KR20090058268A - 해양 심층수를 음료제조에 용수로 이용하는 방법 - Google Patents

해양 심층수를 음료제조에 용수로 이용하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 심층수(海洋深層水)를 음료제조에 용수로 이용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 심해의 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수의 경도(硬度)를 조정한 미네랄수의 물 분자의 집단을 소집단화한 소집단수(Microclustered water)를 음료제조에서 용수로 이용하는 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 심해의 해양 심층수를 취수하여 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 주입하여 경도를 조정한 미네랄수를 생산하는 단계, 경도를 조정한 용수의 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수를 생산하는 단계, 음료를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
해양 심층수, 음료, 탈염수, 미네랄조정제, 소집단수(Microclustered water), 경도, 용수

Description

해양 심층수를 음료제조에 용수로 이용하는 방법{A method to use the deep sea water with water for drink production}
본 발명은 해양 심층수(海洋深層水)를 음료제조에 용수로 이용하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 심해의 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 주입하여 경도(硬度)를 조정한 미네랄수(Mineral water)의 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수(Microclustered water)로 처리한 것을 탄산음료, 건강음료, 과즙음료, 커피음료, 코코아음료, 콩음료, 우유음료, 알코올음료 또는 차음료와 같은 음료제조(飮料製造)에서 용수(用水)로 이용하는 방법에 관한 것이다.
탄산음료, 건강음료, 과즙음료, 커피음료, 코코아음료, 콩음료, 우유음료, 알코올음료 또는 차음료와 같은 음료제조에서 이용하는 용수는 지하광천수 또는 하천수를 정수한 수돗물 등을 사용하고 있으며, 이와 같은 육상의 물을 사용하는 경우에는 산업의 발달과 인구의 집중 등으로 인하여 위생적으로 안전하지 못한 문제점이 있을 뿐만 아니라, 물 분자의 집단(Cluster)이 큰 결합수(Bound water)로 존재하면서 표면장력이 높아서 청량감이 떨어지는 문제점이 있다.
종래기술의 문헌정보
[문헌 1] 대한민국 특허 등록번호 10-0193134(1999.02.02)
[문헌 2] 대한민국 특허 등록번호 10-0323135(2002.01.22)
[문헌 3] 대한민국 특허 등록번호 10-0664687(2006.12.27)
[문헌 4] 대한민국 특허 등록번호 10-0193134(1999.02.02)
[문헌 5] 일본 특허공개번호 2007-189922(2007.08.02)
[문헌 6] 일본 특허공개번호 2006-304655(2006.11.09)
[문헌 7] 일본 특허공개번호 2005-333877(2005.12.08)
[문헌 8] 일본 특허공개번호 2005-224146(2005.08.25)
[문헌 9] 일본 특허공개번호 2005-204646(2005.08.04)
[문헌 10] 일본 특허공개번호 2005-224146(2005.08.25)
[문헌 11] 일본 특허공개번호 2005-224146(2005.08.25)
[문헌 12] 일본 특허공개번호 2005-224146(2005.08.25)
[문헌 13] 일본 특허공개번호 평(平)9-294570(1997.11.18)
[문헌 14] 일본 특허공개번호 평(平)9-103272(1997.04.22)
[문헌 15] 일본 특허공개번호 평(平)6-277014(1994.10.04)
[문헌 16] 국제특허 공개번호 WO-2002-067702(2002.09.06)
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 위생적으로 안전한 해수면에서 수심 200m보다 깊은 심해의 해양 심층수를 취수하여 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 공급하여 경도를 조정한 미네랄수를 물 분자 집단을 소집단화한 소집단수(小集團水)를 음료제조에 용수로 이용하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 위생적으로도 안전하면서 청량감이 우수한 음료제조에 있어서, 상기 해양 심층수를 취수하여 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 공급하여 미네랄수를 생산하는 단계, 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계, 음료를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명은 환경오염물질에 오염되어 있지 않으면서 유해 미생물이 함유되어 있지 않은 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 공급하여 경도를 조정한 미네랄수를, 물 분자 집단을 소집단화한 소집단수를 음료제조에서 용수로 사용하였을 때는 위생적으로도 안전하면서 청량감이 우수한 음료를 제조할 수 있는 효과가 있기 때문에 음료제조용수로 널리 이용될 것으로 기대한다.
먼저, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 심해의 해양 심층수(海洋深層水)의 특징을 검토하면 다음과 같다.
해양 심층수는 통상 수심 200m보다 깊은 심해의 해수를 해양 심층수라고 부르며, 표층해수(表層海水)와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식(增殖)하지 못하기 때문에 영양염류(榮養鹽類)의 농도가 높으면서 수온(水溫)에 따른 밀도차이(密度差異)로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질(汚染物質)이 없기 때문에 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 청정성(淸淨性), 부영양성(富榮養性), 미네랄밸런스특성, 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있으며, 구체적인 내용은 표1의 내용과 같다.
표1 해양 심층수의 특성
저온안정성 표층해수의 수온은 계절에 따라서 큰 폭으로 변동하는 데 대해, 해양 심층수는 수온의 변동이 적으면서 저온으로 안정되어 있다.
청정성 해양 심층수는 심층에 있으면서 육상의 하천수, 대기로부터의 오염을 받기 어렵고, 화학물질, 세균 및 생물체, 현탁물(懸濁物)이 매우 적다.
부영양성 해양 심층수는 햇빛이 닿지 않는 깊은 곳에 있으므로 광합성을 하지 않고, 표층해수와 비교해서, 생물의 생장에 필요한 질소, 인, 규산 등의 무기영양염이 많이 포함되어 있다.
미네랄특성 해양 심층수에는 다양한 필수 미네랄이 포함되어 있으면서 불순물이 적은 특성이 있다.
숙성성 해양 심층수는 고압 하에서 긴 세월을 지나면서 숙성되어 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력(表面張力)이 적어 침투성이 우수하면서 열전도율이 높다.
해양 심층수에는 다음 표 2 "해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석 치"에서 보는 바와 같이 인체에 유용한 다양한 미네랄(Mineral)성분이 함유되어 있으면서 유해한 중금속(重金屬)성분은 극히 미량으로 함유되어 있는 특성이 있으며, 특히 해양 심층수 중에는 미생물(유해미생물 포함)과 유기물의 농도가 낮은 청정(淸淨)한 특성이 있기 때문에 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 공급하여 경도를 조정한 미네랄수를 음료제조에서 용수로 사용하면 위생적으로 안전하면서 맛좋은 음료를 제조할 수 있는 특성이 있다.
표 2 해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석 치
구 분 울릉도 현포 일본고지현 무로도(高知縣室戶)
650m해양 심층수 표층해수 374m 해양 심층수 표층해수
일 반 항 목 수온(℃ 0.5 23 11.5 20.3
pH 7.8 8.15 7.8 8.15
DO 용존산소(㎎/ℓ) 6 8 7.80 8.91
TOC유기 탄소(㎎/ℓ) 0.6 - 0.962 1.780
CODMn (㎎/ℓ) 0.2 0.6 - -
용해성 용발잔류물(㎎/ℓ) - - 47,750 37,590
M-알칼리도(㎎/ℓ) - - 114.7 110.5
주 요 원 소 Cl 염화물이온(wt%) NaCl로 2.69 NaCl로 2.75 2.237 2.192
Na 나트륨 (wt%) 1.080 1.030
Mg 마그네슘(㎎/ℓ) 1,270 1,280 1,290 1,310
Ca 칼슘 (㎎/ℓ) 406 405 402 403
K 칼륨 (㎎/ℓ) 380 - 414 399
Br 취소 (㎎/ℓ) 68.2 - 68.8 68.1
Sr 스트론튬 (㎎/ℓ) 7.76 - 7.77 7.61
B 붕소 (㎎/ℓ) 4.45 - 4.44 4.48
Ba 바륨(㎎/ℓ) 0.007 - 0.044 0.025
F 불소 (㎎/ℓ) 0.52 - 0.53 0.56
SO4 2 -(㎎/ℓ) 2,836 - 2,810 2,627
영 양 염 류 NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ) 0.05 - 0.05 0.03
NO3 -질산태질소(㎎/ℓ) 0.28 0.04 1.158 0.081
PO4 3 -인산태인(㎎/ℓ) 0.06 0.012 0177 0.028
Si 규소 (㎎/ℓ) 2.8 0.44 1.89 0.32
미 량 원 소 Pb 납 (㎍/ℓ) 0.11 - 0.102 0.087
Cd 카드뮴 (㎍/ℓ) 0.05 - 0.028 0.008
Cu 구리 (㎍/ℓ) 0.26 - 0.153 0.272
Fe 철 (㎍/ℓ) 0.23 - 0.217 0.355
Mn 망간 (㎍/ℓ) 0.26 - 0.265 0.313
Ni 니켈 (㎍/ℓ) 0.36 - 0.387 0.496
Zn 아연 (㎍/ℓ) 0.45 - 0.624 0.452
As 비소 (㎍/ℓ) 0.04 - 1.051 0.440
Mo 몰리브덴(㎍/ℓ) 5.11 - 5.095 5.565
Cr 크롬(㎍/ℓ) 0.02 - - -
균 수 생균수(개/㎖) 0 520 0 540
대장균수(개/㎖) 음성 음성 음성 음성
음료는 음용에 적합한 용수(用水)에 당류(糖類), 색소(色素), 산미료(酸味料), 감미료(甘味料)나 조미료(調味料), 향료(香料), 향신료(香辛料), 풍미조정제(風味調整劑), 카페인(Caffeine), 탄산가스(CO2), 과일이나 채소의 즙(汁)이나 추출물, 우유 또는 유제품, 비타민류, 칼슘류 및 미네랄류, 식물성 섬유, 산화 및 퇴색 방지제(保存料, 안식향산Na) 등을 음료의 종류에 따른 레시피(Recipe)에 따라서 적합한 양을 첨가하여 음료를 생산한다.
본 발명은, 탄산음료(炭酸飮料), 건강음료(健康飮料), 과즙음료(果汁飮料), 커피음료(Coffee drink), 차음료(茶飮料), 코코아음료(Cocoa drink), 우유음료(牛乳飮料) 또는 콩음료와 같은 음료의 제조에서 이용되는 적합한 용수를, 상기 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 주입하여 경도를 조정한 미네랄수의 물 분자 집단을 소집단화한 소집단수(Microclustered water)를 이용하는 방법을 제시코자한다.
음료제조에 사용하는 당류나 감미료로는, 설탕, 자당(蔗糖), 포도당, 과당(Fructose), 수크랄로스(Sucralose), 아스파탐(Aspartame), 알리탐(Alitame), 아세설팜칼륨(Acesulfame potassium), 아라비노오스(Arabinose), 알리탐(Alitame), 이소 트레할로스(Isotrehalose), 이소 말티톨(Isomaltitol), 이소말토올리고당(Isomalto-oligosaccharide: Iisomaltose, Isomaltotriose, Panose 등), 에리스리톨(Erythritol), 올리고-N-아세틸글루코사민(Oligo-N-acetylglucosamine), 갈락토오스(Galactose), 갈락토실수크로오스(Galactosylsucrose), 갈락토실락토오스(Gaqlactosyllactose), 감초추출물(glycyrrhizin), 자일리톨(Xylitol), 크실로오스(Xylose), 자일로 올리고당(Xylo-oligosaccharides, Xylotriose, Xylobiose 등), 글리세롤(Glycerol), 커큘린(Curculin), 글루코오스(Glucose), 유과(乳果)올리고당, 겐치오 올리고당(Gentio-oligosaccharide: Gentiobiose, Gentiotriose, Gentiotetraose 등), 사카린(Saccharin), 사카린나트륨(Sodium Saccharin), 시클라 멘산나트륨(Sodium cyclamate), 스타키오스(Stachyose), 둘신(Dulcin), 소르보오스(Sorbose), 토마틴(Thaumatin), 스테비아(Stevia)추출물, 스테비아가루, 테안더 올리고당(Theander-oligosaccharide), 트레할로스(Trehalose), 나이지리안베리(Nigerian berry)추출물, 니게로 올리고당(Nigero Oligosaccharide: Nigerose 등), 네오테임(Neotame), 네오트레할로스(Neotrehalose), 네오헤스페리딘 디히드로칼콘(neohesperidine dihydrochalcone), 팔라티니트(Palatinit: Isomalt), 팔라티노스(Palatinose), 프락토 올리고당(fructooligosaccharide: Kestos, Nystose 등), 폴리덱스트로스(Polydextrose), 소르비톨(Sorbitol), 말티톨(Maltitol), 엿당(Maltose), 말토올리고당(Malto-oligo-saccharide: Maltotriose, Tetraose, Pentaose, Hexaose, Heptaose), 만니톨(Mannitol), 미라클과일(Miracle Fruit)추출물, 나한과(羅漢果) 추출물, 락티톨(Lactitol), 젖당(Lactose), 라피노오스(Raffinose), 람노오스(Rhamnose), 리보오스(Ribose), 이성화당(異性化糖), 이성화액당(異性化液糖), 과당포도당액당, 효소처리 감초, 환원이소말토올리고당(Reduction isomaltooligosaccharide), 효소분해 감초, 효소처리스테비아[Enzymatically modified stevia glucosyl stevia: α-글루코실 전이효소(α-Glucosyltransferase)처리 스테비아], 환원테티오올리고당(Reduction gentiooligosaccharides), 설탕결합물엿(Coupling sugar）、대두올리고당, 전화당, 물엿, 환원물엿 또는 벌꿀(蜂蜜) 중에서 한 종류이상 혼합한 것을 사용한다.
과일이나 야채의 착즙으로서는, 밀감(蜜柑), 오렌지(Orange), 레몬(Lemon), 라임(Lime), 시트론(Citron), 그레이프프루트(Grapefruit), 자몽(Zamboa), 여름밀 감, 팔삭(八朔, 귤의 한 품종), 유자(柚子), 초귤(酢橘) 등의 감귤류, 사과, 포도, 복숭아, 멜론(Melon), 수박, 배, 딸기, 파인애플(Pineapple), 바나나(Banana), 장과류(漿果類), 살구(杏子), 매실, 버찌, 앵두(櫻桃), 구아바(Guava), 자두(Prune), 라즈베리(Raspberry), 블루베리(Blueberry), 크랜베리(Cranberry), 과라나(Guarana), 월귤(越橘, Cow berry), 산수유(胡子), 보리수열매(Silver Berry), 오디(Mulberry), 구스베리(Gooseberry), 커런트(Currant), 블랙베리(Blackberry), 여지(枝, Litchi), 망고(Mango), 파파야(Papaya), 패션 푸르트(Passion fruit), 스타 푸르트(Star fruit), 두리안(Durian), 망고스틴(Mangosteen) 등의 열대과일(Tropical fruits), 아로니아(Aronia, Chokeberry) 등의 각종 과일의 착즙(과즙); 및 토마토(Tomato), 당근, 양배추, 양파, 시나몬(Cinnamon), 모로헤이어 (Molokheiya), 케일(Kale), 시금치, 브로콜리(Broccoli), 호박(Cucurbita), 셀러리(Celery), 파슬리(Parsley), 파, 우엉, 표고버섯, 송이버섯, 파드득나물, 배추 또는 두즙(豆汁) 중에서 한 종류이상의 과일이나 야채의 즙(汁)을 사용한다.
또한, 식물의 추출물로서는, 콜라(Cola), 과라나(Guarana), 커피(Coffee) 등의 식물의 종실의 추출액, 또는 생강(Ginger), 사사프라스(Sassafras), 살사파릴라(Sarsaparilla) 등의 식물의 뿌리와 줄기의 추출액, 캐모마일(Chamomile), 엘더플라워(Elder flower), 레몬 밤(Lemon balm), 라벤더(Lavender), 정향(丁香, Clove), 갈릭(Garlic), 캡시컴(Capsicum), 고추(Pepper), 머스터드(Mustard), 산초(山椒), 고추냉이, 월계수(月桂樹, Laurel), 정향(丁香, Clove), 타임(Thyme), 세이지(Sage), 육두구(肉荳, Nutmeg), 메이스(Mace), 칼더먼(Cardamon), 캐러웨 이(Caraway), 아니스(Anise), 바질(Basil), 회향(Fennel), 커민(Cumin), 터메릭(鬱金, Turmeric), 파프리카(Paprika), 사프랑(Saffraan), 바질(Basil), 월계수 잎(Bayleaves), 마조람(Marjoram), 오레가노(Oregano), 로즈메리(Rosemary), 세이지(Sage), 타라곤(Tarragon), 타임(Thyme), 코리앤더(Coriander), 커민(Cumin) 또는 딜(Dill) 등의 허브(Herb)나 향신료(Spice) 등의 추출물을 들 수 있다.
산미료(酸味料)는 구연산(Citric acid), 구연산 나트륨(Sodium Citrate), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Malic acid), 말산(Malic acid), 숙신산(Succinic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 젖산(Lactic acid), 글루코노-δ-락톤(Glucono-δ-Lactone), 아세트산(Acetic acid), 아세트산나트륨(Sodium acetate), 식초(Vinegar) 또는 인산(燐酸) 중에서 한 종류 이상을 사용한다.
향료는 오렌지(Orange), 레몬(Lemon), 라임(Lime), 레몬·라임(Lemon-lime), 그레이프프루트(Grapefruit)의 감귤(柑橘)계의 향, 사과, 메론, 매실, 바나나, 포도, 봉숭아 등의 과일 향 중에서 한 종류 이상의 향료를 사용한다.
색소(色素)는 감색(Persimmon Color), 안토시아닌(Anthocyanin), 카로틴(Carotene), 카라멜(Caramel), 치자(Gardenia), 홍화(紅花), 파프리카(Paprika), 홍국(紅麴) 또는 홍화황(紅花黃) 중에서 한 종류의 식용색소를 사용한다.
젤리(Jelly)제조용의 검(Gum)은 열가역성으로, 한천(Agar), 카라기난검 (Carrageenan gum), 아라비아검(Arabic gum), 산탄검(Xanthan gum), 로커스트콩검(Locust bean gum), 구아검(Guar gum), 카라야검(Karaya gum), 트라가칸스검(Tragacanth gum) 곤약가루 또는 알긴네이트(Alginate) 중에서 한 종류 이상 혼 합한 것을 사용한다.
기타 첨가물로는, 젖산칼슘(Calcium lactate), 비타민C(Vitamin C), 비타민B2(Vitamin B2), 아미노산(Amino acid), 소포제, 알코올(Alcohol) 등을 첨가한다.
소프트 드링크(Soft drink)는, 알코올을 함유하지 않거나 저(低)알코올 음료로, 이와 반대로 알코올을 함유한 음료는 하드 드링크라 하며, 넓은 의미에서 탄산음료, 과즙음료, 젖산음료, 커피, 코코아 그 밖에 우유나 달걀·크림 등을 사용한 음료로, 에이드(Ade)는 과일즙에 슈거 시럽과 물을 탄 것인데 레모네이드가 대표이며, 스쿼시는 과일을 찧어서 낸 즙에 슈거 시럽과 소다수를 섞어서 만드는데 과육이 섞이기 때문에 탁하다. 플로트는 과즙이나 커피 등에 아이스크림이나 셔벗을 띄운 것이고, 소다수에 띄운 것은 따로 아이스크림 소다라 한다. 셰이크는 셰이커로 재료를 잘 섞은 것으로서 밀크를 베이스로 달걀노른자·설탕 등을 넣어서 만드는 밀크셰이크가 대표적이다.
탄산음료(炭酸飮料)는, 이산화탄소(CO2)를 함유하는 청량음료(淸凉飮料)를 총칭하며, 사이다(Cider), 콜라(Cola), 소다수(Soda water), 레모네이드(Lemonade) 등이 포함된다. 대표적인 제법은 설탕을 녹인 물에 산미료(酸味料), 향료(香料), 과일이나 야채의 즙(汁), 때로는 착색료(着色料)를 가하여 시럽(Syrup)을 만들어, 이의 일정량을 병에 담고 이산화탄소를 가압 용해시킨 물을 채워서 마개를 막는다. 그러나 최근에는 고속 병조림이 가능해짐에 따라 시럽과 물을 먼저 섞고 이에 이산화탄소를 가압·용해시키는 방법으로 바뀌었다. 향료는 주 로 감귤류를 비롯하여 콜라, 포도에서 채취한 것이 사용되는데, 에센스(Essence)를 사용하는 것이 보통이지만 과실 주스를 가하는 경우도 많다. 산미료로는 구연산( Citric acid)이 많이 사용되고 콜라 음료에 한하여 인산(燐酸)이 사용된다.
사이다(Cider)는, 탄산가스가 함유된 무색의 비알코올성 음료(Non-alcoholic beverages)로, 무색의 탄산음료이다. 유럽에서는 사과를 발효시켜 만든 과일을 말하며 알코올 성분이 1∼6％로 들어 있다. 그러나 한국에서 사이다라고 불리는 것은 정수 처리한 물에 레몬·라임향, 설탕, 구연산(Citric acid)과 감미료(甘味料) 등을 혼합한 뒤 탄산가스를 넣고 급속 밀봉해 만든 음료로서 원래의 것과는 차이가 있다. 탄산음료를 마시면 그 속에 들어 있는 탄산가스로 인해 청량감을 준다.
소다수(Soda water)는, 정제·살균한 물에 이산화탄소를 혼합하여 충전(充塡)하고 마개를 막은 청량음료로, 천연광천 가운데 이산화탄소를 함유한 것을 마시면 혀에 닿는 특유한 자극이 청량감을 주는 데서 인공적으로 이산화탄소를 함유하는 물을 고안해낸 것이 시초이다. 이때 이산화탄소를 만드는 데 소다를 쓰기 때문에 소다수라고 한다. 여기에 다시 제2차 가공을 가하여 설탕(雪糖), 향료(香料), 산(酸), 색소(色素) 등을 첨가한 것이 레모네이드(Lemonade), 사이다(Cider), 시트론(Citron) 등이다.
소다수의 성분은 수분과 이산화탄소만으로 이루어졌으므로 영양가는 없으나, 이산화탄소의 자극이 청량감을 주고, 동시에 위장을 자극하여 식욕을 돋우는 효과가 있다. 8∼10℃ 정도로 냉각하는 것이 이산화탄소도 잘 용해되고 입에 맞는다. 그대로 마시기도 하고, 시럽(Syrup)이나 과즙 또는 술을 타서 마신다.
콜라 음료(Cola drinks)는, 1886년 미국의 J.S.펨버턴(J.S. Pemberton)에 의해 창제된 것으로, 처음에는 코카나무(Coca) 잎과 콜라나무(Cola) 종실(種實)의 추출액을 함유하는 데서 명명되었다. 코카나무 잎은 코카인(Cocaine)을, 콜라나무 종실은 카페인(Caffeine)을 함유한다. 코카인은 중요한 마약이므로 음료에 함유되는 것은 전적으로 허용되지 않으므로, 코카콜라의 제조가 증가 됨과 동시에 코카나무 잎은 사용되지 못하게 되었다. 콜라 음료가 일반 청량음료와 다른 점은 카페인을 함유하고 산미료로 인산(燐酸)이 함유되어 있는 것이며, 캐러멜(Caramel)을 많이 함유하므로 빛깔이 진한 것이 특징이다. 외국에서는 합성 카페인도 사용되며, 콜라 음료의 풍미는 여러 종류의 향료와 약미(藥味)로 만들어지며 일반 청량음료에 비하면 복잡하고 다종다양하다. 한국에서 판매되고 있는 것은 조합원액을 들여와 제조를 하는데, 주원료는 용수에 액상과당, 캐러멜(Caramel)색소, 인산, 천연향료, 천연카페인(향미증진제) 등을 혼합한 용액에 탄산가스를 주입하고 급속 밀봉해 만든 음료이다.
레모네이드(Lemonade)는, 레몬즙을 냉수나 얼음물에 타서 설탕 등으로 단맛을 낸 것으로, 달걀 흰자위를 가미하기도 하며, 레모네이드는 레몬과 에이드(Ade)를 합친 말이며, 에이드(Ade)란 천연과즙에 설탕과 물을 섞었다는 뜻이며, 냉수 대신 탄산수를 사용한 것이 레몬 스쿼시(Lemon squash ) 이다.
과라나(Guarana) 음료는, 과라나 씨의 추출액을 함유하는 탄산음료로, 과라나는 브라질산 덩굴식물로 씨에는 카페인이 4∼5%(커피의 약 2배) 함유되어 있으며, 이 음료는 과라나 씨를 아세톤으로 추출한 것에 설탕, 구연산, 캐러멜(착색료 ), 향료 등을 첨가하여 시럽을 만든 다음, 이산화탄소를 압입(壓入)하고 물로 희석하여 병에 넣은 탄산음료이다.
과즙 음료(果汁飮料)는, 과일의 액즙을 짜서 만든 음료로, 포도, 사과, 복숭아, 딸기, 토마토, 감귤, 레몬, 파인애플 등 대부분의 과일과 채소에서 짜낸 100%의 순수한 과즙은 농후(濃厚)하고 영양가가 높은 것으로 이것만을 주스라 한다. 그리고 천연과즙이 50% 이상 100% 미만인 것에 물과 설탕을 섞어서 만든 과즙음료와, 천연과즙이 10% 이상 50% 미만인 과즙 청량음료가 있다.
과즙은 상태에 따라 투명과즙, 혼탁과즙, 넥타(Nectar)의 3종류로 구분되는데, 이 중에서 넥타는 천연과즙에 일정한 비율로 당액(糖液)을 가한 것으로 미세한 과육이 들어 있는 농탁한 음료이다. 이와 같은 모든 과즙 음료는 과즙 자체의 신선한 풍미와 영양가가 손실되지 않고, 오래 저장할 수 있도록 위생적인 캔 또는 병에 포장하여 제품화한다.
건강 음료(健康飮料)로는, 아이소토닉 음료(Isotonic drink)와 게토레이(Gatorade)가 있다.
아이소토닉 음료(Isotonic drink)는, 삼투압이 인간의 체액과 같은 음료로, 운동이나 노동 등으로 인해 체내에서 빠져나간 수분과 전해질을 보충해주는 기능성 음료로 스포츠 드링크(Sports drink) 또는 스포츠 음료라고도 한다. 주요 성분으로는 당질(탄수화물)을 비롯하여 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등의 무기질과 비타민C가 포함되어 있다. 무기질은 땀으로 손실된 전해질을 보충해주기 위해서다. 당질은 대개 6∼8% 농도로 함유되어 있는데, 그 이상이 되면 장내 흡수 속도를 지연시켜 효 과가 감소 된다. 운동 중에 수분과 전해질을 보충해줄 경우 그렇지 않은 경우보다 더 오래 지속할 수 있다고 알려지면서 빠른 속도로 보급되고 있다. 그러나 1캔당 평균 120㎎ 정도의 나트륨(소금 약 0.3g)이 함유되어 있어 평상시 음료 대용으로 마시는 것은 식염의 과잉섭취가 우려되어 바람직하지 못하다.
게토레이(Gatorade)는, 무 탄산 스포츠 음료의 브랜드로, 6%의 탄수화물과 최적의 전해질로 이루어진 이 음료수는 물보다 10배 이상 빠른 흡수와 에너지 공급하여 운동선수들을 지치지 않게 해주는 효과가 있다.
진저에일(Ginger ale)은, 발포성 청량음료로, 진저 비어(Ginger beer)라고도 한다. 에일 또는 비어라고는 하지만 알코올 성분은 포함되어 있지 않으며, 생강(Ginger)를 주로 하고 레몬, 고추, 계피, 클로브(Clove) 등의 향료를 섞어 캐러멜로 착색시킨 것이다. 청량음료로 음용하는 외에 위스키와 같은 양주를 희석할 때 타는 물로도 사용된다.
칵테일(Cocktail)은, 여러 종류의 양주를 기주로 하여 고미제(苦味劑), 설탕, 향료를 혼합하여 만든 혼합주로, 복잡 미묘한 맛을 지닌 음료로, 술을 그대로 마시지 않고 마시는 사람의 기호와 취향에 맞추어 독특한 맛과 빛깔을 내도록 한 알코올음료다.
토닉(Tonic:진 같은 양주에 섞는 탄산음료)은, 진을 베이스로 한 롱 드링크(Long drinks) 스타일의 칵테일로, 진(Gin)의 깊은맛에 토닉워터(Tonic water)를 첨가하여 끝 맛은 깔끔하며, 최근, 이런 진 드링크(Gin drinks)에 소다수를 소량 넣은 진 토닉(Gin and Tonic)이라고 불리는 칵테일(Cocktail)이다. 얼음을 넣은 하 이볼(Highball) 글라스에 드라이 진 45㎖를 따른 다음 토닉워터로 잔을 채운다. 글라스 가장자리를 레몬이나 라임(Lime)으로 장식한다.
스푸모니(Spumoni)는, 이탈리아에서 탄생한 칵테일이다. 캄파리(Campari)를 베이스로 한 캄파리 소다(Campari and Soda)나 캄파리 오렌지(Campari and Orange)와 같은 종류로 인기가 높은 롱 드링크(Long drinks)로, 캄파리의 쌉쌀한 맛과 그레이프프루트(Grapefruit)의 상큼한 맛이 조화를 이루어 특히 여성에게 인기가 있는 알코올음료이다.
우유 음료는, 젖산 박테리아를 발효한 산성 우유 음료, 젖산 음료 , 젖산균음료, 요구르트(Yoghurt), 케퍼(Kefir), 쿠미스(Kumyz) 등이 있다.
산성 우유 음료는, 신선한 우유를 그대로 두어 젖산 박테리아를 증식시켜 젖당이 젖산으로 발효되어 만들어진 우유 음료로, 보관기간이 길고 영양이 풍부하며 맛이 좋고 소화가 잘된다. 두부와 같은 형태로 응고되어 있어 그대로 마시기도 하지만, 설탕, 향료 등을 섞어 젖산균이 살도록 가공한 젖산균 음료와 가공 후 살균하여 저장성을 가진 칼피스와 같은 젖산 음료에 쓰인다.
젖산 우유 음료는, 1.5∼2% 산도의 발효유에 일정량의 당액, 안정액, 색소, 과즙 등을 넣어 혼합 희석해 만든 우유 음료로, 탈지유나 환원 탈지유로 발효유를 만들어 1.5∼2% 산도가 되도록 물로 희석한다. 여기에 당액, 안정액, 색소, 과즙 등을 넣고 응고한 유단백을 균질기로 미세하게 분산시킨 다음 용기에 채운다. 이때 펙틴 등 안정제를 사용하기도 한다. 발효시킨 뒤 열을 가하면 젖산균이 죽기 때문에 열처리를 하지 않는다.
요구르트(Yoghurt)는, 발효 우유 음료의 일종으로 우유에 젖산균을 접종·발효시켜 응고시킨 제품으로, 비교적 산이 많고 상쾌한 풍미가 있는 우유 음료로, 원료유로는 우유 외에 염소젖 ·면양유(緬羊乳)의 탈지유를 쓰고, 풍미와 외관을 위해 탈지분유, 가당연유, 한천 등을 첨가하고, 감미료로서 설탕, 꿀 등을 첨가하여 균질화시켜 가열살균(95 ℃로 5분간)한다. 요구르트 제조에 쓰이는 젖산균은 불가리아 젖산간균(Lactobacillus bulgaricus), 스트렙토코쿠스 테르모필루스(Streptococcus thermophilus), 호산성 젖산간균(Lactobacillus.acidophillus) 등인데, 각각을 저온에 배양하고, 그 중 2∼3가지를 적당히 배합하여 제품에 독특한 풍미가 있도록 한다.
케퍼(Kefir)는, 우유에 케퍼 그래인(Kefir grain)을 스타터(Starter)로 첨가하여 만든 발효유로, 1%의 젖산과 0.8%의 알코올을 함유해 신맛과 약간의 알코올 향이 나는 우유 음료로, 원료 유는 우유, 양젖, 염소젖 등을 사용하며, 우유를 80℃에서 30분 동안 저온살균하여 냉각한 뒤 케퍼 그래인을 첨가하고, 18∼20℃에서 1∼2일 발효시켜 커드(Curd)가 만들어지면 케퍼 그래인을 건져내고 상온에서 하루 더 발효시키면 완성된다.
쿠미스(Kumyz)는, 말 젖으로 만든 발효유로, 어원은 아시아 인종의 하나인 쿠만(Kouman)에서 유래하며, 말 젖은 우유보다 락토오스가 많기 때문에 발효하면 알코올 함량이 2∼3% 된다. 또 발효하면서 다량의 이산화탄소를 발생하고 유산균에 의하여 약간 신맛이 있는 음료가 된다.
그리고 본 발명의 해양 심층수로부터 생산된 용수로 만들 수 있는 음료로는, 음료는, 커피(Coffee), 홍차(紅茶), 녹차(綠茶), 인삼차(人蔘茶), 옥수수 수염차, 갈분차(葛粉茶), 전차, 우룽차(烏龍茶), 모리화차(자스민차)와 같은 차 음료, 식혜(食醯) 음료, 코코아음료, 콩 음료, 알칼리이온음료, 카바(Kava), 비틴 더 시트(Between the sheet), 샌디 개프(Shandy gaff) 등의 음료의 제조에서도 용수로 사용할 수 있다.
본 발명은 상기 음료의 제조에서, 유해오염물질과 유해미생물의 오염이 없는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 취수하여 탈염처리한 것을 경도를 조정하여 미네랄 수를 만든 다음, 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하여 음료제조에서 용수(用水)로 이용하는 방법을, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Ⅰ. 미네랄 수를 생산하는 단계
1. 전처리공정
해양 심층수는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 심해에서 취수를 하며, 취수방법은 선상(船上)에서 해저 200m이하에 배관을 내려 취수하던가, 해저 수심 200m이하까지 배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해저 수심 200m이하까지 배관을 설치하여 취수정을 해수면보다 낮게 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 가온한다.
가온 처리된 해양 심층수는 모래여과, 정밀여과(Micro filter) 또는 한외여과(限外濾過; Ultra filter)를 단독 또는 2가지 이상 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(SS; Suspended solid)을 제거한다.
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.
취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는, 모래여과를 할 필요가 없다.
그리고 정밀여과(Micro-filter)와 한외여과(Ultra-filter)는 여과 막의 종류에는 구애받지 않으며, 벤더(Vendor)의 사양에 따라서 여과속도와 압력손실을 고려하여 펌프(Pump)의 공급압력을 결정한다.
정밀여과 또는 한외여과에서 여과는 여과 수의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.
FI값은 대상 수중의 미세한 탁질 농도를 나타내는 수치로 다음 (1) 식으로 표현된다.
FI = (1－T0/T15)×100/15 ……………………………………………………(1)
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.
2. 탈염처리공정
상기 전처리공정에서 처리된 해양 심층수는, 1차 나노여과(Nanofiltration)에서 역삼투 여과(Reverse osmotic filtration)에서 파울링(Fouling)의 문제가 되는 황산염을 제거한 여과 수를 역삼투 여과 또는 전기투석(Electrodialysis)에 의해서 1차 탈염처리를 한 1차 탈염수의 pH를 9∼11 범위로 조정하여 붕소화합물을 폴리붕소로 전환한 것을 최종 역삼투 여과를 하여 탈염수를 생산한다.
1) 나노여과에 의한 황산 이온의 제거
전처리여과공정에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 나노여과장치로 보내어 여과되지 않은 황산 이온(SO4 2 -) 함유 수는 방류하거나 증발농축공정으로 보내어 미네랄 조정제(調整劑)의 제조에 사용하고, 여과 수인 탈황산이온 염수는 1차 역삼투 여과장치로 보낸다.
나노여과 막에서 이온의 투과순서는 양이온의 경우는 Ca2 +≥Mg2 +＞Li+＞Na+＞K+＞NH4 + 이고, 음이온의 경우는 SO4 2 -≫HCO3 -＞F-＞Cl-＞Br-＞NO3 -＞SiO2 이며, 황산이온(SO4 2 -)의 경우는 Mg2 +와 Ca2 +보다도 투과하기 어렵다.
나노여과장치에서는 해양 심층수 중에 용해되어 있는 CaSO4, SrSO4와 같이 용해도가 작아 역삼투 여과 막에서 염을 농축하는 과정에, 막(膜)에서 스케 일(Scale)이 생성되어 막 막힘(Fouling) 현상이 야기되는 것을 최대한 억제하기 위해서 황산 이온(SO4 2 -)을 제거한 탈황산이온 염수를 역삼투 여과장치로 보내고, 황산 이온 함유 미네랄수는 방류한다.
나노여과장치에 공급압력은 염 농도가 3.5wt%인 해양 심층수의 삼투압 25기압(atm)보다 낮은 15∼20기압(atm)으로 하며, 이때 나선형 막의 경우 막 투과율은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면 이때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.
[실시 예1]
표1의 해양 심층수를 25℃로 가온 처리한 것을 한외여과에서 FI값이 3.2로 전처리한 여과 수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 가교폴리아미드(Cross-linked polyamide) 재질의 모델번호 SU-610의 나선형 나노여과 막을 사용하여 압력을 20㎏/㎠G로 공급하여 막 투과율을 1.2㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 80%가 되었으며, 이때 여과한 결과 황산 이온 함유 미네랄수와 여과된 탈황산 이온수의 주요성분의 분석 치는 다음 표 3의 내용과 같다.
표 3 나노여과 전후의 수질의 주요성분 분석 치
항목 전 처리된 해양 심층수(원수) 탈황산이온염수(여과수) 제거율(%)
pH 7.80 7.24 -
Na+(㎎/ℓ) 10,823 9,630 11.02
Cl-(㎎/ℓ) 22,378 17,312 22.64
Ca2 +(㎎/ℓ) 455 340 25.27
Mg2 +(㎎/ℓ) 1,302 1,062 18.43
K+(㎎/ℓ) 414 355 14.25
SO4 2 -(㎎/ℓ) 2,835 604 78.70
B(㎎/ℓ) 4.44 4.43 0.23
표 3의 내용에서 보는 바와 같이 해양 심층수를 나노여과처리를 한 결과, 붕 소화합물은 거의 제거되지 않았으며, 염분과 칼슘, 마그네슘 등은 제거율이 11∼25% 정도로 낮았지만 황산 이온은 78.70%로 제거율이 상당히 높았다.
2) 1차 역삼투 여과에 의한 탈염
나노여과장치에서 여과된 탈 황산 이온 염수가 역삼투 여과장치에 공급되면, 운전압력을 50∼60기압(atm)으로 여과 막에 공급하며, 나선형여과 막의 경우 막 투과율을 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 염분은 99.0∼99.85wt% 범위로 제거되며, 염수는 소금제조공정으로 보내고, 염분이 탈염(脫鹽)된 1차 탈염수는 pH조정조로 보낸다.
[실시 예2]
실시 예1의 나노여과에서 여과된 여과 수인 탈 황산 이온 염수를 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 고압용 역삼투막 모델번호 SU-810의 나선형 역삼투 여과 막을 사용하여 압력을 60㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과율을 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때, 막 투과수량은 유입수량의 52%가 되었으며, 이때 여과한 결과, 여과된 탈염수의 수질의 주요성분 분석 치는 다음 표 4의 내용과 같다.
표4 1차 역삼투 여과에서 여과 수인 탈염수의 주요성분 분석 치
항목 유입수(탈황산이온염수) 여과수(탈염수) 제거율(%)
pH 7.24 7.20 -
Na+(㎎/ℓ) 9,630 38.6 99.60
Cl-(㎎/ℓ) 17,312 71.4 99.59
Ca2 +(㎎/ℓ) 340 0.6 99.82
Mg2 +(㎎/ℓ) 1,062 1.9 99.82
K+(㎎/ℓ) 355 1.7 99.52
SO4 2 -(㎎/ℓ) 604 4.7 99.22
B(㎎/ℓ) 4.43 1.7 61.62
표4의 내용에서 보는 바와 같이 해양 심층수를 역삼투 여과에서는 대부분의 물질은 99% 이상 고도로 제거되었으나 붕소화합물은 1.8㎎/ℓ으로 제거율이 61.62%로 매우 낮았으며, 음용수 수질 기준치 0.3㎎/ℓ의 5.7배를 초과하기 때문에 이를 음료로 사용은 불가능하였다.
3) 전기투석장치에 의한 탈염
상기 1차 역삼투 여과에 의한 탈염 대신에 전기투석장치(電氣透析裝置)에 의한 탈염은, 양이온선택교환 격막과 음이온선택교환 격막을 양극과 음극 사이에 교호적(交互的)으로 일렬로 다단(多段)을 설치하여 탈염실과 염농축실로 구성된 전기투석장치의 탈염실에, 상기 나노여과장치에서 여과된 여과 수를 공급하고, 염수를 염농축실로 공급하여 순환하면서 양단의 양극실의 양극과 음극실의 음극에 정류기로부터 직류전류를 인가(印加)하여 탈염실의 해양 심층수에 함유된 염분이 전기적인 인력에 의해서 염농축실 이동하여 탈염처리된 1차 탈염 수는 다음의 pH조정조로 보내고, 농축된 농축 염수는 소금제조공정으로 보낸다.
4) pH조정에 의한 붕소화합물을 폴리붕소화합물로 전환
pH조정조에 상기 1차 역삼투 여과에 의한 1차 탈염수 또는 전기투석장치에 의한 1차 탈염수가 공급되면, 알칼리(Alkali)제로 NaOH, NaHCO3 또는 Na2CO3 중에서 한 종류를 공급하여 pH를 9∼11의 범위로 조정하여 수중의 붕소화합물을 폴리붕소화합물로 처리하여 2차 역삼투 여과장치로 보낸다.
수중의 붕소화합물은 알칼리처리를 공급하면 다음과 같은 (2)의 반응에 의해 서 겔 상태의 폴리붕소화합물로 전환된다.
B(OH)3+OH_→[B(OH)4]-→[B3O3(OH)4]-→[B4O5(OH)4]2-→[B5O6(OH)4]-…………(2)
pH조정 방법은 교반시간(체류시간)을 15∼30분간, 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러 교반기로 교반하면서 1차 탈염수에 알칼리를 주입하여 pH를 9∼11로 조정한다.
5) 2차 역삼투 여과에 의한 붕소화합물의 제거
pH조정조에서 pH를 9∼11로 조정하여 2차 역삼투 여과장치에 공급되면, 운전압력은 10∼20기압(atm)으로 역삼투 여과 막에 공급하며, 나선형여과 막의 경우 막 투과율을 0.6∼0.8㎥/㎡·일로 운전하여 여과되지 않은 붕소 함유 수는 중화처리 후 방류하고, 붕소농도를 음료수 기준치인 0.3㎎/ℓ이하로 여과된 탈붕소수는 경도 조정조로 보낸다.
2차 역삼투 여과장치에서는 pH가 9∼11의 알칼리상태로 공급되어도 스케일(Scale)을 생성하는 CaCO3, CaSO4와 같은 물질은 나노여과공정에서 제거되었기 때문에 스케일의 생성은 크게 문제되지 않는다.
그러나 상기 취수된 해양 심층수의 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance, NMR) 17O-NMR 스펙트럼(Spectrum)의 반치폭(半値幅) 값이 70㎐ 이하이면서 경도가 낮은 용수를 음용수제조에 사용하는 경우는, 다음의 경도조정과 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계를 생략하고, 상기 탈붕소 수를 음료제조에서 용수로 사용한다.
[실시 예3]
실시 예2의 1차 역삼투 여과장치에서 여과된 여과 수인 탈염수를 pH조정조에서 pH를 9.5로 조정하여 수중의 붕소화합물을 폴리 붕산의 형태로 전환한 다음, 일본 도레이주식회사(東レ株式會社)의 저압용 역삼투막 모델번호 SU-710의 나선형 역삼투 여과 막을 사용하여 압력을 25㎏/㎠G로 막에 공급하여 막 투과율을 0.72㎥/㎡·일로 하였을 때 막 투과수량은 유입수량의 82%가 되었으며, 여과수(탈붕소수) 중의 붕소(B)의 농도를 측정한 결과 0.12㎎/ℓ로 음용수 중의 붕소 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리되어 음용수생산에 이용할 수 있었다.
6) 경도조정
상기 2차 역삼투 여과에서 붕소화합물이 제거된 탈붕소수가 경도 조정조에 공급되면, 전처리 여과된 해양 심층수에 칼슘 제를 가하여 Ca/Mg의 중량비를 2∼6 범위로 미네랄밸런스를 조정한 다음, 양이온교환 격막은 1가 양이온선택교환 격막을 사용하고, 음이온교환 격막은 모든 음이온교환 격막을 사용한 전기투석장치를 사용하여 염분(NaCl)과 황산 이온(SO4 2 -)을 제거한 미네랄수에 트레할로스와 아스코르브산(Ascorbic acid), 젖산(Lactic acid), 구연산(Citric acid), 주석산(Tartaric acid), 호박산(Succinic acid), 말레산(Maleic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 사과산(Malic acid) 또는 글루콘산(Gluconic acid) 중에서 단독 또는 2종류 이상 혼합한 유기물을 5∼20wt%를 공급하여 유기미네랄 염의 상태로 제조한 미네랄조정제를 공급하여 경도를 30∼100㎎/ℓ 범위로 조정한 미네랄수는 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계로 보낸다.
미네랄혼합 및 중화처리공정의 반응조 용량은 체류시간을 20∼30분이 되게 하고, 180∼360RPM(회전속도)의 프로펠러 교반기로 교반한다.
그리고 상기 취수된 해양 심층수의 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance, NMR) 17O-NMR 스펙트럼(Spectrum)의 반치폭(半値幅) 값이 70㎐ 이하인 경우는, 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계를 생략하고 바로 음료제조에서 용수로 사용한다.
[실시 예4]
실시 예3의 2차 역삼투 여과에서 최종적으로 붕소화합물을 음용수 수질기준치 이하로 처리한 여과수(탈붕소수)에 Ca/Mg의 중량비를 3의 비율로 제조된 미네랄조정제를 전기전도율지시제어기(Electric conductivity indicating controller)로 전기전도율을 270∼280㎲/㎝ 범위로 조정하면서 주입 한 결과 수질 분석 치는 다음 표5의 내용과 같다.
표5 2차 역삼투 여과된 여과수에 미네랄조정제를 주입한 수질의 분석 치
항목 2차 역삼투여과막여과수 미네랄을 혼합한 미네랄수 비고 (먹는 물 기준치)
pH 8.2 8.0 5.8∼8.5
전기전도율(㎲/㎝) 192 272
17O-NMR(㎐) 78 78
산화환원전위값(㎷) 156 152
경도(㎎/ℓ) 14.8 84.2 300 이하
Na+(㎎/ℓ) 12.1 12.8 200 이하(WHO기준)
Cl-(㎎/ℓ) 21.4 22.1 250 이하
Ca2 +(㎎/ℓ) 0.8 16.9
Mg2 +(㎎/ℓ) 3.1 6.8
K+(㎎/ℓ) 1.0 1.1
SiO2 ((㎎/ℓ) 0.3 0.9
SO4 2 -(㎎/ℓ) 1.3 1.9 200 이하
B(㎎/ℓ) 0.12 0.12 0.3 이하
표5의 내용의 처리결과를 검토하면 좋은 물맛의 지수(OI)=(Ca+K+SiO2)/(Mg+SO4 2 -) 의 값은 (16.9+1.1+1.9)/(6.8+1.9)≒2.3으로, 좋은 물맛의 지수의 기준치 2.0 이상 되며, 건강의 지수(KI)=Ca-0.87Na=16.9-0.87×12.6≒5.8로, 기준치 5.2 이상으로 미네랄밸런스가 적절하게 조정되었으며, 또한 산화환원전위값도 152㎐로 적절하게 처리되었으며, 그러나 핵자기공명의 반치폭의 17O-NMR 값은 78㎐로 중간 정도로 처리되었다.
그리고 붕소(B)의 농도도 음용수 기준치(먹는 물 기준치) 0.3㎎/ℓ이하인 0.13㎎/ℓ로 안전한 수준까지 처리되었다.
Ⅱ. 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계
상기 경도조정에서 처리된 미네랄수가 미네랄수 저장조(1)에 유입되면, 미네랄수 이송펌프(2)로, 자화기(14)에서 반송되는 반송수와 함께 소집단수 처리조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하여 소집단수 처리조(3)에 공급한다.
소집단수 처리조(3) 상부에는 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사(照射)하고, 소집단수 처리조(3) 내부에는 목탄이 충전된 철망전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 스테인리스 철망전극(4)에 교류 전원을 인가(印加) 하고, 전압조정기(電壓調整器; 11b)로 스테인리스 철망전극(4)에 1,500∼5,000볼트(Volt) 범위로 조정하면서 정전압을 인가(印加)하면서, 상기의 미네랄수를 소집단수 처리조(3) 상부의 분무 노즐(10)로 분무하여 소집단수 처리조(3)에 공급되면 4∼10시간 동안 정전기유도처리를 한다. 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, 중간 처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 자성체 충전물(17)이 내장된 자화기(14) 외부에 설치된 코일(Coil: 16)에 정류기(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 직류의 저전압을 인가한 자화기(14)에 공급하여 원수 유량의 1∼4배를 소집단수 처리조(3)로 반송하면서 자화처리를 하여 핵자기공명(核磁氣共鳴: Nuclear magnetic resonance, NMR)의 17O-NMR 반치폭(半値幅)의 값이 40∼60㎐ 범위의 소집단수(小集團水)로 처리된 물은 소집단수 저장조(20)로 보낸다.
소집단수 저장조(20)에 공급된 소집단수는 소집단수 이송펌프(21)로 다음의 음료를 제조하는 단계로 보내어 음료제조에서 용수로 사용한다.
상기에서와 같이 소집단수로 처리된 물은 약알칼리성의 고유진동수가 높은 고에너지의 산화환원전위(酸化還元電位: Oxidation Reduction Potential, ORP) 값이 +100∼-200㎷ 범위의 환원수로 처리된다.
소집단수 처리조(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), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리염화비닐(PVC) 또는 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 소집단수 처리조(3) 내에 내장된 스테인리스 철망전극(4)에 접속한다.
소집단수 처리조(3)에 내장된 스테인리스 철망전극(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. 소집단수 처리조(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, 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(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 남는 일단의 출력선(11g)을 절연체(6)로 접지(8)와 절연한 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(4)에 접속하여 콘덴서 C2를 형성하며, 그 결과, 출력선(11g)과 접지(8) 간의 전압은 250∼3,500볼트(Volt)가, 전류는 0.5∼150㎂ 범위의 미약한 전류가 흐르게 되므로 접지상태에서 사람이 소집단수 처리조(3)에 접촉해도 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 전기장(電氣場)이 존재하는 경우에서도 외부전하와 반대의 전하가 나타난다. 이때 나타나는 전하를 유도 전하라고 하며, 중성물질은 유도 전하를 가지게 되어 접촉하고 있지 않은 외부의 전기작용에 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 원형코일변압기타입의 것이며, 변압기(11a)의 1차 측 회로의 1차 권선(11c)을 전압조정기(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 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(4)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 0.5∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전유도처리를 하면 소집단수 처리조(3) 내의 물 분자 집단은 1차 소집단화하여 소집단수로 처리된다.
변압기(11a)는, 철심(11d)의 중앙부에 통 모양의 절연필름을 끼워 넣고, 다시 절연필름의 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 원수의 처리용량과 치리시간, 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(Tar pitch) 등의 절연물을 변압기(11a) 내에 충전해서 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f)을 가려 싸도록 해서 절연하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유, 불포화폴리에스테르, 폴리우레탄 수지 등도 이용할 수도 있다.
스테인리스 철망전극(4)은 SUS-316이나 SUS-304 재질의 철망 상의 상자가 최적이지만, 이외에도, 슬릿(Slit)상의 다공판 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 소집단수 처리조(3) 내의 출력선(11g)과 접속하고 있는 스테인리스 철망전극(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, 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(4)과 접지(8) 사이에 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 0.5∼150㎂ 범위의 전류가 흐르는 것은 2차 권선(11e)의 절연 단말(11f) 부위의 콘덴서 C1과 가대(5) 하부부위의 콘덴서 C2인 절연체(6), 2차 권선(11e)의 저 항, 코일의 교류저항회로에 의한 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.
소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(4)의 크기, 그리고 원수의 처리용량이나 절연체(6)의 높이에 따라서 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(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 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(4)의 전압은 무부하(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, 스테인리스 철망전극(4)에 인가되는 전압과 전류는 원수의 처리용량이나 정전기유도처리조건에 따라서 전압조정기(11b)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 스테인리스 철망전극(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.
소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(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 유전되며, 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, 소집단수 처리조(3) 내의 스테인리스 철망전극(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 원수의 처리용량이 큰 경우는, 스테인리스 철망전극(4)이 내장된 소집단수 처리조(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, 원수의 처리용량 1㎥/시간에, 100∼300와트(Watt)의 원적외선 방사기 등(燈)을 설치한다.
자화기(14)는 비자성 강(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), 비자성 체로 된 코일지지 틀에 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, 정류기(19)로부터 0.5∼5볼트(Volt) 범위의 직류전기를 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 종류나 두 종류를 혼합한 것을 사용한다.
코일 포머(Coil former; 15)는 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리프로 필렌(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), 나무, 알루미늄(Aluminium), 오스테나이트(Austenite) 조직을 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel), 티타늄(Titanium), 아연, 황동, 청동 또는 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, 황동, 청동, 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) 또는 유리섬유강화플라스틱(Fiber glass reinforced plastic, FRP) 중에서 한 종류를 사용한다.
정류기(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) 범위가 되게 인가한다.
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.
그리고 유체(물)가 자화기(14) 내부의 자계(磁界)를 통과하는 속도(유속)는 자장의 통과속도가 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.
[실시 예5]
미네랄수 저장조(1)는 폭 10m×길이 10m×깊이 2.2m 인 200㎥인 콘크리트 조로 구성되고, 소집단수 처리조(3)는 폭 2.5m×길이 2.5m×깊이 2.0m 인 스테인리스 재질의 조 내부에 참숯을 충전한 폭 2m×길이 2m×깊이 1.8m 인 스테인리스(SUS-316) 철망전극(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 소집단수제조장치를 제작하였다.
상기 실시 예4에서 핵자기공명 17O-NMR의 반치폭의 값이 도 3에서와 같이 78 ㎐인 미네랄수를 미네랄수 저장조(1)에 공급하고, 미네랄수 이송펌프(2)로 2.5㎥/시간의 유량으로 소집단수 처리조(3) 상부의 분무 노즐(10)을 통해서 분무하면서, 원적외선 방사기(9)에서 원적외선을 조사하고, 소집단수 처리조(3) 내부에 설치된 목탄이 충전된 철망전극(4)에 정전기유도장치(11)의 출력선(11g)으로부터 3,500볼트(Volt)의 정전압을 인가하여 처리한 다음, 중간 처리수 저장조(12)로 보내어 자화기 공급펌프(13)로, 정류기(19)로부터 코일(16)에 4볼트(Volt)의 직류를 인가한 자화기(14)에 10㎥/시간으로 공급하여 7.5㎥/시간의 유량을 소집단수 처리조(3)로 반송하고, 2.5㎥/시간의 유량은 소집단수 저장조(20)로 보내면서 처리하였다.
처리된 소집단수 저장조(20)의 물을 핵자기공명 17O-NMR 반치폭의 값을 측정한 결과 도 4에서와 같이 58㎐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. 음료를 제조하는 단계
상기 해양 심층수로부터 생산된 소집단수(Microclustered water)를, 상기의 탄산음료(炭酸飮料), 건강음료(健康飮料), 과즙음료(果汁飮料), 커피음료(Coffee drink), 차음료(茶飮料), 코코아음료(Cocoa drink), 우유음료(牛乳飮料), 콩음료, 식혜(食醯)음료, 코코아음료, 알칼리이온음료 등의 음료의 제조에서 용수로 이용하여, 상기에서 언급한 당류(糖類), 색소(色素), 산미료(酸味料), 감미료(甘味料)나 조미료(調味料), 향료(香料), 향신료(香辛料), 풍미조정제(風味調整劑), 카페 인(Caffeine), 탄산가스(CO2), 과일이나 채소의 즙(汁)이나 추출물, 우유 또는 유제품, 비타민류, 칼슘류 및 미네랄류, 식물성 섬유, 산화 및 퇴색 방지제(保存料, 안식향산Na) 등의 첨가제를 각 음료제조의 레시피(Recipe)에 따라서 적합한 양을 첨가하여 음료를 생산한다.
탄산음료를 제조하는 경우는, 상기 소집단수 또는 미네랄수에 용존산소가 다량 용해되어 있는 경우는 제품이 쉽게 열화(劣化) 할 수 있으며, 또한, 포밍(Forming)이 야기되어 안정된 카보네이션(Carbonation)을 할 수 없기 때문에 탈기(Deaeration)를 실시해 용존기체를 제거 한 다음, 음료제조의 용수로 사용하는 것이 바람직하다.
해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수된 해양 심층수의 물 분자 집단이 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance) 17O-NMR 스펙트럼(Spectrum)의 반치폭(半値幅) 값이 70㎐ 이하로 숙성되어 있는 경우는 상기 "물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계"를 생략하고, 탈염수에 미네랄조정제를 공급하여 경도를 조정한 미네랄수를 음료제조에서 용수로 이용한다.
그리고 상기 취수된 해양 심층수의 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance, NMR) 17O-NMR 스펙트럼(Spectrum)의 반치폭(半値幅) 값이 70㎐ 이하이면서 경도가 낮은 용수를 음용수제조에 사용하는 경우는, 상기의 경도조정과 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계를 생략하고, 2차 역삼투 여과에 의한 붕소화합물을 제거한 탈붕소수를 음료제조에서 용수로 사용한다.
[실시 예6]
상기 실시 예5에서 생산된 소집단수 1,000ℓ를, 스팀 재킷(Steam jacket)이 부착된 밀봉된 반응용기에 주입하고, 75℃에서 20분간 진공도 650㎜Hg abs에서 탈기처리 및 살균처리를 하였다.
상기 탈기처리 및 살균처리된 물 10ℓ에 가라기난 검(Carrageenan gum) 21g, 백설탕 164g, 젖산칼슘 31g, 레몬·라임향(Lemon-lime Flavor) 3g을 주입하고, 85℃로 가열·교반하면서 시럽(Syrup)을 형성한 다음, 121℃에서 30초간 가열·살균처리를 하였다.
상기 탈기처리 및 살균처리된 물 1,000ℓ에 상기의 시럽을 굴절당도지시계로 14Brix가 되게 주입하고, 이를 냉각 재킷(Cooling jacket)이 부착된 반응기에 주입하고, 4℃로 냉각한 다음, 교반하면서 탄산가스(CO2)를 압력이 2.5㎏/㎠G까지 주입하여 탄산음료를 제조하였다.
[실시 예7]
실시 예6에서 생산된 탄산음료와 시중에서 판매되는 L-사의 사이다를 20인의 패널리스트(Panelist)에 공급하여 청량감, 향미와 종합적인 평가를 "아주 좋다.", "좋다", "동일하다.", "못하다."와 "아주 못하다."로 구분하여 평가를 한 결과는 다음 표6과 같았다.
표6 탄산음료의 시음결과 패널리스트의 평가결과
구분 아주 좋다. 좋다 동일하다. 못하다. 아주 못하다.
청량감 16인 4인 - - -
향미 8인 9인 3인 - -
종합평가 15인 5인 - - -
상기 표6에서 보는 바와 같이 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수에 미네랄조정제를 주입하여 경도를 조정한 미네랄수의 물 분자 집단을 소집단화한 소집단수로 탄산음료를 제조하였을 종래의 탄산음료에 비해서 청량감이 우수하면서 종합적으로도 우수함이 확인되었다.
제1도는 해양 심층수를 이용하여 음료제조에 용수로 이용하는 공정도
제2도는 물 분자 집단의 소집단화처리공정도
제3는 미네랄수의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭 값의 측정도
제4도는 소집단수의 핵자기공명 17O-NMR 반치폭 값의 측정도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 미네랄수 저장조 2: 미네랄수 이송펌프
3: 소집단수 처리조 4: 철망전극
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: 정류기
20: 소집단수 저장조 21: 소집단수 이송펌프
FI: 유량 지시계(Flow indicator) C1, C2: 콘덴서(Condenser)
TI: 온도 지시계(Temprtature indicator)

Claims (3)

  1. 해양 심층수를 취수하여 가온 처리와 전처리여과를 하는 전처리공정, 상기 전처리여과에서 여과된 여과 수를 나노여과를 한 여과수를 1차 역삼투 여과 또는 전기투석장치에서 중에서 한 종류로 1차 탈염한 것을 pH를 9∼11로 조정하여 2차 역삼투 여과를 하여 여과된 탈붕소수에 미네랄조정제를 공급하여 경도를 조정하여 미네랄수를 생산하는 단계와,
    상기 미네랄수를 원적외선 처리, 정전기유도처리와 자화처리를 하여 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계에서 제조된 물을 음료제조단계에서 용수로 이용하는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 음료제조에 용수로 이용하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계를 생략하고, 미네랄 수를 생산하는 단계에서 생산된 미네랄수를 음료제조에서 용수로 이용하는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 음료제조에 용수로 이용하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 미네랄 수를 생산하는 단계에서 경도를 조정하는 공정과 물 분자 집단을 소집단화하여 소집단수로 처리하는 단계를 생략하고, 2차 역삼투 여과에서 붕소화합물을 제거한 탈붕소수인 물을 음료제조에서 용수로 이용하는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 음료제조에 용수로 이용하는 방법.
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