KR100436223B1 - 양어장 배출물을 이용한 발효액과 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양어장 배출물을 이용한 발효액과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 발효액은, 양어장 배출물을 분쇄하여 가수하고, 광합성세균을 접종하여 발효시킨 다음, 분해가 안되어 남아있는 비늘 등을 여과 제거하여 제조한다.
본 발명의 또 하나의 방법은, 양어장 배출물을 분쇄하여 흑설탕 또는 당밀을 첨가한 후, 광합성세균, 유산균, 효모의 혼합액을 접종하여 발효시킨 다음, 분해가 안되어 남아있는 비늘 등을 여과 제거하여 제조한다.
본 발명에 의해, 양어장 배출물을 미생물을 이용하여 효율적으로 발효 처리할 수 있어 연안 해양환경 보존에 도움을 주고, 제조된 발효액은 원예용 비료 또는 사료첨가제로 활용된다.

Description

양어장 배출물을 이용한 발효액과 그 제조방법 {THE FERMENTED LIQUID FROM ORGANIC WASTE OF FISH FARM AND THE FERMENTING METHOD OF THEREOF}
본 발명은 양어장 배출물을 이용한 발효액과 그 제조방법에 관한 것이다.
어패류에 대한 수요는 양식업에 점점 의존해가고 있으며, 양어장의 규모와 수도 점차 증가되어가고 있어, 연안 해양 환경을 보존하기 위해 양어장의 배출물을 효율적으로 처리하는 방법이 요구되고 있다.
현재, 양어장에서 배출되는 유기성 고형물은 드럼필터와 같은 여과장치, 또는 침전조 설치에 의해 배출수로부터 제거되어지고 있으나, 각 양어장에서 수집되는 유기성 고형물의 처리 및 안정화에는 많은 어려움을 내포하고 있는 실정이다.
또한 소각, 매립 등의 방법이 있으나, 이들 방법에 의한 처리에는 비용이 많이 들고, 2 차 오염 등의 문제점이 있다.
양어장 배출수중에 함유된 유기성 고형물은 지방이나 탄수화물에 비해 단백질함량이 높은 사료찌꺼기, 어류의 배설물 등으로서, 별도의 방법으로 처리되어 재활용하는 것이 바람직하다.
한편, 한국특허출원 10-2000-0065543(세균을 이용한 양식법)에는 양식장에 배설물을 분해하는 광합성세균을 투여하여 양식하는 방법이 기재되어 있으나, 본 발명과는 목적과 구성 및 효과가 다른 것이다.
한국특허출원 10-2000-0030155(양식장 오염 퇴적물의 살균화 방법을 이용한 유기질 비료의 제조방법)에는 해저 퇴적물에 유기성 폐기물을 혼합하고 살균 첨가제를 투여하는 방법이 기재되어 있으나, 본 발명과는 목적과 구성 및 효과가 다른 것이다.
본 발명은 양어장 배출물을 광합성세균 또는, 광합성세균과 유산균 및 효모 의 혼합 미생물로 발효시켜 효율적으로 처리하여 연안 해양환경을 보존하고,
발효과정을 통해 수득된 발효액은 원예용 비료 또는 사료 첨가제로 활용함으로써 양어장 배출물을 경제적이고 효율적으로 처리하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제 1 예 제조과정도
도 2는 본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제 2 예 제조과정도
본 발명은 양어장 배출물을 이용한 발효액과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액 제조의 제 1 방법은, 양어장에서 배출되는 사료찌꺼기와 배출수 침전조에 쌓인 침전물을 회수하여 분쇄한 다음, 물을 가한 후, 광합성세균을 접종하여 발효시키고, 분해가 안된 비늘 등을 여과 제거하여 제조한다.
본 발명의 제 2 방법은, 양어장에서 배출되는 사료찌꺼기와 배출수 침전조에 쌓인 침전물을 회수하여 분쇄한 다음 영양소를 첨가하고, 광합성세균과 유산균 및 효모의 혼합미생물을 접종하여 발효시킨 다음, 분해가 안된 비늘 등을 여과 제거하여 제조한다.
본 발명에 의해 제조된 발효액은 원예용 비료 또는 가축이나 어류의 사료 첨가제로 사용된다.
본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제 1 제조방법을 도 1을 참조하여 설명한다.
제1공정 배출물 회수 및 분쇄
양어장에서 배출되는 유기성 고형물을 회수하여 분쇄한다.
양어장 배출물로는 여과장치에 의해 회수되는 고형물뿐만 아니라 침전조에 침적한 유기성 퇴적물도 사용이 가능하다.
제2공정 가수
분쇄물에 물(담수)을 1 : 9 (v/v) ~ 3 : 7 (v/v)의 비율로 가수한다.
분쇄물의 첨가비가 높아질수록 발효시 빛 공급량을 높여 공급하며, 예를 들어, 분쇄물과 물의 비가 3 : 7 (v/v)로 분쇄물의 비율이 높을 때는 발효시 빛의 세기를 10,000 lux 로 높여 공급한다.
제3공정 접종
분쇄액에 광합성 세균액(109cells/ml)을 5 ~ 10 % (v/v) 접종한다.
광합성세균의 접종량을 5 % 에서 10 % 로 높였을 때는 배양기간이 7 일에서 5 일로 단축된다.
본 발명에 사용하는 광합성세균의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니나, 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris,ATCC 17001), 로도박터 스패로이데스(Rhodobacter sphaeroides,ATCC 17023), 로도스피릴럼 루브럼(Rhodospirillum rubrum,ATCC 17023), 또는 로도박터 캡술레이타(Rhodobacter capsulata,ATCC 11166)를 사용하는 것이 바람직하다.
제4공정 발효
빛의 공급량을 4,000∼5,000 lux로 하고, 28 ~ 32 ℃의 온도조건에서 5 ~ 10일간 발효시킨다.
광합성세균의 생장에 필요한 빛은 발효조 내부 또는 외부의 광원으로 공급하며, 톤 단위 규모의 발효조를 사용할 때는 내부에 광램프를 설치하여 공급한다.
양어장 배출물 분쇄물의 비율이 높을 때는 조도를 10,000 lux로 공급한다.
발효시 공기를 공급하지 않으며 pH 조절도 하지 않는다.
발효 완료시 광합성세균의 수는 1.0 ×108cells/ml 이상이 된다.
제5공정 여과
분해가 안되어 남아있는 비늘 등을 여과 제거하여 본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액을 제조한다.
본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제 2 제조방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제1공정 분쇄
양어장에서 배출되는 유기성 고형물을 회수하여 분쇄한다.
양어장 배출물로는 여과장치에 의해 회수되는 고형물 뿐만 아니라 침전조에 침적한 유기성 퇴적물도 사용이 가능하다.
제2공정 영양소 첨가
분쇄물에 흑설탕 또는 당밀을 3 % (w/v) 첨가한다.
제3공정 접종
광합성 세균(109cells/ml)과 유산균(109cells/ml) 및 효모(104cells/ml)를 6 : 3 : 1의 비율로 혼합하여 접종액을 만든다.
본 발명에 사용하는 미생물의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니나, 광합성 세균으로는 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris,ATCC 17001),로도박터 스패로이데스(Rhodobacter sphaeroides,ATCC 17023) 또는 로도박터 캡술레이타(Rhodobacter capsulata,ATCC 11166)가 바람직하다.
유산균으로는 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum,ATCC 8014), 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei,ATCC7469), 또는 스트렙토코커스 락티스(Streptococcus lactis,IFO12007)가 바람직하다.
효모로는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae,IFO0203)를 사용하는 것이 바람직하다.
제조한 미생물 혼합 접종액을 분쇄액의 10 % (v/v)가 되도록 첨가한다.
제4공정 발효
발효온도 36 ~ 39 ℃에서 5 ~ 10 일간 발효시킨다.
이때 pH는 3.5 ~ 4.0 이 된다.
제5공정 여과
분해가 되지않고 남아있는 비늘 등을 여과하여 본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액을 제조한다.
제조된 발효액의 총 유산균 수는 107~ 108cells/ml 이며, 효모는 104~ 105cells/ml 이고, 광합성 세균은 발효 완료 후, 검출 가능한 정도만 나타나다.
발효액은 방부제의 첨가 없이 6 개월 이상 저장할 수 있으며, 6 개월간의 저장 중에 발효액의 pH를 크게 상승시킬 정도의 효모 개체수의 증가(ΔpH 1.0 이하)는 없다.
이하 실험예와 실시예를 통하여 본 발명의 내용을 상세히 설명하지만, 이들이 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
< 실험예 1 > 양어장 배출물의 성분조성 조사
제주도 소재 양어장에서 양어장 배출구에 설치된 여과장치에서 고형물을 회수하였다.
회수된 고형물을 탈수 처리 없이 성분조성을 분석하고 그 결과를 표 1 에 나타냈다.
< 표 1 > 양어장 배출물의 성분조성
성분 조성비율
수분 79.20 %
조단백 8.30 %
조지방 3.49 %
조회분 9.00 %
양어장 배출물의 성분조성은 조단백 8.30 %, 조지방 3.49 %, 조회분은 9.00 % 였다.
조단백의 아미노산 조성을 분석하여 표 2에 나타냈다.
< 표 2 > 양어장 배출물의 아미노산 조성
아미노산 농도(% in sample)
Asp. 0.93
Thr. 0.46
Ser. 0.36
Glu. 1.82
Pro. 2.12
Gly. 1.44
Ala. 0.79
Val. 0.49
Met. 0.37
Ile. 0.43
Leu. 1.02
Tyr. 0.40
Phe. 0.50
Lys. 0.54
NH3 0.06
Arg. 2.17
Total 13.91
조단백 중에 글루타믹액시드(Glutamic acid), 프롤린(Prolin), 글리신(Glycine), 류신(Leucine), 아르기닌(Arginine)이 전체 조단백의 약 61.6 %를 차지하였다.
양어장 배출물의 지방산 조성을 분석하고 그 결과를 표 3 에 나타냈다.
< 표 3 > 양어장 배출물의 지방산 조성
지방산 농도(% fatty acid)
Capric acid C10:0 0.73
Myristic acid C14:0 6.11
Pentadecenoic acid C15:0 0.88
Palmitic acid C16:0 21.65
Palmitoleic acid C16:1 7.27
Magaric acid C17:0 1.38
Magaroleic acid C17:1 0.79
Stearic acid C18:0 5.66
Oleic acid C18:1 20.52
Elaidic acid C18:1, trans-9 4.55
Linolenic acid C18:3 0.88
Arachidic acid C20:0 0.88
Eicosadienoic acid C20:2 3.31
cis-11,14,17-Eicosatrienoic acid C20:3 1.27
EPA C20:5 6.38
Tricosanoic acid C23:0 2.79
Lignoceric acid C24:0 1.06
DHA C22:6n3 12.64
unknown 1.25
Total 100
지방산의 경우 팔미틱액시드(Palmitic acid), 올레익액시드(Oleic acid), 디에이치에이(DHA) 등이 총지방산의 54.8 % 를 차지하였다.
양어장 배출물의 무기물 조성을 분석하고 그 결과를 표 4에 나타냈다.
< 표 4 > 양어장 배출물의 무기물 조성
농도
Ca 1.30 %
Cu 1.84 ppm
Zn 2.30 ppm
Fe 300 ppm
K 0.09 %
Na 0.02 %
무기물로는 Ca, Fe 등의 존재 농도가 높았다.
위와 같이 양어장 배출물의 조성을 분석한 결과 단백질과 지방이 풍부하고미량원소도 많이 함유하고 있어서, 양어장 배출물은 폐기물이라기 보다는 재활용이 가능한 유용한 자원이라고 판단되었다.
< 실시예 1 > 광합성세균을 사용한 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제조
양어장 여과장치에 의해 회수되는 고형물과 침전조에 침적한 유기성 퇴적물을 회수한 다음 분쇄하였다.
분쇄물 500 ㎖ 에 물 4.5 ℓ를 부었다.
여기에 광합성세균 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris,ATCC 17001)를 250 ㎖(109cells/ml) 접종하였다.
발효조의 온도 30 ℃, 조도 4,000∼5,000 lux 의 조건으로 7 일간 배양하였다.
발효시 산소를 공급하지 않았고, pH 조절도 하지 않았으며, 1 일 1 회 교반(50 ~ 60 초, 120 rpm) 하였다.
발효가 완료된 후 분해되지 않고 남아있는 비늘 등을 여과 제거하여 본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액을 제조하였다.
< 실시예 2 > 광합성세균과 유산균 및 효모 혼합균을 사용한 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제조
양어장 여과장치에 의해 회수되는 고형물과 침전조에 침적한 유기성 퇴적물을 수거하고 분쇄하였다.
수득한 분쇄물 1 ℓ에 흑설탕 30 g을 첨가하였다.
광합성세균(108cells/ml)과 유산균(108cells/ml)및 효모(106cells/ml)을 6 : 3 : 1 비율로 혼합하여 혼합 접종액을 만들었다.
혼합 접종액 100 ㎖를 접종하였다.
한일발효기(working volume, 5l)를 이용하여, 38 ℃에서 7 일간 발효시켰다.
이때, 산소의 공급 및 pH 조절은 하지 않았으며, 1일 1회 교반(50 ∼60 초, 150 rpm) 하였다.
발효초기에는 점성이 있는 입자상 고형물의 형태를 보이나, 발효후기로 진행됨에 따라 콜로이드의 액상형태를 보였다.
발효 완료 후 분해가 안된 비늘 등을 제거하여 본 발명의 양어장 배출물을 이용한 발효액을 제조하였다.
제조된 발효액의 pH는 3.8 이었다.
발효액 중의 총 유산균 수는 108cells/ml, 효모는 105cells/ml 이었고, 광합성세균은 검출 가능한 정도만 나타났다.
발효액은 밀폐된 용기에 방부제의 첨가 없이 저장할 때 6 개월 이상 보존이 가능하였다.
저장 기간의 경과에 따라서 효모의 개체 수는 다소 증가하는 경향은 있으나, 6 개월간의 저장 중에 발효액의 pH를 크게 상승시킬 정도의 증가(ΔpH 1.0 이하)는 없었다.
본 발명에 의해 양어장 배출물을 효율적이고 경제적으로 처리하는 방법이 제공되므로 연안 해양환경보존에 도움을 주고, 제조된 발효액은 원예용 비료 또는 사료 첨가제로 사용되므로, 양어장 배출물 처리에 경제적 비용을 감소시키는 효과도 있다.

Claims (5)

  1. 발효액을 제조하는 방법에 있어서,
    양어장의 여과장치에 의해 회수된 유기성 고형물과, 양어장의 배출수 침전조에 쌓인 침전물을 수득하여 분쇄하고, 분쇄물에 대해 1 : 9 ~ 3 : 7 (v/v)의 비율로 물을 가수하고, 광합성 세균(109cells/㎖)을 분쇄액의 5 ~ 10 % (v/v) 접종한 다음, 온도 28 ~ 32 ℃ , 조도 4,000 ~ 10,000 lux에서, 산소를 공급하지 않으며, pH의 조절없이 5 ~ 10 일간 발효한 다음, 분해되지 않은 비늘 등을 여과 제거하여 발효액을 제조하는 것이 특징인,
    양어장 배출물을 이용한 발효액의 제조 방법
  2. 발효액을 제조하는 방법에 있어서,
    양어장의 여과장치에 의해 회수된 유기성 고형물과, 양어장의 배출수 침전조에 쌓인 침전물을 수득하여 분쇄한 다음, 흑설탕 또는 당밀을 분쇄액의 2 ~ 4 % (w/v) 첨가한 후, 광합성 세균(109cells/㎖), 유산균(109cells/㎖), 효모(104cells/㎖)을 6 : 3 : 1 의 비율로 혼합한 혼합액을 접종한 다음, 37 ~ 39 ℃ 에서, 산소를 공급하지 않고, pH의 조절없이 5 ~ 10 일간 발효시켜, 발효액의 pH가 3.5 ~ 4.0 이 되는 시점에서 발효를 완료하고, 분해되지 않고 발효액 중에 남아있는 비늘 등을 여과 제거하여 발효액을 제조하는 것이 특징인,
    양어장 배출물을 이용한 발효액의 제조 방법
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광합성 세균은 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris,ATCC 17001),또는 로도박터 스패로이데스(Rhodobacter sphaeroides,ATCC 17023), 또는 로도박터 캡술레이타(Rhodobacter capsulata,ATCC 11166)이고, 유산균은 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum,ATCC 8014),또는 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei,ATCC 7469), 또는 스트렙토코커스 락티스(Streptococcus lactis,IFO12007) 이고, 효모는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae,IFO0203) 인 것을 특징으로 하는, 양어장 배출물을 이용한 발효액의 제조방법
  4. 제1항의 방법에 의해 제조된, 양어장 배출물을 이용한 발효액
  5. 제2항의 방법에 의해 제조된, 양어장 배출물을 이용한 발효액
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