KR100923403B1

KR100923403B1 - 자트로파 유박을 주성분으로 하는 유기질비료 및 이의제조방법

Info

Publication number: KR100923403B1
Application number: KR1020070128733A
Authority: KR
Inventors: 조성현; 홍성길
Original assignee: 효성오앤비 주식회사
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-10-23
Also published as: KR20090061788A

Abstract

본 발명은 바이오디젤의 부산물로서 생산되는 자트로파 유박을 주성분으로 하는 유기질비료에 관한 것으로, 본 발명에서는 종래에 유기질비료의 원료로 사용되어온 식물성 유박을 대체하는 새로운 소재로서 자트로파 유박을 이용하여 고품질의 유기질비료를 제조한다. 본 발명에서는 자트로파유박 100 중량부; 식물성유박 20∼100 중량부; 어박 10∼70 중량부 및 효모배양체 0.2∼25 중량부를 포함하는 유기질비료 및 그 제조방법이 제공되며, 본 발명에 따르면 유기질비료의 원료 수급문제가 해결되어 저렴한 비용으로 양질의 유기질비료의 안정적인 생산이 가능해진다.

자트로파 유박, 유기질비료, 효모, 사카로마이세스 세레비지애

Description

자트로파 유박을 주성분으로 하는 유기질비료 및 이의 제조방법 {Organic fertilizer containing of Jatropha oil-cake as the chief ingredient and its preparation method}

본 발명은 유기질비료에 관한 것으로, 특히 바이오디젤의 부산물로서 생산되는 자트로파 유박을 주성분으로 하는 유기질비료에 관한 것이다.

유기질비료는 비료공정규격상 동식물을 원료로 하는 비료를 일컫는 것이나, 통상적으로 무기질 비료의 상대 개념으로써 사용되고 있다. 이들 유기질비료는 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 등의 무기양분이 풍부하여 미생물에 의해 각종 아미노산, 유기산, 핵산 등으로 분해되어 식물체에 다양한 영양분을 공급할 수 있는 것으로, 식물성유박, 퇴구비, 녹비 등을 포함하는 식물성유기질비료와 어박, 골분, 중피혁제 등을 포함하는 동물성유기질비료로 크게 분류된다.

상기 식물성유박은 식물의 종자에서 기름을 짜고 난 찌꺼기를 총칭하는 것으로 녹말 및 단백질 함량이 높아 각종 가축사료 및 유기질비료로 사용되고 있으며, 피마자박, 팜박, 채종박, 미강박, 대두박, 야자박 등이 주류를 이루고 있다. 최근 친환경에 대한 관심이 대두되면서, 토양 산성화를 막고, 안전한 먹거리를 생산할 수 있는 유기농을 선호하게 되었고, 이에 따라 식물성유박을 원료로 한 유기질비료의 사용이 급증하고 있다. 그러나, 가격이 싸고 무기양분이 풍부한 특정원료에 대한 의존도가 높아 원료의 수급불균형으로 가격상승이 초래되고 있다. 때문에 대체 가능한 새로운 식물성유박의 개발이 필요하다.

한편, 바이오디젤은 연소시 대기 독성물질 및 발암물질 배출량이 적어 친환경적이며 종래 석유에너지를 대체할 수 있는 에너지원으로서 유채, 해바라기, 대두, 야자 등으로부터 추출되고 있다. 바이오디젤 원료로 최근 새롭게 부각되고 있는 자트로파(Jatropha curcas)는 아메리카가 원산지이며, 일년 내내 수확이 가능하고, 내한성이 뛰어나고 수명이 최소 40년 이상으로 장기간에 걸쳐 재배가 가능하다. 특히, 기름 함유율이 과실 껍질 3%, 종자 35%, 종핵 56%로 높아 새로운 바이오디젤 원료로 적합하다는 평가를 받고 있으며, 국내를 포함하여 동남아시아, 중국 및 세계 각지에서 자트로파 재배면적이 점차 확대되고 있다.

또한, 단순히 식물성유박으로만 제조된 유기질비료는 셀룰로오스, 리그닌 등의 분해가 어려워 식물체가 쉽게 흡수할 수 없으며, 토양중 이들을 분해 및 발효시킬 수 있는 미생물이 부족할 경우 혐기성 발효에 의한 부패가 일어나 유해가스가 발생할 수 있다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 식물성유박을 포함한 유기질비료에 이를 발효시킬 수 있는 미생물로서 효모균, 방선균, 유산균(Lactobacillus sp.), 고초균(Bacillus sp.) 등을 함께 혼합하여 제조하고 있는 실정이다. 국내특허 등록번호 제298785호에서는 쌀겨, 어박에 대두박, 유채박, 면 실박 등의 유박 및 발효미생물 액을 혼합하여 유기배합비료를 제조하는 기술이 기재되어 있으며, 국내특허 공개번호 제43874호에는 피마자유박, 대두유박 등의 식물성유박에 광합성세균, 효모, 방선균, 질소고정균, 유산균 등을 혼합하여 제조된 유기복합비료의 제조방법이 기술되어 있다.

또한, 최근 국내특허에서는 새로운 식물성유박으로 커피박(공개번호 제9689호)과 까나리박(등록번호 제709925호)을 사용하고 이에 고초균, 유산균, 효모균 등의 발효균체를 혼합하여 발효시키는 유기질비료의 제조방법이 소개되고 있다.

본 발명은 종래에 유기질비료에 많이 사용되어온 식물성 유박을 대체할 수 있는 새로운 식물성유박 소재를 찾아 양질의 유기질비료를 제조하고자 하는 것으로, 특히 최근 바이오디젤의 부산물로서 양산되고 있는 자트로파 유박을 주성분으로 하여 양질의 유기질비료를 제조하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 자트로파유박을 주성분으로 하면서도 식물체 생육에 대량으로 필요한 질소, 인, 칼륨 등의 무기 성분을 안정적으로 충분히 공급할 수 있고, 특히 이들 성분을 식물체가 흡수하기 용이한 상태로 원활히 공급할 수 있는 양질의 유기질비료를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는

자트로파유박 100 중량부; 식물성유박 20∼100 중량부; 어박 10∼70 중량부 및 효모배양체 0.2∼25 중량부를 포함하는 유기질비료가 제공된다.

또한, 본 발명에서는

(a) 제올라이트 60∼90 중량%와 영양성분 10∼40 중량%로 이루어진 고체배지에 효모의 액체 배양액을 접종, 배양시키는 효모 고상배양체의 제조 단계와;

(b) 자트로파유박 100 중량부에 상기 (a) 단계의 고상배양체 0.2∼25 중량부, 식물성유박 20∼100 중량부, 어박 10∼70 중량부를 혼합하는 단계를 포함하는 유기질비료의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 바이오디젤 산업의 부산물로서 전세계적으로 생산량이 점차 증가하고 있는 자트로파 유박을 비료의 주성분으로 함으로써 종래 유기질비료가 갖는 원료의 제한문제를 극복하고 저렴한 비용으로 양질의 유기질비료의 안정적인 생산이 가능해진다. 또, 본 발명의 유기질비료는 자트로파 유박을 다량 포함하면서도 효과적인 조성물로 구성되어 식물체 생육에 대량으로 필요한 질소, 인, 칼륨 등의 무기 성분을 안정적으로 충분히 공급할 수 있으며, 또한 효모 사카로마이세스 세레비지애의 고상배양체를 이용하여 이들 성분을 식물체가 흡수하기 용이한 상태로 원활히 공급할 수 있다. 본 발명에 따라 양질의 유기질비료가 낮은 가격 안정성을 유지하면서 지속적으로 보급될 경우 화학비료를 대체하여 유기질비료의 사용이 증가될 수 있으며, 이에 따라 토양 및 환경이 개선되는 효과까지 기대할 수 있다.

본 발명의 유기질비료는 자트로파유박 100 중량부; 식물성유박 20∼100 중량부; 어박 10∼70 중량부 및 효모배양체 0.2∼25 중량부를 포함한다.

자트로파 유박

본 발명의 유기질비료는, 바이오디젤 부산물로 점차 생산량이 증가하고 있는 자트로파 유박을 주성분으로 한다. 본 발명에서 “자트로파 유박”은 자트로파(Jatropha curcas)의 종실부분에서 착유하고 남은 찌꺼기를 의미한다.

자트로파 종자는 일반적으로 수분 : 6.62, 단백질 : 18.2, 지방 : 38, 탄수화물 17.3, 섬유질 : 15.5, 회분 : 4.5 %의 수준으로 구성되어 있으며, 유분은 21%의 포화지방과 79%의 불포화 지방산을 함유하고 있다. 자트로파 유박은 질소, 인, 칼륨 함량이 비교적 풍부하며 유기물 함량도 84% 수준으로 매우 높아 유기질비료로서의 사용이 가능하다. 자트로파 유박과 다른 식물성유박의 질소, 인, 칼륨 함량은 표 1과 같다.

식물성 유박

본 발명에서 “식물성 유박”은 자트로파 유박을 제외한 다른 식물성 유박을 의미한다. 본 발명에서 사용되는 식물성 유박에는, 특히 대두박, 채종박, 면실박, 카폭박, 피마자박, 미강유박, 코코아박 등이 포함될 수 있으며, 이러한 식물성 유박의 질소, 인, 칼륨 함량은 상기 표 1과 같다. 자트로파 유박은 표 1에 나타난 바와 같이 기타 식물성유박에 비해 인산함량이 낮으므로 본 발명의 비료에 식물성 유박을 첨가하여 인산의 함량을 높이고자 한다. 따라서 본 발명에서, 식물성 유박은 바람직하게는 인산 함량이 높은 미강유박, 피마자박, 채종박 등이 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 대상 작물 및 원료 수급 여건에 따라 다양한 식물성 유박이 선택적으로 사용될 수 있다.

어박

일반적으로 어박은 정어리나 잡어 등의 어류를 물에 넣고 20∼30분 삶아서 압착기로 압착한 후 수분과 지방을 짜낸 잔류물을 건조 및 분쇄하여 만든다. 어박의 비효는 화학비료보다 완효성이며, 조류 또는 박쥐의 배설물이 장기간에 걸쳐 집적되어 형성된 천연유기물질인 광물로 채석한 인산질 비료인 구아노(guano)보다는 속효성이며, 질소 10%, 인 1.5%, 칼륨 0.6% 수준으로 질소 성분을 가장 많이 함유하고 있다. 본 발명에서 어박은 다른 식물성 유박에 비해 상대적으로 질소 함량이 낮은 자트로파 유박에 질소 성분을 보강해 주는 역할을 하게 된다.

효모배양체

단순히 식물성유박으로만 제조된 유기질비료는 셀룰로오스, 리그닌 등의 분해가 어려워 식물체가 쉽게 흡수할 수 없으며, 토양중 이들을 분해 및 발효시킬 수 있는 미생물이 부족할 경우 혐기성 발효에 의한 부패가 일어나 유해가스가 발생할 수 있다. 따라서 식물성유박을 포함하는 유기질비료에는 이를 발효시킬 수 있는 효모균, 방선균, 유산균(Lactobacillus sp.), 고초균(Bacillus sp.) 등의 미생물을 혼합 하여 제조하는 방법이 사용되고 있다. 이러한 효모로는 유기물 발효능이 있는 것으로서, 예를 들어, 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 사카로마이세스 이탈리커스(Saccharomyces italicus), 사카로마이세스 로욱시(Saccharomyces rouxii), 쉬조사카로마이세스 폼베(Shizosaccharomyces pombe), 크루이베로마이세스 프라길리스(Kluyveromyces fragilis), 크루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis), 피치아 안구스타(Pichia angusta), 피치아 아노마라(Pichia anomala), 피치아 파스토리스(Pichia pastoris), 피치아 캡슐라타(Pichia capsulata), 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica) 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서는 자트로파 유박을 발효시킬 수 있는 미생물로 바람직하게는 효모 사카로마이세스 세레비지애를 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 사카로마이세스 세레비지애의 고상배양체를 사용한다. 상기 고상배양체는, 제올라이트 60∼90 중량%와 영양성분 10∼40 중량%로 이루어진 고체배지에 효모 사카로마이세스 세레비지애의 액체 배양액을 접종, 배양시켜 얻을 수 있다. 상기 영양성분으로는 효모의 영양원으로 사용될 수 있는 것이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 탈지강, 미강, 밀기울, 대두박 등이 사용될 수 있고, 더욱 바람직하게는 탈지강이 사용될 수 있다. 상기 액체 배양액은 바람직하게는 고체배지의 1∼3 중량%로 접종될 수 있다. 이와 같이 제올라이트와 같은 다공성 매체를 이용하여 제조된 효모의 고상배양체는, 본 발명에서 비료의 제조를 간편하게 해주면서도 효모의 작용은 최적화할 수 있으며, 또한 최종제품 생산 시 가압성형에 따른 열발생으로 인한 미생물의 감소를 최소화할 수 있어 펠릿성형을 가능하게 해준다.

본 발명의 유기질비료에 포함되는 효모배양체로, 특히 바람직하게는 사카로마이세스 세레비지애 KCTC 7248 균주(Saccharomyces cerevisiae KCTC 7248)가 사용될 수 있다.

펠릿 성형

상기와 같이 조성된 유기질비료에 총중량 대비 0.5∼15 중량%로 담체를 첨가하여 펠릿 성형시켜 본 발명의 유기질비료를 입상제품으로 만들 수 있다. 담체로는 바람직하게는 제올라이트, 펄라이트, 분말 질석 등이 단독으로 또는 2종 이상 함께 사용될 수 있으며, 펠릿 성형에는 공지의 펠릿성형기 등을 이용할 수 있다.

제조공정

본 발명에 따른 유기질비료의 제조방법은 (a) 효모 고상배양체를 제조하는 단계와; (b) 자트로파 유박에 상기 고상배양체 및 식물성유박, 어박을 혼합하는 단계를 포함하며, 제조된 유기질비료에 담체를 첨가하여 펠릿 성형시켜 입상제품으로 만드는 단계가 더 포함될 수 있다. 이하, 본 발명의 유기질비료를 제조하는 바람직한 실시예를 설명한다.

<제1공정> : 사카로마이세스 세레비지애 균주의 고상배양체 제조

제올라이트 60∼90 중량%와 탈지강 등의 영양성분 10∼40 중량%를 혼합한 고체배지에 물을 첨가하여 수분 함량이 20∼30%가 되도록 조절한 후 고체발효기를 이용하여 멸균 및 냉각하여 고체배지를 만든다. 상기와 같이 준비된 고체 배지에 YMB(yeast malt broth) 배지에서 30 ℃, pH 6.5∼7.0 조건으로 2∼3일간 배양한 효모 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 액체 배양액을 고체 배지의 1∼3 중량%로 접종한 후, 30℃에서 3∼7일간 배양하여 고상 배양체를 제조한다.

<제2공정> : 유기질비료 제조

자트로파유박 100 중량부; 식물성유박 20∼100 중량부; 어박 10∼70 중량부에 상기 제1공정의 고상 효모배양체 0.2∼25 중량부를 혼합하여 본 발명의 유기질비료를 만든다.

<제3공정> : 입상제형화 ( 펠릿화 ) 공정

상기 2공정의 유기질비료가 충분히 혼합되면 총중량 대비 0.5∼15 중량%로 담체를 첨가하여 순간압착공법에 의해 펠릿 성형시켜 입상제품을 만든다. 담체로는, 비료제제의 제조시 사용 가능한 담체면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 제올라이트, 펄라이트 및 분말 질석 등이 하나 이상 사용될 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 다음의 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 물론이다.

실시예 1

유기질비료의 제조

1. 사카로마이세스 세레비지애 균주의 고상 배양체 제조(제1공정)

제올라이트 90 ㎏에 탈지강 10 ㎏을 혼합한 후, 물 20 ℓ를 가하여 충분히 혼합한 후 멸균 및 냉각하여 고체배지를 만들었다. 이 고체배지에, YMB(yeast malt broth) 배지에서 30 ℃, pH 6.5의 조건으로 3일간 배양한 효모 사카로마이세스 세레비지애 KCTC 7248 균주(Saccharomyces cerevisiae KCTC 7248)의 액체 배양액 2 ℓ를 접종한 후, 30 ℃에서 5 일간 배양하여 고상배양체를 얻었다.

2. 유기질비료 제조(제2공정)

상기 표 1과 같은 성분 및 함량을 갖는 자트로파 유박 120 ㎏, 미강유박 45 ㎏, 피마자박 20 ㎏, 어박 14 ㎏에 상기에서 제조된 사카로마이세스 세레비지애의 고상배양체 1 ㎏을 혼합하여 유기질비료복합체를 200㎏을 제조하였다.

실시예 2

입상제형화

본 발명의 입상제형화를 위해 선발된 담체는 제올라이트(비중 2.1 g/㎤, 분말), 펄라이트(비중0.07 g/㎤, 분말), 질석(비중 0.18 g/㎤, 분말)으로 이들 담체의 혼합비율을 달리하여 펠렛성형기(CLN-630N, La Meccanica사)로 제형화를 실시하였다. 상기 실시예 1에서 제조된 유기질비료복합체 총중량에 대한 담체의 혼합비율 5%, 10%로 제올라이트는 중량비율로 펄라이트와 질석은 부피비율로 첨가하여 담체별(3종), 함량별(5%, 10%)로 6개의 제품군으로 나누어 제형화를 실시하였으며, 그 결과는 표 2와 같다.

상기 제품군 16 모두 지름 5 ㎜, 길이 510 ㎜의 크기로 입상화하기 용이하였다. 또한, 상기 제품의 크기는 제형조건을 달리하여 다양하게 변형할 수 있었으며, 제품의 수분함량은 12% 이내였으며 제품의 경도도 일반 유박제품군과 유사한 수준으로 최종제품의 담체 종류별 혼합비율을 설정할 수 있었다.

실험예 1: 제품성분분석

상기 실시예 2에 의해 제조된 유기질비료 입상제품의 질소, 인, 칼륨 및 기타 미량원소의 함량을 보면 표 3과 같다.

상기 표 3에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 유기질비료의 질소 3.9%, 인 2.0%, 칼륨 2.0%, 황 1.2%, 마그네슘 1.4%, 칼슘 0.4% 등의 다량원소 이외에도 환원효소의 cofactor, 산화효소의 구성성분, 헴단백질, 광합성 및 N₂고정과 NO₃ ^-환원에 관여하는 붕소(0.16%), 구리(0.0022%), 철(0.073%), 망간(0.015%) 및 아연(0.007%) 등의 미량요소가 함유되어 있어 작물의 생육촉진 및 수량증대 효과를 기대할 수 있다.

Claims

자트로파유박 100 중량부; 미강유박, 피마자박, 채종박 중에서 선택된 식물성유박 20∼60 중량부; 어박 10∼30 중량부 및 효모배양체 0.2∼15 중량부를 포함하는 유기질비료.
제1항에 있어서, 상기 효모배양체는 제올라이트 60∼90 중량% 및 탈지강 10∼40 중량%로 이루어진 고체배지에 효모 사카로마이세스 세레비지애의 액체 배양액을 접종, 배양시킨 사카로마이세스 세레비지애의 고상배양체인 것을 특징으로 하는 유기질비료.
삭제
제2항에 있어서, 상기 효모는 사카로마이세스 세레비지애 KCTC 7248 균주(Saccharomyces cerevisiae KCTC 7248)인 것을 특징으로 하는 유기질비료.
삭제
제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제올라이트, 펄라이트 및 분말 질석으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 담체를 상기 유기질비료에 총중량 대비 0.5∼15 중량%로 첨가하여 펠릿 성형시킨 것을 특징으로 하는 유기질비료.
(a) 제올라이트 60∼90 중량% 및 탈지강 10∼40 중량%로 이루어진 고체배지에 효모의 액체 배양액을 접종, 배양시키는 효모 고상배양체의 제조 단계와;

(b) 자트로파유박 100 중량부에 상기 (a) 단계의 고상배양체 0.2∼15 중량부, 식물성유박 20∼60 중량부, 어박 10∼30 중량부를 혼합하는 단계를 포함하는 유기질비료의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 효모는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)인 것을 특징으로 하는 유기질비료의 제조방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 제올라이트, 펄라이트 및 분말 질석으로 구성된 군으로부터 하나 이상 선택된 담체를 상기 유기질비료에 총중량 대비 0.5∼15 중량%로 첨가하여 펠릿 성형시키는 단계를 더 포함하는 유기질비료의 제조방법.