설탕 정제소

섬네일|미국 루이지애나주 아라비에 있는 도미노 설탕 정제소
섬네일|가동 중인 동일 시설의 모습
섬네일|프랑스 대서양 연안의 낭트에 있는 설탕 정제소

설탕 정제소()는 사탕수수에서 얻은 원당이나 사탕무에서 추출한 설탕을 정제 백설탕으로 가공하는 정제소다.

사탕수수 제당소는 전통적으로 원당을 생산하는데, 이는 여전히 당밀을 포함하고 있어 일반 가정에서 소비하거나 청량 음료 및 식품의 원료로 사용하는 백설탕보다 색깔이 더 짙고 불순물이 많다. 사탕수수 원당은 정제하지 않아도 맛이 괜찮다. 정제를 하는 이유는 위생, 색상, 순수한 설탕 맛에 대한 요구 등 때문이다. 원당은 운송 중에도 안정적이어서 제당소에서 백설탕 가공 위치까지 옮길 수 있다. 사탕수수 제당소나 공장에서는 현지 시장을 위해 플랜테이션 백설탕(Plantation White, 또는 제당소)이라고 불리는 부분 정제 제품을 생산하지만, 이는 정제소에서 만든 백설탕보다 품질이 떨어진다.

사탕무 설탕 공장에서도 원당을 생산할 수 있지만, 이는 불쾌한 맛이 난다. 사탕무 공정에는 별도의 원당 단계가 없으며, 사탕무에서 추출한 설탕은 세척 후 직접 백설탕으로 결정화된다.

 역사 
 개요 
설탕 정제 기술의 기원은 페르시아의 호라산에서 유래한 것으로 보인다. 그 후 베네치아인들이 얼음 사탕과 유사한 정제 설탕을 생산했다. 1573년, 독일 최초의 설탕 정제소가 아우크스부르크에 세워졌다. 17세기 동안 네덜란드인들이 정제소를 운영하기 시작했으며, 곧 유럽 시장을 지배하게 되었다. 대규모 정제소에 수반되는 위험은 보험 산업의 발전을 촉진했다.

섬네일|코펜하겐의 뉘하운 11은 전통적인 설탕 정제소였다
근대 초기(서기 1500년~1800년)의 설탕 정제 공정은 몇 가지 표준적인 단계로 구성되었다. 먼저 원당을 구리 보일러에 넣고 황소 피와 석회수와 섞는다. 그 다음 혼합물을 녹이기 위해 하룻밤 동안 방치한다. 아침이 되면 가마솥이나 보일러 아래에 불을 지핀다. 그러면 피의 알부민이 응고되면서 설탕의 기계적 불순물을 엉겨 붙게 하여 거품을 형성하고, 이를 지속적으로 제거한다. 혼합물 샘플이 투명해질 때까지 뭉근히 끓이는 과정을 계속한다. 그 후 손가락과 엄지 사이에서 실이 형성될 정도의 농도가 될 때까지 빠르게 졸인다. 이 시점에서 불을 줄인다. 두 번째 단계는 알갱이화다. 이를 위해 시럽을 냉각기라고 불리는 용기로 옮겨 알갱이가 생길 때까지 나무 노로 휘젓는다. 세 번째 단계는 알갱이가 생긴 설탕을 틀에 넣는 것이다.

초기 설탕 정제소는 서유럽 전역의 해안 도시에 위치했다. 당시 물품은 목적지에 도착하기 전 일반적으로 배에서 바지선으로 환적되었기 때문에 반드시 항구 도시에 있을 필요는 없었다. 설탕 정제소는 북미, 유럽, 일본과 같이 설탕 소비량이 많은 지역에 자주 위치한다. 1990년대 이후로는 두바이, 사우디아라비아, 알제리 등 중동 및 북아프리카 지역에 최첨단 설탕 정제소가 많이 건설되었다. 세계 최대의 설탕 정제 기업은 북미와 유럽에 시설을 보유한 아메리칸 슈거 리파이닝이다.

 건물 유형으로서의 설탕 정제소 
섬네일|1793년 책에 묘사된 이상적인 설탕 정제소
섬네일|1880년대 뉴욕의 도미노 설탕 정제소
서기 1500년경부터 1800년 사이에 지어진 설탕 정제소는 전용 건물이 필요하지 않았다. 이상적으로는 넓은 운하를 따라 넓은 도로에 위치하며 좋은 부두가 있어 바지선과 도로를 통해 저렴한 비용으로 자원을 들여올 수 있어야 했다. 정제소는 또한 다른 건물들과 어느 정도 떨어져 있어야 했다. 제품을 건조시키고 특히 여름에 눅눅해지는 것을 방지하기 위해 바람이 필요했기 때문이다. 굴뚝 또한 주변 건물 위로 상당히 높게 솟아 있어야 했다. 1800년경부터 산업 혁명은 증기력과 온갖 기계류를 도입하여 정제 공정을 변화시켰다. 이는 층고가 매우 낮은 층이 아주 많이 있는 것으로 식별 가능한 특수 건물의 건설로 이어졌다.

1800년 이전의 정제소는 네덜란드에서 광범위하게 기술되었는데, 이는 네덜란드 공화국이 오랫동안 설탕 무역과 정제를 지배했기 때문이다. 홀란트에서 이상적인 정제소는 길이가 최소 150 라인란트 피트(0.3140m), 폭이 30피트였다. 정제소의 창고는 도로/운하 쪽에 위치했다. 창고는 폭 30피트, 길이 40피트, 높이 20피트 이상이어야 했으며, 충분한 자연광과 2000~3000파운드 용량의 배럴이 통과할 수 있는 10피트 크기의 문 두 개가 있어야 했다. 창고에는 수직 운송을 위한 윈들러스와 최소 1,800파운드를 달 수 있는 저울이 필요했다. 이상적으로는 창고와 정제소가 별도의 건물이었으나, 네덜란드의 높은 부동산 가격 때문에 이런 경우는 드물었다.

정제소는 종종 같은 건물의 창고 바로 뒤에 위치했다. 창고와 가장 가까운 곳은 원료 저장소였다. 여기에는 서로 다른 종류의 원당을 보관하는 4개의 방/상자가 있었으며, 원당은 2층에서 상자로 투입되었다. 이들은 각각 길이 6피트, 폭 12~14피트였으므로, 정제소의 원당 저장 부분은 길이가 약 30피트이고 폭은 건물 전체 폭, 즉 최소 30피트였다. 남은 16~18피트 폭의 공간에는 온갖 도구와 거품을 옮기기 위한 바구니 같은 것들이 있었다. 첫 번째 상자 근처에는 물건을 밧줄로 수직 운반하기 위해 천장과 위층 모든 바닥에 구멍이 있었다. 2층에는 석회 저장소가 있었는데, 가마솥과 같은 크기로 정제소를 3~4개월 동안 운영할 수 있는 충분한 석회를 저장할 수 있었다.

원료 저장소 뒤에는 '건조실' 또는 '오븐'이라고도 불리는 건조 가옥이 있었다. 한두 채는 설탕봉을 건조하기 위한 것이었고, 다른 두 채는 사탕을 만들기 위한 것이었다. 이 건조실은 길이 10피트, 폭 12피트, 높이 30피트였다. 각 방에는 석탄을 태우는 철제 난로가 있었다. 난로는 벽돌로 설치되었으며 방 외부에서 연료를 공급했다.

실제 정제가 일어나는 정제소 부분은 건조실 뒤에 있었다. 여기에는 설탕을 끓이는 '팬'()이라고 불리는 구리 보일러가 있었다. 네덜란드 정제소의 대부분은 4개의 팬을 가졌고, 많은 곳이 3개를 가졌으며, 2개만 가진 곳은 소수였다. 팬이 4개라면 최소 25피트의 길이를 차지했다. 각 팬은 벽돌 궁륭 위에 놓여 있었고 그 아래에 전용 난로가 있었다. 이 팬들의 위치는 가능한 한 많은 빛을 받고 외풍을 적게 받기 위해 정제소 후면에 있었다. 빛은 약 25피트 길이의 열린 공간으로 끝나는 건물의 뒷면 파사드에서 들어왔다. 이곳에 흙과 석탄을 보관했다. 정제소 아래에는 신선한 물을 펌프질할 수 있는 납 파이프가 있었는데, 암스테르담에서는 바지선()으로 건물 뒤편까지 물을 실어 날랐다. 팬이 있는 건물의 같은 부분에는 두 개의 석회 수조도 있었다. 이 수조들은 깊이가 최소 30피트여야 했으며 지면 위로 4피트 솟아 있었다. 크기는 9 x 6피트였고 팬 맞은편에 있었다. 석회 상자 뒤에는 높이 8~9피트의 거품 상자가 있었다. (도로에서 보았을 때) 첫 번째 팬 맞은편에는 정화된 즙 수조()가 있었다. 지면에서 약 4피트 높이에 있었으며 약 8,000~9,000파운드의 정화된 설탕을 담을 수 있었다.

1800년 이후의 산업적 설탕 정제소는 중력을 이용해 건물의 여러 정제 단계를 거치며 설탕을 아래로 이동시키는 것이 특징이었다. 다른 몇몇 특징들과 결합하여, 이는 19차 세기 설탕 정제소 건물의 뚜렷한 유형을 만들어냈다. 대표적인 예로 도미노 설탕 정제소, 보스턴 설탕 정제소, 암스테르담 증기 설탕 정제소, 베스테르 설탕 정제소, 네덜란드 설탕 정제소 건물들이 있다.

 정제 공정의 역사 
섬네일|얼음 사탕
정제 공정 또한 1793년에 광범위하게 기술되었다. 1833년의 다른 기술에서는 이를 '피, 계란, 점토 등을 이용한 구식 또는 독일식 방법'이라고 언급했다. 당시 정제소는 다양한 종류의 설탕을 생산했다. 설탕봉이 최고 품질이었다. 그 다음은 덩어리 설탕(lump sugar)이었고, 그 뒤를 서자 설탕(bastard sugar)이 이었다. 서자 설탕은 설탕봉과 덩어리 설탕에서 빠져나온 액체로 만들었다. 이는 일반적으로 갈아서 가루 설탕으로 판매되었다. 얼음 사탕은 실 주위에 형성된 매우 큰 결정으로 구성되었다. 사용된 설탕의 품질에 따라 흰색 또는 갈색을 띠었다.

정화와 거의 같은 첫 번째 단계는 팬에 깨끗한 물과 약간의 석회수를 채우는 것이었다. 다음으로 원당을 팬에 넣었다. 팬에는 브레이스(brace)가 있었는데, 이는 팬 전면의 일부로 둘레의 33~40%를 차지하며 높이는 약 2피트였다. 팬의 아랫부분이 채워지면 브레이스를 제자리에 고정하여 더 채울 수 있게 했다. 그 다음 혼합물을 밤새도록 두어 설탕을 녹였다. 다음 날 팬 아래에 불을 지피고 혼합물을 천천히 가열했다. 설탕이 팬에 눌어붙지 않도록 규칙적으로 저어주었다. 설탕이 완전히 녹으면 젓는 횟수를 줄였다. 설탕이 거의 끓는점에 도달하면 불을 거의 껐다. 가열하는 동안 석회는 불순물과 결합하여 고형화된 거품을 형성했고, 이를 6~8피트 길이의 손잡이가 달린 구멍 뚫린 가래 모양의 스키머로 제거했다. 이 작업이 완료되자마자 물에 푼 계란액을 설탕 혼합물에 넣었다. 이는 더 많은 불순물과 결합하는 계란 흰자 또는 알부민을 위한 것이었다. 이로 인해 더 많은 거품이 긁혀 나왔다. 거품 대신 표면에 하얗고 끈적끈적한 층이 나타날 때까지 이 과정을 5~6회 반복했다. 이 용액은 정화되었다는 의미로 이라 불렸다. 여기서 정화는 또한 투명함을 의미했다. 매우 거친 설탕을 정화하기 위해서는 지하수를 사용하고 석회와 계란을 더 많이 사용했다. 계란은 하루에 400개 또는 500개나 사용될 수 있었으며, 겨울에는 100개당 4길더까지 비용이 들었다. 황소의 신선한 피를 추가하는 것이 설탕을 더 투명하게 만드는 데 도움이 될 수 있었으나, 종종 신선하지 않은 상태로 사용되거나 비싼 계란의 대안으로 사용했다. 이는 설탕을 썩게 만들었고, 네덜란드에서는 공식적인 사용 금지 조치가 내려졌으나 실효성은 없었다.

두 번째 단계는 정화된 액체를 여과하고 저장하는 것이었다. 이를 위해 정화 즙 수조 위에 놓인 필터로 연결되는 구리 관(또는 홈통)에 액체를 부어 수조로 보냈다. 이 필터는 바구니 안에 든 천 조각으로 계란 껍질, 못, 나무 조각 등을 걸러냈다. 당시 정화 즙 수조는 단순히 수조(cistern)라고 불렸다. 또한 처음 두 개의 팬을 청소하는 동안 정화된 즙을 보관하는 역할도 했다.

세 번째 단계는 증발과 같았다. 정화된 즙을 조금씩 첫 번째 팬에 넣고 센 불로 끓였다. 약 12~30분 안에 증발을 통해 액체는 필요한 점도에 도달했다. 네덜란드에서 빠른 증발은 오직 얼음 사탕을 만들 때만 분명하게 나타났다. 액체가 손가락과 엄지 사이에서 실을 형성할 수 있는지 테스트하여 설탕이 '다 되었는지' 결정했다. 정제를 계속하기 위한 첫 번째 옵션은 중력을 이용해 남은 물을 빼내는 것이었으며, 그 결과 설탕봉, 덩어리 설탕 또는 서자 설탕이 만들어졌다. 다른 옵션은 열로 남은 물을 증발시켜 얼음 사탕을 만드는 것이었다.

섬네일|1793년 틀을 채우는 모습
네 번째 단계인 냉각은 얼음 사탕에는 적용되지 않았다. 설탕봉의 경우 세 번째 또는 네 번째 팬이 냉각 팬으로 사용되었다. 덩어리 설탕의 경우 세 개의 팬이 냉각에 사용되었다. 설탕 한 팬이 '다 되면'(즉, 다 끓으면) 냉각 팬으로 옮겨졌다. 충분히 식으면 설탕은 껍질을 형성한다. 이상적으로는 다음 번 끓인 설탕이 바로 이 순간에 완성되어 냉각 팬에 추가되었다. 냉각 팬 하나에는 최대 5번의 배치가 채워질 수 있었다. 위쪽의 알갱이화 부분도 참조하라.

틀을 채우는 것이 다섯 번째 단계였다. 얼음 사탕은 열로 설탕을 건조시켜 만들었다. 이를 위해 운반용 양동이로 설탕을 건조실로 옮겼다. 여기서 설탕을 사탕 단지에 넣었다. 설탕을 운반용 양동이에 담고 단지를 채우는 작업은 약 2~3분 정도 걸릴 수 있었다. 이상적으로는 두 번째 팬이 그 시점에 운반용 양동이를 채울 준비가 되어 있었다. 얼음 사탕을 만드는 경우, 건조실에는 약 6시간의 작업 후 네 팬 분량의 원당으로 만든 약 150개의 사탕 단지가 들어갈 수 있었다. 그 후 건조실을 청소하고 폐쇄한 뒤 난로에 불을 지폈다.

설탕봉이나 덩어리 설탕을 만드는 경우, 설탕을 채우는 방(이미지: 1793년 틀을 채우는 모습 참조)으로 가져갔다. 여기서 틀을 채웠다. 이 틀은 원뿔 모양이었고 꼭대기에 구멍이 있었는데, 천 조각으로 막아 두었다. 채우는 방에서 틀을 채운 다음, 방 구석부터 뾰족한 끝을 아래로 하여 세워 두었다. 그 다음 서로 겹쳐 쌓았고 바깥쪽 줄은 다른 용도로 쓸 수 없는 깨진 틀인 로 받쳤다.

다음 날, 틀을 위층 중 하나로 옮겼다. 여기서 틀의 마개를 제거했고, 며칠에 걸쳐 시럽이 새어 나와 수집용 단지에 모였다. 그 다음 틀을 상자 위에 올려두고 틀 외부에 붙은 설탕을 긁어내어 수집했다. 설탕봉은 조심스럽게 틀에서 두드려 빼냈다.

 영국에서 
섬네일|1918년 11월 글리브 설탕 정제소의 공장 노동자들
섬네일|글리브 설탕 정제소에서 설탕을 삽으로 푸는 노동자들
영국의 정제 산업은 1544년경 런던에 두 개의 설탕 정제소가 세워지면서 시작되었다. 이들은 '설탕 가옥'(sugar houses)으로도 알려졌다. 처음에는 안트베르펜과의 강력한 경쟁 때문에 성공이 제한적이었다. 1585년 안트베르펜 함락 이후 런던의 설탕 정제 산업은 확장되었다. 브리스틀 최초의 설탕 정제소는 1607년 로버트 올드워스가 단일 팬 정제소를 설립하면서 시작되었다. 설탕 무역과 정제는 18세기에 브리스틀 번영의 주요 원천이 되었다. 한때 브리스틀에는 약 20개의 정제소가 있었다. 리버풀에서는 1667년에 첫 설탕 정제소가 설립되었다.

스코틀랜드의 설탕 정제 산업은 1667년에 시작되었다. 1715년까지 대서양 연안의 글래스고와 북해 연안의 리스에 정제소가 있었다. 그러나 스코틀랜드 정제 산업의 실질적인 중심지는 글래스고의 외항인 그리녹에 세워지게 된다. 이곳에는 1765년에 첫 설탕 정제소가 세워졌고, 1826년까지 5개가 더 추가되었다. 1869년까지 그리녹에는 14개의 설탕 정제소가 있었으며, 가장 큰 두 곳은 매주 14,000톤의 설탕을 처리했다. 클라이드강 유역에 4개의 설탕 정제소가 더 있었고, 리스에 2개가 있었다. 글래스고는 사탕수수 제당소에 필요한 매우 무거운 기계류 생산의 중요한 중심지였다. 이는 더 가볍지만 유사한 기계가 필요한 설탕 정제의 중심지로서 그리녹이 성장하는 데 기여했을 것이다.

섬네일|런던 실버타운에 있는 ASR의 테이트 앤 라일 템스 정제소
1859년 헨리 테이트(1819–1899)는 리버풀의 한 설탕 정제소 파트너가 되었고 곧 이를 장악하게 되었다. 1872년 그의 회사 헨리 테이트 앤 선즈는 같은 도시에 러브 레인 정제소를 열었다. 1878년에는 동런던의 실버타운에 템스 정제소를 열었다. 에이브럼 라일(1820–)은 중요한 선박 소유주가 되었다. 1865년에 그는 글리브 설탕 정제소의 일부를 샀으나 1881년에 다시 떠났다. 1883년에 그는 템스 정제소에서 불과 1.5마일 떨어진 런던에 플레이스토 정제소를 열었다. 1921년에 두 회사는 합병하여 영국 설탕의 약 50%를 정제하는 회사인 테이트 앤 라일이 되었다.

제1차 세계 대전 이후 영국의 설탕 정제 산업은 쇠퇴했다. 전쟁을 통해 정부는 사탕수수 설탕 수입에 전적으로 의존하는 것의 위험성을 깨달았고, 이에 따라 사탕무 설탕 공장에서 가공되는 사탕무 재배가 장려되었다. 1973년 영국의 유럽 연합 가입은 영국 정제 산업이 유럽 내 생산을 선호하는 유럽 법안을 따라야 함을 의미했다. 2010년 테이트 앤 라일은 설탕 정제 사업을 아메리칸 슈거 리파이닝에 매각했으며, 해당 활동에 회사 이름을 사용하는 것도 허용했다.

 독일에서 
독일에서는 함부르크가 초기에 설탕 정제소의 중심지였으며 암스테르담의 중요성과 필적했다. 1727년까지 함부르크에는 약 200개의 정제소(로 알려짐)가 있어 독일 시장을 지배했다. 1830년부터 1850년 사이에 이 함부르크 산업은 거의 완전히 전멸했다. 함부르크의 마지막 사탕수수 설탕 정제소는 1848년에 세워진 담프추커지더라이(Dampfzuckersiederei)로 1885년에 문을 닫았다.

사탕무에서 설탕을 얻는 공정이 발견된 후, 원당 사탕무 설탕을 생산하기 위해 많은 설탕 공장이 설립되었다. 마그데부르크 근처에는 거의 모든 마을에 하나씩, 약 400개의 공장이 있었다. 1894년 이 원당 공장들은 원당 사탕무 설탕을 가공하는 힐데스하임 설탕 정제소()를 설립했다. 1913년에는 독일 사탕무의 63%가 원당으로 변환된 후 별도의 설탕 정제소에서 가공되는 것으로 추정되었다. 미국에서는 이 비율이 0이었다. 이는 많은 혼란을 야기했다.

1938년 힐데스하임 설탕 정제소는 브라운슈바이크 설탕 정제소를 인수하고 이듬해 폐쇄했다. 결국 원당 공장들의 집중화는 (중앙) 정제소가 불필요해짐을 의미했다. 사탕무 원당 공장들이 매우 커져서 별도의 공장이 아닌 현장에서 직접 원당 사탕무 설탕을 가공하는 것이 합리적이게 되었기 때문이다.

 미국에서 
섬네일|1830년경 뉴욕의 구 설탕 가옥
1833년에 미국의 설탕 정제소 현황 조사가 이루어졌다. 당시 단 3개의 정제소만이 진공 증발 방식으로 전환한 상태였다. 나머지는 여전히 전통적인 방식에 의존했다.

필라델피아에는 1833년에 12개의 설탕 정제소가 있었다. 이들은 14,000,000파운드의 원당을 처리할 수 있었다. 캔비 앤 러버링의 정제소는 증기력과 진공 팬을 사용했으며, 곧 다른 정제소도 합류할 예정이었다. 바인 스트리트에 있는 J.G. 스미스 앤 선의 정제소는 넓고 깨끗했다. 브레드 스트리트의 폴 라쥐 앤 코 정제소는 프랑스 방식으로 전환했다. 이는 체인에 매달린 바스큘(bascule) 팬을 포함했는데, 개방된 불을 증발에 사용할 때 고정식 팬보다 훨씬 효과적이었다.

뉴욕의 설탕 정제소들은 약 9,000,000파운드의 원당을 처리할 수 있었다. 절반을 약간 넘는 양이 정제 설탕이 되었고, 4분의 1은 서자 설탕이, 나머지 4분의 1은 당밀이 되었다. 스팀 콩그레스 컴퍼니 아치볼드 앤 델라필드는 증기력과 진공 팬을 사용했다. 리버티 스트리트에 있는 티먼, 토비아스 앤 코 정제소는 '구 설탕 가옥'으로 알려진 건물에 세워진 부유한 회사였다. 메데이 앤 리터의 정제소 또한 명망이 높았다. 프랑스 방식의 한 정제소는 가열에는 증기를 사용했지만 증발에는 사용하지 않았다.

볼티모어에는 1833년에 9개의 설탕 정제소가 있었다. 과거에 이 정제소들은 쿠바와 브라질산 원당 900만~1,000만 파운드를 정제했으나, 1833년 볼티모어 정제소들은 심각한 문제에 처해 약 200만 파운드만 처리되었다. 대규모 증기 및 진공 공장이 불에 탔으나 재건되지 않았다. 콩코드 스트리트의 G.W. 앤 H. 밀러 정제소는 여전히 잘 운영되고 있었다. 이곳은 풍부한 신선한 물과 근처 페더럴 힐에서 나오는 점토의 혜택을 입었다. 보스턴에는 도안 씨, 앤드루스 씨, 화이트 씨가 소유한 3개의 정제소가 있었다. 세일럼에 있는 정제소와 함께 이들은 약 2,000,000파운드의 원당을 처리했다.

서쪽으로 가서, 뉴올리언스의 설탕 정제소들은 주변에 사탕수수 플랜테이션이 많았기 때문에 다소 이례적이었다. 뉴올리언스 설탕 정제소는 약 100명의 노동자를 고용하는 거대한 시설이었다. 이곳은 진공 팬과 증기력을 사용했다. 뉴올리언스에는 또한 구식 방법을 사용하는 작은 정제소도 있었다. 신시내티에는 뉴올리언스산 원당에 의존하며 고군분투하는 설탕 정제소가 하나 있었다.

1974년 미국에는 29개의 설탕 정제소가 있었다.

 원당 가공 

 원당 저장 
섬네일|설탕 정제소의 원당 저장소
섬네일|1974년 미국 사탕수수 설탕 정제 공정
원당은 제당소와 설탕 정제소 모두에서 수개월 동안 저장될 수 있다. 저장되는 동안 원당 결정은 제당소의 최종 결정화 단계에서 남은 미세한 당밀 막으로 여전히 둘러싸여 있다. 이 당밀 막은 미생물 성장을 위한 배양기 역할을 하여 저장과 관련된 품질 저하를 초래한다.

 어피네이션 
설탕의 순도는 수크로스의 백분율을 반영하는 폴(polarity)로 측정된다. 오늘날 많은 설탕 정제소는 어피네이션(affination) 공정 없이도 정제가 가능할 만큼 폴이 높은 설탕을 구매한다.

어피네이션 단계의 목적은 결정이 녹는 것을 최소화하면서 원당 결정을 여전히 둘러싸고 있는 당밀 막/코팅을 제거하는 것이다. 원당을 믹서(일반적으로 길이 약 35피트, 폭 3피트, 깊이 4피트의 통)에 떨어뜨린다. 여기서 원당은 어피네이션 시럽과 섞여 약 92 브릭스의 '마그마'(magma)라고 불리는 혼합물을 형성한다. 마그마는 이물질과 딱딱한 덩어리를 걸러내는 창살을 통해 밍글러(mingler)를 나와 믹서로 들어간다. 믹서는 일반적으로 길이 37.5피트, 폭 3피트 4인치, 높이 8피트 6인치다. 여기서 마그마는 43~60°C 사이의 온도로 혼합 및 가열된다. 믹서 바닥에는 원심분리기로 연결되는 슈트가 있다.

원심분리기에서 시럽은 원심분리기 측면의 고정 스크린을 통해 밀려나며 마그마에서 분리된다. 이로 인해 결정이 원심분리기에 남으며, 바스켓에 있는 동안 온수(82°C 이상) 세척을 통해 잔류 시럽 막을 제거한다. 세척된 결정은 원심분리기에서 긁어낸다.

이 '어피네이션 설탕'은 멜터(melter)로 옮겨진다. 이는 일반적으로 지름 12피트, 높이 6피트의 둥근 탱크다. 여기서 설탕은 고순도의 스위트워터(sweetwater)와 섞이고 패들로 휘저어진다. 이 혼합물은 증기로 가열되어 스위트워터 속의 결정을 녹여 흔히 멜트 리커(melt liquor)라고 불리는 액체를 형성한다.

 정화 
정화 단계는 청징(clarification)과 탈색(decolorization)의 조합으로 구성된다. 모든 청징 처리는 녹인 액체를 뜨거운 석회유(물에 현탁시킨 수산화 칼슘)와 섞는 과정을 포함한다. 이 처리는 황산염, 인산염, 구연산염, 옥살산염과 같은 다가 음이온을 칼슘염으로 침전시키며, 다가 양이온 존재 하에서 응집하는 단백질, 사포닌, 펙틴과 같은 대형 유기 분자들을 침전시킨다. 또한 알칼리성 조건은 단순당인 포도당과 과당, 그리고 아미노산인 글루타민을 화학적으로 안정한 카복실산으로 변환한다. 처리하지 않고 두면 이러한 당과 아민은 결국 수크로스의 결정화를 방해하게 된다. 가장 중요한 청징 공정은 탄산법(carbonatation)과 인산법(phosphatation)이다.

탄산법을 적용하면 알칼리성 설탕 용액에 이산화 탄소 기포를 불어넣어 석회를 탄산 칼슘(백악)으로 침전시킨다. 백악 입자는 일부 불순물을 가두고 다른 불순물을 흡수한다. 재순환 공정은 백악 입자의 크기를 키우며, 무거운 입자가 탱크(청징기)에서 가라앉는 자연적인 응집이 발생한다. 마지막으로 이산화 탄소를 더 추가하여 용액에서 칼슘을 더 침전시킨다. 이를 여과하여 제거하면 "희박 주스"(thin juice)라고 불리는 더 깨끗한 황금빛 연갈색 설탕 용액이 남는다.

인산법을 적용하면 녹인 액체를 60~70°C로 가열하고 약간의 인산을 첨가한다. 혼합물은 즉시 pH 7.0~8.0으로 석회 처리된다. 그 후 한쪽 끝에서 청징기로 들어가 흐르는 동안 88°C로 가열된다. 이는 응집성 인산 칼슘 침전물을 형성하여 일부 불순물을 가두고 다른 불순물을 흡수한다. 이것은 탱크 위로 떠오르며 패들에 의해 긁어내어진다.

탄산법과 인산법 이후에는 탈색이 이어지며, 두 공정 모두 미세하게 분산된 입자상 물질을 여과하는 것으로 마무리된다. 여과된 청징 액체는 여러 방법으로 탈색될 수 있다. 골탄은 소의 긴 뼈를 소결하여 만든다. 이는 탈색뿐만 아니라 콜로이드 물질과 상당량의 회분(ash)도 제거한다. 활성탄(GAC) 자체는 색상만 제거한다. 둘 다 일반적으로 액체가 천천히 여과되는 지름 약 10피트, 높이 20~25피트의 원통형 컬럼에서 사용된다. 일부 현대식 공장은 이온교환수지가 들어있는 다소 작은 실린더를 사용한다. 이들은 훨씬 더 빠르게 작동한다.

 증발 
탈색된 액체는 증발기로 공급된다. 이는 증기로 가열되고 진공 상태에 놓인 밀폐 용기다. 기본 원리는 주스가 감압 하의 끓는점보다 높은 온도로 증발기에 들어가거나 이 온도까지 가열되는 것이다. 이는 플래시 증발을 일으켜 다중 효용 증발에 의한 농축을 가능하게 한다. 1970년대에 미국 설탕 정제업자들은 일반적으로 2중 또는 3중 효용 증발을 사용했다.

그 결과물은 중량 기준으로 약 60%의 수크로스를 함유하고 메이플 시럽과 외관이 유사한 "후농 주스"(thick juice)다. 이는 자외선으로 살균한다. 후농 주스는 탱크에 저장하여 나중에 가공할 수 있으며, 결정화 설비의 후속 단계에 걸리는 부하를 분산시킬 수 있다.

 결정화 
섬네일|진공 팬
섬네일|upright|회수 제품용 연속식 설탕 원심분리기

후농 주스는 멜터에서 공정의 다른 부분에서 회수된 저급 결정 설탕과 혼합되고 여과되어 "표준액"(standard liquor)이 된다.
결정화 단계는 일반적으로 76 브릭스의 표준액을 진공 팬에 공급하면서 시작된다. 이 팬들은 본질적으로 자체 진공원과 응축기를 갖춘 단일 효용 증발기다.

설탕 결정이 자라기 위해서는 설탕 용액이 과포화 상태여야 한다. 수크로스 농도와 온도에 의해 결정되는 세 가지 과포화 단계가 있다. 준안정(metastable) 단계에서는 기존 결정은 자라지만 새로운 결정은 형성되지 않는다. 씨결정(seed crystals)을 사용하고 진공 팬을 준안정 단계로 유지함으로써 균일한 크기의 결정이 생산된다.

씨결정은 일반적으로 입자 크기와 양을 알고 있는 슬러리 형태로 팬에 도입된다. 초기 결정이 자리 잡으면, 결정이 원하는 크기에 도달할 때까지 표준액이 팬에 추가로 공급된다.

결과물인 설탕 결정과 시럽 혼합물은 프랑스어로 "익힌 덩어리"라는 뜻의 (마스퀴트)라고 불린다. 결정을 키우는 액체이므로 시럽은 모액이라고 불린다. 한 팬의 마스퀴트 함량을 스트라이크(strike)라고 한다.

그 다음 마스퀴트는 원심분리기로 전달되어 원심력에 의해 결정과 시럽이 분리된다. 결정은 원심분리기에 남고, 뜨거운 물로 씻겨 남아있는 시럽을 제거한다. 순수한 결정 설탕은 원심분리기에서 꺼내 건조-냉각기로 보내진다.

하나의 마스퀴트는 보통 4번의 스트라이크(첫 번째 것과 세 번의 재용해)를 거친다. 이는 첫 번째 스트라이크에서 남은 시럽(첫 번째 제트 또는 첫 번째 시럽으로 알려짐)을 다른 팬에 공급함으로써 수행된다. 두 번째 스트라이크는 더 많은 결정과 제트 2 시럽을 만들고, 이런 식으로 계속된다. 제트 3 및 4 시럽은 종종 소프트 슈거(soft sugars)를 생산하거나 어피네이션에 사용된다.

 알갱이화 
과립당은 개별 설탕 입자가 서로 뭉치지 않는 설탕이다. 이는 건조를 통해 달성된다. 건조기 또는 알갱이화기(granulator)는 일반적으로 지름 1.5~2.4m, 길이 7.6~11m의 수평 회전 드럼이다. 여기에서 증기로 가열된 공기가 결정의 수분을 제거하여 수분 함량을 약 1%에서 0.02% 이하로 감소시킨다. 알갱이화기는 또한 결정들을 서로 분리시킨다. 그 후 결정은 냉각기로 보내진다. 건조와 냉각을 결합한 기계도 있다.

 백설탕 저장 
완성된 제품은 대형 콘크리트 또는 강철 사일로에 저장된다. 대량(bulk), 빅백 또는 포대로 산업 고객에게 선적되거나, 소비자용 소포장으로 포장되어 소매업자에게 전달된다.

건조된 설탕은 설탕 분진폭발이 가능하므로 주의해서 다루어야 한다. 예를 들어, 13명의 사망자를 낸 설탕 분진폭발 사고는 조지아주 포트 웬트워스에서 발생한 2008년 조지아 설탕 정제소 폭발 사고였다.

 부산물 
섬네일|가축 먹이 보충제로 사용되는 사탕무 당밀
 당밀 - 원당 결정화 과정에서 나오는 짙은 색의 당분이 풍부한 부산물
 바가스 - 즙 추출 과정에서 나오는 섬유질 부산물

북미의 많은 도로 당국은 겨울 제설 작업에서 제당된 사탕무 당밀을 제빙 또는 방빙 제품으로 사용한다. 당밀은 직접 사용하거나, 액체 염화물과 결합하여 도로 표면에 도포하거나, 도로에 뿌리는 소금을 처리하는 데 사용할 수 있다. 당밀은 부식을 줄이고 소금-염수 혼합물의 어는점을 낮추어 더 낮은 온도에서도 제빙 효과를 유지하게 하므로 소금만 사용하는 것보다 유리할 수 있다. 암염에 액체를 추가하면 암염이 튀거나 흩어지는 것을 줄여 필요한 곳에 유지시키고, 소금이 녹기 시작하는 활성화 시간을 단축시킨다.

 설탕 정제소의 공장 자동화 
다른 많은 산업과 마찬가지로 설탕 정제소에서도 최근 수십 년 동안 공장 자동화가 크게 추진되었다. 생산 공정은 일반적으로 중앙 공정 제어 시스템에 의해 제어되며, 이는 대부분의 기계와 부품을 직접 제어한다. 설탕 제조실의 원심분리기와 같은 일부 특수 기계의 경우에만 보안상의 이유로 분산된 PLC가 사용된다.

 각주 

 참고 문헌 

 외부 링크 

 Sugar related online glossary. 
 Sugar refining.
 

분류:공업용 건물
분류:제당소
분류:제당업