₂의 분자식을 가지며 물에 대한 용해도는 낮고 기름에는 잘 녹는다. 식품에서는 식품을 가열하는 과정에서 고온의 열분해에 의해 생성될 수 있으며 특히, 고온 가공·조리 시 식품의 지방 성분이 분해되거나 유기물질이 불완전 연소하여 생성된다. 숯불구이한 육류, 훈제제품, 압착유지, 커피 등 고온 처리한 가공식품 및 고온조리식품에서 벤조피렌이 많이 생성된다.

우리나라에서 판매되는 참기름에 대한 함량 규제는 식품의약품안전처에서 2ppb 미만으로 두고 있으나 많게는 10ppb가 훨씬 넘는 벤조피렌의 함량을 가진 참기름 제품들이 적발되고 있다. 벤조피렌의 함량을 최소하기 위해 한국특허 10-0891566에서는 참기름의 제조방법을 조절하여 벤조피렌 함량을 최소화하려는 시도를 하였다. 이 방법을 이용할 경우, 기존 방법에 비하여 비교적 적은 벤조피렌이 검출되었으나 참깨알이 고르지 못할 경우에는 여전히 벤조피렌이 검출됨을 알 수 있다. 또한, 한국 공개실용신안 20-2010-0012075에서는 박피기술을 이용하여 벤조피렌 함량을 저감한 참기름 생산방법도 공지하고 있다. 한국식품저장유통학회를 통하여 게재된 논문(김형열, Korean J.Food Preserv. Vol. 15, No. 4. pp. 556-561, August 2008)에서는 참기름 제조조건에 따른 벤조피렌의 함량 변화를 관찰하였으며 볶음방법의 차별화를 통하여 벤조피렌의 함량을 최소화하려고 하였으나 여전히 벤조피렌은 검출되었다. 이 경우 볶음단계를 220℃에서 20분간 진행 후 참기름 제조 시3.68ppb 가량의 벤조피렌이 검출되었고, 볶음솥을 개방한 경우에는 그 수준이 많이 줄어들었지만 0.63ppb 정도의 벤조피렌이 검출됨을 알 수 있었다.

참기름 제조 공정 중에 벤조피렌이 허용기준치에 근접한 수치만큼 잔존한다는 문제점을 해소하기 위한 참기름 제조방법을 개량하기 위하여 개발하고 연구한 결과 기존의 방법에서보다 벤조피렌 함량을 최대 66.7%까지 저감하는 참기름 제조방법을 개발하여 본 발명의 목적을 달성하였다.

본 발명은 종래의 문제점을 개선한 것으로서 참기름 제조공정 중 발암물질인 벤조피렌이 발생할 수 있는 요소를 제거하여 기존의 방법에서보다 벤조피렌 함량을 최대 66.7%까지 저감한 고품질의 안전성이 확보된 참기름을 제조하는 냉각용 이송기 사용 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 제조방법은 다음과 같이 시행한다. 먼저, 원료참깨 6 kg을 물에 침전시키고 교반하여 세척한 뒤 탈수통 내부에 비닐망이 설치된 원심탈수기를 사용하여 물을 제거한다. 이후 참깨를 볶음솥에서 히터온도 기준 200 내지 220℃로 배기장치를 이용하여 연기와 분진을 제거하며 볶은 후 정선기로 이송하고 정선기의 외부에 설치된 이송조절밸브를 이용하여 이송기호퍼로 이송한다. 마지막으로 이송기호퍼의 하부에 설치된 이물제거기에서 이송한 참깨의 이물을 제거한 뒤 이송기호퍼에서 냉각한 참깨를 착유기에서 압착하고 착유한 참기름의 잔류 벤조피렌을 여과기에서 활성탄 필터로 제거한다.

본 발명은 참기름 제조공정 중 발암물질인 벤조피렌이 발생할 수 있는 요소를 제거하여 기존의 방법에서보다 벤조피렌을 최대 66.7%까지 저감하는 고품질의 안전성이 확보된 참기름을 제조할 수 있어 매우 유용하다.

도 1은 본 발명의 참기름 제조공정도.
도 2는 본 발명의 참기름 제조공정에서 탈수기를 나타낸 분해단면도.
도 3은 본 발명의 참기름 제조공정에서 탈수기를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 참기름 제조공정에서 정선기를 나타낸 분해평면도.
도 5는 본 발명의 참기름 제조공정에서 정선기를 나타낸 분해단면도.
도 6은 본 발명의 참기름 제조공정에서 정선기를 나타낸 분해단면도.
도 7은 본 발명의 참기름 제조공정에서 여과기를 나타낸 평면도.
도 8은 본 발명의 참기름 제조공정에서 여과기를 나타낸 분해단면도.
도 9는 본 발명의 참기름 제조공정에서 여과기를 나타낸 분해사시도.
도 10은 본 발명의 참기름 제조공정에서 여과기를 나타낸 분해사시도.
도 11은 본 발명에서 사용한 변압기 사진
도 12는 본 발명에서 사용한 제어패널 사진
도 13은 본 발명에서 사용한 터치스크린(좌측 상단으로부터 시계방향으로 [메인화면], [착유기], [볶음솥 이송펌프], [세척기]메뉴) 사진
도 14는 본 발명에서 사용한 에어컴프레서 사진
도 15는 본 발명에서 사용한 세척기 급수용 밸브 개폐 사진
도 16은 본 발명에서 사용한 에어컴프레서 압력 확인 사진
도 17은 본 발명에서 사용한 기름탱크 밸브 개폐 사진
도 18은 본 발명에서 사용한 에어컴프레서 레버 개폐 사진
도 19는 본 발명에서 사용한 기름탱크 및 여과기 밸브 개폐 사진
도 20은 본 발명에서 분석한 원료 세척 횟수에 따른 참깨 수분함량과 참기름 중 벤조피렌 농도 변화
도 21은 본 발명에서 분석한 세척 후 탈수 시간에 따른 참깨 수분함량 및 참기름 중 벤조피렌 농도 변화
도 22는 본 발명에서 분석한 탈수 후 건조 시간에 따른 참깨 수분함량 및 벤조피렌 농도 변화
도 23은 본 발명에서 분석한 볶음 온도에 따른 참기름 중 벤조피렌 농도 변화
도 24는 본 발명에서 분석한 히터온도, 곡물온도를 달리하여 볶은 참깨의 기름 수율
도 25는 본 발명에서 분석한 볶음 온도에 따른 참기름의 색도 관련 사진
도 26은 본 발명에서 분석한 송풍 속도에 따른 볶음 전후 벤조피렌 농도 변화
도 27은 본 발명에서 분석한 이물제거 여부에 따른 이물제거 전후 벤조피렌 농도 변화
도 28은 본 발명에서 분석한 2차 이물제거기의 머무름 시간에 따른 벤조피렌 함량 변화
도 29는 본 발명에서 분석한 착유 횟수에 따른 참기름 중 벤조피렌 농도 변화

본 발명은 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법에 관한 것이다. 제조방법은 다음과 같이 시행한다. 원료참깨 6 kg을 물에 침전시키고 교반하여 세척기(10)에서 세척단계(도 1 참조); 탈수통(22)의 내부에 비닐망(120)이 설치된 탈수기(20)를 사용하여 상기 세척한 참깨에서 물을 제거하는 탈수단계(도 1, 3 참조); 상기 세척·탈수한 참깨를 상기 볶음솥(30)에 투입한 뒤 히터온도 기준 200 내지 220℃로 배기장치(130)를 이용하여 연기와 분진을 제거하며 10-20분 동안 볶는 볶음단계; 상기 볶은 참깨를 정선기(40)로 배출한 다음 정선기(40)의 외부에 설치된 이송조절밸브(52)와 이송기호퍼(50)에 연결된 이물제거관(61)에서 작용하는 진공을 이용하여 정선기(40)에서 이송기호퍼(50)로 이송관(54)을 통해 이동하는 참깨의 속도와 시간을 조절함으로써 통풍으로 참깨를 냉각시키는 이송단계(도 1, 4, 6 참조); 이송단계와 동시에 일어나며 이송기호퍼(50)에 연결된 이물제거관(61)에서 진공을 작용하여 참깨 볶음 시 생성된 이물이 이물저장탱크(62)에 저장되면서 제거되는 이물제거단계(도 1 참조); 상기 이송기호퍼(50)에서 냉각된 참깨를 착유기(70)에 투입하여 압착하는 착유단계(도 1 참조); 및 착유한 참기름을 참기름여과기(80)로 옮긴 다음 활성탄 필터(82, 82')를 사용하여 잔류 벤조피렌을 제거하는 여과단계(도 1, 7, 10 참조).

본 발명에서 사용한 제어시스템 중에서 변압기(도 11)는 건식 복권 다운 트랜스를 이용하여 실험실 내의 전력을 벤조피렌이 저감된 참기름 제조 설비에서 요구하는 전력으로 출력한다. 제어 패널(도 12)은 설비의 모든 전선 배치 및 모터를 포함하고 있으며, 제어 패널 덮개에 부착된 4개의 온도계는 각각 볶음솥(30) 상, 볶음솥(30) 하, 이송기호퍼(50), 착유기(70)로 표시되고 각 온도계에서도 위에 나타내는 값은 현재온도를, 아래 나타내는 값은 설정온도를 보여준다. 볶음솥(30) 상의 온도계는 볶음솥 내부 곡물온도이고, 볶음솥(30) 하의 온도계는 볶음솥(30) 히터온도를 나타내며 [볶음솥 이송펌프]메뉴에서 그 온도를 설정한다. 이송기호퍼(50)의 온도계는 착유기(70)로 이송 전 참깨가 들어가는 호퍼의 내부 온도를 나타낸다. 착유기(70)의 온도계는 착유기 온도이며 [착유기]메뉴에서 설정한다. 터치 스크린(도 13)은 압전식 터치 방식으로 운영된다. [메인화면], [착유기], [볶음솥 이송펌프], [세척기] 메뉴로 나뉘며 각 메뉴에서 세부 설정을 변경한다. 제어온도 및 시간을 나타낼 때, [PV](Present Value)는 현재 상태를 표시하고 [SV](Set Value)는 설정한 값을 말하며 [SV]를 눌러 원하는 값을 설정한다. 에어컴프레서(도 14)는 주로 에어건을 이용한 기계 청소나 정선기에 진동을 주는 역할로 이용되며 왼쪽 상단부의 붉은색 스위치를 당겨 공기를 주입하며 스위치 압력계를 통해 에어컴프레서 내부 압력을 확인한다. 참기름 제조 시 제어시스템의 전원은 변압기 전원 스위치를 ON으로 올린 후, 제어 패널 덮개를 열고 좌측 상단의 380 V, 220 V 전원 스위치를 ON으로 올린 다음 터치 스크린 좌측 상단의 전원 스위치를 ON으로 돌려 화면을 로딩하는 방식으로 작동한다. 예열은 설비 사용 30분 전에 시행한다. [메인화면] 메뉴에서 [볶음솥]>[예열]과 [착유기]>[예열]을 누른다.

본 발명에서 세척단계는 원료참깨에 포함되어 있는 먼지 또는 불순물 등의 이물을 물을 이용하여 제거하는 단계를 의미한다. 일반적으로 세척단계는 원료참깨 6 kg을 물에 침전시키고 2-6분간 교반하는 방식으로 참깨 표면의 먼지나 빈 껍질과 같은 부유물 및 토양으로부터 오염된 벤조피렌 등을 제거한다. 이 단계에서 이물이 충분히 제거되지 않으면 볶음단계에서 먼지와 부유물 등의 이물이 볶음과정 중에 불완전 연소하여 벤조피렌을 발생시키게 된다. 세척은 실험결과를 고려할 때, 1회 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 탈수단계는 세척된 참깨의 수분함량을 낮추는 과정을 의미하며 탈수기 또는 자연건조를 통하여 수분함량을 낮출 수 있다. 참깨의 수분함량을 충분히 감소시키지 않을 경우, 볶음단계에서 불균일한 열 분포로 인한 유기물질의 불완전 연소 및 볶음 시간 증가로 인한 지방성분의 열분해가 발생하여 참기름의 벤조피렌 함량이 증가한다. 따라서 본 탈수단계를 통해 원심탈수기로 수분함량을 낮추며 실험결과로 볼 때 탈수 시간은 2분 정도가 적당하다.

본 발명에서 세척 및 탈수단계는 참깨를 세척기(10)에 넣고 뚜껑을 닫은 뒤 [세척기] 메뉴에서 [자동]을 눌러 세척을 시작한다. 그 다음 세척과 탈수가 완료되면 세척기(10) 속 세척통을 들어올려 참깨를 꺼낸다. 세척기(10)에서 교반 시 회전 시간은 [세척기] 메뉴>[정역시간]>[SV]>정회전 및 역회전 시간 설정 값 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 50(0.1 sec)으로 한다. 세척 시간은 [세척기] 메뉴>[세척시간]>[SV]>총 세척시간 설정 값 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 120 (sec)으로 한다. 탈수 시간은 [세척기] 메뉴>[탈수시간]>[SV]>탈수시간 설정 값 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 120 (sec)으로 설정한다. 총 세척 횟수는 [세척기] 메뉴>[세척횟수]>[SV]>총 세척 반복 횟수 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 1(회)로 정한다. 세척기(10)사용 중 자동으로 급수가 되지 않는 경우 도 15와 같이 급수용 수동 밸브를 개방한다. 세척기의 [LO], [MID], [HI]가 표시하는 내용은 세척기(10)에 급수가 됨에 따라 내부 센서가 수위를 인식하는 것이며 [수위]에서 [LO]→[MID]→[HI]의 순서로 표시된다.

본 발명에서 볶음단계는 참깨의 표피가 부풀고 암갈색이 될 때까지 참깨를 볶는 단계로 주로 고소한 향미가 생성되며 참깨에 함유된 유지가 쉽게 분리되도록 하기 위하여 고온으로 처리하는 과정이다. 이 경우 지나친 고온으로 장시간 가열할 경우 벤조피렌이 발생할 수 있으므로 볶음솥 히터온도를 200-220℃로 하여 10-20분 가량 볶아주는 것이 바람직하다. 또한, 내부센서를 이용하여 볶음 시 곡물의 실제 온도를 확인할 수 있으며 볶음완료 시 곡물온도는 참깨 6 kg 기준 210-220℃이다. 볶음단계에서는 연기가 나올 수 있으며 이러한 연기에는 벤조피렌 자체가 포함될 수 있고 이외에도 벤조피렌 생성의 원인이 되는 탄화물 및 참깨분진이 발생한다. 따라서, 볶음단계에서 배기장치(130)를 이용하여 볶음솥 내의 연기 및 분진을 지속적으로 제거해야 한다. 배기 속도의 최적조건은 실험결과로 볼 때, 45 Hz이며 이는 모터 속도 1350rpm에 해당된다.

본 발명의 볶음단계는 볶음솥 출구 레버를 이용하여 배출구를 닫아준 뒤, [볶음솥 이송펌프] 메뉴에서 [볶음솥]> [수동]을 눌러 작동한다. 그 다음 [볶음솥 이송펌프] 메뉴의 [볶음솥]>[배기휀]과 [믹서운전]을 누르고 세척통에 있는 참깨를 볶음솥(30)으로 이동시킨 뒤 뚜껑을 닫아 볶음 시작한다. 볶음솥(30) 사용 중 예열 설정 시간이 지나 히터가 꺼지는 경우 [볶음솥 이송펌프] 메뉴>[볶음솥] >[예열]버튼을 눌러 재가동한다. 볶음솥(30)에서 히터온도는 [볶음솥 이송펌프] 메뉴>[볶음솥]>[볶음솥온도]>[SV]>히터온도 설정 값 입력>[ENT]으로 설정하고 기본값은 250℃로 정한다. 곡물온도는 볶음솥 내부에서 볶는 곡물의 실제 온도를 감지하며 설정값보다는 감지하는 현재값이 중요하다. 예열 시간은 [볶음솥 이송펌프] 메뉴>[볶음솥]>[예열시간]>[SV]>예열 시간 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 99 (min)로 정한다.

본 발명에 있어서 이송단계에 관여하는 정선기(40)는 볶음솥(30)의 배출구(36)에서 배출된 볶은 참깨 중에 포함된 이물을 제거할 수 있도록 본체 상부에 필터망(42)이 있고, 참깨가 본체의 상부 한쪽 면에서 하부 다른쪽 면의 방향으로 흘러내릴 수 있도록 본체 내부에 경사면(44)이 있으며, 참깨가 흘러내려서 이송관(54)으로 배출될 수 있도록 본체의 하부 한쪽에 배출구(46)가 있다. 배출구(46)에서 이송관(54)으로 참깨가 배출되는 속도와 시간이 조절될 수 있도록 배출구(46) 말단에 이송조절밸브(52)가 결합되어 있으며, 이송기호퍼(50)에 연결된 이물제거관(61)에서 작용하는 진공을 이용하여 배출구(46)에서 이송관(54)을 거쳐 이송기호퍼(50)로 이송될 수 있도록 한다. 이송기호퍼(50)는 한쪽에 이송관(54)이 달려있어 정선기(40)에서 배출된 참깨가 이송기호퍼(50)로 출입하고, 동시에 다른쪽에 이물제거관(61)이 연결되어 진공 작용으로 이물을 제거하며 통풍을 이용한 냉각을 할 수 있다. 이물제거관(61)으로 배출되는 이물은 이에 연결된 이물저장탱크(62)로 들어간다. 볶음 후 참깨는 고온으로 처리되었으므로 참깨 입자간 접촉만으로도 그 품온으로 인해 추가적인 온도 상승이 발생하여 잠재적 벤조피렌 생성을 야기하므로 참깨의 온도 상승을 억제하기 위하여 냉각시켜준다.

본 발명의 이송단계는 [볶음솥 이송펌프] 메뉴의 [이송밸브]>[입구]>[OPEN]과 [출구]>[CLOSE]를 눌러 시작한다. 볶음완료조건(표준 설정 시, 참깨 6 kg 기준으로 곡물온도 210-220℃일 때이며 10-20분 정도 볶음)에 도달하면, [볶음솥 이송펌프] 메뉴의 [이송밸브]>[펌프 운전]을 눌러 참깨를 이송한다. 이송한 참깨의 [호퍼온도]가 높을 경우, [볶음솥 이송펌프] 메뉴의 [이송밸브]>[출구]>[OPEN]을 눌러 온도를 낮춘다. 원하는 온도에 도달하면 [볶음솥 이송펌프] 메뉴의 [이송밸브]>[출구]>[CLOSE]와 [펌프정지]를 누른다. 이송관(54)에서 [이송시간]은 따로 설정하지 않는다. [호퍼온도]는 온도 확인용으로 설정이 불가하다. 정선기(40) 및 이송관(54)에 진동이 제대로 걸리지 않는 경우 에어컴프레서 압력을 확인한 뒤 압력이 충분하지 않을 경우 도 16과 같이 좌측 붉은 스위치를 올려 공기를 주입한다. 이송기호퍼(50)의 호퍼온도가 낮춰지지 않거나 낮아지는 속도가 느릴 경우 이송밸브의 펌프가 가동 중인 상태에서 [볶음솥 이송펌프] 메뉴>[이송밸브]>[입구]>[CLOSE]와 [출구]>[OPEN]을 누른다. [호퍼온도]가 원하는 온도에 도달하면 [볶음솥 이송펌프] 메뉴> [이송밸브]>[출구]>[CLOSE]를 눌러 펌프를 정지한다.

본 발명에서 착유단계는 볶은 참깨를 착유기를 이용하여 압착하는 과정이다. 볶음단계를 거친 참깨는 온도가 매우 높아 지방의 열분해에 의한 벤조피렌 생성을 야기할 수 있다. 따라서 앞서 이송단계에서 충분히 냉각시키지만, 이 때 착유기에 들어가는 참깨의 온도가 너무 낮아지면 참기름 수율 또는 향미에 안좋은 영향을 끼친다. 이에 따라 착유기에 들어가는 볶은 참깨의 온도는 180℃로 유지하며 착유기 온도는 100℃로 600kg_f/cm²의 압력으로 1회 압착하는 것을 최적조건으로 한다.

본 발명에서 착유단계는 다음과 같이 진행한다. 착유기(70)에 깻묵덮개와 한지를 넣어 착유기 내부를 채운 후 이송관 출구를 착유기 입구로 이동한 다음 [볶음솥 이송펌프] 메뉴의 [이송밸브]>[출구]>[OPEN]을 눌러 참깨를 옮긴다. 그 다음 한지로 참깨 상단부를 덮은 뒤 깻묵덮개와 압력 추를 얹고 착유기 뚜껑을 닫는다. [착유기] 메뉴의 [자동]을 누르면 착유가 시작된다. 착유가 끝난 뒤 압력이 떨어지면 DRAIN이 열린 것을 확인한 뒤 착유기 뚜껑을 개방한다. [착유기] 메뉴의 [DRAIN]>[CLOSE]와 [유압ON]을 눌러 깻묵이 올라오면 꺼낸다. 마지막으로 [착유기] 메뉴의 [유압OFF]와 [DRAIN]>[OPEN]을 눌러 착유를 종료한다. 착유기(70)에서 착유기온도는 [착유기] 메뉴>[착유기온도]>[SV]>착유기 온도 설정 값 입력>[ENT]로 설정하고 기본값을 150℃로 정한다. 착유기 예열 시간은 [착유기] 메뉴>[예열시간]>[SV]>예열 시간 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 99 (min)으로 정한다. 착유기 압력값은 [착유기] 메뉴>[착유압력]>[SV]>착유기 압력 설정 값 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 600 (kg_f/cm²)으로 정한다. 착유 횟수는 [착유기] 메뉴>[종료횟수]>[SV]>착유기 반복 횟수 입력>[ENT]로 설정하고 기본값은 1 (회)로 정한다. 착유기(70) 사용 중 예열 설정 시간이 지나 히터가 꺼지는 경우 [착유기] 메뉴>[예열] 버튼을 눌러 재가동한다. 착유 시 참기름이 기름 탱크의 호퍼 밖으로 넘치는 경우에는 도 17과 같이 밸브를 확인한다.

본 발명에 있어서 참기름여과기(80)의 본체는 착유기(70)에서 착유한 참기름을 저장할 수 있는 원통형 형태의 용기로 구성되어 있으며, 본체의 상부에 유입구(81)가 있고 내부에 회전봉(86)이 있어 회전봉(86)에는 모터(84)가 결합되어 있고 활성탄 필터(82, 82')는 양쪽 필터케이스(180, 180')의 내부에 활성탄(182)이 삽입되어 있어 참기름의 잔류 벤조피렌이 활성탄(182)을 통과하면서 제거된다. 또한, 참기름여과기(80) 하부에 있는 상하위치조절배출구(90)의 높이를 조절하며 여과한 참기름을 배출밸브(92)의 높이를 조절하며 배출할 수 있다.

본 발명의 여과단계에서 착유기(70)와 연결된 부분의 밸브와 압력을 걸어주는 부분의 밸브를 열어준 뒤, 에어컴프레서 우측 레버를 당겨 참기름을 여과기(80)로 이송한다. 그 다음 [메인화면] 메뉴의 [필터교반기]를 누른다. 적정 시간이 지나면 여과기 하단의 밸브를 열어 참기름을 채취한다. 사용 종료 후 터치스크린 전원 및 제어 패널의 380 V, 220 V 전원, 변압기 전원 스위치를 OFF로 내린다. 여과기(80)로 참기름이 운반되지 않는 경우 에어컴프레서 압력을 확인한 뒤 압력이 충분하지 않을 경우 좌측 붉은 스위치를 올려 공기를 주입하고 도 8과 같이 에어컴프레서 우측 레버 개방 여부를 확인한다.

본 발명에 의한 참기름 제조방법은 기존의 참기름을 제조하는 공정을 개량함으로써 기존에는 얻을 수 없었던 벤조피렌이 완전히 제거된 참기름을 얻을 수 있었으므로 기존 제조방법에 비하여 우수한 효과를 갖는다.

<표준 실험 조건>

본 발명에서는 발명한 제조방법이 실제로 참기름 제조 시 벤조피렌 함량 저감에 어떠한 효과를 미치는지 알아보기 위하여 진행하였다. 표준 실험 조건은 시스템 설정값 변경에서 기본값으로 언급된 설정값을 이용하였고 배기 강도의 경우 45 Hz로 설정하며 볶음 시간은 볶음완료시 곡물온도가 215℃가 되는 시점을 기준으로 착유기 투입 전 이송기호퍼(50)에서 관찰되는 참깨온도는 180℃를 기준으로 진행하였다. 모든 실험은 그 저감 효과를 확연하게 보기 위하여 10ppb의 고농도 벤조피렌을 오염시켜 시행하였다. 표준 조건에 대하여 벤조피렌 오염 참깨로 3회 실험 후 비오염 참깨로 1회 실험 시 초기 비오염 참깨로 실험하여 얻었던 참기름의 벤조피렌 함량과 동일한 벤조피렌 함량을 얻었으며, 이에 따라 장비 내부 잔류하는 벤조피렌에 의한 오염은 없음을 확인하였다. 벤조피렌 농도 분석은 GC를 이용하여 식육가공품 중 PAHs 4종 시험측정법으로 진행하였다.

<세척 횟수에 따른 벤조피렌 저감 효과>

본 발명에서 세척 횟수에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 표 1과 같다. 각 조건별 3회 반복 실행하였으며 그 다음 벤조피렌 농도 분석을 진행하였다.

세척 횟수를 변수로 하는 실험 조건

원료(깨) 원산지	중국산, 6 kg
벤조피렌 오염	10 ppb
세척 조건	세척(2분) 0, 1, 2, 3회 탈수 2분
볶음 온도	250℃(히터온도), 곡물온도 210-220℃
배기 속도	45 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용 2차 이물제거: 9분(호퍼온도 180℃)
착유 횟수	1회

세척기에 원료를 투입한 뒤 자동 운전 시행 시 정방향 및 역방향으로 번갈아 회전하며 세척하였다. 토양으로부터 원료 참깨에 오염되어 있던 벤조피렌을 세척을 통해 제거할 수 있으나, 과도한 세척으로 참깨가 수분을 흡수하여 수분함량이 오를 경우 볶음단계에서 불균일한 열 분포로 인한 참깨 껍질, 분진, 이물 등 유기물질의 불완전 연소 및 탄화물 생성, 볶음 시간 증가로 인한 지방성분의 열분해를 거쳐 벤조피렌을 추가로 생성할 수 있으므로 적절한 수분함량 조절이 필요하다. 이에 따라 다른 공정 조건을 모두 고정시키고 세척 횟수만 달리하여 세척 횟수가 참기름의 벤조피렌 농도에 미치는 영향을 살펴보았다. 세척 횟수는 0, 1, 2, 3회로 하고 세척 단계의 세척 횟수 표준 조건은 최소 횟수인 1회를 기준으로 한다. 1회 세척할 시 비세척의 경우보다 참기름 중 벤조피렌 농도가 적게 나타나는 것으로 보아 참깨원료에 부착되어 있던 벤조피렌이 제거되는 것을 확인할 수 있다(도 20 참조). 그러나 세척 횟수를 2 및 3회로 늘릴 경우 오히려 참기름에서의 벤조피렌 함량이 증가하는 것이 관찰되고 이를 설명하기 위해 각 조건에서의 세척 직후 참깨를 채취하여 수분함량을 측정한 결과 세척 횟수 증가에 비례하여 참깨 내부 수분이 증가하는 경향을 관찰하였다(도 20 참조).

세척 횟수에 따른 볶음솥(30) 투입 전 참깨의 수분함량 및 최종 참기름의 벤조피렌 농도에 대해 IBM SPSS Statistics(version 22, IBM SPSS, Chicago, IL, USA)를 이용하여 유의수준 0.05에서 ANOVA수행 시 세척 횟수는 각 결과 값들에 대하여 유의적인(P-value 각각 0.000, 0.017) 요인으로 나타났다. 이 결과에 따라 사후분석(Duncan test) 결과 (비세척)과 (세척 1, 2회) 및 (세척 2, 3회)는 각각 유의적으로 다른 수분함량을 나타냈으며, 벤조피렌 함량의 경우 (비세척), (세척 1, 2회)와 (세척 3회)가 유의적으로 다른 벤조피렌 함량을 보였다. 이를 통해 세척 횟수가 3회로 증가할 경우 참깨 원료가 수분을 다량 흡수하여 추후 볶음단계 시 불균일한 열 분포로 인한 유기물질의 불완전 연소를 야기하거나, 볶음 시간 증가로 인한 지방 성분의 열분해가 발생하여 오히려 참기름에서의 벤조피렌 함량이 증가된다는 것을 확인하였다. 따라서 세척단계는 원료에 오염되어 있는 벤조피렌을 제거해주지만 세척 횟수가 많아질 경우 원료의 수분함량 증가로 인해 볶음 과정 중 벤조피렌 생성을 증가시켜 저감 효과를 상쇄시킨다고 볼 수 있으므로 세척 횟수는 최대 2회일 때 적합한 조건이라고 볼 수 있다. 그러나 원료에 오염된 벤조피렌 세척 효과와 수분함량 증가로 인한 불완전연소로 야기되는 벤조피렌 추가 생성의 효과가 상쇄됨으로 인하여 (비세척)과 (세척 1, 2회)는 벤조피렌 함량에서는 유의적인 차이를 보이지 않으나, 다음에서 설명하는 탈수와 건조 실험의 결과를 통해 확인하면 세척 후 수분함량을 충분히 줄여줄 경우 전체적인 벤조피렌 농도는 감소하는 것을 알 수 있다. 이에 따라 세척단계는 종합적으로 볼 때 여전히 필요하며, 세척 시 드는 전력을 고려할 때 유의적으로 차이를 갖지 않는 효과에서는 적은 횟수의 세척이 유익하므로 최적조건은 세척 횟수 1회라고 볼 수 있다.

<탈수 시간에 따른 벤조피렌 저감 효과>

본 발명에서 탈수 횟수에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 표 2와 같다. 각 조건별로 3회 반복 실행하였으며, 그 다음 벤조피렌 농도 분석을 진행하였다.

탈수 시간을 변수로 하는 실험 조건

원료(깨) 원산지	중국산, 6 kg
벤조피렌 오염	10 ppb
세척 조건	세척(2분) 1회 탈수 0, 1, 2, 3분
볶음 온도	250℃(히터온도), 곡물온도 210-220℃
배기 속도	45 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용 2차 이물제거: 9분(호퍼온도 180℃)
착유 횟수	1회

세척 후 세척 장치에 탑재되어 있는 회전식 자동 탈수장치를 이용하여 참깨 원료의 수분을 제거한다. 원료 참깨를 세척 시 오염되어 있던 벤조피렌 제거에는 유익하지만, 세척수로 인해 참깨가 수분을 흡수하여 추후 볶음 단계에서 벤조피렌 생성을 야기하는 단점이 있다. 이에 따라 탈수단계를 도입하여 세척에서 이용된 수분을 최대한 제거한다. 다른 공정 조건을 모두 고정시키고 탈수 시간만 달리하여 탈수 시간이 참기름 중 벤조피렌 농도에 미치는 영향을 살펴보았다. 탈수 시간은 0, 1, 2, 3분으로 정하고 탈수단계는 그 표준 조건을 임의로 정하였으며 육안으로 볼 때 수분 제거가 크게 일어나지 않기 시작하는 2분을 기준으로 한다. 탈수 시간이 길어짐에 따라 참기름 중 벤조피렌 함량이 줄어드는 경향을 볼 수 있다(도 21 참조).

탈수단계에서 조절하는 것은 세척한 참깨 원료의 수분함량이므로 벤조피렌 농도 변화를 설명하기 위해 각 탈수 조건에서 탈수 직후 채취한 참깨의 수분함량을 측정한 결과 탈수 시간이 증가함에 따라 수분함량이 감소하는 경향을 보였다(도 21 참조). 탈수 시간에 따른 볶음솥 투입 전 참깨의 수분함량 및 최종 참기름의 벤조피렌 농도에 대해 유의수준 0.05에서 ANOVA수행 시 탈수 시간은 각 결과 값들에 대하여 유의적인(P-value 각각 0.036, 0.000) 요인으로 나타난다. 위 결과에 따라 사후분석(Duncan test) 결과 (비탈수)와 (탈수 1, 2, 3분)은 각각 유의적으로 다른 수분함량을 나타냈으며, 벤조피렌 함량의 경우 (비탈수)와 (탈수 1분) 및 (탈수 2, 3분)이 유의적으로 다른 벤조피렌 함량을 보인다. 따라서 탈수 단계는 세척단계에서의 단점을 보완하여 참깨 볶음 시 불균일한 열 분포와 그로 인한 불완전 연소 및 볶음시간의 증가를 통한 지방의 열분해를 방지하여 참기름 중 벤조피렌 저감 효과를 가진다는 것을 알 수 있으며, 탈수 시간이 증가할수록 수분제거가 많이 되어 벤조피렌 저감에 효과적임을 알 수 있다. 탈수 시간에 따라 수분함량은 1분 이상이면 유의적으로 차이를 보이지 않는 수준이 되지만 벤조피렌 함량은 2, 3분에서 1분과는 유의적으로 다른 함량을 보이므로 2분 이상의 탈수 시간을 갖는 것이 최적조건이다. 이 때 2, 3분에서 벤조피렌 함량이 유의적 차이를 보이지 않으므로 탈수 시간의 경제성을 생각할 때, 2분이 최적조건이다. 탈수 단계에서 참깨 원료의 수분 함량이 감소할수록 벤조피렌 저감 효과가 증가함을 확인하였으므로 더 효과적인 수분제거를 위해 건조 실험으로 이어진다.

<건조 시간에 따른 벤조피렌 저감 효과>

본 발명에서 건조 시간에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 다음의 표 3과 같다. 그 다음 벤조피렌 농도 분석을 진행하였다.

건조 시간을 변수로 하는 실험 조건

원료(깨) 원산지	중국산, 1 kg
벤조피렌 오염	10 ppb
세척 조건	세척(2분) 1회, 탈수 2분 건조(200℃) 0, 3, 5, 10분
볶음 온도	250℃(히터온도), 곡물온도 210-220℃
배기 속도	45 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용 2차 이물제거: 9분(호퍼온도 180℃)
착유 횟수	1회

건조단계는 추가적인 부분으로 본 설비에서는 포함되지 않았지만 세척단계에서 탈수만으로는 크게 수분함량을 줄이지 못하는 것을 해결하기 위해 추후 발전 가능성 및 수분함량의 기여효과를 설명하기 위해 실험에 도입하였다. 열풍 건조 방식을 이용하는 기계를 사용한다. 다른 공정 조건을 모두 고정시키고 건조 시간만 달리하여 건조 시간이 참기름 중 벤조피렌 농도에 미치는 영향을 살펴본다. 건조 시간을 0, 3, 5, 10분으로 정하고 건조 시간이 길어짐에 따라 참기름 중 벤조피렌 함량이 전반적으로 감소하는 경향을 볼 수 있다(도 22 참조).

건조단계에서 조절하는 것은 세척한 참깨 원료의 수분함량이므로 벤조피렌 농도 변화를 설명하기 위해 각 건조 조건에서 건조 직후 채취한 참깨의 수분함량을 측정한 결과 건조 시간이 증가함에 따라 수분함량이 감소하는 경향을 보였다(도 22 참조). 건조 시간에 따른 볶음솥 투입 전 참깨의 수분함량 및 최종 참기름의 벤조피렌 농도에 대해 유의수준 0.05에서 ANOVA수행 시 건조 시간은 각 결과값들에 대하여 유의적인(P-value 각각 0.000, 0.000) 요인으로 나타난다. 위 결과에 따라 사후분석(Duncan test) 결과 비건조와 건조 3분과 건조 5분 및 건조 10분은 각각 유의적으로 다른 수분함량을 나타냈으며, 벤조피렌 함량의 경우 이와 유사하게 비건조와 건조 3분 및 건조 5, 10분이 유의적으로 다른 벤조피렌 함량을 보인다. 따라서 건조단계는 탈수단계를 거친 참깨의 수분함량을 더 효과적으로 감소시켜 이후 볶음 단계에서 불균일한 열 분포와 그로 인한 불완전 연소 및 볶음시간의 증가를 통한 지방의 열분해를 방지하여 참기름의 벤조피렌 저감 효과를 가진다는 것을 알 수 있다. 건조 시간 5분과 10분은 최종 참기름에서 벤조피렌 함량의 유의적인 차이를 보이지 않으므로 건조 시간이 5분 이상이 되는 시점에서 수분이 충분히 제거되어 벤조피렌 저감에 효과적임을 알 수 있다. 따라서 이 경우 건조 시간이 5분일 때 최적조건이라고 볼 수 있다. 이 실험에서는 건조기의 성능 문제로 인해 참깨를 1 kg만 사용하였는데, 일반적으로 참기름 제조 시 사용하는 참깨 6 kg 정도를 건조시킬 경우 필요한 건조 시간이 더 증가할 것으로 예상됨. 따라서 효과적인 건조를 위해서는 보다 효율적인 건조 방법의 개발이 필요하다. 일반 열풍 건조기의 경우 내부 수분의 순환 및 증발이 원활하게 이루어지지 않아 건조 시간이 오래 걸리지만 추후 장비 보완 시 건조 표면적 및 건조기 내부의 수분을 제거할 수 있는 장치로 만들 경우 벤조피렌 저감에 더욱 효과적일 것으로 기대된다.

<볶음 온도에 따른 벤조피렌 저감 효과>

볶음 온도에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 다음의 표 4와 같다. 한국식용유지고추가공업중앙회에서 HPLC를 이용하여 벤조피렌 농도 분석을 진행하였다.

볶음 온도에 따른 벤조피렌 농도 변화

원료(깨) 원산지	중국산, 6 kg
세척 조건	세척(2분) 1회, 탈수 2분
볶음 온도	(히터온도)-(볶음완료시 곡물온도) ℃ 　　 250-210 250-180 220-180 250-150 220-150
배기 속도	45 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용 2차 이물제거: 9분(호퍼온도 180℃)
착유 횟수	1회

볶음 온도에 따른 참기름의 품질 변화 관찰을 위해 착유 수율과 색도를 측정하였다.

수율 =

색도는 Chroma meter(Konica Minolta CR-400)를 사용하여 L*, a*, b* 값을 측정하였다. 참기름 착유 시 벤조피렌이 가장 많이 발생되는 단계는 볶음 단계로, 높은 열에 노출되었을 때 탄소화합물, 특히 지질이 많은 식품에서 불완전연소에 의한 벤조피렌이 다량 발생한다. 실제 소규모 영세 업체에서 주로 사용하는 볶음 조건을 적용하여 히터온도를 220, 250℃로, 볶음완료시 곡물온도를 150, 180, 210℃로 설정한 볶음 단계 이후 착유한 참기름 중 벤조피렌 농도를 분석하였다. 볶음 온도의 표준 조건은 한국식용유지고추가공업협회에서 위탁받은 히터온도 250℃, 곡물온도 210℃를 기준으로 한다.

볶음 시간은 같은 히터온도에서 볶음완료 시 곡물온도 증가에 따라 길어진다. 볶음 시간이 짧은 경우에 참기름의 벤조피렌 농도가 더 낮게 측정되었고, 1시간 이상의 장시간 동안 볶음 단계가 진행되었을 때 벤조피렌이 높게 나타난다(도 23 참조). 오랜 시간 200℃ 이상의 높은 온도에 노출되었을 때 참깨의 지질 성분이 용출되면서 직접적으로 열에 노출되어 불완전연소가 증가하고, 이로 인해 벤조피렌이 더 많이 생성되는 것으로 사료된다. 볶음단계는 40분 이하의 짧은 시간 내에 완료시키는 것이 벤조피렌 생성을 방지할 수 있으며 볶음 온도에 따른 참기름의 수율은 히터온도와 볶음완료시 곡물온도가 모두 높을 때 증가하는 것으로 나타난다(도 24 참조). 온도가 높고 열에 노출되는 시간이 길어질수록 참깨로의 열전달양이 증가하므로 높은 열로 인한 참깨의 구조 변형 및 변성이 일어나 참깨 내부의 지질 성분이 밖으로 용출될 수 있는 환경이 만들어져 기름 수율이 높아지는 것으로 사료된다. 볶음 온도를 달리하여 볶음단계를 거친 참깨로 착유한 참기름은 볶음완료시 곡물온도가 높아짐에 따라 명도가 낮아지고 적색과 황색을 띠었으며(표 5), 육안으로도 확연히 구분이 가능할 정도로 색도의 차이가 났다(도 25 참조).

볶음 온도에 따른 참기름의 색도

볶음 온도(℃)	L*	a*	b*
250-210	34.19c	0.30a	1.73b
250-180	35.41b	-0.53c	3.62a
250-150	36.97a	-1.76d	3.27a
220-180	35.23b	-0.16b	3.26a
220-150	36.97a	-1.63d	3.65a

Different letters in each column mean statistical difference at p = 0.05.

특히 히터온도보다는 볶음완료시 곡물온도가 색도에 영향을 많이 끼치는데 이는 볶음완료시 곡물온도가 높을수록 가열되는 시간이 길어지기 때문인 것으로 사료된다. 볶음완료시 곡물온도가 150℃에 해당되는 참기름의 색은 소비자에게 익숙하지 않으며, 고소한 향보다는 산패취가 강하게 났다. 참기름의 향미 중 주요화합물인 피라진류가 볶음완료시 곡물온도 150℃일 때까지는 미미하게 증가하다가 170℃ 이상에서 급격하게 증가하는 것을 관찰하였다. 이를 통해 참깨 볶음 시 참깨 온도가 170℃ 이상이 되어야 소비자가 선호하는 참기름의 고소한 향미 및 색도를 나타낼 수 있다는 것을 알 수 있다.

<배기 속도에 따른 벤조피렌 저감 효과>

배기 속도에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 다음의 표 6과 같다.

배기 속도에 따른 벤조피렌 농도 변화

원료(깨) 원산지	중국산, 6 kg
벤조피렌 오염	10 ppb
세척 조건	세척(2분) 1회, 탈수 2분
볶음 온도	250℃(히터온도), 품온 210℃
배기 속도	0, 15, 30, 45, 60 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용 2차 이물제거: 9분(호퍼온도 180℃)
착유 횟수	1회

실제 소규모 영세 업체에서 사용하는 볶음 조건을 따라 히터온도 250℃, 볶음완료시 곡물온도 210℃로 설정하여 제조된 참기름과 볶음 전 참깨의 벤조피렌 농도를 비교하였다. 250℃의 고열로 볶음 시 탄화물의 불완전연소로 발생한 벤조피렌이 연기 중에 포함되며 연기를 원활하게 배출시키지 않으면 다시 참깨에 흡착하여 참기름 중 벤조피렌 함량을 높일 수 있다. 다른 공정 조건을 모두 고정시키고 배기 속도만 달리하여 연기 제거 정도가 벤조피렌 농도에 미치는 영향을 살펴본다. 배기 속도를 0, 15, 30, 45, 60 Hz로 정하고 볶음 단계의 배기 속도 표준 조건은 뚜껑을 열지 않았을 때 연기가 외부로 누출이 되지 않는 45 Hz를 기준으로 하였다.

배기의 벤조피렌에 대한 영향을 관찰하기 위하여 볶음 이전의 참깨와 볶음 이후 착유시킨 참기름과의 벤조피렌 농도 차이를 도 26에 나타내었다. 볶음 단계에서 배기를 하지 않고 제조한 참기름은 볶음 전의 참깨에 비해 벤조피렌이 1.7 ppb 정도 생성된 것을 확인할 수 있다(도 26 참조). 배기 속도가 15 Hz, 30 Hz인 경우 배기를 하지 않았을 때와 벤조피렌 농도 변화가 비슷하고 유의한 차이를 가지지 않는 것으로 보아, 배기 효율이 낮을 때는 벤조피렌 저감 효과가 적은 것으로 나타났다(도 26 참조). 45 Hz 이상의 높은 배기 속도에서는 볶음 전에 비해 참기름에서의 벤조피렌 함량이 감소하는 효과를 볼 수 있다(도 26 참조). 이는 배기로 인한 연기 제거가 효과적으로 일어나 벤조피렌 감소에 기여하는 것으로 보인다. 특히 45 Hz의 속도로 배기 시 참기름 내 벤조피렌 농도의 46% 저감 효과를 보였고, 이처럼 볶음솥에 배기 장치를 설치하여 적정 배기 속도 적용 시 참기름의 벤조피렌 생성을 방지할 수 있다. 해당 실험설비의 배기를 45 Hz의 속도로 작동 시 0.21 m3/s의 풍량으로 연기를 효과적으로 제거하며 벤조피렌도 함께 감소하는 것을 확인하였다.

<이물제거 조건에 따른 벤조피렌 저감 효과>

이물제거 여부에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 다음의 표 7과 같다.

이물제거 조건에 따른 벤조피렌 농도 변화

원료(깨) 원산지	중국산, 6 kg
벤조피렌 오염	10 ppb
세척 조건	세척(2분) 1회, 탈수 2분
볶음 온도	250℃(히터온도), 곡물온도 210℃
배기 속도	45 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용/비사용 2차 이물제거 : 9분(호퍼온도 180℃) 13분(호퍼온도 150℃) 16분(호퍼온도 120℃)
착유 횟수	1회

볶음 시 이물 및 참깨껍질이 많이 탄화되고 이들의 불완전연소로 인해 벤조피렌이 다량 발생하며 착유 시에 포함되면 참기름 중 벤조피렌 농도도 함께 증가한다. 이를 방지하기 위하여 참깨 크기보다 큰 이물을 분리하는 1차 이물제거단계, 참깨보다 작은 미세 이물을 분리하는 2차 이물제거단계를 거친다. 이물제거단계를 제외한 세척, 볶음, 착유 조건을 일정하게 하고 이물제거단계의 여부에 따라 참기름 중 벤조피렌 농도 저감화 효과를 살펴보고자 한다. 1차 이물제거단계는 mesh 필터 여부에 따라 실험하고 2차 이물제거단계는 cyclone 여부 및 머무르는 시간 조정에 따라 실험하며 Cyclone 머무르는 시간: 0분 (참깨 온도 210℃), 9분 (참깨 온도 180℃), 13분 (참깨 온도 150℃) 및 16분 (참깨 온도 120℃)으로 정하였다. 이물제거 단계의 표준 조건은 1차 이물제거 사용 후 2차 이물제거기인 cyclone에서 참깨를 냉각시킨 180℃(9분)를 기준으로 하고 이물제거 단계의 벤조피렌 저감 효과를 확인하기 위하여 이물제거 전의 참깨와 이물제거 후 착유한 참기름의 벤조피렌 농도를 비교하였다.

참기름과 이물제거 전 참깨의 벤조피렌 농도를 비교하였을 때, 모두 생략, 1차 필터만 가동, 2차 cyclone만 가동, 모두 가동한 경우 간 벤조피렌 변화 정도가 유의적인 차이가 없는 것으로 나타남. 이는 실험 시 결과값의 편차가 커서 나타난 것으로 생각된다(도 27 참조). 이물제거단계를 생략하였을 때 이물제거 전에 비해 벤조피렌 함량이 약 2.7 ppb 정도 증가하였고, 두 이물제거기를 모두 가동하였을 때는 약 0.4 ppb 정도만 증가하였다. 이는 이물제거단계가 포함되었을 때 벤조피렌 함량이 약 2 ppb 감소되는 것과 같으며 이물제거 단계를 생략한 경우에 비해 38.3% 저감되는 효과가 있다. 1차 필터만 가동한 경우, 이물제거기 모두를 사용하지 않았을 때 보다 6.5%의 저감 효과를 나타냈고, 2차 필터만 가동한 경우 34.5%의 저감 효과를 나타냈고 이를 통해 2차 싸이클론의 미세 이물 제거 효과로 인해 벤조피렌이 저감되는 것을 알 수 있으며 2차 이물제거기의 효과를 더 규명하기 위하여 참깨의 cyclone 내부 머무름 시간을 달리하면서 벤조피렌 함량 변화를 측정하고 Cyclone 내부 참깨의 온도를 기준으로 시간을 조절하였고, 볶음 직후 참깨 온도는 210℃이고 180℃로 냉각되는 데에 9분이 소요되었으며 150℃로 냉각되는 데에 13분, 120℃로 냉각되는 데에 16분이 소요되었다. 2차 이물제거기 생략 시 이물제거 전에 비해 착유 후 벤조피렌 농도가 2 ppb 가량 증가하였지만 cyclone 내부에서 9분 이상 머무를 시 이물제거 전에 비하여 약 1 ppb가 감소하였다(도 28 참조). 이를 통해 2차 cyclone 이물제거기를 사용하지 않았을 경우와 비교하여 cyclone을 사용하였을 때 참기름에서 총 2-3 ppb 정도의 벤조피렌을 감소시킨다는 것을 알 수 있으며 1차 필터 이물제거기를 가동하면서 2차 cyclone 이물제거기를 9분 이상 가동 시 벤조피렌을 효과적으로 저감할 수 있을 것으로 판단된다.

<착유 횟수에 따른 벤조피렌 저감 효과>

착유 횟수에 따른 벤조피렌 농도 변화 측정 실험에서 설정한 변수 조건은 표 8와 같다. 각 조건별로 3회 반복 실행한 다음 벤조피렌 농도 분석을 진행하였다.

착유 횟수를 변수로 하는 실험 조건

원료(깨) 원산지	중국산, 6 kg
벤조피렌 오염	10 ppb
세척 조건	세척(2분) 1회 탈수 2분
볶음 온도	250℃(히터온도), 곡물온도 210-220℃
배기 속도	45 Hz
이물제거 조건	1차 이물제거 사용 2차 이물제거: 9분(호퍼온도 180℃)
착유 횟수	1, 2, 3회

실제 소규모 영세업체에서 사용하는 착유 조건을 참고하여 착유기 온도 150℃, 착유 압력 600 kgf/cm²으로 설정하여 제조된 참기름의 벤조피렌 농도를 분석하였다. 일부 소규모 영세 업체에서는 참기름 수율을 증가시키기 위해 착유 횟수를 늘리나, 고온고압으로 착유를 반복할 시 추가적인 탄화물 생성이나 지방의 열분해로 인한 벤조피렌이 생성될 수 있으며 깻묵에 남아있던 벤조피렌이 참기름 중에 포함될 수 있다. 다른 공정 조건을 모두 고정시키고 착유 횟수만 달리하여 착유 횟수가 참기름 중 벤조피렌 농도에 미치는 영향을 살펴보면 착유 횟수는 1, 2, 3회로 정하고 착유 단계에서의 횟수 표준 조건은 대부분의 소규모 영세업체에서 시행하는 1회를 기준으로 한다.

착유 횟수 증가에 따른 참기름 중 벤조피렌 함량은 유의수준 0.05에서 통계적으로 유의적인 차이는 보이지 않았으나 (P-value = 0.121), 전반적으로 증가하는 경향을 보인다(도 29 참조). 이는 착유 횟수가 증가함에 따라 참깨가 고온고압에 노출되어 어느 정도 추가적인 탄화물을 생성하고 지방의 열분해가 일어나 벤조피렌이 추가적으로 생성 및 용출 되었을 것으로 사료되며 착유 단계에서 착유 횟수는 1회로 고정할 때 벤조피렌 저감화와 관련하여 최적조건이라고 볼 수 있다.

<제조예> 참기름의 제조방법

참깨원료 6 kg을 물에 침전시킨 후 2-6분간 교반하여 참깨에 묻은 먼지, 빈 껍질과 같은 이물을 제거하기 위하여 세척하였다. 세척 후에 참깨에 함유된 수분함량을 낮추기 위하여 원심탈수기를 이용하여 2분간 탈수하였다.

탈수한 참깨를 볶음솥에 투입하여 가열을 시작하였다. 볶음 온도는 히터온도 기준 200-210℃를 유지하며 곡물온도가 210-220℃에 도달하도록 10-20분간 볶았다. 볶음단계 시에 10마력의 VS모터를 이용하여 지속적으로 볶을 때 나오는 연기 및 참깨 분진을 45 Hz (1350rpm)의 배기 속도로 강제 제거하였다.

볶음단계 이후의 참깨는 고온이므로 참깨 간 품온으로 인한 추가 온도 상승을 억제하기 위하여 착유과정을 거치기 전에 냉각을 하였다. 2회 정도 정선작업을 거친 후 이송관에서 이물제거관 진공을 이용하여 통풍으로 참깨의 온도 상승을 억제하였다.

냉각된 참깨를 착유기에 투입하여 착유기 온도 100℃와 착유 압력 600kg_f/cm²의 조건으로 압착한 뒤 여과기에서 교반하여 참기름을 얻었다.

상기 방법으로 얻어진 참기름 내에 함유되어 있는 벤조피렌의 함량을 측정하였다. 실험방법은 참기름 중 벤조피렌을 내부표준물질로 3-메틸콜란트렌을 사용하여 N,N-디메틸포름아마이드-물(9:1) 혼합물과 헥산으로 추출한 후 SPE(Solid Phase Extraction) 카트리지로 정제하여 고속액체크로마토그래프/형광검출기로 분석하였다.

본 발명의 참기름 제조 방법을 이용한 참기름에서 모두 벤조피렌이 국내 허용 기준치인 2ppb보다 확연히 적은양이 검출되었고, 전체 실험 결과들을 보았을 때 기존의 제조방법에서보다 66.7%까지 저감되었음을 확인할 수 있었다.

10: 세척기 20: 탈수기
22: 탈수통 24: 모터
30: 볶음솥 31: 공기유입구
32: 회전날개 34: 모터
36: 배출구 40: 정선기
42: 필터망 44, 44': 경사면
46: 배출구 50: 이송기호퍼
52: 이송조절밸브 54: 이송관
60: 이송기 61: 이물제거관
62: 이물저장탱크 70: 착유기
80: 여과기 81: 유입구
82, 82': 활성탄필터 84: 모터
86: 회전봉 90: 상하위치조절배출구
92: 배출밸브 120: 비닐망
130: 배기장치 180, 180': 필터케이스
182: 활성탄

Claims (1)

1. 원료참깨에 혼입된 불순물을 제거하여 참깨를 선별한 다음 물에 침전 후 교반하여 세척기(10)에서 세척하는 세척단계;
   탈수통(22)의 내부에 비닐망(120)이 설치된 탈수기(20)로 원심탈수하여 상기 세척된 참깨에서 물을 제거하는 탈수단계;
   상기 세척 탈수된 참깨를 볶음솥(30)에 투입한 뒤 히터온도 기준 200 내지 220℃로 10 내지 20분 동안 볶으며 배기장치(130)를 이용하여 연기와 분진을 제거해 주는 볶음단계;
   상기 볶은 참깨의 온도를 통풍을 통하여 낮추도록 정선기(40)로 이송한 다음 정선기(40)의 외부에 설치된 이송조절밸브(52)와 이송기호퍼(50)에 연결된 이물제거관(61)에서 작용하는 진공을 이용하여 정선기(40)에서 이송기호퍼(50)로 이송되는 참깨의 속도와 시간을 조절하고 냉각시키는 이송단계;
   이송단계와 동시에 일어나며 이송기호퍼(50)에 연결된 이물제거관(61)에서 진공을 작용하여 참깨 볶음 시 생성된 이물이 이물저장탱크(62)에 저장되면서 제거되는 이물제거단계;
   상기 이송기호퍼(50)에서 냉각된 참깨를 착유기(70)에 투입하여 착유하는 착유단계; 및
   착유된 참기름을 참기름여과기(80)에 이송한 다음 활성탄 필터(82, 82')를 사용하여 벤조피렌을 제거하는 여과단계로 이루어지며,
   정선기(40)에서 배출된 볶은 참깨가 이물제거관(61)를 통과하여 이송기호퍼(50)로 이송되면서 냉각될 수 있도록 형성되어 있으며, 본체 중심부에 이송기호퍼(60)가 있으며 한쪽에는 이송조절밸브(52)가 결합된 정선기(40)가 연결되어 있고, 본체 다른 한쪽에는 이물제거관(63)이 연결되어 있으며, 이물제거관(61) 하부에 이물저장탱크(62)가 필터망으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각용 이송기 사용 벤조피렌이 저감된 참기름 제조방법.

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