KR100456451B1 - 폐사탕을 이용한 토양 미생물 비료의 제조방법 - Google Patents

폐사탕을 이용한 토양 미생물 비료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유통과정에서 유효기간이 경과한 폐사탕류(과자류)를 녹여서 얻은 당(糖)을 사용하여 미생물의 생육촉진 및 활성증대, 장기보관에 따르는 안정성이 뛰어난 액상 또는 분말상의 토양미생물 비료의 제조방법에 관한 것으로,
광천수 78중량%에 식물성장용 미생물로서Bacillus sp. KB-3, Bacillus sp. KB-4, Pseudomona sp.KB-12,Actinomyces sp.KB-19및Bacillus thurin-giensis KB-7등 다섯종류의 미생물 균주에 폐사탕을 녹여서 얻은 당(糖) 10중량%를 첨가하고, 여기에 깻묵 5중량%, 쌀겨 3중량%, 톱밥 3중량% 및 키틴질 1중량%를 첨가한 후, 충분히 혼합하고 100℃에서 1시간동안 멸균처리한 후 2.5∼3.5일간 배양하여 액상의 미생물 비료를 얻고, 이 액상의 미생물비료에 다공질의 세라믹스 담체, 쌀겨, 톱밥, 키틴질을 적량 첨가하고, 27∼35℃의 배양실에서 2.5∼3.5일간 숙성. 배양한 다음 이를 건조 분쇄하여 분말상의 토양 미생물비료를 얻게 된다.
본 발명 토양 미생물비료는 유효기간이 경과하여 폐기하여야 하는 폐사탕류의 당(糖)을 이용하여 미생물 성장에 유용한 당으로 사용함을 특징으로 하는 것으로, 토양중의 미생물 증식을 촉진시키고, 토양의 지력을 활성화시키는 동시에 식물성장을 촉진시키는 유익한 비료를 제공하게 된다.

Description

폐사탕을 이용한 토양 미생물 비료의 제조방법 {Manufacturing method of Bio-fertilizer using useless sugars}
본 발명은 유통과정에서 유효기간이 경과한 폐사탕류(과자류)를 녹여서 얻은 당(糖)을 사용하여 병원성 미생물 및 해충의 증식을 억제하는 길항력(拮抗力)을 갖는 안정성이 우수한 토양 미생물 비료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유효기간이 경과하여 폐기하는 폐사탕류 또는 설탕 제조시 발생하는 CaCO3슬러지가 함유하고 있는 당(糖)을 미생물 생장에 유용한 당으로 사용하고, 여기에 원적외선 방사로 인하여 식물의 생육을 촉진시키고, 생리적 작용이 왕성하여 토양 및 식물의 생육에 도움을 주는 다공성 세라믹스와 미생물 생육의 미네랄공급원으로 광천수를 사용하고 여기에 미생물로서Bacillus sp. KB-3, Bacillus sp. KB-4, Pseudomona sp.KB-12, Actinomyces sp.KB-19그리고Bacillus thurin-giensis KB-7등의 다섯종류의 미생물을 사용하고, 이 혼합유용 미생물의 생육을 왕성하게 하기 위해 유기질소원으로 깻묵, 쌀겨, 톱밥, 키틴질등을 소정의 비율로 혼합한 다음 100℃에서 1시간동안 멸균처리한 후, 상기 종균 미생물울 접종하여 2.5∼3.5일간 배양하여 액상의 미생물비료를 얻는다. 이 액상의 미생물비료를 다시 다공성 세라믹스에 혼합하고 분말을 부드럽게 하기 위해 쌀겨, 톱밥등을 첨가하고, 27℃∼35℃의 온도를 유지하는 배양실에서 2.5일∼3.5일간 숙성 배양시킨 후, 이를 건조 분쇄함을 특징으로 하는 분말 또는 입상의 토양 미생물 비료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명 미생물비료는 토양의 통기성 및 보수력 증대, 토양의 재순환 능력의 보존 및 토양 미생물과 작물과의 상호작용을 촉진시키는 역할을 하게 된다.
종래에 화학비료와 농약의 부작용을 해소시키기 위해서 천연비료에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 특히, 천연 유기물을 이용하는 경우가 대부분이며, 이와같은 천연 유기물 비료는 그 제조와 취급이 번거롭고 또 과량의 유기물을 함유하는 비료는 장기간에 걸쳐 사용하는 경우, 유기산이 생성되어 작물의 뿌리에 치명적인 손상을 주게 된다. 뿐만 아니라 천연 유기물비료는 화학비료와 마찬가지로 수질을 오염시키는 문제점이 있다.
화학비료와 농약의 과다한 사용으로 토양이 심각하게 오염되며, 유해물질로 오염된 농산물은 인체에 나쁜 영향을 가중시키고 있으며, 또 토양이나 수질을 오염시키게 된다.
종래에 계분, 톱밥등의 유기물을 호기성 미생물과 혼합.발효시켜 비료를 제조하는 방법이 알려져 있으나, 원재료 성분상 유기산이 상당량 함유될 수 밖에 없어서 퇴비형태로만 제조되기 때문에 전면산포나 엽면시비등의 방법으로는 이용할 수 없게 되어, 실제로 그 사용방법에 있어 많은 제한을 받게 되는 문제점이 있다.
또한, 천연광석 분말과 세라믹스 분말에 미생물을 배양시킨 복합 분말비료가 알려져 있으나, 천연광석 분말에 미생물을 배양시켜 만든 복합 분말은 기공율이 떨어지고, 토양에 충분한 통기성을 부여하지 못하고, 미생물 함량이 적어서 미생물 비료로서 부적합하다. 따라서 각종 식물의 즙을 많이 첨가하지 않으면 비료로서의 가치를 발휘하기 어려워 결과적으로 제품의 원가를 높이게 되는 결점이 있다.본 발명은 상기한 문제점을 해결하고, 품질이 우수하고 무공해의 농산물을 얻기 위한 미생물 비료의 제조방법으로서, 유통과정중 유효기간이 경과하여 폐기하여야 하는 폐사탕류(과자류)을 녹여서 얻은 당(糖)을 사용하여 병원성 미생물의 생육억제 및 활성 증대와 우수한 길항력을 갖는 분말상의 토양 미생물 비료를 제조함을 그 목적으로 한다.
본 발명은 유통과정에서 유통기간이 경과한 폐사탕류, 초콜렛등의 과자류는 일단 제과회사가 모두 수거하여 폐기처리 하여 왔으나, 이 처리과정에 소요되는
폐기비용은 제과업계에서는 큰 부담이 되어 왔다.
본 발명은 이와같은 유효기간이 경과하여 폐기하여야 하는 폐사탕튜에 함유되어 있는 당(糖)을 미생물 생육에 필요한 당으로 이용하고, 여기에 원적외선 방사로 인하여 식물의 생육을 촉진시키고 생리적 작용이 왕성하여 토양 및 식물의 생육에 도움을 주는 다공성 세라믹스와 미생물 생육의 미네랄공급원으로 광천수를 사용하고, 여기에 미생물로서Bacillus sp. KB-3, Bacillus sp. KB-4, Pseudomona sp.KB-12, Actinomyces sp.KB-19그리고Bacillus thurin-giensis KB-7등 다섯종류의 미생물을 사용하고, 이 혼합유용 미생물의 생육을 왕성하게 하기 위해 유기질소원으로 깻묵, 쌀겨, 톱밥, 키틴질을 소정의 비율로 혼합하여 액상의 미생물비료를 제조한다. 이 액상의 미생물비료에 다공성 세라믹스와 함께 숙성. 배양하고 이를 건조시켜 분말상 또는 입상의 미생물 비료를 얻을 수 있게 된다.본 발명의 길항성 미생물 비료는 원적외선 방사에 의하여 식물의 생육을 촉진시키고, 생리적 작용이 왕성하여 주위의 토양 및 식물의 생육에 도움을 주는Bacillus sp. KB-3, Bacillus sp. KB-4, Pseudomona sp.KB-12,Actinomyces sp.KB-19그리고Bacillus thuringiensis KB-7등의 5종류의 유용한 미생물을 사용하고, 여기에 깻묵, 쌀겨, 톱밥, 키틴질 등을 소정의 비율로 혼합한 다음, 다공성 세라믹스와 함께 숙성. 배양하고, 이를 건조하여 미생물의 증식을 촉진시키고 동시에 토양의 지력을 활성화시켜 식물의 성장을 촉진시키는 본 발명 액상 및 분말상 또는 입상의 미생물비료를 얻을 수 있게 된다.
본 발명 길항성 미생물 비료는 원적외선 방사에 의하여 식물의 생육을 촉진시키고, 생리적 작용이 왕성하여 주위의 토양 및 식물의 생육에 도움을 주고, 토양의 지력을 활성화시켜 식물의 성장을 촉진시키게 된다. 또한 식물성장에 필요한 유용한 미생물을 다량 함유하고 있어 식물 병원성 진균 및 해충의 생육을 억제하고, 토양의 통기성·보수력을 증진시켜 토양 개량효과가 크다.
본 발명은 유효기간이 경과하여 폐기하는 폐사탕 또는 설탕 제조시 발생하는 CaCO3스러지가 함유하고 있는 당(糖)을 미생물 생장에 유용한 당으로 이용하고, 여기에 미생물로서, 토양중 병원성 미생물의 생육을 억제하는Bacillus sp. KB-3,항생물질을 생산함으로써 식물병원성 미생물의 생육을 억제하는Bacillus sp. KB-4,토양내의 철이온(Fe +++ )을 흡수하여 경쟁적으로 병원성 미생물의 생육을 억제하는Pseudomona sp.KB-12,외막 가수분해 효소와 항생물질을 동시에 생산하는Actinomyces sp.KB-19및 토양내의 해충의 증식을 억제하는B. thuringiensis KB-7등 다섯종류의 미생물을 사용하고, 여기에 유기 질소원으로서 깻묵, 유지방성 및 다당체 성분으로 쌀겨, 셀룰로오스 다당체의 방선균류 분해물질로서 톱밥, 세포 외막 가수분해 효소인 키티나아제 효소의 유도물질로서 키틴질, 미네랄 함유 성분으로 광천수를 소정의 비율로 혼합한 다음, 100℃에서 1시간 동안 멸균처리한 후, 상기 종균 미생물을 접종하여 2.5∼3.5일간 배양하여 액상의 미생물 비료를 얻는다.
이 액상의 미생물비료에 다공질의 세라믹스 담체와 쌀겨, 톱밥등을 첨가하고, 27℃∼35℃의 온도를 유지하는 배양실에서 2.5∼ 3.5일간 숙성 배양한 다음, 이를 건조시키고 분쇄하여 분말상의 토양 미생물 비료를 얻게 된다.이하, 본 발명 미생물 비료의 제조방법에 대하여 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
(1) 다공질의 세라믹스 담체의 제조 :다공질 세라믹스 담체는 채광, 선광 및 세정공정을 거친 세라믹스 원광을 분쇄하여 평균입도 300 매쉬의 파우더를 얻는다. 여기에 발포제로서 CaCO3를 2∼5중량% 첨가하고 충분히 혼합시킨 다음 830∼870℃의 온도에서 60∼90초간 소성시킨다. 이 입상포 상태( 5∼20% 흡수율)를 3∼4 일동안 65∼75℃의 온수에 침지하여 가용성 알칼리성분을 제거하고, 포말상태의 표면층 및 독립 기포중에 개구가 형성되도록 한다. 이렇게 하면 종래의 5∼20% 이던 흡수율이 화학적 안정성을 저하시키지 않고, 20∼50%의 흡수율을 가지게 된다.
표면적의 흡수율이 증대된 세라믹스 재료를 수증기로 부활시키고, 부활시 반응을 촉진시키기 위해 화학처리를 한다. 280∼320℃에서 공기 또는 수증기에 의해 세라믹스를 2시간동안 산화시키고, 비등점에서 3.3N 및 5.2N의 초산(acetic acid)에 2.5∼3.5시간 침지처리를 함으로써 세라믹스의 수축율 변화가 무난하게 되고, 금속의 용출 효과 및 미생물 살기에 적합한 표면부의 산소 관능기의 효과가 증대되고, 초산처리에 의한 산화물의 연화.팽윤을 일으켜 부활반응을 일으키기 쉽게 된다.
화학처리 후에는 증류수로 세척하고, 24시간 이상 원적외선으로 건조시킨 후, 830℃∼870℃, 수증기 농도 2.3×10-2±5% ㎏/㎥ 하에서 약 4.5∼5.5시간 수증기에 의한 부활을 하도록 한다. 부활된 후에는 세라믹스의 표면적이 4배 정도 증대한다. 표면적이 증대한다는 것은 호균성 미생물의 수명을 약 4배, 미생물 흡착율을 약 4배 정도 증대시킨 담체를 얻게 된다.
이와같이 하여 제조된 다공질의 세라믹스 담체는 우선 공극율(흡수율)이 크고, 다공질에서 비표면적 세공부피가 커져 미생물의 부착생육에 적합한 환경을 조성하게 된다. 따라서 미생물을 고밀도로 유지할 수 있게 되고, 미생물의 담지능력이 커져서 부피부하를 크게 할 수있고, 설비의 설치면적을 적게 할 수 있다. 그뿐만 아니라 용도에 부합하는 입도 및 밀도의 선택이 가능한 장점이 있다
본 발명에서 사용하는 다공질 세라믹스 담체의 특성과 화학적 조성은
아래 표 1 과 같다.
Chemical components 성분혼비율(%)
1. 물리특성입경겉보기 밀도세공부피중앙세공직경비표면적압축파괴강도2. 화학조성SiO₂+ Al₂O₃K₂O + Na₂OCaO + MgO 평균입도 300 mesh2.2 ∼ 0.5 g/㎤1.0 ∼ 5.0 ㎤/g5.0 ∼ 40.0 ㎛3.0 ∼ 60.0 ㎡/g20.0∼ 80.0 ㎏㎠68.0 ∼ 72.0 중량%13.0 ∼ 15.0 중량%8.0 ∼ 12.0 중량%
또한 미생물의 종류와 용도에 따라서 다공질 세라믹스 담체는 알루긴산 비즈를 이용한 경우와 다공질 비즈를 이용한 경우로 나눌 수 있으며, 그 특성은 다음과 같다.
알루긴산 비즈는 해조에서 얻어지는 다당류로써, 식품 첨가물로 이용되며, 나트륨염의 형태로 얻을 수 있다. 알루긴산의 나트륨염은 물에 녹지만 칼슘염이나 알루미늄염등 2가 또는 3가의 금속염은 물에 녹지 않으므로 알루긴산 나트륨의 수용액과 효모를 혼합하여 염화칼슘과 같은 겔 상태의 수용액에 효모를 포화.고정화한 겔비즈를 용이하게 얻을 수 있다. 다공질 세라믹스 담체인 비스의 경우에는 5중량%의 슬러리상의 현탁액을 담체와 24시간 접촉시켜 고정화 시킨다.
각 담체의 단위당 담지 균체수는 다공질 재료상태의 비즈에서 3.2×108cfu/g 이상, 알루긴산 칼슘비즈에서 7.8×108cfu/g 이상의 효과를 얻을 수 있다.
다공질 세라믹스 담체인 비스의 담지 균체수는 알루긴산 칼슘에는 미치지 않으나, 종래의 다공질 흡착 고정화 담체의 106∼107cfu/g 정도의 값보다 10배 이상 담지 능력이 높아서 담체로서 대단히 우수하다.
(2) 토양 미생물 균주의 배양 :상기 다공질 세라믹스 담체는 온도 19∼21℃(= 302∼304K)에서 원적외선 방사율 ε= 0.92 이상이며, 미생물에 따라서는 생육에 지장을 주는 경우도 있다.본 발명에서 사용하는 균주는 원적외선 방사에 의하여 생육이 촉진될 뿐 아니라, 생리적 작용이 왕성하여 토양 및 식물의 생육에 도움을 주는 균주로써, 영양세포 외막에서 가수분해 효소를 분비함으로써 토양내의 병원성 미생물의 생육을 억제하는Bacillussp.KB-3,항생물질을 생산함으로써 식물 병원성 미생물의 생육을 억제하는Bacillussp.KB-4,토양내의 철이온(Fe+++)을 경쟁적으로 흡수하는 "sidro-phore" 라는 물질을 생산하는Pseudomona sp.KB-12,외막 가수분해 효소와 항생물질을 동시에 생산하는Actinomyces sp.KB-19및 토양내의 해충의 증식을 억제하는B. thuringiensis KB-7등 유용한 미생물이 다공성 세라믹스 담체에 효율적으로 작용하여 숙성.배양되고, 또한 장기간 제품보관에 안정성이 있음을 확인되었다. 상기한 미생물은 큰 용량의 배양기에서 숙성 배양한다.
본 발명에서 사용하는 토양 미생물의 종류 및 그 함량은 표 2 와 같다.
미생물명 본 발명 비료에 함유된 최소량
Bacillus sp. KB-3 1.8 × 104∼108
Bacillus sp. KB-4 1.2 × 104∼108
Pseudomonas sp. KB-12 1.8 × 104∼108
Actinomyces sp. KB-19 1.8 × 104∼108
B. thuringiensis KB-7 7.1 × 104∼108
(3) 액상 미생물 비료의 제조 :효과적인 미생물 생육에 필요한 비료로서는 폐사탕 10 중량%, 유기질소원으로 깻묵 5 중량%, 지방성 및 다당체의 성분으로 쌀겨 3 중량%, 셀룰로오스 다당체로서 톱밥 3 중량%, 세포 외막 가수분해 효소인 키티나아제 효소 생산의 유도물로서 키틴질 1 중량% 및 미네랄성분으로 광천수 78 중량%를 첨가하고 혼합한 다음, 배양액에 100℃에서 1시간 동안 살균처리한 후, 상기 5종의 종균 미생물을 1000분의 1 비율로 접종하여 2.5∼3.5일간 배양하여 액상의 미생물 비료를 제조한다.
액상 미생물 비료의 배합 조성표 :
투입 원료명 조성비 (중량%)
미생물 1.8×108cfu/g (극소량)
광천수 78
폐사탕 10
깻묵 5
톱밥 3
쌀겨 3
키틴질(게 껍질) 1
(4) 다공질 세라믹스에 의한 토양미생물 비료의 제조 :분말 또는 입상 미생물 비료를 얻기 위해서는 상기 (3)항에 의한 액상 미생물 비료 12중량%에 다공성 세라믹스 76 중량%를 첨가하고, 깻묵 5중량%, 톱밥 3중량%, 쌀겨 3중량% 및 키틴질 1중량%를 투입한 후, 분말입자가 딱딱하지 않고 부드러워지도록 하기 위해 27℃∼35℃의 배양실에서 2.5∼3.5일간 숙성 배양한 후 이를 건조 분쇄하여 본 발명 토양 미생물 비료를 얻게 된다.본 발명 토양 미생물 비료는 토양에 지력을 활성화 시키고, 식물의 성장을 촉진시키는 역활을 하게 되고, 그 외적인 형상에 따라 분말상 과 입상의 미생물 비료로 구분되어 진다. 분말 또는 입상 비료의 배합 조성표 :
투입 원료명 조성비 (중량%)
다공성 세라믹스 76
액상 미생물(표3 참조) 12
( 1.8×108cfu/g )
깻묵 5
톱밥 3
쌀겨 3
키틴질(게 껍질) 1
본 발명은 폐사탕을 소각시킬 때 발생되는 냄새와 소각에 소요되는 비용을 절감시키고, 폐사탕의 당(糖) 성분을 미생물의 성장에 이용함으로써 미생물의 증식과 토양의 지력을 활성화시켜 식물의 성장을 촉진시키며, 작물로 부터 병원성 미생물과 해충의 증식을 억제하고, 토양에 영양분을 공급하며, 화학비료 및 농약사용으로 인하여 피폐·산성화된 토양에 통기성을 부여하여 토양을 개질시키고, 세라믹스 담체에서 원적외선이 방사되어 작물의 생장을 촉진시키는 등 종래의 기술에서는 기대할 수 없었던 우수한 효과를 가지게 된다.

Claims (3)

  1. 광천수 78 중량%에 식물성장에 유용한 미생물 균주에 폐사탕을 녹여서 얻은 당(糖) 10 중량%를 첨가하고, 여기에 깻묵 5 중량%, 쌀겨 3 중량%, 톱밥 3 중량% 와 키틴질 1중량%를 첨가한 다음, 이를 충분히 혼합하고 27℃∼35℃의 배양실에서 2.5일∼3.5일 동안 숙성. 배양시킴을 특징으로 하는 액상 토양 미생물 비료의 제조방법.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    식물성장에 유용한 미생물로서, Bacillus sp. KB-3, Bacillus sp.KB-4
    Pseudomonas sp. KB-12, Actinomyces sp. KB-19 및 B. thuringiensis KB-7등 다섯가지 균주를 사용함을 특징으로 하는 액상 토양 미생물 비료의 제조방법.
  3. 청구항 1 에 의해 얻은 액상의 토양 미생물 비료 12 중량%에 다공질의 세라믹스 담체 76 중량%를 첨가한 다음, 깻묵 5 중량%, 쌀겨 3 중량%, 톱밥 3 중량% 및 키틴질 1 중량%를 첨가한 후, 27℃∼35℃의 배양실에서 2.5∼3.5일간 다시 숙성 배양하고, 이를 건조시킨 다음 분쇄함을 특징으로 하는 분말 또는 입상의 토양 미생물 비료의 제조방법.
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