실온(15 ℃ 내외)에서 액체상태의 것을 기름, 고체상태의 것을 지방이라 한다. 종류에는 콩기름 ·참기름 ·유채유(평지씨기름) ·옥수수기름 ·땅콩기름 ·고추씨기름 ·쌀겨기름과 같은 식물성 기름의 대부분은 식용유이고, 돼지기름 ·쇠기름 ·버터와 같은 동물성 지방은 식용지방이다. 한편 야자유 ·팜핵유 ·카카오기름과 같이 식물성이면서 고체상태의 지방도 있다. 또 생선기름 ·고래기름과 같이 불쾌한 냄새 때문에 그대로는 식용할 수 없으므로 수소첨가반응을 일으켜 고체상태의 경화유로 만들어 이용하는 것도 있고, 쇼트닝과 같이 여러 가지 유지를 적당히 배합하여 용도에 맞는 굳기의 유지제품으로 가공한 것도 있다.
식용유지의 열량은 1 g당 9 kcal로서 영양소 중에서 단위중량당 가장 높은 칼로리를 가지고 있으므로 열량원으로서 중요하다. 소화흡수율은 어느 것이나 거의 비슷하지만 고래기름 ·정어리기름은 떨어진다. 유지의 소화에는 비교적 오랜 시간이 걸리므로, 소화기관이 약한 경우나 특히 여름에 많이 섭취하면 설사를 일으킨다.
식용유지의 용도에는 여러 가지가 있다. 샐러드유는 주로 생채소 요리용인데, 그대로 먹게 되므로 고도로 정제된 것이라야 하며, 윈터리제이션(winterization)이라는 저온처리를 거치게 된다. 콩기름 ·옥수수기름 ·유채유 등은 품질이 좋아 마요네즈 ·프렌치드레싱 ·기름절임 ·통조림용에 사용된다. 튀김용 기름은 식품을 튀기는 데 사용되는 기름으로서 샐러드유보다 정제도는 낮으나 담색이고 냄새가 없다. 콩기름 ·땅콩기름 ·유채유 ·옥수수기름 ·쌀겨기름 등이 사용된다. 제빵용에는 콩기름, 제과용에는 팜유 ·목화씨기름, 조미용에는 참기름 ·땅콩기름 등이 사용된다.
유지를 오랫동안 저장하면 유리지방산이 생겨 산값(acid value)이 높아지고 불쾌한 냄새가 나고 맛이 떨어진다. 이러한 현상을 유지의 산패라 한다. 또 액체상태로 있어야 할 기름이 굳어서 끈기가 생기는 경우가 있는데, 이것은 공기 중의 산소와 결합하여 변질되었기 때문이다. 따라서 식용유지를 잘 보존하려면 유지의 산화를 촉진하는 금속류를 피하여 유리그릇에 넣고, 공기와의 접촉을 적게 하기 위하여 입이 작은 병에 가득 넣는 것이 바람직하다.
식용유지 현황과 그 정제법
세계 유지생산량 중 약 70%가 콩기름, 유채기름(repseed oil 또는 canola oil), 팜유 등의 식물성 기름입니다. 유지생산량의 80%가 식용유 또는 식품가공 원료로 이용되고 있습니다. 나머지 20% 정도는 가축사료, 비누제조, 지방산 유도체의 제조 등 유지이용 공업의 원료로 이용되고 있습니다.
국내의 유지생산량은 4만톤 정도로서, 이 중에서 90% 이상이 참기름, 유채기름, 쌀겨기름(미강유), 들기름 등 식물성 기름입니다. 국내 농업은 국제경쟁력을 잃어 대두와 팜유 수입증가로 국내에서 유지원료의 생산이 위축되었으며, 특히 유채기름의 생산이 크게 감소하였습니다. 유지수요가 매년 증가함에 따라 국내 자급률이 크게 떨어져 유지 총 수요량 중 90% 정도가 수입원료에 의존하고 있습니다.
식물의 종자 또는 동물의 조직에 함유된 기름을 짜내는 일은 매우 어려운 일입니다.
그것은 유지원료를 눌러 짜서 쉽게 얻을 수 있는 것이 아니고 또 실제 유지의 수율(실제로 나오는 양을 비율로 계산)도 매우 중요합니다.
기름을 짜내는 과정은 원료에 따라 다릅니다.
보통 동물성 원료(고래기름, 우지-소기름, 돈지-돼지기름;라드)는 렌더링이라고 해서 용출법을 사용하는데 열을 직접 가하면서 기름을 뽑아내는 방법과 끓는물 또는 증기를 접촉시켜서 기름을 빼내는 방법을 씁니다.
그러나 동물성 원료에 비하여 성분조성이 다양한 식물성 원료는 적당하게 열처리를 한 후 착유기로 압착,착유하여 수율을 높이고 용매(hexane)를 사용하여 기름을 빼냅니다.
이렇게 빼낸 기름은 원유(crude oil)라고 하며 여기에는 불순물이 많이 들어가 있으므로 다음과 같은 정제 과정을 거쳐야 순수한 기름을 얻을 수 있습니다.
불순물로서는 수분, 흙이나 모래, 섬유질, 단백질, 탄수화물, 인지질, 유리지방산, 색소, 냄새물질 등이 있습니다. 이들 불순물을 제거하기 위한 유지의 정제에는 다음과 같은 방법이 이용됩니다.
1. 중화(Neutralization)
기름의 품질을 떨어뜨리는 유리 지방산을 수산화나트륨으로 비누화시킨 다음 제거합니다.
2. 탈검(Degumming)
점성물질, 노란색소, 레시틴,기타 불순물을 끓는 물 또는 수증기로 수화시켜 물에 녹지 않는 상태로 한 후 침전, 여과, 원심분리 등의 방법으로 제거합니다.
대두유(콩기름)의 경우 이 공정을 거쳐서 레시틴이라는 물질을 부산물로 얻습니다.
3. 탈색(bleaching)
원유 속에 남아 있는 색소물질을 제거합니다. 주로 흡착제(활성탄, 활성백토)를 사용하여 진공상태에서 가열하고 식혀 여과합니다.
4. 탈취(deodorizing)
진공상태에서 증류를 하여 원유속의 냄새성분과 특유 냄새를 제거합니다.
5. 동결(winterization)
혼탁물질이나 일부 포화지방산을 제거하여 품질을 향상시킵니다.
약 5~7℃의 저온에서 유지한 후 여과를 합니다.
◎ 식품유지의 정제공정을 들고 각각에 대하여 설명하시오.
유지의 정제(refining)는 착유한 원유 속에 함유된 불순물을 제거하는 과정으로 유지에는 gum, 단백질, 점질물, 지방산, 색소, 섬유질, 탄닌, wax물질, 물 과 먼지, 재료 찌거기 등이 색깔을 검게하고 가열시 거품과 연기를 생성하게 한다. 또 불순물은 유지 가열시 침전물로 가라 앉는데 특히 콩을 원료로 했을 경우에는 레시틴이 여기에 해당한다. 이러한 불순물을 제거하는 과정은 단일과정으로 완성되는 것이 아니고 단계적인 여러 과정을 거쳐야 한다. 이와 같이 정제는 불순물을 제거하는 것이 주 목적이지만 중성유지의 최소 손실과 손상을 전제로 가공하여야 한다.
원유중에 들어있는 불순물 중 흙, 모래, 원료의 조각등과 같이 침전된 상태로 들어 있는 것은 정치법, 여과법, 원심분리법 등의 물리적 방법으로 비교적 쉽게 제거할 수 있으나 단백질, 점진물, 검질 등과 같이 유지 중에 교질상태로 있는 것은 기계적인 처리만으로 분리되기 어려우며 화학적인 처리가 필요하다.
지방산, 색소, 냄새나는 물질 등은 기름중에 녹아 있으므로 이들의 제거를 위해서는 물리적인 방법과 화학적인 방법을 병용하여야 한다.
원유 → 정치, 여과 → 탈검 → 탈산/중화 → 탈색 → 탈납 → 탈취 → 충진/포장
정제공정
원유를 정치 여과시킨 후 60∼80℃로 유지하고 기름에 1∼3%의 물을 가하여 충분히 교반하여 원심분리를 하여 탈검을 하고 탈산, 탈색, 탈납, 탈취의 공정을 거친다.
- 탈검과정(Degumming)
탈검과정은 점성물질, 색소, 레시틴, 기타 불순물을 끓는 물 또는 수증기로 수화시켜 불용성 상태로 한 후 침전, 여과, 원심분리 등의 방법으로 제거한다. 탈검과정은 부분적인 정제과정의 일종으로 검물질과 아직 제거되지 않은 유리지방산을 완전 제거하기 위해 실시된다. 특히 추출한 대두유는 2% 정도의 인지질(phospatides, gums)을 가지고 있으므로 이것을 70∼80℃를 가열하고 1∼3%물과 혼합하여 검물질을 수화하면 불용성으로 변하므로 원심분리로 제거할 수 있다. 만약 원유에 약간의 인산을 첨가하면 인지질이 분리, 제거되어 레시틴을 부산물로 얻을 수 있다.
제거하는데 이 과정에서 탈검공정에서 제거되지 않은 일부 색소물질, 인지질 등도 제거된다. 처음에는 원유 혹은 탈검유지를 스팀으로 처리하여 유리지방산과 인지질을 제거한 후 어떤 온도에서 일정시간 가성소다와 혼합, 교반하면 불용성 비누물질(insoluble soapstock)이 형성되고 더불어 약간의 다른 산성물질들도 알칼리와 결합하여 형성된 비누에 흡착하는데 이것을 뜨거운 물로 씻어내고 건조하면 유리지방산 함량을 0.01∼0.05% 까지 낮출수 있다. 이 과정에서 유리지방산과 함께 인지질도 많이 제거 된다.
- 탈색과정(Bleaching, Decolorization)
탈색방법은 가열처리, 화학적산화처리에 의한 방법과 흡착탈색법이 있으나 보통 흡착탈색법을 실시한다. 원유의 흡착탈색은 잔류한 색소물질을 제거하기 위한 공정인데 색소물질은 주로 원유 속에 녹아 있는 동물성 원료의 chlorophylls, carotenoids, anthoxanthins 등이다. 주로 흡착제를 사용하여 진공하에서 가열하고 식혀 여과하면 색소제거는 물론 비누화물질, 소량의 인지질, 점액물질 등도 제거된다.
흡착제로는 활성탄, 활성백토, 산성백토가 사용되고 있으며 표백능력이 좋고 입자크기는 매우 작은 편이다.
- 탈납(Winterization), 동결화 과정
탈납과정은 동결화 과정이라고도 부르고 있는데 샐러드유로 사용되는 면실유의 경우 혼탁물질인 포화, 고융점 glyceride(stearin 물질이라고 하는데 이 물질은 stearic acid, aum 물질, wax 물질 등이 서로 결합된 상태지만 낮은 온도에서는 가라 앉게 된다)가 12∼25% 가량 함유되어 저온 저장시 유지를 혼탁시키거나 침전을 일으키는 등 문제를 일으킨다. 이를 제거하기 위해서 유지를 5∼7℃에서 약 50시간 정도 유지시키고 규조토를 혼합한 후 여과, 정제한다.
동결화는 중성지질과 가공유지(부분수소화 대두유, 샐러드유, 샐러드드레싱, 부분수소화 기름)에 사용되는데 동결처리된 샐러드유는 냉장고 온도에 두어도 맑은 상태를 유지한다.
- 탈취(Deoderization) 과정
탈취과정은 유지정제에서 마지막 단계인 동시에 중요한 과정이다. 그것은 원유 속의 냄새성분을 제거하여 zero peroxide값과 유리지방산 함량을 0.05%이하로 낮추어야 하기 때문이다. 대부분의 냄새성분들은 전(前)과정을 통해 많이 제거되었지만 잔류냄새 성분들을 제거하기 위해서 감압하 또는 진공하에서 고온 가열한 유지를 수증기와 접촉시켜 수증기와 함께 냄새성분을 유출시킨다. 보통 탈취를 위해 높은 진공과 고온을 동시에 응용하는데 진공증류(vaccum steam distillation)방법을 이용한다.
◎ 마가린의 제조, 유지의 자료
1. 마아가린류의 제조
마아가린의 제조는 대략 다음의 공정으로 행해진다. 혼합탱크에서는, 유지에 첨가된 유화제의 작용으로, 유단백질, 조미재료 등을 함유한 수상이, 종형 교반기로 유화된다.
급냉날화기는, 밀폐형의 원통형 냉각기와, 원통 속에서 다수의 핀이 회전하는 날화기(捏和機)로 이루어 진다.
연속 생산장치로써는, 보테이터(미국제), 컴비네이터(독일제), 퍼펙터(덴마크제) 등이 있다. 보테이터의 예를들면, 냉각부인 A유니트와 날화부분인 B유니트로 이루어져 있다.
원통식 회전날 냉각기의 구조는, 어느 기종에서도 유사하고, 복수의 가늘고 긴 날이 원통 속의 표면을 깍아내는 방식으로 되어 있다.
다른 제조기로, 회전 드럼에 에멀젼을 박막도포하여, 급냉 후에 날화와 정형을 하는 컴플렉터가 있다.
이 장치는, 퍼프페스트리용 마아가린에 최적이며, 제과용 등의 마아가린에 적합하지만, 소프트타입과 저지방 스프레드에는 적합하지 않다.
가정용 마아가린류는, 숙성을 레스팅 튜브에서 하는데, 마아가린은 필요에 따라 긴 튜브 속으로 압송(壓送)된다.
충전ㆍ포장된 마아가린은, 템퍼링 공정에서 적절히 보온되어, 결정형이 안정된 β′형으로 된다.
유화제의 사용은 필수이며, 보통 모노글리세라이드를 0.1~0.3%, 대두레시틴을 0.05~0.1% 첨가한다.
2. 저지방 스프레드의 제조
유럽에서는 건강지향과 지방의 기피경향 때문에, 각종의 건강지향적인 저지방 스프레드가 판매되고 있다.
저지방 스프레드에서, 유상보다 수상의 체적분율이 높은 것에서는, W/O 에멀젼의 안정화는 보통의 방법으로는 어렵다.
특히 풍미성분으로써의 우유 속의 단백질은, O/W 에멀젼의 유화안정제인데, 혼합에 의해 상(相)이 바뀐다.
이것을 개선하기 위해, 유지조성의 선택과 안정제로써의 하이드로 콜로이드(단백질과 다당류)를 이용하여 제품화하였다.
특히 젤라틴이 많이 이용되어, 천연 검질 등과의 조합이 이용되고 있다.
마가린 제조 공정도
2. 식물유지의 채유법
식물원료에서 채유하는 방법으로는 옛날부터 내려오는 압착법과, 근대적인 추출법이 있다.
연속식 압착법은, 연속식 스크류프레스에 의한 것으로, 보통 익스펠러(Expeller)라고 불리우는 기계를 사용한다.
또 익스펠러 압착과 용제추출을 조합시켜 채취하는 방법을 "압추법(壓抽法)"이라고 한다.
용제추출은, 유지함량이 적은 원료종자에서 유지를 취하기에 가장 적합한 방법인데, 대두는 추출법에 최적인 종자이다.
대두의 추출에서는, 먼저 콩을 가열하여 조직을 유연하게 한 후, 압편롤로 플레이크를 만든다.
이것을 용제 (보통은 n-헥산)를 이용하여 유지를 추출한다. 유지가 녹아있는 용제를 미셀라 (Miscella)라고 한다. 미셀라에서 용제를 증발에 의해 빼내고 추출유를 얻는다.
탈검에서 탈취까지
1. 개요
동식물 원료에서 채취한 원유는 각종 불순물을 함유하고 있다. 불순물에는 당류, 단백질 및 그 분해물, 인지질, 스테린, 토코페롤, 색소, 점질물(粘質物), 지방산 등이 있다.
토코페롤은 천연의 항산화제이기 때문에, 오히려 바람직한 물질이다. 하지만 인지질, 당류, 단백질, 점질물등은 유지의 가공과정에서 유지를 어두운 색으로 착색시키거나, 발연시키거나, 기포를 발생시키는 원인기 되거나 하므로, 미리 제거해 둘 필요가 있다. 또한 지방산은 맛을 나쁘게하기 때문에, 철저히 제거해 두지 않으면 안된다.
이처럼 바람직하지 않은 불순물을 미리 제거하는 작업을 일반적으로 정제(Refining)라고 하는데, 여기에는 탈검(Degumming), 탈산(협의의 Refining), 탈색(Bleaching), 탈취(Deodorization) 등의 중요조작이 있다.
2. 탈검 (Degumming, Desliming)
- 어유와 우지, 돈지 등은, 단백질 분해물 및 점질물을 많이 함유하고 있는데, 이것을 미리 제거해 두지 않으면, 다음의 알칼리정제를 행할 때 유탁화(乳濁化)되어, 작업이 곤란해져서, 수율이 줄어든다. 이 검질들을 제거하는 작업을 탈검이라고 하는데, 여기에는 0.5%정도의 인산과 황산을 사용한다.
식물유에 대해서는, 대두유의 인지질을 제거하는 작업을 탈검이라고 한다. 대두조유(大豆粗油) 속의 레시틴, 케파린은 물에서 팽윤되어 유지에 녹지않고 석출되기 때문에, 이것을 원심분리기에서 오일로부터 분리시킨다.
3. 탈산 (Refining)
- 이것은 유지중의 유리지방산 등을 제거하는 조작으로, 알칼리정제라고도 한다. 보메10~30°의 가성소다용액을 이용하여, 유리지방산을 중화시키면, 지방산나트륨염, 즉, 비누분이 생성되는데, 이 비누분은 색소 등의 불순물을 흡착시켜 침전되기 때문에, 상층부에 떠있는 중성유는 산가 0.1이하로 되고, 색상은 원유에 비해 대단히 좋아진다.
알칼리에 의해 중화된 지방산은 비누로 되어, 불순물의 일부를 껴안고 침전된다. 이 때, 약간의 중성유도 같이 침전되어 없어진다. 이것을 푸츠(Foots)라고 한다.
침전된 푸츠를 제거한 후, 유지속에 잔존하는 비누분을 수세하여 제거한다. 이것을 "열수세척(熱水洗滌)"이라고도 한다. 이어서 감압하에서 탈수시키고, 다음의 탈색공정으로 이송한다.
4. 탈색 (Bleaching)
- 알칼리정제가 끝난 유지는 탈색공정으로 이송한다. 그 방법은 유지에 수%(보통 2~3%)의 탈색제 (보통, 활성백토)를 첨가하여 감압하 (27~28인치)에서 105~110℃로 약 15~20분 가열 교반한다. 이것을 50~80℃로 냉각 후, 필터프레스 등으로 여과하여 유지와 탈색제를 분리시킨다.
따라서 예를들면 팜유는 카로틴을 다량으로 함유하고 있는데, 이것은 탈취공정에서 색을 빼는 것도 고려하지 않으면 안된다.
탈색공정에서는 색소뿐만이 아니고, 잔류하고 있는 비누분과 검질, 경화의 니켈촉매, 일부 산화된 유지 등도 동시에 제거되는데, 이것들은, 만약 다음의 탈취공정에 들어가면, 발색의 원인이 되는 것이다.
5. 탈취 (Deodorization)
- 탈산, 탈색을 끝낸 유지는, 탈취공정에서 불쾌한 냄새, 맛의 원인이 되는 물질을 제거하여, 식용유지로 마무리한다. 수소첨가에 의해 생성된 고형지(固型脂), 즉, 경화유도 탈취에 걸어, 그 자극성 취미물질(臭味物質)을 제거한다.
탈취의 조작은, 한마디로 말하면 진공수증기증류인데, 유지의 트리글리세라이드는 이 조작에서는 유출되지 않지만, 취미물질은 비교적 휘발성이기 때문에, 탈취에 의해 유출 제거된다. 또한 산화생성물인 과산화물은, 가열에 의해 파괴되고, 카로틴도 열에 의해 분해 탈색된다. 탈취는 2~6mmHg 정도의 고진공하에서 행하여지므로, 유지가 높은 온도로 가열되어도, 유지가 타느 현상은 전혀 없다.
탈취에, 진공하에서 수증기를 불어 넣는 기술을 도입한 것은, 1900년 미국 Cotton Oil사의 David Wesson인데, 그 이정의 탈취는 모두 상압(常壓)에서 행해졌다.
수소첨가(경화, Hydrogenation)
1. 수소첨가란
유지의 수소첨가 (약칭 수첨이라함)은, 트리글리세라이드의 불포화지방산기가 가지고 있는 이중결합에, 수소원자가 부가결합되어 포화되는 반응이다. 이 반응에는 촉매가 불가결한데, 보통 니켈, 니켈-동, 동-크롬, 백금등이 이용된다. 수소첨가에 의해 유지의 SFC가 증가한다.
수소첨가에 의해 만들어진 유지를 경화유 (硬化油, Hardened fat)이라 한다.
수소첨가를 행하는 목적은, 다음과 같다.
- 어떤 온도범위에서 바람직한 조도 (粗度, Consistency 혹은 SFC)를 가진 반고체지 (半固體脂)를 액체로부터 만드는 것.
- 제품의 안정성을 향상시키는 것‥‥즉 이중결합을 2개, 3개, 혹은 그 이상 가지는 고도불포화산을 아주 적게 할 것. 예를들면 어유 트리글리세라이드는, 이중결합 4개 이상의 고도불포화지방산을 가지고 있으므로, 대단히 불안정하지만, 수첨에 의해 안정된 모노엔 (Monoene, 이중결합 1개의 지방산)과 포화산으로 되어, 불안정한 디엔 (Diene, 이중결합 2개의 지방산)과 트리엔 (Triene, 이중결합 3개의 지방산), 혹은 그 이상의 불포화산을 극소로 억제할 수가 있다.
분별결정 (Fractional crystallization)
1. 개요
유지는 각종 트리글리세라니드의 혼합물이기 때문에, 용융된 유지를 냉각시켜 결정을 석출시킬 수 있고, 이것을 여과, 압착 등의 조작에 의해 분별하여, 새로운 물성의 유지를 얻을 수 있다. 예를들면 팜유를 반용융 상태로 하여, 정치시켜 두면, 하층에는 고체부, 상층에는 액체부로 나누어지기 때문에, 이겻을 여과분별하여, 각각 쇼트닝용의 유지, 도너츠 후라이용 유지로 이용할 수 있다.
2. 윈터링 (Wintering, Winterization)
윈터링은 면실유에서 샐러드유를 얻기 위해 개발된 방법인데, 이것은 분별결정 중에서도 가장 중요한 것이다. 면실유의 윈터링이 중요한 이유는, 마요네즈용의 샐러드유를 만들기 위해서는, 면실유에서 저온으로 석출시킨 고체부 (즉, 면실스테아린)을 분리 제거시키지 않으면 안되기 때문이다.
윈터링은 그 이름대로, 예날에는 겨울에 행하여졌지만, 현재는 기술의 발달로 인하여, 저온실을 이용하거나, 쟈켓이 부착된 탱크에서 행한다. 석출되는 스테아린은 극히 여과성이 나쁘기 때문에, 주의 깊게 냉각시킨다. 냉각시작부터 여과를 마칠때까지 보통 2~3일이 걸린다.
용제를 이용하는 윈터링은 Solvent wintering으로 불려진다. 꽤 최근에 개발된 것으로, 유지를 n-헥산에 녹인 후 냉각시켜, 석출된 스테아린을 여과분별하고, 여과액에서 n-헥산을 회수하여 샐러드유를 얻는다. 용제에 녹이기 때문에, 점도가 떨어지고, 스테아린의 결정도 여과성이 좋아진다. 또한 스테아린에 부착된 유지의 손실도 적다.
가볍게 수첨한 대두유 (요오드가 105)도, 면실유와 동일하게 윈터링하여 샐러드유를 얻는다.
3. 쵸코렛 코팅용 유지의 분별
쵸코렛 코팅용 유지 (하드버터라고도 한다)는, 요제분별에 의한 것이 많다. 미국의 예에서는, 원료유 (팜유, 우지, 부분수첨한 대두유, 부분수첨한 면실유 등)를 헥산에 녹여, 25~30℃ 전후까지 냉각시키면, GS3(3포화글리세라이드)가 침전되므로, 이것을 여과하여 제거하고, 헥산용액을 더욱더 냉각시켜, 0℃부근까지 달하게 하면 이번에는 GS2(2포화 1불포화 글리세라이드)가 침전된다. 이 부분부터 용제를 증발시키고 얻고자 하는 하드버터를 얻을 수가 있다. 이것은 쵸코렛 코팅에 이용된다.
나장 나중의 액상부는 용제를 제거하고 실온에서 액체인 유지를 얻는다. 이 부분에는 극히 안정성이 높은 것이 함유되어 있어, AOM 400시간인 것을 얻을 수 있다.
정제 제조 공정도
◎ 기름 이야기
1. 대두유의 역사
Glycine max Merrill이란 학명을 가진 대두(大豆)는 콩과(科)의 1년생 초목으로서 야생 대두인 돌콩에서 유래된 것으로 알려지고 있다. 우리나라에서는 콩 또는 대두, 미국에서는 Soybean, 일본에서는 다이즈
(だいず)라 부르고 있는 대두의 원산지는 춘추전국시대의 중국 황하및 양자강의 상류지방으로 추정되며 대두의 재배및 식품화는 약 3,000년 정도의 역사를 가지고 있으며, 중국, 일본을 거쳐 현재 세계의 대두왕국인 미국을 비롯해 유럽, 중남미 등 전세계로 널리 확대되었고 우리나라의 대두 재배는 BC1세기(삼국시대 초기)경으로 전해져 오고 있다.
대두의 품종으로는 여러가지가 있지만, 단백질 함량이 높은 금강대립, 금강소립, 전주재래, 장단백두 등과 지방함량이 높은 스코트(Scott), 만주태, 외알콩, 황색중립 등으로 나눌 수 있다.
2. 대두유 특성및 용도
대두유의 구성성분은 기후, 품종, 토양 등에 의해 차이가 나기 때문에 물리적 측정치도 일정하지 않다. 대두유는 건성유 혹은 반건성유로서 필수지방산을 비롯해 여러가지 불포화지방산을 64~83% 함유하고 있으며 구성 지방산 중 오메가(ω)-6계의 필수지방산인 리놀레산(C18:2 : Linoleic acid)이 약 55%로서 건성을 가지고 있으며 타유종에는 거의 존재하지 않는 오메가(ω)-3계의 필수지방산인 알파-리놀렌산 (α- Linolenic acid)도 8%정도 함유하고 있기 때문에 영양적인 측면으로는 균형잡힌 필수 지방산의 공급원이 되며, 토코페롤(비타민E)의 함량이 높다고 알려져 있다
1. 옥수수의 역사
옥수수(Zea Mays L.)는 인류가 5000년이상 재배해 온 작물로서 벼과에 속하는1년생 초본이다. 사료용, 공업용 원료로서 뿐만 아니라 식품용으로는 전분, 포도당, 덱스트린 등으로 다양하게 이용되어 온 주요 곡물중의 하나이다. 대표적인 품종으로 Dent종, Flint종, Soft종, Sweet종 등 여러가지가 있는데 편의상 황색종과 백색종으로 분류하기도 한다. 우리나라는 대부분 수입에 의존하고 있다.
2. 옥수수유의 특성및 용도
옥수수가 포함하고 있는 유분(油分)중 거의 대부분의 유분(약85%)을 배아
(눈)가 함유하고 있기 때문에 옥수수유를 생산할때 먼저 옥수수에서 배아를 분리하고 그 배아에서 기름을 추출해 옥수수유를 만든다.
옥수수 1톤에서 배아가 약 70kg이 나오는데 이를 가공하면 25.2kg의 옥수수기름이 나온다. 즉, 수율(收率)이 2.52%밖에 되지 않아 가격이 비교적 비싼편이지만 옥수수는 배아에서의 기름생산 외에도 전분이나 글루텐(Gluten)등 여러가지 제품으로 가공된다.
옥수수유는 다른 식용유에 비해 왁스성분이 많이 들어 있어 저온분별과정을 거치는 것이 특징이며 기름을 짜고 남은 박(粕)은 사료 등에 쓰인다. 샐러드유는 소스나 프렌치 드레싱에 사용되는 고급 식용유로서 실온에서 열, 산화안정성이 높아 풍미가 좋아야 하며 내한성(O℃에서 5시간 반 이상 맑고 깨끗해야 됨)등이 좋아야 한다.
옥수수 샐러드유는 산화안정성이 다른 기름보다 우수하고 상온에서 풍미가 좋으며 가열처리 후 보존성과 빛에 노출되었을 때의 안정성도 우수하기 때문에 드레싱, 마요네즈 등 조리용 뿐만 아니라 과자나 스낵, 스프, 유제품에도 널리 쓰인다.
토코페롤은 항산화 효과가 있다고 널리 알려져 있는데 옥수수유에는 알파-토코페롤, 베타-토코페롤이 많이 들어있다. 이러한 특성은 옥수수유의 산화안정성이 좋은것과 관련이 깊은것으로 알려져 있다.
1. 참기름의 역사
참깨는 호마과(Pedaliaceae)에 속하는 1년생 초목으로 북위 45도에서 남위 45도에 널리 분포, 재배되고 있다 참깨의 원산지는 아프리카 남서부인 사바나로서 고대 이집트, 인도등 고대 문명의 중요한 식물로서 재배되어 왔다. 현재 야생종을 포함한 약 37종이 발견되고 있지만, 재배종은 Sesamum indicum L. 이란 학명을 가진 단 1종에 불과하다.
그러나 이 재배종은 생육환경에 대한 적응성이 강해 현재, 전세계에 약 3,000종류의 품종 및 그 계통이 알려져 있다.
일반적으로 참깨는 자실(子實)의 빛깔에 따라 흰 참깨, 누런 참깨, 검정 참깨 등으로 구분하고, 흰 참깨와 누런 참깨는 유분 함량이 높아 주로 착유하여 참기름으로 이용하고, 검정 참깨는 유분 함량이 적고 맛이 좋아 그대로 식용 또는 약용으로 사용하는데 특히, 중국에서는 선약(仙藥, 不死의 藥)이라 하여 귀하게 여겨왔다
참기름은 참깨의 종실(種實)에서 얻은 기름으로 특유의 향미를 가지고 있기 때문에 보통 정제하지 않고 원기름 그대로 사용하는것이 통례이다. 참깨는 유분함량이 흑생종 47.3~51.3%, 황갈색종 48.1~52.7%, 백색종 49.2~55.4%이며, 또한 약 25%의 단백질을 함유한 양질의 작물이다.
참기름은 리놀레산이 평균 46%로 가장 많고 올레인산(C18:1 : Oleic acid)40%, 팔미티산(C16:0 : Palmitic acid)이 9.5%로 구성되어 있다.
이와 같이 참기름은 우리 가정에서 식용 또는 약용으로 오래전부터 애용해온 기름으로서 한국인이 좋아하는 고소한 맛과 향을 지니고 있고, 색깔이 진하고 황적색을 띄고 있으며, 산패(酸敗)가 쉽게 일어나지 않기 때문에 보존 안정성이 좋다.
1. 면실유의 역사
Gossypium hirstutum L. 이란 학명을 가진 면(綿)은 온대 및 열대지역에서 재배되는 아욱과에 속하는 것으로서 온대에서는 1년생 초목이고, 열대지역에서는 다년생 목본(木本)으로써 생육된다.
면의 재배 및 이용은 기원전 3세기 고대 인더스 문명에서 시작되어 그리스 유럽으로 전파되었고, 동양에서는 몽골제국 시대에 전해졌다.
이후 전세계적으로 보급된 면(綿) 재배는 섬유 작물로서의 재배가 주목적이었으나, 근대에 제유(製油)기술이 진보되면서 면실유가 식용유로서 우수한 특징을 갖고있는 것으로 인식되면서 제유 원료로서 중요한 유량(油糧)작물이 되었다.
면실유의 주요 지방산은 원료와 산지에 따라 다소 차이가 있지만 필수지방산인 리놀레산이 51~58%로 가장 많고 다음으로 팔미틴산 23~28%, 올레인산 16~24% 순으로 함유되어 있다.
특히, 면실유는 고융점 부분인 스테아린을 제거해서 내한성(耐寒性)을 부여하는 윈터라이징(Winterizing)공정을 거치는 경우가 많은데 이 공정을 거침으로써 맛이 담백해 지며 향이 우수하고 산화(酸化) 안정성이 좋아지게 된다. 면실유에는 특유의 미량 성분인 고시폴(Gossypol)이 존재하고 있는데 면실 원유중의 유리 고시폴은 정제공정에서 무해(無害)한 결합형태로 되고 이것도 탈검, 탈산, 탈색 공정에서 제거된다.
면실유는 조리용 튀김유, 샐러드유, 마가린, 쇼트닝의 원료 유지 등에 이용되고 있는데 조리용 면실유는 윈터라이징 공정을 거치지 않고 정제하여 만드는데 향이 부드럽고 특이한 냄새가 없어서 식품 본연의 향기를 변화시키지 않음으로 튀김 제품에 이상적이다.
면실유의 보관및 취급방법을 보면, 특히 겨울철에 낮은 온도(0℃이하)에서 보관할 때 샐러드유의 경우에도 고체 유지가 형성되어 혼탁해 지거나 하얗게 결정화 되는 경우가 있으므로 보관 온도에 주의하여야 한다. 이런 경우 약간의 열로 가온하면 다시 맑고 투명해 지므로 품질에는 이상이 없다.
1. 채종유의 역사
유채는 일명 ‘평지’라고도 불리우며 십자화(十字花)과에 속하는 1년생 초본으로 키는 1m 이상이고, 잎은 짙은 녹색으로 매우 크며 3~4월경에 십자 모양의 꽃이 핀다. 꽃이 진 뒤 긴뿔모양의 열매를 맺는데 씨가 완전히 여물면 깍지로부터 씨를 튀겨 낸다.
유채의 원산지는 북유럽, 시베리아 등 저온다습한 지역으로 우리나라에는 중국을 통하여 전래 되었다. 옛날에는 꽃이 피기 전의 잎과 줄기를 삶아 나물로 먹는 식용야채로서 이용되었으며 기름을 짜기 시작한것은 약 1500년경 부터이다
유채씨는 계통 분류학적으로 재래종 또는 조생종인 브라시카 캄페스트리스(Brassica Campestris L.)와 보통종 또는 만생종인 브라시카 내퓨스(B. Napus L.)로 크게 나누어 진다.
2. 채종유의 특성 및 용도
유채의 씨는 유분(油分)함량이 22~49%(평균 40%)로 높은 편이기 때문에 홍화유나 해바라기유와 같이 압착 및 용제추출법을 병행하여 착유한다. 채종유의 주요 지방산은 재래종의 경우 에루신산(C2:1 : Erucic acid)이 가장 많고 필수지방산인 리놀레산이 15~20%, 리놀렌산이 8~10%, 올레인산이 11~24% 함유되어 있다.
채종유에는 미량성분으로서 천연 항산화제인 토코페롤이 700~750ppm정도 들어 있으며 이 가운데 생리활성이 강한 알파(α)형이 20%를 차지하며 나머지는 주로 감마(γ )형으로 구성되어 있다. 채종유는 세계의 여러가지 식용유 중 대두유, 팜유, 해바라기유 다음으로 생산량이 많은 중요한 식물성 유지이다
채종유는 이미(異味), 이취(異臭)가 없고 담백한 풍미를 갖기 때문에 샐러드유로 이용되며 특히 낮은 온도에서 잘 응결되지 않고(耐寒性), 빛에 잘 영향받지 않는(耐光性) 성질을 갖추고 있어 마요네즈, 샐러드 드레싱 제조에 많이 사용되고 있다. 그리고 산화안정성이나 가열안정성이 매우 우수하여 야채나 도너츠 튀김유로서 그 용도가 매우 넓다.
1. 팜유의 역사
팜유는 Oil Palm(학명 : Elaeis guineensis L.)의 과육부에서 얻어진다. 또한, Oil Palm의 딱딱한 내과피 내의 핵(종자)에서는 팜핵유가 얻어지게 된다. 팜유의 원산지는 자이레 등을 중심으로 한 아프리카 서부 열대 지방이며, 현재는 아프리카, 동남아시아, 중남미 등에서 생육되고 있다.
Oil Palm의 생육에 필요한 기후 조건으로는 연간평균 강우량 2,000mm이상 및 건계(乾季)가 없고, 평균 최고 기온 29~32℃, 평균 최저 기온 22~24℃으로 기온차가 적으며 1일 5시간 이상의 일조시간이 있고, 연중 수개월은 일조시간이 7시간정도는 되어야 한다.
동남아시아로의 유래는 1848년 인도네시아의 Bogor식물원으로 아프리카에서 이식된것이 최초였으며 당초는 관상용이었지만, 1911년부터는 착유를 목적으로 하였다.
품종의 분류는 외관, 색에 의한 방법이 있지만 내부 껍질 두께를 기준으로 한 분류로는 Dura종, Tenera종, Pisifera종의 3종으로 나눠지는데 현재, 팜유의 주요 생산국인 말레이시아에서 재배되고 있는것은 Tenera종이 대부분이다.
2. 팜유의 특성 및 용도
팜유의 지방산 조성의 특징은 포화지방산인 팔미틴산(C16:0 : Palmitic acid)의 함량이 약 45%로서 매우 높다는 것이다. 불포화지방산으로는 올레인산(C18:1 :Oleic acid)이 약 35%정도 함유되어 있고 리놀레산이 약 10%정도로서 액상 식물유에 비해 적다.
팜유는 식물성 유지이면서 그 지방산 조성은 포화지방산과 불포화지방산의 비율이 약 1:1로서 우지,돈지 등의 동물성 유지와 비슷한 반고체지(半固體脂)이며, 우지, 돈지와 비교시 고체지 함량이 저온부에서는 높고 고온부에서는 낮으므로 가소 범위가 좁은 성질을 가지고 있다.
또한, 팜유는 저장 중에 큰 입자의 결정이 생겨 꺼칠꺼칠한 조직으로 변화된다. 팜유는 높은 포화지방산의 함량(약50%)및 낮은 리놀레산의 함량(10%이하)으로 인해 산화 안정성이 타 유지보다 월등히 좋은데 산화 안정성의 지표인 A.O.M을 보면 액상 식용유는 10~20시간인것에 비해 팜유는 60시간 전후로서 극히 양호한 안정성을 보인다.
이와같이 팜유는 산화 안정성이 우수한 유지지만, 타 유지와 비교했을때 산화의 초기 단계에 특유의 이취(異臭) 발생이 다소 빠른 경향이 있다.
팜유의 용도는 튀김유를 비롯하여 마가린, 쇼트닝 등 가공유지에 널리 이용되고 있으며 튀김유의 용도로서는 어묵, 고로케 등과 같이 튀김후 단시간에 소비되는 것을 비롯해서 즉석면, 스낵식품 등과 같이 튀김 후 소비될 때까지 장기간 보존되는 것 등 다양하다.
현재 가장 널리 이용되고 있는 분야는 라면 분야이며 팜유 단독 혹은 타 유종과 혼합해서 사용되고 있다. 또한 포테이토칩 등의 스낵제품에도 단독 또는 미강유 등의 액상 식용유와 병용해서 널리 이용되고
있다.
1. 올리브유의 역사
올비브유는 올리브(Olive)라는 나무의 과육부분에서 얻는 기름이다. 올리브는 물푸레나무과에 속하는 상록교목으로, 높이는 대강 6~10 m정도이며 긴타원형의 잎이 마주 난다. 늦은 봄에 향기가 나는 황백색의 꽃을 피우며 열매는 타원형으로 생겼으며 자흑색으로 익는다.
원산지는 소아시아지방으로 알려져 있으며 기원전 3600년경부터 재배되어 왔다고 한다. 지중해 연안지방에서는 예로부터 많이 재배되어 왔고, 최근에는 이태리, 스페인. 그리스, 프랑스, 미국등이 주산지로 알려져 있다. 올리브는 수령이 100년이상 되어도 열매를 맺는 나무로 우리나라에 도입된 시기는 분명치 않으나 1912~1944년 사이에 들어온 것으로 추측되고 있으며 현재는 제주도에서 다소 재배가 되고 있다.
2. 올리브유의 특성 및 용도
올리브유 생산자들은 올리브유를 착유만 한 상태(Virgin Oil) 그대로 소비자에게 판매하기도 하기 때문에 좋은 품질의 기름을 얻기 위해 수확시기 결정에 많은 신경을 쓴다.
수확시기는 올리브열매의 색이 자색일때가 가장 적당하고 이때 따는것이 가장 유분함량이 높고 품질도 우수하다고 한다.
올리브유는 대부분 삶은 과실을 건조시킨후 냉압법(冷壓法)에 의해 착유하며 일부 용매추출을 하기도 한다. 올리브유의 지방산 조성을 살펴보면, 불포화지방산이 약 85%정도이고, 나머지는 포화지방산과 기타 미량의 성분들로 되어있다.
불포화지방산의 대부분은 올레인산으로서 그 함량이 65~85%정도이고 그외 필수지방산인 리놀레산이 10%가량 함유되어 있다. 올리브유는 다른 기름에 비해 점도가 높아 10℃에서 혼탁해지고 0℃가 되면 연고상태에 이른다.
식용으로 쓰이는 올리브유는 열매의 껍질과 씨를 빼버린 버진오일((Virgin Oil)이라고 하는 1등품과 껍질과 함께 짠 2등품 기름으로 나누어 진다. 또 이것은 정제를 하지 않는 원유와 정제를 거친 정제 올리브유 등으로 가공정도나 방법에 다라 구분하여 판매되고 있다.
올리브유는 마요네즈, 소스, 샐러드, 드레싱등 각종 요리에 쓰인다. 그러나 높은 온도로 장시간 가열하게 되면 올리브유의 향이 요리에 너무 스며들어서 강한 향이 나기도 한다 그러므로 올리브유는 단시간에 만드는 요리라든가, 조리하는데 많은 열을 필요로 하지않는 음식에 사용하는것이 좋다.
유럽에서는 정어리나 안초비를 기름으로 요리할때, 또는 통조림 제품류에는 반드시 올리브유만을 쓴다. 올리브유는 식용유로서는 최고의 제품으로 평가되고 있으며 이탈리아를 비롯하여 그리스, 스페인, 프랑스의 이탈이아 요리에 영향을 받은 지역에서는 특히 많이 사용되고 있다.
올리브유는 공업용으로도 용도가 많다. 비누, 섬유제조, 윤활용, 머릿기름으로 쓰이며 화장품으로는 크림, 유액제, 화장품 오일로 사용되고 있다. 또한 의약용으로는 연고, 관장제, 주사응용제 등 이용범위가 넓은 기름이다.
1. 홍화유의 역사
잇꽃씨 기름은 ‘잇꽃’ 이라는 식물의 씨로부터 얻는다. 잇꽃은 홍화(紅花) 또는 중국에서는 홍람화(紅藍花)라고도 부르며 영어로는 싸플라워(Safflower)라고 한다. 원산지는 이집트의 나일강 상류지역으로 알려져 있으며 지중해 연안지방과 인도, 파키스탄 등지에서도 재배되어 왔다. 그러나 현재는 미국, 멕시코, 호주, 중국등지에서 채유용으로 대량 재배되고 있다.
잇꽃은 '엉거시과'에 속하는 1년생 초본으로 키가 1m가량 되고 7~8월에 홍황색 꽃이 줄기끝과 가지끝에서 피어난다. 예로부터 꽃잎은 염료로 사용되어 옷감의 염색이나 연지, 떡의 착색용으로 이용되어 왔다. 또한 꽃은 말려서 냉증이나 갱년기장애, 구강염, 종양 등을 치료하는 한방약으로도 사용해 왔다.
고려시대에 일본으로 전파되었다는 기록으로 보아 재배 혹은 이용의 역사는 꽤 오래된 것으로 추측되나 주로 염색용이나 약용으로 쓰여 염색기술의 발달과 함께 거의 재배를 하지 않고 있다. 채유용으로 재배되고 있는 홍화는 미국으로 건너가 품종이 개량된 것으로 현재 전세계에 채유용으로 공급되고 있다.
2. 홍화유의 특성 및 용도
홍화의 씨는 약 28~43%의 유분을 함유하고 있으며 채종유나 해바라기유와 같이 압착추출(압추법)한다. 정제공정을 거친 기름은 샐러드유로 만들기 위해 윈터라이징 공정을 더 거쳐 완제품이 된다. 홍화유에는 불포화지방산이 약 90%를 차지하며 불포화지방산 중 인체의 생리대사에 유익한 필수지방산인 리놀레산이 약 78% 함유되어 있어 어느 기름보다 리놀레산의 함량이 높은것이 특징이다.
올리브유는 대부분 삶은 과실을 건조시킨후 냉압법(冷壓法)에 의해 착유하며 일부 용매추출을 하기도 한다. 올리브유의 지방산 조성을 살펴보면, 불포화지방산이 약 85%정도이고, 나머지는 포화지방산과 기타 미량의 성분들로 되어있다.
1. 해바라기유의 역사
해바라기는 우리나라에도 친숙한 꽃으로 그 원산지는 미국 서부지역(미네소타)인데 16세기 이전 미국 서부에 거주하던 인디언들이 야생 해바라기 종자를 식용으로 이용하면서 재배하기 시작하였다. 유럽으로의 전래는 뉴멕시코를 탐험한 스페인 탐험대가 해바라기 종자를 가지고 귀국하여 관상용으로 재배하면서 비롯되었다.
유량작물로서 최초로 재배된 것은 1725년경 바바리아 지방이며, 그 후 프랑스에 전래된 데 이어 1700년대 후반 러시아에 전래되어 1830년경 채유가 행해지게 되었다. 같은시기에 루마니아, 불가리아, 헝가리 등 동구권에서도 재배가 시작되었다. 품종에는 관상용, 야생종, 보통 재배종이 있는데 관상용은 재배종과 비슷하나 씨앗이 작고 지방함량이 적다. 재배종에는 미국종과 러시아종이 있는데 미국것은 키가 크며 종자가 큰 만생종으로서 흑색종과 백색종으로 구분된다. 러시아 것은 키가 작은 조생종으로 씨앗에 흑백 줄무늬가 있으며 미국산보다 조금 길다.
해바리기는 아무데서나 잘 자라지만 특히 양지 바른곳에서 더욱 잘 자란다. 『해바리기』란 이름이 중국이름 향일규(向日葵)를 번역한 이름으로 해를 향한다는 뜻을 가지고 있는것도 이러한 까닭이다. 유럽에서도 『태양의 꽃』또는 『황금의 꽃』이라고 부르고 있다.
해바라기는 페루의 국화(國花)로 되어 있으며 미국 캔사스주의 주화(州花)이기도 하다.
2. 해바라기의 특성 및 용도
해바라기유는 리놀렌산이 거의 없으므로 풍미가 높고 안정성이 우수하다. 한편 리놀레산의 함량은 약 70%로서 홍화유 다음으로 많이 함유되어 있는 것이 특징이다. 성인이 하루에 필요한 총 열량 약 3%는 리놀레산으로 보충해야 한다고 알려져 있다.
또한 해바라기유에는 천연 토코페롤(비타민E)의 함량이 대두유에 비해 상대적으로 낮으나 생리활성이 우수한 알파-토코페롤이 전체 토코페롤의 약 94%를 차지함으로써 소맥 및 참깨, 배아유 다음으로 많이 함유되어 있다.
일반적으로 고도 불포화 지방산 100g을 섭취할 때 알파-토코페롤이 700~800mg 필요하다고 한다.
아울러 마가린이나 쇼트닝 제조에 많이 이용되기도 하는데 마가린에 해바라기유를 50~70% 첨가하여 풍미를 개량하여 생산하기도 하다. 해바라기유가 공업용으로 쓰이는 양은 식용에 비해 아주 작지만 공업용으로 가공한 2차 제품이 황변화(黃變化)하지 않기 때문에 백색도료와 바니쉬 혹은 가소제 등의 제조에 사용하는 양이 차츰 늘어나고 있다.
1. 야자유의 역사
야자과에 속하는 코코넛 팜은 보통 다 큰나무가 15~20m까지 되며 식목후 5~8년이 되어야 개화를 시작하며 15~20년이 되면 최대의 결실을 보인다. 한 그루에 보통 50~80개의 열매를 맺는데 과실은 25~30㎝크기의 계란꼴로 생겼다. 코코넛 팜은 적도를 중심으로 남북위 20도 이내의 열대지역에 널리 분포하고 있다. 보통 해변 가까이에서 생육되며 높은 습도와 풍부한 우량, 연평균 기온 27~30℃를 필요로 한다. 따라서 코코넛은 주로 필리핀 및 인도네시아, 스리랑카 지역에서 생산되며 이 중 필리핀이 전세계 코코넛 생산량의 50%이상을 점하고 있다.
코코넛은 각 부위가 여러가지 용도로 쓰이는 아주 유용한 작물이다. 열매의 겉껍질인 외과피(外果皮)와 중과피(中果皮)는 섬유나 로프의 원료로 이용되며, 과육의 껍질인 내과피(內果皮)는 활성탄 제조에 쓰인다. 과육안에 들어있는 배유약( Coco-Water)은 의료나 발효식품의 원료로 쓰인다. 가장 중요한 부분인 배유(과육)는 건조시켜 제과의 원료로 사용하기도 하는데 특히 야자유 생산을 위해 건조한 배유를 코프라(Copra)라고 한다.
2. 야자유의 특성 및 용도
야자유는 유분함량이 60~65%나 되는 코프라를 압착하여 생산한다. 코프라는 천일건조, 훈연건조, 열풍건조 등의 방법으로 건조되는데 열풍건조로 생산된 것이 가장 질이 좋다.
착유는 수압기에 의한 압착으로 이루어지며 최근에는 스크류형 압착기를 사용하기도 한다. 압착법에 의해 착유하고 남은 유박(油粕)은 다시 용제추출 장치를 보내서 잔여분의 기름을 추출한다. 야자 원유에는 코프라로부터의 미생물이 함유되어 있으며 이 때문에 가수분해가 일어나 유리 지방산이 생성된다. 식용으로 사용할 경우에는 화학적, 물리적 정제를 의해 이를 제거한다.
야자유(원유)는 투명한 담황색, 또는 유백 담황색을 띠고 있으며 약간 특이한 냄새가 있다. 야자유를 구성하는 지방산의 주성분은 라우르산(Lauric acid)으로 약 50%를 함유하고 있으며 이밖에 카프릴산(Caprylic acid)등을 포함해서 포화 지방산이 총 91%를 차지한다.
야자유는 특유의 지방산 조성을 갖는 기름으로서 저장 안정성, 일정한 융해점, 담백한 풍미, 속건성, 낮은 융점 등의 특성을 갖는다. 특히 포화지방산의 함량이 많기 때문에 액상유에 비해 자동 산화에 대한 안정성이 매우 높다. 예를 들면 산화 안정성의 지표인 A.O.M은 야자유의 경우 200시간 전후로서 팜유 60시간, 액상 식물유 10~20시간 보다 월등히 우수하다. 그러나 야자유는 천연 산화방지제인 토코페롤을 거의 함유하지 않고 있으므로 원유의 품질 여하에 따라 안정성은 크게 변화된다.
식품용으로의 야자유는 주로 커피크림에 이용되며, 제과, 제빵용의 코팅제, 마가린 등에 이용된다. 특히 야자유에 많은 카프릴산을 주제로 한 소위 '중쇄글리세라이드(MCT)'는 다른 식물유의 주체인 '장쇄 글리세라이드(LCT)'
보다 생체 내에서의 소화 흡수 대사가 대단히 빠르기 때문에 최근 영양학적으로 가치있는 특수식품으로 주목되고 있다.
공업용으로는 라우르산, 미리스트산(Miristic acid)의 원료가 되며 고급 알콜의 원료, 화장품용 유화제, 세정제 등 계면활성제의 원료로 이용되고 있다.
1. 피마자유의 역사
피마자(아주까리)는 옛날에는 동백나무와 함께 머릿기름, 등화용 기름을 공급해 주는 식물로 우리 선조들의 생활과 밀접한 관계가 있다. 대극과 또는 회양목과에 속하는 피마자는 온대지방에서는 1년생 초본이지만, 열대지방에서는 다년생 나무로 취급되고 있다.
온대지방의 피마자는 1.5~3m까지 자라고 줄기 속은 대나무처럼 마디가 있고 비어 있으며, 가지가 듬성듬성 갈라지고 긴 잎자루를 가진 커다란 갈라진 잎이 나 있다. 열매는 넓은 둥근 꼴이고 표면에 가시가 있는것과 없는 것으로 나뉘는데, 모두 약용으로 쓰이며 속에 검은 무늬의 씨앗이 들어 있다.
2. 피마자유의 특성 및 용도
피마자는 개화후 16일이 되면 기름성분이 1%, 유리지방산이 36.5%가 되지만 25~32일 후에는 기름의 생성이 왕성해져서 50%에 달하고 유리지방산은 전부 소멸된다. 피마자에서 기름을 채유하는 방법은 먼저 피마자를 80~90℃로 가열하여 기름의 점도를 저하시켜서 압착하여 짠후 잔여분은 용제 추출장치로 보내서 핵산을 이용, 65℃에서 기름을 추출한다.
피마자유는 다른 식물성 기름과는 달리 점도가 대단히 높고, 마찰계수는 낮으며, 수분을 보유하기 쉽고 수분을 0.3%정도 함유하고 있어도 투명하다. 피마자유의 지방성 조성은 리시놀레산(Ricinoleic acid)이 87~92%로 대부분을 차지하고 있으며, 올레인산 3.3~3.8%, 리놀레산 3.6~4.6%, 리놀렌산 0.5~0.9%를 함유하고 있다.
이와같이 독특한 지방산 조성으로 인해 알콜에는 잘 녹으나 석유 에테르에는 잘 녹지 않는 유일한 기름으로 알려져 있으며, 다른 기름과 비교하여 100℃이하에서는 매우 안정되어 있다. 피마자유에는 특수성분으로 다량의 생리활성물질과 독성 단백질인 리친을 비롯하여 복합 당단백질, 알칼로이드 물질등이 들어 있다.
피마자유는 주로 공업용으로 많이 이용되는데, 그 종류로는 계면활성제, 윤활유, 플라스틱 첨가제, 섬유, 피혁, 잉크 및 도료, 고무공업, 합성섬유 및 수지, 금속가공 등에 폭넓게 이용된다.
식품의 사용은 사탕이 잘 부서지지 않도록 경화 피마자유의 사용을 FDA에서 허가하고 있지만, 우리나라에서는 식품첨가물로 아직 허용하고 있지 않다 피마자기름의 물과 잘 섞이는 특성을 이용하면 저칼로리 마가린 제조에 적합하다는 연구보고가 있으며, 기름성분의 함유율이 높은 케익의 기포에 이용할 수 있다는 특허출원도 있다.
습기가 많되 수확기에는 건조한곳에서 잘 자라는 피마자는 아주까리, 비마자 등으로도 불리우며, 원산지는 인도, 북아프리카, 터키등으로 알려져 있다.
1. 미강유의 역사
우리가 주식으로 하고있는 백미(白米)는 현미(玄米)를 도정해서 얻어지는데 그 과정에서 발생하는 쌀겨가 미강유의 원료가 된다. 미강에는 토코페롤 및 비타민B등의 영양분이 풍부한 맥아를 약 30%함유하고 있으며 유분함량은 18~20%이다. 미강은 현미를 도정할 때에 현미에 대해서 약 10%정도 발생된다.
Oryza sativa L.이란 학명을 가진 쌀의 주요 생산국들은 중국, 인도, 인도네시아 순으로 이 3국이 전세계 생산량의 65%정도를 점하고 있으며 기타 미국 및 태국, 버마 등에서도 생산되고 있다.
2. 미강유의 특성및 용도
미강유의 가장 큰 특징으로는 원유의 산가(동절기:18~20, 하절기:30이상)가 타식물성 유지에 비해 매우 높으며 또한 왁스분(고융점의 고형물질)의 함량이 많아 정제수율을 악화시키는 최대의 요인으로 작용하는 것이다.
이것은 미강에 함유된 리파제(Lipase)의 작용으로 유지의 가수분해(Hydrolysis)가 일어나기 때문에 저산가의 원유를 얻기 위해서는 원료 미강의 조기 집하, 조기 처리가 이루어져야 한다.
미강유의 구성 지방산을 보면 필수지방산인 리놀레산이 38%, 올레인산이 약 39%로서 많이 함유되어 있지만, 리놀렌산은 1~1.5%로서 그 함유량은 적다. 미강원유에는 보통 10~15%의 유리지방산 및 3~9%의 왁스 성분이 다량 함유되어 있으며 가수분해에 의한 모노, 디-글리세리드도 많이 존재한다.
미강유 특유의 미량 유효 성분으로 올리자놀(Ferulic acid ester)이 있은데 그 함유량은 1.5~2.9%로서 적지만, 항산화 작용 및 방부 작용이 있기 때문에 의약품 및 건강식품, 천연식품 첨가물의 용도로서 관심이 집중되고 있다.
미강유는 산화 안정성이 우수하기 때문에 마요네즈, 드레싱의 용도로 대량 사용되고 있고 업무용의 조리용으로서 레스토랑, 음식점 등에 널리 이용되고 있으며 제과용, 포테이토 칩 등의 튀김유로서 많이 사용되고 있다.
미강유의 부산물로서 얻어지는 미강 왁스는 그 주성분이 고급 알콜과 고급 지방산의 에스테르이며 그 외 불검화물, 유리지방산 및 약간의 탄화 수소등을 포함하고 있다. 그 용도는 주로 식품용 이형제, 가소제 및 윤활제 등이며 화장품, 전선피복재, 도로용 왁스등에 널리 이용되고 있다.
◎ 식용유에 대해
개요
식물에 있는 유지를 먹을 수 있도록 정제한 것을 "식용유지" 또는 " 식용유"라고 말합니다.
동식물에 존재하는 식용유지(지방질)는 탄수화물, 단백 질과 함께 식품의 3대 영양소중의 하나이며, 중요한 에너지원입니다. 유지는 천연동식물 식품 중 널리 분포되어 있습니다. 이러한 동식물의 조직으로부터 추출, 정제하여 식용유지로 이용합니다. 식용유지는 물리적인 상태에 따라서 상온에서 액체인 것을 油(oil), 고체인 것을 脂(fat)라고 부르고 있습니다. 그러나 고체상태의 모든 지방도 온도를 상승시키면 액체상태로 되고, 액체상태의 유도 온도를 낮게 하면 고체로 됩니다. 액체유는 불포화지방산이 주로 구성되어 있는 반면, 고체지는 주로 포화지방산이 구성되어집니다.
▷ 건성유: 공기중에 방치했을 경우 공기중의 산소를 흡수하여 말라서 막을 형성하는 기름
▷ 불건성유: 공기중에 방치해도 산화하거나, 마르거나 또는 얇은 막을 형성하지 않는 기름으로서 요오드가 적어 주로 식용, 윤활제로 사용합니다.
▷ 반건성유: 공기중에 방치하였을 때 점차 산화하여 점성이 증가하나, 건조상태로 되지 않는 기름으로 건성유와 불건성유의 중간성질로 주로 식물유에 많습니다.
식용유의 종류
식용유의 종류
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대두유
순식물성 기름으로 맑고 깨끗하며 특히 튀김할 때 깨끗하게 튀겨줍니다.
비린내가 안나며 산가가 낮아 변질될 우려가 없고 필수지방산인 리놀산과 리놀렌산이 다량 함유되어 있으며 특히 비타민E(토코페롤)의 함량이 높아서 보관이 오래 요구되는 요리에 적합합니다. 또한 영양이 풍부하며 튀김, 사라다를 포함해서 볶음,무침등 모든 요리에 사용할 수 있습니다.
원료의 조성
씨눈(건조기준) : 흔적 (2%)
피 (건조기준) : 8~9%
핵 (건조기준) : 88~91%
대두의 비중 약 0.77Kg/dmx2
대두공정 2/2 1/2
수 분 8 ~ 10 %
지 방 17 ~ 20 %
질소함유율(단백질) 38 ~ 40 %
탈 질소 추출물(탄수화물) 26 ~ 29 %
조섬유 6 ~ 7 %
회 분 5.5 %
채종유
식용유 중에서 포화지방산의 함량이 제일 적으며, 내열성과 내한성이 우수하여 마요네즈, 드레싱, 마아가린, 쇼트닝 등에 사용하기 적합합니다.
특히 튀김요리를 쉬 눅눅하지 않게 해줌으로서 바삭바삭한 맛과 향미가 좋습니다.
원료 (채종)
채종의 분류 : Cruciferae 과 (겨자과)Brassica 류
채종의 종류 : 재래종(Brassica Campestris 종), 보통종(Brassica Napus 종)
원산지 : 북부유럽,시베리아지방, 지중해연안 (최초재배 : BC1500~2000 년경)
주산지 : 중국, 인도, 케나다, 프랑스, 폴란드 등 (세계생산량 10,000千 MT / 年 의 75 ~ 80% 점유 ) 한국은 제주도와 전라남도 지역에서 재배함.
재배조건 : 한냉기후 열매이나 북인도, 일본 멕시코의 아열대 지방에서 한냉계절 혹은 겨울철에 잘 자람.
식물유지 자원으로서의 채종 : 대두, 면실, 옥수수 다음으로 가는 유지원료로 종자 ( 구형으로 대단히 작고 대부분 갈색 또는 흑색 ) 에서 압착 추출법으로 원유 ( Oil 함량 약 40% ) 를 생산하고 원유는 흑황색으로 자극성의 겨자 냄새가 있고 정제시 냄새가 제거됨.
채종 생산량 증가요인은 채종유의 수요증대 캐나다에 의한 품종개발 ( 저 에루신산, 저 Glucosimolate ) 에 따른 사료용으로서의 수요 증대
캐나다산 채종 품질 만생 Brassica ( 알류산 몬 Type ) 조생 Brassica ( 폴란드 Type )
옥배유 ( 옥수수 기름)
산화안정성, 가열안정성, 풍미안정성이 좋고, Fry나 튀김물에 적합
원료 (옥수수)
재배환경 : 다습하여 여름기온이 높고 일조시간이 긴 지역
종 류 : Dent종 , Flint 종, Pop 종 , 황색종, 백색종
옥수수의 형상과 조성 : 옥수수의 일반조성 (수분이외는 건조한 것이다.)
옥수수의 지질
옥수수 지질의 대부분 (85%) 은 배아에 존재하며 이것이 옥수수유의 원료이다.
옥수수 알갱이 전체의 지질의 양은 품종, 재배방법 및 지역등에 따라 다르나 1.2 % ~ 5.7 %의 범위이다.
지질의 함량은 비교적 재배 온도가 높으면 감소하는 경향이 있다.
옥수수 배아의 채취법 (6.5 %)
옥수수에서 Wet Milling 에 의해 배아를 분리한다.
Wet Milling 공정
▷ 옥수수를 물에 침적 : 전분과 단백질의 분리, 배아의 회수 효율을 좋게하기 위함
▷ 배아 회수 효율을 향상시키기 위해 아황산수를 옥수수 1부셀당 7 ~ 14갈론의 양으 로 52C에서 28 ~ 48시간 침적
▷ 침적 옥수수 (수분 45%)에서 배아 분리 회수
▷ 분리 배아 (유분함량 50 %)
제조공정 1/2 2/2 수 분 (%) 16.7
전 분 (%) 71.5
단백질 (N*6.25) (%) 9.91
지 질 (%) 4.78
회 분 (%) 1.42
저 섬 유 (%) 2.66
당 류 (%) 2.58
총 카르티노이트(mg/Kg) 30.0
홍화유
약초로 알려져 있는 홍화유는 재료 본래의 맛을 즐길수 있는 드레싱이나 사라다같은 생식용에 적합합니다.
혈중 크리놀산이 75% 함유되고 생리활성이 큰 알파 토코페롤 함량이 많아 건강 식용유로 쓰입니다.
또한 요리에 사용시 맛이 깔끔하고 기름의 비릿한 냄새가 없습니다.
원료 ( 홍화 )
홍화의 역사
▷ 홍화는 고대부터 세계 각지에서 홍색의 색소를 채취하기 위해 재배되고 있으나, 나라에 따라서는 꽃잎의 색소만이 아닌 종자에서 일부가 채취되어 이용되고 있습니다
▷ 원산지는 나일강 상류지역이며 현재 미국, 멕시코, 중국 등에서 재배됩니다.
▷ 그동안 홍화유는 사라다유로서 구비해야 되는 보존성과 풍미에 대한 연구 개선이 추진되어 왔습니다. 근년이 되어 성인병 대책과 건강문제가 사회적으로 크게 취급되며, 리놀산이 인체에 미치는 효과가 유용성이 대두되고 소비자 연구가 높아져 식용유로 이용된 것입니다
홍화의 품종
홍화는 국화과의 1년생 초본으로서 영어명은 Safflower 또는 Safflor입니다.
잎은 호생(互生)으로 종자를 싸는 잎도 날카로운 가시가 있고, 여름철에 높이 50 ~ 100Cm 까지 성장하여 가지끝에 황색 또는 연홍색의 엉겅퀴와 비슷한 꽃이 달립니다.
식용유의 제조방법
식용유의 제조법
식용유의 공업적 채취법으로서는 융출법, 압착법, 추출법의 3가지가 있습니다.
융출법
대부분의 동물조직에서 유지를 채유하는 방법으로서 증기처리법과 건열처리법으로 세분화 시킬 수 있습니다.
(예: 우지, 돈지)
- 증기 처리법: 지방조직을 잘게 썰어서 다량의 물과 함께 탱크에 넣고 압력을 가하고 약 148℃로 가열 처리하는 방법으로 기름이 위에 뜨면 따릅니다.
- 건열처리법: 잘게 썰은 지방조직을 외부가 증기 자켓으로 둘러 싸이고 뚜껑이 있는 탱크에 넣고 진공을 유지하며, 가열처리하는 방법으로 맛은 좋으나 채유량이 적습니다.
압착법
유지 원료에 고도의 압력을 가하여 짜내는 방법입니다. (예: 참기름)
추출법
유지원료에 용제를 사용하여 추출해 내는 방법으로 추출이 잘되게 하기 위하여 원료를 건조, 조쇄, 압편하고 여기에 용제를 가하여 기름을 녹여냅니다. 기름과 용제가 섞여 있는 상태를 미셀라라고 하며, 증류장치를 거치면서 용제는 제거되어 기름성분만 남게 됩니다.
유지의 정제
탈 GUM
원유의 불순물중 효율적인 정제작업에 나쁜 결과를 나타내며 정제유의 품질과 안정성에 악영향을 주는 유용성 불순물중에서 가장 큰 비중을 갖는 것이 GUM질 성분입니다. GUM 질은 대체로 인지질이나 점액의 성질을 갖는 성분으로 콩기름, 채종유, 면실유 등에 많이 들어 있습니다.
탈산
원유중에 함유되어 있는 유리지방산을 제거하는 공정입니다. 탈산공정에서 유리지방산을 제거할 때 기타의 불순물 즉 색소 물질이나 미량의 중금속류등이 제거되기도 하며 여과나 탈검공증으로 거치고도 남아있는 미세입자들이나, 인지질 등이 제거됩니다.
탈산에는 알카리탈산, 물리적 탈산 또는 화학탈산 등이 있습니다.
탈색
활성백토를 첨가하여 진공하에서 가열하고 식힌 후 여과합니다.
그러면 대부분의 색소를 탈색됩니다.
탈취
진공하에서 증류하여 휘발성 물질을 제거하면 기름의 특유한 냄새는 없어집니다.
대두유 제조법
처리용량 : 1900MT/day (원료대두 기준)
--->>> 년간 약 500,000MT의 미국산, 100,000MT의 브라질산 대두를 50,000MT급
곡물 수송선을 이용하여 인천항을 통해 수입.
원료 대두의 성분 조성
- 조지방(18-20%), 조단백(35%), 수분(12%), 탄수화물(33%)
대두유 제조공정
: 크게 전처리(preparation), 추출(Extraction) 및 추출원유의 탈검, 정제(Refining) 공정으로 분류된다.
- 대두박 : 대두에서 유분을 제거하고 남은 고단백의 추출박으로 단미사료, (배합사료의 원료) 및 장유용, TSP용 박으로 사용됨.
- 공업유 : 반품처리된 대두유를 비식용, 공업용(인쇄용 잉크 제조업체 등), 유지 가공업체에 판매.
- DARK OIL : 탈산공정에서 제거된 NA-SOAP을 황산과 반응시켜 제조, 크레파스 제조 원료.
- 탈취지방산 : 탈취공정에서 나온 휘발성 성분. 토코페롤 등 고부가가치 제품이 함유되어 있는 고가 제품으로 당공장으로 유일한 수출제품
식용유의 참고 사항
식용유의 특징
식용유는 영양가와 조리방법에 있어 몇 가지 장점을 지니고 있습니다. 유지는 단위 열량이 단백질이나 탄수화물에 비해 2배가 넘는 9kcal이기 때문에 소량으로도 많은 에너지를 얻을 수 있습니다. 또한 다른 지방질에 비해 소화흡수율이 높고, 우리 몸에 꼭 필요한 필수 지방산인 리놀산의 공급원입니다.
녹색야채에 함유되어 있는 지용성비타민(A,D,E,K등)의 소화흡수율도 매우 높은 편이며, 비교적 높은 온도에서 쉽게 요리할 수 있으므로 비타민류 등 영양소의 손실이 적습니다. 아울러 지방질이나 탄수화물은 에너지원으로 이용될 때 비타민 B₁을 필요로 하게 되는데 유지식품은 비타민 B₁을 절약할 수 있는 잇점이 있고, 노화를 방지하는 비타민 E(예를들면 토코페롤)의 공급원이기도 합니다.
또한 식용유는 식품에 풍미를 주어 음식의 맛을 향상시키므로 조리상 중요한 역할을 합니다.
이외에도 조리상에 있어 장점을 살펴보면, 고온에서 단시간에 조리하는 식용유는 열의 효율적인 매체로서 식품의 맛을 온화하게 하고 이형성 및 윤활성이 있어 과자나 빵의 제조시 타는 것을 방지합니다. 그리고 유화성이 있어 기름기가 많은 식품에서 기름의 맛을 억제하고, 수분의 증발방지와 식품조직의 보존성을 크게 높여줍니다.
식용유는 단백질, 탄수화물 보다도 칼로리가 높습니다.
식용유 9Kcal/g
단백질,탄수화물 4Kal/g
소화 흡수율이 100%이며 위가 편안합니다.
우리의 몸속에서 전혀 만들어지지 않는 필수 지방산인 리놀산의 함량이 높아, 신체내에서 중요한 역할을 합니다. 리놀산 등의 필수지방산은 신체 세포기능을 정상적으로 조절·유지하는 역할을 하며, 신진대사가 활발한 어린이에게는 더욱 필요합니다.
▷ 녹황색 야채에 많은 비타민 A의 흡수를 원활하게 합니다.
▷ 요리시 식용유가 재료를 둘러싸므로 비타민 C의 파괴를 최소화 합니다.
▷ 전분질의 소화에 많이 소요되는 비타민 B1을 절약합니다.
▷ 노화를 진행시키는 과산화지질의 형성을 방지하는 비타민 E 가 많이 있습니다.
▷ 비타민 E 는 암의 예방에도 효과가 있다는 보고가 많이 발표되었습니다.
▷ 체내에 지방형성은 효소에 의해 촉진됩니다. 당질은 효소의 움직임을 활발하게 만들어 중성지방을 축적시키거나, 식용유에 많이 함유된 리놀산 등의 필수지방산은 효소활동을 저지시키는 역할을 합니다.
▷ 식용유 요리는 위속에서 서서히 소화됨으로 포만감을 지속시켜 간식 등을 줄이므로 , 건강상 무리없이 다이어트를 할 수 있습니다.
식용유 미니상식
▶ 알아두면 편리한 튀김 상식
튀김옷
밀가루의 역할
밀가루에는 다양한 종류가 있지만 튀김옷에 사용되는 것은 글루텐의 양이 적고 점성이 적은 박력분이 좋습니다. 튀김을 처음 하는 초보자라면 튀김가루를 사용하는 것도 좋습니다. 튀김가루는 박력분에 각종 천연재료를 이상적으로 배합한 것으로 바삭바삭한 튀김을 더욱 간편하게 만들 수 있게 해줍니다.
튀김옷을 차갑게 하는 이유
밀가루에 들어 있는 글루텐은 그대로 방치해 두면 찰기가 나오는 성질이 있기 때문에 튀김옷의 바삭한 맛을 즐기기 위해서는 차가운 달걀물을 사용해 재빨리 휘저어 섞든가 찬 얼음물 위에서 튀김옷을 만들어야 합니다.
달걀의 역할
달걀은 튀김옷과 재료가 떨어지지 않게 밀착시켜 주고 맛과 영양을 높여줍니다. 달걀을 풀 때 접착력을 높이기 위해서는 너무 세게 휘젓지 않습니다.
빵가루의 역할
빵가루는 고기에 열이 직접 전달되는 것을 막아주는 역할을 합니다. 빵가루에 함유되어 있는 공기가 열의 전도를 막기 때문입니다.
튀김 적정 온도
식용유에 튀김옷을 떨어뜨려 보았을 때 튀김솥의 중간까지 가라 앉다가 곧 떠올라오는 온도(170 ~ 180℃ ) 가 적당합니다. 식용유는 과열되면 화재가 발생합니다. 250℃ 정도면 연기가 발생하기 시작합니다. 316℃ 정도에서는 불을 붙이면 타기 시작합니다. 340 ~ 370℃에서는 자연적으로 불이 붙습니다.
튀김의 온도는 160~180℃가 좋은데 이 온도는 온도계로 측정하는 것이 가장 좋습니다.
그러나 온도계가 없을 때는 소금을 약간 떨어뜨려 보아도 알 수 있습니다. 소금을 떨어뜨렸을 때 170~180℃에서는 중간쯤 내려가다 다시 올라오고, 그 이하의 온도에서는 가라앉고, 그 이상의 온도에서는 요란한 소리와 함께 타버립니다.
▶ 사용하고 난 기름을 처리하는 방법
사용하고 난 기름을, 설겆이대와 하수도에 버리는 것보다는 아래 소개해 드린 방법으로 버려주세요.
방법1. 종이팩 사용
종이팩에 흡유성이 좋은 종이를 넣고 다 쓴 기름을 넣는다. 그리고 스태플 등으로 입구부분을 막은 후 생활쓰레기와 함께 버린다.
방법2. 응고제 사용
우리나라에는 잘 보급되지 않은 기름 응고제등을 이용하여 액체상태의 기름을 고체화시킨 뒤 생활쓰레기와 함께 버린다.
방법3 신문지사용
헌 신문종이에 다 쓴 기름을 스며들게 하고, 이것을 생활쓰레기와 함께 버린다.
▶폐식용유로 비누 만들기
주의)∼ 가정에서 비누를 만드는 것은 위험합니다∼
가정에서 직접 폐식용유를 사용해 비누를 만드는 것은, 강 알칼리인 가성소다(NAOH) 를 사용하기 때문에 위험성이 있습니다.
<모아둔 기름으로 무공해 비누 만드는 방법>
폐식용유는 가정에서 하수구로 흘러 보내는 것이 가장 오염도가 높습니다.
BOD(생물학적 산소 요구량)가 무려1백만ppm입니다.
(쌀뜨물 3천, 된장국 3만5천ppm)
이것이 그대로 하천이나 바다로 흘러 들어가면 환경오염의 원인이 되지만 잘 활용하면 아주 좋은 비누원료가 되기도 합니다.
한 컵의 기름을 물고기가 살 수 있게 희석하려면 욕조 135통의 물이 필요합니다.
비누 만드는 방법
가성소다 일정량(1.75Kg)을 큰 고무그릇에 담고 물 3.3L를 부은 후 긴 막대기로 저어줍니다. 이때 발생하는 연기는 마시지 않도록 주의합니다. 물이 맑아지면 폐식용유11.6L를 붓고 약 30분 정도 일정한 방향으로 저어줍니다.
어느 정도 뻣뻣해지면 준비해 놓은 상자(과일이나 생선상자)에 부어 2-3일 두고, 사용하기 편리한 크기로 자릅니다.
그 후 10일 정도 더 숙성시킨 후 사용하면 됩니다.
▶기름때는 식용유로 제거
스토브에 기름을 넣을 때나 차를 점검할 때 기름이 손에 묻기 쉽습니다. 이때 비누로 때를 완전히 지우는 것은 어렵습니다. 기름때는 설탕으로 때를 뺄 수 있지만 식용유로도 가능합니다.
▷ 기름때를 기름으로 녹여 빼는 셈입니다.
▷ 기름이 묻은 손에 식용유를 부어 양 손을 잘 비빕니다.
▷ 쓰지 않는 천조각이나 종이로 기름을 잘 닦아낸 후 비누로 씻습니다.
▷ 기름때 뿐 만 아니라 기름 냄새도 없어집니다.
▷ 기름이 많이 묻었을 때는 식용유로 비비고 천으로 닦는 것을 2~3회 반복합니다.
▷ 그리고 가스레인지 주위나 주방의 기름때도 식용유로 없앨 수 있습니다.
▷ 스테인레스 스틸이나 타일의 기름때를 닦을 때 식용유를 헝겊에 묻혀 닦으면 됩니다.
▷ 또 기름 냄새가 없어지지 않아 역겨울 때는 밀감 껍질이나 찻잎으로 문지르면 냄새가 쉽게 빠집니다.
출처 : Tong - bwv996님의 화학 관련통
◎ 식용유의 제조방법
* 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.
◎ 유지(oil and fat)
-.식용과 등용 중시
-. 도료 및 비누제조에 이용
-. 고급 알코올, 함질소 유도체 二量體酸 ; 계면활성제, 가소제, 도료, 합성수지, 합성납 제조
5).굴절율 : 액체유지나 지방산에 대한 광의 굴절율은 그 탄소수, 이중결합수(크게 좌우 함),
-OH기의 유무에 따라 변한다.
(5). 유지 및 지방산의 화학적 성질
1).가수분해 및 비누화
* 가수분해 : 트리글리세리드를 가수분해시키면 지방산과 글리세린이 생성된다.
H2C - OCOR H2C - OH RCOOH
I + H2O I
HC - OCOR' -----> HC - OH + R'COOH
I I
H2C - OCOR" H2C - OH R"COOH
* 비누화 : 유지분해공업에서는 ZnO, MgO, CaO 등이 촉매로 사용되며, 이들은 금속비누 가 되어 유중수적형(W/O)유화제로 작용하여 기름 속에 녹아들은 물에 의하여 반응이 진행된다. NaOH (KOH)로 이 분해반응을 일으키면 지방산의 염(비누)이 생기며 이를 비누화라고 한다.
2).에스테르화 : 에스테르는 지방산과 알코올을 직접 탈수 축합시켜 합성하거나 에스테르에 다른 종류의 알코올이나 지방산 또는 에스테르를 에스테르 교환시켜 합성하기도 한다. 지방산과 알코올을 직접 에스테르화 시키는 반응은 다음과 같은 가역반응이다.
6).유지의 산패(rancidification) : 유지가 공기와 접촉하여 신맛을 갖게 되고 나쁜 냄새를 내게 될 때 유지는 산패되었다고 한다. 그 원인은 주로 유지의 자기산화에 있으나 수분이나 단백질을 함유하 고 있는 것에서는 미생물, 효소 등의 작용으로 일어나기도 한다.
3.유지화학공업
(1). 유지의 채취
1). 식물성 기름의 채취
① 종자유의 저장 : 식물의 종자는 유지를 함유하고 있는 것이 많다. 대개는 그 핵에 유지가 들어 있 으나 올리브나 파암(palm) 같은 것은 과육 속에도 유지가 들어 있으며, 이와 같은 것은 변질되기 쉬우므로 나무에서 따낸 즉시 채취해야한다. 종자저장용 창고는 저습도 유지 및 쥐, 벌레의 해를 방지할 수 있어야 한다.
② 예비처리 : 유지 채취 시에는 먼저 원료의 무게를 달고 나서 magnet separator로 철분을 제거하고 먼지와 깍지를 제거한 후 쪄서 수분을 조절한다.
③ 착유 : cage press(케이지 프레스) 압착기, 최근에는 expeller가 사용된다.(나선회전형)
④ 추출 : 착유로 지게미 속에 기름이 남게되나 용제로 추출하면 완전히 채유 가능, 현재 가장 많이 사용하는 것은 n-hexane(bp 68.6℃)이다.
⑤ 용제 회수 : 지게미 속에 남아 있는 용제는 0.5-0.3%가 되도록 직접증기를 불어넣는 단증류관이 많이 사용되고 Kolonne식의 연속증류장치도 있다.
⑥ 지게미 : 압착한 지게미의 주성분은 단백질이므로 식료, 동물의 사료 및 비료로서 중요하다. 특히 콩 지게미에서는 화학조미료, 된장, 간장, 두부, 인조고기, 카제인 접착제 등이 만들어진다. 따라서 용제는 완전제거를 해야한다(고온 제거; 단백질 변질).
2). 동물성 유지의 채취
동물의 지방층은 다량의 지방을 함유하고 있으며 이를 가열하면 둘러싼 단백질 막이 파괴되고 지방 은 녹아 점도가 떨어져서 쉽게 흘러나온다.
(2). 유지의 정제
* 유리지방산 ; 맛을 나쁘게 하므로 식용유에서는 산값이 0.1정도가 되도록 제거한다.
* 색 및 냄새 ; 상품의 가치를 좌우하므로 제거한다.
* 불순물제거 ; 보통은 알칼리정제, 백토처리, 감압한 상태에서 수증기증류이며 기타 산처리, 열처리 등으로 점질 물을 제거한다.
1). 알칼리 정제
유리지방산은 알칼리로 중화시켜 비누로 하면 기름에 녹지 않게 되어 분리된다. 이 때 점질물과 색소도 일부 비누와 함께 제거된다(연속원심 분리식 사용).
2). 탈색
보통산성백토나 활성백토로 흡착 탈색시킨다. 백토에는 30-35%의 기름이 흡착되므로 그 만큼 손해다.
3). 탈취
기름은 특유한 냄새와 산패를 하였을 때의 냄새가 있으며, 식용유는 반드시 탈취한다.
(3). 비누 및 금속비누의 제조
1). 비누
지방산의 알칼리 금속 염을 비누라고 하며, 보통은 나트륨 염이 대부분이고 일부 칼륨염(연한 비누)도 제조되고 있다. 알칼리 이외의 금속 염은 금속비누라 부르고 있으나 이들은 물에 불용성 이어서 세제로 쓸 수 없고 금속의 종류에 따라 용도가 다르다.
돼지기름 또는 각종 연질 경화유에 모노글리세리드를 가하고 보테이터(votator)에서 가 스를 분산시킨 상태에서 고체화시켜 미세한 기포와 결정이 생기게 한다.
◎ 에스테르계 합성 윤활유
1.서론
19세기까지 천연오일과 지방(트리글리세라이드, 에스테르 혹은 지방산과 같은)은 여러 종류의 응용 분야에 윤활제로서 사용된 물질들이었다. 내연기관용 엔진들의 개발과 함께 천연 에스테르들은 온도에 따른 안정도 요구를 만족시키지 못해 자연히 시장에서 사라지고 이들 엔진들의 개발시점에서 유용하게 되었던 석유로부터 생산되는 광유계 오일들로 대체되었다.
그러나 1940년 경부터 가스 터빈 엔진의 개발과 함께 광유는 이러한 응용분야의 더욱 더 가혹한 요구조건들을 충분히 충족시킬 수 없다는 것이 뚜렷하게 되었다.
합성 에스테르들, 첫째 디에스테르 그리고 폴리올 에스테르들은 이러한 요구사항들을 잘 만족시키도록 개발되었다. 과거 60~70년 동안 합성 에스테르의 장점은 다른 응용분야에 대해서 잘 인식되었다. 그 시기로부터 에스테르는 자동차용 엔진오일, 기어오일, 커프레서 오일 그리고 유압작동유 등을 만들기 위한 배합에 사용되고 있다. 최근에 에스테르는 고성능의 부분합성 이나 전합성 윤활유를 배합 제조하기 위해 흔히 자주 사용되고 있는 물질이다.
1)천연오일과 지방에 대한 광유의
천연오일과 지방의 세계적 생산량은 전체 오일시장의 단지 2.2%이며 이러한 천연오일과 지방의 주된 원천은 식물성 야채(70%)이며 그 나머지는 동물성 지방과 해양오일이다. 천연오일과 지방의 전체 생산량의 주된 부분(86%)은 식품과 동물의 사료등의 응용 분야에 주로 사용되는 반면 그 나머지는 비누나 유지화학용으로 사용된다. 광유계 오일 시장은 역시 그 응용분야에 의해 나누어진다. 95%는 에너지 목적을 위해 사용되고 석유화학을 위해 4% 그리고 단지 1%만이 광유계 윤활기유로서 사용된다. 화학시장 안에서 광유계 윤활기유의 시장점유율은 약20%이다. 여기에는 지방산 알코올, 글리세린, 지방산 아민, 지방산 그리고 기타 다른 물질들이 포함된다. 이러한 시장에 있어서 중복 겹칩은 유지산업의 생산량의 33%, 석유화학산업의 약 1.5%를 차지한다.
2) 지방산 에스테르
합성윤활기유로서의 에스테르의 생산을 위해 사용되는 원료물질은 알코올과 지방산이다. 대부분의 알코올은 어떠한 지방산과 같은 석유화학 물질들로부터 유도된다. 그러나 지방산의 대부분은 천연 식물성과 동물성 오일 그리고 지방으로부터 제조되는데 이들은 주로 트리글리세라이드들이다. 다른 유형의 지방산을 포함하는 트리글리세라이드의 예들은 쇠기름(수지)과 땅콩기름들이다. 지방산이나 카르복시산의 생산을 잘 알려진 기술-예를들면 분리공정, 증류공정 그리고 탈납공정 등-에 따라서 수행된다.
첨가되는 변형된 제품들은 올레인 산의 단일 그리고 디 카르복시산으로의 산화 그리고 이 산의 디 그리고 트리가크복시산으로의 고분자화와 같은 공정에 의해서 얻어진다.
선택적인 지방산과 알코올의 선택으로 관심 있는 응용분야에 대해 요구되는 성질들을 갖는 에스테르를 생산할 수 있다. 단일, 디 폴리에스테르 그리고 복잡한 에스테르들과 같은 이들 에스테르들은 지방산과 알코올의 선택에 의존하여 물에 대한 용해에서부터 광유에 대한 용해까지 변화한다. 윤활유 산업에서 광유와 양립하는 에스테르는 가장 중요하며,
2. 폴리올 에스테르계 합성 윤활유
1)화학
neopentyl polyol esters라 불리며 합성윤활기유로 사용되는 네오 폴리올 에스테르(neopolyol esters)는 네오 폴리올(neopolyol)과 하나 혹은 그 이상의 가지를 포함하는 지방족 선형 단일 카르복시산과의 반응으로 얻어지는 에스테르이며 이때 4~10개의 탄소원자를 갖는 산은 항공기용 에스테르계 윤활유를 제조하는 데 사용되며 4~16개의 탄소원자를 갖는 산은 자동차용으로의 응용을 위한 에스테르 제조에 사용된다. 윤활기유 제조에 유용한 전형적인 네오 폴리올의 일반적인 분자식은 다음과 같다,
<![endif]>
여기서 R1은 1~4개의 탄소원자 혹은 methylol기(-CH2OH)를 갖는 알킬기이며 R2는 1~4개의 탄소원자 혹은 -CH2-OR3기를 갖는 알킬기이며 여기서 R3는 수소원자나 포화 지방족 탄화수소 혹은 5~10개의 탄소원자를 갖는 산소화된 탄화수소기이며 하나 혹은 그 이상의 일차 히드록실 치환체를 포함한다. 이 구조식은 neopolyol 분자의 3차원적 성질을 표현하지는 못한다. 더 정확하게 나타내려면 중심의 탄소원자 주위에 분포된 4개의 기들을 갖는 그리고 3차원 공간에서 서로의 거리가 같은 사면체로써 나타내는 것이다.
2) 원료물질
(1) neopolyols
neopolyol 에스테르계 윤활유의 90% 이상을 제조하기 위해 사용되는 주된 neopolyols는 다음과 같다.
① Trimethylol propane
② pentaerythritol (sometimes monopentaerythritol)
③ dipentaerythritol
88wt.%의 pentaerythritol(PE)과 12wt.%의 dipentaerythritol(di-pe)의 혼합물인 상업적으로 가능한 "technical pentaerythritol"은 합성 윤활기유를 제조하기 위해 neopolyol로서 PE나 di-PE 단독으로보다는 휠씬 더 자주 사용된다. 다른 상업적인 neopolyols는 다음과 같다.
① neopentyl glycol
② tyimethylolthane
위의 두 가지 polyols는 앞의 3가지 polyols 만큼 합성윤활기유의 제조에 광범위하게 사용되지는 않는다. 위의 모든 polyols는 백색 결정이거나 고체 가루이다.
2) 산
neopolyol esters를 제조하기 위해 가장 자주 사용되는 산들의 일반적인 분자식은 다음과 같다.
CH3(CH2)nCO2H
여기서 n값은 보통 2~8이다. 이들 산들은 천연지방과 천연오일의 가수분해로부터 제조되기 때문에 흔히 "short-chain fatty acids" 라 불린다. 이들 산은 역시 탄화수소들의 산화나 올레핀들의 'oxo' 반응으로부터 역시 만들어진다.
3) 에스테르화 반응
neopolyol ester는 여러 가지 방법들 neopolyol ester에 의해 제조될 수 있다. 한 가지 방법은 직접적인 에스테르화 반응인데 이 반응에서는 neopolyol은 산이나 산들의 혼합물과 직접적으로 반응한다. 특허들이나 다른 문헌들을 모두 검토 연구한 결과 직접적인 에스테르화 반응 방법만이 합성윤활기유를 위한 neopolyol esters 의 제조를 위해 상업적을 사용된다.
에스테르화는 평형반응이며 평형이 완성되지 않는다면 반응이 완전히 이루어지지 않는다. 비휘발성 neopolyol esters의 경우에 물이 형성되자마자 곧장 더 휘발성인 물을 제거해 줌으로써 이 반응은 이루어진다. 자일렌이나 톨루엔과 같은 azeotroping agent는 물이 증기화하는 온도를 낮추어 주기 위해 사용될 수 있다. 그러나 반응은 대기압과 에스테르의 끓는점 이하이나 물의 끓는점 100℃보다 훨씬 높은 온도에서 수행되므로 azeotroping agent의 사용은 요구되지 않는다. 약 5%의 여분의 산이 사용되는데 이것은 짧은 사슬의 지방산은 neopolyols보다 더 휘발성이 있기 때문이며 증류에 의해서 회수될 수 있다. 그리고 반응은 이들의 증기화 온도를 낮추고 가능한 분해를 최소화하기 위해 진공상태 아래에서 수행된다. 조금이라도 남아 있는 산들은 석회와 같은 알칼리성 물질을 첨가함으로써 중화될 수 있다. 에스테르화 반응을 더 빨리 수행하기 위해(즉, 에스테르화 반응속도를 빠르게 하기 위해) para-toluene sulfonic acid와 같은 촉매를 사용한다
4) 물리적 성질들에 미치는 에스테르 조성의 효과
합성기유로서의 neopolyol esters의 물리적인 성질들과 조성 사이의 관계를 고찰한 초기의 연구자료들 가운데 한 가지는 barnes와 fainman의 1957년의 연구논문이다
그 당시에는 이들 에스테르들은 광유와 dibasic acid esters와 비교해서 우수한 열 안정성 때문에 합성윤활기유로서 먼저 고려되었다. 네 가지 상업적으로 생산된 neopolyols(neopentyl glycol, trimethlolehane, trimethylol propane, 그리고 pentaerythritol)와 두 가지 실험실적으로 제조된 polyols(2-butyl-2-ethyl-1, 3-propanediol,그리고 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol)와 여러 가지 짧은 사슬의 지방산들을 반응시켜 48개의 에스테르를 제조하였다. 여기서 이들 산들은 직쇄형 이거나 가지형 그리고 이들 두 가지 형태의 혼합물들이 역시 사용되었다. 이들 산들은 3가지 출처로부터 얻어졌다. 즉, 천연 지방과 천연유로부터 직쇄형이, 석유계 올레핀의 산화로부터 가지형이 그리고 일산화탄소의 수소화로부터의 액체 생성물의 가성 추출로부터 이들 두 가지 유형의 혼합물이 얻어졌다. 이 글 48가지 에스테르에 대한 연구자료부터 다음과 같은 결론들을 얻을 수 있었다.
이들 에스테르들의 윤활성과 디에스테르의 그것은 그들의 마찰의 static과 kinetic coeggicients(즉 마찰계수)를 측정함으로써 경계조건들 아래에서 결정된다. 동력학적 계수에 대한 정적 계수의 비가 1이하일 때 부드러운 미끄러짐이 일어난다. barnes와 fainman의 연구결과들은 다음 두 가지 사항을 보였다.
많이 가지화된 산들로부터 제조된 에스테르는 같은 크기의 동일한 사슬길이를 갖는 직쇄형 사슬의 산들로 제조된 에스테르와 비교할 때 훨씬 윤활성능이 떨어진다.
직쇄형과 고도로 가지화된 산들의 혼합물로부터 제조된 에스테르들의 윤활성은 직쇄형 산이나 고도로 가지화된 산들만으로 제조된 에스테르들 사이의 중간 값을 갖는다.
neopolyol esters가운데 베타 수소가 결여된 에스테르들은 260~316℃의 범위에서 dibasic acid esters에 대한 232~246℃와 비교해서 휠씬 우월한 열 안정성을 나타낸다. 베타 탄소원자에 한 개의 수소원자를 갖는 에스테르의 보편적인 분해 메커니즘은 다음과 같은 알파올레핀과 산들로 분해되는 여섯 탄소원자로 형성된 고리의 형성을 통해서 일어난다. 이 반응들을 유발하기 위해 요구되는 온도는 neopolyol ester를 분해시키기 위해 요구되는 온도보다도 더 낮다. 베타수소들이 메틸이나 더 높은 알킬기로 대체될 때 6탄소원자로 구성된 고리(6-membered ring)는 형성될 수 없으며 에스테르의 분해는 자유라디칼들의 형성에 의하여 더 높은 온도에서 일어난다. trimethylol propane과 pentaerythritol 에스테르들과 di-branched-octyl-azelate를 사용하여 260℃에서 열 분해시험을 한 결과 dibasic acid ester는 neopolyol esters보다 거의 3배나 빨리 분해되었다. 1962년에 출간된 gunderson과 hart의 저서[8]에서는 윤활유 성질들에 미치는 분자구조의 영향에 관해서 보다 더 구체적으로 기술되어 있다. barnes와 fainmam에 의해 연구된 48개의 에스테르들 중 어느 것도 미군과 일반 상업용 제트 항공기를 위해 요구되는 점도-온도, 유동점 그리고 인화점에 대한 현재의 물리적 성질 규격들 모두를 만족시키지 못하였다는 것은 중요한 사실이다. 한 개의 polyol과 하나의 acid로써 제조된 에스테르로 정의되는 간단한 에스테르로써 그러한 광범위한 온도 범위를 포함하는 요구되는 성질들에 대한 규격들 모두를 만족시킨다는 것은 불가능하다. 1957년 barnes와 fainmam의 연구 논문이래 윤활 기유들에 있어서의 연구개발 작업의 대부분은 에스테르들의 혼합물들을 사용하여, 즉 에스테르화 반응전의 반응물들을 혼합하므로서 얻어지는 물리적 성질들의 요구되는 규격 사항들을 만족시키는 방향으로 돌려지고 있다.
5) 윤활기유 배합
1970년대 초반 합성윤활기유를 위한 최적 배합비를 결정하기 위해 광범위한 실험실적 연구들이 Niedzielski 에 의해 수행되었다. 그의 연구논문 내용에서는 원하는 에스테르 혼합물들을 제조하는 적절한 방법은 반응물들을 조화롭게 결합시켜서 평형과정으로 알려진 단일단계로 에스테르화 반응을 시키는 것이라는 사실을 보여주고 있다. 정제 후 결과 산물인 에스테르들은 열적으로 안정하였다. 에스테르 혼합물을 얻기 위한 대안적 방법은 개개의 에스테르를 생산한 후 그들을 혼합하는 것이다. 이 방법은 보편적으로 실제 사용에서 직면하게 되는 상승된 온도에서 더 이상의 평형(즉 트랜스 에스테르화)을 또다시 치르는 안정성이 변화하는 혼합물을 낳게 했다. 즉 이 혼합물은 물리적 성질에서의 결과적인 변화를 갖게 된다.
(1) 에스테르 혼합물의 평형 조성
에스테르 혼합물들의 궁극의 평형조성은 통계적으로 계산된다. 형성할 수 있는 다른 종류의 화합물들의 수는 다음과 같다. (이하 생략)
에스테르 혼합물에서 간단한 에스테르들의 낮은 농도들은 그들의 중요성이 이전에 과대 평가되었었다는 것을 보여준다. 몰 분율 농도들로부터 단지 하나의 산의 산군을 포함하는 단순한 에스테르들은 에스테르 혼합물의 단지 약 7몰%만을 차지한다. 두가지나 세 가지 다른 산 종류로부터의 여러 가지 복합 조화된 것을 포함하는 혼합된 에스테르들은 에스테르 혼합물 전체의 93몰%를 구성한다. 그러므로 단순한 에스테르들의 성질들과 혼합된 에스테르들의 성질들 사이의 실제적 상호관계는 개발되지 않았다는 사실은 별로 놀랍지가 않다. niedzielski의 연구사항은 pentaerythritol과 dipentaerythtol의 혼합물과 다음과 같은 세 가지 부류의 카르복시산 혼합물의 사용에 기초하고 있다.
①C5,C7,C9
②C4,C6,C8 or C6,C8,C10
③C5,C6,C7,C8,C9
(2) 경험적인 모델
윤활제 성질들과 조성 사이를 관계 시키기 위하여 경험적인 모델식이 사용되었다. 위에 보여진 세 가지 부류의 카르복시산 각각에 대하여 분리된 식이 사용되었다. 식의 상수들을 확립하기 위해 실제 에스테르화 반응으로부터의 실험자료를 이용함으로써 niedzielski는 세가지 부류의 산의 혼합물들의 pentaerythritol / dipentaerythritol 에스테르계들에 대한 조성 한계들을 계산할 수 있었고 점도, 유동점 그리고 인화점은 규격 한계치 안으로 만족시켰다. 그는 규격 한계 안에서 규격을 만족시키는 제조된 31개의 에스테르의 원료물질인 카르복시산의 탄소원자의 평균수는 6.35에서 7.16 사이의 좁은 범위안에 있다. 그래서 산들의 적절한 배합의 선택에는 얼마만큼의 범위가 있다. 즉 탄소원자들의 평균수에 의해 한정된다. 산들의 혼합은 경험적으로 확립된 한계치 안에서 변화될 수 있으며 혼합산들의 개개의 산들의 유용성에 역시 의존한다. 비슷한 경험적인 모델들이 trumethylol propane에 대해서 확립될 수 있었으며 다른 상업적으로 가능한 neopolols, neopentyl glycol과 trimethylol ethane에 대해서도 역시 가능하다.
(3) 점도 고찰
①3가지 neopolyols(neopentyl glycol, trimethylol propane, pentaerythritol)와 6-12개의 탄소원자들을 갖는 카르복시산들로부터 제조된 정상 에스테르들의 100℉ (37.8℃) 에서의 동점도는 그들의 분자량의 함수이며 선형 방정식으로 표현될 수 있다.
동점도(cSt, @100℉ (37.8℃)) - -21.7 + 0.0798 X (분자량)
②이들 에스테르들의 -40˚F(-40˚C)에서의 동점도는 분자량보다는 더 분자의 모양의 함수이며 가지화된 산의 탄소원자 분포의 몰퍼센트에 따라 증가한다.
(4) 기타 다른 성질들
직쇄형 산으로부터 제조된 에스테르들의 부식-산화 안정도는 가지화된 산으로부터 제조된 에스테르들의 그것과 비교할 수 있다는 것을 시험결과들은 보였다. 그러나 가지화의 몰 퍼센트는 부식-산화 안정도에 의해서라기보다는 산들에 존재할 수 있는-40˚F(-40˚C) 에서의 동점도에 의해서 제한한다. 점도 이외의 다른 열안정도와 온도의존 성질들은 산에 존재하는 가지화 정도에 의해서 의미 있게 영향이 미쳐지지 않는다. 산들의 어떠한 유형도 부식과 산화 첨가제의 성능을 감소시키지는 않는다. 이들 에스테르들의 성질들은 역시 폴리올 functionality(-OH기들의 수)와 산에 존재하는 사슬의 길이에 따라서 변화한다. 이들 성질들은 선택된 산들의 혼합물들을 사용함으로써 큰 양으로 조절될 수 있다.
6) 관련 특허
윤활기유로서 사용되는 neopolyol esters에 관련된 특허들은 매우 많다. 이들을 종합적으로 검토해 보면 이들 특허들은 단일의 neopolyol, ,monohydric 알코올 혹은 다른 폴리올들의 혼합물과 적어도 하나의 mono 카르복시산을 채용한 고전적이고 직접적인 에스테르화 반응 기술을 보이고 있다. 에스테르화 반응은 대기압 하에서 촉매와 azeotroping agent의 채택이나 비채택으로 수행되었다. 비록 이들 특허들이 에스테르화 반응조건들의 범위를 나타내고 있다고 하더라도 공정설계의 기초를 형성하기 위한 충분한 정보자료들은 이들 특허 내용상에는 없다.
대체적으로 특허 예들에서의 모든 연구실험들은 반응시간과 온도등을 최적화하기 위한 시도는 없는 단지 실험적 초자기구에 의한 실험으로 실시되었다. 산들은 비록 디 카르복시산이나 폴리 카르복시산들이 가끔 사용된다 할지라도 보편적으로 짧은 사슬의 선형 지방산들이었다. 몇 가지 경우에서는 산으로서 시클로 지방족 혹은 방향족 산들이 사용된 경우도 있었다. 많은 경우들에서는 에스테르계 합성기유들과 적절한 첨가제들을 배합함으로써 최종적인 윤활유가 제조 생산되었다. acyl기 탄소원자들의 요구되는 평균적인 수를 주기 위해 탄소원자들의 최소화 최대화 '수에 있어 제한된 산들의 혼합물들이 자주 지적되었다. 산 혼합물들에서 전체 산들과 관련된 가지화된 산들의 몰 퍼센트에서의 상한값의 한계치를 갖는 가지화된 alkanoic acids가 역시 사용되었다. stauffer 화학회사에 귀속되어 있는 유일한 특허는 neopolyol ester(trimethylol propane triheptanoate)와 선형 알파 올레핀 올리고머(주로 수소화된 trimeric과 tetrameric decene-1)와의 혼합을 나타내고 있다. 20무게 퍼센트의 neopolyol ester를 포함하는 배합은 mobil사의 'mobil-1'과 'chevron사의 'subzero fluid이다. 에스테르는 첨가제의 용해도와 오일에 의한 실재 팽창과 같은 어떤 성질들을 변형시키기 위해 사용된다.
7) 에스테르화 반응 : 반응열
평균적인 에스테르 분자식으로 나타낸 반응은 다음과 같다.
① for PE (88wt% of technical PE)
② for di-PE(12 wt% of technical PE):
PE와 3가지 산들과의 반응으로 생성된 15가지 PE tetraesters의 조성은 앞의 화학부분에서 논의 되었다. 동일한 계산과정을 사용하면 di-PE(functionality=6)과 세 가지 산들로부터 제조된 다른 종류들의 에스테르들의 수는 총 28개이다. 이것은 15+28의 합인 43개의 다른 종류의 에스테르들을 만든다는 것을 말한다. 이것은 바로 항공기 제트 터빈용 윤활유 제조를 위해 요구되는 광범위한 온도 범위의 유용한 성질들을 제공하는 에스테르들의 다중도이다. 이들 43개의 에스테르들을 합성하기 위한 반응의 반응열의 계산은 위에 보여준 것과 같이 두 개의 평균 에스테르 분자식(PE tetraester와 di-PE hexaester)에 기초한 두 개의 화학 반응식에 기초하였다. 반응열은 에스테르의 생성열로부터 계산되며 이것이 용이치 못할 때는 prausnitz와 sherwood의 benson의 방법에 의해서 에스테르의 연소열로부터 계산하였다.
8) 열 물리적인 자료
폴리올과 산들의 증기압력은 보편적으로 여러 가지 출처로부터 입수 가능하다. PE와technical PE의 에스테르들에 대한 증기압들은 niedzielski에 의해 측정되어 구해졌으며 (증기-액체 평형자료는 증기압과 자료와 raoult의 법칙을 이용하여 계산되었다. ). PE 에스테르와 technical PE 에스테르에 대한 초기 열분해 온도는 각각 569°F(298℃)와 549°F(287℃)이다. 이들 초기 분해 온도들은 공정 흐름도에서 보여주는 제일 높은 공정온도(455°F)보다 더 높다.
3. 디에스테르계 합성윤활유
1)화학
(1) 정의
전형적으로 합성 윤활기유로 사용되는 dibasic acid ester는 adipic, azelaic혹은 sebacic acid와 같은 지쇄형 dibasic acid와 8~13개의 탄소원자를 갖는 긴사슬의 가지화된 일차 알코올 옥소 알코올과의 에스테르화 반응에 의해 제조된 에스테르이다.
(2) 원료물질
①dibasic acid
사용되는 주된 직쇄형 dibasic acid는 다음과 같다.
<![endif]>
Adipic과 azelaic acids는 결정형 고체이다. sebacic산은 작고 흰 구슬의 형태로 가능하다. 위에 나타낸 산들 이외의 다른 디카르복시산들은 출발 물질들로서 중요하지 않다. Glutarates는 너무 휘발성이고, methyladipic산의 에스테르들은 직쇄형 디에스테르들보다 더 낮은 점도지수를 갖는다. Pimelic, Suberic 그리고 nonane-디카르복시산들은 상업적으로 생산되지 않는다.
②Alcohols
사용되는 주된 일차 모든 옥소 알코올들은 -65°F 이하의 유동점을 갖는 무색 투명한 액체이다
③에스테르화 반응
dibasic acid esters는 여러 가지 공정들에 의해 제조될 수 있다. 그 동안 특허들과 다른 문헌들을 연구한 결과 dibasic acid가 직접적으로 알코올과 반응하는 직접 에스테르화 반응만이 상업적으로 사용된다는 것으로 나타났다. 그래서 이 직접적 에스테르화 반응만이 고려될 수 있는 유일한 방법이 될 것이다. adipic acid와 tridecylalcohol을 사용한 직접 에스테르화 반응의 예가 아래에 주어져 있다.
에스테르화 반응은 평형반응으로 평형이 완성되지 않는다면 반응이 완전히 이루어지지 않는다. 비휘발성 dibasic acid esters의 경우에는 물이 형성되자마자 즉시 더 휘발성인 물의 제거에 의해 반응은 이루어진다. 자일렌이나 톨루엔과 같은 azejotroping agent는 물이 증기화하는 온도를 낮춰 주기 위해 사용될 수 있다. 그러나 반응은 대기압과 에스테르의 끓는점 이하이나 물의 끓는점 100℃보다 훨씬 높은 온도에서 수행되므로 azeotroping agent는 요구되지 않는다. 약 5%에서 10%의 여분의 알코올이 사용될 수 있는데 이것은 알코올이 dibasic acid보다 더 휘발성이 있기 때문이며, 증류에 의해서 회수될 수 있다. 그리고 반응은 이들의 증기화 온도를 낮추고 가능한 분해를 최소화하기 위해 진공상태 아래에서 수행된다. 미반응된 산은 탄산나트륨 수용액으로 승화시킬수 있다. 에스테르화 반응을 더 빨리 수행하기 위해(즉 에스테르화 반응속도를 빠르게 하기 위해서) para-toluene sulfonic acid와 같은 촉매를 사용한다. dibasic acid esters의 열분해 메커니즘은 앞서의 네오폴리올에스테르의 경우에서 역시 잘 설명되어 있으니 참조하기 바란다.
2) 물리적인 성질들
주된 에스테르의 사슬에서 짧은 가지화는 낮은 온도들에서 더 낮은 점도들을 띠게 된다. 그러한 디에스테르들은 다음과 같은 반응에 의해서 얻어질 수 있다.
① 가지화된 일차 알코올과 직쇄형 디카르복시산과의 반응 혹은
② 가지화된 단일카르복시산과 직쇄형 dihydric 알코올과의 반응 혹은
③ 직쇄형 일차알코올과 가지화된 디카르복시산과의 반응
직쇄형 일차 알코올의 결핍된 유용성은 type 3의 사용을 제거한다. type2의 에스테르들은 더 낮은 점도지수와 더 큰 휘발성을 갖는 경향성 때문에 사용되지 않는다.
type2 에스테르들의 또 다른 불리한 점은 type1과 비교해서 더 낮은 가수분해 안정도이다. 덧붙여서, type2 윤활유의 밀도는 물의 그것과 대략같다. 그러므로 수분이 존재할 시 안정한 에멀젼을 형성한다. 위의 이유들 때문에 윤활유 가유로서 type1의 dibasic acid esters의 선택으로 귀결되었다.
Gunderson과 Hart는 Cohen, Murphy그리고 공동연구자들에 의해 결정된 type1 diesters에 대한 다음과 같은 척도적인 종합적 귀납적인 결과들을 주었다.
①산의 사슬 길이의 증가는 점도를 증가시키고, 점도-온도 특성들은 개선시키고 (온도 변화에 따른 낮은 점도 변화가 바람직하다) 유동점의 상승시킨다.
②산의 직쇄 사슬의 곁가지들의 첨가는 점도를 증가시키고, 유동점을 더 낮추며 사슬의 가지들의 수와 길이에 의존하는 점도지수를 낮추며
③알코올 사슬에서 가지화의 위치는 점도와 점도지수에 영향을 미친다. 점도, 휘발성 그리고 온도 안정성 고려를 위한 최적의 가지화 배열(향)이 있다.
④직쇄형 사슬에 시클로 고리기들의 첨가는 지방족 사슬들의 첨가에 의해 초래되는 것보다도 점도에서의 더 큰 증가와 점도지수에서의 더 큰 감소를 초래한다.
⑤분자의 가지분리부분에 대한 길이의 비율의 증가는, 즉 곁가지 혹은 시클로고리기들을 첨가함으로써, 점도지수를 감소시킨다. 위의 파라미터들은 최적의 분자구조는 직쇄 사슬의 산들에 결합된 긴 알코올 사슬들에 상대적으로 짧은 알킬 가지들을 갖는 지방족 디에스테르들의 구조이다. 분자구조에 대한 점도와 유동점과 관련한 다른 일반적인 원리들은 Gunderson과 Hart[8]에 주어진다.
⑥알코올 사슬에 짧은 가지들이 존재하면 높은 점도지수를 가지며, 이런 가지들의 수의 증가는 점도를 증가시키며 점도지수를 나쁘게 한다.
⑦일반적으로 알코올 사슬길이는 일반적으로 산의 사슬길이에 의해서 보다 더 에스테르 성질들에 더 큰 효과를 갖는다.
3) 관련특허
합성윤활기유로서 사용되는 dibasic acid esters에 관한 특허들은 하나나 더 많은 일차 지방족 알코올(가지화나 비가지화된)과 하나나 더 이상의 디키르복시산들을 이용한 고전적인 직접에스테르화 기술을 보이고 있다. 에스테르화 반응은 대기압하에서 수행되었으며, 촉매나 azeotroping agent의 존재나 비존재하에 수행되었다. 비록 특허들에는 가동조건의 폭이 담겨져 있긴 하지만 공정 설계를 위한 충분한 정보는 포함하고 있지 않다. 특허들에서의 모든 연구실험은 반응시간과 온도의 최적화 시도가 없는 실험실적 초자기구에 의한 반응실험들을 수행하였다. 몇 가지 경우들에서 최종 윤활유들은 적당한
4. 폴리올 에스테르계 합성윤활유와 디에스테르계 합성윤활유의 비교
1) 에스테르계 합성윤활유
과학적인 문헌들에 있는 여러 가지 기유들과 비교해볼 때 에스테르계 합성유의 여러 가지 성질들은 광유계 기유과 관련 지어서 판단된다. 폴리올 에스테르와 디에스테르사이의 차이는 역시 이러한 방법으로 비교될 수 있다. 그러나 에스테르계 합성윤활유를 제조하기 위해 사용될 수 있는 원료물질의 다양성 때문에 일반적으로 가정되는 것보다 더 많은 가능성이 존재한다. 그리하여 윤활유 산업에서 중요한 여러 가지 성질들은 사용된 원료 물질들에 따라서 영향을 받을 수 있다. 에스테르계 합성윤활유의 성질들은 지방산이나 알코올 사슬의 길이, 탄소 사슬에서의 가지화와 그것의 위치에 따라 영향을 받는다에스테르계 합성유와 그 제조공정을 위해 사용되는 원료물질의 선택에 의해 영향을 받는 다른 성질들은 휘발성, 산화.
2)에스테르계 합성윤활유의 장점과 광유계와 폴리알파올레핀계와 비교한 상대적인 성능
에스테르계 합성윤활유는 다음과 같은 점에서의 장점을 가지고 있다.
고온에서의 성질
윤활성
저온에서의 성질
생분해성
점도, 온도 관계
첨가제 용해도
휘발성
마찰 성질
에스테르계 합성유의 단점은 탄성 물질을 팽창시키는 경향이 있다고 자주 거론된다. 이러한 사실은 어떤 종류의 에스테르계에 대해서는 진실이다. 그러나 광유와 동일하게 행동하는 에스테르계 합성유도 역시 존재한다는 사실은 광범위하게 알려지지 않았다. 이에 관해서 구체적으로 논의하는 것은 여기에서 관점 밖의 사항이다. 단지 여기서 알려두고자 하는 것은 100% 단독 기유로서 사용될 수 있는 에스테르는 존재하며(비극성 에스테르계) 반면 다른 에스테르들은 광유계 기유나 PAO와 혼합하여 사용해야 한다. (극성 에스테르계)는 사실은 말할 수 있다. 후자의 경우에는 이들 에스테르는 탄성체의 수축 그리고 첨가제의 용해도 등 PAO의 뚜렷한 결함을 극복하기 위해 필수적이다.
(1) 고온성질
에스테르계 합성유는 엔진 청정성 그리고 불용해물의 생성(슬럿지)에 관해서는 일반 광유계보다 월등히 우수하다. 그러나 에스테르(그리고 역시 폴리알파올레핀)는 점도와 산가를 조절하기 위해 산화방지제의 첨가가 필요하다. 이것은 에스테르와 폴리알파올레핀은 순수한 화학물질인 반면 일반 광유는 몇 가지의 천연 산화방지제를 포함하고 있다. 추천되는 산화방지제는 페놀계나 아민계인 Ashless형태이다.
(2) 휘발성
에스테르계 합성유의 휘발성은 그중 특히 폴리올 에스테르계는 단연 제일 낮은 값을 갖는다. 100℃에서 4.4 cSt의 점도를 갖는 폴리올 에스테르는 Noack Test에 따르면 2%의 휘발성을 갖는다.
(3) 생분해성
에스테르계의 강점은 그들의 생분해도에 있다. 천연오일이나 지방으로부터 유도된 에스테르계 합성유는 이들 물질들의 생분해도를 그대로 이어받았다. 이 사실은 생분해성 윤활유에 대해 증가하는 요구와 함께 고려의 대상이 될 수 있는 매우 중요한 사실이다. (outboard오일, chain용 윤활제, 유압작동유).
3) 에스테르계 합성 윤활유의 성능면
(1) 윤활성 : 내마모 첨가제의 반응
내마모 첨가제들은 Ashforming(회분형성: 아연계 시스템) 혹은 Ashless(회분 비형성: 인산 시스템)일 수 있다. 두 가지 형태 모두 극성 특성을 갖는다. 이것은 경계 윤활조건 아래에서 금속/금속 접촉을 방지하기 위해 금속 표면에 물리적이거나 화학적으로 경계막을 형성하기 위해 필수적이다. 에스테르는 역시 극성 특성을 가지므로 비극성 광유 혹은 매우 비극성인 폴리알파올레핀보다 더 좋은 고유의 내마모 성질을 갖는다. 이러한 현상은 잘 받아들여진다. 그러나 여러 가지 에스테르계 합성유에서의 내마모성 첨가제들의 성능은 항상 쉽게 예측될 수 없다.
(2) 첨가제의 용해도 : V.I.- improver(점도지수 향상제)의 반응
PAO의 사용과 관련한 잘 알려진 문제는 논의된 바와 같이 어떠한 첨가제들의 용해도 문제이다. 대부분의 첨가제는 질소, 황 그리고 인원자를 포함하는 특성기들의 존재 때문에 극성 특성을 갖는다. 그래서 비극성 광유계 기유에 대한 좋은 용해도를 갖기 위해서 첨가제 분자들에는 긴 알킬기 혹은 아릴기 사슬이 존재한다. 불행하게도 PAO계 합성기유는 여러 가지 첨가제의 용해도 문제들에 대한 결과로부터 광유보다도 더 비극성을 나타낸다. 이러한 사실은 점도지수 향상제에 대해서 특히 더욱 더 틀림없는 근거가 확실한 사실이다. 일반적으로 점도지수 향상제에 대한 용해도는 높은 용해도 효과를 얻기 위해 명확하지 않은 광유계 기유에 대한 용해도로써 나타낸다. 점도지수 향상제는 두 개의 polyalkyl methacrylates (PMA)와 PMA olefincoplymer (OCP)의 혼합된 고분자인 PMA/OCP이다.
(3) 에스테르계 합성윤활유와 PAO계 합성유의 마찰 행동
경계윤활 조건 아래에서 윤활유들의 마찰 행동은 자주 토론의 대상이다. 일반적으로 이러한 점에서 에스테르는 광유보다도 더 좋다는 사실은 여러해 동안 잘 알려져 온 사실이다. 경계조건 아래에서 PAO의 마찰 행동은 매우 잘 알려지지 않고 있다.
4) 에스테르계 및 PAO계 합성윤활유의 응용 분야의 검토
(1) 시장동향 분석
①직면한 극한 조건 때문에 항공기용 가스 터빈 엔진오일 분야는 오랜 기간 동안 에스테르계 합성유의 확립된 시장 영역이었다.
②항공기용 유압작동유 분야는 탄성체인 실재에 대한 규격을 만족시키기 위해서 주로 에스테르/PAO혼합 합성윤활제의 시장이었다.
③자동차용 4사이클 엔진오일에 대해서는 위의 모든 3가지 오일 시스템이 사용되고 있다. 전 합성의 연료 경제성 엔진오일에 대해서는 탄성체 실재의 영향, 첨가제의 적합성(용해도, 등) 그리고 휘발성 등의 요인 때문에 에스테르/PAO계 합성윤활유가 매우 선호하여 사용되고 있다. 그러나 100% 에스테르계 엔진오일도 역시 시판 사용되고 있다. 부분 합성 윤활유에 대해서는 위의 3가지 모든 오일 시스템이 적용 사용되고 있다. 에스테르계 및 에스테르/PAO 혼합 합성 윤활유는 윤활제에서 에스테르의 청정성에 대한 기여뿐만 아니라 더 좋은 열/산화 안정성 때문에 선호되고 있다. PAO계 합성 윤활유는 바니쉬와 코우크의 형성을 증가시키는 경향이 있다.
④자동차용 합성 기어박스 오일 시장이 비록 그 규모가 작다고 하더라도 그 시장 동향은 에스테르와 PAO의 혼합 쪽으로의 경향성을 보이고 있다.
⑤2사이클 엔진오일 분야에 있어서는 에스테르계 합성 엔진오일 쪽으로의 한정된 경향을 나타내고 있다. 그 이유는 에스테르계 합성유의 좋은 내마모성 때문에 PAO보다더 더 적은 연료/윤활유 비율에서 사용될 수 있기 때문이다. 더 나아가서 PAO는 생분해성 낮은 반면 에스테르는 역시 그 생분해성이 매우 좋기 때문이다.
⑥에너지 절약 이유로 인하여 더욱 더 낮은 점도 수준에서 사용할 수 있기 때문에 산업적인 응용분야에 대한 합성 기어오일에 대한 관심이 증가하고 있다. 최근 고점도의 PAO계 합성 기어오일이 선호되고 있지만 이것은 앞으로 고점도 에스테르계 합성기어오일로(부분적으로) 대체될 것으로 기대된다.
⑦합성 냉동기용 컴프레서유에서는 PAO계 합성유의 사용을 위한 시장이 될 것이다. 이것은 에스테르계가 냉매와 화학적으로 반응하기 쉽다는 사실에 근거하고 있으며 새로운 냉매가 개발되면 이에 대한 합성냉동기유의 사용 동향은 새로이 재편될 것으로 판단된다.
⑧합성 에어 컴프레서유 시장에 대해서는 상대적으로 극성인 에스테르계 합성유가 오랫동안 지배해 왔다. 컴프레서에서의 탄성 실재와 역시 에어라인 장치에 대한 긍정적인 반응 때문에 PAO/에스테르 혼합합성유 쪽으로 그 동향이 흐를 것으로 판단된다.
⑨PCB계 합성 변압기유는 독성이 덜한 윤활유로 대체되고 있으며 이러한 이유 때문에 에스테르계 합성유는 시장점유를 얻기 위한 기회를 가질 수 있었다.
⑩고온(중간 정도)용 체인오일 분야에서는 모든 3가지 오일 시스템이 사용되고 있지만 고온에서의 응용에 대해서는 에스테르계 합성유가 PAO계 합성유에 비해서 더 좋은 열 안정도를 나타내므로 더욱 더 선호하고 있다. 체인 제조용 엔진을 위한 체인오일의 경우에서는 에스테르의 생 분해성이 중용하게 작용한다.
⑪폴리올 에스테르는 고온용 유압작동유의 잘 알려진 합성기유이다. 게다가 생 분해성 유압 작동유에 대한 관심이 고조되고 있다. (예를 들면 임업에 사용되는 기계들과 같은). 이러한 사실은 에스테르계 합성유에 대한 관심을 더 높게 하고 있다.
⑫금속 가공( 및 절삭) 분야는 광범위한 응용분야이다. 이 분야에 대해서는 에스테르계 합성유에 대한 사용이 지속적으로 증가하고 있다. 윤활성과 처분(생 분해성)의 용이함이 에스테르계 합성유의 증가에 대한 중요한 이유들이다.
5) 전반적인 이론
에스테르계 및 PAO계 합성윤활유는 광유계 윤활유에 대해서 개선된 성질을 갖는 윤활제를 개발하기 위한 윤활유 산업에서의 가능성을 주고 있다. 각 합성기유 물질들은 장점과 단점을 갖고 있는데 이 단점은 이들 합성기유 물질들을 서로 혼합하여 사용함으로써 최소화할 수 있다. 그러므로 각 합성 윤활기유가 윤활유 시장에서 그 단독의 길을 찾게 된다 할지라도 특히 에스테르계와 에스테르/PAO 혼합 합성기유는 대부분의 응용분야 영역에서 가장 선호하는 합성 윤활기유가 될 것으로 기대된다.
6) 폴리올 에스테르계와 디에스테르계 합성기유의 비교
- 경제성, 윤활특성, 응용분야 등(생략)
5. 인산 에스테르(Phosphate esters)계 합성윤활유
윤활 성능을 중심으로 ….
현재 북미지역 밖의 지역들에서 실제 상업적으로 중요한 유리한 제품은 인산 ester(triaryl phosphates)와 polyol esters이다. 근년에 인산 esters는 철강과 그 관련 산업에서 polyol esters에 분명히 그 위치를 많이 잠식당했다.세계의 다른 지역에서의 변화를 양적인 항으로 보면 미국에서보다는 좀 떨어지지만 비슷한 비율로 감소하는 추세로 1500~2000 tonnes의 감소를 보이고 있다. 한편 인산 에스테르는 발전기, 광산분야(독일에서 염소화 탄화수소와 함께.) 그리고 터빈 컴프레서 윤활제 분야에서는 아직도 지배적인 우세한 경쟁력으로 남아 있다.
3)기술적 비교
Polyol esters는 더 낮은 생산원가에 주로 ….
Polyol esters는 인산 esters와 비교될 수 있는 내연성을 갖는다.(공장협회들로부터 인증을 받은 사항)
인산 esters에 비해 더 좋은 윤활제이다.
광유계 윤활유에 대해서 사용했던 같은 유형의 실재에 대해 사용될 수 있다.
물보다 더 낮은 밀도를 갖기 때문에 이들을 재회수하여 사용하기 용이하다.
점도-온도 성질 (점도지수)이 더 좋다.
Polyol esters의 생산공급자들은 역시 종종 에스테르는 유독하며, 환경 측면에서 받아들일 수 없고 그들의 열분해 생성물들이 매우 유독하다고 주장한다.
난연성질
기술적/성능 면에서의 특징들
독성
(1) 난연성
난연성이란 첫째로 이떤 유기화합물이 탈 때 어떤 주어진 충분한 에너지의 흡수로 이해해야 한다. 현재로서는 완전하게 불연성 유압작동유와 같은 그러한 물질은 없다(물은 제외하고!). 여러 가지 방법들이 유도되고 난연성을 평가하기 위해 사용되었다.
이들 방법들은 다음과 같이 분류될 수 있다.
①인화점과 연소점 - 실제적으로 중요치 않다--- 주로 품질관리를 위해 사용되었다.
②뜨거운 표면과의 접촉 - 뜨거운 녹은(혹은 녹여 주조하는) 금속, 뜨거운 빈 파이프 위로 윤활제 액체가 (제트분사 혹은 에어로졸 형태의) 분사, 똑똑 떨어지기에 적절한지
③불꽃에 직접적인 접촉 - 일정한 압력 하에서 jet분사 혹은 에어로졸 형태로서 불꽃 속으로 윤활 액체를 분무할 시 다시 다시 그 액체를 불꽃 밖으로 나오게 하는것에 관하여 즉, 불꽃 속을 통과시켜서 다시 불꽃 밖으로 액체가 통과되어 나오는 것을 말함.
④불꽃이나 다른 점화물과 접촉하고 있는 윤활제에 직셔진 물질 - 이 물질은 겉싸개나 넝마조각, 그리고 의류 등일수 있다.
난연성 윤활제를 선택함에 있어 특수한 산업적 환경여건에 존재하는 특별한 위험성에 대한 고려를 꼭 할 필요가 있다. 특별한 위험을 확인할 시험에서 현저한 성능을 보이거나 광범위한 다른 위험 상황들에서 가장 좋은 성능을 갖는 윤활제를 선택한다는 것은 매우 양식 있는 행동이다. 전형적인 ISO VG 46 인산에스테르와 광범위하게 사용되는 폴리올 에스테르(대략적으로 ISO VG 68)의 성능은 실제적으로 모든 점에서 인산에스테르의 우월하고 월등한 성능은 보는 바와 같이 자명하다. 이런 행동들에서의 차이점은 이해하기 쉬우며 이것은 다른 화학적 성질에 기인한다. '인'은 광범위한 연소지연(난연성) 물질들에 존재하는 자체 진화능력의 성질을 나타내는 원소이다. 폴리올에스테르들은 분명히 전통적인 탄화수소계 윤활제와 매우 관계된다. 폴리올에스테르는 단지 탄소, 수소 그리고 산소원자만을 포함하여 자체 진화능력이 있는 원소들은 포함하지 않고 있으며 그러므로 그러한 윤활제에 대한 이들의 개선으로는 다음과 같은 두 가지 사항에 의존한다.
고분자량 /'light ends'가 아님
고분자 첨가제가 자주 첨가된다.
이때의 첨가제는 점도지수 향상제로서 전통적으로 사용된다.(예외적으로 몇 가지 폴리올에스테르의 고점도 지수가 있긴 하지만) 그것은 흐르는 방울의 크기를 크게 함으로써 높은 압력에서 노즐을 통해서 분무되는 윤활액제의 분무형태를 변형시키는 효과를 갖는다. 이것은 더 좁은 분무 혹은 제트분사를 이루며 액제가 점화되기 더 어렵게 되며 어떠한 시험도 통과하게끔 만든다. 이 시험이란 특별히 잘 알려진 공장협회에서 시행하는 분무시험을 말한다. 그러므로 여러 가지 그러한 윤활액제들은 공장협회(공장연합회)로부터 인산에스테르액제와 같은 범주(Groub II)로서 '덜 유독한 액제' 로서 공인되고 있다. 이러한 사실은 큰 폴리올에스테르는 안정성에서 어떠한 절충 없이 인산에스테르를 대신할 수 있다. 전자(폴리올에스테르)는 광유계 윤활제보다는 이 부문에서 더 좋으며 후자(인산에스테르)와 비교하여 증가된 안정성의 원소를 도입할 수 있다.
(2) 기술적/성능적 특징들
①물리적 성질들
광범위하게 사용되는 인산에스테르와 폴리올에스테르에 대한 몇 가지 전형적인 성질들….
점도-온도 성질 그리고 비중의 항으로 폴리올 에스테르의 장점이 많다. 비중은 만약 윤활유 액제의 재회수가 가동상 요구된다면 물과의 혼합물로부터 회수되기 쉽기 때문에 특별히 중요성을 갖는다. 폴리올에스테르의 모든 세가지 시료들에서의 거품 성질은 매우 좋지 못하다. 이것은 에스테르 고유의 문제라기보다는 부적당한 첨가제의 배합의 결과라고 볼 수 있다.
②윤활성
폴리올 에스테르, 인산에스테르 두가지 유형 모두 매우 훌륭한 윤활유들이다.
③안정성
폴리올에스테르의 oleate사슬에 있는 불포화된(C=C) 결합은 산화에 대해 고유하게 불안정한 물질로 만든다. 특히 고온에서 (>100℃) 산화방지제를 배합했음에도 불구하고 이들은 산화-부식성 시험에서 매우 나쁜 결과들을 주고 있다. 외부의 오일 교환 시 연속적인 퇴적물과 슬럿지 형성에 관한 폴리올 에스테르에 대한 여러 가지 보고서가 있었다. 아마도 산화의 효과에 기인하는 것으로 사료된다. 에스테르의 가수분해는 서비스 상에서 역시 문제들을 야기시킬 수 있다. 이론적으로 물의 존재는 산도의 증가와 금속성분의 결과적인 부식을 초래하는 에스테르의 가수분해를 야기시킬 수 있다. 이 사항은 인산에스테르에서도 마찬가지로 실제로 중대한 문제는 아니다. 적절하게 배합되면 이 배합된 윤활제들은 여러 가지 특징적인 규격의 요구사항들을 쉽게 만족시킨다. 비록 어떤 중대한 실질적 문제들로 나타나지는 않을지 라도 (인산에스테르의 경우엔 그렇지 않지만) 실험실적 시험들에서는 대체로 폴리올에스테르들에서는 매우 우수하게 나타난다.
④실재에 대한 적합성
인산에스테르는 강력한 용제이며 씰, 호스, 페인트 등을 위해 사용되는 물질들의 선택에 있어서 매우 주의해야 한다. VITON elastomers의 사용은 정상적으로 추천된다. 왜냐하면 이 물질은 광유계를 포함한 거의 대부분 다른 형태의 윤활제에 대해서도 역시 저항을 갖기 때문이다. 부틸과 에틸렌 - 프로필렌 공중합체, 테플론과 나일론은 역시 강한 저항력을 갖기 때문에 역시 사용된다. 폴리올 에스테르는 한정된 장점을 갖는다. 이들 폴리올에스테르는 광유와 함게 가장 보편적으로 사용되는 유형인 니트릴 고무와 함께 사용될 수 있다.
(3) 독성
이 문제는 매우 감정적인 항목이다. 만약 사용자들에게 적절히 이에 대해서 알리지 않는다면 어떤 엉뚱한 관심과 주의를 낳을 수 있기 때문이다.
다음은 현재 관심의 대상이 되고 있는 triarylphosphate의 독성 및 생분 해도에 관한 가능한 실험적 사실의 결과들을 아래에 몇 가지 열거해 보겠다.
①합성된 triarylphosphates는 매우 낮은 수준의 독성을 나타낸다,
②인산에스테르 중 triarylphosphate(TOCP)의 양은 무시된다. 그러므로 TOCP에 대한 자료가 다소간 독성과 관련성이 있는 것으로 얘기되는 것은 부정확하거나 매우 해로운 일이다.
③인산에스테르로부터의 열분해 생성물의 독성에 있어서의 실제적으로 인산에스테르는 폴리올에스테르들로부터의 열적 분해 생성물보다 오히려 덜 독성을 나타낸다.
④인산에스테르 윤활제는 염소를 포함하지 않으며 가열되거나 태울 때 Phosgene(독가스)를 발생시킬 가능성이 없다.
⑤대부분의 화재상황에서 주로 독성을 나타내는 일산화탄소는 폴리올에스테르에 의해서보다는 인산에스테르를 태우거나 열적분해에 의해 훨씬 덜 발생한다
⑥CIBA-GEIGY사는 1943년 이래 triarylphosphates를 제조해 오고 있으며 17년간 현재의 합성형태로서 제조해 오고 있다. CIBA-GEIGY사의 공장 작업자들은 1976년 이래 줄곧 의학적을 검사를 받아오고 있으며 이 전체 기간 동안 작업자들의 건강에 어떤 해로운 효과를 관찰되지 않았으며 인산에스테르의 사용으로부터 일어날 수 있을지도 모를 어떤 중대한 의학적 문제들에 항상 조심하고 있다.
⑦염소화 탄화수소(특히 PCB)와는 달리 인산에스테르(생분해성을 갖고 있다)는 최근의 실험 자료는 인산에스테르가 해양 생물에 문제를 야기시킬 만한 수준으로 환경을 오염시키지는 않을 것으로 타나났으며 오히려 인산에스테르는 역시 하수처리장의 가동에 영향을 미치지 않을 것이다.
⑧EEC 규정 하에 합성 triarylphosphate는 비독성 물질로서 분류되었다.
위의 사항은 인산에스테르가 전체적으로 무독성이라고 하는 의미는 아니며 이렇게 주장하는 것은 매우 위태로운 발언이다. 그것은 단지 이들 인산에스테르가 지나친 독성을 나타내지는 않는다는 의미이며 이들을 다룰 때 정상적이고 좋은 산업적이고 위생적 취급이 필수적인 사항이다.
4) 요약
최근 일고 있는 철강과 다른 금속 관련 산업에서의 인산에스테르와 폴리올에스테르 사이의 논쟁에서 후자인 폴리올에스테르가 분명히 많은 지분을 얻고 있다. 폴리올에스테르의 성공은 주로 경제적인 고려에 기초된 것이라고 생각한다.
①고유의 더 낮은 생산원가
②더 싸고 더 좋은 전통적인 실재와의 적합성
③더 쉽게 재생/재회수, 재이용.
인산에스테르의 독성에 관한 관심은 역시 중요한 변수이다. 그러나 매우 많은 경우들에서 재정적 절약이 안전한 이윤에서 달성되었으며 폴리올에스테르는 진실로는 난연성이 많다,
