KR20090103452A - 해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 김치를제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 김치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 김치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수로부터 농축 염수를 생산하는 단계, 구입된 배추를 정선(精選)하여 이등분하여 이물질을 세정(洗淨)하여 배추를 전처리하는 단계, 상기의 전처리 된 배추를 염수로 절임을 하여 절임배추를 생산하는 단계, 상기 절임배추에 양념과 첨가제를 주입하고 정전기처리를 한 다음, 숙성 후 포장하여 김치를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 김치를 제조하는 방법{A manufacturing method of kimchi using produced salt water from deep sea water}

본 발명은 김치를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 김치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

오늘날과 같은 김치는 16세기 말 고추가 들어오면서 모든 종류의 김치에 어떤 형태로든 고추를 넣게 되었으며, 고추가 들어간 김치에 관한 기록은 1766년에 나온 증보산림경제(增補山林經濟)에서 찾아 볼 수 있으며, 여기에는 총각김치, 오이소박이, 동치미, 배추김치, 전복김치, 굴김치, 용인오이지 등에 관한 기록이 있어 이미 이 무렵에 다양한 종류의 김치가 만들어지고 있었음을 알 수 있다.

현재 대부부분의 김치제조에서 사용하는 소금은 천일염을 사용하는데, 산업의 발달과 더불어 표층해수의 오염으로 인하여 여기서 생산된 천일염에는 인체에 유해한 오염물질이 함유될 수 있기 때문에, 이 천일염을 이용하여 만든 김치는 위생적으로 안전할 수 없는 문제점이 있다.

그리고 해양 심층수의 특성을 이용한 종래의 기술로는 해양 심층수의 염분농도를 조정한 염수로 단순히 절임한 배추로 김치를 만드는 경우에는 균일한 염장처리가 된 김치를 만들 수 없는 문제점이 있다.

종래기술의 문헌정보

[문헌 1] 대한민국 특허 공개번호 제10-2003-0092981호(2003.12.06)

본 발명은 오염물질이 혼합되어 있지 않으면서 유용한 미네랄성분이 다량 함유한 해양 심층수로부터 생산된 소금을 이용하여 배추를 절임할 때 자화처리를 하여 철임 효율을 향상하도록 처리를 한 다음, 절임된 배추에 양념과 첨가제를 주입한 배추를 정전기처리를 하여 양념과 첨가제를 배추의 조직에 골고루 침투토록 하여 위생적으로 안전하면서 양질의 김치를 제조하는 방법을 제공하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수로부터 농축 염수를 생산하는 단계, 구입된 배추를 정선하여 이등분하여 이물질을 세정하여 배추를 전처리하는 단계, 상기의 전처리 된 배추를 염수로 절임을 하여 절임배추를 생산하는 단계, 상기 절임배추에 양념과 첨가제를 주입하고 정전기처리를 한 다음, 숙성 후 포장하여 김치를 제조하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명은 오염물질이 함유되어 있지 않으면서 다양한 미네랄성분과 영양염류가 함유된 해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 위생적으로 안전하면서 양질의 김치를 만들 수 있기 때문에 김치제조에 널리 이용될 수 있는 효과가 있을 것으로 기대된다.

도 1은 해양 심층수를 이용하여 김치를 만드는 공정도

도 2는 전 처리된 배추의 절임공정도

도 3은 양념과 첨가제가 주입된 배추의 정전기처리공정도

도 4는 해양 심층수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭 값(㎐)의 측정도

도 5는 자화처리된 농축 염수의 ¹⁷O-NMR 반치폭 값(㎐)의 측정도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 절임조 2: 망(網)

3: 전 처리된 배추 4: 농축 염수 이송펌프

5: 자화기 6: 여과기

7: 역세수 저장조 8: 역세펌프

9: 정전기처리조 10: 양념과 첨가제가 주입된 배추

11: 가대(架臺) 12: 절연애자(絶緣碍子)

13: 지면 바닥 14: 정전기발생장치

14a: 전압조정기(電壓調整器) 14b: 1차 코일(Coil)

14c: 2차 코일 14d: 철심(鐵心, Iron core)

14e: 출력선 14f: 절연처리 단말

15: 접지(接地, Earth)

먼저, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수의 특성을 검토하면, 해양 심층수(海洋深層水)는 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수(海水)를 해양 심층수라고 부르며, 표층해수(表層海水)와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식하지 못하기 때문에 영양염류(營養鹽類)의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질(汚染物質)이 없으며, 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 동·식물 및 미생물의 생장에 매우 중요한 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富營養性)과 다양한 미네랄성분이 균형있게 존재하는 미네랄밸런스(Mineral balance)가 적합한 특성과 고압 저온상태에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력(表面張力)이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성(熟成)된 숙성성 등의 특성이 있다.

1968년, 미국 해군 잠수정 알루민(Armin)호가 침몰(沈沒)하여 약 1년 반 후, 끌어 올려진 알루민호 안에는 샌드위치가 열화(劣化) 되지 않고, 원상태로 남아 있었으며, 그리고 계란은 고압에 의한 염분 및 미네랄성분이 침투하여 단백질 변화와 탄력에 변화가 있었으나 전혀 열화 되지 않은 상태로 존재하였는데, 통상 심해와 같은 온도의 냉장고에 샌드위치를 1주간만 넣어두어도 썩어 버리지만 해양 심층수는 저온 고압의 상태에서 미생물의 증식이 억제되었기 때문이다.

해양 심층수는 다음 표 1"해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치"에서 보는 바와 같이 다종다양한 미네랄성분이 함유되어 있으면서 유해한 중금속성분은 극히 미량 함유되어 있으며, 유해미생물과 오염물질의 농도가 낮은 면서 미네랄밸런스가 좋은 특성이 있음을 알 수 있다.

표1 해양 심층수와 표층해수 중에 함유된 중요성분 분석치

구 분		울릉도 현포
		수심 650m 해양 심층수	표층해수
일반항목	수온(℃)	1.2	20.3
	pH	7.8	8.15
	DO 용존산소(㎎/ℓ)	6	8
	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
주요원소	NaCl(wt%)	2.69	2.75
	Mg 마그네슘(㎎/ℓ)	1,270	1,280
	Ca 칼슘 (㎎/ℓ)	406	405
	K 칼륨 (㎎/ℓ)	414	399
	Br 취소 (㎎/ℓ)	68.2	68.1
	Sr 스트론튬 (㎎/ℓ)	7.76	7.61
	B 붕소 (㎎/ℓ)	4.45	4.48
	Ba 바륨(㎎/ℓ)	0.044	0.025
	F 불소 (㎎/ℓ)	0.52	0.56
	SO4 2 -황산 이온(㎎/ℓ)	2,836	2,627
영양염류	NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ)	0.050	0.030
	NO3 -질산태질소(㎎/ℓ)	1.158	0.081
	PO4 3 -인산태인(㎎/ℓ)	0.177	0.028
	Si 규소 (㎎/ℓ)	2.800	0.320
미량원소	Pb 납 (㎍/ℓ)	0.110	0.087
	Cd 카드뮴 (㎍/ℓ)	0.050	0.008
	Cu 구리 (㎍/ℓ)	0.260	0.272
	Fe 철 (㎍/ℓ)	0.230	0.355
	Mn 망간 (㎍/ℓ)	0.265	0.313
	Ni 니켈 (㎍/ℓ)	0.360	0.496
	Zn 아연 (㎍/ℓ)	0.450	0.452
	As 비소 (㎍/ℓ)	0.401	0.440
	Mo 몰리브덴(㎍/ℓ)	5.110	5.565
	Cr 크롬(㎍/ℓ)	0.020	-
균수	생균 수(개/㎖)	0	520
	대장균 수(개/㎖)	음성	음성

해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 특성을 구체적으로 검토하면 다음과 같다.

1. 저온 안전성(低溫安全性)

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

2. 청정성(淸淨性)

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

① 물리적 청정성

물리적 청정성은 현탁물(懸濁物)된 부유물이 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 경우가 많은데, 해양 심층수는 플랑크톤(Plankton), 미생물, 클로렐라(Chlorella) 등의 총 생균 수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1로 적은 특성이 있다.

③ 화학적 청정성

해양 심층수는 오염된 표층해수와 혼합이 일어나지 않기 때문에 다이옥신(Dioxin)이나 PCB(Poly chlorinated biphenyls), 유기염소화합물(Organochlorine compounds), 유기주석화합물(Organotin compounds) 등 이른바 환경오염물질에 오염되어 있지 않은 특성이 있다.

3. 부영양성(富營養性)

해양 심층수는 표층해수에 비해서 바다생물의 근원이 되는 조류(藻類), 식물성 플랑크톤(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 있어 무기영양염의 농도가 높다.

4. 미네랄의 특성

해수는 70여 종류를 넘는 원소를 포함하고 있으며, 해양 심층수도 이와 같이 다종다양의 원소를 포함하고 있는 특성이 있다.

동·식물의 생육에 필요한 주요원소가 많으면서 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 되는 필수 미량원소인 구리(Copper), 아연(Zinc), 크롬(Chromium)과 같은 중금속은 극히 소량 포함되어 있다고 하는 미네랄밸런스(Mineral balance)가 좋은 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 향상되며, 이와 같이 물 분자의 집단이 적은 물을 미생물이나 조류의 배양공정에 용수로 사용하면 배양효율이 향상되는 것으로 밝혀져 있다.

일반적으로 하천수로부터 생산된 경우 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐로, 13∼15개의 물 분자가 집단체를 형성하고 있으며, 이와 같은 물을 결합수(Bound water)라 하며, 해양 심층수의 경우는 장소에 따라서 상당한 차이가 있으며, 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 본 발명에서 염분의 농도를 파악하기 위한 용액의 비중의 측정은 보메 비중계(Baume's hydrometer)로 측정하며, 보매 비중계의 보메도(°Be)는 액체의 비중을 측정하기 위하여 보메도 비중계를 액체에 띄웠을 때의 눈금의 수치로 나타낸 것으로, 물의 비중보다 무거운 중액용(重液用)의 무거운 보메도(중보메도)와 물의 비중보다 가벼운 경액용(輕液用)의 가벼운 보메도(경보메도)가 있으며, 이 중에서 중액용은 순수(純水)를 0°Be로 하고, 15% 식염수를 15°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 가지며, 경액용은 10% 식염수를 0°Be로 하고, 순수(純水)를 10°Be로 하여, 그 사이를 15 등분한 눈금을 매기고 있으며, 보메도(°Be)는 해수의 경우 염 농도(wt%)와 근사(近似)하면서 측정이 용이하기 때문에 염분농도를 표시하는 척도로도 널리 사용되고 있다. 그래서 본 발명에서 염분의 농도를 나타내는 척도로 보메도 비중으로 나타낸다.

보메도(°Be)와 액체의 비중(d)과의 관계는 다음과 같다.

액체의 비중이 물의 비중보다 무거운 중보메도의 경우

d = 144.3 / (144.3 - °Be) ………………………………………………①

액체의 비중이 물의 비중보다 가벼운 경보메도의 경우

d = 144.3 / (134.3 + °Be) ………………………………………………②

배추의 주요성분은 수분 94.7%, 당질 2.6%, 섬유소 0.7%, 단백질 1.3%, 기타 0.7%로서 배추에는 수분의 함량이 높으며, 배추로부터 김치를 만들기 위해서는 소금 또는 염수를 이용하여 절임(배추조직 속의 수분의 탈수)을 하여야 한다.

배추의 절임은 배추의 삼투압보다 염수의 삼투압이 높은 염수에 침적하여 배추의 조직 속에 있는 수분을 염수로 이동시켜서 배추의 조직을 부드럽게 하는 조작이다.

배추의 절임은 이등분한 배추에 소금을 뿌려서 절임을 하는 건식법과 농축염수에 침적(沈積)하여 절임을 하는 습식법이 있으나, 건식법은 작업이 용이한 장점이 있으나, 균일한 절임을 할 수 없어 제조된 김치의 품질관리의 문제점이 있기 때문에 본 발명에서는 농축 염수에 배추를 침적하여 절임을 한 배추로 김치를 제조하는 방법을 제시한다.

배추의 절임과정에서 일어나는 현상은 삼투압(Osmotic pressure)으로써 삼투효과에 의하여 재료에 염분이 침투되고 배추로부터 물은 삼출(渗出)되어 재료가 연하게 된다. 절임의 정도는 온도, 염분의 농도, 그리고 절임시간에 따라 변하며, 온도와 염분농도가 높을수록 절임시간이 단축되고, 반면에 이들의 농도가 낮으면 절임시간이 길어진다.

J.H.반트 호프(Jacobus Henricus van't Hoff)는 삼투압의 원인은 용액 속에 녹아 있는 물질의 분자가 기체분자와 같은 법칙으로 운동하여 반투막에 압력을 미치기 때문이라 생각하고, 삼투압을 다음 식③과 같다고 하였다.

PV = nRT ……………………………………………… ③

여기서 P는 삼투압(atm), V는 용질을 용해하는 용액의 부피(ℓ), n는 용질의 몰농도(mole), R는 기체상수(8.20544×10^-2ℓ·atm/mole·°K), T는 절대온도(Kelvin temperature, °K)이다.

상기 식③은 전해질인 수용액의 경우는 보정 값 i가 필요하며, PV = inRT라는 식이 적용된다. i는 1보다 큰 상수이며, 그 값은 물질의 종류와 농도에 따라 변한다.

상기 식③으로부터 배추의 삼투압과 같은 소금의 농도를 계산하면, 소금(NaCl)의 분자량은 58.45, 식물 세포의 삼투압은 8∼12atm으로 알려져 있고, PV 값은 식물세포에 따라 일정하다. 절임온도를 15℃, 배추의 삼투압이 12atm 일 때 소금의 농도를 계산하면 소금농도는 0.508mole이 된다(12=C×0.082×288). 즉 삼투압은 1ℓ당 29.7g(0.508×58.45) 소금이 들어 있는 약 3wt% 소금용액에 해당된다. 따라서 절임염수의 소금농도는 3wt%이상으로 조절하여야 한다.

그러나 배추를 절일 때 배추로부터 물이 삼출(渗出)되어 절임염수의 농도가 희석되기 때문에 실제로는 최소한 6wt% 이상의 소금농도가 되게 절임염수(절임수)를 사용하여야한다. 소금농도가 3∼4wt%인 염수는 배추세포의 삼투압과 거의 같으므로 배추는 부분적으로, 즉 조직이 연한 배추 잎만 절여 질뿐이며, 전체적으로 절임이 완전하지 못할 수 있다. 조직이 강한 배추 줄기와 배추 속(고갱이)까지 절이기 위해서는 소금농도가 더 높은 염수를 사용해야 한다.

본 발명에서는 상술한 해양 심층수의 특성을 이용하여 위생적으로 안전하면서 맛이 우수한 김치를 제조하는 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명에서 혼합의 비를 나타내는 "부"는 특별한 언급이 없는 한 "중량 부"를 의미한다.

Ⅰ. 해양 심층수로부터 농축 염수를 생산하는 단계

1. 해양 심층수의 취수공정

해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수의 취수는, 선상(船上)에서 해저 200m보다 깊은 해저심층에 배관을 내려 취수하던가, 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관을 설치하고 취수정을 해수면 이하로 설치하여 사이펀(siphon) 원리에 의해서 취수를 한다.

2. 해양 심층수의 전처리여과공정

상기 취수된 해양 심층수를 모래여과(Sandfiltration), 정밀여과(Microfiltration) 또는 한외여과(Ultrafiltration) 중에서 선택된 한 종류의 여과를 하여 수중의 부유물질(Suspended solids)을 제거한 전처리 된 해양 심층수를 생산하여, 음료수를 제조하는 경우는 역삼투여과(Reverse osmosis) 공정으로 보내고, 음료수를 제조하지 않은 경우는 농축 염수제조공정으로 보낸다.

이때 취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ이하인 경우는 전처리여과는 할 필요가 없다.

상기 모래여과의 경우 여과속도는 6∼10m/초로 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 하며, 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 물의 FI(Fouling index)값을 2∼4 범위로 처리한다.

FI값은 대상 수중의 미세한 탁질농도를 나타내는 수치로 다음 ④식으로 표현된다.

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

여기서 T₀는 0.45㎛의 정밀여과 막을 이용하여 시료수를 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.

3. 역삼투 여과공정

상기 전처리 된 해양 심층수를 역삼투 여과를 하여 생산된 탈 염수로 음료수를 제조하는 경우는, 전처리 된 해양 심층수를 역삼투 여과장치에 공급하여 여과된 탈염수는 음료수제조공정으로 보내어 음료수를 제조하고, 여과되지 않고 농축된 해양 심층수는 농축 염수제조공정으로 보낸다.

역삼투 여과공정에서는 전처리 된 해양 심층수를 나노여과에서 황산 이온을 제거한 다음, 역삼투 여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼70㎏/㎠으로 역삼투 여과 막에 공급하여 여과된 탈 염수는 음료수제조공정으로 보내고, 여과되지 않고 농축된 해양 심층수는 농축 염수제조공정으로 보낸다.

역삼투 여과의 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.

역삼투 여과공정의 여과 막이 나선형 여과 막의 경우 운전압력을 55∼56㎏/㎠에서 막 투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 여과 수인 탈 염수에는 염분이 99.0∼99.85wt% 범위로 제거되며, 유입수량의 40∼60%가 여과되면서 고압 측의 해양 심층수는 농축된다.

4. 농축 염수제조공정

배추의 절임은 김치의 맛이나 저장성에 가장 큰 영향을 미친다. 배추를 절일 때 소금은 미생물의 발육을 억제하는 역할을 하며 절임정도에 따라 김치의 질감과 맛이나 저장기간이 크게 달라진다.

염분의 농도가 낮으면 김치에 있는 그람음성세균(Gram-negative bacteria)이 번식하여 김치의 맛이 나빠지면서 김치가 부패 되면서 연부현상(軟腐現狀, Tissue digestion and putrefaction)이 일어나기 쉬워 저장성도 나빠지고, 염도가 지나치게 높으면 조직감이 나빠지면서 맛에 결정적인 영향을 미친다.

한편, 염분을 과량섭취하면 고혈압이나 신장병을 초래하여 성인병을 일으키는 주요한 물질로 여겨지고 있고, 특히 고혈압의 발생과 소금의 섭취와의 관련성은 잘 알려진 사실이다.

본 발명에서는 상기 전처리 된 해양 심층수 또는 역삼투 여과공정에서 여과되지 않고 농축된 해양 심층수가 농축 염수제조공정에 공급되면, 해양 심층수를 농축하여 제조된 소금을 주입하여 보메도 비중이 8∼14°Be범위의 배추절임용 농축 염수를 생산하여 절임공정으로 보내어 전처리 된 배추의 절임수로 이용한다.

그리고 배추절임용 농축 염수는 해양 심층수를 농축하여 소금을 제조하는 공정에서 보메도 비중이 8∼14°Be범위로 농축 염수를 절임공정으로 보내어 전처리 된 배추의 절임수로도 이용할 수 있다.

[실시 예1]

상기 표1과 같은 해양 심층수를 취수하여 정밀여과를 하여 전처리여과된 해양 심층수에, 이 해양 심층수를 농축하여 제조된 소금을 주입하여 보메도 비중이 12°Be의 농축 염수를 만들었다.

Ⅱ. 배추를 전처리하는 단계

산지로부터 구입된 배추는 수송 중에 손상된 부분과 노후(老朽) 된 누런 겉잎을 제거한 후 진동체를 통과시켜 흙, 먼지, 배추벌레나 이물질을 털어 제거한 다음, 절임을 고르게 하기 위하여 통배추를 중앙으로 절단하여 2등분 한다. 이때 2등분 한 배추의 둥근 부분의 중앙에 칼집을 조금 내어 절인 후 1/4등분 할 때 용이하게 쨀 수 있도록 한다.

그리고 2등분 한 배추는 해양 심층수로 세정하여 배추 표면에 부착된 흙, 먼지 등의 이물질을 깨끗이 세정하여 전 처리된 배추는 절임공정으로 보낸다.

Ⅲ. 절임배추를 생산하는 단계

1. 절임공정

김치제조공정 중에서 가장 중요한 요소가 절임공정이며, 절임의 목적은 배추조직을 유연화(Softening)하는데 있다. 절임공정의 염분의 농도, 온도, 절임시간은 김치의 품질을 좌우하기 때문에 최적의 조건으로 해야 한다. 염분의 농도가 낮으면 절임이 일어나지 않으며, 반면에 염분의 농도가 너무 높으면 배추의 조직 속에 과잉의 염분이 침투되어 짠맛이 심하여 김치의 맛을 떨어뜨리게 된다. 그리고 온도가 높으면서 절임시간을 길게 하면 배추의 조직이 심하게 파괴되어 김치의 품질을 저하하게 한다. 따라서 절임공정에서 염분의 농도, 온도, 절임시간은 매우 중요한 요소이다.

본 발명에서 전처리 된 배추를 절임을 하는 절임수는 보메도 비중이 8∼14°Be범위의 농축 염수를 사용하여, 온도는 0∼18℃범위에서 8∼20시간 동안 절임을 하도록 한다.

절임조(1)에 주입하는 농축 염수의 양은, 절임조(1)에 주입하는 배추 무게의 1.5∼1.6배를 주입한다. 다시 말해서 절임조(1)에 10㎏배추를 주입하는 경우, 농축 염수는 15∼16㎏의 농축 염수를 주입한다.

소금농도와 절임시간은, 배추를 절임할 때 배추에 침투된 소금의 양을 측정하면, 5℃와 20℃의 온도변화에 따라서는 0.2% 밖에 차이가 나지 않으며, 그러나 배추 내에 침투된 소금의 농도가 2.5%가 되는 데 소요되는 절임시간은 농축 염수의 염분의 농도가 7wt%인 경우는 8시간이 소요되며, 염분의 농도가 10wt%인 경우는 4시간이 소요되며, 염분의 농도가 13wt%인 경우에는 2시간이 소요된다. 그리고 염분의 농도가 4wt%인 경우는 12시간 후에도 배추에 침투된 소금의 농도는 1wt%만 침투되고 배추가 절여지지 않는다. 따라서 소금농도는 절임시간에 큰 영향을 주는 주요한 요인이다.

절임조(1)에 전처리 된 배추와 보메도 비중이 8∼14°Be범위의 농축 염수를 주입하고 절임을 하는 경우에는 농축 염수 중의 염분이 배추의 조직 속에 침투하여 농축염수의 염분의 농도변화가 일어나면서 비중차이로 절임조(1)의 상부와 하부의 염분농도가 달라져 균일한 염장처리가 일어나지 않기 때문에 농축 염수를 순환시켜주는 것이 바람직하다.

그리고 전처리 된 배추를 여러 번 반복하여 사용하게 되면 염도가 떨어지면서 가용성 고형물, 유기물농도(COD, Chemical oxygen demand), 총 미생물 균 수가 높아지면서 절임효율이 떨어지면서 위생적으로 안전하지 못한 문제가 있기 때문에 4∼5회사용 후 새로운 농축 염수로 갱신(更新)하는 것이 바람직하다.

본 발명의 배추의 절임공정을 도 2를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 전처리 된 배추를 망(2)에 넣은 것을 절임조(1)에 넣고, 상기 농축 염수를 배추가 잠기도록 주입하고, 절임조(1)의 농축 염수를 농축 염수 이송펌프(4)로 자화기(5)에 공급하여 자화처리 후 여과기에 공급하여 부유물질(浮游物質)을 제거한 후 절임조(1) 상부로 반송하면서 배추를 절임처리를 한 다음, 세정 및 탈수처리공정으로 보낸다.

농축 염수를 자화 처리하면 염수의 물 분자와 염수에 용해되어 있는 염분과 미네랄성분의 집단(Cluster)이 소집단화되어 표면장력이 떨어지면서 침투력이 향상되어 절임효율을 향상하도록 하며, 또한 자화처리된 염수를 여과기에서 부유물질을 제거한 염수를 절임조(1) 상부로 순환하면서 절임조(1) 내의 염수의 농도를 균일하게 유지되도록 하여 균일한 절임이 되도록 한다.

여과기(1)에 부유물질이 억류되어 여과기의 압력이 상승하면 여과를 중단하고, 역세수 저장조(7)에 저장된 담수 또는 해양 심층수를 역세펌프(8)로 여과기(6) 하부로 공급하여 억류된 부유물질을 제거하여 방류한다.

여과기(6)에는 여과 사의 유효경이 0.3∼0.45㎜, 균등계수는 2.0 이하의 모래를 여층의 두께를 0.5∼1.0m로 충전한 모래여과를 하며, 여과속도는 6∼10m/초로 한다.

자화기(5)는 정전압도전관자화기(靜電壓導電管磁化器) 또는 영구자석(永久磁石)을 사용한다.

정전압도전관자화기는 합성수지(PVC, PE, 스티렌 수지 등), 에보나이트 (Ebonite), FRP, 베이클라이트(Bakelite)와 같은 절연성 재료의 원통 관에 감은 코일(Coil)에 0.5∼5볼트(Volt)의 교류 또는 직류의 저전압을 인가하면 코일의 내부에는 자기장(磁氣場)이 형성되며, 여기에 염수(유체)를 통과하면 물 분자는 소집단화되어 소집단수(小集團水, Microclustered water)로 처리되면서 수중에 용해되어 있는 염분과 미네랄성분도 활성화된다.

그리고 정전압도전관자화기 대신에 자속밀도(磁束密度)가 12,000∼15,000가우스(Gauss)로 착자(着磁)된 영구자석을 사용할 수도 있다.

2. 세정, 탈염 및 탈수공정

배추의 절임이 끝난 다음에 절인 배추를 깨끗한 물로 씻는 과정이 세정이며, 탈염과 탈수과정을 수반한다.

세정은 절인 배추 내에 있는 이물질을 제거하기 위하여 물에 잘 헹구어내는 작업이며, 그 다음에 절인 배추에 배어 있는 소금을 다시 빼는 탈염처리 작업이다.

탈염처리하는 이유 중에 하나는 절인 배추가 짠맛이 매우 강하기 때문에 절인 배추 내의 염분의 일부를 제거한다.

마지막으로 절인 배추 표면에 묻어 있는 물 끼를 없애기 위하여 물이 잘 빠져나갈 수 있는 용기에 담아두어 탈수처리를 한다.

본 발명에서 세정, 탈염 및 탈수는, 절임이 된 배추를 전처리 된 해양 심층수로 표면에 부착되어 있을 수 있는 이물질을 2∼3회 세정한 다음, 해양 심층수 100부에 역삼투 여과공정에서 여과된 탈 염수 또는 염분이 없는 담수 180∼220부를 혼합하여 NaCl 농도가 0.8∼1.2wt%의 염수에 20∼30분간 침적하여 배추 조직에 침투되어 있는 염분의 일부를 탈염하여 배추의 조직 중에 염분의 함량이 2∼4wt%로 유지되게 세정 및 탈염한 다음, 탈수처리를 하여 양념주입공정으로 보낸다.

이때 지나치게 세정을 하여 배추의 조직 중에 염분의 함량은 1wt%이하로 되어 일반세균이 생육할 수 있는 삼투압이 2∼3atm 이하로 되면 부패의 우려가 있기 때문에 지나친 세정을 하여서는 안 되기 때문에 최종세정처리는 전처리 된 해양 심층수에 역삼투 여과공정에서 염분이 제거된 탈염수 또는 염분이 없는 담수를 주입하여 NaCl농도가 0.8∼1.2wt% 범위의 염수로 세정한다.

배추 속에 염분의 함량이 젖산균의 적정발효농도인 2∼4wt%가 유지되어야만 젖산균이 활발한 대사활동을 하여 맛있는 김치가 만들어질 수가 있다. 만약 유해미생물의 생육한계 삼투압(2atm이상) 이하로 염분의 농도가 낮아지면 유해미생물이 생육하면서 부패(腐敗)가 일어날 수 있으며, 반면에 염분의 농도가 4wt%이상 되면 짠맛이 심하여 맛이 떨어지면서 건강에도 좋지 않은 문제점을 야기할 수 있다.

세정을 한 배추는 스크린 망 또는 발 위에서 4∼6시간 동안 방치하여 물기를 탈수시킨다. 배춧잎에 물기가 많은 상태에서 양념을 버무리면 양념이 씻겨 내려가고 물이 많이 생긴다.

상기와 같이 전처리 된 배추를 절임을 한 배추는 탈수가 되어 처음의 무게에서 78∼85%로 줄어들게 된다.

[실시 예2]

평균 무게가 3㎏인 배추 40포기(전체 무게 121.3㎏)를 수송 중에 손상된 부분, 노후(老朽) 된 겉잎, 흙, 벌래 등을 제거한 다음, 2등분 한 것을 해양 심층수로 세정한 것을 망(2)에 넣은 것을 2㎥용량의 절임조(1)에 주입하고, 실시 예1에서 만든 농축 염수 1.32㎥를 배추가 잠기도록 주입하고, 용량이 4㎥/시간인 농축 염수 이송펌프(4)로 자속밀도가 11,500가우스(Gauss)인 Nd-Fe-B계의 영구자석 자화기(5)의 자계(磁界)를 통과하여 자화처리를 한 다음, 직경이 920㎜Φ인 여과기(6) 에 유효 경이 0.35㎜, 균등계수가 1.85인 모래를 두께가 1.0m로 충전한 모래여과기로 여과한 여과 수를 절임조(1) 상부로 12시간 동안 순환하면서 절임을 한 배추를 전처리여과한 해양 심층수로 3회 세정하고, 전처리 된 해양 심층수에 역삼투 여과에서 여과된 탈 염수를 주입하여 NaCl농도가 0.92wt%로 희석한 용수에 20분간 침적하여 세정한 배추를 스크린 망 위에서 5시간 동안 방치하여 탈수처리한 절임배추 98.2㎏를 만들었다.

실시 예1에서 만든 농축 염수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값을 측정한 결과는 도 4에서 보는 바와 같이 87.5㎐이었으며, 본 실시 예에서 자화처리를 하면서 철임처리를 끝난 후의 농축 염수의 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값을 측정한 결과는 도 4에서 보는 바와 같이 58.5㎐이었다. 그리고 절임배추의 염분의 농도는 2.4wt%이었다.

Ⅳ. 김치를 제조하는 단계

1. 양념주입공정

김치제조에 필요한 양념류의 여러 가지 부재료는 서로 혼합시키기 전에 전처리를 하여 준비한다.

많은 양의 김치를 담그는 공장의 경우에는 고춧가루를 시장에서 사다 쓰는 것보다 고추를 사서 분쇄기로 조제하는 것이 좋으며, 고추는 품종에 따라 매운 정도가 다르므로, 매운 정도와 품종에 따라서 고추의 양을 결정한다.

고추는 먼저 꼭지 및 부착 이물질을 제거한 다음, 분쇄기(粉碎機)로 분쇄하여 고춧가루를 만든다.

마늘은 마늘 박피기(剝皮機)로 껍질을 깐 다음, 물로 씻은 후 물기를 빼고 마쇄기(磨碎機)로 갈거나, 또는, 절구에서 다진다.

생강도 솔을 사용하여 껍질을 베낀 다음, 물로 씻은 후 물기를 빼고 마쇄기로 갈거나, 또는, 절구에서 다진다.

무는 몸이 단단하고 매끄러운 것으로 골라 잔뿌리는 떼고 깨끗이 씻어서 물기를 빼고 2mm 폭으로 둥글게 썬 다음 채 썰어 무채를 만든다.

쪽파, 갓, 미나리는 다듬어 씻어 4㎝ 길이로 썰고 대파는 흰 부분만 어슷어슷하게 썬다.

생굴은 껍질을 골라내고 심심한 소금물에 헹궈 씻어 건진다.

생새우는 티를 골라내고 씻어 물기를 뺀 후 분마기(粉磨機)에 곱게 간다.

멸치, 밴댕이, 조기(황석어), 갈치, 까나리, 뱅어를 선별하여 세척한 뒤 소금과 섞어 바람이 잘 통하는 곳에서 1년 이상 발효숙성시켜 달인 다음, 고운 베 보자기나 여과지로 여과한 액젓, 새우젓, 조개젓, 곤쟁이젓, 꼴뚜기젓, 연어알젓, 명란젓, 어리굴젓, 창난젓, 가라비치맛살젓, 오징어젓, 아가미 젓, 낙지젓 또는 가자미젓 중에서 한 종류이상의 젓갈을 사용한다.

준비된 부재료들은 양념혼합기를 이용하여 잘 혼합시키며 무채나 파 등이 파괴되지 않도록 혼합기를 천천히 돌려준다.

양념 배합비율은 기호도에 따라 달라질 수 있으나, 재료의 배합비율은, 절임배추 100부에, 상기에서와 같이 준비된 무는 10∼16부, 쪽파는 1∼1.4부, 갓은 3∼4부, 미나리는 1.8∼2.2부, 대파는 1∼1.4부, 마늘은 1.0∼1.4부, 생강은 0.3∼1부, 고춧가루는 1.5∼2.8부, 새우젓은 0.7∼0.9부, 젓갈류는 0.6∼4부, 생굴은 0.6∼0.7부와 생새우는 0.8∼1.2부의 부재료를 양념혼합기를 이용하여 잘 혼합시키며 무채나 파 등이 파괴되지 않도록 혼합기를 천천히 돌려 혼합하면서, 첨가제로는 트레할로스(Trehalose), 자당(蔗糖, Sucrose), 라피노오스(Raffinose) 또는 설탕(Sugar) 중에서 선택된 한 종류 이상 혼합한 비환원당(非還元糖)을 0.5∼1부를 혼합하여 양념을 만든다.

그리고 김치의 맛, 향미와 품질을 개선하기 위해서 5'-구아닐산 2 나트륨(Disodium 5'-Guanylate), 5'-이노신산 2 나트륨(Disodium 5'-inosinate) 또는 L-글루타민산나트륨(Monosodium L-Glutamate) 중에서 한 종류의 향료 풍미 개선제, 구연산(Citric acid), 초산(醋酸) 또는 젖산(Lactic acid) 중에서 한 종류의 산도 조절제, 밀가루 풀, 찹쌀 풀, 카라기난(Carrageenan), 퍼셀레란(Furcelleran) 또는 산탄 검(Xanthan gum) 중에서 한 종류의 호료(糊料)와 조직 증진제인 솔비톨(Sorbitol)과 같은 첨가제를 법적 허용첨가량 범위 이내에서 상기 양념을 만드는 과정에 첨가할 수도 있다.

상기의 양념은, 하루 전에 준비하여 냉장고에 보관하였다가 사용하는 것이 바람직하다.

상기 준비된 양념류와 첨가제를 혼합한 양념을 절인 배추의 겉잎부터(제일 아래부터) 하나하나 양념을 넣고 겉잎으로 싸주면서 양념을 주입한 배추는 스테인리스강(Stainless steel)의 정전기처리조(9)에 주입한다.

2. 정전기처리공정

정전기처리(靜電氣處理)는 정전기처리조(9)에 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)를 장전(裝塡)하고, 정전기발생장치(14)의 2차 코일(14c)의 출력선(14e)을 정전기처리조(9)에 연결하고, 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원을 인가(印加)하고, 전압조정기(電壓調整器: 14a)를 조정하여 정전기처리조(9)에 전압을 1,500∼5,000볼트(Volt), 전류를 10∼150㎂의 정전압을 4∼24시간 동안 인가하면서 정전기처리를 하여 양념성분, 염분과 미네랄성분을 배추의 조직 속에 골고루 침투되도록 한다.

도 3은 양념과 첨가제가 주입된 배추의 정전기처리공정도로, 정전기처리의 정전기발생장치(14)는 철심(14d), 1차 코일(14b), 2차 코일(14c), 출력선(14e), 절연처리 단말(14f)로 구성되어 있으며, 전압 조정기(14a)는 2차 코일(14c)에 접속하며, 2차 코일(14c)의 출력선(14e)은 절연애자(絶緣碍子: 12)에 의해서 절연된 가대(架臺: 11) 위에 설치된 정전기처리조(9)에 접속한다.

양념과 첨가제가 주입된 배추(10)를 장전(裝塡)한 정전기처리조(9)에 정전기발생장치(14)의 2차 코일(14c)의 출력선(14e)을 접속하는 것과 동시에, 2차 코일(14c)의 절연처리 단말(14f)을 정전기발생장치(14) 내의 절연물 안에 절연상태로 하고, 정전기처리조(9)를 절연애자(12)에 의해서 접지(15)와 절연상태로 한 가대(11) 위에 설치하고, 절연애자(12)의 접지(15) 측에 어스(Earth)를 하고, 정전기처리조(9)에 접지와의 사이에 콘덴서 C₁와 C₂가 형성된다.

정전기발생장치(14) 내의 고압 측 2차 코일(14c)의 일단인 절연처리 단말(14f)을 정전기발생장치(14) 내의 절연물 안에서 절연상태로 한 콘덴서 C₁을 형성하는 것과 동시에, 고압 측의 2차 코일(14c)의 남는 일단의 출력선(14e)을 절연애자(12)로 접지(15)와 절연한 정전기처리조(9)에 접속하여 콘덴서 C₂를 형성하며, 그 결과, 출력선(14e)과 접지(15) 간의 전압은 250∼3,500볼트(Volt), 전류는 10∼150㎂의 미약 전류가 되므로 접지상태에서 사람이 정전기처리조(9)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 전기장이 존재하는 경우에서도 외부전하와 반대의 전하가 나타난다. 이때 나타나는 전하를 유도 전하라 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 정전기처리라고 한다.

다시 말해서, 본 발명의 정전기발생장치(14)는 성층(成層)의 철심(14d)을 이용한 외철형 원형 코일 변압기 타입의 것이며, 정전기발생장치(14)의 1차 측 회로의 1차 코일(14b)을 전압 조정기(14a)를 개입시켜 교류 전원에 접속하여 정전기발생장치(14)의 2차 측 회로의 2차 코일(14c)의 절연처리 단말(14f)을 정전기발생장치(14) 내의 절연물 안에서 절연처리한 것과 동시에 2차 측 회로의 2차 코일(14c)의 출력선(14e)을 절연애자(12)는 접지(15)에 연결하여 절연한 가대(11) 위에 설치된 정전기처리조(9)에 250∼3,500볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류를 흐르게 하는 것에 의해서 정전기처리를 하면 정전기처리조(9)에 장전한 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)에 함유된 물 분자의 집단과 염분 및 미네랄성분은 미립자화 하여 통액성과 침투성이 높게 되어 배추의 조직 내부까지 쉽게 침투하게 된다.

정전기발생장치(14)는, 철심(14d)의 중앙부에 통 모양의 절연 필름을 끼워 넣고, 다시 절연 필름의 외주 면에 1차 코일(14b)과 2차 코일(14c)을 감고, 2차 코일(14c)은 예를 들어 직경 0.6㎜의 폴리에스테르(Polyester)로 피복 한 동선을 사용하여 220∼240권으로 하고, 2차 코일(14c)은, 예를 들어 직경 0.09㎜의 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 40,000회권으로 하지만, 이 2차 코일(14c)의 40,000회 중, 제1의 2차 코일(14c)을 22,000회권으로 하고, 제2의 2차 코일(14c)을 18,000회권으로 하여도 좋고, 이러한 동선코일의 직경, 종류, 동선의 권수 등은 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)의 처리용량과 처리시간(숙성시간), 인가전압 등의 조건에 따라서 결정을 한다.

통상의 경우, 이러한 동선코일(Coil)은 0.03∼3㎜의 것을 이용할 수 있으며, 동선의 종류는 폴리에스테르 또는 에나멜로 피복 한 동선을 사용하여 동선코일의 권수는 1차 코일(14b)은 200∼250회권으로 하고, 2차 코일(14c)은 28,000∼40,000회권으로 하거나 2차 코일(14c) 내에서 제1의 2차 코일(14c)을 16, 800∼22,000권으로 하고, 제2의 2차 코일(14c)을 11,200∼18,000권으로 해도 좋다.

2차 코일(14c)의 절연처리 단말(14f)은 정전기발생장치(14) 내에 있고, 그 첨단 부분을 절연 테이프로 감은 후, 타르 피치(Tar pitch) 등의 절연물을 정전기발생장치(14) 내에 충전해서 2차 코일(14c)의 절연처리 단말(14f)을 가려 싸도록 해서 절연 하지만, 절연물은 타르 피치 이외에도 절연유, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄 수지 등도 이용할 수도 있다.

정전기발생장치(14)에 교류를 흐르게 하여 정전기발생장치(14)의 1차 전압을 전압조정기(14a)로 조작하여 100∼220볼트(Volt)로 조정하면, 2차 측 즉 2차 코일(14c)의 단말(14e 및 14fb) 사이에는 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이 발생하지만, 2차 측 회로의 2차 코일(14c)의 절연처리 단말(14f)을 절연하고 있으므로, 절연애자(12)로 절연된 가대(11) 위에 정전기처리조(9)에 출력선(14e)과 접속하고 접지(15)와 사이에는 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압과 10∼150㎂의 전류가 흐르게 된다.

상술한, 2차 측에 발생한 12,000∼18,000볼트(Volt)의 전압이, 정전기처리조(9)와 접지(15) 사이에 3,500∼5,000볼트(Volt)의 전압, 10∼150㎂의 전류가 되는 것은 2차 코일(14c)의 절연처리 단말(14f) 부위의 콘덴서 C₁과 가대(11) 하부 부위의 콘덴서 C₂인 절연애자(12), 2차 코일(14c)의 저항, 코일의 교류 저항회로에 의하는 것이다.

즉, 전술한 회로는, 도 3에 나타내듯이, 콘덴서 C₁과 콘덴서 C₂에 의한 공진 회로를 형성하는 것이며, 2차 코일(14c)의 일단인 절연처리 단말(14f) 부위인 콘덴서 C₁과 2차 코일(14c)의 출력선(14e)을 절연애자(12)로 절연되고 있는 가대(11) 부위의 콘덴서 C₂에 의한 출력전압으로부터의 방전에 의한 공진 주파수에 의해서 정전기유도를 일어나게 한다.

정전기처리조(9)의 크기, 그리고 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)의 장전한 양과 절연애자(12) 높이에 따라서 정전기처리조(9)와 접지(15) 사이의 전압은 3,500∼5,000볼트(Volt)로 변동하며, 전류도 10∼150㎂ 범위로 변화하며, 또한, 입력 전원을 전압조정기(14a)로 0∼220볼트(Volt) 범위로 조정하는 것에 따라서 전압과 전류를 변동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 교류저항회로에 의해서 발생시킨 정전기처리조(9)의 전압은 무 부하(無負荷) 시에 3,500∼5,000볼트(Volt)이지만, 전류는 10∼150㎂ 범위의 미약한 전류이므로 인체에 대해서 안전하고, 감전 또는 화재 등의 트러블(Trouble)을 일으킬 우려는 없으며, 또한, 정전기처리조(9)에 인가되는 전압과 전류는 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)의 장전하에서는 양(量)과 정전기처리조건에 따라서 전압조정기(14a)에 의해서 전압을 조정하지만, 통상의 경우는 정전기처리조(9)와 접지(15) 간의 전압이 550∼1,600볼트(Volt), 전류 30∼100㎂ 범위로 하는 것에 의해서 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)를 정전기유도를 하는데 적절한 교류 전계(電界)를 구성할 수 있다.

그리고 정전기처리조(9)에 대해서는, 정전기처리조(9, 전극)가 +전하가 되면, 접지(15) 측에서는 -전하가 유전(誘電)되며, 반대로 정전기처리조(9)가 -전하가 되면 접지(15) 측에서는 +전하가 유전되며, 이후 교류 전원의 주파수에 따라서 정전기처리조(9)는 1초간에 주파수(50 내지 60회)만큼 +전하와 -전하가 바뀌게 되며, 이것에 따라서 접지(15) 측의 전하도 유전되어 +전하와 -전하가 바뀌게 된다.

일반적으로 물질은 원자에 의해 성립되고 있고, 이 원자는 원자핵과 전자에 의해 구성되고 있으며, 다시 원자핵은 중성자와 양자로 구성되어 있고, 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 분극이 되므로 이를 전자분극(電子分極) 혹은 원자분극(原子分極) 이라고 하며, 정전기처리조(9)에 장전한 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)에 높은 정전압을 인가하면 모든 분자는 정전기유도에 의해서 +전하와 -전하의 교체에 따라서 순응하려고 하지만, 분자 간의 결합력의 강한 것과 약한 것의 차이가 생겨 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)에 함유된 수분의 물 분자 집단(Cluster)은 수소결합(水素結合)이 부분적으로 절단(切斷)되어 소집단화(小集團化) 하여 소집단수(Microclustered water)로 처리되면서 표면장력(表面張力)이 적게 되면서 점성이 적게 되어 영양성분, 염분, 미네랄성분도 분자의 이온화가 촉진되어 초미립자화 되어 침투성이 높아지며, 그 결과 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)는 침투성이 용이하게 되어 양념성분, 염분과 미네랄성분이 배추의 세포조직의 구석구석까지 침투하게 된다.

그리고 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)의 처리 물량이 많은 경우에는 절연애자(12)에 의해서 절연된 지면 바닥(13) 위에 정전기처리조(9)를 복수로 여러 개를 설치하여 각 정전기처리조(9) 내에 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)를 장전하고, 양념과 첨가제가 주입된 배추(10)를 정전기처리를 한다.

3. 숙성 및 포장공정

식당이라든가 가정에서 발효숙성 후 먹는 경우에는, 상기 양념과 첨가제가 주입된 배추를 정전기처리한 것을 항아리에 배추의 자른 단면이 위로 오도록 항아리에 차곡차곡 주입하고, 10∼15℃에서 3∼4일간 발효숙성하여 김치를 제조한다.

수출과 슈퍼마켓(Supermarket)에 공급하여 판매하는 경우는 유통기간이 길기 때문에 발효숙성을 하지 않고, 상기 양념과 첨가제가 주입된 배추를 정전기처리한 것을 파우치(Pouch) 봉투에 넣고 포장하여 유통 중에 발효숙성이 되도록 한다.

유통기간이 장기간인 경우는 0∼-3℃범위로 온도가 유지될 수 있는 콜드체인(cold chain) 시스템이 갖추어진 냉장차량으로 이송을 하여야 하며, 저장 역시 0∼-3℃범위의 온도에서 유지보관하도록 한다.

그리고 상기에서 제조된 김치를 3개월에서 3년간 장기간 보관하였다가 식용하는 경우는, 항아리에 상기의 제조된 김치를 넣고, 지면(地面)에서 동결심도(凍結深度, Freezing depth) 이하에 묻어 묵은 김치를 제조한다.

상기에서 김치를 넣은 항아리를 땅 속에 묻어 묵은 김치(묵은지 또는 오모가리라 하기도 함)를 제조하는 경우는, 김치를 넣은 항아리 상부에는 뚜껑을 덮고, 주저리(볏짚의 끝을 모아 엮어서 김칫독 위에 덮어씌워 눈비를 가리며 추위를 막는 데 쓸 수 있도록 만든 것)로 덮어 놓아 김치와 공기 중에 있는 산소의 접촉을 차단하여 골마지(김치 겉면에 생기는 곰팡이 같은 물질)가 김치에 끼지 않도록 해야 한다.

김치에서 골마지는 김치를 장기간 보관하면서 식용하는 경우 공기와 접촉하는 부분에 생성되는데, 골마지는 그람양성균이 생산해 낸 젖산을 먹고 자라기 때문에 골마지는 발효 중기 이후에 나타나기 시작한다. 골마지는 산막효모와 펙틴(Pectins)분해 세균으로 구성되어 있고, 그람양성균은 젖산을 만들어 내는 여러 종의 유산균(乳酸菌)들로 구성되어있다.

또한, 0.25∼3년 동안 장기간 발효숙성하여 묵은 김치를 만드는 경우는, 상기에서 제조된 김치를 두께 1㎜ 이상의 비닐봉투에 충전하고, 진공장치로 기체부분을 최대한 배제한 다음, 밀봉포장하여, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 수온이 -2∼5℃ 범위 해양 심층수에 침적(沈積) 저장하여 발효·숙성된 묵은 김치를 제조한다.

김치는 저온에서도 발효·숙성이 아주 느리게 진행되어 발효 숙성과정 중 생성되는 이산화탄소가스나 휘발성 유기산들이 김치의 조직이나 액즙 속으로 스며들어 독특한 향과 맛을 나게 된다.

[실시 예3]

무채 15㎏, 4㎝ 길이로 썬 쪽파 1.3㎏, 4㎝ 길이로 썬 갓 4kg, 4㎝ 길이로 썬 미나리 2㎏, 4㎝ 길이로 썬 대파 1.3㎏ , 다진 마늘 1.3㎏, 다진 생강 0.32㎏, 고춧가루 2.62㎏, 새우젓 0.8㎏, 멸치액젓 0.65㎏, 생굴 0.65㎏과 생새우 1㎏를 배합한 후 회전식 배합기에서 7rpm속도로 혼합하면서 자당 0.8㎏을 주입하고, 10분 혼합하여 만든 양념을 실시 예2에서 만든 절임배추 98.2㎏에 포기마다 양념을 주입한 것을 절연애자(12)에 의해서 절연된 가대(11) 위에 설치된 1.5㎥용량의 스테인리스 통인 정전기처리조(9)에 주입하고, 정전기발생장치(14)의 2차 코일(14c)의 출력선(14e)을 정전기처리조(9)에 연결하고, 인입 전원을 220볼트(Volt), 주파수 60㎐의 교류 전원을 인가(印加)하고, 전압조정기(14a)를 조정하여 정전기처리조(9)에 전압을 3,500볼트(Volt), 전류를 25㎂의 정전압을 6시간 동안 인가하면서 정전기처리를 한 것을 항아리에 주입하고, 10℃에서 4일간 발효숙성하여 김치를 만들었다.

[실시 예4]

상기 실시 예3에서 제조한 김치 40㎏를 20㎏씩 2개에 비닐봉투에 주입하고, 봉투 내부의 기체를 완전히 배제한 다음, 밀봉하여 울릉도 앞바다 해저 250m의 수온이 2℃의 해양 심층수에 380일 동안 침적하여 저장하였다가 인양하여 묵은 김치를 만들었다.

[실시 예5]

실시 예3에서 만든 김치와 D사에서 만든 김치를 슈퍼마켓에서 구입하여 B식당에서 일반 손님 20인을 패널리스트로 하여 시식도록 한 결과, 김치의 맛과 향미에 대한 테스트를 한 결과는 다음 표2의 내용과 같았다.

표2 김치를 시식한 후 맛과 향미에 대한 10인의 패널리스트 평가결과

구분		매우 좋다.	좋다.	동일하다.	못하다.	매우 못하다.
평가항목	맛	19인	1인	-	-	-
	향미	18인	2인	-	-	-
	종합평가	19인	1인	-	-	-

상기의 실시 예2에서 보는 바와 같이 종래의 일반적으로 만든 김치에 비해서 본 발명의 방법으로 만든 김치의 맛과 향미가 우수하다는 결과를 확인할 수 있었다.

Claims (4)

1. 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수의 취수하여 모래여과(Sandfiltration), 정밀여과(Microfiltration) 또는 한외여과(Ultrafiltration) 중에서 선택된 한 종류의 여과를 하여 전처리를 한 해양 심층수 또는 역삼투여과(Reverse osmosis) 공정에서 여과되지 않고 농축된 해양 심층수에 해양 심층수를 농축하여 제조된 소금을 주입하여 보메도 비중이 8∼14°Be범위의 해양 심층수로부터 농축 염수를 생산하는 단계와,

   구입된 배추를 수송 중에 손상된 부분과 노후(老朽) 된 누런 겉잎을 제거한 후 진동체를 통과시켜 흙, 먼지, 배추벌레나 이물질을 털어 제거한 다음, 배추 표면에 부착된 흙, 먼지 등의 이물질을 깨끗이 세정하여 배추를 전처리하는 단계와,

   상기 세정한 배추를 망(2)에 넣은 것을 절임조(1)에 넣고, 상기 농축 염수를 배추가 잠기도록 주입하고, 절임조(1)의 농축 염수를 농축 염수 이송펌프(4)로 자화기(5)에 공급하여 자화처리 후 여과기(6)에 공급하여 부유물질(浮游物質)을 제거한 후 절임조(1) 상부로 반송하면서 배추를 절임처리를 한 다음, 세정, 탈염 및 탈수처리하여 절임배추를 생산하는 단계와,

   상기 절임배추에 양념과 첨가제를 주입한 배추(10)를 정전기처리조(9)에 장전(裝塡)하고, 정전기발생장치(14)의 2차 코일(14c)의 출력선(14e)을 정전기처리조(9)에 연결하고, 인입 전원을 100∼220볼트(Volt), 주파수 50∼60㎐의 교류 전원을 인가(印加)하고, 전압조정기(電壓調整器: 14a)를 조정하여 정전기처리조(9)에 전압을 1,500∼5,000볼트(Volt), 전류를 10∼150㎂의 정전압을 4∼24시간 동안 인가하면서 정전기처리를 한 다음, 발효숙성하여 김치를 제조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 김치를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 농축 염수를 해양 심층수를 농축하여 소금을 제조하는 공정에서 보메도 비중이 8∼14°Be범위로 농축된 염수로 대체하여 해양 심층수로부터 생산된 염수를 이용하여 김치를 제조하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에서 제조된 김치를 항아리에 넣고, 지면(地面)에서 동결심도(凍結深度, Freezing depth) 이하에 묻어 묵은 김치를 제조하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에서 제조된 김치를 비닐봉투에 충전하고, 진공장치로 기체부분을 배제한 다음, 밀봉포장하여, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 수온이 -2∼5℃ 범위 해양 심층수에 침적(沈積) 저장하여 발효·숙성하여 묵은 김치를 제조하는 방법.