KR20070068073A - 설탕 제조 연육 공정용 소독제 및 이를 이용한 설탕제조방법 - Google Patents

설탕 제조 연육 공정용 소독제 및 이를 이용한 설탕제조방법 Download PDF

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Abstract

설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시킬 수 있는 소독제 및 이를 이용한 설탕 제조방법이 개시된다. 상기 설탕 제조 연육 공정용 소독제는 하기 화학식으로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염을 활성 성분으로서 포함한다.
Figure 112005076313560-PAT00001
상기 화학식에서, Y는 각각 독립적으로 HCl, HBr, HI, HNO3, 탄산, 황산 등이며, X는 전체 탄소수가 3 내지 17개인 연결기이며, n은 1 이상의 정수이고, m은 염 Y의 몰수로서, n/m은 0.1 내지 100이다. 상기 설탕 제조방법은 설탕의 원료를 분쇄하고, 연육공정을 실시하여, 주스 성분을 추출하는 과정; 추출한 주스 성분을 정제 및 농축하는 과정; 및 상기 주스 성분의 결정화 및 분리 과정을 포함하며, 상기 연육 과정은 상기 화학식 1로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염의 존재 하에서 수행된다.
폴리알킬렌구아니딘염, 설탕, 덱스트란, 소독제

Description

설탕 제조 연육 공정용 소독제 및 이를 이용한 설탕 제조방법 {Sanitizer for sugar milling process and method for producing sugar using the same}
본 발명은 설탕 제조 연육 공정용 소독제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시킬 수 있는 소독제 및 이를 이용한 설탕 제조방법에 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 분쇄하고, 물을 첨가하면서, 연속한 밀링(milling) 장치를 이용하여 분쇄물을 연육(미분쇄)하여, 주스(juice) 성분을 추출한다. 다음으로 상기 주스 성 분을 필터 등을 이용하여 정제한 다음, 정제된 주스 성분을 농축시킨다. 이와 같이 농축된 주스 성분을 원심분리하여 다시 정제하고 건조시키면, 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 뿐 만 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 및 이를 이용한 설탕 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 설탕 제조 생산성을 향상시킬 수 있는 설탕 제조 연육 공정용 소독제 및 이를 이용한 설탕 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식으로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염을 활성 성분으로서 포함하는 설탕 제조 연육 공정용 소독제를 제공한다.
Figure 112005076313560-PAT00002
상기 화학식에서, Y는 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 선택되는 화합물이며, X는 전체 탄소수가 3 내지 17개인 연결기(bridging group)이며, n은 1 이상의 정수이고, m은 염 Y의 몰수로서, n/m은 0.1 내지 100이다.
또한, 본 발명은, 설탕의 원료를 분쇄하고, 연육공정을 실시하여, 주스 성 분을 추출하는 과정; 추출한 주스 성분을 정제 및 농축하는 과정; 및 상기 주스 성분의 결정화 및 분리 과정을 포함하며, 상기 연육 과정은 상기 화학식 1로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염의 존재 하에서 수행되는 것인 설탕 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 설탕 제조 연육(sugar mill) 공정용 소독제는 하기 화학식 1로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염을 활성 성분으로서 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112005076313560-PAT00003
상기 화학식 1에서, Y는 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 선택되는 화합물이며, X는 전체 탄소수가 3 내지 17개인 연결기(bridging group)로서, 바람직하게는 알킬렌기이고, 필요에 따라 산소, 황, 질소가 중간에 포함된 알킬렌기일 수 있으며, n은 1 이상의 정수, 바람직하게는 2 내지 100 의 정수이고, m은 염 Y의 몰수로서, n/m은 0.1 내지 100, 바람직하게는 0.1 내지 10이다
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 뿐 만 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 특성(수용성)을 가지므로, 설탕 제조 공정에 용이하게 적용될 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리알킬렌구아니딘염은 설탕 제조 연육 공정에 분말상으로 투입될 수도 있으나, 바람직하게는 0.1 내지 90중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 50중량% 농도의 용액 형태로 사용된다. 상기 폴리알킬렌구아니딘염을 용해시키기 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, 폴리알킬렌구아니딘염의 함량이 0.1중량% 미만이면, 효과적인 항균 활성을 얻을 수 없거나, 다량의 소독제를 사용하여야 하므로 경제적으로 바람직하지 못하고, 90중량%를 초과하면 소독재의 균일한 적용이 어려운 단점이 있다. 본 발명에 따른 소독제는, 필요에 따라, 기포형성 방지제, 산화방지제 등의 통상의 첨가제를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 설탕 제조방법은, 사탕수수 등 설탕의 원료를 분쇄하고, 연육공정을 실시하여, 설탕 성분, 미네랄 성분, 각종 섬유질 등이 포함된 주스(juice) 성분을 추출하는 과정; 추출한 주스 성분을 필터 등을 이용하여 정제 및 농축하는 과정; 및 상기 주스 성분의 결정화 및 분리 과정을 포함하며, 상기 연육(미분쇄) 과정은 상기 화학식 1로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염의 존재 하에서 수행되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 설탕 제조방법은 상기 농축된 또는 건조된 주스 성분을 정제하는 추가적인 정제 과정을 더욱 포함할 수 있으며, 상기 정제 과정들은 통상의 설탕 제조 공정에 따라 수행될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 설탕 제조방법은, 상기 연육 공정 후, 음이온계 물질을 첨가하여, 폴리알킬렌구아니딘염을 침전시켜 제거하는 과정을 더욱 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 설탕 제조방법에 있어서, 상기 폴리알킬렌구아니딘염은 분말 상태로 첨가될 수도 있으나, 용액 상태로 첨가되는 것이 바람직하며, 연육되는 주스 성분 전체에 대하여, 상기 화학식 1의 폴리알킬렌구아니딘염(활성 성분)의 농도가 0.01 내지 1,000 ppm, 바람직하게는 0.1 내지 100ppm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 10ppm이 되도록 사용된다. 상기 폴리알킬렌구아니딘염의 농도가 0.01ppm 미만이면, 설탕 성분이 덱스트란으로 변환되는 것을 충분히 억제하지 못할 우려가 있고, 1,000ppm을 초과하면 소독제의 제거 공정이 번거로울 뿐만 아니라, 경제적으로 불리할 뿐이며, 특별한 이익이 없다.
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] Leuconostoc mesenteroides 에 대한 항균 활성 시험
96-마이크로웰 플레이트(microwell plate)에 영양 배지(nutrient broth) 100 ㎕씩을 분주한 다음, 상업적으로 판매되는 분말상의 폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염(SKYBIO® 1100, 에스케이케미칼 주식회사 제품) 항균제 저장 용액(stock solution, 농도: 512 ppm)을 100 ㎕ 씩 분주한 후, 2배 연속 희석법에 따라, 순차적으로 희석하였다. 희석된 액체배지에 104 cfu/㎖ 의 Leuconostoc mesenteroides (ATCC 14935)을 접종하고, 30℃에서 48시간 동안 배양한 후, 미생물의 성장여부를 탁도를 기준으로 육안으로 판정하여, 최소발육억제농도값(MIC: minimum inhibitory concentration)을 측정하였다. MIC값 측정 이후, 96-마이크로웰 플레이트에 남아 있는 MIC 레벨(level) 이상 농도의 액을 100 ㎕씩 취하여 영양 한천(Nutrient Agar) 배지에 도말하고, 24시간 후 미생물의 성장 유무를 판별하여, 최소살균농도값(MBC: minimum bactericidal concentration)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
균종 최소발육억제농도(MIC) 최소살균농도(MBC)
Leuconostoc mesenteroides(ATCC 14935) 1 ppm 2 ppm
상기 표 1로부터, 본 발명에 따른 폴리알킬렌구아니딘염은 설탕의 덱스트란변성 박테리아인 Leuconostoc mesenteroides (ATCC 14935)에 대하여 최소발육억제농도(MIC)와 최소살균농도(MBC)의 차이가 거의 없는 강력한 살균력을 가지고 있음을 알 수 있다.
[실시예 2] 덱스트란 형성 억제 시험
폴리알킬렌구아니딘염의 덱스트란 형성 억제능을 확인하기 위하여, 설탕 제조 공정을 다음과 같이 모사(simulation)하여, 실험을 실시하였다. 먼저, 10중량% 설탕 용액을 제조하고, 104 cfu/㎖의 Leuconostoc mesenteroides (ATCC 14935)을 상기 용액에 접종한 다음, 폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염 (SKYBIOㄾ 1100, SK Chemicals)을 2ppm의 농도로 첨가하였다. 폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염이 첨가된 용액을 30℃에서 24시간 동안 배양한 후, 덱스트란 생성량을 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[실시예 3] 덱스트란 형성 억제 시험
폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염을 4ppm의 농도로 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로, 덱스트란 생성량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 1] 덱스트란 형성 억제 시험
폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로, 덱스트란 생성량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 2 실시예 3 비교예 1
덱스트란 생성량 (ppm) 40 10 750
상기 표 2로부터, 폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염을 설탕 제조 공정에 투입하면(실시예 2 및 3), Leuconostoc mesenteroides의 성장 억제 및 살균을 통하여, 덱스트란 생성량이 현저히 감소함을 알 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 설탕 제조 연육 공정용 소독제는, 설탕 제조 연육 공정에서, 덱스트란의 생성량을 감소시켜, 설탕 제조 생산성을 향 상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 환경친화적이고, 수용액 상태로 적용가능하며, 침전에 의한 제거가 용이하므로, 설탕 제조 공정에 특히 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염을 활성 성분으로서 포함하는 설탕 제조 연육 공정용 소독제.
    [화학식 1]
    Figure 112005076313560-PAT00004
    상기 화학식 1에서, Y는 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 선택되는 화합물이며, X는 전체 탄소수가 3 내지 17개인 연결기(bridging group)이며, n은 1 이상의 정수이고, m은 염 Y의 몰수로서, n/m은 0.1 내지 100이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설탕 제조 연육 공정용 소독제는 상기 폴리알킬렌구아니딘염 0.1 내지 90중량% 및 용매 10 내지 99.9중량%를 포함하는 것인 설탕 제조 연육 공정용 소독제.
  3. 제2항에 있어서, 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄 올, 헥산올, 폴리에텔렌글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르, 솔비탄 에스테르, 프로필렌글리콜 에스테르, 슈가 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 설탕 제조 연육 공정용 소독제.
  4. 설탕의 원료를 분쇄하고, 연육공정을 실시하여, 주스 성분을 추출하는 과정;
    추출한 주스 성분을 정제 및 농축하는 과정; 및
    상기 주스 성분의 결정화 및 분리 과정을 포함하며, 상기 연육 과정은 상기 화학식 1로 표현되는 폴리알킬렌구아니딘염의 존재 하에서 수행되는 것인 설탕 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연육 공정 후, 음이온계 물질을 첨가하여, 폴리알킬렌구아니딘염을 침전시켜 제거하는 과정을 더욱 포함하는 설탕 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 음이온계 물질은 수산화칼슘 (Ca(OH)2), 산화칼슘 (CaO), 수산화나트륨 (NaOH), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 설탕 제조방법.
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