KR20090128585A - 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본 발명은 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수를 개질 처리한 주류제조용수를 이용하여 막걸리의 제조방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 해양 심층수를 이용하여 막걸리의 제조에 있어서, 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리한 다음, 모래여과, 정밀여과, 한외여과 또는 나노여과를 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 해양 심층수의 전처리단계와, 상기 처리된 해양 심층수는 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에 의해서 탈염처리하여 탈염수를 생산하는 탈염단계와, 상기 탈염수의 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리한 다음, 역삼투여과공정으로 보내어 붕소화합물이 제거된 여과수를 생산하는 붕소화합물제거단계와, 상기 붕소화합물을 제거한 여과수의 pH를 5.8∼8.5로 조정하면서, 미네랄조정제 또는 전 처리된 해양 심층수를 공급하여 경도를 150∼300㎎/ℓ범위로 조정하여 주류제조용수로 사용하거나, 이를 물의 개질 처리하여 막걸리제조에 사용하는 주류제조용수를 생산하는 단계와, 상기 주류용수를 막걸리제조에 이용하여 막걸리를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징이 있다.

해양 심층수(海洋深層水), 막걸리, 탈염수(脫鹽水), 발효수(醱酵水), 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정, 이온교환공정, 물의 개질

Description

해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법{A method to produce makgeolli using deep-ocean water}

본 발명은 본 발명은 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수를 경도의 조정과 물 분자를 개질 처리한 주류제조용수를 이용하여 막걸리의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 막걸리제조에서 사용하는 발효수(醱酵水)인 주류제조용수는 지하광천수 또는 하천수를 정수처리하여 사용하는데, 산업의 발전과 인구의 집중으로 인하여 지하광천수 또는 하천수는 환경오염물질이 오염되어 있어 위생적으로 안전하지 못한 문제점이 있으면서, 이와 같은 환경오염물질을 제거하는데 처리비용이 높은 문제점이 있다.

본 발명은 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해양 심층수를 탈염처리한 탈염수를 막걸리제조에서 제조용수(발효용수)로 이용하여 위생적으로 안전한 막걸리를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 해양 심층수를 이용하여 막걸리의 제조에 있어서, 해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리한 다음, 모래여과, 정밀여과, 한외여과 또는 나노여과를 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 해양 심층수의 전처리단계와, 상기 처리된 해양 심층수는 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에 의해서 탈염처리하여 탈염수를 생산하는 탈염단계와, 상기 탈염수의 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리한 다음, 역삼투여과공정으로 보내어 붕소화합물이 제거된 여과수를 생산하는 붕소화합물제거단계와, 상기 붕소화합물을 제거한 여과수의 pH를 5.8∼8.5로 조정하면서, 미네랄조정제 또는 전 처리된 해양 심층수를 공급하여 경도를 150∼300㎎/ℓ범위로 조정하여 주류제조용수로 사용하거나, 이를 물의 개질 처리하여 막걸리제조에 사용하는 주류제조용수를 생산하는 단계와, 상기 주류용수를 막걸리제조에 이용하여 막걸리를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징이 있다.

본 발명은 해양 심층수의 탈염수를 막걸리제조에서 주류제조용수(발효용수) 로 이용하였을 때는 위생적으로 안전하기 때문에 주류제조에서 용수로 널리 이용되는 효과가 있을 것으로 기대된다.

먼저, 해양 심층수(海洋深層水)의 특성을 검토하면, 해양 심층수는 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층(海底深層)의 해수를 해양 심층수라고 부르며, 표층 해수와는 달리 햇빛이 닿지 않아 플랑크톤(Plankton) 및 생명체가 증식하지 못하기 때문에 영양염류의 농도가 높으면서 수온에 따른 밀도차이로 표층해수와 혼합되지 않아 표층해수에 존재하는 오염물질이 없으며, 표층의 해수와 비교하였을 때 저온안정성(低溫安定性), 오염물질, 유해세균이나 유기물이 매우 적은 청정성(淸淨性), 식물의 성장에 매우 중요한 무기영양염류가 풍부한 부영양성(富營養性)과 다양한 미네랄성분이 균형 있게 존재하는 미네랄밸런스(Mineral balance)특성과 고압 저온상태에서 긴 세월동안 물 분자의 집단(Cluster)이 소집단화(小集團化)되어 표면장력이 적어 침투성(浸透性)이 좋은 물로 숙성된 숙성성(熟成性) 등의 특성이 있다.

해양 심층수란 햇빛이 닿지 않고, 또한, 표층의 해수와 섞이지 않는 깊이에 있는 해수로, 통상 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층의 해수를 해양 심층수라고 부르고 있으며, 해양 심층수는 표층해수에 비해서 오염물질 및 유해세균이 전혀 함유되어 있지 않으면서 표2의 "해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치"에서 보는 바와 같이 발효미생물의 생육에 필요한 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 철(Fe), 아연(Zn), 나트륨(Na) 등 주요원소가 70종류를 넘는 다종다양한 미네랄성분(Mineral components)이 포함되어 있으면서 영양염류, 생균수, 수온은 상당한 차이가 있는 특성이 있다.

표2 해양 심층수와 표층해수의 성분 분석치

구분		울릉도 현포		일본 고지현 무로도(高知縣 室戶)
		650m 해양 심층수	표층해수	374m 해양 심층수	표층해수
일 반 항 목	수온（℃）	0.5	23	11.5	20.3
	pH			7.98	8.15
	DO 용존산소(㎎/ℓ)	6	8	7.80	8.91
	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
주 요 원 소	Cl 염화물이온(wt%)	NaCl로 3.41	NaCl로 3.45	2.237	2.192
	Na 나트륨(wt%)			1.080	1.030
	Mg 마그네슘(㎎/ℓ)	1,320	1,280	1,300	1,310
	Ca 칼슘(㎎/ℓ)	393	403	456	441
	K 칼륨(㎎/ℓ)	380		414	399
	Br 취소(㎎/ℓ)			68.8	68.1
	Sr 스트론튬 (㎎/ℓ)			7.77	7.61
	B 붕소(㎎/ℓ)			4.44	4.48
	Ba 바륨(㎎/ℓ)			0.044	0.025
	F 불소(㎎/ℓ)			0.53	0.56
	SO4 2 -(㎎/ℓ)			2,833	2,627
영 양 염 류	NH4 +암모니아태질소(㎎/ℓ)			0.05	0.03
	NO3 -질산태질소(㎎/ℓ)	0.28	0.040	1.158	0.081
	PO4 3 -인산태인(㎎/ℓ)	0.06	0.012	0.177	0.028
	Si 규소(㎎/ℓ)	2.80	0.440	1.890	0.320
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)	0.22		0.217	0.355
	Mn 망간(㎍/ℓ)	0.27		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)	-		5.095	5.565
	Cr 크롬(㎍/ℓ)	0.02
균 수	생균수(개/㎖)	0	520	0	540
	대장균수(개/㎖)	음성	음성	음성	음성

해양 심층수 이용의 역사는 짧고, 지금까지 수산분야(水産分野)를 시작으로 식품(食品)이나 의료(醫療), 건강산업(健康産業), 음료수(飮料水), 화장품(化粧品) 등의 비수산분야(非水産分野)에 있어도, 다양한 연구를 하고 있으며, 해양 심층수는 다음과 같은 특성이 있다.

1. 저온 안전성(低溫 安全性)

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

2. 청정성(淸淨性)

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

① 물리적 청정성

물리적 청정성은 부유물질(浮游物質), 현탁물질(懸濁物質)이 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 저항 이 늘어나 취수불능이 되는 것이 많은데, 해양 심층수는 플랑크톤, (병원성) 미생물, 클로렐라 등의 총생균수는 표층수의 10분의 1에서 100분의 1로 적은 특성이 있다.

③ 화학적 청정성

해양 심층수는 오염된 표층해수와 혼합이 일어나지 않기 때문에 다이옥신이나 PCB, 유기 염소화합물, 유기주석 등 이른바 환경오염물질에 오염되어 있지 않은 특성이 있다.

3. 부영양성(富營養性)

해양 심층수는 표층해수에 비해서 바다생물의 근원이 되는 식물플랑크톤(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 무기영양염의 농도가 높다.

4. 미네랄의 특성

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

동·식물의 생육에 필요한 주요원소가 많으면서 필요하기는 하지만 다량으로 섭취하면 해가 되는 필수 미량원소인 동, 아연과 같이 사람의 건강에 깊은 관계가 있는 것은 극히 소량 포함되어 있다고 하는 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 향상되어 청량감(淸凉感)이 우수한 것으로 밝혀져 있다.

일반적으로 하천수로부터 생산된 경우 핵자기공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값은 130∼150㎐로 나타내고 있으며, 해양 심층수의 경우는 장소에 따라서 상당한 차이가 있는데, 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.

해양 심층수는 상기와 같은 특성이 있으나, 막걸리제조에서 발효용수(醱酵用水)로 사용하기 위해서는 과잉으로 함유되어 있는 염분을 제거한 다음, 미네랄조정제로 경도를 조정하고, 또한 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance) ¹⁷O-NMR 반치폭의 값이 70㎐ 이상 되는 경우는 청량감이 떨어지기 때문에 물을 개질(改質) 할 필요가 있다.

그리고 해양 심층수에는 붕소화합물이 4∼5㎎/ℓ 범위로 함유되어 있는데, 단순한 나노여과와 역삼투여과방법 또는 이온교환막법인 전기투석처리에 의해서는 음료수 허용기준치 0.3㎎/ℓ 이하로 처리가 어렵다.

해양 심층수에 함유되어 있는 붕소화합물은 붕산(H₃BO₃)의 형태로 존재하며, 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 단순한 나노여과 및 역삼투여과에 의해서는 음료수기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려우며, 또한, 해리정수(解離定數) pKa의 값이 9 정도로 해양 심층수 중에서는 거의 비해리(非解離) 상태로 존재하면서 이온상태로는 거의 존재하지 않기 때문에 전기투석법에 의해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있기 때문에 pH를 9∼11 의 알칼리(Alkali)로 처리하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환한 다음, 역삼투여과를 하여야 붕소화합물을 제거할 수 있다.

경도조정공정에서 미네랄조정제는, 해양 심층수를 1가 양이온선택교환 막과 1가 음이온선택교환 막을 사용한 전기투석장치 또는 전기추출장치에서 NaCl과 KCl과 같은 1가 염을 선택적으로 제거한 다음, Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스를 조정한 시판되는 제품을 사용한다. 그리고 물의 개질 공정(改質工程)에 의해서 개질 처리를 한다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

Ⅰ. 해양 심층수의 전처리단계

1. 취수 및 가온 처리공정

해양 심층수는 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층에서 취수하여 후속처리를 원만하게 처리될 수 있도록 20∼30℃로 가온 처리를 한다.

해양 심층수의 취수방법은 선상(船上)에서 해저 200m보다 깊은 곳까지 배관을 내려 취수하던가, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관을 설치하여 펌프(Pump)로 취수하던가, 해수면에서 수심 200m보다 깊은 해저심층까지 배관을 설치하고 취수정을 해수면 이하로 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 가온하여 전처리 여과공정으로 보낸다.

2. 전처리 여과공정

전처리 여과공정은 모래여과, 정밀여과(Microfiltration), 한외여과(Ultrafiltration) 또는 나노여과(Nanofiltration) 중에서 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 수중의 부유고형물질(SS: Suspended solid)을 제거한 여과된 해양 심층수는 1차 탈염단계로 보낸다.

이때 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.

이때 취수된 해양 심층수의 탁도(濁度)가 2㎎/ℓ 이하인 경우는 모래여과는 할 필요가 없다.

그리고 정밀여과와 한외여과(限外濾過)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 탁질 농도를 나타내는 수치로 다음 ①식으로 표현된다.

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

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.

나노여과에서는, 후속 탈염처리를 역삼투여과장치, 전기투석장치 또는 전기추출장치에 의해서 수행하는 경우는 막 막힘의 원인이 되는 황산 이온(SO₄ ^{2 -})을 제거한 해양 심층수는 붕소제거단계로 보낸다.

나노여과 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.

그리고 나노여과 막의 소재는, 폴리아미드(Polyamide)계, 폴리피페라진아미드(Polypiperazineamide)계, 폴리에스텔아미드(Polyesteramide)계 또는 수용성의 비닐폴리머(Vinylpolymer)를 가교(架橋)한 것을 사용할 수 있으며, 막 구조는 막의 한 면에 치밀 층(緻密層)으로 되어 있으며, 치밀 층으로부터 막 내부 혹은 한 면의 막을 향해서 서서히 큰 구멍에서 미세구멍으로 구성되어 있는 비대칭 막(非對稱膜)이나, 이러한 비대칭 막의 치밀 층 위에 다른 소재로 형성된 매우 얇은 분리기능층(分離機能層)을 가지는 복합 막(複合膜) 등을 사용할 수 있으며, 피페라진 폴리 아미드계 복합 막이 바람직하지만 본 발명에서는 막의 재질과 구조에는 특별히 제한하지는 않는다.

나노여과에서는 후처리의 1차 탈염처리공정에서 스케일(Scale)생성의 원인이 되는 황산 이온(SO₄ ^{2 -})을 제거하는 것이 주목적으로, 전처리여과에서 수중의 부유고형물질을 제거한 해양 심층수는 나노여과장치로 보내어 여과되지 않은 황산 이온 함유수는 방류(放流)하고, 여과수는 탈염단계로 보낸다.

나노여과 막에서 이온의 투과순서는, 양이온의 경우는 Ca^{2 +}＞Mg^{2 +}＞Li⁺＞Na⁺＞K⁺＞NH₄ ⁺ 이고, 음이온의 경우는 SO₄ ^{2 -}≫HCO₃ ^-＞F^-＞Cl^-＞Br^-＞NO₃ ^-＞SiO₂ 이며, 황산이온(SO₄ ^{2 -})의 경우는 Mg^{2 +}와 Ca^{2 +}보다도 투과하기 어렵다.

나노여과장치에서 공급압력은 염 농도가 3.5wt%인 해양 심층수의 삼투압 25㎏/㎠보다 낮은 15∼20㎏/㎠으로 하며, 나선형의 경우 막투과수량(膜透過水量)은 0.7∼1.4㎥/㎡·일로 하면 이때 막 투과수량은 유입수량의 70∼80%가 된다.

Ⅱ. 탈염단계

상기 전처리 여과공정에서 처리된 해양 심층수는 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에 의해서 탈염처리한 다음, 붕소제거단계의 pH조정공정 으로 보낸다.

그리고 증발·응축공정에 의한 탈염처리를 하는 경우나, 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정 또는 냉동공정에 의한 1차 탈염처리를 한 다음, 이온교환공정으로 2차 탈염처리를 하는 경우 탈염수 중에 붕소의 농도가 0.3㎎/ℓ 이내로 처리가 되면, 경도조정공정 또는 물의 개질 공정으로 보내거나, 또는, 경도는 적절하지 않지만, 경비절감을 위해서 막걸리제조공정에 제조용수로 이용할 수도 있다.

상기 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정과 이온교환공정에 의한 탈염처리공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

1. 역삼투여과공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수가 역삼투여과공정에 공급되면, 운전압력을 50∼70㎏/㎠으로 역삼투여과 막에 공급하여 여과되지 않고 농축된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 여과된 탈염수는 붕소제거단계의 pH조정공정으로 보낸다.

역삼투여과공정의 여과 막이 나선형 여과 막인 경우 운전압력을 55∼56㎏/㎠에서 막 투과수량은 0.5∼0.8㎥/㎡·일로 운전하면 여과수인 탈염수에는 염분이 99.0∼99.85wt% 범위로 제거되며, 유입수량의 40∼60%가 여과된다.

상기 역삼투여과의 막 모듈(Module) 형태도 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.

2. 전기투석공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 양이온교환 격막과 음이온교환 격막이 양극과 음극 사이에 교호적(交互的)으로 다단을 설치하여 탈염실과 염농축실로 구성된 전기투석장치의 탈염실로 공급하고, 염농축실로는 염수를 공급하면서 정류기로부터 직류전기를 양극과 음극에 인가(印加)하면, 탈염실로 공급된 해양 심층수 중에 함유된 염분은 전기적인 인력에 의해서 염농축실로 이동하게 되어 농축된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 탈염실에서 염분이 탈염처리된 탈염수는 붕소제거단계의 pH조정공정으로 보낸다.

3. 전기추출공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 염추출실 내부에 양극과 음극 사이에 양이온교환 격막과 음이온교환 격막으로 격리된 탈염실을 다단으로 설치한 전기추출장치의 탈염실과 염추출실로 공급하면서 정류기로부터 직류전기를 인가하면 탈염실 내의 해양 심층수에 함유된 염분은 염추출실로 이동하여 농축된 염수는 소금제조공정으로 보내고, 탈염실에서 염분이 탈염처리된 탈염수는 붕소제거단계의 pH조정공정으로 보낸다.

4. 냉동공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 보온처리된 냉각코일이 내장된 냉각장치에 공급하고, 냉동기로부터 냉매를 냉각코일을 통해서 순환하면서 냉각장치 내의 해양 심층수의 온도를 냉각하여 -2℃ 이하로 되면 셔벗(Sherbet) 상태의 얼음이 생산되기 시작하며, 온도가 -22.40℃, 함수의 농도가 26.285wt%의 공정점(共晶點, Cryohydric point, 含氷晶이라 하기도 함)에 도달할 때까지는 염분함량이 적은 셔벗 상태의 얼음 생산된다. 공정점보다 낮은 온도로 계속 냉각을 하면 단사정계(單斜晶系, Monoclinic system)의 이수화물인 NaCl·2H₂O의 상태의 얼음이 생산되면서 염분이 함유된 얼음이 생산된다.

따라서 본 발명에서는 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 -22.40℃까지 냉각하면서 생산된 셔벗(Sherbet) 상태의 얼음을 생산한 다음, 용해하여 탈염처리된 탈염수는 붕소제거단계의 pH조정공정으로 보낸다.

5. 증발·응축공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 증발기에 공급하고, 가열하여 증발된 증기(Steam)를 응축하여 응축된 응축수를 막걸리제조공정의 제조용수로 사용하거나, 경도조정공정 또는 물의 개질 공정으로 보낸다.

증발·응축공정에서 응축된 응축수에는 붕소의 농도가 음용수기준치 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 붕소제거단계가 필요 없음으로 경비 절감을 위해서 경도가 적절하지 않지만 그대로 막걸리제조공정의 제조용수로 사용할 수도 있다.

6. 이온교환공정

상기 전처리 여과공정에서 여과된 해양 심층수를 바로 이온교환공정으로 처리하는 경우는, 염분의 농도가 너무 높아서 경제성이 전혀 없기 때문에, 상기 역삼투 여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정 또는 냉동공정에서 1차 탈염처리한 탈 염수를 양이온교환 수지탑, 음이온교환 수지탑, 양·음이온 양쪽성 수지탑을 순차적으로 통과시켜 염분을 제거한 탈 염수는 막걸리제조공정의 제조용수로 사용하거나, 경도조정공정 또는 물의 개질 공정으로 보낸다.

이온교환공정에서 탈염된 탈 염수에서도 붕소의 농도가 음용수기준치 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 붕소제거단계가 필요 없음으로 이 역시 경비 절감을 위해서 경도가 적절하지 않지만 그대로 막걸리제조공정에 제조용수로 사용할 수 있다.

Ⅲ. 붕소제거단계

1. pH조정공정

해양 심층수에 붕소는 4∼5㎎/ℓ범위로 함유되어 있으면서 붕산(H₃BO₃)의 형태로 존재하며, 이온반경이 0.23Å 정도로 입자의 크기가 적기 때문에 단순한 나노여과 및 역삼투여과에 의해서는 음료수기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려우며, 해리정수(解離定數) pKa의 값이 9 정도로, 해수 중에서는 거의 비해리(非解離) 상태로 존재하며, 이온상태로는 거의 존재하지 않기 때문에 전기투석과 전기추출에 의 해서도 음료수 처리기준치 0.3㎎/ℓ이하로 처리가 어려운 문제점이 있기 때문에 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리를 하여 붕산을 겔(Gel) 상태의 폴리(Poly) 붕산으로 전환한 다음, 역삼투여과공정으로 보내어 붕소화합물을 제거한다.

수중의 붕산은 알칼리처리를 하면 다음과 같은 ②의 반응에 의해서 겔 상태의 폴리 붕산으로 전환된다.

B(OH)₃ + OH^_ → [B(OH)₄]^- → [B₃O₃(OH)₄]^- → [B₄O₅(OH)₄]^2-→ [B₅O₆(OH)₄]^- …②

2. 역삼투여과공정

상기 pH조정공정에서 pH를 9∼11 범위로 조정하여 붕소화합물을 폴리 붕소화합물로 전환한 것을 역삼투여과공정의 여과 막에 운전압력을 5∼25㎏/㎠으로 공급하여 여과되지 않은 붕소화합물 함유수는 중화처리 후 방류하고, 붕소화합물이 음료수 기준치인 0.3㎎/ℓ이하로 여과된 탈붕소수인 여과수는 주류제조용수를 생산하는 단계의 중화처리 및 경도조정공정으로 보낸다.

본 역삼투여과공정에 유입되는 유입수는 염분이 거의 함유되어 있지 않기 때문에 운전압력을 5∼25㎏/㎠범위의 낮은 압력으로 운전을 한다. 나선형 여과 막의 경우 막 투과수량은 0.6∼1.2㎥/㎡·일로 운전이 되며, 이때 여과수 중에 붕소화합물은 음료수 기준치 0.3㎎/ℓ이하로 여과된다.

역삼투여과공정에서는 pH가 9∼11의 알칼리상태로 공급되어도 스케일(Scale)을 생성하는 CaCO₃, CaSO₄와 같은 물질은 상기의 나노여과공정 및 역삼투여과공정에 서 제거되었기 때문에 스케일의 생성은 문제되지 않는다.

Ⅳ. 주류제조용수를 생산하는 단계

1. 중화처리 및 경도조정공정

중화처리 및 경도조정공정에서는, 상기 탈붕소수인 여과수에 산(酸)을 주입하여 pH를 음료수 기준치인 5.8∼8.5로 조정하면서, 미네랄조정제 또는 전 처리된 해양 심층수를 공급하여 경도를 150∼300㎎/ℓ범위로 조정하여 처리된 처리수는 물의 개질 공정으로 보낸다.

상기 중화처리에 사용하는 산(酸)은, 구연산(Citric acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Malic acid), 호박산(Succinic acid), 푸마르산(Fumaric acid), EDTA(Ethylene diamine tetra acetic acid), 젖산(Lactic acid) 또는 아스코르빈산(Ascorbic acid)과 같은 미네랄성분과 착염을 생성하는 유기산 또는 황산(黃酸) 중에서 한 종류의 산을 사용한다.

상기 경도조정에서 미네랄조정제는, 해양 심층수를 1가 양이온선택교환 막과 1가 음이온선택교환 막을 사용한 전기투석장치 또는 전기추출장치에서 NaCl과 KCl과 같은 1가 염을 선택적으로 제거한 다음, Ca/Mg의 중량비가 2∼6의 범위로 미네랄밸런스를 조정한 시판되는 제품을 사용한다.

해양 심층수 원수의 핵자기공명(核磁氣共鳴, Nuclear magnetic resonance, NMR)의 ¹⁷O-NMR 스펙트럼(Spectrum) 반치폭(半値幅)의 값(㎐)이 70㎐이면서 핵자기 공명 ¹⁷O-NMR 반치폭의 값(㎐)을 낮게 처리하지 않은 경우는 물의 개질 공정을 생략하고, 중화처리 및 경도조정공정에서 pH와 경도가 조정된 처리수를 주류제조용수로 사용한다.

그리고 주류제조용수의 제조경비를 절감하기 위해서는, 하천수를 정수한 수돗물또는 지하광천수(샘물포함)를 정수한 담수(淡水)에 전 처리된 해양 심층수를 주입하여 경도를 150∼300㎎/ℓ범위로 조정한 것을 막걸리제조공정에서 주류제조용수로 사용할 수도 있다.

2. 물의 개질 공정

상기 중화처리 및 경도조정공정의 처리수를, 자화처리(磁化處理), 정전압도전처리(靜電壓導電處理, 靜電氣處理), 초음파처리(超音波處理), 원적외선처리(遠赤外線處理), 마이너스이온처리, 광화처리(Mineralization), 산소 또는 오존을 주입한 물을 100∼150기압으로 가압하는 방법, 고압으로 압축한 물을 액체의 공동현상(空洞現象, Cavitation)을 야기시켜서 생기는 음파에너지에 의한 처리방법, 정전압도전관(靜電壓導電管處理), 고주파처리(高周波處理), 전기분해처리(電氣分解處理) 중에서 한 종류 이상의 물의 개질 공정(改質工程)을 조합하여 개질 처리를 하여 개질된 주류제조용수(酒類製造用水)를 막걸리제조공정에 이용한다.

상기 물의 개질 공정들은 공지되어 있는 기술이기 때문에 이들 기술에 대해서는 구체적으로 기술하지 않는다.

Ⅴ. 주류제조용수를 막걸리제조에 이용하는 단계

막걸리제조과정의 발효과정에서 종래에 사용하던 하천수 또는 광천수를 정수한 물을 발효용수(醱酵用水)로 사용하던 것을 상기의 주류제조용수로 사용하여 막걸리를 제조한다.

막걸리제조과정에서 종래에 사용하던 하천수 또는 광천수를 정수한 물을 발효용수(醱酵用水)로 사용하던 것을 상기의 주류제조용수로 사용하는 것 이외는 종래의 막걸리제조공정에서 종래의 제조 레시피(Recipe)에 따라서 막걸리를 제조한다.

도 1은 해양 심층수를 탈염처리하여 막걸리제조의 주류제조용수로 처리하는 공정도

Claims (6)

1. 해양 심층수를 이용하여 막걸리의 제조에 있어서,

   해양 심층수를 취수하여 20∼30℃로 가온 처리한 다음, 모래여과, 정밀여과, 한외여과 또는 나노여과를 한가지 이상의 공정을 조합한 여과를 하여 전 처리된 해양 심층수를 생산하는 해양 심층수의 전처리단계와,

   상기 전처리 여과공정에서 처리된 해양 심층수는 역삼투여과공정, 전기투석공정, 전기추출공정, 냉동공정, 증발·응축공정 또는 이온교환공정 중에서 한 종류 이상 조합한 탈염처리공정에 의해서 탈염처리하여 탈염수를 생산하는 탈염단계와,

   상기 탈염수의 pH를 9∼11의 알칼리(Alkali)로 처리를 한 다음, 역삼투여과공정으로 보내어 붕소화합물이 제거된 여과수를 생산하는 붕소제거단계와,

   상기 붕소화합물이 제거된 여과수의 pH를 5.8∼8.5로 조정하면서, 미네랄조정제 또는 전 처리된 해양 심층수를 공급하여 경도를 150∼300㎎/ℓ범위로 조정하여 중화처리 및 경도를 조정한 주류제조용수를 생산하는 단계와

   상기 주류제조용수를 막걸리제조공정에 사용하여 막걸리를 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 중화처리 및 경도를 조정한 주류제조용수를, 자화처리(磁化處理), 정전압도전처리(靜電壓導電處理, 靜電氣處理), 초음파처리(超音波處理), 원적외선처리(遠赤外線處理), 마이너스이온처리, 광화처리(Mineralization), 산소 또는 오존을 주입한 물을 100∼150기압으로 가압하는 방법, 고압으로 압축한 물을 액체의 공동현상(空洞現象, Cavitation)을 야기시켜서 생기는 음파에너지에 의한 처리방법, 정전압도전관(靜電壓導電管處理), 고주파처리(高周波處理), 전기분해처리(電氣分解處理) 중에서 한 종류 이상의 물의 개질 공정(改質工程)을 조합하여 개질 처리를 하여 개질 된 주류제조용수(酒類製造用水)를 막걸리제조공정에 이용하여 막걸리를 제조하는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 탈염단계의 탈염수 중의 붕소농도가 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 탈염수를 경도조정공정으로 보내는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 탈염단계의 탈염수 중의 붕소농도가 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 탈염수를 물의 개질 공정으로 보내는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 탈염단계의 탈염수 중에 붕소농도가 0.3㎎/ℓ 이내로 처리되면, 탈염수를 막걸리제조공정에 제조용수로 이용하여 막걸리를 제조하는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 주류제조용수를 막걸리제조공정에 사용하는 대신에 담수에 전처리한 해양 심층수를 주입하여 경도를 150∼300㎎/ℓ범위로 조정한 물을 막걸리제조공정에 이용하여 막걸리를 제조하는 것을 특징으로 하는 해양 심층수를 이용하여 막걸리를 제조하는 방법.

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