KR101043568B1 - 폐 모발의 가수분해 및 미생물 발효에 의해 제조된 유기질 비료의 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물로 버려지는 사람의 모발을 알칼리성 환경에서 열처리를 통해 가수분해하여 얻은 유기질 비료 또는 여기에 토양 미생물을 이용하여 발효하여 얻어진 유기질 비료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이발소 또는 미용실에서 버려지는 모든 종류의 인모를 원료로 사용함으로써 폐기물을 재활용하여 인모를 구성하는 큐티클 세포층, 모피질의 케라틴 단백질, 멜라닌 색소분자, 모수질 세포질을 완전히 가수분해하여 액상으로 전환하여 사용하거나 또는 여기에 숲의 부식토에 서식하는 건강한 토양 미생물을 첨가하여 발효함으로써 모발 가수분해 물질의 화학적 구조물을 생물학적인 유용물질로 전환하여 제조되는 것을 특징으로 하는 유기질 비료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐 모발의 가수분해 및 미생물 발효에 의해 제조된 유기질 비료의 조성물 및 이의 제조방법{Method for preparation of organic fertilizer by hydrolysis and fermentation of waste human hair}

본 발명은 폐기물로 버려지는 사람의 모발을 알칼리성 환경에서 열처리를 통해 가수분해하여 얻은 유기질 비료 또는 여기에 토양 미생물을 이용하여 발효하여 얻어진 유기질 비료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이발소 또는 미용실에서 버려지는 모든 종류의 인모를 원료로 사용함으로써 폐기물을 재활용하여 인모를 구성하는 큐티클 세포층, 모피질의 케라틴 단백질, 멜라닌 색소분자, 모수질 세포질을 완전히 가수분해하여 액상으로 전환하여 사용하거나 또는 여기에 숲의 부식토에 서식하는 건강한 토양 미생물을 첨가하여 발효함으로써 모발 가수분해 물질의 화학적 구조물을 생물학적인 유용물질로 전환하여 제조되는 것을 특징으로 하는 유기질 비료 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

유기질 비료는 식물의 생장에 필요한 영양원소를 공급하기 위해 사용하는 물질이 아니고 근권(뿌리 주변) 또는 경작지에 서식하는 토양 미생물의 증식과 종 다양성을 유지하기 위해 필요한 영양 성분을 포함한다.

이와 반대로 화학적으로 합성한 비료는 무기질로 구성되어 있어 식물이 직접 흡수하여 식물의 광합성 및 세포대사에 이용된다. 이론적으로 화학비료(N, P, K)는 식물의 생장에 필요한 영양원으로 작용하기 때문에 기능성과 효율성을 중심으로 평가하면 식물에게 매우 유용한 물질이다. 그러나 질소와 인은 토양을 산성화하여 토양의 입자를 응집하는 작용을 하므로 토양의 물질이동과 토양 미생물의 생장을 저해할 수 있다. 식물의 생장 근거는 토양이기 때문에 토양의 기능성이 약해지면 지속적으로 화학비료에 의존하여 농작물을 재배해야 하는 화학 의존성의 경작을 반복할 수 밖에 없다. 토양을 구성하는 무기질의 물리화학적 풍화작용에 의존하여 생성되는 수용성의 미네랄은 강수에 의해 유실될 수 밖에 없다. 또한 경작지의 산성화는 토양의 풍화작용을 촉진하여 지속적으로 미네랄의 유실을 촉진한다. 이러한 물리화학적 풍화작용을 억제하고 경작지 토양의 미네랄을 보존하기 위해서는 토양의 미생물이 생장하는데 필요한 충분한 양의 유기물질이 존재해야 한다. 숲은 지속적으로 낙엽과 낙엽을 먹고 사는 작은 동물의 사체와 배설물에서 유래한 유기물질이 지속적으로 토양에 공급되기 때문에 부식질의 토양을 생산하는 기능이 뛰어나다. 이러한 부식질 토양의 90% 이상은 미생물로 구성된다. 미생물은 지속적으로 증식하고 사멸하는 과정을 반복하는 생장특성을 가지고 있어 미생물의 대사과정에서 생산된 미네랄과 죽은 미생물의 세포에 포함된 미네랄은 식물의 생장을 위해 부족함이 없다. 또한 잉여 미네랄은 미생물에 의해 대사에 이용되기 때문에 생체 구성물질로 동화되어 수용성의 상태로 경작지로부터 유실될 가능성이 매우 희박해 진다. 동서고금을 막론하고 동물의 분변은 유기질과 무기질이 모두 포함된 물질로 식물의 경작을 위하여 가장 유용한 유기질 비료로서 사용되고 있다. 동물의 분변에 포함된 유기물은 미생물에 의해 생체 구성물질로 동화되고 암모니아성 질소와 미네랄은 식물의 질소동화작용에 필요한 영양원으로 작용한다. 이러한 과정에서 토양의 미생물은 잉여의 미네랄과 암모니아성 질소를 보존하는 기능을 갖기 때문에 토양의 생물리화학적 순환 기능을 유지할 수 있도록 물질 수준의 균형을 조절한다. 식물의 근권에는 다양한 미생물이 식물과 공생관계를 유지한다. 이러한 미생물 종은 식물의 뿌리에서 분비되는 유기산과 산소 등을 이용하여 증식하고 미생물은 근권에 병원성 미생물이 접근하거나 서식하는 것을 저해하는 기능을 갖기 때문에 안정한 근권 미생물이 형성되면 토양의 물질순환과 식물의 생장이 촉진되는 반면, 유해한 미생물의 증식 등이 차단되어 식물의 뿌리는 건강하게 생장할 수 있고, 줄기와 잎에 공급되는 영양소의 균형이 유지될 수 있어 작물의 생산성은 증가할 수 밖에 없다.

농업혁명은 농업 생산성을 획기적으로 개선할 수 있는 방법을 제공하고 있으나 경작지 토양의 생태적인 균형을 파괴하여 건강하지 않은 농작물을 생산하고 먹을 수 밖에 없는 문제의 원인이 되기도 한다. 경작지 토양의 생태적인 기능은 미생물에 의해서만 균형을 유지할 수 있고 미생물은 유기질의 영양물질을 요구한다. 숲은 토양 미생물의 생장에 필요한 유기물질을 지속적으로 제공할 수 있지만 경작지의 토양 미생물은 농작물로부터 유기물질을 공급받기 어렵다. 농작물에서 발생하는 부산물(줄기, 잎, 뿌리)은 대부분 경제적인 목적과 경작의 편리성을 이유로 경작지로부터 제거되기 때문이다. 따라서 토양에 유기물질을 편리하고 유용하게 공급할 수 있는 대체물질의 개발이 요구된다. 음식물 쓰레기와 하수처리장에서 발생하는 슬러지는 모두 경작지에 사용 가능한 유기물질이지만, 음식물 쓰레기는 완벽한 분리수거, 분쇄, 액화, 발효, 염분 제거공정 등의 과정을 통해 유기질 비료화가 가능하고 슬러지의 비료화를 위해서는 액화와 중금속 제거공정이 필요하다. 상기의 두 가지 잠재적인 가능성이 가장 높은 비료화를 위한 대상은 복잡한 생산공정뿐만 아니라 부가적으로 분리하여 폐기해야 할 잔류 물질을 남기기 때문에 경제성과 유용성의 측면에서 기능성이 낮다.

따라서, 상기의 대체물질 이외에 토양에 유기물질을 편리하고 유용하게 공급할 수 있는 대체물질의 개발이 시급히 요구된다.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 경작지에 유기물질을 유용하게 공급할 수 있는 유기질 비료 조성물로서, 미용실이나 이발소에서 버려지는 사람의 모발 및 알칼리 수용액, 인산을 포함하는 것을 특징으로 하는 모발을 포함하는 유기질 비료의 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 폐기물로 버려지는 사람의 모발을 화학적으로 가수분해하여 모발을 구성하는 고분자 물질을 수용성의 저분자 물질로 전환하고 이를 추가로 첨가시키는 미생물을 이용하여 발효함으로써 질소와 인산염을 함유하는 퇴비 수준의 액상의 유기질 비료 조성물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 폐 모발을 농업용 유기질 비료로 전환하여 폐 모발의 매립에 의해 발생하는 토양의 오염과 생태계의 교란을 예방하고 소각 과정에서 발생하는 질소와 황산화물의 발생을 차단함으로써 광화학반응에 의해 유래하는 대기의 오염원인을 저감할 수 있는 녹색기술의 목적에 부합하는 기술의 개발을 제공하는 것이다.

본 발명은 첫 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여,

(1) 모발을 알칼리성 수용액과 접촉시켜 모발 가수분해 알칼리 액을 수득하는 단계, 및

(2) 상기 모발 가수분해 액에 산을 첨가하여 중화시켜 모발 가수분해 중화액을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비료 조성물의 제조방법을 개시한다.

또한, 본 발명은 두 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여,

(3) 상기 모발 가수분해 중화액에 미생물을 첨가하여 발효시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비료 조성물의 제조방법을 개시한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 (1) 단계는 0.3-1 M의 알칼리성 수용액에 모발을 침적시키고 상기 모발이 침적된 알칼리성 수용액을 밀폐된 공간에서 80-150 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 가압 처리함으로써 수행되고,

상기 (2) 단계는 인산을 이용하여 pH 7-8로 중화함으로써 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 (3) 단계는 부식토를 용매에 현탁한 후 그 상층액을 원심분리하여 얻은 침전물을 상기 모발 가수분해 중화액에 첨가하여 발효시킴으로써 수행될 수 있다.

본 발명은 세 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여,

모발 가수분해물을 포함하는 비료 조성물을 개시한다.

본 발명은 네 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여,

미생물 발효물을 추가로 포함하는 비료 조성물을 개시한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 모발 가수분해물은 0.3-1 M의 알칼리성 수용액에 모발을 침적시키고 상기 모발이 침적된 알칼리성 수용액을 밀폐된 공간에서 80-150 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 가압 처리함으로써 수득될 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 미생물 발효물은 상기 모발 가수분해물을 포함하는 수용액에 미생물을 첨가하고 발효시킴으로써 수득될 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 상기 미생물 발효물은 부식토를 용매에 현탁한 후 그 상층액을 원심분리하여 얻은 침전물을 상기 모발 가수분해 물을 포함하는 수용액에 첨가하여 발효시킴으로써 수득될 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 상기 모발 가수분해물은 케라틴 및 멜라닌 성분이 펩티드, 아미노산, 지방산, 다가 알코올을 포함하는 저분자 물질로 가수분해된 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 상기 비료 조성물은 인 성분을 추가로 포함할 수 있다.

이하, 본 발명에 기재된 용어를 설명한다.

용어 "부식토"란 인공부식질 토양으로서 상품명은 바로커이며, 코코피트 65-70 중량%, 피트모스 8-12 중량, 질석 10-14 중량%, 제올라이트 5-8 중량%, 펄라이트 5-8 중량%, 수용성비료-질소인산가리로 구성된 인공토양을 의미한다. 이는 식물의 생장을 위해 최적화된 인공 토양으로서, 상기 바로커에 포함된 코코피트는 섬유질과 리그닌 성분이 많아 부엽토 대용으로 사용되는 재료이고, 상기 피트모스는 습지, 늪 등에 수생식물, 기타 서식식물이 부식화되어 형성된 유기질 토양이다.

또한, 본 발명에 기재되어 있는 비교예와 실시예에 기재되어 있는 "고추밭"은 실험 결과의 재현성과 신뢰도를 높이기 위해 상기 바로커를 사용하여 인공적으로 소형 고추밭을 형성한 것이다.

본 발명에 따른 폐기되는 모발로부터 유래되는 유기질 비료의 조성물 및 이의 제조방법에 의하면, 환경오염을 일으키는 폐기되는 모발(인모)을 재활용할 수 있어 환경을 보호하고, 모발을 전처리없이 그대로 물리화학적으로 가수분해한 후 사용가능하거나, 여기에 미생물을 첨가시켜 생물학적으로 발효함으로써, 케라틴 단백질 및 멜라닌이 함유된 모발을 이용하여 화학적으로 유해성이 없으면서도 이로 인하여 고농도의 탄소, 질소와 황을 함유하고 있어 유기질 비료로서의 우수한 기능을 갖고, 미생물을 이용하여 발효함으로써 유무기질 영양물질과 미생물을 포함하는 천연비료로서의 특성을 갖는 유기질 비료로서 사용이 가능하여 토양의 미생물량을 증가시키고 이에 따라 식물의 생장을 촉진시키며 병원균의 생장은 저해시키는 효과를 갖는다.

도 1은 폐 모발을 알칼리 조건에서 열 처리하여 가수 분해하여 얻은 수용성의 물질로 멜라닌을 함유하고 있어 검은 색을 띠는 혼합물질을 나타내는 사진이다.
도 2는 30일간 배양한 어린 고추 싹에 본 발명에 따른 유기질 비료를 살포한 그룹(가)과 살포하지 않은 그룹(나)에 잎 마름병의 병원균인 풋마름 병원균(Ralstonia solanacearum) 배양액을 살포한 후, 6일 (A), 10 일 (B), 14일 (C), 18일 (D) 동안 배양하는 과정에서 생존한 고추 싹을 관찰한 사진으로서, 본 발명에 따른 유기질 비료를 살포한 토양에서 토착 미생물량이 증가하면서 병원균은 증식을 억제하였기 때문에 고추의 감염율이 낮아진 것이다.
도 3은 30일간 배양한 어린 고추 싹에 본 발명에 따른 유기질 비료를 살포한 그룹(▲)과 살포하지 않은 그룹(●)에 잎 마름병의 병원균인 풋마름 병원균(Ralstonia solanacearum) 배양액을 살포한 후 6일, 10일, 14일, 18일 동안 배양하는 과정에서 생존한 고추 싹의 정량적인 수를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 3에서 얻은 토양을 채취하고, 실시예 3에서 얻은 본 발명에 따른 유기질 비료를 물에 100 배 희석하여 3일 간격으로 30 일간 고추밭에 살포한 후 2주 간격으로 8주 동안 다섯 지점에서의 토양을 채취하여 혼합한 후, 직접 DNA를 추출하여 16S-rDNA를 증폭하고 이를 주형으로 16S-rDNA의 가변영역을 복제하여 온도구배전기영동(TGGE) 방법을 이용하여 분리한 결과를 나타낸 것으로서, 종 다양성을 나타내는 DNA의 다양성은 본 발명에 따른 유기질 비료를 살포한 토양(실시예 3)에서 증가한 것으로 나타났다.
도 5는 종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 부식질 토양(상품명 바로커)로 만든 소형 고추밭에 이식한 후 본 발명에 따른 유기질 비료를 3일 간격으로 30일간 살포하여 배양한 고추(a)와 살포하지 않고 배양한 고추(b)를 비교한 사진으로 발명에 따른 유기질 비료를 살포한 고추밭에서 생장한 고추(뿌리와 줄기의 경계부분을 잘라 뿌리를 제거)의 줄기와 잎의 발달 정도는 뚜렷한 차이를 보인다.

본 발명에서는 모발에 알칼리성 수용액을 첨가하고, 이를 중화시킨 후 유기질 비료로서 사용하거나, 여기에 미생물을 첨가시킴으로써 비료로서 사용함으로써, 천연 유기질 비료로서의 뛰어난 특성을 확인하였다.

본 발명에 따른 비료 조성물의 제조방법은

(1) 모발을 알칼리성 수용액과 접촉시켜 모발 가수분해 알칼리 액을 수득하는 단계, 및

(2) 상기 모발 가수분해 액에 산을 첨가하여 중화시켜 모발 가수분해 중화액을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 비료 조성물의 제조방법은

(3) 상기 모발 가수분해 중화액에 미생물을 첨가하여 발효시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 (1) 단계에서 상기 모발은 폐 모발로서, 미용실 등에서 나오는 산업 쓰레기를 사용할 수 있다. 이발과 미용 과정에서 발생하는 폐 모발은 소각하거나 매립할 수 밖에 없는데, 두 가지 처리방법 모두 환경오염의 원인이 될 수 있다. 상기 모발은 단백질이 주성분이기 때문에 소각과정에서 질소산화물과 황산화물이 집중 발생할 수 있고 매립하면 분해되는 시간이 지나치게 연장되어 토양에 농축되고 특정 미생물 군집이 머리카락을 매질로 과대 성장하여 토양의 물질이동을 저해할 가능성이 있다. 따라서 폐기성 모발을 소각하거나 매립하지 않고, 상기와 같이 알칼리성 수용액을 이용하여 가수분해시켜 비료 조성물로 사용할 수 있다.

또한, 상기 (1) 단계에서, 상기 알칼리성 수용액은, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된 알칼리 물질을 물에 용해하여 수득할 수 있고, 상기 알칼리성 수용액의 혼합비율은, 특별히 한정은 없으나, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘을 5-10 : 0.5-1.5 : 1일 수 있다.

상기 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘의 혼합비율은 5-10 : 0.5-1.5 : 1인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 가수분해반응이 제대로 이루어지지 않을 수 있거나, 또는 인산으로 중화하는 과정에서 침전물이 발생할 수 있고 또한 지나치게 강한 알칼리 처리를 하여 중화할 때 과량의 인산 사용이 필요할 수 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서, 상기 (1) 단계는 0.3-1 M의 알칼리성 수용액에 모발을 침적시키고 상기 모발이 침적된 알칼리성 수용액을 밀폐된 공간에서 80-150 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 가압 처리함으로써 수행하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 모발의 가수분해반응이 제대로 이루어지지 않을 수 있어 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서, 상기 (2) 단계에서 상기 산은, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면 인산, 질산, 황산, 젖산 및 구연산 등을 사용할 수 있으며, 바람직한 것은 인산이며, 그 중 진한 인산이 가장 바람직하다. 상기 진한 인산을 이용하여 pH 7-8로 중화할 수 있고, 상기 진한 인산은 농도가 7-15 M인 것이 바람직하고, 10 M 인 것이 가장 바람직하며, 상기 분해된 모발을 포함하는 수용성 현탁액의 pH가 7-8, 바람직하게는 8이 될때까지 상기 산을 첨가하여 중화하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 미생물을 배양할 때 생장을 저해할 수 있고, 침전이 생길 수 있으며, 또한 인을 보강할 수 없어 바람직하지 않다.

상기 (2) 단계에서 얻어진 상기 모발 가수분해 중화액은 검은 색을 띠는데, 이는 멜라닌소포(melanocyte)가 케라틴 단백질과 분리되어 가수분해되었기 때문으로, 멜라닌은 탄소와 질소 또는 황으로 구성된 화합물로 천연물질이기 때문에 미생물의 생장에 필요한 영양물질로 작용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (3) 단계에서, 상기 미생물은 부식토로부터 얻은 침전물을 통하여 얻을 수 있다.

상기 (3) 단계는 부식토를 용매에 현탁한 후 그 상층액을 원심분리하여 얻은 침전물을 상기 (2) 단계에서 얻은 모발 가수분해 중화액에 첨가하여 발효시킴으로써 수행될 수 있다.

상기 부식토는 일반적인 숲에서 채취한 부식토이면, 특별히 제한은 없고, 상기 용매는, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면 물, 바닷물 등을 사용할 수 있다.

상기 침전물은 상기 부식토를 용매에 현탁하여 가라앉힌 후 얻은 상층액을 2,000-4,000 xg에서 30 분 내지 1 시간 원심분리하여 침전물을 얻는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 원심분리가 제대로 이루어지지 않거나 경제적이지 않아 바람직하지 않다.

상기 침전물을 상기 (2) 단계에서 얻은 모발 가수분해 중화액에 첨가하여 23-30 ℃에서 5-7 일 동안 발효시키는 것이 바람직한데, 5일 미만이면 미생물의 생장이 부족하여 발효가 잘 되지 않아 바람직하지 않고, 7일을 초과하면 기간이 길어져 경제적이지 않아 바람직하지 않다.

상기 모발 가수분해 중화액 100 중량부에 상기 침전물 3-10 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 3 중량부 미만이면 미생물의 초기 생장이 느려질 수 있어 바람직하지 않고, 10 중량부를 초과하면 밀도효과가 증가하여 중화액을 기질로 적응 생장해야 하는 초기 미생물량이 많아 중화액의 생화학적 발효를 제한할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 (3) 단계에서, 상기 모발 가수분해 중화액에 미생물을 첨가하여 발효시키는 것은 폐기되는 모발을 그대로 가수분해하여 미생물이 기질로 이용할 수 있는 저분자의 유기성 화합물로 전환한 후, 토양미생물을 배양하고 첨가하여 유기질 비료로 사용하는 것이다. 상기 모발의 성분으로 인체의 생화학적 대사과정에서 합성된 세포질과 모발의 구조적인 안정성을 유지하기 위해 모발에 축적된 케라틴 단백질은 화학적으로 유해성이 없기 때문에 가수분해하여 그대로 사용하거나 미생물을 이용하여 발효하면 천연비료로서의 특성을 갖는 유기질 비료로서 사용이 가능하다. 또한, 상기 모발은 큐티클 세포층, 모피질의 케라틴 단백질, 멜라닌 색소분자, 모수질 세포질로 구성되어 있고, 이를 완전히 가수분해하여 액상으로 전환하고 숲의 부식토에 서식하는 건강한 토양 미생물을 첨가하여 발효함으로써 모발 가수분해 물질의 화학적 구조물을 생물학적인 유용물질로 전환하여 사용할 수 있다.

상기 미생물은 부식토에 존재하는 미생물을 포함하는 침전물에서 얻은 것으로서, 일반적인 숲에 형성된 부식토를 물에 현탁하여 가라앉힌 후 상층액을 원심분리하여 얻은 것이고, 부식토에는 미생물이 많이 존재하기 때문에 상기의 부식토를 이용하여 유무기질 영양물질과 미생물을 포함시킬 수 있다.

상기 미생물, 즉 자연계에 서식하는 미생물 중, 특히, 낙엽이 축적되는 숲의 표층토의 부식질 토양의 미생물은 생물량 뿐만 아니라 종 다양성이 매우 크기 때문에 이 미생물 군집을 이용하여 모발을 가수분해한 물질에 첨가시켜 발효하면 유무기질 영양물질과 미생물을 포함하는 비료 중의 최고봉인 퇴비와 같은 기능성을 갖는 액상의 유기질미생물비료의 제조가 가능하다.

본 발명에 따른 비료 조성물은 모발 가수분해물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비료 조성물은 미생물 발효물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 상기 모발 가수분해물은 0.3-1 M의 알칼리성 수용액에 모발을 침적시키고 상기 모발이 침적된 알칼리성 물질을 밀폐된 공간에서 80-150 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 가압 처리함으로써 수득될 수 있다.

상기 알칼리성 수용액은 0.3-1 M인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 가수분해가 제대로 일어나지 않을 수 있어 바람직하지 않다.

상기 0.3-1 M의 알칼리성 수용액 100 중량부에 모발 10-30 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 10 중량부 미만이면 알칼리성 수용액이 과량이어서 중화액을 과도하게 사용할 수 있는 등의 경제적 손실이 있을 수 있어 바람직하지 않고, 30 중량부를 초과하면 모발에 비해 알칼리성 수용액이 부족하여 가수분해가 제대로 일어나지 않을 수 있어 바람직하지 않다.

상기 알칼리성 수용액은, 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘 및 이들 2종 이상의 혼합물 중에서 선택된 알칼리 물질을 물에 용해하여 수득할 수 있고, 상기 알칼리성 수용액의 혼합비율은, 특별히 한정은 없으나, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨 및 수산화칼슘을 5-10 : 0.5-1.5 : 1일 수 있다.

본 발명에 사용되는 미생물 발효물은 상기 모발 가수분해물을 포함하는 수용액에 미생물을 첨가하고 발효시킴으로써 수득될 수 있다.

상기 미생물 발효물은 부식토를 용매에 현탁한 후 그 상층액을 원심분리하여 얻은 침전물을 상기 모발 가수분해 물을 포함하는 수용액에 첨가하여 발효시킴으로써 수득될 수 있다.

상기 부식토 100 중량부에 용매 300-700 중량부를 첨가하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 현탁액에 분산되는 미생물량이 충분하지 않아 발효시간이 연장될 수 있어 경제적이지 않아 바람직하지 않다.

본 발명에 사용되는 모발 가수분해물은 케라틴 및 멜라닌 성분이 펩티드, 아미노산, 지방산, 다가 알코올을 포함하는 저분자 물질로 가수분해된 것을 포함한다.

본 발명에 사용되는 모발은 피부의 표피세포의 변형된 구조로서 세포 구조물로 구성된 큐티클 세포층(외피), 모낭에서 증식하는 세포가 생산하는 케라틴 단백질, 멜라닌 색소과립, 벌집 모양의 다각형의 죽은 세포로 구성된 모수질 세포질로 이루어져 있는데, 세포 구조물을 제외한 대부분은 단백질이고, 모 표피를 구성하는 세포 구조물의 막은 지질 구조이며, 상기 모발 단백질 중 케라틴은 질소와 황을 첨가하고 있고, 멜라닌은 탄소와 질소 황으로 구성되어 있어 상기 모발은 식물체 구성의 주요한 성분으로서 식물의 생육에 반드시 필요한 질소, 탄소 및 황을 함유하고 있으므로, 상기 모발은 고농도의 질소, 탄소 및 황을 포함함으로써 천연 비료로서 매우 유용한 물질이다.

이와 같이 상기 모발은 여러 가지 단백질과 지질로 이루어져 있는 거대분자로 이루어진 모발 구조물로서, 상기의 모발을 가수분해하면 펩티드, 아미노산, 지방산, 다가 알코올 등을 포함하는 저분자 물질을 생산할 수 있다. 모발의 세포 구조물은 생합성되는 과정에서 다양한 무기 영양소가 세포 내에 축적되므로, 모발이 가수분해되어 저분자 물질이 존재하는 모발 가수분해물을 수용성으로 전환하여 비료가 얻어지면 미생물이 생장하기에 적합한 유기물과 무기물로 구성된 영양물질이 될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 유기질 비료는 어떠한 공정을 거치지 않고, 제조된 유기질 비료 그대로 사용이 가능하고 처리과정에서 잔류물질이 발생할 가능성이 없어 매우 유용하다.

본 발명에 따른 비료 조성물은 인 성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 인은 상기 모발 가수분해물을 중화시키기 위하여 사용되는 진한 인산을 포함함으로써 보강되는 것이다.

상기 진한 인산은 상기 모발 가수분해물을 중화시키고, 비료에 필수 성분인 인을 보강하기 위해서 사용되는 것으로서, 상기 진한 인산의 농도는 7-15 M 인 것이 바람직하고, 10 M 인 것이 가장 바람직하며, 가수분해된 분해모발물질을 pH가 7-8, 바람직하게는 8이 될때까지 첨가하여 중화하는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 침전이 생길 수 있고 인을 보강하지 못하는 경우가 생길 수 있어 바람직하지 않다.

이하, 바람직한 실시예에서 얻은 유기질 비료를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

비교예 1-6 및 실시예 1-5

비교예 1

청고병의 원인균인 풋마름 병원균(Ralstonia solanacearum )을 30일간 배양한 25그루의 어린 고추가 생장하고 있는 소형 고추밭에 살포하였다. 그 결과, 18일 만에 23 그루의 고추가 청고병에 의해 말라 죽었다(도 2의 (나) 참고).

비교예 2

종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 이식한 고추밭에 어떠한 비료도 원인균도 살포하지 않고 고추를 생장시켰다. 20일 후, 다섯 지점(샘플 1-5)에서 토양을 채취하여 희석평판법으로 세균의 수를 측정하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

비교예 3

종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 이식한 고추밭에 어떠한 비료도 원인균도 살포하지 않고 고추를 생장시켰다. 30 일 후, 2주 간격으로 8주 동안 다섯 지점에서 토양을 채취하여 혼합한 후 직접 DNA를 추출하여 16S-rDNA를 증폭하고 이를 주형으로 16S-rDNA의 가변영역을 복제하여 온도구배전기영동(TGGE) 방법을 이용하여 분리하였고, 그 결과를 표 3과 도 4에 나타내었다.

비교예 4

종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 이식한 고추밭에 어떠한 비료도 원인균도 살포하지 않고 고추를 생장시켰다. 30일 이후에 고추의 뿌리와 줄기 사이를 잘라내어 무게와 길이를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4와 도 5(b)에 나타내었다.

실시예 1

모발의 가수분해를 최적화하기 위하여 최종농도가 0.5 M인 알칼리 수용액 1리터에 잘게 자른 모발 100g을 침적하고 압력솥을 이용하여 120 ℃에서 30 분간 가압 및 가열처리하였고, 열처리 직후, 10 M의 진한 인산을 사용하여 pH를 8로 조정하여 모발 가수분해 중화액을 얻었는데, 이는 검은 색을 띠는 액상의 수용액이었다(도 1).

일반적인 숲에 형성된 부식토 100g을 500 ml의 수돗물에 현탁하여 가라앉힌 후에 현탁액의 상층액을 3,000 xg에서 40 분간 원심분리하여 침전물을 얻었고, 상기 침전물을 상기 모발 가수분해 중화액에 첨가하여 온도를 조정하지 않고 25 ℃에서 6일간 방치하여 부식토에서 분리한 미생물이 생장하도록 수행하여 본 발명에 따른 유기질 비료를 얻었다.

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기에서 얻은 유기질 비료를 동결건조하여 무게 기준으로 질소, 탄소, 산소, 수소, 황의 함량을 분석한 결과, 질소, 탄소, 수소, 황, 산소의 함량은 각각 14.65%, 48.14%, 6.46%, 2.36%, 28.39%로 질소, 탄소 및 황의 함량이 케라틴과 멜라닌 구성원소의 특징을 나타내고 있는 것으로서, 본 발명에서 얻은 유기질 비료는 모발을 구성하는 단백질과 멜라닌 구조에 고농도의 질소, 탄소 및 황을 함유하고 있다. 이러한 구성은 미생물이 생장할 수 있는 영양 조건을 충족하는 조건이다.

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 원소 구성은 토양의 미생물뿐만 아니라 식물의 생장을 위해 유용하기 때문에 미생물을 이용하여 발효하면 보다 유용한 유기질 비료로서의 기능성을 보장할 수 있다. 상기 모발 단백질을 구성하는 아미노산의 함량은 "서윤경 저, 2008, 모발과학의 기초, 도서출판예림; 김민정 외 3인 공저, 2007, 모발과학및관리학, 도서출판청람"에 정밀하게 분석되어 있고, 상기 내용은 일반화된 것이다.

질소(%)	탄소(%)	수소(%)	황(%)	산소(%)	N/C	S/C
14.65	48.14	6.46	2.36	28.39	0.304	0.049

상기에서 얻은 유기질 비료를 물에 100 배 희석하여 청고병의 원인균인 Ralstonia solanacearum과 함께 30일간 배양한 25그루의 어린 고추가 생장하고 있는 소형 고추밭에 살포하였다. 그 결과 18일째까지 10그루의 고추가 청고병에 감염되지 않고 생존하였다(도 2의 (가) 참고). 최종적으로 생존한 고추는 계속 재배하였을 때 한 달 이상 생존하였다. 이는 토양의 세균수의 증가에 의해 청고 원인균의 상대적인 생물량이 감소하였기 때문이다.

실시예 2

종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 이식한 고추밭에 실시예 1에서 얻은 발효 유기질 비료를 물에 100 배 희석하여 3일 간격으로 20일간 살포한 후, 다섯 지점(샘플 1-5)에서 토양을 채취하여 희석평판법으로 세균의 수를 측정한 결과, 표 2에 나타내는 바와 같이 실시예 2는 비교예 2에 비해 평균 2배 이상의 세균량이 증가한 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 유기질 비료에 포함된 미생물과 유기물질이 고추밭에 서식하는 세균의 생장에 유리하게 작용하였기 때문이다.

부식토 필드	부식토 1g당 실제 세포 수					평균	표준편차
	샘플 1	샘플 2	샘플 3	샘플 4	샘플 5
실시예 2	2,530,000	2,380,000	1,880,000	1,500,000	1,450,000	1,948,000	495,000
비교예 2	770,000	440,000	490,000	1,160,000	1,210,000	814,000	362,000

실시예 3

종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 이식한 고추밭에 실시예 1에서 얻은 발효 유기질 비료를 물에 100 배 희석하여 3 일 간격으로 30일 간 살포한 후 2주 간격으로 8주 동안 다섯 지점에서 토양을 채취하여 혼합한 후 직접 DNA를 추출하여 16S-rDNA를 증폭하고 이를 주형으로 16S-rDNA의 가변영역을 복제하여 온도구배전기영동(TGGE) 방법을 이용하여 분리하였다. 그 결과, 표 3과 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 3의 토양은 비교예 3의 토양에 비해 월등히 많은 DNA 밴드가 분리되었고, 이 가운데 일부를 추출하여 염기서열을 분석하여 동정한 결과 다양한 세균 종이 검출되었다. 따라서 실시예 3은 세균 종의 다양성 또한 비교예 3에 비해 크게 증가한 것으로 확인되었다.

Band No.	실시예 3		비교예 3
	Species1 )	Accession No2 )	Species1 )	Accession No2 )
1	Uncultured bacterium	GU200415	Staphylloc occus sp	GU361126
2	Uncultured Staphyllococcus sp	HM075239	Uncultured bacterium	GQ351488
3	Uncultured soil bacterium	EF688364	Uncultured bacterium	HM187279
4	Uncultured Rhodospirillales	GU219916	Hyphomicrobium facile	GU281075
5	Amorphus sp	FJ998414	Methylocella sp	HM124378
6	Uncultured Albidovulum sp	GU992434	Bacillus cereus	FJ859693
7	Uncultured Methylobacterium sp	FJ796678	Bacillus sp	GQ487542
8	Uncultured soil bacterium	HM596270	Bacillus thringiensis	HM573312
9	Staphyllococcus sp	GU361126	Uncultured bacterium	HM036034
10	Uncultured bacterium	GU200415	Uncultured bacterium	AB484304
11	Uncultured bacterium	HM309007	Bacillus sp	AB275380
12	Alpha proteobacterium	EU887722
13	Pseudoaminobacter sp	GU199003
14	Hyphomicrobium sp	EF079086
15	Mesorhizobium sp	AF229877
16	Microvirga sp	HM156146
17	Methyl ℃ ella sp	HM124373
18	Uncultured Rhizobiales bacterium	EU751339

주) 1) 농도구배 전기영동 결과 얻은 각 DNA 밴드를 추출하여 염기서열을 분석하고 진뱅크 데이타베이스 시스템(GenBank database system)을 이용하여 90-100%의 동질성을 갖는 세균 종.

2) 데이타 베이스(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)에 공개된 세균 종의 특성을 확인하는데 필요함.

실시예 4

종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 이식한 고추밭에 실시예 1에서 얻은 발효 유기질 비료를 물에 100 배 희석하여 3일 간격으로 30일간 살포하면서 고추를 재배한 후, 고추의 뿌리와 줄기 사이를 잘라내어 무게와 길이를 측정한 결과, 하기 표 4와 도 5(a)에 나타낸 바와 같이 비교예 4에서 자란 고추의 무게와 길이에 비해 현저한 차이를 보였다. 상기와 같은 결과는 토양에 발포한 실시예 4의 유기질 비료와 토양 미생물이 토양의 환경을 개선하여 식물의 생장에 유리하게 작용하였기 때문이다.

상기와 같은 결과는 종자를 파종하여 발아한 후 15일간 배양한 모종을 고추밭에 이식한 후 발효 유기질 비료를 3일 간격으로 30일간 살포하여 배양한 고추와 살포하지 않고 배양한 고추의 생장(뿌리와 줄기의 경계부분부터 새싹의 발아 점 사이의 길이와 무게를 기준)을 비교한 결과로 발효 유기질 비료의 살포는 고추의 생장을 최고 40% 이상 촉진한 것으로 확인되었다.

따라서, 상기와 같은 결과로 본 발명에 발효 유기질 비료가 토양의 환경을 개선하여 식물의 생장에 유리하게 작용한 결과를 나타낸다.

샘플	중량(g)		길이(cm)
	실시예 4	비교예 4	실시예 4	비교예 4
1	26.4	13.2	42	30
2	26.9	13.9	46	39
3	26.9	14.3	47	39
4	27.3	14.4	49	40
5	27.6	14.5	49	41
6	29.9	15.4	51	42
7	30.9	15.8	51	44
8	34.0	16.2	51	45
9	37.3	16.6	52	45
10	38.1	21.1	53	45
11	41.6	24.1	53	48
12	46.4	26.4	59	49
13	53.9	28.9	59	50
14	55.8	29.1	60	50
15	60.5	30.5	62	53
16	62.5	44.1	62	59
평균	39.13	21.15	52.9	44.9
SD	12.8314	8.688	5.965	6.748

Claims (13)

1. (1) 모발을 알칼리성 수용액과 접촉시켜 모발 가수분해 알칼리 액을 수득하는 단계, 및 (2) 상기 모발 가수분해 액에 산을 첨가하여 중화시켜 모발 가수분해 중화액을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비료 조성물의 제조방법으로서;
   상기 비료 조성물의 제조방법은 (3) 상기 모발 가수분해 중화액에 미생물을 첨가하여 발효시키는 단계를 추가로 포함하고,
   상기 알칼리성 수용액은 수산화나트륨 : 수산화칼륨 : 수산화칼슘을 5-10 : 0.5-1.5 : 1의 비율로 혼합한 혼합물을 물에 용해하여 수득되고,
   상기 (1) 단계는 0.3-1 M의 알칼리성 수용액에 모발을 침적시키고 상기 모발이 침적된 알칼리성 수용액을 밀폐된 공간에서 80-150 ℃에서 10 분 내지 1 시간 동안 가압 처리함으로써 수행되고,
   상기 (2) 단계는 인산을 이용하여 pH 7-8로 중화함으로써 수행되며,
   상기 (3) 단계는 부식토를 용매에 현탁한 후 그 상층액을 원심분리하여 얻은 침전물을 상기 모발 가수분해 중화액에 첨가하여 발효시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 비료 조성물의 제조방법.
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