용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조방법{THE PREPARATION METHOD OF MINERAL WATER USING MAGMA SEAWATER}

본 발명은 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조방법에 관한 것이다.

용암해수는 바닷물이 육지부의 지하로 흘러들면서 현무암층과 사니층에 의해 자연 여과되고 상당기간 숙성된 용암해수는 제주도가 보유한 독특한 수자원이며, 제주도에서는 1980년대부터 용암해수의 저온성과 청정성 등의 특성을 활용하여 넙치 양식장의 사육수로 사용하여 왔으며, 5 ~ 6년 전부터는 건강, 미용 등의 측면에서 사우나 등의 용수로 사용되면서, 크게 각광을 받고 있다.

최근 해양심층수를 이용하여 먹을 수 있는 음료로 제조하기 위해 아래와 같은 여러 연구가 시행된 바 있다.

한국등록특허공보 제10-0589795호(해양심층수로부터 음료수를 생산하는 방법)에는, 해양심층수를 가온처리한 후, 이를 소집단수 처리한 다음, 여과단계를 거쳐 부유고형물질을 제거하고, 이를 다시 나노여과하고 1차 역삼투여과하여 황산염과 2가 이상의 미네랄염을 제거한 다음 pH 조정공정을 통해 pH를 조정한 후, 이를 다시 2차 역삼투여과공정을 통해 붕소화합물을 제거하고, 미네랄조정제를 사용하여 음료수를 생산하는 방법이 공개되어 있다.

한국등록특허공보 제10-0654683호(동해심층수를 이용한 음용수 제조시스템))에는, 동해심층수를 전처리한다음, 담수화시스템과 수질조정시스템에 투입하여 제조된 음료수의 제조방법이 공개되어 있다.

그러나, 상기와 같이 해양심층수나 동해심층수를 이용하여 음료를 제조하는 방법들은 연구되어 있으나, 그 과정이 매우 복잡하며, 용암해수를 이용하여 미네랄 함량이 높은 미네랄워터를 제조하는 방법에 대해서는 아직까지 연구된 바가 없다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 용암해수를 이용하여 미네랄함량이 높은 미네랄워터를 제공하려는 목적이 있다.

또한, 정제공정을 간편하게 하여 짧은 시간에 저렴한 비용으로 미네랄워터를 제조하는 방법을 제공하려는 목적도 있다.

본 발명은 용암해수를 이용하여 미네랄 함량이 높은 미네랄워터를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조방법은, 용암해수를 준비하는 제1단계;와, 준비한 용암해수를 정밀여과장치 및 한외여과장치를 이용하여 순차적으로 여과시켜 미세입자가 제거된 1차 염수를 제조하는 제2단계;와, 제2단계에서 제조된 1차 염수를 역삼투압장치를 통해 2차 염수를 제조하여 따로 준비해두는 제3단계;와, 제2단계에서 제조된 1차 염수를 전기투석장치를 통해 3차 염수를 제조하는 제4단계;와, 상기 제3단계에서 생성된 2차 염수의 일부를 비중이 1.25 Be이 될때까지 농축시킨 뒤, 이를 여과하여 황산칼슘이 함유된 침전물을 획득하는 제5단계;와, 제3단계에서 준비해둔 2차 염수와 제4단계에서 제조한 3차 염수를 20 ~ 80 : 1 중량비로 혼합하여 미네랄염수를 제조한 후, 여기에 제5단계에서 획득한 침전물을 넣고 용해시켜 미네랄워터를 제조하는 제6단계;로 구성된다.

본 발명의 또 하나의 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조방법은, 용암해수를 준비하는 제1단계;와, 준비한 용암해수를 정밀여과장치 및 한외여과장치를 이용하여 순차적으로 여과시켜 미세입자가 제거된 1차 염수를 제조하는 제2단계;와, 제2단계에서 제조된 1차 염수를 역삼투압장치를 통해 2차 염수를 제조하여 따로 준비해두는 제3단계;와, 제2단계에서 제조된 1차 염수를 전기투석장치를 통해 3차 염수를 제조하는 제4단계;와, 상기 제3단계에서 생성된 2차 염수의 일부를 비중이 1.25 Be이 될때까지 농축시킨 뒤, 이를 여과하여 침전물은 제거하고 남은 여액을 비중이 1.30 Be가 될때까지 농축시킨 뒤, 이를 여과하여 다시 생성된 침전물은 제거한 후, 남은 여액을 비등점이 124 ℃가 될때까지 가열한 후, 여과하여 침전물을 얻고, 이 얻어진 침전물에 온수(20 ~ 30 ℃)를 넣어 녹인 후, 비중이 1.35 Be가 되도록 가열시킨 후, 이를 35 ℃까지 냉각시켜 황산마그네슘이 함유된 침전물을 획득하는 제5단계;와, 제3단계에서 준비해둔 2차 염수와 제4단계에서 제조한 3차 염수를 20 ~ 80 : 1 중량비로 혼합하여 미네랄염수를 제조한 후, 여기에 제5단계에서 획득한 침전물을 넣고 용해시켜 미네랄워터를 제조하는 제6단계;로 구성된다.

본 발명의 또 다른 하나의 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조방법은, 용암해수를 준비하는 제1단계;와, 준비한 용암해수를 정밀여과장치 및 한외여과장치를 이용하여 순차적으로 여과시켜 미세입자가 제거된 1차 염수를 제조하는 제2단계;와, 제2단계에서 제조된 1차 염수를 역삼투압장치를 통해 2차 염수를 제조하여 따로 준비해두는 제3단계;와, 제2단계에서 제조된 1차 염수를 전기투석장치를 통해 3차 염수를 제조하는 제4단계;와, 상기 제3단계에서 생성된 2차 염수의 일부를 비 중이 1.25 Be이 될때까지 농축시킨 뒤, 이를 여과하여 침전물은 제거하고 남은 여액을 비중이 1.30 Be가 될때까지 농축시킨 뒤, 이를 여과하여 다시 생성된 침전물은 제거한 후, 남은 여액을 비등점이 124 ℃가 될때까지 가열한 후, 여과하여 침전물을 얻고, 이 얻어진 침전물에 온수(20 ~ 30 ℃)를 넣어 녹인 후, 비중이 1.35 Be가 되도록 가열시킨 후, 이를 30 ℃이하로 냉각시켜 생성된 침전물에 냉수(0 ℃)를 넣고 녹인 후, 탈수시켜 염화칼륨이 함유된 침전물을 획득하는 제5단계;와, 제3단계에서 준비해둔 2차 염수와 제4단계에서 제조한 3차 염수를 20 ~ 80 : 1 중량비로 혼합하여 미네랄염수를 제조한 후, 여기에 제5단계에서 획득한 침전물을 넣고 용해시켜 미네랄워터를 제조하는 제6단계;로 구성된다.

본 발명자들은, 하기 실시예에서 확인되는 바와 같이, 용암해수에는 인체에 유용한 다양한 미네랄이 다량으로 존재한다는 것을 확인함과 동시에, 그 용암해수는 암모니아성질소, 질산성질소, 인산염인, 페놀류 등 유해 물질을 함유하고 있지 않고, 또 일반세균, 대장균, 과망간산칼륨소비량 등은 먹는물의 수질기준(먹는물관리법 제5조의 규정에 의한 먹는물의 수질기준을 말함) 이하로 밝혀져 매우 청정하다는 것임을 확인할 수 있었다.

특히, 제주도 동부지역의 용암해수가 다량의 미네랄을 함유하고 있는데, 이는 생성 당시에 해수가 내륙 쪽으로 침투하여 용암해수가 생성되고 이 용암해수가 미네랄이 풍부한 현무암류의 암석과 오랜 기간 상호 작용을 통하여 다량의 다양한 미네랄이 용암해수에 용해되었기 때문인 것으로 사료된다.

여기서 제주도 동부지역은 행정구역상 구좌읍, 성산읍, 표선면을 말한다.

제주 용암해수에는 아래의 표 1과 같이 해양심층수(일본고지현) 및 일반해수보다 나트륨, 마그네슘, 칼슘 및 칼륨 등의 필수미네랄뿐만 아니라, 일반 유용미네랄 성분들(철, 망간, 아연, 몰리브덴 등)도 많은 양이 함유되어 있다.

또한, 상기 표 1에 나타나 있듯이, 제주 용암해수에는 대장균, 페놀류 등이 검출되지 않으며 질산성질소, 인산염인등은 기준치 이하로 분석되고, 비소, 수은, 카드늄 등 유해성분도 검출되지 않았고, 납은 극히 미량이 검출되었다.

그 중에서도 인슐린분비를 안정시키는 작용으로 현재는 당뇨병 치료, 고지혈증 개선효과가 있는 바나듐과 혈액순환 촉진, 면역력 증강, 항암작용을 갖는 게르마늄, 지방의 산화작용억제, 심장과 간을 유지하는 상승효과, 라디칼 소거능력, 항암, 불임, 노화 및 콜레스테롤 수치 개선효과가 있는 셀레늄의 함유는 해양심층수에서도 보고된 적이 없는 용암해수만의 특징이 있다.

게다가 이들 미네랄은 이온화된 상태에 있으며, 이온화된 미네랄은 인체나 타 동물에 대해 소화흡수가 용이하다.

또한, 용암해수에는 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 스트롬듐, 규소등의 일반 미네랄성분이 해양심층수와 비슷하거나 많이 함유되어 있으며, 해양심층수에서거의 함유되어 있지 않은 바나듐, 게르마늄, 셀레늄등의 기능성 미량 미네랄 성분들도 검출되었다.

이것은 바닷물이 육지 투수 암반층을 통과하면서 암반의 미네랄을 자연스럽게 녹이게 되고 이를 통해 바닷물에는 거의 없던 미네랄의 함량이 늘어나게 된 것으로 사료된다.

규소-규산염의 함량 또한 위 기술한 이유에 의해 함량이 많이 늘어난 결과를 보인 반면 황산이온과 브롬의 경우 해양심층수나 일반해수에 비하여 적게 나타났다.

납, 알루미늄, 시안, 수은, 카드늄, 크롬6가 등은 검출되지 않아 안전함이 입증되었다.

본 발명에서는 상기와 같이 채수된 용암해수를 여과시켜 미세입자를 제거하는 단계를 거치는데 이는 용암해수에 함유되어 있을 수 있는 미세모래, 콜로이드상 입자 등의 미세입자를 제거하기 위한 것이며, 정밀여과장치와 한외여과장치를 이용하여 순차적으로 수행하여 미세입자가 제거된 1차 염수를 획득하고, 이 획득된 1차 염수를 역삼투압장치를 이용하여 2차 염수를 제조하고, 다시 1차 염수를 전기투석장치를 이용하여 3차 염수를 제조한 뒤, 1차 염수와 2차 염수를 혼합하여 미네랄염수를 제조하게 된다.

RO는 거의 모든 미네랄을 제거하는 작용을 하며 ED의 경우는 1가 이온제거 막을 사용할 경우 용암해수 중에 1가 이온만을 선택적으로 제거하게 된다.

상기 표 2에 나타나 있듯이, ED 탈염수와 RO 순수의 경도는 각각 5,000과 6,000 이었고 이 데이터를 이용하여 정하여진 경도에 따라 ED 탈염수와 RO 탈염수를 혼합하여 본 발명인 미네랄워터를 제조하게 된 것이다.

그러나 상기 ED 탈염수와 RO 탈염수만을 혼합하여 제조한 미네랄염수에서는 쓴맛과 짠맛으로 인해 기호도가 다소낮게 나타났으며, 이를 해소하기 위해 RO 탈염수에서 생성된 침전물을 함께 넣어 기호도도 높고 미네랄함량도 높은 미네랄워터를 제조하게 된 것이다.

본 발명에 의해, 용암해수를 이용하여 미네랄함량이 높은 미네랄워터가 제공된다.

또한, 정제공정을 간편하게 하여 짧은 시간에 저렴한 비용으로 미네랄워터를 제조하는 방법이 제공된다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1> 용암해수의 채수 및 성분 분석

제주도 동부지역 제주시 구좌읍 한동리에서 지하 150m를 굴착하여 지하(평균 해수면 기준) 126m에서 용암해수를 채수하였다. 채취된 용암해수의 전기전도도 및 염분 농도를 측정한 결과, 전기전도도가 49,768- 51,123 ㎲/cm이고 염분 농도는 31.87- 32.58 ‰(permilliage)로 나타났다.

상기에서 얻어진 제주 용암해수를 한국화학시험연구원(대한민국, 서울 소재)에 의뢰하여 그 미네랄 성분의 함량을 분석하고 그 결과를 미네랄이 풍부한 것으로 알려진 해양심층수(일본고지현)의 미네랄 성분 분석 결과 및 먹는물의 수질기준의 유해영향 무기물질에 관한 기준과 대비시켜 하기 상기 <표 1>에 나타내었다.

<표 1>를 참조하여 보면, 먼저 주요 미네랄인 Na, Mg, Ca, 및 K의 경우 해양심층수와 비슷하고, 최근 여러 약리효과가 밝혀지면서 관심이 집중되고 있는 V, Ge, 및 Se의 경우는 해양심층수에서는 검출되지 않았으나 상기 채수한 제주 용암해수에서는 모두 검출되었음을 알 수 있다.

또한 먹는물의 수질기준의 유해영향 무기물질에 관한 기준과 비교하였을 때도 상기 채수한 제주 용암해수의 유해영향 무기물질(즉 Sn, Zn, B, Pb, F, As, Se, Hg, Cr, Cd 및 Al)의 경우 Se를 제외하고 모두 먹는물의 수질기준에 적합함을 알 수 있다(Se의 경우는 최근 인체에 필수원소로서 항암 효과 등을 지닌다는 연구결과, 및 하루 0.72mg를 투여한 142명에게서 독성이 나타나지 않았다는 연구결과가 있었음(손부순 저, 환경보건학개론, 2002. 동화기술)

한편, 미생물, 유해영향 유기물질 그리고 심미적 영향물질의 경우도 하기 <표 1>에서 확인되는 바와 같이 경도 및 증발잔류물을 제외하고 상기 채수한 제주 용암해수에서는 먹는물수질기준에 적합한 것으로 나타났다(먹는물수질기준은 먹는물의 경우 경도가 각각 300㎎/l이하일 것과 먹는 샘물의 경우는 경도가 500㎎/l이하일 것을 규정하고 있으나 미네랄이 풍부한 샘물에 대해서 경도의 제한을 두고 있지 아니하며, 증발잔류물의 경우도 경도가 500㎎/l이하일 것을 규정하고 있으나 먹는 샘물의 경우는 미네랄 등 무해성분을 제외한 증발잔류물이 500㎎/l이하일 것을 규정하고 있으며 샘물의 경우는 특별한 제한을 두고 있지 아니함).

결론적으로 제주 용암해수는 미네랄이 매우 풍부하면서 청정하여 먹는물수질기준에 적합함을 알 수 있다.

<실시예 2> 본 발명에 의해 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조예 1

상기 실시예 1에서 채수한 용암해수를 준비하였다.

먼저 상기 채수한 용암해수 10 L를 정밀여과장치(MEXISETTE-AT, Pall,미국) 및 한외여과장치(MEXISETTE-AT, Pall,미국)로 순서대로 여과시켜 미세입자를 제거하여 1차 염수를 획득하였다,

획득한 1차 염수를 역삼투압기(EPRO-6000, 한국정수공업, 한국)를 통해 2차 염수를 얻어 따로 보관해 두었다.

또한, 획득한 1차 염수 일부를 전기투석기(ASTOM CO. LTD, 일본) 12m/s에 의하여 이온 교환막을 이용 1가 이온을 제거함으로써 탈염 과정을 통해 3차 염수를 획득하였다.

상기 보관해둔 2차 염수의 일부를 비중이 1.25 Be이 될때까지 65 ℃에서 회전농축기(스위스, Buchi사, R-220 모델)로 농축시킨 뒤, 이를 식힌 뒤 진공펌프가 연결된 여과기를 통해 여과하여 침전물 74.685 g을 회수하였으며, 이 침전물은 대부분 황산칼슘으로 구성되어 있음을 확인하였다.

보관해 둔 2차 염수 981.177 ml와 획득한 3차 염수 18.823ml를 혼합하고 미네랄염수 제조한 후, 여기에 상기 회수해둔 침전물 8.593 mg을 넣고 용해시켜 경도가 100 인 미네랄워터를 제조하였다.

<실시예 3> 본 발명에 의해 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조예 2

실시예 2와 같은 방법으로 제조하되 경도가 200인 미네랄워터를 제조하기위해, 보관해 둔 2차 염수 961.153 ml와 획득한 3차 염수 38.847ml를 혼합하고 미네랄염수 제조한 후, 여기에 회수해둔 침전물 17.186mg을 넣고 용해시켜 경도가 200 인 미네랄워터를 제조하였다.

<실시예 4> 본 발명에 의해 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조예 3

상기 실시예 1에서 채수한 용암해수를 준비하였다.

먼저 상기 채수한 용암해수 10 L를 정밀여과장치(MEXISETTE-AT, Pall,미국) 및 한외여과장치(MEXISETTE-AT, Pall,미국)로 순서대로 여과시켜 미세입자를 제거하여 1차 염수를 획득하였다,

획득한 1차 염수를 역삼투압기(EPRO-6000, 한국정수공업, 한국)를 통해 2차 염수를 얻어 따로 보관해 두었다.

또한, 획득한 1차 염수 일부를 전기투석기(ASTOM CO. LTD, 일본) 12 m/s에 의하여 이온 교환막을 이용 1가 이온을 제거함으로써 탈염 과정을 통해 3차 염수를 획득하였다.

상기 보관해둔 2차 염수의 일부를 비중이 1.25 Be이 될때까지 65 ℃에서 회전농축기(스위스, Buchi사, R-220 모델)로 농축시킨 뒤, 이를 식힌 뒤 진공펌프가 연결된 여과기를 통해 여과하여 침전물 74.685 g을 회수하였으며, 이 침전물은 대 부분 황산마그네슘으로 구성되어 있음을 확인하였다.

보관해 둔 2차 염수 981.177 ml와 획득한 3차 염수 18.823ml를 혼합하고 미네랄염수 제조한 후, 여기에 상기 회수해둔 침전물 3.954 mg을 넣고 용해시켜 경도가 100 인 미네랄워터를 제조하였다.

<실시예 5> 본 발명에 의해 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조예 4

상기 실시예 1에서 채수한 용암해수를 준비하였다.

먼저 상기 채수한 용암해수 10 L를 정밀여과장치(MEXISETTE-AT, Pall,미국) 및 한외여과장치(MEXISETTE-AT, Pall,미국)로 순서대로 여과시켜 미세입자를 제거하여 1차 염수를 획득하였다,

획득한 1차 염수를 역삼투압기(EPRO-6000, 한국정수공업, 한국)를 통해 2차 염수를 얻어 따로 보관해 두었다.

또한, 획득한 1차 염수 일부를 전기투석기(ASTOM CO. LTD, 일본) 12m/s에 의하여 이온 교환막을 이용 1가 이온을 제거함으로써 탈염 과정을 통해 3차 염수를 획득하였다.

상기 보관해둔 2차 염수의 일부를 비중이 1.25 Be이 될때까지 65 ℃에서 회전농축기(스위스, Buchi사, R-220 모델)로 농축시킨 뒤, 이를 식힌 뒤 진공펌프가 연결된 여과기를 통해 여과하여 침전물 74.685 g을 회수하였으며, 이 침전물은 대부분 염화마그네슘으로 구성되어 있음을 확인하였다.

보관해 둔 2차 염수 981.177 ml와 획득한 3차 염수 18.823ml를 혼합하고 미 네랄염수 제조한 후, 여기에 상기 회수해둔 침전물 11.440 mg을 넣고 용해시켜 경도가 100 인 미네랄워터를 제조하였다.

<실험예 1> 경도에 따른 조성 조사

상기 표 2의 내용을 토대로하여 더욱 기호도를 향상시킨 미네랄워터를 제조하기위해 본 발명인 미네랄염수에 침전물을 용해시켜 제조하였다.

이에 본 발명인 실시예 2, 3, 4, 5의 미네랄워터를 준비하였으며 그 조성은 아래의 표 3과 같이 나타났다.

성분분석을 화학시험연구원에 의뢰하여 분석을 실시하였다.

비교예로는 현재 일본에서 생산되는 해양심층수(일본고지현)로부터 생성된 생수의 조성을 아래의 표 4에 나타내었으며, 이는 기존 문헌에 보고되어 알려진 내용을 표시한 것이다.

단위 : ppm

상기 표 4에 나타낸 일본의 생수제품의 경우 해양심층수 제품군은 해양심층수 자체를 제품화한 경우와 해양심층수 + 광천수를 혼합한 경우가 있고 해양심층수 자체를 제품화 한 경우는 ED 탈염수와 RO 순수를 혼합하여 경도를 특정 경도에 맞춘 제품이 상품화되어 있다.

그러나 경도가 낮으면 생수의 기호도는 증가하나 기능성이 떨어지고 경도가 높으면 기능성은 증가하나 기호도는 떨어지는 문제점이 있다.

그러나 본 발명은 경도 200mg/l인 미네랄워터에서 높은 미네랄함량을 나타냄을 알 수 있었다.

<실험예 2> 미네랄 음료 조성물의 기호성에 대한 관능평가

상기 실시예 2 내지 5에서 얻어진 미네랄워터의 기호성에 대해서 관능 평가를 실시하였다.

비교예로는 표 4에 나타나있는 1번(상품명 :深海の椿)을 준비하여 관능평가를 실시하였다.

검사 요원은 실험에 대한 관심도와 검사원으로서 적합성이 인정된 일반인 30명을 선정하여 실험의 목적을 설명하고 필요한 훈련을 시킨 후 5점 척도법에 따라 실시하였다.

관능평가 점수는 물맛에 대해서 좋다고 느껴질수록 더 높은 점수를 주도록 하였다(텁텁한 맛의 강도를 주로 평가하였음).

결과는 하기 표 5와 같다.

상기 표 5에 나타나 있듯이, 해양심층수로 제조된 비교예 1은 기호성이 매우 낮게 나타냄을 알 수 있으나, 상기 경도가 200㎎/l인 실시예 3의 미네랄워터에서는 가장 높은 기호성을 나타내었으며, 전반적으로 경도가 100㎎/l 실시예 2, 4, 5에서도 높은 기호성을 나타냄을 알 수 있었다.

이에 본 발명의 미네랄워터는 높은 미네랄을 함량을 함유하면서도 음용시의 기호성도 충족되는 미네랄워터라고 볼 수 있다.

도 1은 본 발명인 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조공정도1

도 2는 본 발명인 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조공정도2

도 3은 본 발명인 용암해수를 이용한 미네랄워터의 제조공정도3.