KR0170043B1 - 음식물 찌꺼기 또는 농축산 폐기물 등의 폐자원을 활용한 균체발효사료 및 균체퇴비의 제조방법 - Google Patents

음식물 찌꺼기 또는 농축산 폐기물 등의 폐자원을 활용한 균체발효사료 및 균체퇴비의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균체발효사료 및 균체퇴비의 제조에 사용되는 신규한 균주에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바실루스(bacillus)속의 신규의 균주 Bacillus brevis SON-1, Bacillus brevis SON-2및 Bacillus licheniformis SON-3에 관한 것이다.
본 발명의 균주를 혼합 사용하여 제조된 균체발효사료는 동물의 장내의 소화와 흡수를 도와주며 돈사내 악취방지와 축분뇨의 처리를 용이하게 할 수 있는 효과가 있고, 균체퇴비는 토양의 산성화를 방지하고 토양의 구조가 식물의 성장에 유리하게 하여주고 각종영양분의 흡수를 도와주고 바이러스에 의한 피해를 줄여주며 해충을 구제하는 효과가 있다.

Description

음식물 쩌꺼기 또는 농축산 폐기물 등의 폐자원을 활용한 균체발효사료 및 균체퇴비의 제조방법
본 발명은 균체발효사료 및 균체퇴비의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물로서 신규의 바실루스 브레비스 2종과 바실루스 리케니포르미스 1종을 사용하며, 음식물 찌꺼기 또는 농축산 폐기물 등의 폐자원을 활용한 동물용 균체발효사료와 균체퇴비의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 동물사료는 자가공급사료를 사용하는데에서 현대공장에서 제조된 상품사료의 사용으로 급격히 변화하고 있기 때문에, 총 사료 사용량에 대한 상품사료의 사용량 비율이 점차로 높아지고 있는 실정이다.
이러한 상품사료에는 일반적으로, 곡류, 어류, 유류, 지방등과 같은 주성분에 아미노산, 무기염료, 비타민, 항생물질, 효소, 미생물제제와 같은 보조성분 및 영양보충제, 소화 및 홉수향상제, 성장촉진제, 질병예방제와 같은 각종물질을 첨가하여 이루어지는 것을 예로 들 수있다.
그러나, 항생물질은 잔류물이 인체에 옮겨져 알레르기나 장 박테리아 플로라의 변화를 일으키기 때문에 그의 용도가 제한되어 있으며, 그의 사용범위도 제한 및 감소되어 있다.
효소에는 리파아제, 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로티아제 등의 제제 및 이의 혼합물이 연구되어 있으나 불규칙적인 효과를 나타내기 때문에 정확한 효과를 기대할 수 없는 상황이다.
미생물제제에는 바실루스 나토, 유산 박테리아, 부틸산 박테리아, 락토바실루스 비피두스 등이 연구되어 있으나, 그 작용효과는 아직 미미한 상태에 있으며 현저하게 부족한 상태이므로 미생물제제에 대한 연구개발이 보다 활성화되어야 한다. 최근에는, 농촌지역의 농축산 폐기물과 식품공장등의 유기물 폐자원을 효율적으로 재활용하여 환경오염방지를 위해서도 그의 처리에 관심이 집중되고 있다.
대한민국 특허 제4879호에는 왕겨, 볏짚등의 분말을 배지액으로 혼련하고, 공지의 바실루스균을 접종하여 발효시킨 바실루스균 발효 단백사료의 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허제11,477호에는 왕겨, 볏짚등의 분말을 pH가 8-8.6으로 조절된 배지액으로 혼련하고, 공지의 바실루스균을 접종하여 발효시킨 균체 단백질 사료첨가물의 제조방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허공고 제82-1405호에는 식물성 섬유물질과 비단백질태 질소화합물을 포함한 혼합물을 알코올 발효성균, 유기산 발효성균 및 에스테르 생성균으로 이루어지는 발효균에 의해 발효시킨 반추 가축용사료가 개시되어 있다.
상기한 특허발명에 기술되어 있는 방법은 난소화성 식물섬유나 가축동물에 대한 영양공급원으로는 가치가 없지만 농산 부산물로 다량 배출되는 볏짚류, 왕겨등을 이용하는 방법으로서, 저질의 조사료에 다량 내포되어 있는 리그닌, 펜토산 등은 소화효소지질인 탄수화물에 대해 작용할 수 없도록 방해하며, 규산질을 함유한 섬유소는 그 조직이 단단하기 때문에 소화효소작용을 쉽게 받을 수 없어 이를 사용할 수 있도록 공지의 미생물 제제를 사용한 동물사료를 제조하는 방법이다. 하지만, 이들 종래의 방법은 발효에 사용되는 균의 효과가 여전히 미비하고, 이로 인해 발효기간이 길어지며, 발효대상도 난소화성 식물섬유, 왕겨, 볏짚에 한정되므로 각종 축분뇨, 유기물 폐자원을 분해시켜 동물사료 및 퇴비로 사용하는 방법이 요망되는 실정이다.
따라서, 본 발명자들은 상술한 문제점을 해소하고, 목적하는 작용효과를 얻을 수 있는 미생물 제제를 얻기 위해 부단한 연구를 실시하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 음식물 찌꺼기, 농축산 폐기물, 식품공장등의 유기물 폐자원을 효율적으로 재활용하여 환경오염방지와 농가소득향상을 도모하며 양질의 육질을 공급할 수 있는 균체발효사료를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 토양의 지력유지 및 향상을 도모하기 위한 균체발효유기질비료(퇴비)를 제공하는데 있다.
본 발명은 미생물로서 신규의 바실루스 브레비스와 바실루스 리케리포르미스를 사용하여 난분해성 물질인 섬유질, 크실로오스 등의 섬유소를 가진 농축산 폐기물, 식품공장폐자원 및 각종 유기물 폐자원을 효과적으로 발효분해시킨 균체발효사료와 균체퇴비의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 미생물은 형산강유역(N. 36° 05', E. 129°10')을 중심으로 한 1km지역내 유축농가의 농축산 폐기물을 이용한 자연발효퇴비로부터 5회에 걸쳐 멸균된 밀봉튜브에 시료를 채취하고, 채취한 시료 1g에 멸균된 완충용액 100㎖을 첨가하여 섞은 다음, 10분간 정치한 후, 그중 1㎖를 제펙톡스(Czepek-dox)한천배지(하기 표1참조)와 영양배지(하기 표2참조)에 접종한 다음, 40 ℃의 배양기에서 24시간 배양시킨 후, 100여개의 균주를 분리하고 그중 생육상태 가 양호한 10개 균주를 선정하여 본 발명을 위한 시료로 사용한다.
선정된 10개 균주를 린드너(Lindner) 소적배양법에 의해 순수분리하고, 후커(Hucker)의 실험법에 따라 그람염색한다. 항산염색(Acid fastStanining)에는 치일-낼슨염색법(Ziehi-neelsen's stain)을 사용한다. 이들 균주의 관찰은 코완(Cowan)의 병원세균에 대한 제4실험방법과 벌지스(Bergey)의 미생물 동정 실험법에 의하여 기본형태 및 생리적 배양특징을 관찰한다. 작업분류단위(OUT, OperationalTaxonomic Unit)에 의한 유사성분석은 유사성의 거리별 공동효과 및 크러스터 분석방법에 의한 하세가와(일본국 특허 제1978호)방법을 사용한다. 상기한 10개 균주중 생육상태가 비교적 좋은 것을 3개 선정하고, 이를 최소영양배지(인산칼륨, 0.5g; 제2인산칼륨, 0.5g, 황산암모늄, 1.0g; 염화나트륨, 6.0g; 황산마그네슘, 0.1g; 염화칼슘, 0.1g; 증류수, 1000㎖; 한천, 16g)에 0.149의 구경을 가진 체로 여과한 1%밀집 및 1% 볏짚을 각각 첨가한 배지에 접종시켜 배양한다. 또한 상기한 배지조성에 1% 밀짚을 첨가한 후, 3개 군주를 각각 0.2㎖씩 접종시켜 천이(Succession)및 어비세레이스(Avicelase)생성능을 조사하고, 이어서 3개 균주를 혼합하여 같은 조성의 배지에 0.2㎖을 접종배양하여 생육균수를 측정한다. 미생물의 생육상태를 측정하기 위해서는 카르보닐메틸셀루로오스(CMC), 섬유질분말 및 리그노술페이트를 각각 1%씩 최소배지에 첨가한 3개의 배지에 3개 균주의 혼합균주를 0.2㎖씩 접종시킨다. 이들 3개의 균주는 코완 및 벌지스의 분류방법에 따라 동정한 결과 1속 3종으로 분류된다(하기 표3참조).
이들 3개의 신규의 균주는 바실루스 브레비스 SON-l(이하 SON-1로 칭함)로 대한민국 균주기탁기관인 한국과학기술연구원에 기탁하여(기탁일 : 1995년 5월 31일) KCTC 8665P의 수탁번호를 부여 받고, 바실루스 브레비스 SON-2(이하 SON-2로 칭함)로 대한민국 균주기탁기관인 한국과학기술연구훤에 기탁하여(기탁일 : 1995년 5월 31일) KCTC 8666P의 수탁번호를 부여받고, 바실루스 리케니포르미스 SON-3(이하 SON-3로 칭함)로 대한민국 균주기탁기관인 한국과학기술연구원에 기탁하여(기탁일 1995년 5월 31일) KCTC 8667P의 수탁번호를 부여 받았다.
본 발명에 따른 신규의 균주 SON-I, SON-2, SON-3에 대한 미생물 특성을 하기에 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에 의해 분리된 미생물에 대한 형태학적, 생화학적 특성분석 결과가 일반적인 바실루스 브레비스와 바실루스 리케니포르미스에 속하는 균주임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 신규의 세 개의 균주를 바실루스 브레비스 SON-1, 바실루스 브레비스 SON-2, 바실루스 리케니포르미스 SON-3로 명명하고, 대한민국 균주 특허기탁기관인 한국과학기술연구원에 1995년 5월 31일에 균주를 각각 기탁하여 KCTC 8665P, KCTC 866P, KCTC 8667P로 각각 수탁번호를 부여 받았다.
상기한 SON-1균주는 1% 밀짚과 최소배지에서 배양후 48시간부터 144시간 사이에 10 /㎖정도로 균수가 증가되었다. 상기한 SON-1, SON-2및 SON-3의 3균주를 혼합한 균주는 배양후 96시간부터 240시간 사이에 10 /㎖ 정도로 균수가 증가되었다.이들 3개의 혼합균주는 섬유소 및 카르보닐메틸셀룰로오스(CMC)의 분해능과 더불어 리그노술페이트의 분해능이 뛰어났다. 즉, 농축산 폐기물 중에 들어있는 난분해성 물질에 대한 분해능은 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기한 SON-1, SON-2는 바실러스속의 그람양성(+)으로서 세번째 그룹인 바실러스 브레비스(Bacillus brevis)로 분류된다. 구아닌+ 시토신(G+C)의 몰비는 47%이며, 지극히 호기적이며 전형적으로 당으로부터 산이나 가스를 생성하지 않고, 50 ℃에서 성장이 최적인 것으로 나타났다. 또한, 타원체의 포자를 형성하며 산화 대사계를 가진다. 펩톤 배지에서 알카리반응을 나타내고, 브레비스틴(Brevistin)이 라는 항균물질을 생성하며, 구조는 아실시클릭 펩티도락톤[Acylcyclic peptidolactone(lln)]이다. 또한, 항균작용, 계면활성제 그리고 핵결합 작용을 하는 그리미시딘 S(Gramicidin S)물질이 생성된다. 바실러스 브레비스(SON-1, SON-2)의 배지조성은 다음과 같다.
상기한 SON-3는 바실러스속의 그람양성(+)으로서 두 번째 그룹인 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis)로 분류된다. 구아닌+ 시토신의 몰비는 37%이며, 지극히 혐기적 조건에서 잘 자라며 포자는 타원체이다. 포도당을 포함한 다수의 당으로부터 산을 생성하며 반영양조건하에서도 잘 자란다. 특히, 작물과 공생할 때 농업적 측면에서 유익한 결과를 낳을 수 있는 균이며, 바실러스 리케니포르미스를 작물에 응용하면 작물의 영향이용성을 높여주고, 성장을 양호하게 하고, 작물의 병해를 억제함으로써 작물의 수확량을 높일 수가 있다. 발효기간동안 g당 10 정도의 균수의 성장을 가져온다. 또한 에리스로마이신(Erythromycin)에 대한 저항성을 갖는다.
Mn , Co , Zn 의 농도에 따라 글루타밀 폴리펩티드를 생성하며 알파-아밀라제는 고농도의 프릭토오스 콘시럽을 구성하고 있어 상업적 이용성이 높다. 그 외에 아르기닌 데이미나제(ADI), 아스파르테이트 세미알데히드, 아스파르토키나제를 생성하며, 특히 박테리아신을 생성하여 세균에 대한 저항력을 갖는데, 구조는 측쇄환형[Branched cyclic(l2n)]이다. 바실러스 리케니포르미스(SON-3)의 배지조성은 다음과 같다.
본 발명에서 사용되는 신규의 3개의 균주는 공지의 발효기술에 의해 액체배지 또는 고체배지에서 배양될 수 있다. 배지로는 천연배지, 반합성배지, 합성배지와 같은 배지가 사용뒬 수 있다.
본 발명의 신규의 균주를 사용하여 수득된 미생물제제는 이를 함유한 사료형태 또는 사료첨가제 형태로 적당량 동물에 투여되어 체중증가 및 성장을 촉진시킨다.
본 발명의 사료 또는 사료첨가제가 사용될 수 있는 동물의 대표적인 예는 다음과 같다 : 식용우, 젖소, 송아지, 돼지, 돼지새끼, 양, 염소, 말, 토끼, 개, 고양이 등과 같은 가축과 병아리, 암탉, 가정용 닭, 수탉, 오리, 거위, 칠면조, 매추라기, 작은새 등과 같은 가금.
본 발명에서 얻은 군체발효사료는 일반배합사료에 첨가될 수 있다. 일반배합사료에 대하여 30%정도로 첨가하는 것이 바람직하다. 이 첨가비율은 투여된 동물의 종류, 나이 및 사료성분의 종류에 따라 조정될 수 있다. 일반적으로, 일반배합사료에 첨가되는 균체발효사료의 비율은 이의 수치가 클수록 경제성은 뛰어나지만, 30%를 넘을 경우에는 증체율이 급격히 떨어짐으로써 30%가 적당하며, 이 수치는 성숙된 가축에 해당하며, 어린 가축에는 30%이하로 배합비율을 적절히 선택하여 급여한다.
사료화하고자 하는 대상물에 접종되는 균의 비율은 이의 수치가 클수록 처리속도는 빨라지지만, 균의 제조비용이 많이들게 되고, 이의 수치가 낮을수록 처리기간은 길어지기 때문에, 균의 접종비율은 1,000:1(0.1%)이 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제공되는 것일뿐, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
사료화 방법
제1공정
볏짚, 왕겨 등을 포함한 농가폐자원, 변질되지 않은 수산물 페자원, 축산물 폐자원, 음식물 잔반 등 유기물이 많은 폐자원을 pH7과 습도 60-70%인 조건하에서 입경이 80 메쉬 이상이 되게 만들었다.
제2공정
영양한천배지에 신규의 3개의 균주 SON-1, SON-2, SON-3를 접종하여, 40-50℃의 배양기에서 48시간 2.6×10 CFU/㎖정도의 균수가 되도록 배양하였다(여기에서, CFU는 콜로니 형성단위임).
제3공정
제2공정에서 배양된 원균을 제1공정의 사료화하고자 하는 대상물에 1,000 : 1의 비율로 균이 고루 퍼지도록 섞으면서 접균하였다.
제4공정
접균된 시료를 통기 상태하에서 40-50℃에서 48시간 배양하고, 그 자체의 발효열을 이용하여 18시간 배양한 후, 습도가 30%이하가 되도록 건조시켰다. 얻어진 발효사료의 성분분석표를 하기에 나타내었다.
제5공정
제4공정에서 제조된 발효사료률 일반배합사료에 30%정도되게 혼합하였다.
[실시예 2]
퇴비화 방법
제1공정
사료화 하기에 어려운 각종 유기물 폐자원, 축분등을 pH7와 습도 60-70%인 조건하에서 입경이 30메쉬 이상이 되게 만들었다.
제2공정
영양한천배지에 신규의 3개의 균주 SON-1, SON-2, SON-3를 접종하여 40-50%의 배양기에서 48시간 2.6×10 CFU/㎖정도의 균수가 되도록 배양하였다.
제3공정
제2공정에서 배양된 원균을 제1공정의 사료화하고자 하는 대상물에 1,000 : 1의 비율로 균이 고루 퍼지도록 섞으면서 접균하였다.
제4공정
발효가 진행되는 동안에 발생되는 자체열이 손실되지 않도록 열을 보존시킨 다음 통기상태하에서 72시간 동안 배양후, 15일 이상 야적하고 후숙시켰다.
[실시예 3]
돼지새끼의 사육
체중이 28-32kg인 각 종류의 어린 돼지(암수)를 전기와 후기로 나누어 일정기간(143일) 동안 사육함으로써 균체발효사료의 혼합비율에 따른 돼지의 1일 증제량 및 돈분악취발행 정도를 하기 표9에 나타내었다.
시험기간 : 1994.7.8-1994. 11. 28.
상기 표9에서 사료요구율은 돼지가 사료를 요구하는 정도를 수치로 표시한 것으로, 사료요구율이 적은 사료로서의 종합적 가치가 양호한 것을 의미한다 대조시험과 비교하여 사료요구율은 유사하지만, 악취발생억제는 보다 양호하였다.
[실시예 4 : 오리의 사육]
오리 60마리를 일정기간(60일) 동안 균체발효사료 돈분을 일정비율로 급여하여 사육하였다. 급여비율에 따른 총급유량, 배합사료양, 산란율을 비교하여 하기 표10에 나타내었다.
급여기간: 1994. 3. 5.-1994. 5. 4.
상기한 실험결과, 돈분급여비율이 60%인 급여시험구의 산란율은 90%로 나타냈다. 이 수치는 배합사료만을 급여한 경우의 산란율(72%) 보다 상당히 양호한 것임을 나타낸다. 본 발명의 균체 발효사료를 동물을 대상으로 실험한 결과, 1일당 소화흡수율이 뛰어나고, 정장효과가 탁월하다. 또한, 육질을 개선시킴으로 효과가 인해 육미가 뛰어나고, 소화기 계통의 질병을 막아주며 면역기능을 증진시킨다. 더욱이, 분뇨의 처리가 용이하여 자원 재활용에 이용될 수 있으며 악취발생을 억제하여 축산환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 균체발효사료는 원균에 의해 각종 폐자원의 분해시간이 감소되며 분해 후에도 죽지않고 포자를 형성하여, 동물의 장내에서 재생성되어 장내의 유해균을 줄여주고 소화와 흡수를 도와주어, 돈사내 악취방지와 축분뇨의 처리를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 균체퇴비는 토양에서 분리된 미생물을 사용하기 때문에 설비에 따라 퇴비의 제조기간이 현저하게 감소되며, 토양에 시비할 경우 토양의 산성화를 방지하고 토양의 구조가 식물의 성장에 유리하게 하여주고 각종 영양분의 흡수를 도와주어, 바이러스에 의한 피해를 줄여줄 뿐만 아니라, 본 토양미생물은 해충의 장구조에 변화를 주는 독성물질을 갖고 있어 해충을 구제하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 음식물 찌꺼기 또는 농축산 폐기물, 식품공장등의 유기물 폐자원을 사료 원료로 사용하기 때문에 자원 재활용은 물론, 날로 심각해져가는 쓰레기 처리 문제에도 많은 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 대한민국 한국과학기술연구원에 수탁번호 KCTC 8665P로 기탁되어 있는 Bacillus brevis SON-1 균주.
  2. 대한민국 한국과학기술연구원에 수탁번호 KCTC 8666P로 기탁되어 있는 Bacillus brevis SON-2균주.
  3. 대한민국 한국과학기술연구원에 수탁번호 KCTC 8667P로 기탁되어 있는 Bacillus licheniformis SON-3균주.
  4. 제1항의 Bacillus brevis SON-1 균주, 제2항의 Bacillus brevis SON-2 균주및 제3항의 Bacillus licheniformis SON-3균주를 사료에 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 균체발효사료의 제조방법.
  5. 제1항의 Bacillus brevis SON-1균주, 제2항의 Bacillus brevis SON-2균주 및 제3항의 Bacillus licheniformis SON-3균주를 퇴비에 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 균체퇴비의 제조방법.
KR1019950021165A 1995-07-19 1995-07-19 음식물 찌꺼기 또는 농축산 폐기물 등의 폐자원을 활용한 균체발효사료 및 균체퇴비의 제조방법 KR0170043B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011078601A2 (ko) * 2009-12-24 2011-06-30 안국약품 주식회사 음식물 쓰레기 처리용 혼합 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리 방법
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