KR100311758B1 - 다양한 고농도 유기성 폐기물의 반 연속 액상 발효를 통한 생물학적 전환 장치 및 공정 - Google Patents
다양한 고농도 유기성 폐기물의 반 연속 액상 발효를 통한 생물학적 전환 장치 및 공정 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고농도 유기성 폐기물의 미생물 발효를 통한 생물학적 전환 장치 및 공정에 관한 것이고, 보다 상세하게는 고농도 유기성 폐기물을 1차 발효를 통하여 표준 기질화하고 2차 발효를 통해 고부가 가치 물질을 생산하는 장치 및 공정에 관한 것으로, 유기성 폐기물로부터 금속류, 비닐류, 유리류 등을 제거하기 위한 선별기(1), 수송관(2) 및 파쇄기(3) 및 전처리조(5)로 구성되어 있고, 전처리조에서는 고농도 유기성 폐기물의 고형분 함량이 6∼8(w/v)%가 되도록 물을 가하고 습식 멸균되어 이후 상온으로 보관되며 고농도 유기성 폐기물의 혐기적 발효를 방지하기 위하여 산소공급 및 교반시키고, 전처리조에서의 액상 유기물은 수송관(7)을 통해 1차 발효조(8)로 옮겨져 카타볼라이트 리프레션 저항성 변이주를 이용하여 발효시키고, 발효액은 수송관(9)을 거쳐 원심분리기(10)로 옮겨져 고형분과 상등액으로 분리한 후, 상등액의 약 10∼20(v/v)%는 1차 발효조 내의 효소 농축을 위해 재순환(11)시키고, 초기 발효에서 상등액의 나머지 80∼90(v/v)%는 2차 발효조(12)로 옮겨지고, 고형 성분은 수송관(13)을 통해 선택적으로 건조기를 통과한 후 퇴비화나 사료화 공정에 활용되어 지고, 2차 발효조(12)에서의 발효는 적용 미생물에 따라서 유용한 생성물을 생성시키는 장치 및 그의 활용방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고농도 유기성 폐기물의 미생물 발효를 통한 생물학적 전환 장치 및 공정에 관한 것이고, 보다 상세하게는 고농도 유기성 폐기물을 1차 발효를 통하여 표준 기질화하고 2차 발효를 통해 고부가 가치 물질을 생산하는 장치 및 공정에 관한 것이다.
고농도 유기성 폐기물의 화학적, 물리적 처리는 단순히 매립 등의 방법으로 2차 오염의 위험성을 가진 채 폐기처리되지만, 미생물 발효에 의한 효소적 처리는 사료화, 퇴비화 혹은 더 나아가 새로운 발효기질로의 전환 등 자원 재활용 및 재생산이 가능하므로 이를 위한 꾸준한 연구가 시도되어 왔다 (A. M. Martin,Bioconversion of Waste Materials to Industrial Products, Elsevier Applied Science Press, 1991).
한편 박테리아(bacteria)는 배지 중에 쉽게 기질로 이용할 수 있는 탄소원이 존재할 경우, 특히 포도당(glucose) 등, 여러 종류의 효소 생성에 억제를 받게 되는 카타볼라이트 리프레션(catabolite repression) 현상을 보이는데 고농도 유기성 폐기물 원료에는 다량의 당이 포함되어 있으므로 고농도 유기성 폐기물의 박테리아 발효에 의한 효소적 처리는 많은 어려움이 있다. 따라서 유기물 분해를 위한 1차 발효는 유전자 변이 기술을 통해 본 발명자들이 개발하여 별건의 한국특허로 출원중인 바실러스 써모글루코시데시어스(Bacillus thermoglucosidasius)의 카타볼라이트 리프레션 내성 변이주 BtgMul(기탁번호 KFCC-11085호), BtgcelMul(기탁번호 KFCC-11084호)들을 동시 배양(co-culture)방법으로 적용하였다.
본 발명자들은 상기의 효소 생산 유전자 변이주들을 이용한 1차 발효에서 고농도 유기성 폐기물을 분해하여 유기물의 분해 및 표준화 기질로의 전환을 유도, 2차 발효에서 다양한 미생물을 배양하여 고부가 가치 물질을 생산하는 공정을 개발하고 실제로 고농도 유기성 폐기물에 전체 공정을 적용함으로써 본 발명을 완성한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기존의 미생물 발효에 의한 고농도 유기성 폐기물 처리 방법이 갖고 있는 고형 성분의 미약한 감소 및 1차 발효만으로 그치는 저급 발효산물 생산 등의 문제점을 해결한 것으로, 강력한 효소적 분해 과정을 거쳐 발효 후 2(w/w)% 이하의 고형성분 및 표준화된 기질로부터의 2차 발효를 통한 고부가 가치의 발효 산물의 창출을 얻고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 개발된 균주를 고농도 유기성 폐기물에 1차 발효시켜 유기물 분해 및 표준화 기질로의 전환을 유도하고 2차 발효에서 고부가가치의 발효산물을 창출하는 생물학적 전환 방법을 요약한 도면이다.
도 2는 바실러스 써모글루코시데시어스(Bacillus thermoglucosidasius)의 카타볼라이트 리프레션 내성 변이주 BtgMul(기탁번호 KFCC-11085호), BtgcelMul(기탁번호 KFCC-11084호)을 이용한 1차 발효 후 액상 유기성 폐기물의 고형 성분의 분해 정도를 나타내는 사진이다. 이때 a는 BtgMul만 처리한 것이고, b는 BtgcelMul만 처리한 것이며, c는 이 둘을 동시처리한 것이고, d는 무처리한 것으로 고형 성분의 분해 정도를 나타내는 사진이다.
※ 도면 부호의 설명
1 : 선별기 2 : 수송관 3 : 파쇄기 4 : 수송관
5 : 전처리조 6 : 교반기 7 : 수송관 8 : 1차 발효조
9 : 수송관 10 : 원심분리기 11 : 재순환관 12 : 2차 발효조
13 : 수송관 14 : 수송관 15 : 수송관 16 : 건조기
17 : 공기관 18 : 공기 공급기 19 : 배출 공기관 20 : 바이오필터
본 발명은 유기성 폐기물 처리를 위한 장치에 있어서, 유기성 폐기물로부터 금속류, 비닐류, 유리류 등을 제거하기 위한 선별기(1), 수송관(2) 및 파쇄기(3) 및 전처리조(5)로 구성되어 있고, 전처리조에서는 고농도 유기성 폐기물의 고형분 함량이 6∼8(w/v)%가 되도록 물을 가하고 습식 멸균되어 이후 상온으로 보관되며 고농도 유기성 폐기물의 혐기적 발효를 방지하기 위하여 산소공급 및 교반시키고, 전처리조에서의 액상 유기물은 수송관(7)을 통해 1차 발효조(8)로 옮겨져 카타볼라이트 리프레션 저항성 변이주를 이용하여 발효시키고, 발효액은 수송관(9)을 거쳐 원심분리기(10)로 옮겨져 고형분과 상등액으로 분리한 후, 상등액의 약 10∼20(v/v)%는 1차 발효조 내의 효소 농축을 위해 재순환(11)시키고, 초기 발효에서 상등액의 나머지 80∼90(v/v)%는 2차 발효조(12)로 옮겨지고, 고형 성분은 수송관(13)을 통해 선택적으로 건조기를 통과한 후 퇴비화나 사료화 공정에 활용되어 지고, 2차 발효조(12)에서의 발효는 적용 미생물에 따라서 유용한 생성물을 생성시키는 장치를 제공하는 것이다.
또한 이때 상기 고농도 유기성 폐기물의 발효 처리 장치를 이용하여, 고농도 유기성 폐기물의 분해정도 향상을 위해 바실러스 써모글루코시데시어스(Bacillus thermoglucosidasius)의 카타볼라이트 리프레션 저항성 변이주인 BtgMul(KFCC-11085호), BtgMu2, BtgcelMul(KFCC-11084호), BtgcelMu2 등의 혼합균주를 이용하여 1차 발효를 통해 유기성 폐기물을 처리시키는 방법과 상기 발효 공정에 따라 생성된 산물을 2차 발효배지의 표준화 기질로 이용하여 효모, 유산균 또는 유용한 물질의 생산균주인 고부가가치 미생물을 배양 발효시킴으로써 유용한 물질을 발효 생성하는 방법 및 상기 발효 공정에 따라 생성된 유기물 발효액을 5,000∼7,000rpm의 속도로 10∼20분간 동안 원심분리한 후, 균주 유래 효소가 포함된 상등액을 다시 1차 발효조로 2∼3회 재순환 발효시켜 전분 분해효소, 섬유소 분해효소 및/또는 단백질 분해효소를 제조하는 방법을 제공한다.
또한 본 발명에 사용되는 변이주 바실러스 써모글루코시데시어스(Bacillus thermoglucosidasius) BtgcelMul는 1999년 4월 2일자로 사단법인 한국 종균협회에 기탁번호 KFCC-11084호로 기탁하였으며, 바실러스 써모글루코시데시어스(Bacillus thermoglucosidasius) BtgMul도 1999년 4월 2일자로 사단법인 한국 종균협회에 기탁번호 KFCC-11085호로 기탁하였다.
또한 전체 공정 중 발생하는 폐열의 활용 및 발효산물의 퇴비 또는 사료에 적용함을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따라 1차 발효에 사용된 균주의 개량은 NTG(N-methyl-N'- nitro-N-nitrosoguanidine)와 자외선을 이용한 유전학적 변이 방법을 사용하였으며, 이중 전분 분해효소(amylase)와 섬유소 분해효소(cellulase)에 특이적인 변이주를 각각 2종을 선별하였다.
본 발명에 따르면 상기와 같이 얻어진 균주를 고농도 유기성 폐기물에 동시 발효하였을 경우 폐기물 내의 6(w/w)% 이상의 고형분이 2(w/w)% 이하로 감소되는 것으로 밝혀졌으며 이 발효 산물은 다시 2차 발효에 사용될 수 있는 유용한 기질임이 판명되었다.
2차 발효는 효모(yeast), 유산균(Lactobacillussp.), 생물 농약 생산 균주인 바실러스 써린지엔시스(Bacillus thuringiensis) 등으로 행하여 졌으나, 적용 미생물의 특별한 제한은 없다.
한편 본 발명에서의 전체 공정은 하기와 같은 도 1에 공정도를 나타내었다.
수거된 유기성 폐기물로부터 선별기(1)를 거쳐 미생물에 의해 분해될 수 없는 금속류, 비닐류, 유리류 등을 제거한다. 선별된 고농도 유기성 폐기물은 수송관(2)을 거쳐 파쇄기(3)로 들어가 잘게 파쇄된 후 수송관(4)을 거쳐 전처리조(5)로 투입된다. 전처리조에서의 고농도 유기성 폐기물은 고형분 함량이 6∼8(w/v)%가 되도록 물을 가하고 습식 멸균되어 이후 상온으로 보관되며 고농도 유기성 폐기물의 혐기적 발효를 방지하기 위하여 산소공급(18)과 교반기(6)(impeller)를 이용한 에지테이션(agitation)이 이루어 진다.
전처리조는 언제든지 1차 발효에 쓰일 수 있도록 1차 발효조(8)에 비해 2∼3배의 용량(40,000∼60,000L)을 지니고 있다. 전처리조에서의 액상 유기물은 수송관(7)을 통해 1차 발효조(8)로 옮겨져 상기에서 언급한 균주를 이용하여 52∼58℃에서 발효된다. 발효시간은 초기 24∼48시간이며, 안정화된 뒤는 약 12∼24시간이다.
발효액은 수송관(9)을 거쳐 원심분리기(10)로 옮겨져 고형분과 상등액으로 분리된다. 상등액의 약 10∼20(v/v)%는 1차 발효조 내의 효소 농축을 위해 재순환(11)된다. 초기 발효에서 상등액의 나머지 80∼90(v/v)%는 2차 발효조(12)로 옮겨져 2차 발효의 기질로 활용되지만, 재순환이 4∼6회 이상 진행될 경우는 약 60∼70(v/v)% 만이 2차 발효조로 이동되며 나머지 10∼20(v/v)%는 산업용 대량 효소로 제품화된다. 고형 성분은 수송관(13)을 통해 선택적으로 건조기를 통과한 후 퇴비화나 사료화 공정에 활용되어 진다. 2차 발효조(12)에서의 발효는 적용 미생물에 따라서 다양한 조건에서 시행되어 진다.
상등액을 이용할 경우는 수송관(14)을 통해 유용물질 분리, 정제 과정을 거치게 되며, 고형분을 이용할 경우는 상등액은 수송(15)되어 전처리조의 가수용으로 쓰이고 고형분은 건조기(16)를 거친 후 제품화된다. 건조기에서 발생한 열은 공기관(17)을 통해 열에너지원으로 활용된다.
산소공급은 공기 공급기(18)를 통해 전처리조, 1차 발효조, 2차 발효조, 건조기로 투입된다. 각 반응조 및 기계에서 발생하는 악취는 배출 공기관(19)을 통해 바이오필터(20)(biofilter)를 통해 외부 환경으로 방출되어진다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예들로 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
(실시예 1) 고농도 유기성 폐기물 분해를 위한 균주 선별
한국과학기술연구원 생명공학연구소내 유전자원센터(KCTC)에서 분양받은 고온성 바실러스 써모글루코시데이어스(기탁번호 KCTC-3400호)를 NTG와 자외선을 이용하여 변이시킨 후 활성 측정용 평판배지[액화전분(soluble starch) 또는 셀룰로오스 1, 소고기 추출물 0.3, 펩톤 0.5, 포도당 0.3]로 전분 분해효소, 섬유소 분해효소에 각각 특이적인 변이주를 2종씩 선별하였다. 선별된 변이주는 각각 BtgMu1(기탁번호 KFCC-11085호), BtgMu2, BtgcelMu1(기탁번호 KFCC-11084호), BtgcelMu2로 명명하고 다양한 조건에서의 효소 활성을 조사하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
| 변이주영양원 조건 | BtgcelMul | BtgcelMu2 | BtgMul | BtgMu2 | 야생주 | |
| 전분분해효소활성 | 영양한천배지 + 1전분 | - | + | +++ | +++ | ++ |
| 영양한천배지 + 1전분 +0.3포도당 | - | + | +++ | +++ | - | |
| 섬유소분해효소활성 | 영양한천배지 + 1섬유소 | +++ | +++ | - | + | ++ |
| 영양한천배지 + 1섬유소 +0.3포도당 | +++ | +++ | - | + | - | |
| 단백질분해효소활성 | 영양한천배지 + 1탈지분유(skim milk) | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ |
| 영양한천배지 + 1탈지분유 +0.3포도당 | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ |
* +++ : 활성 아주 높음 ; ++ : 활성 높음
+ : 활성 있음 ; - : 활성 없음
(실시예 2) 고농도 유기물 폐기물의 분리 및 전처리
다양한 장소에서 수거한 고농도 유기성 폐기물에는 유기물 이외에 금속류라든지 유리, 플라스틱, 비닐, 고무 등이 포함되어 있을 수 있는데 이는 미생물 발효에 사용되어 질 수 없고 분해도 불가능한 물질들이다. 따라서 상기 폐기물을 선별 작업을 통해 순수한 유기 물질만으로 분리하였다. 선별된 상기 폐기물은 파쇄기를 이용하여 지름이 5mm 이하의 크기로 파쇄하였다.
분리된 유기물질에 전체질량 당 고형분 함량이 6∼8(w/v)%가 되도록 물을 첨가하고, pH 조절제를 첨가시켜 적용 변이주들의 최적 pH인 6∼8로 조절했다. 또한 완충 용액화하여 급격한 pH 변화를 방지하였다. 그후 액상 고농도 유기성 폐기물 기질은 121℃, 1.2기압에서 20분간 멸균되어 1차 발효기질로 사용되었다. 본 발명자들이 수집한 고농도 유기성 폐기물의 구성성분 분석 평균치는 하기 표 2와 같다.
| 구성성분 | 단백질 | 지방 | 섬유소 | 칼슘 | 인 | 기타 |
| 백분율() | 27.3 | 11.47 | 2.83 | 1.42 | 0.23 | 56.75 |
| 기타 조건 | pH 6.8, 수분함량 : 84.16 |
(실시예 3) 고온성 바실러스 변이주를 이용한 1차 발효
고형분의 함량이 6∼8(w/v)%인 액상 고농도 유기성 폐기물에 유전학적 변이주 4종을 각각 0.1%씩 동시 접종하여 55℃에서 24시간 동안 진탕 배양하였다. 배양 8∼12시간 후 생균수는 108CFU/ml 이상으로 유지되었고, 24시간 반응 이후 액상 고농도 유기성 폐기물의 고형분 함량은 1.5∼2(w/v)%로 감소되었다. 이때 배양액 중의 전분 분해효소, 섬유소 분해효소, 단백질 분해효소의 활성은 각각 103∼200kU, 180∼240kU, 26∼108kU 이었다. 단위활성(1kU)은 기질용액과 55℃에서 30분간 반응하여 효소가 첨가되지 않은 대조구와 비교할 때 0.001의 흡광도 값의 차이를 나타내게 하는 효소의 량으로 정의하였다. 배양액 내의 포도당은 반응전 5.5g/L에 비해 다소 증가한 5.6∼6.3g/L 였다. 도 2에서 반응 전후의 고형 성분의 분해 차이를 사진으로 나타내었다.
(실시예 4) 효소의 생산
1차 발효액을 6,000rpm의 속도로 15분간 동안 원심분리하여 균주 유래 효소가 포함된 상등액을 다시 1차 발효조로 재순환하는 실험을 진행하였다. 초기 1차 발효조의 미약한 효소의 농도는 재순환의 횟수에 비례하여 전분 분해효소와 섬유소 분해효소의 활성은 최대 388kU, 398kU로 증가하였다. 상세한 결과는 표 3에 나타내었다.
| 재순환횟수효소활성 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| 전분 분해효소 활성(kU) | 0 | 119 | 219 | 388 |
| 섬유소 분해효소 활성(kU) | 0 | 240 | 310 | 398 |
| 포도당 농도(g/L) | 5.3 | 5.6 | 6.3 | 7.4 |
(실시예 5) 유용 미생물에 의한 2차 발효
1차 발효액을 6,000rpm의 속도로 15분간 원심분리한 후 얻은 상등액을 기질로 하여 2차 발효를 실시하였다. 상등액은 2차 발효에 적용되는 미생물에 따라 상등액 그대로를 기질로 이용하거나 포도당, 효모 추출물(yeast extract) 등 소량의 영양분을 보강하여 사용하였다. 2차 발효의 조건 역시 적용되는 미생물에 따라 적절하게 조절되었다. 적용한 미생물은 효모인 사카로마이세스 속(Saccharomycessp.), 유산균인 락토바실러스 속(Lactobacillussp.), 방선균인 에시네토박터 속(Acinetobactersp.), 생물 농약 생산 균주인 바실러스 써린지엔시스(Bacillus thuringiensis) 등이다. 다양한 그램 양성 혹은 음성 미생물들이 108CFU/ml 이상으로 성장하였고, 효모나 유산균은 각각의 전용 배양 배지인 PDB(potato dextrose broth)와 MRS(DeMan, Rogosa, and Sharpe)에서의 배양보다 높은 농도의 CFU(colony formation unit)/ml로 배양되었다. 상세한 결과는 표 4와같다.
| 적용 미생물 | 사카로마이세스 속(Saccharomycessp.) | 락토바실러스 속(Lactobacillussp.) | 에시네토박터 속(Acinetobactersp.) | 바실러스 써린지엔시스(Bacillus thuringiensis) |
| 생균수(CFU/ml) | 8.2×108(＞3.7×108in PDA) | 1.5×109(＞4.5×108in MRS) | 4.7×1010 | 1.7×108 |
(실시예 6) 각 공정 단계에서의 배양액 내 성분의 변화
분쇄 및 가수된 액상 유기성 폐기물, 1차 발효 후의 배양액, 2차 발효 후의 배양액 내의 전분 분해효소, 섬유소 분해효소, 단백질 분해효소의 활성과 발효에 기초가 되는 암모니아(NH4 +), 인(PO4 3-), 포도당의 농도를 측정하였다. 포도당의 경우 초기의 약 5g/L의 농도에서 1차 발효까지는 유전학 변이주를 사용한 결과로써 6.3g/L로 다소 높아졌으나, 2차 발효에서 야생주를 적용함으로써 급격히 소비됨을 알 수 있었다. 2차 발효에 사용한 미생물은 효모인 사카로마이세스 속이다. 상세한 결과는 표 5에 나타내었다.
| 조사내용 | 발효전(분쇄 및 가수) | 1차 발효 후(변이주 동시 발효) | 2차 발효 후(효모 발효) |
| 전분 분해효소(kU) | 0∼40 | 103∼192 | 14∼86 |
| 섬유소 분해효소(kU) | 17∼31 | 180∼240 | 19∼88 |
| 단백질 분해효소(kU) | 18∼66 | 25∼85 | 17∼45 |
| 암모니아 농도(NH4 +, mg/L) | 323∼337 | 289∼425 | 185∼228 |
| 인 농도(PO4 3-, mg/L) | 95∼96 | 89∼100 | 90∼95 |
| 포도당 농도(g/L) | 5.5∼6.0 | 5.6∼6.3 | 0.1∼0.3 |
(실시예 7) 각 공정 단계에서의 분해 및 생물학적 전환율 조사
1, 2차 발효를 거치면서 고농도 유기성 폐기물이 세포 물질(cell mass)로 전환되는 비율을 백분율로 나타내었다. 그리고 분해되지 않은 고농도 유기성 폐기물 및 분해된 정도를 백분율로 나타내었다. 모든 결과는 가수된 초기의 고농도 유기성 폐기물의 고형분 함량을 100라 보았을 때의 결과이다. 전 발효 공정을 거치면서 미생물 세포로의 전환율은 약 24∼29이었고, 분해율은 최고 75이었다. 하지만 분해율에 있어서 어떠한 효소 작용으로도 더 이상 분해되지 않는 부분이 약 15임을 감안한다면 유기성 폐기물의 거의 모든 고형성분이 분해되는 것으로 판단된다. 상세한 결과는 표 6과 같다.
| 1차 발효 | 분해된 용해유기성 폐기물 | 분해되지 않은유기성 폐기물 | 세포 질량 | 생물학적 전환율 |
| 45∼57 | 30∼37 | 13∼18 | 13∼18 | |
| 2차 발효 | 세포 질량(Cell mass) | 11∼11.3 | ||
| 11∼11.3 | ||||
| 최 종 | 최종 분해율(Final digestion rate):58∼75 | 24∼29.3 |
본 발명의 효과는 실시예 1에서 보는 바와 같이 전분 분해효소에 특이적인 카타볼라이트 리프레션 내성 변이주인 BtgMu1, BtgMu2는 포도당이 0.3첨가되어 있는 영양 한천배지에서 높은 전분 분해효소의 활성을 나타내고 있다. 하지만 BtgMu1이 BtgMu2에 비하여 높은 특이성을 지니고 있었다. 마찬가지로 섬유소 분해효소에 특이적인 카타볼라이트 리프레션 내성 변이주인 BtgcelMu1, BtgcelMu2는 포도당이 0.3첨가되어 있는 영양 한천배지에서 높은 섬유소 분해효소의 활성을 나타내고 있다. 역시 BtgcelMu1이 BtgcelMu2에 비하여 높은 특이성을 지니고 있었다.
집단 급식소 등 다양한 장소에서 수집하여 전처리한 지름이 5mm이하, 고형분 함량 6∼8(w/v)% (pH 7.0)인 멸균된 액상 유기성 폐기물은 상기에서 언급한 변이주의 동시 배양에 의해 고형분 1.5∼2.0(w/v)% 이하, 포도당 농도 5.6∼6.3g/L의 표준 기질화 되었다. 이때의 효소 활성은 전분 분해효소, 섬유소 분해효소, 단백질 분해효소 각각 103∼200kU, 180∼240kU, 26∼108kU였다. 또한 1차 발효 상등액의 재투입으로 인해 전분 분해효소와 섬유소 분해효소 활성이 초기 활성에 비해 각각 최대 3.8배, 2.2배 증가하였다.
2차 발효에 사용된 미생물은 사카로마이세스 속과, 유산균, 에시네토박터 속, 바실러스 써린지엔시스로 1차 발효에 의해 형성된 표준화 기질에 배양하였을때 각각 8.2×108, 1.5×109, 4.7×1010, 1.7×108CFU/ml 의 생균수를 나타내었다. 이는 1차 발효에 의해 얻어진 표준화 기질이 2차 발효를 위한 기질로 손색이 없음을 의미한다.
초기의 고농도 유기성 폐기물의 고형분 함량을 100라 보았을 때 전 발효공정상의 미생물 세포로의 전환율은 약 24∼29이고, 분해율은 최고 75이었다. 하지만 분해율에 있어서 어떠한 효소 작용으로도 더 이상 분해되지 않는 부분(약 15)을 고려하면 거의 모든 유기성 폐기물의 고형성분이 제거됨을 알 수 있다.
Claims (5)
- 유기성 폐기물 처리를 위한 장치에 있어서, 유기성 폐기물로부터 금속류, 비닐류, 유리류 등을 제거하기 위한 선별기(1), 수송관(2) 및 파쇄기(3) 및 전처리조(5)로 구성되어 있고, 전처리조에서는 고농도 유기성 폐기물의 고형분 함량이 6∼8(w/v)%가 되도록 물을 가하고 습식 멸균되어 이후 상온으로 보관되며 고농도 유기성 폐기물의 혐기적 발효를 방지하기 위하여 산소공급 및 교반시키고, 전처리조에서의 액상 유기물은 수송관(7)을 통해 1차 발효조(8)로 옮겨져 카타볼라이트 리프레션 저항성 변이주를 이용하여 발효시키고, 발효액은 수송관(9)을 거쳐 원심분리기(10)로 옮겨져 고형분과 상등액으로 분리한 후, 상등액의 약 10∼20(v/v)%는 1차 발효조 내의 효소 농축을 위해 재순환(11)시키고, 초기 발효에서 상등액의 나머지 80∼90(v/v)%는 2차 발효조(12)로 옮겨지고, 고형 성분은 수송관(13)을 통해 선택적으로 건조기를 통과한 후 퇴비화나 사료화 공정에 활용되어 지고, 2차 발효조(12)에서의 발효는 적용 미생물에 따라서 유용한 생성물을 생성시키는 장치
- 제 1항의 고농도 유기성 폐기물의 발효 처리 장치를 이용하여, 고농도 유기성 폐기물의 분해정도 향상을 위해 바실러스 써모글루코시데시어스(Bacillus thermoglucosidasius)의 카타볼라이트 리프레션 저항성 변이주인 BtgMul(KFCC-11085호), BtgcelMul(KFCC-11084호) 등의 혼합균주를 이용하여 1차 발효를 통해 유기성 폐기물을 처리시키는 방법
- 제 2항의 발효 공정에 따라 생성된 분해된 유기물을 2차 발효배지의 표준화 기질로 이용하여 효모, 유산균 또는 유용한 물질의 생산균주인 고부가가치 미생물을 배양 발효시킴으로써 유용한 물질을 발효 생성하는 방법
- 제 2항의 발효 공정에 따라 생성된 유기물 발효액을 5,000∼7,000rpm의 속도로 10∼20분간 동안 원심분리한 후, 균주 유래 효소가 포함된 상등액을 다시 1차 발효조로 2∼3회 재순환 발효시켜 전분 분해효소, 섬유소 분해효소 및/또는 단백질 분해효소를 제조하는 방법
- 제 2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 전체 공정 중 발생하는 폐열의 활용 및 발효산물의 퇴비 또는 사료에 적용함을 특징으로 하는 방법
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