식물유지의 제조공정은 채유(채취)와 정제의 2공정으로 나뉜다. 식용유지의 채취법에는 압착법, 추출법, 융출법이 있고 융출법에는 돼지 비게를 Pan에서 가열하여 흘러나오는 기름을 채취하는 Dry rendering법과 생선의 간을 물과 함께 가열, 냉각하여 떠오르는 간유를 채취하는 Wet rendering법이 있다.
=식용유지의 채유(채취)=
1. 압착법 원료에 압력을 가하여 기름을 짜내는 방법으로서 식물성 유지의 채취에 이용되며, 이에 사용되는 기계로는 여러 가지 형이 있다.
1) 정선 - 원료 중에 불순물인 흙, 모래, 먼지, 줄기, 다른 종자, 나뭇조각, 쇳조각, 쭉정이 등의 협잡물이 있을 때는 체로 쳐서 분리하거나 Pneumatic system이라 하여 바람을 이용하여 정선하기도 하고, 필요에 따라 전자석분리기(Magnetic separator; Belt conveyer 끝에 전자석이 장치되어 있다)를 설치하여 못 등의 쇳조각을 제거한다. 2) 탈각 - 정선이 끝난 것을 그대로 파쇄 또는 가열하여 압착 하는데 목화, 낙화생 및 피마자는 탈각해야 한다. 예컨대, 목화씨 같은 것은 씨 표면의 면섬유를 제거한 다음 단단한 외각과 자실을 탈각기로 분리한다. 3) 파쇄와 열처리 - 원료를 압착하기 전에 Cracking roll로 파쇄하고 Cooking하는 것은 세포막을 파쇄하고, 기름의 점도를 낮게 하여 잘 흘러나오게 하고, 단백질이 기름과 같이 따라 나오지 않게 응고시키는데 목적이 있다. 그러나 열처리로 인해 비교적 많은 색소, 방향, 및 Gum질 등이 기름 안에 흘러 나와 기름이 빛깔이 진하고 맛이 나쁠 때가 많으므로 좋은 기름을 얻으려면 파쇄한 것을 열처리하지 않고 곧 압착하는 냉압법이 있다. 냉압법은 기름의 수량이 적어 공업적으로 경제적이 못되므로 대부분 열처리하여 압착하는 방법을 사용하며, 열처리할 때는 벽 사이에 증기를 통과시켜 가열하는 이중솥을 사용한다. 4) 압착 - 앞에서 설명한 대로 예비 처리를 한 후에 압착하는데 소규모에 있어서는 수동식 압착기를 사용하고 공업적으로는 수압식 압착기와 유압식 압착기를 사용해서 압착한다. 수압식에는 판교 수압기와 Cage 수압기가 있고, 이 밖에 연속식 Expeller도 있다.
① 판교 수압기 - 판교 수압기는 수압(또는 유압)으로 무거운 압착대와 압착두 사이에 원료를 담은 압착포대를 넣어 압착한다. 원료는 일정한 양으로 포대에 담아 10~16매의 철판 사이에 끼워서 압착대 위에 올려 서서히 압착한다. ② 케이지 수압기 - 철제의 원통을 Ram위에 올리고 원료를 담은 뒤 압착두 사이에서 압착한다. Cage press는 포대를 사용할 필요가 없고 Cage 철판에 작은 구멍이 뚫려 있어 고압으로 압착할 수 있다. ③ Expeller - Expeller는 마쇄기와 같이 Screw가 회전함으로써 착유한다. 구멍이 있는 원통과 Screw의 간격은 끝으로 나올수록 좁게 되어 있는 구조로서 연속적으로 작업할 수 있으며 깻묵은 원통 끝에서 나오고 기름은 원통에 뚫린 구멍에서 흘러나온다. Expeller는 Anderson이 발명한 것으로 여러 가지 형이 있으며 인력이 적게 들고 압착용 포대와 넓은 장소가 필요 없으며 기름의 수량도 많다.
2. 추출법 추출법은 원료에 휘발성 용제를 사용하여 유지를 추출한 후 증류하여 용제를 회수함으로써 유지를 얻는 방법이다. 압착법으로는 깻묵에 많은 기름(3~6%)이 남게 되는데 추출법으로는 0.5% 이하의 기름이 남게 되므로 경제적이다. 추출법에 사용되는 용제는 석유, Benzene, Alcohol, 4염화탄소, Acetone 및 Trichloroethylene등이 있으나 n-hexane을 주로 사용한다. 용제는
①인화, 폭발의 위험과 독성이 적고,
②기름이나 깻묵에 악취를 남기지 않으며
③기화열과 비열이 커서 회수하기 쉽고
④추출 장치를 부식하지 않는 것으로 ⑤유지 이외의 물질을 가급적 유출하지 않으며 가격이 싸고 안정성이 있는 것이 좋다.
1) 원료 처리 - 원료는 정선한 후 로울러에 통과시켜 압연한다. 2) 추출 - 추출장치에서 용제를 사용하여 원료에 들어 있는 기름을 추출한다. 추출 장치에는 추출관, 증류관, 냉각기, 용제관의 네 부분으로 되어 있다. 연속추출 장치는 Bollmann system, Hildebrandt, Rotocel식 추출기 등이 있다. 이와 같은 것은 Conveyer를 이용하여 원료를 연속적으로 이동시켜 추출할 수 있게 되어 있다.
=식용유지의 정제법=
1. 탈검 - 일반적으로 채유는 Glyceride 이외에 불순물 가운데 인지질인 Lecithin이 있어 정제에 곤란한 점이 있으므로 화학적 방법에 의하여 제거한다. 이 공정을 Degumming이라 한다. Lecithin은 물이 없을 때 기름에 용해되므로 75~80℃의 온수를 1~2% 혼합하여 믹서로 혼합 , 수화시킨 다음 원심분리하여 제거한다. 이것을 Crude lecithin이라 하며 사료나 식품 첨가물로 이용된다.
2. 탈산 - 원유 중의 유리 지방산을 알칼리 수용액으로 중화 , 제거하려는 동시에 공존하는 Lecithin, 점질물 , 색소 등을 제거하는 공정이다. 알칼리의 사용량 , 농도, 섞는 방법 , 온도 및 시간은 유지 종류에 따라 차이가 있다.
3. 탈색 - 기름 속에 들어 있는 색소는 주로 황적색인 Carotenoid, 녹색인 Chlorophyll등이다. 이와 같은 색소가 들어 있는 기름을 진공 솥에 넣고 230~240℃로 가열하면 Carotenoid계 색소는 산화되어 탈색되나 기름도 산화되므로 일반화되지 않고 있다. 식용 유지와 같이 엷은 빛깔이 될 때까지 탈색하려면 다음과 같은 방법을 쓴다.
1) 흡착법 - 많은 양의 활성백토 , 산성백토 , 활성탄소를 넣어 색소를 흡착시킨다. 2) 일광법 - 유지의 색소를 공기 중의 산소로 분해시키는 방법으로서 목납 ․ 밀납에 많이 쓰며 자외선이 이 변화를 촉진시킨다. 3) 산화법 - H2O2 , O3 , Na2O2 , CaO2, K2Cr2O7등을 써서 탈색시키는 방법이 있다.
4. 탈취 - 채취된 유지가 냄새를 가지고 있을 때는 탈취해야 한다. 이와 같은 냄새는 대부분 휘발성 물질이므로 진공 상태에서 유지에 가열증기 , CO2 , 수소 , 질소 등을 불어넣어 휘발시켜 제거한다. 대규모로는 Girdler식 반연속 탈취 장치가 있다. 이 장치의 탈취탑은 내부구조가 고도의 진공으로 높은 온도를 유지할 수 있게 되어 있으며 5개의 네모진 Tray가 세로로 장치되어 있다. 유지는 일정한 시간마다 자동적으로 밑으로 이동하게 되는데 첫 번째 Tray에서 수증기에 의해 170℃로 Preheating되고 두 번째 Tray에서 Dowtherm증기에 의해 250℃로 가열되며 세 번째에서는, 240℃ 네 번째에서는 230℃로 각각 가열되어서 탈취된다. 다섯 번째에서는 냉각장치에 의해 60℃로 냉각된다.
* 식용유지의 제조 *
식물유지의 제조공정은 채유(채취)와 정제의 2공정으로 나뉜다.
식용유지의 채취법에는 압착법, 추출법, 융출법이 있고 융출법에는 돼지 비게를 Pan에서 가열하여 흘러나오는 기름을 채취하는 Dry rendering법과 생선의 간을 물과 함께 가열, 냉각하여 떠오르는 간유를 채취하는 Wet rendering법이 있다.
=식용유지의 채유(채취)=
1. 압착법
원료에 압력을 가하여 기름을 짜내는 방법으로서 식물성 유지의 채취에 이용되며, 이에 사용되는 기계로는 여러 가지 형이 있다.
1) 정선 - 원료 중에 불순물인 흙, 모래, 먼지, 줄기, 다른 종자, 나뭇조각, 쇳조각, 쭉정이 등의 협잡물이 있을 때는 체로 쳐서 분리하거나 Pneumatic system이라 하여 바람을 이용하여 정선하기도 하고, 필요에 따라 전자석분리기(Magnetic separator; Belt conveyer 끝에 전자석이 장치되어 있다)를 설치하여 못 등의 쇳조각을 제거한다.
2) 탈각 - 정선이 끝난 것을 그대로 파쇄 또는 가열하여 압착 하는데 목화, 낙화생 및 피마자는 탈각해야 한다. 예컨대, 목화씨 같은 것은 씨 표면의 면섬유를 제거한 다음 단단한 외각과 자실을 탈각기로 분리한다.
3) 파쇄와 열처리 - 원료를 압착하기 전에 Cracking roll로 파쇄하고 Cooking하는 것은 세포막을 파쇄하고, 기름의 점도를 낮게 하여 잘 흘러나오게 하고, 단백질이 기름과 같이 따라 나오지 않게 응고시키는데 목적이 있다. 그러나 열처리로 인해 비교적 많은 색소, 방향, 및 Gum질 등이 기름 안에 흘러 나와 기름이 빛깔이 진하고 맛이 나쁠 때가 많으므로 좋은 기름을 얻으려면 파쇄한 것을 열처리하지 않고 곧 압착하는 냉압법이 있다.
냉압법은 기름의 수량이 적어 공업적으로 경제적이 못되므로 대부분 열처리하여 압착하는 방법을 사용하며, 열처리할 때는 벽 사이에 증기를 통과시켜 가열하는 이중솥을 사용한다.
4) 압착 - 앞에서 설명한 대로 예비 처리를 한 후에 압착하는데 소규모에 있어서는 수동식 압착기를 사용하고 공업적으로는 수압식 압착기와 유압식 압착기를 사용해서 압착한다. 수압식에는 판교 수압기와 Cage 수압기가 있고, 이 밖에 연속식 Expeller도 있다.
① 판교 수압기 - 판교 수압기는 수압(또는 유압)으로 무거운 압착대와 압착두 사이에 원료를 담은 압착포대를 넣어 압착한다. 원료는 일정한 양으로 포대에 담아 10~16매의 철판 사이에 끼워서 압착대 위에 올려 서서히 압착한다.
② 케이지 수압기 - 철제의 원통을 Ram위에 올리고 원료를 담은 뒤 압착두 사이에서 압착한다. Cage press는 포대를 사용할 필요가 없고 Cage 철판에 작은 구멍이 뚫려 있어 고압으로 압착할 수 있다.
③ Expeller - Expeller는 마쇄기와 같이 Screw가 회전함으로써 착유한다. 구멍이 있는 원통과 Screw의 간격은 끝으로 나올수록 좁게 되어 있는 구조로서 연속적으로 작업할 수 있으며 깻묵은 원통 끝에서 나오고 기름은 원통에 뚫린 구멍에서 흘러나온다. Expeller는 Anderson이 발명한 것으로 여러 가지 형이 있으며 인력이 적게 들고 압착용 포대와 넓은 장소가 필요 없으며 기름의 수량도 많다.
2. 추출법
추출법은 원료에 휘발성 용제를 사용하여 유지를 추출한 후 증류하여 용제를 회수함으로써 유지를 얻는 방법이다.
압착법으로는 깻묵에 많은 기름(3~6%)이 남게 되는데 추출법으로는 0.5% 이하의 기름이 남게 되므로 경제적이다. 추출법에 사용되는 용제는 석유, Benzene, Alcohol, 4염화탄소, Acetone 및 Trichloroethylene등이 있으나 n-hexane을 주로 사용한다.
용제는
①인화, 폭발의 위험과 독성이 적고,
②기름이나 깻묵에 악취를 남기지 않으며
③기화열과 비열이 커서 회수하기 쉽고
④추출 장치를 부식하지 않는 것으로 ⑤유지 이외의 물질을 가급적 유출하지 않으며 가격이 싸고 안정성이 있는 것이 좋다.
1) 원료 처리 - 원료는 정선한 후 로울러에 통과시켜 압연한다.
2) 추출 - 추출장치에서 용제를 사용하여 원료에 들어 있는 기름을 추출한다. 추출 장치에는 추출관, 증류관, 냉각기, 용제관의 네 부분으로 되어 있다.
연속추출 장치는 Bollmann system, Hildebrandt, Rotocel식 추출기 등이 있다. 이와 같은 것은 Conveyer를 이용하여 원료를 연속적으로 이동시켜 추출할 수 있게 되어 있다.
=식용유지의 정제법=
1. 탈검 - 일반적으로 채유는 Glyceride 이외에 불순물 가운데 인지질인 Lecithin이 있어 정제에 곤란한 점이 있으므로 화학적 방법에 의하여 제거한다. 이 공정을 Degumming이라 한다. Lecithin은 물이 없을 때 기름에 용해되므로 75~80℃의 온수를 1~2% 혼합하여 믹서로 혼합 , 수화시킨 다음 원심분리하여 제거한다. 이것을 Crude lecithin이라 하며 사료나 식품 첨가물로 이용된다.
2. 탈산 - 원유 중의 유리 지방산을 알칼리 수용액으로 중화 , 제거하려는 동시에 공존하는 Lecithin, 점질물 , 색소 등을 제거하는 공정이다.
알칼리의 사용량 , 농도, 섞는 방법 , 온도 및 시간은 유지 종류에 따라 차이가 있다.
3. 탈색 - 기름 속에 들어 있는 색소는 주로 황적색인 Carotenoid, 녹색인 Chlorophyll등이다. 이와 같은 색소가 들어 있는 기름을 진공 솥에 넣고 230~240℃로 가열하면 Carotenoid계 색소는 산화되어 탈색되나 기름도 산화되므로 일반화되지 않고 있다. 식용 유지와 같이 엷은 빛깔이 될 때까지 탈색하려면 다음과 같은 방법을 쓴다.
1) 흡착법 - 많은 양의 활성백토 , 산성백토 , 활성탄소를 넣어 색소를 흡착시킨다.
2) 일광법 - 유지의 색소를 공기 중의 산소로 분해시키는 방법으로서 목납 ․ 밀납에 많이 쓰며 자외선이 이 변화를 촉진시킨다.
3) 산화법 - H2O2 , O3 , Na2O2 , CaO2, K2Cr2O7등을 써서 탈색시키는 방법이 있다.
4. 탈취 - 채취된 유지가 냄새를 가지고 있을 때는 탈취해야 한다. 이와 같은 냄새는 대부분 휘발성 물질이므로 진공 상태에서 유지에 가열증기 , CO2 , 수소 , 질소 등을 불어넣어 휘발시켜 제거한다.
대규모로는 Girdler식 반연속 탈취 장치가 있다. 이 장치의 탈취탑은 내부구조가 고도의 진공으로 높은 온도를 유지할 수 있게 되어 있으며 5개의 네모진 Tray가 세로로 장치되어 있다. 유지는 일정한 시간마다 자동적으로 밑으로 이동하게 되는데 첫 번째 Tray에서 수증기에 의해 170℃로 Preheating되고 두 번째 Tray에서 Dowtherm증기에 의해 250℃로 가열되며 세 번째에서는, 240℃ 네 번째에서는 230℃로 각각 가열되어서 탈취된다. 다섯 번째에서는 냉각장치에 의해 60℃로 냉각된다.