KR100974032B1 - 해조류를 이용한 식물 성장촉진제 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해조류를 이용한 식물 성장촉진제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세하게 설명하면, 미역, 다시마, 톳 및 파래의 해조류를 시료로 하여, 선택된 시료에 대하여 10배량의 2% NaHCO₃ 시약을 가하고, 시약이 첨가된 시료를 30분 동안 100℃로 교반 가열하여, 해조류의 잔사를 여과하고, 그 여액을 1 N HCl을 사용하여 pH 2.0 또는 그 여액을 1 N NaOH를 사용해 pH 7.0으로 여과조정한 후, 여과 조정된 각각의 여액을 2,800 rpm에서 15분간 원심분리하여 잔사를 제거하고, 분리 깔대기에 여액과 에틸아세테이트100 ㎖를 넣고 교반한 다음 상층을 1회 취하고, 상기의 과정과 동일한 방법으로 2회 더 취하여, 총 3회 모은 상층액을 진공 농축시킨 해조류 추출물이다. 이 해조류의 추출물은 식물의 성장을 촉진하는 효능을 가지는 것으로, 무공해 천연 해조류를 이용한 액상비료, 분말형태, 해조 - 황토 클러스터(환)로 제조하여 사용하게 됨을 특징으로 하는 해조류를 이용한 식물 성장촉진제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

식물 성장촉진제, 해조류, 해조 추출물

Description

해조류를 이용한 식물 성장촉진제 및 그의 제조방법 {Growth Hormones from Seaweeds and its manufacturing process}

일반적으로 해조류에는 질소, 인의 함량은 작지만, 칼륨은 상당히 풍부한 것으로 알려져 있으며, 대부분 속성장 대형 해조류는 cytokinin과 같은 성장 호르몬 및 관련 활성물질을 가지고 있다. 이러한 해조 농축물은 곡류, 과일, 채소, 화훼류를 비롯한 여러 식물에 작용하여 식물의 성장을 촉진하고 열매의 수확율과 품질을 향상시키는데 매우 좋은 효과를 가지고 있다. 또한 가뭄에 견디고, 식물질병 및 유해 곤충에 대한 저항성을 높여주는 특이한 효과를 가지고 있다. 현재 이러한 해조 농축물을 생산하는 주요 기술은 해조류(주로 해조류 가공 부산물)를 분해하여 유용 성분을 완전히 용해시켜, 그 활성을 유지하는 기술이라 할 수 있다.

해조류 중의 다양한 유용성분은 토양의 유기물을 풍부하게 하거나 무기질을 공급하고, 토양 중에 보수력을 가지도록 하여 건기에도 식물이 잘 자라도록 하는 토질 개선제나 토양 유기질 급원으로 사용할 수 있다. 그리고 척박한 환경 혹은 경사진 경작지 등에 이용하여 토양 결착제로 사용할 수 있다. 해조류에서 추출한 옥신, 사이토키닌, 및 지베레닌과 같은 성장촉진물질이 함유된 토양 결착제는 종자가 쉽게 발아되도록 하며, 클러스터 자신은 자연 생분해되어 원래의 토양으로 변하게 된다.

해조류를 이용한 가공기술개발 연구로는 양식미역의 이용가공 및 품질요인, 미역김의 제조와 이화학적 특성, 미역분말 쥬스의 제조, 미역잼의 제조, 미역분말을 혼합한 제과 적성, 미역 추출액을 이용한 조미료 소재의 개발, 미역묵의 개발 그리고 김색소 고정 효과, 구운 김의 가공 및 저장중의 품질변화 연구 등에 국한되어 있는 것으로, 이는 주로, 미역이나 김 등을 이용한 가공식품, 조미료 등이 대다수이며, 다른 산업분야에서의 활용이 미흡할 뿐 만 아니라 응용산업 소재로서의 이용이나 실용화 단계는 거의 실현되지 못하고 있는 실정이다.

또한, 최근 해조류는 그 소비량이 매우 증가하는 추세이며 그 소비형태도 매우 다양화되고 있다. 그런데 전처리 과정 중 가식부와 비 가식부로 나뉘고 가식 부만이 유통되고 있는 실정으로, 이때 발생되는 비 가식부위는 폐기물로 구분되어 처리에 어려움이 있을 뿐만 아니라 오염의 한 원인이 되고 있다.

그리고, 수산물의 남획 및 환경오염으로 연안 수산자원의 고갈뿐만 아니라 연안어장의 황폐화가 가속되어 점점 어민 소득이 감소되고 있으며, 이로 인하여 사회적으로 수산업에 대한 관심이 낮아지고 있고, 수산업의 발전도 아울러 저하되고 있는 실정이다.

따라서 상기와 같은 단점을 보완할 수 있는 새로운 해조류의 이용방법으로서, 유기농 비료와 기능성 가축사료 등 다양한 용도의 개발이 필요하여, 본 발명에 서는 해조류 중의 다양한 유용성분은 토양의 유기물을 풍부하게 하거나 무기질을 공급하고, 토양 중에 보수력을 가지도록 하여 건기에도 식물이 잘 자라도록 하는 토질 개선제나 토양 유기질 급원으로 사용할 수 있으며, 척박한 환경 혹은 경사진 경작지 등에 이용하여 토양 결착제로 사용할 수 있는 것으로, 해조류에서 추출한 옥신, 사이토키닌, 및 지베레닌과 같은 성장촉진물질 및 관련 활성물질을 가지고 있으며, 함유된 토양 결착제는 종자가 쉽게 발아되도록 하며, 이러한 해조 농축물은 곡류, 과일, 채소, 화훼류를 비롯한 여러 식물에 작용하여 식물의 성장을 촉진하고 열매의 수확율과 품질을 향상시키는데 매우 좋은 효과를 가지고 있으며, 또한 가뭄에 견디고, 식물질병 및 유해 곤충에 대한 저항성을 높여주는 특이한 효과를 가지고 있다.

따라서, 본 발명에서는 해조류는 이러한 성장호르몬 이외에 각종 영양성분과 미네랄이 풍부하고, 천연 킬레이트제가 풍부하여 식물 미네랄의 이용률을 높일 수 있기 때문에, 해조류를 농작물의 천연비료로 이용할 경우 농작물의 수확을 증대시킬 수 있으며, 토질을 개선시킬 수 있고, 토양의 수분 보유율을 높이며, 유익한 토양 박테리아의 성장을 도우며, 농작물을 건강하게 하고, 추위에 대한 저항력을 향상시키는 등 많은 이점을 지니고 있어, 해조류 가공 부산물을 이용, 새로운 식물 성장 촉진제 및 토양결착제 등을 개발하고자 하였다.

이상에서 보여준 바와 같이 본 발명은 해조류를 원료로 한 식물 성장 촉진 및 토질개선용 제품은 이러한 점에서 매우 투자가치가 높다고 할 수 있으며, 산업 에 미치는 파급효과를 보면, 현재 일부 수입되고 있는 제품을 순수한 국내 개발 기술로써 대체할 수 있으며, 대량양식 생산되는 해조류의 소비를 확대시켜 양식어민의 소득을 증대하고, 연중 유통 가능한 새로운 분야의 해조가공 제품생산으로 수출증대에 이바지하여 농가 소득증대 및 부가가치의 향상을 도모할 수 있는 효과를 가졌다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 해조류를 이용한 식물 성장촉진제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 이를 더욱 상세하게 설명하면, 미역, 다시마, 톳 및 파래의 해조류를 시료로 하여, 선택된 시료에 대하여 10배량의 2% NaHCO₃ 시약을 가하고, 시약이 첨가된 시료를 30분 동안 100℃로 교반 가열하여, 해조류의 잔사를 여과하고, 그 여액을 1 N HCl을 사용하여 pH 2.0 또는 그 여액을 1 N NaOH를 사용해 pH 7.0으로 여과조정한 후, 여과 조정된 각각의 여액을 2,800 rpm에서 15분간 원심분리하여 잔사를 제거하고, 분리 깔대기에 여액과 에틸아세테이트100 ㎖를 넣고 교반한 다음 상층을 1회 취하고, 상기의 과정과 동일한 방법으로 2회 더 취하여, 총 3회 모은 상층액을 진공 농축시킨 해조류 추출물이다, 이 해조류의 추출물은 식물의 성장을 촉진하는 효능을 가지는 것으로, 무공해 천연 해조류를 이용한 액상비료, 분말형태, 해조 - 황토 클러스터(환)로 제조하여 사용하게 됨을 특징으로 하는 해조류를 이용한 식물 성장촉진제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 아래 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 만 한정되어지는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능하다.

[ 실시예 1] 해조류의 추출 및 정제

도 1은 시료로 이용한 해조류의 사진으로 A는 미역, B는 다시마, C는 톳, D는 파래를 나타내고 있으며, 부산시 기장산의 미역, 다시마, 톳 및 파래, 전라남도 완도산의 미역, 다시마, 톳을 구입하여 -20℃ 이하의 냉장고에 보관하면서 실험에 이용하였으며 (도 1),

도 2는 해조류로부터 식물 호르몬의 추출과정의 흐름도를 나타내는 것으로, 이를 더욱 상세하게 설명하면, 즉, 시료에 대하여 10배량의 2% NaHCO₃를 가하고, 핫플레이트(hot plate)상에서 30분 동안 100℃로 교반 가열하였다. 잔사를 여과하고 그 여액을 1 N HCl을 사용하여 pH 2.0으로 여과조정한 후, 2,800 rpm에서 15분간 원심 분리하여 잔사를 제거하고, 분리깔대기(separating funnel)에 여액과 에틸아세테이트(ethyl acetate) 100 ㎖를 넣고 충분히 흔든 다음 상층을 1회 취하였다. 다시 동일한 방법으로 2회 더 취하였으며, 이렇게 하여 3회 모은 상층을 진공 농축시켜 메탄올로 3 ㎖로 정용하여 IAA, ABA 및 GA₃ 분석에 사용하였다.

그리고 별도로 보관한 여액을 1 N NaOH를 사용해 pH 7로 조정한 후, 분리깔대 기(separating funnel)에 여액과 에틸아세테이트(ethyl acetate) 100 ㎖를 넣고 충분히 흔든 다음 상층을 취하였다. 동일한 방법으로 2회 더 취하여 총 3회 모은 상층을 진공 농축시켜 메탄올로 3 ㎖로 정용하여 제아틴(zeatin) 분석에 사용하였다.

[ 실시예 2] HPLC 에 의한 시료의 활성물질의 검색 및 분석

1) 시약 및 분석기기

Indole-3-acetic acid (IAA), abscisic acid (ABA), gibberellic acid (GA₃), trans-zeatin (zeatin)의 표준품은 시그마사제, potassium phosphate NaHCO₃는 Kanto 사제, acetic acid, methanol은 Merck사제, HPLC용 용매는 Merck사제를 사용하였다. HPLC system은 Jasco 사제의 Jasco FP-1580 intelligent HPLC Pump, Jasco DG-1580-544-Line Degasser, Jasco LG-1580-04 Quaternary Gradient Unit, 원심분리기는 MF-600(한일과학), UV 스펙트로포토메터는 U.V-340 (TURNER), pH 메터는 IQ-240(IQ사)의 제품을 사용하였다.

2) 표준용액의 조제

해조류에서 식물 성장 호르몬을 분리 및 정량하기 위해서 표준물질인 IAA, zeatin, GA₃, ABA를 사용 하였다.

가) IAA ( Indole -3- acetic acid ) : IAA는 식물 조직과 세포 배양에 있어서 세포의 분열을 유도하는 능력으로 인해 일차적으로 알려진 물질로서, 표준품 IAA 20 ㎎을 정밀히 달아 메탄올에 녹여 메스플라스크에 넣고 메탄올로 100 ㎖ 되게 하여 표준원액 (200 ppm)으로 하였다. 정량시험을 위한 검량선 작성은 이 표준원액을 2, 5, 10 및 20 ppm의 농도가 되게 희석하여 사용하였다.

나) Zeatin ( trans - zeatin ) : 제아틴(zeatin)은 옥수수의 배젖에서 분리한 싸이토키닌(cytokinin)의 일종인 성장호르몬으로서, 표준품 zeatin 10 ㎎을 정밀히 달아 메탄올에 녹여 메스플라스크에 넣고 메탄올로 100 ㎖ 되게 하여 표준원액 (100 ppm)으로 하였다. 정량시험을 위한 검량선 작성은 이 표준원액을 10, 20, 50 및 100 ppm의 농도가 되게 희석하여 사용하였다.

다) GA ₃ ( gibberellic acid ) : 지베렐린산(gibberellic acid)은 식물의 신장 촉진, 종자발아 촉진, 개화촉진, 착과의 증가, 열매의 생장촉진 작용을 가지는 식물 생장 호르몬으로서, 표준품 GA₃ 50 ㎎을 정밀히 달아 메탄올에 녹여 메스플라스크에 넣고 메탄올 100 ㎖ 되게 하여 표준원액 (500 ppm)으로 하였다. 정량시험을 위한 검량선 작성은 이 표준원액을 100, 250 및 500 ppm의 농도가 되게 희석하여 사용하였다.

라) ABA ( abscisic acid ) : 아브시스산(abscisic acid)은 식물의 생장 기능을 조절하는 호르몬으로서, 표준품 ABA 20 ㎎을 정밀히 달아 메탄올에 녹여 메스플라스크에 넣고 메탄올로 100 ㎖ 되게 하여 표준원액 (200 ppm)으로 하였다. 정량시험을 위한 검량선 작성은 이 표준원액을 2, 5, 10 및 20 ppm의 농도가 되게 희석하여 사용하였다.

3) HPLC 에 의한 시료 중의 활성물질의 검색

본 발명의 연구 과정 중 예비실험을 통하여 선정한 HPLC의 최적 분석조건에 의하여 분석하였다. 즉, IAA, zeatin, GA₃ 및 ABA의 분석은 각각 표 1~4와 같은 조건으로 행하였으며, 표준용액 및 검체 용액은 주사기 필터 (재질: PTFE)로 여과한 후 HPLC 분석에 사용하였다.

4) HPLC에 의한 분석

상기와 같은, HPLC의 최적 분석조건에 의하여 시료 해조류를 도 2와 같은 방법으로 전처리하여 HPLC 분석 시료로 이용하였다.

시료로 사용한 미역, 다시마, 톳 및 파래 생조체 중의 성장 호르몬의 HPLC 분석결과는 도 3 ~ 6과 같았으며, 결과 zeatin은 동시분석이 가능하지 않았으나 미량 수준으로 존재하는 IAA, ABA 및 GA₃의 검출이 가능하였다.

[실시예 3] 해조류 추출물의 추출 최적 조건 선정

아래와 같은 주요 영향 요인들에 대하여 3회 반복 실험 조사하여 해조 추출물의 추출 최적 조건을 선정하고, 시제품 해조 추출물을 제조하였다. 즉, 해조 시료 3 kg에 2% NaHCO₃ 용액 30 ℓ을 넣은 후 100℃에서 30분간 가열 및 교반하여, 이것을 여포로 여과하고, 여액은 따로 모아 1/10로 감압농축한 후, pH 3.0조정하여 산화방지제를 각각 첨가하여 보관하였다 (액상시료). 이때 발생되는 잔사는 동결 건조하여 분말로 보관하였다(분말상 시료).

가) NaHCO ₃ 농도에 따른 영향

농도에 따른 추출 최적 조건을 확립하기 위하여 검체 10 g에 0.5, 1, 2, 5% NaHCO₃ 용액 100 ㎖을 농도별로 넣은 후 농도에 따른 추출효율을 살펴보았으며, 표 5는 중탄산나트륨의 농도차에 따른 IAA 의 함량변화를 나타낸 것으로, 미역과 다시마의 경우 모두 중탄산나트륨의 농도가 2%일 때, 추출 효율이 가장 높게 나타났으며, 미역 및 다시마 추출물 중의 IAA 함량은 각각 0.338±0.189 ppm 및 0.391±0.184 ppm이었다.

나) 가열시간에 따른 영향

가열 시간에 따른 최적조건을 확립하기 위하여 검체 10 g에 2% NaHCO₃ 용액 100 ㎖을 넣은 후, 100℃에서 가열 및 교반을 하여 시간에 따른 추출효율을 살펴보았으며, 표 6은 가열시간에 따른 IAA 의 함량변화를 나타내는 것으로, 2% 중탄산나트륨으로 각각 30분, 60분, 90분 및 120분간 가열하여 시료 해조 추출물 중의 IAA 함량을 조사한 결과, 미역과 다시마의 경우 모두 가열 시간 30분에서 가장 좋은 효율을 보였으며, 미역과 다시마 추출물 중의 IAA 함량은 각각 0.280±0.052 ppm 및 0.310±0.050 ppm이었다.

[실시예 4] 생물검정에 의한 활성 검색

고등식물의 조직으로부터 식물성장 호르몬을 추출, 정량하는 방법은 여러 가지로 알려져 있으나 해조류에 관하여는 이에 대한 연구가 잘 알려져 있지 않고 있으나, 본 발명에서의 생물학적 검정은 무순(Radish seeds), 메밀(Buckwheat), 유채(Rape) 및 들깨(Perilla seeds) 종자 [(주)아람원예종묘]를 시중에서 구입하여 수경재배 및 Petri-dish 상에서의 배양기간 중 대조구와 해조류 생조체 첨가구의 종자 성장 정도를 비교하였다. 또한 해조 추출 농축액의 농도를 달리하여 수경재배 중 이들 종자의 성장 정도(성장 촉진 효과)를 동일한 방법으로 비교 조사하여 활성을 검색하였으며, 그 결과를 확인할 수 있었다.

도 7은 무순(Radish seeds)의 1일과 7일 후의 배양사진을 나타낸 것으로, 상세하게 설명하면, 무순(Radish seeds)을 이용하여 미역(Sea mustard) : 100 g과 증 류수(D.W.) 1,500 ml 을 이용하여 수경재배에 의한 생물활성을 비교한 것으로, 1일 배양과 7일 배양으로 하여 시간에 따른 식물의 성장 상태를 사진으로 나타낸 것이다.

그 결과는 7일간 배양 하였을 경우, 미역이 첨가된 수경재배에서 무순의 성장 상태가 증류수만을 사용한 비교군보다 매우 양호하게 성장한 것으로 인하여 해조류의 추출물에 의한 식물의 성장 촉진효과를 보였다.

도 8는 무순과 메밀의 종자가 11일간 배양된 식물종자의 사진을 나타내며, 도 9는 들깨와 유채의 종자가 11일간 배양된 식물종자의 사진을 나타낸 것으로, 상기 사진(도 8, 9)에서 보는 바와 같이, 해조류로 인한 무순, 메밀, 들깨와 유채 종자의 성장 촉진 효과를 확인할 수 있었다.

[실시예 4] 해조류의 활성물질을 이용한 생물학적 활성 검정 시험

1) 시험 재료

시료는 부산시 기장산의 생미역 및 생다시마를 구입하여 -20℃ 이하의 냉장고에 보관하면서 실험에 이용하였으며, 시험 종자로는 시판되고 있는 메밀(buckwheat), 무순(radish) 및 녹두(mung bean) 종자를 구입하여 수경재배 시험에 사용하였다.

2) 활성획분의 이화학적 및 생물검정 분석

시료 해조류의 활성물질을 이용하여 식물생장에 미치는 요인들을 생물학적 검정을 이용해 식물생장에 직접적으로 어떤 요인들이 미치는지를 알아보기 위하여 메밀, 무순 및 녹두 등의 식물 종자를 1% sodium hypochlorite용액에 20분간 침지 소독시킨 다음, 흐르는 물에 3시간 세척하여 이것을 생물학적 검정에 사용하였다.

시험 종자의 배양은 멸균한 페트리 디쉬 내에 여과지를 깔고 종자를 넣은 후 제조한 배양액을 넣어 25±1℃ 암실에서 배양하였다. 또한 각종 종자의 수경재배 (water gardening) 중 배양수에 해조류를 일정량 첨가하였을 경우 각 종자의 성장에 미치는 영향을 조사하였는데, 배양판에 무순 종자를 일정한 양을 올린 후 수경재배 용기 내의 증류수에 해조류를 일정량 첨가한 경우를 비교하였다. 해조류는 약 1 cm x 1 cm 크기로 절단한 것을 사용하였으며 실온 및 실내 조도 하에서 배양하였다.

시험에 사용된 종자의 수경재배시 해조류 추출물 농축액에 첨가한 보존료의 종류와 농도에 따른 영향은 4 종류의 보존료를 넣은 미역 농축액, 즉 ①phosphoric acid를 넣어 pH 3~3.5까지 맞춘 것과 ②acetic acid를 넣어 pH 3~3.5까지 맞춘 것과 ③benzoic acid를 (1g/ℓ)넣고, citric acid를 넣어 pH 3~3.5까지 맞춘 것과 ④sorbic acid를 (1 g/ℓ)넣고, citric acid를 넣어 pH 3~3.5까지 맞춘 것을 각각 0.01, 0.1, 1.0%의 농도로 희석하여 총 12종류의 배양액을 제조하여 시험에 사용하였다.

그 결과는, 도 10의 보존제 첨가와 미역 추출액의 농도차에 의한 수경재배 기간에 따른 무순의 성장 사진에서와 같이 설명하면, 다음과 같다.

즉, 0.01% phosphoric acid 의 경우는 3일째에 발아하기 시작하였으나 5일째 이후 에는 더 이상의 성장이 없었다. 0.1% phosphoric acid의 경우에는 2일째 4개의 종자 중 2개의 종자만이 성장의 조짐을 보였으며, 그 중에 하나의 종자에서는 뿌리가 나왔다. 4일째에는 하나의 종자에선 잔뿌리와 잎이 나타났으나, 8일째에는 발아는 4개의 종자 중 2개에서만 일어났으나, 줄기나 뿌리등으로의 성장은 하나에서만 잘 일어났다. 그리고 성장이 좋았던 것은 8일차 정도에 시들어 가기 시작하였으며, 나머지 2개의 종자는 발아조차 하지 않았다(일부 미도시).. 1.0% phosphoric acid 의 경우는 2일째에 발아되기 시작하여 3일째에는 4개중 3개의 종자에서 발아되었고 4일째에는 잔뿌리가 형성되기 시작하였고 6일째에는 잎이 나오고 줄기가 잘 성장하였으며 배양액 중에 곰팡이가 나타나기 시작하였다(일부 미도시).

0.01% acetic acid 의 경우는 2일째에 4개중 1개의 종자에서 발아가 시작하였고 3일째에는 나머지 3개 종자도 발아되기 시작하였으며, 4일째에는 성장이 좋았던 하나의 종자의 뿌리에서 잔뿌리 형성이 보였으며, 6일째에는 성장이 좋았던 하나의 종자의 잎은 형성되지 못하고 줄기 성장만 계속되었다. 9일째에는 어느 정도의 줄기의 성장은 하였으나 시들어 버렸으며 나머지 3개의 종자는 발아하지도 않았다(일부 미도시).

0.01% benzoic acid 의 경우는 2일째 발아되기 시작하여 3일째에는 뿌리, 줄기가 나오기 시작하였고 4일째에는 4개의 종자 중에 2개는 잔뿌리 형성이 나타나기 시작하였으며, 그 중 하나는 잎도 형성이 되었다. 9일째에는 성장이 좋았던 2개의 종자에서는 뿌리와 줄기의 성장이 좋았으나 시간이 갈수록 점차 시들어 갔으며, 나머지는 성장이 좋지 못하였다(일부 미도시). 0.1% benzoic acid 의 경우는 2일째 발 아되기 시작하였으며 3일째에 4개 종자 중에 3개에서 줄기와 뿌리가 나오기 시작하였다. 4일째에는 잔뿌리 형성이 보였으며 5일째에는 잎이 나오기 시작하며, 줄기 성장이 좋았으며 9일째에는 줄기도 길게 자라고, 잔뿌리의 형성도 좋았다. 1.0% benzoic acid의 경우는 2일째 발아되기 시작하였으며 3일째에는 배양액 중에 곰팡이가 나타나기 시작하였다(일부 미도시).

0.01% sorbic acid 의 경우는 2일째 발아되기 시작하여 3일째에 4개의 종자 중에 3개에서 뿌리와 줄기가 나왔으며, 나머지 하나의 종자에서는 발아의 조짐이 보였다. 4일째에는 잔뿌리가 형성되었고 5일째에는 줄기가 많아지고 잎이 나오기 시작하였으며, 9일째에는 줄기 및 뿌리의 성장이 좋았다. 0.1% sorbic acid 의 경우는 2일째에 발아되기 시작하여 3일째에 뿌리와 줄기가 나오기 시작하였고, 4일째에는 잔뿌리가 형성되기 시작하였으며 줄기의 길이 생장이 좋았다. 5일째에는 잎이 형성되었으며 9일째에는 줄기의 길이 성장이 좋게 나타나서 길게 잘 자랐으며, 뿌리의 성장 역시 좋아서 뿌리가 풍성하게 잘 자랐다. 1.0% sorbic acid의 경우는 2일째에 발아되기 시작하여 3일째에 뿌리가 나오기 시작하였고 4일째에는 뿌리와 줄기가 약간 성장하였으나 배양액 중에 곰팡이가 나타나기 시작하여 6일째 이후에는 곰팡이가 많이 나타났다(일부 미도시).

이상의 12종의 배양액중에 3개의 배양액에서 성장이 좋게 나타났는데, 0.1% benzoic acid와 0.01% 및 0.1% sorbic acid에서의 무순 종자의 성장이 좋았다. 나머지의 경우엔 발아를 전혀 하지 않은 것도 있었으며, 배양 중에 곰팡이의 오염으로 인하여 성장에 영향을 미친 것도 있었다. 해조 추출 농축물의 보존을 위한 첨가 제의 사용에 있어 이러한 부수적인 영향을 고려해야 된다는 점을 알 수 있었으며, 해조류를 이용한 액비제조에 보존료의 선택 및 그 영향에 관한 유용한 정보가 될 것으로 예상된다.

[ 실시예 5] 유용 케미칼의 산업화 가공적성

1) 저온 진공법에 의한 해조 extract 농축액 제조

해조류로부터 성장 활성 물질을 효율적으로 추출하기 위하여 중탄산나트륨의 농도 및 가열시간 등의 영향 요인들에 대하여 조사하여 선정된 최적 제조 조건에 따라 대량생산을 위한 목적으로 scale-up하여 해조 추출물을 제조하였다. 즉, 해조 시료 3 kg에 2% NaHCO₃용액 30 ℓ을 넣은 후, 30분간 가열 및 교반하여, 이것을 여포로 여과하고 여액은 따로 모아 감압농축한 후, 해조 추출물을 제조하였다.

해조 추출물로부터 불용성물질을 제거하기 위하여 소량 생산의 경우에는 여포를 이용한 여과법을 사용하였으나 여액의 점도가 높아 여포를 이용한 여과법은 시간이 많이 소비되어 원심분리법으로 불용성 물질을 분리 제거하였다. 이러한 원심분리법이 여과법에 비하여 대량생산을 목표로 한 산업적 응용에 도움이 될 것으로 판단되었다.

원심분리법을 이용하여 분리된 여액은 따로 모아 저온진공법으로 그 부피를 약 1/10 정도 될 때 까지 농축한 후, 4종류의 보존료를 각각 첨가하고 pH 3.0 으로 조 정하여 농축액으로 보관하여 액상비료 사용할 수 있다.

2) 화인밀 공정에 의한 분말 제조

미역과 다시마의 염분을 제거하기 위하여 먼저 시료를 흐르는 수돗물에 30분간 침지 수세하였으며, 자연건조 및 동결건조한 후 분쇄하여 미세분말을 만들어 해조 분말시료로 사용하였다.

수세용액과 해조 조체는 전반적으로 비슷한 염분 농도를 가졌으며, 평균적으로 4번째 수세과정인 20분에서 대부분의 염분이 제거되었다. 분쇄과정은 건초의 분쇄에 주로 이용되는 Burr mill법을 이용하였으며, 실험실 내에서는 mortar를 이용하여 분쇄하였다. 미세분말 형태는 미생물의 발육을 억제시켜 저장성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 영양성분의 보존에도 긍정적인 영향을 준다고 알려져 해조류를 이용한 다양한 산업화 응용에 많은 도움이 될 것으로 생각된다(도 12~14 참조).

3) 해조-토양 클러스터 제조

토양 클러스터의 제조 과정은 먼저 미역, 다시마를 이용하여 전처리 과정으로 세척과정에 의해 이들을 수돗물로 30분간 침지하고, 미역과 다시마 조체를 3회 정도의 수세 과정을 거쳐 염분을 제거한 뒤, 동결건조 과정 후, 이를 파쇄하여 분말형태로 만들었으며, 그 다음 해조류 분말을 황토와 3 : 5의 중량 비율로 혼합하고 결착제를 사용하여 혼합, 압착, 사출, 세절, 성형 및 건조 공정을 통하여 제조하였다

(도 11~14 참조).

도 11~14는 해조 - 토양 클러스터의 제조 과정의 흐름도 및 제조 과정에 사용된 주요 제조장치를 나타내는 것으로, 이와 같은 장치를 이용하여 만들어진 각종 클러스터를 나타내고 있다.

본 발명은 해조류를 원료로 한 식물 성장 촉진 및 토질개선용 제품은 이러한 점에서 매우 투자가치가 높다고 할 수 있다. 산업에 미치는 파급효과를 보면, 현재 일부 수입되고 있는 제품을 순수한 국내 개발 기술로써 대체할 수 있으며, 대량양식 생산되는 해조류의 소비를 확대시켜 양식어민의 소득을 증대하고, 연중 유통 가능한 새로운 분야의 해조가공 제품생산으로 수출증대에 이바지하여 농가 소득증대 및 부가가치의 향상을 도모할 수 있을 것이다.

경제적인 측면에서 보면, 해조류 가공제품은 국내외의 안정적 소비수요를 갖고 있을 뿐만 아니라 해안 인근 농어촌지역에서 중소규모 지역 특산품화 품목으로 적합하여, UR 대응 및 수출상품화 품목으로 매우 유망한 수산가공품이라 할 수 있다. 국내에서 대량생산되는 해조류를 이용한 산업을 활성화시킴으로서 어민소득 증대 및 WTO 체제에 능동적으로 대처하고, 중국산 해조류 가공품에 대한 수출경쟁력이 있는 고차가공제품의 기술개발이 절실히 필요한 실정이다.

도 1은 시료로 이용한 해조류의 사진

도 2는 해조류로부터 식물성장제 추출과정의 흐름도

도 3은 미역 추출물의 식물 성장 호르몬의 HPLC 분석결과

도 4는 다시마 추출물의 식물 성장 호르몬의 HPLC 분석결과

도 5는 톳 추출물의 식물 성장 호르몬의 HPLC 분석결과

도 6은 파래 추출물의 식물 성장 호르몬의 HPLC 분석결과

도 7은 무순(Radish seeds)의 1일과 7일 후의 배양사진

도 8는 무순과 메밀의 종자가 11일간 배양된 식물종자의 사진

도 9는 들깨와 유채의 종자가 11일간 배양된 식물종자의 사진

도 10은 보존제 첨가와 미역 추출액의 농도차에 의한 수경재배 기간에 따른 무순의 성장 사진

도 11은 해조 - 황토 클러스터의 제조 과정의 흐름도 및 제조 과정에 사용된 주요 제조장치

도 12은 해조 - 황토를 이용하여 분말 또는 환으로 제조된 각종 클러스터

도 13는 해조 - 황토를 이용하여 분말 또는 환으로 제조되어 용기에 담긴 각종 클러스터

도 14은 해조 - 황토를 이용한 다른 실시예를 나타낸 클러스터

Claims (7)

1. 미역, 다시마, 톳 및 파래 중 선택된 하나의 해조류를 시료로 이용한 것으로,

   1) 선택된 시료에 대하여 10배량의 2% NaHCO₃ 시약을 가하고,

   2) 시약이 첨가된 시료를 30분 동안 100℃로 교반 가열하여

   3) 해조류의 잔사를 여과하고, 그 여액을 1 N HCl을 사용하여 pH 2.0 으로 여과조정한 후,

   4) 여과조정된 여액을 2,800 rpm에서 15분간 원심분리하여 잔사를 제거하고,

   5) 분리 깔대기에 여액과 에틸아세테이트100 ㎖를 넣고 교반한 다음 상층을 1회 취하고,

   6) 상기 5)의 과정과 동일한 방법으로 2회 더 취하여, 총 3회 모은 상층액을 진공 농축시켜 메탄올로 3 ㎖로 정용하여 IAA, ABA 및 GA₃ 분석에 사용함을 특징으로 하는 해조류 추출물의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   3)의 과정은, 해조류의 잔사를 여과하고, 그 여액을 1 N NaOH를 사용해 pH 7.0으로 조정한 후,

   4) 여과조정된 여액을 2,800 rpm에서 15분간 원심분리하여 잔사를 제거하고,

   5) 분리 깔대기에 여액과 에틸아세테이트100 ㎖를 넣고 교반한 다음 상층을 1회 취하고,

   6) 상기 5)의 과정과 동일한 방법으로 2회 더 취하여, 총 3회 모은 상층액을 진공 농축시켜 메탄올로 3 ㎖로 정용하여 제아틴(zeatin)분석에 사용함을 특징으로 하는 해조류 추출물의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항의 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 해조류 추출물.
4. 제 3항의 해조류 추출물은 식물의 성장촉진 효능을 가진 것을 특징으로 하는 해조류를 이용한 식물 성장촉진제.
5. 제 3항에 있어서, 해조류 추출물을 저온진공법으로 그 부피를 1/10 까지 농축한 후, 벤조익산(benzoic acid) 또는 소르빅산(sorbic acid) 중 선택된 하나의 보존료를 첨가하고 pH 3.0으로 조정한 액상의 해조류 추출물이 식물의 성장촉진 효능을 가진 것을 특징으로 하는 해조류 추출물
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