KR102130636B1 - 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오버플로우 방법을 이용하여 톳의 비소를 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 (a) 톳에 물을 첨가하여 물불림을 수행하는 단계; (b) 물에 불린 톳 중량 대비 3~4배의 물을 상기 톳에 첨가하고 가열한 후, 자연 냉각시키는 열수처리 단계; (c) 열수 처리한 톳을 오버플로우(over-flow) 처리하는 단계; 및 (d) 오버플로우 처리된 톳을 탈수, 자숙 및 건조시키는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 톳의 비소 제거 방법은 종래 방법에 비해 비소 제거율이 월등히 높은 효과가 있고, 톳 고유의 형태를 손상시키지 않기 때문에 상품가치가 우수한 톳을 생산할 수 있으며, 또한 EDTA 또는 유기산과 같은 다른 용매의 사용 없이도 비소 저감 효과가 우수하므로 체내 안정성이 우수한 톳을 생산할 수 있다.
Description
본 발명은 오버플로우 방법을 이용하여 톳의 비소를 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.
톳은 갈조류의 일종인 모자반과에 속하여 국내의 남해안 일대(제주, 완도, 고흥, 진도 등)가 주산지로 다량의 알긴산과 후코이단을 함유하고 있고, 칼슘, 요오드 등 미네랄 성분이 풍부히 들어 있어 성인병, 노화 방지, 다양한 미용효과를 가지고 있다.
톳은 일본에서 건조 중량 기준으로 연간 4,500~5,00톤이 아시아에서 소비되는 전통적인 식자재로 사용되고 있고, 특히 전통적으로 밥톳이나 반찬 형태로 사용되었으나, 2004년 영국의 식품규격청(Food Standard Agency ‘FSA)은 톳은 무기비소를 많이 포함하고 있어 식용을 금지하도록 권고하도록 하고 있다.
인체가 많은 양의 비소에 노출될 경우 현기증, 두통, 전신 동통, 호흡곤란, 색소 침착, 피부의 각질화, 설사를 수반하는 장애, 신장 장애 및 말초신경 장애 등의 중독 증상이 나타날 수 있는 것으로 보고되고 있다.
톳의 비소는 비소 화학종으로 무기비소 형태인 arsenite(AsⅢ), arsenate(AsⅤ)가 유기비소인 monomethylarsonic acid(MMA), dimethylarsinic acid(DMA), arsenocholine(AsC), Arsenobetaine(AsB) 로 존재하고 있고, 비소의 독성 강도는 arsenite(AsⅢ), arsenate(AsⅤ)가 유기비소인 monomethylarsonic acid(MMA), dimethylarsinic acid(DMA), arsenocholine(AsC), Arsenobetaine(AsB) 순으로 독성의 강도를 보이고 있다고 알려져 있다.
또한, 최근 보고에 의하면 해조류에서 존재하는 비소 함량은 비교적 높은 것으로 알려져 있는데, 특히 이러한 유해한 비소는 톳에 약 60~150ppm의 함량으로 존재하고 있어 비소를 효과적으로 제거하는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
더구나 종래 알려진 비소 제거 방법은 비소흡착제, 열분해 방법, 이온 교환 수지 등을 이용하여 토양이나 물에 함유된 비소를 제거하는 방법에 관한 것이 대부분일 뿐, 해조류인 톳의 비소를 제거하는 기술에 대해서는 연구된 바가 없다.
이에, 본 발명자는 유기용매나 흡착제의 처리 없이도 톳에 함유된 비소를 상당 수준으로 제거할 수 있는 새로운 비소 제거 방법을 확립하였고 이러한 방법이 적용된 비소가 제거된 톳은 고유의 형태를 유지할 수 있어 체내 안전하면서도 관능미가 우수한 해조식품으로 활용할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 비소 제거 방법으로 처리된 비소가 제거된 톳을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, (a) 톳에 물을 첨가하여 물불림을 수행하는 단계; (b) 물에 불린 톳 중량 대비 3~4배의 물을 상기 톳에 첨가하고 가열한 후, 자연 냉각시키는 열수처리 단계; (c) 열수 처리한 톳을 오버플로우(over flow) 처리하는 단계; 및 (d) 오버플로우 처리된 톳을 탈수, 자숙 및 건조시키는 단계를 포함하는, 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a)단계에서 물불림은 톳 중량 대비 40~45배의 물을 톳에 첨가하고 상온에서 40~50분간 침지하는 방법으로 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (b)단계의 열수처리는 80~90℃의 온도에서 20~40분 동안 가열 후, 20~40분 동안 자연 냉각시켜 65~75℃의 온도가 되도록 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (c) 단계의 오버플로우(over flow) 처리는 상기 열수 처리한 톳 중량 대비 3~4배의 물의 양이 유지되도록 80~120ml/min의 유속으로 6~15시간 동안 물이 톳을 통과하도록 흘려주는 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (d) 단계의 자숙은 100~150℃의 온도로 40~60분 동안 찌는 과정을 수행하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 방법으로 처리된 비소가 제거된 톳을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 톳에 함유된 비소(As)의 함량은 2 ppm 이하일 수 있다.
본 발명은 톳의 비소를 효율적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 톳으로부터 비소를 제거하기 위한 톳과 물의 최적 혼합비율을 확립하였고 오버플로우(over flow) 방법을 이용한 것으로, 종래 방법에 비해 비소의 제거율이 월등히 높은 효과가 있으며 톳 고유의 형태를 손상시키지 않기 때문에 상품가치가 우수한 톳을 생산할 수 있으며, 또한 EDTA 또는 유기산과 같은 다른 용매의 사용 없이도 비소 저감 효과가 우수하므로 식품 안정성이 우수한 비소가 저감된 톳을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 톳의 비소제거 공정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 톳의 비소 제거 과정 및 각 단계별 톳에 함유된 비소 함량 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에서 열수추출 이후 톳 원물의 상태를 분석하는 과정의 일면을 사진으로 나타낸 것이며, 도 3b는 본 발명의 방법으로 비소제거 과정을 거친 톳의 상태를 나타낸 사진으로, 원물 모양을 그대로 유지하고 있음을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 톳의 비소 제거 과정 및 각 단계별 톳에 함유된 비소 함량 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에서 열수추출 이후 톳 원물의 상태를 분석하는 과정의 일면을 사진으로 나타낸 것이며, 도 3b는 본 발명의 방법으로 비소제거 과정을 거친 톳의 상태를 나타낸 사진으로, 원물 모양을 그대로 유지하고 있음을 나타낸 사진이다.
본 발명은 톳으로부터 비소를 효과적으로 제거하는 방법을 제공함에 특징이 있으며, 구체적으로 본 발명의 방법은 (a) 톳에 물을 첨가하여 물불림을 수행하는 단계; (b) 물에 불린 톳 중량 대비 3~4배의 물을 상기 톳에 첨가하고 가열한 후, 자연 냉각시키는 열수처리 단계; (c) 열수 처리한 톳을 오버플로우(over flow) 처리하는 단계; 및 (d) 오버플로우 처리된 톳을 탈수, 자숙 및 건조시키는 단계를 포함한다.
상기 본 발명에 따른 톳으로부터 비소를 제거하는 방법에 대한 설명을 단계별로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(1)
물불림
단계
먼저 톳에 물을 첨가하고 침지과정을 통해 물불림 과정을 수행한다.
이때 상기 물은 톳 중량 대비 40~45배의 양으로 톳에 첨가하며, 상온에서 40~50분간 침지한다.
또한, 상기 톳은 원초를 사용할 수 있으며, 상기 원초는 바닷속의 톳을 수확하여 햇빛에 건조시켜 평균 수분함량이 20±5%가 되도록 처리한 톳을 말한다.
또한, 바람직하게는 상기 톳에 물을 첨가하여 침지과정을 수행하기 전에 상기 톳을 물을 이용하여 1회 세척함으로써 염분과 이물질을 제거하는 과정을 수행할 수 있다.
(2)
열수처리
단계
물불림 과정이 완료되면, 이후 열수처리 과정을 수행한다.
열수처리 단계는 상기 물불림이 된 톳에 물을 첨가하고 가열한 후, 자연 냉각시키는 단계이다.
이때 상기 열수처리를 위한 물의 첨가량은 물에 불린 톳 중량 대비 3~4배의 물을 사용할 수 있다.
그러나, 물을 3배 미만으로 사용할 경우에는 톳 표면에 붙어있던 비소가 열수추출에 의해 분리되면서 포화농도에 도달하게 되어 열수추출 과정에서 톳에 재흡착되어 톳의 비소 함량이 증가하게 되는 문제가 발생하며, 또한 4배를 초과하여 사용하게 될 경우 생산수율이 급격하게 떨어지게 되어 생산단가 상승의 문제가 발생하게 된다. 상기 열수처리 시, 물의 첨가량은 물에 불린 톳의 중량 대비 3~4배로 사용해야 한다.
또한, 상기 열수처리는 80~90℃의 온도에서 20~40분 동안 가열 후, 20~40분 동안 자연 냉각시켜 65~75℃의 온도가 되도록 수행할 수 있으며, 바람직하게는 90℃의 온도에서 30분 동안 가열한 후, 30분 동안 자연냉각시킬 수 있다.
이때, 상기 온도가 90℃를 초과하고 40분을 초과하여 너무 고온으로 장시간 처리하게 되면 톳에 함유된 유용성분이 파괴되거나 활성을 잃을 수 있는 문제점이 있고, 반면 80℃ 미만의 온도에서 20분 미만의 짧은 시간으로 열수처리를 하게 되면 톳에 함유된 유해한 물질들의 멸균 효과를 나타낼 수 없다.
또한, 본 발명의 방법에서는 20~40분 동안 자연 냉각시켜 열수 처리된 톳이 65~75℃의 온도가 되도록 하였는데, 자연냉각 단계를 수행하지 않은 경우 톳의 비소 제거 효과가 떨어지는 것으로 나타나 자연냉각 단계가 톳의 비소 제거 과정에서 중요한 단계임을 알 수 있었다.
열수처리가 완료된 톳은 탈수하고 물 교환을 수행한다.
(3)
오버플로우
(over-flow) 단계
열수처리가 완료된 톳은 이후 오버플로우 처리를 수행한다.
본 발명에 따른 상기 ‘오버플로우’는 톳에 물을 지속적으로 첨가 및 배출하여 물이 흐르도록 하는 방법을 말하는 것으로, 구체적으로 상기 열수 처리한 톳 중량 대비 3~4배의 물의 양이 유지되도록 하면서 80~120ml/min의 유속으로 6~15시간 동안 물을 계속적으로 흘려주는 것이다.
이때 상기 물은 열수 처리한 톳 중량 대비 3~4배의 양이 되도록 하며 만일 3배 미만의 양이거나 4배를 초과한 양으로 사용하게 될 경우, 톳의 비소 제거율이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있으므로 물은 열수 처리한 톳 중량 대비 3~4배의 양으로 사용함이 중요하다.
또한, 오버플로우를 위해 톳으로의 물의 유입은 80~120ml/min의 유속으로 6~15시간 동안 지속적으로 흘려주는 것이 중요하다.
만일, 80 ml/min 미만의 유속으로 수행하게 되면 톳으로부터 비소가 효과적으로 제거되지 못하는 문제점이 생기며 120ml/min를 초과한 유속으로 수행하게 되어도 물에 의한 비소 유출이 감소되는 문제점이 생긴다.
처리 시간의 경우, 6~15시간 동안 오버플로우 처리를 수행하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 12~15시간, 더욱더 바람직하게는 12시간 처리하는 것이 좋다.
6시간 미만으로 처리하게 되면, 너무 짧은 시간으로 인해 톳으로부터 비소가 충분히 제거되지 못하는 문제점이 있으며, 15시간을 초과하여 처리하게 되면 물의 낭비 및 생산단가가 높아지게 된다.
따라서, 본 발명의 오버플로우 처리는 효과적인 비소의 제거를 위해, 열수 처리한 톳 중량 대비 3~4배의 물의 양이 유지되도록 하면서 80~120ml/min의 유속으로 6~15시간 동안 처리하는 조건이 매우 중요하다.
한편, 톳을 단순히 물에 침지시키는 과정을 통해서도 비소를 제거할 수 있으나, 오버플로우 방식이 아닌 단순 침지 과정을 수행하게 될 경우, 용기 안에 그대로 물과 톳이 함께 존재하는 상태가 유지되기 때문에 톳에서 유출된 비소는 다시 톳으로 침착현상이 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 오버플로우 방식은 지속적으로 물이 흐르게 함으로써 비소의 톳으로의 침착현상을 억제할 수 있고, 특정 조건의 유속을 유지하게 하여 톳의 형태를 손상 없이 그대로 유지시킬 수 있도록 하였다.
(4) 탈수, 자숙 및 건조 단계
상기와 같이 오버플로우 단계가 완료되면 이후 세척, 자숙 및 건조 단계를 수행한다.
오버플로우 처리된 톳은 세척 처리하여 톳에 함유된 이물질을 제거하고, 100~150℃의 온도로 60분 동안 찌는 과정을 통해 자숙과정을 수행한다.
자숙과정이 완료되면 추가로 100 ℃의 온도를 유지하면서 1시간 동안 뜸들이는 과정을 거친다.
이후, 건조 및 선별과정을 거쳐 비소가 제거된 본 발명의 톳을 수득한다.
이상과 같이, 본 발명의 방법으로 처리된 톳은 상당량의 비소가 제거되어 체내 안전하며, 종래 유기산, 유기용매, 흡착제, 초음파 처리와 같은 별도의 처리과정이 요구되지 않기에 신속하고 간편한 효과가 있고, 톳의 형태를 손상시키지 않고고유의 톳 모양을 유지할 수 있어 상품성이 우수한 톳을 생산할 수 있다.
특히 본 발명의 방법으로 처리한 톳의 경우, 비소가 상당량 제거된 것을 확인할 수 있었으며, 구체적으로 본 발명의 방법으로 제조된 톳에 함유된 비소(As)의 함량은 2ppm 이하로 현저하게 감소되어 제거된 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 일실시예에 의하면 본 발명의 방법으로 제조되어 건조된 톳에 함유된 비소의 함량은 17.32ppm으로 최초 134.88ppm과 비교해 보면, 87% 이상의 제거율을 확인하였고, 건조된 톳을 대략 10의 물에 불려 사용할 경우, 톳에 함유된 비소(As)의 함량은 2ppm 이하로 더욱 감소되어 진다.
따라서 본 발명의 방법을 적용할 경우, 톳에 함유된 비소를 경제적으로 매우 효율성있게 제거하여 체내 안전하게 섭취할 수 있는 톳을 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
톳의 비소를 제거하는 방법
톳에 함유된 비소를 효과적으로 제거하기 위한 최적 처리 공정을 규명하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다.
먼저, 완도에서 구입한 원초(톳)을 물로 1회 세척하여 톳에 함유된 염분과 이물질을 제거하였다. 이후 세척한 톳(50g)에 40배의 물(2L)을 첨가하고 상온에서 45분간 침지과정으로 물불림을 수행하였다. 이후 물에 불린 톳(300g) 중량 기준 4배의 물(1.2L)을 첨가하고 90℃의 온도에서 30분 동안 가열한 후, 불을 끄고 30분 동안 자연 냉각시켜 70℃의 온도가 유지되도록 하였다. 이후 열수 처리한 톳을 탈수처리하고 물을 교환한 후, 오버 플로우(over-flow) 방법을 수행하였다. 이때 오버 블로우 방법은 상기 열수 처리한 톳(300g) 중량의 4배의 물(1.2L)의 양이 유지되도록 100ml/min의 유속으로 상온(25℃)에서 15시간 동안 계속 물이 톳을 통과하도록 흘려주었다. 이렇게 오버 플로우 과정이 완료되면, 물로 톳을 한번 세척하고 탈수처리 한 후, 130℃에서 1시간 동안 자숙시키고 90℃를 유지하면서 1시간 뜸들인 후, 건조과정을 거쳐 비소가 저감된 톳을 제조하였다. 본 발명에 따른 상기 공정의 모식도는 도 1에 나타내었다.
<
비교예
1>
상기 실시예 1에서, 오버 플로우(over-flow) 방법 대신 톳에 물을 첨가하고 가만히 방치하는 침지과정을 수행한 것 이외에는 동일한 방법으로 비소가 제거된 톳을 제조하였다.
<
비교예
2>
상기 실시예 1에서, 오버 플로우(over flow)의 처리 시간을 15시간 대신 6시간 동안 수행한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 비소가 제거된 톳을 제조하였다.
<
비교예
3>
상기 실시예 1에서, 물에 불린 톳(300g) 중량 기준 4배의 물(1.2L)을 첨가하고 90℃의 온도에서 30분 동안 가열한 후, 자연냉각 과정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 비소가 제거된 톳을 제조하였다.
<
비교예
4>
상기 실시예 1에서 오버 플로우(over-flow) 방법을 수행하기 위한 물의 첨가량을 톳의 중량 대비 3배의 물을 사용한 것 이외에는 동일한 방법으로 비소가 제거된 톳을 제조하였다.
<
비교예
5>
상기 실시예 1에서 오버 플로우(over flow) 방법을 수행하기 위한 물의 첨가량을 톳의 중량 대비 5배의 물을 사용한 것 이외에는 동일한 방법으로 비소가 제거된 톳을 제조하였다.
<실시예 2>
톳에 함유된 비소 함량 측정
상기 실시예 1 및 비교예들의 비소가 제거된 톳의 제조과정에서 각 단계별 톳에 함유된 비소의 함량을 측정하여, 각 단계별 비소의 제거 정도를 확인하였다.
비소 함량 측정은 Nexion 300X /PerkinElmer/USA 기기를 사용하였으며, 이때 Plasma Unit은 1.6(Kw) RF Power, 1.4ml/min Coolant Gas Flow Rate으로 세팅하여 분석을 수행하였고, 그 결과는 하기 표 1 및 도 2에 기재된 바와 같다.
또한, 본 발명자들은 톳으로부터 비소 제거 시, 물의 사용량에 대한 최적비율을 규명하기 위해, 톳의 중량 대비 물의 첨가량을 1:3, 1:4, 1:5로 각각 혼합한 후, 오버플로우 방법을 수행하였고, 최종 생산된 톳에 함유된 비소의 함량을 측정하였다(건조톳 기준).
분석 결과, 상기 표 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 톳으로부터 비소를 효과적으로 제거하기 위한 최적의 조건은, 먼저 톳 중량의 4배에 해당하는 물을 첨가하여 90℃의 온도에서 30분 동안 열수처리하고 30분 동안 자연 냉각시켜 70℃의 온도가 유지되도록 하며, 톳 대 물이 1:4의 비율이 되도록 하면서 100ml/min의 유속으로 15시간 동안 오버플로우 방식으로 톳에 물을 흘려주는 조건임을 알 수 있었다.
따라서 본 발명의 방법으로 제조한 톳은 별도의 유기용매, 흡착제 또는 EDTA와 같은 시약의 사용 없이도 톳으로부터 비소를 다량 제거할 수 있음을 알 수 있었으며, 본 발명의 방법으로 제조된 톳은 형태의 파괴없이 고유의 형태를 그대로 유지할 수 있어 관능미가 우수한 식품의 제조에 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (7)
- (a) 톳에 물을 첨가하여 물불림을 수행하는 단계;
(b) 물에 불린 톳 중량 대비 3~4배의 물을 상기 톳에 첨가하고 가열한 후, 자연 냉각시키는 열수처리 단계;
(c) 열수 처리한 톳을 오버플로우(over-flow) 처리하는 단계; 및
(d) 오버플로우 처리된 톳을 탈수, 자숙 및 건조시키는 단계를 포함하며,
여기서 상기 (c) 단계의 오버플로우(over-flow) 처리는 상기 열수 처리한 톳 중량 대비 3~4배의 물의 양이 유지되도록 80~120ml/min의 유속으로 6~15시간 동안 물이 톳을 통과하도록 흘려주는 것을 특징으로 하는, 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법. - 제1항에 있어서,
상기 (a)단계에서 물불림은 톳을 불린 후 중량 대비 30~40배의 물을 톳에 첨가하고 상온에서 30~50분간 침지하는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는, 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법. - 제1항에 있어서,
상기 (b)단계의 열수처리는 80~90℃의 온도에서 20~40분 동안 가열 후, 20~40분 동안 자연 냉각시켜 65~75℃의 온도가 되도록 수행하는 것을 특징으로 하는, 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 (d) 단계의 자숙은 100~140℃의 온도로 40~60분 동안 찌는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는, 오버플로우 방법을 이용한 톳의 비소 제거방법. - 삭제
- 삭제
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