해조류를이용한해수소금제조기법및성분분석 이승원 김현주 문덕수 정동호 최학선한국해양연구원 / 해양시스템안전연구소해양심층수연구센터 Manufacturing Process and Component Analysis of Sea Salt using Seaweeds S. W. Lee, H. J. Kim, D. S. Moon, D. H. Jung, H. S. Choi Ocean Development System Laboratory, KORDI,/KRISO, Daejon, Korea KEY WORDS: Ocean Water 해양심층수, 강산성수, 강알칼리성수, Seaweeds 해조, Salt 소금 ABSTRACT: In this research, we have developed a manufacturing process for sea salt by horizontal spray drying technique using the deep and seaweed(sea tangle)., strong acidic and strong alkaline was used as extraction solvent of seaweed. Sodium content in seaweed extract solution by strong alkaline was 1.63(mg/g), which was 3.5 times lower than of seaweed extract by strong acidic. Major mineral content(na, K, Ca) in sea salt by deep were higher than strong acidic and strong alkaline. On the contrary, Mg content in sea salt salt by deep were lower than strong acidic and strong alkaline. We thought that these result of sea salt using seaweed that there was possibility of low-salt product and salt product with functionality. 1. 서론소금은인간이생존하기위해없어서는안될필수적인자원이며, 이를구하기위한노력은아주오래전부터이루어져왔고지금도계속되고있다. 21세기에들어서생활수준의향상과함께성인병, 퇴행성질환, 대사성질환등이증가함에발맞추어약물에의한치료못지않게질병의예방및치료효능을갖는기능성식품에대한필요성이증가하고, 건강을우선시하는경향이강해지면서좋은소금에대한욕구가강해지고있다. 현재, 소금은다양한방법으로제조되고있으며, 식용소금은 KS규격에따라천일염과정제염으로구분되고, 정제염은다시기계적으로대량생산되는기계염과가열공정을거친가공염 ( 구운소금, 볶은소금, 생금, 죽염 ) 으로구분되며, 외국에서수입된암염등이있다 ( 문덕수등, 2006). 소금의제조와그특성에관한연구는극히미미하여돌소금의생산구조 (Jeong, 1998) 와정제염에관한연구, 소금종류별무기물조성 (Jo and Shin, 1998), 중금속함량 (Park et al., 2000; Hwang, 1988), 외형구조에대한부분적인연구 (Ha and Park, 1998) 등이있제1저자이승원연락처 : 강원도고성군오호리 245-7 033-630-5020 fukusei@moeri.re.kr 을뿐이다. 천일염의경우해양의이용도가높아지면서연안오염요인이증가하여소금에서중금속과같은유해물질오염의가능성이높아지고있다 (Hwang, 1988; Hong et al., 1996). 정제염의경우 Ca과 Mg 같은미네랄을거의함유하지못하는문제 (Park et al., 1987) 등이제기되고있다. 미네랄의대표적인공급원이라할수있는해조류는육상식물보다다종다량의무기질이함유되어있으며 (Nisizawa et al., 1987; Indegaard et al., 1991), 특히해조류는해수중에있는미네랄중특정원소를선택해서축적하는성질이있기때문에조체성장및생명유지에필요한미네랄이풍부하다 (Yamamoto, 1984). 미네랄가운데칼슘과마그네슘은뼈와치아의형성및유지, 칼륨과나트륨은근육과신경의균형조절, 철은산소운반, 인은에너지대사와효소의활성화등인체에매우중요한생리기능을담당하는불가결한물질로부족시에는장애를초래한다 (McCarron, 1985; Committe on Diet & Health, 1989). 해양심층수는태양광이도달하지않는수심 200m 이상의깊은곳에존재하여연중안정된저온을유지하고있으며유기물이나병원균등이거의없다. 또한해양식물의생장에필수적인영양염류가풍부하고미네랄조성이양호한무한정의해수자원이다. 이러한심층수의특성을이용해서일본, 미국등에서는에너지, 식품, 담수화, 수산업, 의료, 농업등다양한산
업분야에활용하고있다. 국내에서는최근들어심층수개발이진행중이며, 동시에산업분야에활용하기위한다양한연구가진행되고있다 ( 김현주, 2002; 정동호등, 2004). 본연구에서는해양심층수의식품분야활용을위한시도로서, 연안오염요인이증가하여소금에서중금속과같은유해물질오염가능성이높아짐에따라청정성과영양성을높인고기능성소금을원하는소비자들의요구를충족시키기위한일환으로, 고혈압, 동맥경화및대장암등의예방효과가있는다시마와해양심층수의청정성, 부영양성및미네랄성을이용한고품질해수소금의제조기법을모색하고, 제조된해수소금의성분분석을통해그특성을알아보고자한다. 2. 본론 2.1 재료본실험에사용된갈조류인다시마 (sea tangle, Laminaria japonica) 는거진시장 ( 산지 : 강원도고성군근해역 ) 에서건조된것을구입하였다. 건조다시마를 1cm 1cm의크기로세절한후흐르는수도수에 2회이상세척하여용출된염분기를우선제거한후해조류샘플로해조추출실험에이용하였다. 추출실험의추출용매로는해양심층수원수및농축수그리고해양심층수를이용, 강전해수생성기를사용하여강산성수와강알칼리성수를이용하였다. 강원도고성해역수심 300m 이하의해양심층수를이용하여생산된해수소금은연안표층해수를이용한천일염에비하여청정성을확보할수있었다. 특히해수담수화과정에서부산물로생산되는미네랄농축수는일반해수를활용하는것보다소금생산에있어훨씬경제적이다. 2.2 해조추출실험추출용매 ( 원수, 강산성수, 강알칼리성수 ) 1L에다시마를넣고 50-60 에서 3시간가열하였다. 추출후에는체반에걸러서고형물은버리고추출된용액만을취하여여과한후해조추출물은 TDS(Total Dissolved Solids), ph, NaCl 및전도도측정실험에사용하고, 일반성분, 식이섬유, 당류, 비타민A 및아미노산함량측정은한국식품연구원에의뢰하였다. 각해조추출물에 3배량의농축수를혼합하여해수소금제조에이용하였다. 2.3 제염방법해수소금의성질은제조방법에따라달라진다. 제염과정에서무엇을얼마나남길것인가하는것이제염기술의핵심이라할수있다. 더나아가서무엇을어떻게없앨것인가하는것은제염기술의고도화를위한과제이기도하다. 소금의제조법에는천일염법, 기계염법, 재제염법및기공염법등이있다. 이러한전통적인소금제조법은최근연안역의오염에따른품질문제나기계염이미네랄을거의함유하지못하는문제등이제기되고있다. 이로부터현대적인건조기법을이용한고품질소금제조가모색되어왔으며본연구에서는상온순간결정제염법인분무건조법을활용하여소금을제조하였 고제조된소금은무기질과미량금속함량측정에이용하였다. 분무건조법은용액또는반죽상태의혼합물을노즐이나미립화장치를통해작은액적으로분무하여뜨거운건조매질과접촉시켜건조된상태의분말, 과립등을만드는방법이다. 분무건조법은접촉면적이넓고건조시간이짧아열에민감한물질의건조에적합하며건조된물질의크기, 밀도등의최종상태를조절하기쉬운이점이있어미네랄소금생산에적합하다. 2.4 해수소금의무기질및미량금속함략측정 소금의무기질측정및중금속함량의측정은수평분무식소금을각각일정량을취하여탈이온수로적절히희석하여무기질함량및미량금속함량 (Na, Mg, Ca, K, B, Cu, Fe, Li, Si, Zn, V, Co, Rb, Ba, Pb, Mo, Se, Cd, Cs, U, P, Mn, Ge, As, Ni, Ga, Hg) 을측정하였다. Na, Mg, Ca, K 측정용소금은각소금 0.001g을탈이온수 100ml에녹여희석한후, 이것을다시 100 배희석하여시료로사용하였고, 다른원소측정용소금은각소금 0.001g을탈이온수 100ml에녹여희석하여시료로사용하였다. 무기질및미량금속함량측정을위하여유도결합플라즈마질량분석기 (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry, Elan DRC II, Perkin Elmer) 을이용하여분석하였다. Table1. Analysis condition of ICP-MS for mineral and heavy metal contents in edible seaweeds. Model Instrument Gas RF Power Nebulizer gas flow rate Coolant gas flow rate Auxiliary gas flow rate Plasma gas flow rate Calibration curve 3.1 해조추출물의성분분석 3. 결과및고찰 Elan DRC II Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry Ar Gas 1450 W 1.03 L/min 15 L/min 1.50 L/min 18.00 L/min 0.1 1 10 100 ppm 해조추출에사용된추출용매의성분분석은 Table 1에나타내었다. TDS함량에서강산성수와강알칼리성수는 2.1 및 1.15 를나타내강산성수에서강알칼리성수보다조금높은결과를얻었다. ph의경우에는강전해수생성기를사용하였으므로예측된결과를얻을수있었다. 해양심층수농축수의염화나트륨함량은 36.1 로일반적인해양심층수의염화나트륨함량보다조금높은결과를보였으며, 강산성수는 2.11, 강알칼리수는 1.11 을보여주었다. 전도도측정결과해양심층수원수 (46)
보다농축수 (56) 의경우가높게나타났으며, 전도도에서강산성수및강알칼리성수는 3.6 및 2.04로강산성수에서높게나타났다. Table 2. Component analysis of solvent TDS (ppt) 7.66 30.85 2.10 1.15 ph 8.75 8.91 1.90 13.10 NaCl (mg/g) 33.50 27.0 2.11 1.11 ED 57.00 46.0 3.60 2.04 소금제조에사용된해조추출물의성분분석은 Table 3과 4에나타내었다. TDS함량의경우해양심층수원수로추출한경우 6.58ppt, 강산성수와강알칼리성수가각각 0.75ppt 및 0.50ppt를나타내었고, 이것은심층수원수를 33ppt로하여강전해수생성기를통해강산성수와강알칼리수가생성되므로, 수치가확연히차이가있는것으로판단된다. ph의경우원수는 8.08로가열하기전의해양심층수원수의 ph 7.78보다다소높게나타났으며, 강산성수, 강알칼리성수각각 4.27, 8.43로심층수원수의경우 8.09로약알칼리성으로변화한것을볼수있으며, 강산성수역시 ph 4.28로약산성으로변화하였고, 강알칼리수의경우 8.43으로약알칼리성으로변화하였다. 해양심층수원수의염화나트륨함량은보통 34.1 이나원수해조추출물의염분은 59.92 로가열에의한결과로생각되며, 강산성수는 5.83, 강알칼리수는 1.63 을보여주었다. 전도도측정결과원수해조추출물이 50.00, 강산성수및강알칼리성수해조추출물은 6.35 및 4.37을나타냈다. NaCl의경우 TDS와같이해양심층수원수에서확연히높은값을보였으며, 강산성수의경우강알킬리성수에비해수치가높게나타나, 강산성수에서강알칼리성수보다추출을촉진하는것으로사료된다. 또한전도도의경우도 TDS와 NaCl의결과와마찬가지로나타났다. Table 3. Component analysis of seaweed extract (Ⅰ) TDS (ppt) 7.70 32.90 3.77 2.51 ph 7.72 8.09 4.28 8.43 NaCl (mg/g) 36.10 59.09 5.83 1.63 ED 56.00 50.00 6.35 4.38 해조추출물의수분함량은원수추출물이 96.82%, 강산성수추출물이 99.00%, 강알칼리성수추출물이 99.92% 로원수추출물의수분함량이가장적었으며, 단백질함량에서는원수추출물, 강산성수추출물, 강알칼리성수추출물이각각 0.03%, 0.04%, 0.03% 로비슷한수준이었으나회분함량과식이섬유함량은원수추출물에서만각각 2.69% 및 0.10% 를나타냈다. 17종의아미노산함량을측정한결과아스파르트산만이검출되었고원수추출물, 강산성수추출물, 강알칼리성수추출물각각 11.2mg /g, 13.5mg /g, 12.1mg /g 이였다. Table 4. Component analysis of seaweed extract (Ⅱ) Moisture Crude protein Ash Fiber Aspartic acid (mg/100g) 3.2 해수소금의무기질함량 96.82 99.0 99.92 0.03 0.04 0.03 2.69 ND ND 0.10 ND ND 11.2 13.5 12.1 식품중에존재하는미네랄은무기형태와유기형태로존재하는데, 칼슘, 인, 마그네슘등은뼈와치아의주요구성성분이며, 인, 칼슘, 철, 유황등은여러가지생리기능을갖는유기화합물의구성분이되고, 근육, 혈색소등연조직의주요성분이다. 미네랄은인체내혈액의 ph를 7.3-7.56 수준으로유지시키는완충작용, 소화액또는체액의산성또는알칼리성조절작용, 체액의삼투압조절과용해성부여기능, 근육및신경조직의흥분및진정작용, 대사관여효소의활성화및효소반응의촉진작용등많은생리적기능을지니고있다 (Gaman and Sherrington, 1990). 본실험에서실시한해수소금제조에서얻어진소금의주요미네랄의 ICP분석결과는 Table 5와같다. 대조구인농축수만으로제조한소금은나트륨다음으로칼슘의함량이많았으며, 다음으로마그네슘의함량이높게나타났다. 반면일반바닷물농축액에서건조된소금에서는나트륨, 마그네슘, 칼륨의순서로나타난이전의보고와차별된결과가나타났다 ( 김과이외, 2004). 나트륨의경우농축수에비해서도원수로추출한해조소금에서가장높게나타났으며, 강알칼리수로추출한해수소금에서 19% 로가장낮게나타났으나, 마그네슘의경우강알칼리수로추출한해조소금에서 8.3% 로다른실험구에비해두배넘게나타났다. 칼륨에서는이전의논문에서와같이대조구에비해해수소금에서함량이높은것을알수있다 ( 김과이외, 2004). 나트륨을제외하고는원수에서추출한해조소금과강산성수에서추출한해조소금에서비슷한경향을보였다.
Table 5. The contents of major minerals in seaweed salt Na Mg K Ca 24.7 30.2 25.4 19.0 3.4 3.0 3.2 8.3 2.0 3.2 2.5 2.9 7.7 8.3 8.4 7.4 제조된해수소금내에미량미네랄성분분석은 Table 6에서나타내었다. 가장큰수치를보인것은붕소로, 심층수농축수로제조된소금의경우 57.31 ppm, 원수와강산성수, 강알칼리성수로추출제조된해수소금에서는 70 ppm 이상으로나타났다. 또한인의경우원수와강산성수로제조된해수소금에서높은수치를나타났으나, 대조구에서는 1.68 ppm으로무려 40 배이상의차이로나타났다. 니켈의경우와아연의경우는대조구에서는다른구에비해두배가량높은수치로나타났으나, 역시미량이었다. 주요미네랄성분분석결과와미량미네랄성분에있어서도해양심층수원수와강산성수로추출제조된해수소금에서비슷한경향을보였다. 이러한결과는다른연구에서보고된해수소금의망간, 아연, 니켈등에서보다조금높은값을보이고있었다 ( 김동한등, 2003, 2004). 이것은해양심층수에보다풍부한미네랄성분이포함되어있기때문인것으로판단된다. Table 6. The contents of minor minerals in seaweed salt B Si P Mn Fe Ni Zn Se 57.31 77.45 72.19 73.86 26.70 13.65 26.46 24.85 1.68 78.53 74.50 44.28 1.01 0.65 0.52 0.41 17.56 10.70 12.40 14.47 2.82 1.92 1.80 1.38 9.48 4.94 6.07 5.14 1.13 1.09 1.26 1.69 해양심층수의식품분야활용을위한시도로서수행된본연구에서고혈압, 동맥경화및대장암등의예방효과가있는다시마와해양심층수의청정성, 부영양성및미네랄성을이용한고품질해수소금제조가능성을얻을수있었다. 현재시중에서판매되고있는소금제품의고염농도를우려한저염소금에대한필요성이커지고있으며, 본연구에서제조된해수소금의성분분석결과는저염소금및기능성을보유한고부가가치의소금제품제조가능성을보여주었다고판단되며, 해조류및해양심층수의특성이라고할수있는미네랄과식품으로의이용가능성에대한좀더구체적인조사연구가필요하다고생각된다. 후 본연구는해양수산부의지원으로수행된 해양심층수다목적개발 연구결과중일부임을밝히며, 연구비지원에감사드립니다. 기 참고문헌 김동한, 이상복, 임종환 (2004). 해조소금의제조에관한연 구, 한국식품학회지, 제36권, 제6호, pp 937-942 김동한, 임종환, 이상복 (2003). " 해조소금의성분특성에관한 연구, 한국식품학회지, 제35권, 제1호, pp 62-66. 김현주 (2002). 해양심층수자원의개발및이용에대하여, 대한조선학회지, 제39권, 제4호, pp 123-128. 문덕수, 김현주, 신필권, 정동호 (2005). 수평분무식해양심층수소금의성분특성, 한국수산학회지, 제38권, 제1호, pp 65-69. 임영근, 최진석, 김동수 (2006). 기장산과완도산식용해조류중의미네랄함량, 한국수산학회지, 제39권, 제1호, pp 16-22. 정동호, 김현주, 박한일 (2004). 수치해석적방법을통한해양심층수취수용유연라이저의거동해석에관한연구, 한국해양공학회지, 제18권, 제4호, pp 15-22. Committee on Diet & Health (NRC). 1989. In Diet and Health. National Academy Press. Washington D.C., 347-366. Gaman, P.M. and K.B. Sherrington. 1990. Mineral elements and. In: The Science of Food. 3rd ed. Permon Press, England, 103-115. Ha, J.O. and K.Y. Park. 1998. Comparison of mineral contents and external structure of various salts. Kor. J. Food Sci. Nutr., 27, 413-418. Hong, K.T., J.Y. Lee and B.K., Jang. 1996. Heavy metal contents of marketing salts and bay salts by heating. Kor. J. Sanit. 11, 79-84. Hwang, S.H. 1988. A study on the heavy metal contents of common salts in Korea. Kor. J. Env. Health. Soc., 14/1, 73-86.
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