KR100427696B1 - 코코피트를 혼합하여 액상 ｃｍｓ을 분말화하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물을 이용한 발효 공정에서 생산되는 부산물로서 주로 아미노산 발효 또는 비타민 발효 등의 부산액으로 얻어지는 CMS (condensed molasses solubles)의 분말화 방법과 상기 분말화된 CMS의 이용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 유기물, 당분, 단백질, 아미노산 등 토양과 작물에 유익한 성분을 다량 함유한 액상 CMS에 코코넛 산업의 부산물인 코코피트 (Coco-peat) 분쇄물을 5 중량% 이상 첨가하여 점도가 높은 액체 상태의 발효 부산물을 파우더 형태로 전환하는 방법과 상기 분말화된 CMS를 유효성분으로 하는 부산물, 유기질 또는 복합 비료, 토양 개선제 및 동물 사료에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 코코피트와 혼합 교반하여 점도가 높은 미생물 발효 부산액을 효과적으로 분말화함으로써, 액상 CMS 사용시 통기성 악화, 과다 시비로 인한 염류 집적 현상, 운반, 보관 및 시비에 있어 취급의 어려움을 해결할 수 있으며, CMS의 함량이 10∼20%에 불과하던 기존의 분말화 방법에 비해 높은 CMS 함량에 대해서도 분말화가 가능하여 해양투기 외에는 효과적인 처리 방법이 없었던 CMS의 처리 방법으로서도 효과적으로 이용될 수 있다.

Description

코코피트를 혼합하여 액상 ＣＭＳ을 분말화하는 방법{Method for powdering aqueous solutions of CMS to flowable state by mixing with coco-peat}

본 발명은 미생물을 이용하여 진행되는 발효 공정에서 생산되는 부산물로서 주로 아미노산 발효 또는 비타민 발효 등의 부산액으로 얻어지는 CMS의 분말화 방법과 상기 분말화된 CMS를 유효성분으로 하는 비료, 토양 개선제 및 동물 사료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 유기물, 단백질, 아미노산 등 토양과 작물에 유익한 성분을 다량 함유한 CMS에 코코넛 산업의 부산물인 코코피트 분쇄물을 첨가하여 점도가 높은 액체 상태의 미생물 발효 부산물을 파우더 형태로 전환하는 방법에 관한 것이다.

미생물을 이용한 발효 공업은 알콜 및 주정 발효를 비롯하여 대표적인 조미료 성분인 글루탐산 (glutamate), 라이신 발효와 같은 아미노산 발효, 구연산 발효와 같은 유기산 발효, 각종 항생물질의 생산, 비타민과 같은 생리 활성 물질의 발효, 고분자 펩타이드 등 고분자 물질 발효 등 다양한 산물의 생산에 이용되고 있다. 미생물 발효를 위해서는 탄소원, 질소원과 각종 미량 원소를 첨가해 주어야 하는데, 당밀 (cane molasses)의 당분은 물론 미생물의 생육에 필요한 각종 유기물과 미량 원소를 함유하여, 미생물을 이용한 발효 산업에서 대표적인 탄소원으로 이용되고 있다. 미생물을 원료로 한 발효공정을 통해 얻어진 발효액으로부터 목적하는 산물을 분리하고 난 후의 부산물인 CMS (condensed molasses solubles)는 당분, 유기물, 무기물, 균체, 단백질, 아미노산 등 생물의 생육에 필요한 각종 유기물과 미량 원소를 다량 함유하고 있어, 비료 또는 사료로서의 이용 가치에 관심이 집중되어 왔다. 즉, 적절한 가공 및 처리를 한다면 이들 발효 부산액은 농작물에 유용한 비료 또는 동물 사료로 이용 가치가 충분하기 때문에, 현행 비료 공정 규격에서도 이들 CMS를 유기질 비료 및 부산물 비료로서 공급하는 것이 가능하도록 등록되어 있다.

이에 따라 당밀을 이용한 발효 공정을 수행하는 많은 회사들은 그 발효 부산액인 CMS를 유기질 비료의 제조를 위한 유기질원 또는 조립 촉진제로서 첨가하거나, 퇴비 제조시 발효 촉진제로서 사용하거나, 농축된 CMS를 동물 사료에 첨가하는 방식으로 이용하여 왔다. 그러나, 당밀을 이용한 발효에서 발생하는 발효 부산액은 밀도 및 점도가 높아 상당히 끈적거리므로 이들을 액상으로 시비하는데 취급상의 어려움이 있으며, 토양에 적용되었을 때 통기성을 악화시키고, 또한 고르게 시비되기 어려워 과다 시비로 인한 염류 집적 현상을 일으키는 등 많은 단점을 노출하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 점성이 높은 액상의 CMS를 분말화하기 위한 연구가 진행되어 왔다. 그 예로서 당밀을 이용한 아미노산 발효 부산액을 채종박, 골분, 유박 또는 석고 등과 혼합하여 유기질 비료로 공급하고 있으나 (예 : (주) 유기자원, (주) 강남 유화) CMS 함량이 5% 정도에 불과하고, 건조를 위한 상기 첨가물들과 CMS가 혼합된 형태라기 보다는 건조 첨가물끼리 조립된 상태에서 표면에 CMS가 여러 번 코팅된 상태에 불과하여 CMS 함량이 낮고 생산 단가가 비쌀 뿐만 아니라 농도가 짙은 CMS에는 적용할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 흡착력이 높은 것으로 알려진 제올라이트를 이용하여 CMS를 포함한 비료 개발이 시도되었으나 (예: (주) 효성농산) CMS 함량이 높아지면 비료 제조시 사용되는 건조기 내부에 CMS가 달라붙어 공정을 진행할 수 없었으며, 직화 건조 방식은 건조비용에 따른 경제성은 물론 CMS 투입 비율에 있어서도 만족할만한 결과를 보이지 못하였다. 그밖에도 수분흡수력이 뛰어난 톱밥, 벤토나이트, 점토, 규조토, 왕겨, 채종박 등 각종 건조 첨가물을 혼합하여 CMS를 분말화하려고 하는 시도가 있었으나, 이들 모두 CMS 내 점성이 큰 당의 작용으로 인해 끈적끈적한 겔 상태로만 물성이 변형되었을 뿐, 높은 CMS 함량에 대해서도 분말화하는데 성공한 예는 없었다.

상기와 같이 액상 CMS는 그 유용성에도 불구하고, 높은 점성으로 인해 비료 제조시 건조기 내부 벽면에 CMS가 부착하여 버릴 뿐 아니라, 점성이 높은 액상으로는 수송, 저장 및 취급이 곤란하며 사료로 직접 급여시에도 어려움이 따르고, 농축액으로 배합사료에 첨가할 경우에도 CMS 배합비율이 일정 비율을 넘지 못하는 등의 단점으로 인해 그 사용이 제한되어 있다.

한편, CMS를 부산물 비료로서 물로 희석, 중화 처리하여 식물의 엽면시비용으로 사용하고 있으나 그 수량은 극히 소량이다. 또한, 최근에는 CMS가 퇴비제조시 발효 촉진제로서 사용 가능하다는 것이 알려져 사용량이 늘어나고 있지만, 그 역시 CMS 함량이 20% 이상을 넘지 못하고 있는 실정이다.

상기한 바와 같이 기존 비료 제조 공정에서는 유기질 비료 제조시 유기질원으로써 CMS을 다량 첨가하는 것을 시도하였으나 점성 문제로 인하여 성공하지 못하였고, 다만, 조립촉진제로 20% 이내의 범위에서 투입, 사용하고 있다. 그밖에 농축된 CMS가 소 등의 동물 사료에 첨가되고 있으나 그 수량이 많지 않은 관계로 대다수의 CMS는 현재 해양 투기로써 처리되고 있는 실정이다.

그러나 상기와 같은 액상 CMS의 처리 방법인 해양 투기는 바다를 오염시킬 뿐 아니라 처리비용 자체도 막대하여 기업 및 국가 경제에 상당한 손실이 되고 있는 실정이며, 향후 수년 내에 런던협약에 의해 해양 투기 자체도 중단될 위기에 처해 있어 CMS의 효율적인 처리 방안의 수립이 절실히 요구되고 있다.

따라서, 향후 폐기물 처리 여부가 발효 산업의 존폐를 가늠할 첨예한 문제로 떠오를 것이 예상되며, 발효 부산물, 그 중에서도 점성이 높아 처리에 어려움이 많은 당밀 발효 부산액의 처리 문제가 중요한 문제로 대두될 것인 바, 이의 효율적인 처리 방안의 하나로서 비료 또는 사료 등으로 적용 가능한 CMS의 양을 늘리기 위해서도 CMS의 효과적인 분말화 방법의 개발이 요구된다 할 것이다.

이에 본 발명자들은 인도양, 필리핀 군도 등에서 생산되고 있는 코코피트가 보수력이 뛰어나다는 점에 착안하여 CMS 분말화에 적용하여 본 결과 코코피트가 수분 흡수력이 뛰어나 다량의 CMS를 전혀 새로운 파우더 형태의 물질로 변형시키는 것을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 미생물을 이용하여 진행되는 발효 공정에서 생산되는 부산물인 CMS을 분말화하는 방법을 제공하는 것이다.

구체적으로 본 발명의 목적은 비료학적으로 높은 가치를 가지고 있으나 고농도로 분말화하는 데 어려움이 있어 사용처가 제한되며 액비로 사용될 경우 과다 시비의 문제 및 토양 및 작물에 부작용을 일으켜 대부분 해양 투기되고 있는 CMS의 효과적인 분말화 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 액상 CMS를 분말화 함으로써 부산물 처리상의 문제점을 해결함은 물론, 유기물, 단백질, 아미노산 등이 풍부하고 취급이 용이한 비료, 토양 개선제 및 사료로서 이를 이용하는 용도를 제공하는 것이다.

도 1a는 액체 상태의 당밀 발효 부산물 CMS에 코코피트를 혼합하기 전, 액체 CMS가 들어있는 시약병과 코코피트 분말의 사진이고,

도 1b는 CMS 95 중량%에 코코피트 5 중량%를 혼합한 직후, 표면이 번들거리고 끈적끈적한 상태로 엉겨있는 CMS를 보여주는 사진이고,

도 2a는 CMS 95 중량%에 코코피트 5 중량%를 혼합하고 1 시간이 경과한 후, 표면의 번들거림은 사라진 CMS를 보여주는 사진이고,

도 2b는 도 2a의 CMS가 표면의 번들거림은 사라졌으나, 완전히 분말화되지는 못해 자유롭게 흩어질 정도가 되지 못하고 여전히 달라붙는 성질을 나타냄을 보여주는 사진이고,

도 3a는 CMS 90 중량%에 코코피트 10 중량%를 혼합하고 33 시간이 경과한 후, 완전히 분말화된 CMS를 보여주는 사진이고,

도 3b는 도 3a의 CMS가 완전히 분말화되어 자유롭게 흩어질 수 있음을 보여주는 사진이고,

도 4a는 CMS 85 중량%에 코코피트 15 중량%를 혼합한 직후, 표면이 번들거리고 끈적끈적한 상태로 엉겨있어 종이에 묻어 나오는 CMS를 보여주는 사진이고,

도 4b는 CMS 85 중량%에 코코피트 15 중량%를 혼합하고 1 시간이 경과한 후, 표면의 번들거림은 사라졌으나 아직 분말화가 완전하지 않아 종이에 묻어나오는 CMS를 보여주는 사진이고,

도 4c는 CMS 85 중량%에 코코피트 15 중량%를 혼합하고 6 시간이 경과한 후, 완전히 분말화되어 종이에 묻어나지 않는 분말화된 CMS를 보여주는 사진이고,

도 4d는 도 4c의 CMS가 완전히 분말화되어 자유롭게 흩어질 수 있음을 보여주는 사진이고,

도 5는 수작업에 의해 입상 (granule)화된 CMS의 사진이고,

도 6a는 코코피트의 주사 현미경 사진이고,

도 6b는 분말화된 CMS의 주사 현미경 사진이고,

도 7은 부엽토 50 중량%와 액상 CMS 50 중량%를 혼합하고 12시간이 경과한 후, CMS가 부엽토 내부로 흡수되지 못해 끈적끈적한 겔 상태를 유지함을 보여주는 사진이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미생물을 이용한 발효 공정의 부산물로 단백질, 아미노산, 유기산 등 영양 성분이 풍부한 액상 CMS (consensed molasses solubles)에 코코넛 산업의 부산물인 코코피트를 분쇄한 분말을 첨가하여, 혼합 교반함으로써 점성이 높은 미생물 발효 부산액을 분말화하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 의해 생산된 분말화된 미생물 발효 부산물을 포함하는 비료, 토양 개선제 및 동물 사료를 제공한다.

본 발명에서 "당밀 발효 부산액", "액체 상태의 당밀 발효 부산물" 또는 "액상 CMS"라 함은 당밀을 주 탄소원으로 하여 미생물 발효를 통해 글루탐산, 라이신 등의 아미노산, 알콜, 유기산 등을 생산한 후 목적하는 산물을 분리 회수하고 남은 액체 성분을 의미한다.

또한, 본 발명에서 "분말화 CMS" 또는 "분말 CMS"라 함은 액상 CMS를 코코피트와 혼합하는 본 발명의 방법에 의해 제조되는, 표면의 번들거림이 없고 입자들 간에 혹은 다른 물체와 달라붙는 정도가 매우 낮으며, 겔 상태가 사라진 분말 형태 또는 과립 형태의 CMS를 말한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 분말화되는 미생물 발효 부산액인 액상 CMS는 바람직하게는 미생물을 이용하여 탄소원인 당밀로부터 아미노산, 구연산을 포함하는 유기산, 비타민을 포함하는 생리 활성 물질, 항생물질, 효소 또는 고분자 물질을 생산하는 발효 공정을 수행하고 발효액으로부터 목적하는 산물을 제거한 후 얻어지는 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 아미노산 발효 부산물이 사용될 수 있다.

특히, 발효 산업에 있어 조미료 성분으로 그 생산량의 많은 부분을 차지하는 글루탐산 발효 또는 라이신 발효 공정에서 얻어지는 당밀 발효 부산액에 적용됨으로써 그 효과를 높일 수 있다.

아미노산 발효의 예를 통해 미생물 발효 부산액의 발생 과정을 살펴보면, 먼저, 발효기에 당밀을 투입하기 전에 당밀에서 칼슘을 제거하기 위해 황산으로 처리하고 분리된 석고를 제거한다. 이후 미생물에 의한 발효를 수행하고, 다시 황산을 첨가하여 발효 반응을 중단시킨 다음, 미생물 균체 (biomass)를 원심분리 등의 방법으로 제거한다. 미생물 균체를 분리한 후 나머지 발효액을 이온 교환 수지 등을 통해 글루탐산 또는 라이신과 같은 목적 아미노산을 분리하고 남은 액상 부산물에는 발효에 이용되고 남은 당분, 아미노산, 단백질 등 각종 유기질과 미량 원소 등이 다량 포함되어 있으며, 이를 CMS라 한다. 상기 CMS는 발효시 목적하는 최종 산물의 종류에 따라 황산암모늄, 황산칼륨과 같은 염의 함량이 높을 수 있으며, 본 발명의 분말화 방법은 액상 CMS와 코코피트를 혼합하기에 앞서 상기 염을 제거하는탈염과정을 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 CMS는 제조사에 따라 그 농도가 묽은 것에서부터 매우 짙은 것까지 차이가 심한데, 본 발명의 분말화 방법은 고형성분이 65% 이상인 고농도의 CMS에 대해서도 적용할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명에서 미생물 발효 부산액인 CMS를 분말화하는 데 사용되는 코코피트는 그 혼합량이 전체 조성물의 5∼90 중량%가 되도록 사용할 수 있으며, 바람직하게는 10∼50 중량%, 더욱 바람직하게는 15∼40 중량%로 사용하는 것이 최종 산물인 분말화 CMS의 각종 유용 유기 성분 함량, 분말화 정도 및 경제성 면에서 바람직하다.

앞서 언급한 바와 같이, CMS는 제조회사에 따라 수분함량이 다양하고, 온도에 따라 점도변화가 매우 심하여, 분말화 되는데 걸리는 시간 및 분말화 정도가 실험조건에 따라 변할 수 있다. 또한, 코코피트도 산지 및 압축강도에 따라 CMS를 분말화 시키는데 걸리는 시간 및 정도가 다를 수 있다. 코코피트에 의한 CMS의 분말화가 진행됨에 따라 반응액의 부피가 증가하는데, 이는 코코피트의 공극안으로 들어가는 CMS의 성분이 증가하기 때문이다. 분말화된 CMS는 표면적이 늘어나 수분이 더 잘 증발함을 관찰할 수 있었다.

코코피트 (Coco-peat)는 일반적으로 코피트 (copeat), 코이어 (coir) 또는 코이어더스트 (coirdust)라고 불리며, 태평양, 인도양 군도 특히 필리핀 군도에 걸쳐 잘 발달한 코코넛 (coconut) 산업의 부산물이다. 코코넛은 코코넛 밀크, 야자유의 원료가 되는 코프라 (copra), 탄화시 매우 안정한 탄소구조를 갖는 쉘(shell), 정원용 바구니, 침대용 매트리스, 자동차 의자의 충진제, 밧줄, 지붕의 완충제 등으로 사용되는 야자 섬유를 뽑아내는 섬유층 (Husk) 등으로 구성되어 있다. 코코피트는 코코넛의 이러한 1차 산물을 만든 후에 얻어지는 부산물로서 진한 갈색이고 입자의 크기가 0.2∼2㎜인 분말이며, 함습능력 및 제습능력이 탁월하고 염분 함량이 적다. 구성 성분으로는 셀룰로오스와 리그닌이 90% 이상 차지하고, 입자가 다공망 구조를 갖고 있어 통기성 확보에 유리하며 pH 5.4∼6.8 정도로 발효에 적합한 pH 수준을 갖는다. 또한, 농작물이 쉽게 이용할 수 있는 NH₄ ⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺등의 양이온을 많이 보유할 수 있는 양이온 치환용량이 높아 발효 조절제, 원예 재배용 상토의 기재, 토양 개량용 소재, 버섯 재배시 사용되는 케이싱 (casing), 유기질 비료의 부숙 기재, 축산용 목재 톱밥 대용물 등 주로 농업용 기재로 사용되고 있다. 이외에도 코코피트의 물성을 고려하여 방음용 건축 자재 등 다양한 용도로 급속히 개발되고 있는 추세이다. 코코피트는 화학적으로 다량의 리그닌 성분을 함유한 불활성 물질로 비교적 분해에 안정화된 물질이며, 생산방법과 가공과정에서의 처리 기술에 따라 다양한 물성이 나타나게 된다. 일반적인 코코피트의 화학적, 물리적 조성을 하기 표 1에 나타내었다.

코코피트의 화학적 조성

유기물	pH	C.E.C.(양이온치환능력)	N	C	C:N	수분	보수력
95∼99%	5.8∼6.4	60∼120me/100g	0.6%	48%	80	10∼20%	자체 중량의 8∼9배

최근 들어 코코피트는 운반의 편의를 위해 벽돌 모양으로 압축하여 생산되고 있는데, 본 발명의 CMS 분말화를 위해서는 상기 블록형 코코피트를 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때 분쇄된 코코피트의 입자 크기는 0.2∼2㎜ 범위인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 바람직한 CMS 분말화 방법의 예는 다음과 같다. 먼저 압축된 블록형 코코피트를 분쇄하여 직경 0.2∼2㎜ 정도의 입자로 만든 후, CMS를 최종 조성물의 5∼95 중량%의 양으로 서서히 코코피트에 뿌리는 동시에 교반기를 이용하여 코코피트와 CMS를 잘 혼합한다. 이 때 필요할 경우 공지의 건조 보조제를 첨가할 수 있으며, 그밖에도 조립 촉진제 또는 pH 조절제와 같은 첨가제를 투입할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 5 중량% 미만의 코코피트를 첨가한 경우 CMS의 흡수는 일어나지만 표면이 번들거리고 완전히 분말화되지 못해 일부분이 용기에 부착되는 성질을 나타내었지만, 제올라이트 (zeolite)와 같은 공지의 건조 보조제를 혼합한 경우에는 보다 빠른 시간내에 분말화가 효과적으로 일어나는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 방법에 있어 액상 CMS와 코코피트의 혼합물에 제올라이트, 질석, 골분, 유박, 채종박, 쌀겨, 밀기울, 톱밥, 피트모스, 이탄토 등 공지의 건조 보조제들을 추가적으로 혼합함으로써 완전한 분말 상태로 만드는 시간을단축할 수 있다.

상기와 같이 코코피트와 혼합함으로써 분말화된 CMS는 용도에 따라 이를 추가적으로 압축성형하여 펠렛 (pellet) 또는 입상 (granule)으로 성형화할 수 있으며, 이 경우 비료 또는 사료의 제조시 이용되는 공지의 성형화 방법들이 적용될 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 분말화되거나 추가적으로 펠렛 또는 입상화된 CMS는 액상 CMS에 비해 수분의 증발을 통한 건조가 용이하고 온도를 높여 건조하는 과정에서 달라붙는 현상을 나타내지 않으므로 수분 조절이 용이한 특성을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 코코피트를 5 중량% 이상으로 혼합하였을 경우에는 언제나 완전한 분말화가 이루어졌으며, 코코피트 첨가율이 40% 이상이 되면 액상 CMS의 원래 형태를 전혀 찾아볼 수 없었다. 따라서 코코피트의 첨가량이 낮은 경우에는 공지의 건조 보조제를 첨가함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. CMS의 물성 및 대량 생산시 생산비 등 경제적인 면을 고려할 때 코코피트의 첨가율은 5∼50 중량%인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 15∼40 중량%인 것이 바람직하다.

코코피트를 CMS와 혼합할 경우 처음에는 다른 물질의 혼합시와 마찬가지로 끈적끈적한 상태가 나타나지만, 계속 교반하면 수분은 물론 당분까지도 코코피트에 흡수되기 시작하여 혼합 후 약 1시간이 경과하면 표면에 번들거리는 성질은 다소 남아 있으나 겔 상태는 사라지게 되며, 약 6 시간이 경과된 후에는 완전히 분말화되어 다른 물체에 부착될 정도로 끈적이는 성질이 거의 사라지게 된다 (도 4b 및 4c 참조). 분말화 정도 및 시간은 CMS의 제조회사, 수분함량, 온도 그리고, 코코피트의 산지, 파쇄정도, 압축비에 따라 차이를 보인다. 이 실험은 상온에서 건물 65% 기준의 CMS로 실시하였다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 CMS와 코코피트의 혼합비를 달리하여 제조된 분말화 퇴비에 대해 비료로서의 적용 가능성을 확인하기 위해 성분 함량을 조사하였다. 그 결과, 유기물 함량이 40∼70%로 유기질 비료의 규격 기준인 25% 이상을 충분히 만족시켰으며, 50 이하의 규격 기준을 갖는 유기물:질소의 비율도 대부분 15 이하로서 규격에 적합하여 효과적인 유기질 비료로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의해 생산된 분말화된 CMS는 부산물 비료, 유기질 비료, 원예 복합 비료, 일반 복합 비료 등 다양한 비료, 토양 개선제, 동물 사료의 구성 성분으로 사용될 수 있으며, 바람직하게는 분말화된 CMS를 사료의 2∼10 중량%, 비료 또는 토양 개선제의 5∼80 중량%로 사용할 수 있다.

입상 또는 분상 CMS를 비료로 사용할 경우의 장점은 코코피트와 액상 CMS의 단점을 상호 보완할 수 있다는 것이다. 구체적으로 유기물을 95%이상 함유한 코코피트는 우수한 유기질 자재이나 질소 함량이 낮아 토양에 단독 사용할 경우 분해 속도가 느려 질소 기아 현상이 우려되며, 액상 CMS는 유기물과 질소 등을 함유한 매우 우수한 자재이나 토양에 직접 사용할 경우 통기성 악화 및 과다 시비로 인한 염류 집적 현상의 문제가 발생하지만, 본 발명의 분말화 CMS를 이용하여 제조되는 퇴비는 상기와 같은 단점을 상호 보완하여 우수한 비료로 이용될 수 있다.

상기에서 유기질 비료란 비료관리법 (비료공정규격)상 동식물을 원료로 생산한 고급 유기질 비료를 말하여 일반적으로 무기질 비료 또는 화학 비료의 상대적 개념으로 부산물 비료를 포함하는 개념이다. 코코피트 첨가에 의한 분말화 CMS는 질소, 인산, 칼륨 함량 및 수분조절이 용이해 우수한 유기질 비료가 될 수 있다.

제3종 복합 비료란 화학비료와 유기물을 적정하게 배합한 최상의 비료이나 유기질 공급원의 한계 및 경제성, 배합기술의 어려움 등으로 인하여 현재 소량으로만 공급되고 있는 실정이다. 그러나, 본 발명의 분말화 CMS을 이용하여 제3종 복합 비료를 생산하면, 다른 유기질 비료보다 질소, 인산 및 칼륨과의 배합이 용이할 뿐 아니라 유기물 함량도 30% 이상 증가시킬 수 있으므로 그 이용가치가 매우 크다.

아울러 코코피트를 혼합하여 제조된 분말화 CMS를 토양 개량제로 이용할 경우, 코코피트에 유기질 함량이 매우 높고, 비교적 높은 함량의 리그닌 (lignin)이 직접 혹은 간접적으로 토양 부식질로 전환되며, 또한 CMS 자체에는 토양 미생물에 적합한 영양소인 아미노산, 단백질 및 당 성분이 다량 함유되어 있으므로 우수한 토양 개량제로 사용될 수 있다.

또한 본 발명에 의해 제공되는 분말화 CMS를 포함한 사료는 액상 사료로 사용하는 경우보다 운반 및 보관이 용이하고 타 영양소와의 배합 등이 용이하여 동물의 사료 제조시 유효성분으로 이용될 수 있다.

한편, 상기와 같이 코코피트와 액상 CMS를 혼합 교반하여 제조되는 본 발명의 분말화 CMS를 비료, 토양 개선제 또는 동물 사료의 유효 성분으로 사용하는 경우, 본 발명의 방법에 따라 제조되는 분말화 CMS의 입도를 고르게 하기 위해 일정한 구멍 크기를 갖는 체 등에 걸러 사용할 수도 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 코코피트 배합 비율을 달리한 분말 CMS의 제조

코코피트 배합 비율을 달리하여 액상 CMS에 첨가하였을 때 분말화되는 정도를 조사하였다.

1-1) 코코피트 5 중량% 미만 : CMS 95 중량% 이상 비율로 배합

액상 CMS가 코코피트에 흡수되어 겔 상태가 사라지기는 하나, 완전히 분말화되지 않아 표면은 번들거리는 상태였고, 분말화 정도를 조사하였을 때 끈적거리는 상태가 남아 입자끼리 달라붙어 덩어리를 형성하였으며 종이에도 상당 정도 달라붙었다.

1-2) 코코피트 5 중량% 이상 : CMS 95 중량% 미만 비율로 배합

코코피트가 5 중량% 이상 첨가될 경우는 CMS의 분말화가 언제나 가능하며 끈적임도 사라져 입자끼리 흩어지는 것을 확인할 수 있었다. 코코피트 첨가율이 40중량% 이상이 되면 액상 CMS의 원래 형태를 거의 찾아 볼 수 없게 되었지만, CMS의 끈끈한 물성 및 분말화 공정에 소요되는 생산비 등 경제적인 면을 고려할 때 코코피트의 첨가율이 15∼40 중량 %일 때가 가장 이상적인 것으로 보인다.

<실시예 2> 코코피트 5 중량%와 액상 CMS 95 중량%의 배합비율로 분말화

도 1a는 액체 상태의 당밀 발효 부산물 CMS에 코코피트를 혼합하기 전, 액체 CMS가 들어있는 시약병과 코코피트 분말을 나타낸 사진이다. 상기 코코피트 5 중량%와 액상 CMS 95 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 도 1b, 도 2a, 도 2b 및 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 혼합 직후에는 다른 물질의 혼합시와 마찬가지로 끈적끈적한 상태가 나타났다 (도 1b 참조). 계속 혼합해 주면 수분은 물론 당분까지도 서서히 흡수되기 시작하여 혼합 후 1시간이 경과하면 표면에 번들거리는 물질이 거의 사라졌다 (도 2a 참조). 그러나, 표면의 번들거림이 사라진 1시간 가량의 혼합시간에도 각 입자들간의 부착성이 강하고 흩어지는 정도가 미미하여 분말화가 완전히 이루어지지 않았음을 알 수 있었다 (도 2b 참조). 한편, 약 50시간 이상 혼합 교반한 후에는, 하기 실시예 3의 배합비율로 분말화하는 경우와 같이, 완전히 분말화되어 덩어리가 아닌 고운 입자의 형태를 나타내었고, 입자들간의 흩어짐도 자유롭게 이루어짐을 확인하였다.

<실시예 3> 코코피트 10 중량%와 액상 CMS 90 중량%의 배합비율로 분말화

코코피트 10 중량%와 액상 CMS 90 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 도 3a, 도 3b 및 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 코코피트와 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 겔 상태였고 혼합 후 24시간이 경과한 때에 CMS의 번들거림이 없어졌다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 33시간이 경과한 때에 CMS의 완전한 분말화가 이루어졌다.

<실시예 4> 코코피트 15 중량%와 액상 CMS 85 중량%의 배합비율로 분말화

코코피트 15 중량%와 액상 CMS 85 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 및 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 코코피트와 액상 CMS를 혼합한 직후에는 페이스트 상태로 엉겨 있어 종이에 묻어 나오는 CMS를 관찰할 수 있고 (도 4a 참조), 혼합 후 1 시간이 경과하면, 표면의 번들거림은 사라지나 아직 분말화가 완전하지 않아 종이에 묻어나오는 CMS를 관찰할 수 있었다 (도 4b 참조). 그러나, 도 4c 및 도 4d에 나타낸 바와 같이, 코코피트와 액상 CMS를 혼합하고 6 시간이 경과한 후에는 완전히 분말화가 이루어져 종이에 묻어나지 않는 분말화된 CMS를 관찰할 수 있었고, 완전히 분말화된 CMS가 자유롭게 흩어지는 것을 관찰할 수 있었다.

<실시예 5> 코코피트 20 중량%와 액상 CMS 80 중량%의 배합비율로 분말화

코코피트 20 중량%와 액상 CMS 80 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 코코피트와 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 페이스트 상태였으나, 혼합한 후 3시간이 경과한 때에 CMS의 완전한 분말화가 이루어짐을 확인할 수 있었다.

<실시예 6> 코코피트 5 중량%, 피트모스 10 중량% 및 액상 CMS 85 중량%의 배합비율로 분말화

코코피트 5 중량%, 피트모스 10 중량% 및 액상 CMS 85 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 그 결과, 코코피트, 건조보조제인 피트모스 및 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 페이스트 상태였으나, 혼합한 후 6시간이 경과한 때 CMS의 완전한 분말화가 이루어짐을 확인할 수 있었다.

<실시예 7> 코코피트 5 중량%, 질석 20 중량% 및 액상 CMS 75 중량%의 배합비율로 분말화

코코피트 5 중량%, 질석 20 중량% 및 액상 CMS 75 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 코코피트, 건조보조제인 질석 및 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 페이스트 상태였으나, 혼합한 후 6시간이 경과한 때 CMS의 완전한 분말화가 이루어짐을 확인할 수 있었다.

<실시예 8> 분상 CMS의 주사 전자현미경 사진

주사 전자현미경(SEM)을 이용하여 코코피트와 분말화된 CMS의 단면 구조를 관찰하였다. 파쇄한 코코피트의 단면 직경은 약 20㎛이었고, 단면 내부에 나선형의 2차 세포벽 구조를 갖고 있음을 알 수 있었다. 수분 존재시 주사 전자현미경의 전자밀도가 높아 정확한 구조를 관찰하기 어렵기 때문에, 코코피트 40 중량% 및 CMS 60 중량%를 혼합하여 80℃에서 6시간 건조한 후 주사 전자현미경으로 관찰하였다. 그 결과, 분상 CMS의 단면 직경은 약 30㎛이었으며 단면 내부에 나선형의 2차 세포벽 구조가 보이지 않았다. 또한, 단면 내부에 CMS에서 유래한 것으로 추정되는 염이나 당의 결정으로 보이는 입자가 관찰되었다. 이러한 가정은 하기 비교예 4 및 5에서 사용한 질석과 같이 비중이 낮은 물질은 표면적이 넓어 어느 정도 입자화가 가능하나 공극이 없기 때문에 당 성분이 입자 내부로 들어가지 않아 끈적끈적한 현상을 보이는 것으로 추측된다. 상기 관찰 결과는 도 6a 및 6b에 도시되어 있다.

<실시예 9> 입상 또는 분상 CMS 비료의 성분 조사

코코피트와 액상 CMS를 혼합하여 제조한 분말 CMS에 대해 유기질 비료로서 사용 가능성을 확인하기 위하여 영양 성분의 비율을 조사하였다. 시험에 사용한 CMS로는 건물 함량이 높아 짙은 농도를 갖는 바스프사의 라이신 발효 부산액 (CMS 1)과 건물 함량이 비교적 낮아 묽은 농도를 갖는 (주) 제일제당의 라이신 발효 부산액 (CMS 2)을 사용하였으며, 각 CMS의 성분은 하기 표 2에 나타내었다. 도 5는 수작업에 의해 입상 (granule)화된 CMS를 나타낸다.

	CMS 1	CMS 2
건물 (%)	65	40.01
수분 (%)	35	59.99
유기물 (%)	60	31.08
질소 (%)	6.8	5.18
칼륨 (%)	0.25	1.32
칼슘 (%)	0.15	0.05
마그네슘 (%)	0.15	0.05
나트륨 (%)	0.05	0.75
비중	1.3	1.21
pH	4.5	5.62
점도 cps (25℃)	400	250

또한, 실험에 사용한 CMS, 코코피트 및 제올라이트의 배합비는 하기 표 3에 나타내었다.

	CMS	코코피트(%)	제올라이트(%)
	CMS 1 (%)			CMS 2 (%)
비료1	69	-	8	23
비료2	70	-	30	-
비료3	-	60	10	30
비료4	80	-	20	-

상기와 같은 조성비에 따른 비료에서의 영양성분, 미량 원소, 수분, 염분 함유량과 pH 등을 (주)에이 엔드 에프에 의뢰하여 조사하였으며 분석 방법은 농촌진흥청고시 비료 분석법에 준하였다. 상기 분석 결과는 하기 표 4 에 나타내었다.

항목	규격기준	결과
		비료1	비료2	비료3	비료4
질소(%)	-	4.87	4.83	4.18	5.71
인산(%)	-	0.19	0.19	0.17	0.30
칼슘(%)	-	0.47	0.72	0.58	0.46
유기물(%)	25 이상	51.76	66.41	42.17	67.91
유기물 내 질소비	50 이하	10.63	13.75	10.09	11.89
비소(㎎/㎏)	50 이하	-	-	-	흔적
카드뮴(㎎/㎏)	5 이하	-	-	-	0.03
수은(㎎/㎏)	2 이하	-	-	-	흔적
납(㎎/㎏)	150 이하	-	-	-	10.03
크롬(㎎/㎏)	300 이하	-	-	-	3.81
구리(㎎/㎏)	500 이하	-	-	-	5.67
pH	-	4.50	4.49	5.57	5.04
전기전도도	-	23.10	22.40	19.74	27.4
수분	-	25.10	25.90	26.10	27.75
염분	1 이하	0.19	0.64	0.42	0.40
C.E.C	-	-	-	-	13.21

상기 결과로부터 본 발명의 분말화 CMS를 유효성분으로 하는 비료가 다양한 영양성분을 포함하며 비료 공정 규격에도 적합한 유기질 비료로 사용될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 유기물을 95%이상 함유하여 우수한 유기질자재이나 질소 함량이 낮아 토양에 단독 사용할 경우 분해 속도가 느려 질소 기아 현상이 우려되는 단점이 있는 코코피트와 유기물과 질소 등을 함유한 매우 우수한 자재이나 토양에 직접 사용할 경우 통기성 악화 및 과다 시비로 인한 염류 집적 현상의 문제가 있는 액상 CMS를 혼합하여 제조한 분말 CMS 형태의 퇴비는 코코피트와 액상 CMS를 단독으로 사용할 경우 발생할 수 있는 상기와 같은 단점을 상호 보완하여 우수한 유기질 비료로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

<비교예 1> 첨가제로서 부엽토를 이용한 CMS의 분말화

상기에서 코코피트에 의한 분말화 효과를 확인하기 위하여 코코피트 대신 흡수력이 큰 것으로 알려진 부엽토 50 중량%와 액상 CMS 50 중량%를 혼합하여 교반하면서 분말화 정도를 관찰하였다.

그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 12시간이 경과한 후에도 부엽토 내부로 액상 CMS가 흡수되지 않아 끈적끈적한 겔 상태를 유지하는 것을 확인하였다.

<비교예 2> 제올라이트 20 중량%와 액상 CMS 80 중량%의 배합비율로 분말화

제올라이트 20 중량%와 액상 CMS 80 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 코코피트, 건조보조제인 제올라이트 및 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 겔 상태였고, 오랜시간이 경과한 후에도 겔 상태로 존재하여 완전한 분말화가 이루어지지 않았다.

<비교예 3> 질석 10 중량%와 액상 CMS 90 중량%의 배합비율로 분말화

질석 10 중량%와 액상 CMS 90 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 질석과 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 겔 상태였고, 오랜시간이 경과한 후에도 페이스트 상태로 존재하여 완전한 분말화가 이루어지지 않았다.

<비교예 4> 피트모스 10 중량%와 액상 CMS 90 중량%의 배합비율로 분말화

피트모스 10 중량%와 액상 CMS 90 중량%를 혼합하고 교반함으로써, CMS의 분말화 정도를 조사하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

그 결과, 피트모스와 액상 CMS를 혼합한 직후의 물성은 겔 상태였고, 오랜시간이 경과한 후에도 페이스트 상태로 존재하여 완전한 분말화가 이루어지지 않았다.

	혼합직후 물성	마지막 물성	분말화되기까지소요시간(hr)
실시예 2	겔	분말	50
실시예 3	겔	분말	33
실시예 4	페이스트	분말	6
실시예 5	페이스트	분말	3
실시예 6	페이스트	분말	6
실시예 7	페이스트	분말	6
비교예 1	겔	겔	-
비교예 2	겔	겔	-
비교예 3	겔	페이스트	-
비교예 4	겔	페이스트	-

상기 실시예에서 살펴 본 바와 같이, 액상 CMS에 코코피트를 혼합하면 첨가되는 코코피트의 양에 따라 소요되는 시간상의 차이는 있으나, 액상 CMS를 분말화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 예컨대, 액상 CMS에 코코피트를 혼합한 후 오랜시간 동안 방치하면 5 중량%에서도 분말화되었으며, 15 중량% 이상에서는 비교적 짧은 시간 내에 분말화가 이루어졌다. 그러나, 코코피트의 산지, 압축비율 또는혼합시 온도에 따라 분말화의 용이성 및 분말화되기까지의 소요시간이 달라질 수 있다. CMS의 끈끈한 물성 및 분말화 공정에 소요되는 시간 및 생산비 등 경제적인 면을 고려할 때 코코피트의 첨가율은 15 ∼ 40 중량%인 것이 가장 바람직하다.

또한, 액상 CMS와 코코피트의 혼합 교반시 추가적으로 건조보조제, 예컨대, 피트모스, 질석 등 비중이 낮은 물질을 첨가하면, 표면적이 넓어 시간이 경과함에 따라 액성이 사라지며, 분말화까지의 시간도 단축시킬 수 있다.

본 발명이 제공하는 코코피트를 첨가하여 액상 당밀 발효 부산액을 분말화하는 방법에 의하면, 분쇄된 코코피트를 5∼90 중량% 비율로 액상 CMS에 혼합하여 분말화함으로써, 유기산, 아미노산, 단백질 등의 영양 성분이 풍부하나 밀도 및 점도가 높아 취급이 곤란하고, 점도가 지나치게 높아 분말화시키기 어려우며, 분말화하더라도 CMS 함량이 10∼20% 정도로 낮을 수밖에 없어 시비 시기 및 시비량의 제한 등의 단점이 있어 그 유용성에도 불구하고 사용이 제한되어 왔던 CMS의 활용을 증대할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 기존의 CMS 분말화 방법에 비해 간단하고 별도의 시설 없이 적용 가능하며, 액상 CMS를 사용할 경우 발생하는 통기성 악화 및 과다 시비로 인한 염류 집적 현상을 개선할 수 있고, 운반, 보관 및 시비에 있어 취급이 용이한 제품을 얻을 수 있다. 상기 방법에 의해 분말화된 CMS는 자체의 높은 영양성분의 함량과 함께 취급의 용이성으로 인해 비료, 토양 개선제, 동물 사료의 효과적인 원료로 사용될 수 있으며, 아울러 해양투기 외에는 적당한 처리 방법이 없었던 CMS 처리에 있어서도 큰 효과를 나타낸다.

Claims (17)

1. 당밀을 이용한 발효에서 생성되는 액상의 당밀 발효 부산물에 코코피트를 혼합하는 것을 특징으로 하는 액상의 당밀 발효 부산물을 분말화 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 코코피트를 총중량에 대해 5~90 중량% 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 코코피트를 총중량에 대해 10~50 중량% 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 액상의 당밀 발효 부산물을 상기 코코피트와 혼합 교반하여 분말화 하거나, 상기 분말화된 당밀 발효 부산물을 추가적으로 압축성형하여 펠렛 (pellet) 또는 입상 (granule)으로 성형화하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 액상의 당밀 발효 부산물과 상기 코코피트의 혼합시 추가적으로 건조 보조제, 조립촉진제 및 pH 조절제를 포함하는 그룹 중에서 선택되는 1 이상의 첨가제를 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 건조 보조제는 제올라이트, 질석, 골분, 채종박, 유박, 쌀겨, 밀기울, 톱밥, 점토, 규조토, 왕겨, 피트모스 및 이탄토를 포함하는 그룹 중에서 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5항에 있어서, 액상의 당밀 발효 부산물 50~85 중량%, 코코피트 5~30 중량% 및 건조 보조제 10~50 중량%의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 액상의 당밀 발효 부산물은 미생물을 이용하여 탄소원인 당밀로부터 아미노산, 구연산을 포함하는 유기산, 알콜 및 주정, 비타민을 포함하는 생리 활성 물질, 항생물질, 효소 또는 고분자 물질을 생산하는 발효 공정을 수행하고 발효액으로부터 목적하는 산물을 제거한 후 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 액상의 당밀 발효 부산물은 목적하는 산물의 제거에 더하여 추가적으로 미생물 균체를 제거함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 미생물을 이용한 발효 공정을 통해 생산하고자 하는 아미노산은 글루탐산(glutamate) 또는 라이신(lysine)인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1항에 있어서, 상기 코코피트는 0.2~2 ㎜ 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 액상의 당밀 발효 부산물과 코코피트를 혼합하기에 앞서 발효 부산액으로부터 염류를 제거하는 탈염 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 생산된 분말 상태의 당밀 발효 부산물을 유효성분으로 하는 비료.
14. 제 13항에 있어서, 상기 비료는 부산물 비료, 유기질 비료 또는 제3종 복합 비료인 것을 특징으로 하는, 분말 상태의 당밀 발효 부산물을 유효성분으로 하는 비료.
15. 제 13항에 있어서, 질소, 인산, 칼륨을 포함하는 화학비료 성분을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 비료.
16. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 생산된 분말 상태의 당밀 발효 부산물을 유효성분으로 하는 토양 개선제.
17. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 생산된 분말 상태의 당밀 발효 부산물을 유효성분으로 하는 동물 사료.