KR101098520B1 - Microbial agent promoting composting of organic wastes treatment and manufacturing method thereof, composting method of organic wastes using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제 및 이의 제조방법 그리고 이를 이용한 유기성 폐기물의 퇴비화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스에 대한 분해효소의 활성이 고루 높고 고온에서도 생육이 가능하여 퇴비화 및 탈취능이 우수한 미생물 제제 및 이의 제조방법 그리고 이를 이용한 유기성 폐기물의 퇴비화 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a microbial agent for composting organic waste, a method for preparing the same, and a method for composting organic waste using the same. More specifically, the activity of the degrading enzymes on starch, fat, protein, and cellulose is high and even at high temperatures. The present invention relates to a microbial agent having excellent composting and deodorizing ability, a method for preparing the same, and a method for composting organic waste using the same.
일반적으로 인구의 증가, 경제발전의 가속화 및 국민소득의 증가에 따라 인류의 생활수준은 향상된 반면에 환경오염은 가속화되고 있다. 특히, 인구의 증가, 생활방식의 변화 및 외식문화의 저변 확대 등으로 인하여 음식물 쓰레기, 하·폐수처리장의 슬러지, 수산물 가공공장의 폐기물, 농·축산물 가공공장의 폐기물, 식품·제지 공장의 찌꺼기, 도축장의 도축 폐기물, 축산분뇨 및 기타 유기성 생쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 증가는 환경 및 수질오염의 가장 큰 원인으로 대두되고 있는 실정이다In general, with the increase of population, the acceleration of economic development, and the increase of national income, the standard of living of mankind is improved, while environmental pollution is accelerating. In particular, food waste, sludge from sewage and wastewater treatment plants, waste from marine processing plants, waste from agricultural and livestock processing plants, waste from food and paper mills, Increasing levels of organic waste, such as slaughterhouse slaughterhouses, livestock manure, and other organic livestock waste, are the leading sources of environmental and water pollution.
우리나라에서 유기성 폐기물의 일종인 음식물 쓰레기의 1일 배출량은 12,000 ∼ 20,000톤에 이르며 생활 폐기물의 23%에 달한다. 이러한 음식물 쓰레기의 처리 방법은 매립, 소각, 건조, 발효를 통한 소멸, 퇴비화, 사료화 등으로 나눌 수 있는데, 소각처리 할 경우에는 발열량이 낮고 수분 함량이 많아 불완전 연소가 이루어지며, 대기오염 발생 등의 심각한 문제점이 있다. 매립을 통한 처리 방법은 많은 양의 침출수를 발생시켜 지하수 및 토양을 오염시키며, 부패로 인한 악취를 발생시킬 뿐 아니라 쓰레기 매립지의 사용기간을 단축시키는 원인이 되고 있다. In Korea, the daily amount of food waste, a kind of organic waste, ranges from 12,000 to 20,000 tons, accounting for 23% of domestic waste. The disposal of food waste can be divided into landfill, incineration, drying, extinction through fermentation, composting and feed conversion.In the incineration process, low calorific value and high moisture content result in incomplete combustion and air pollution. There is a serious problem. The landfill treatment method generates a large amount of leachate, contaminating groundwater and soil, causing bad smell due to decay, and shortening the service life of landfills.
그리고 발효 소멸화 방법은 장기간(1개월 내지 6개월) 음식물을 투입하여 완전 발효시키는 방식으로서, 음식물 내의 수분은 증발시키고 유기물은 이산화탄소와 물로 분해, 휘발시키는 방식으로 음식물 잔여량도 매우 적어 발효물의 배출을 줄일 수 있으므로 사용자의 만족도가 높은 방법이라 할 수 있다. 그러나, 이 방법은 발효소멸공정에 대한 정확한 제어기술개발이 선행되어야 하며, 호기적인 발효조건을 확보하기 위해서는 다량(음식물 양의 약 20배)의 수분조절제가 필요하므로 처리장치가 엄청나게 커져 결국 음식물처리비용이 과다한 수준으로 높아지게 된다. 또한, 음식물의 발효에 소요되는 기간이 매우 길어 경제성이 떨어지고, 여러 가지 잡균의 오염이 발생하여 소멸 성능이 점차 떨어지는 단점이 있으며, 악취가 심하게 발생한다는 문제점이 있다. 이런 문제점 중에서 소멸성능이 높지 않은 것은 발효 미생물들이 음식물분해효소(아밀라제, 프로테아제, 셀룰라제, 리파제)를 제대로 생산하지 못하였거나 또는 생산된 효소의 활성도가 매우 낮아 음식물 내의 고형물질 즉, 유기물중합체를 빠른 시간 내에 소멸시키지 못하기 때문이다. 그리고 악취가 심하게 나는 것은 음식물의 악취유발성분, 즉 질소화합물, 황화합물, 저급지방산 등을 효과적으로 분해하지 못하기 때문이다.The fermentation annihilation method is a method in which food is completely fermented by adding food for a long time (1 month to 6 months), and moisture in the food is evaporated, and organic matter is decomposed and volatilized into carbon dioxide and water, so that the amount of food remains very small, thereby preventing the release of fermented products. Since it can be reduced, it can be said that the user's satisfaction is high. However, this method should be preceded by the development of accurate control technology for the fermentation and extinction process, and in order to secure aerobic fermentation conditions, a large amount (about 20 times the amount of food) of moisture control agent is required so that the processing equipment is enormously enlarged, resulting in food processing. The cost will be excessively high. In addition, there is a problem in that the time required for the fermentation of food is very long, economical efficiency, pollution of various various germs occurs, and the extinction performance gradually decreases, and bad odor is generated. Among these problems, the low extinction performance is due to the fact that fermentation microorganisms do not produce food degrading enzymes (amylase, protease, cellulase, lipase) properly or the activity of the produced enzymes is very low. It cannot be destroyed in time. The bad odor is because it does not effectively decompose odor-causing components of foods, such as nitrogen compounds, sulfur compounds, and lower fatty acids.
현재 상술한 문제점을 보완할 수 있는 음식물 쓰레기의 가장 적절한 처리방법은 퇴비화라고 할 수 있다. 퇴비화란 반건조 고형 유기물을 호기성 조건하에서 다양한 호기성 미생물의 생물학적 작용으로 안정한 형태로 만드는 것을 말한다. 퇴비화는 고온에서 반응이 진행되기 때문에 유기물 제거속도가 빠르고, 유기물 부하에 대한 안정적인 처리효율을 나타내며, 고온에서는 질산화가 일어나지 않아 공급된 산소의 효율적인 이용이 가능하고 안정된 처리물을 얻을 수 있다는 장점이 있다. At present, the most appropriate treatment method of food waste that can supplement the above-mentioned problems can be referred to as composting. Composting refers to the formation of semi-dry solid organics in a stable form by the biological action of various aerobic microorganisms under aerobic conditions. Composting has the advantages of high organic removal rate due to the reaction at high temperature, stable processing efficiency for organic load, and no nitrification at high temperature, so that efficient use of supplied oxygen can be obtained and stable treatment can be obtained. .
퇴비화는 발효장치 및 공정효율을 높이기 위한 운용기술 개발과 그에 따른 미생물과 퇴비화에 필요한 주요인자 및 분해 담체를 포함하는 미생물제제, 효소활성이 높은 미생물의 분리 등에 체계적인 연구가 필요하다. Composting requires systematic research on the development of fermentation system and operation technology to improve process efficiency, and the separation of microorganisms including microorganisms and major factors necessary for composting and decomposition carriers, and microorganisms with high enzyme activity.
퇴비화에서도 악취 발생의 문제는 있고 이에 근본적인 접근방법으로 미생물에 의한 완전분해가 이루어진다면 악취는 최대한 줄일 수 있다. 악취의 주요 원인은 단백질 및 지방질의 분해과정에서 불완전한 분해로 인하여 발생하는 경우가 대부분이므로 프로테아제와 리파아제의 활발한 활성으로 인한 완전 분해를 유도하여 악취 발생을 최대한 억제시킬 수 있다. In composting, there is a problem of odor generation, and if the complete decomposition by microorganisms is a fundamental approach, odor can be reduced as much as possible. Most of the odor is caused by incomplete decomposition of proteins and fats in the process of degradation, so it is possible to suppress the occurrence of odor as possible by inducing complete degradation due to the active activity of proteases and lipases.
한편, 한국의 음식물쓰레기의 조성은 서구의 음식물쓰레기와 비교하여 된장, 간장, 김치, 젓갈 등의 음식물에 의해 높은 염분과 각종 찌개, 전, 튀김 및 육류 소비 증대에 따른 지방성분 축적으로 인해 미생물의 활동이 어려워질 수 있다. 이와 같은 음식물쓰레기의 특성에 맞춘 미생물 균주의 분리 및 미생물제제의 제형 연구가 무엇보다도 중요하다.On the other hand, the composition of food waste in Korea is higher than that of Western food waste due to the high salinity of foods such as doenjang, soy sauce, kimchi, and salted fish, and the accumulation of fat components due to increased consumption of various stew, pan, fried, and meat. Activities can be difficult. The isolation of microbial strains and the formulation of microbial agents according to the characteristics of such food waste are of paramount importance.
이상에서와 같이 음식물 쓰레기의 퇴비화에서는 탈취 문제와, 한국 음식물 쓰레기의 특성을 고려할 경우 무엇보다도 음식물 쓰레기의 퇴비화를 위한 미생물 자체가 중요하며, 완전 분해를 위해 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제, 리파아제 등의 역가와, 특히 악취 발생 억제를 위해 프로테아제, 리파아제 등의 역가가 중요하다. 종래에 음식물 발효용 균주로서 다수의 미생물이 알려져 있으나 종래의 기술은 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스 전부에 대하여 고른 분해 활성을 갖지 못해 발효 소멸 효과 및 탈취 효과가 낮아 퇴비화 효율이 낮다는 문제점이 있다. As mentioned above, in consideration of the deodorization problem and the characteristics of the Korean food waste, the microorganism itself is important for the composting of food waste, and the potency of amylase, cellulase, protease, lipase, etc. In particular, titers such as proteases and lipases are important for suppressing the occurrence of odors. Conventionally, a large number of microorganisms are known as food fermentation strains, but the prior art has a problem in that composting efficiency is low due to low fermentation annihilation effect and deodorization effect because it does not have even decomposition activity for all starch, fat, protein and cellulose.
이에 본 발명자들은 음식물 쓰레기에 대한 퇴비화를 연구하던 중에 아네우리니바실러스 서모아에로필러스가 고온에서 생육이 가능하며 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스에 대한 분해효소의 활성이 고루 높고 유기성 폐기물의 소멸율이 높은 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Therefore, the inventors of the present invention, while studying the composting of food waste can be grown at high temperature anneauribacillus thermoaerophilus, high activity of degrading enzymes for starch, fat, protein, cellulose, and the extinction rate of organic waste It confirmed that this high and came to complete this invention.
따라서 본 발명의 목적은 아네우리니바실러스 서모아에로필러스 미생물을 이용하여 고온발효 및 퇴비화, 탈취능력이 우수한 미생물 제제 및 이의 제조방법 그리고 유기성 폐기물의 퇴비화 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a microbial agent having excellent high temperature fermentation and composting, deodorizing ability, and a method for preparing the same, and a method for composting organic waste using an anniuricillus thermooaerophilus microorganism.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제는 아네우리니바실러스 서모아에로필러스(Aneurinibacillus thermoaerophilus)미생물을 포함하는 것을 특징으로 한다. Microbial preparation for the composting of the organic waste of the present invention for achieving the above object is characterized in that it comprises aneurinibacillus thermoaerophilus microorganisms.
상기 미생물 제제는 서모모노스포라 푸스카(Thermomonospora fusca) 미생물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The microbial agent is thermomonospora fusca ) characterized in that it further comprises a microorganism.
그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제의 제조방법은 아네우리니바실러스 서모아에로필러스(Aneurinibacillus thermoaerophilus)미생물을 배지에 접종하여 배양하는 배양단계와; 상기 배양단계에서 수득한 배양액을 담체와 혼합한 후 건조하여 미생물 고정물을 얻는 고정단계와; 상기 미생물 고정물에 미생물의 먹이 성분인 영양소를 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. And the method for producing a microbial preparation for the composting of the organic waste of the present invention for achieving the above object is aneurinibacillus thermoaerophilus ( Aneurinibacillus thermoaerophilus ) culturing step of inoculating the microorganisms in the medium; A fixing step of mixing the culture solution obtained in the culturing step with a carrier and drying to obtain a microbial fixture; Characterized in that it comprises a; mixing step of mixing the nutrients that are the food ingredient of the microorganisms to the microbial fixture.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기성 폐기물의 퇴비화 방법은 상기 미생물 제제를 유기성 폐기물에 투입하여 상기 유기성 폐기물을 퇴비화시키는 것을 특징으로 한다. In addition, the organic waste composting method of the present invention for achieving the above object is characterized by composting the organic waste by injecting the microbial agent into the organic waste.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 고온에서 생육이 가능하며 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스에 대한 분해효소의 활성이 고루 높은 아네우리니바실러스 서모아에로필러스를 퇴비화 균주로 이용함으로써 유기성 폐기물을 고온에서도 안정적으로 발효시켜 퇴비화, 탈취능력이 우수한 미생물 제제를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, the organic waste can be grown at a high temperature by using an anurinibacillus thermoaerophilus as a composting strain, which is capable of growing at high temperatures and has high activity of decomposition enzymes for starch, fat, protein and cellulose. In the stable fermentation can provide a microbial formulation excellent in composting, deodorizing ability.
도 1은 5종류의 미생물 제제를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸율을 나타내는 그래프이고,
도 2는 5종류의 미생물 제제를 이용한 음식물 쓰레기의 악취 강도를 나타내는 그래프이다. 1 is a graph showing the extinction rate of food waste using five kinds of microbial agents,
2 is a graph showing odor intensity of food waste using five kinds of microbial agents.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제 및 이의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a microbial agent for composting organic waste according to a preferred embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail.
본 명세서에서 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기, 하·폐수처리장의 슬러지, 수산물 가공공장의 폐기물, 농·축산물 가공공장의 폐기물, 식품·제지 공장의 찌꺼기, 도축장의 도축 폐기물, 축산분뇨 및 기타 유기성 물질을 포함하는 폐기물을 포함한다. 이하에서는 유기성 폐기물의 가장 대표적인 음식물 쓰레기를 일 예로 들어 퇴비화(composting)를 설명한다. In this specification, organic wastes include food waste, sludge from sewage and wastewater treatment plants, wastes from aquatic product processing plants, wastes from agricultural and livestock processing plants, garbage from food and paper mills, slaughterhouses from slaughterhouses, livestock manure and other organic substances. It includes waste to do. Hereinafter, composting will be described as an example of the most representative food waste of organic waste.
본 발명의 미생물 제제는 일 예로 아네우리니바실러스 서모아에로필러스(Aneurinibacillus thermoaerophilus)을 포함한다. 바람직하게 기탁번호 KCCM 41604 또는 ATCC 700303인 아네우리니바실러스 서모아에로필러스이다. The microbial agent of the present invention includes, for example, Aneurinibacillus thermoaerophilus . Preferably an anurinibacillus thermoaerophilus with accession number KCCM 41604 or ATCC 700303.
본 발명의 미생물 제제는 다른 예로 아네우리니바실러스 서모아에로필러스(Aneurinibacillus thermoaerophilus)와 서모모노스포라 푸스카(Thermomonospora fusca) 미생물을 포함한다. 상기 서모모노스포라 푸스카는 기탁번호 KCCM 12398, ATCC 27730인 것이 바람직하다. Other microbial agents of the present invention include Aneurinibacillus thermoaerophilus and Thermomonospora fusca microorganisms as another example. The thermosonosporus fusca is preferably Accession No. KCCM 12398, ATCC 27730.
아네우리니바실러스 서모아에로필러스는 섬유소 분해효소(cellulase), 전분 분해효소(amylase), 단백질 분해효소(protease), 지방 분해효소(lipase)와 같은 효소의 생산성이 높은 것이 특징이며, 내생포자 형성으로 내열성이 높고 고온에서의 생육이 우수하다. 그리고 방선균인 서모모노스포라 푸스카는 퇴비 발효시 후반기에 활동하는 미생물로서, 섬유소(cellulose), 리그닌(lignin)과 같은 난분해성 유기물의 분해에 있어 중요한 역할을 수행한다.Aneurinibacillus thermoaerophilus is characterized by high productivity of enzymes such as cellulase, amylase, protease, and lipase. Formation has high heat resistance and excellent growth at high temperatures. Actinomycetes thermomonasporus fusca is a microorganism that acts in the late stage of fermentation and plays an important role in the decomposition of hardly degradable organic substances such as cellulose and lignin.
미생물 제제를 제조하기 위한 제조방법은 일 예로 아네우리니바실러스 서모아에로필러스 미생물을 배지에 접종하여 배양하는 배양단계와, 상기 배양단계에서 수득한 배양액을 담체와 혼합한 후 건조하여 미생물 고정물을 얻는 고정단계와, 상기 미생물 고정물에 미생물의 먹이 성분인 영양소를 혼합하는 혼합단계를 포함한다. A manufacturing method for preparing a microbial preparation is, for example, a culture step of inoculating and culturing the aneurinibacillus thermoaerophilus microorganisms in a medium, and the culture solution obtained in the culture step mixed with a carrier and dried to fix the microorganisms Obtaining a fixing step, and mixing step of mixing the nutrients of the food component of the microorganism to the microorganism fixture.
배양단계에서 물에 트립톤(tryptone), 효모 추출물(yeast extract), 글루코스(glucose), 염화나트륨(NaCl), 인산수소칼륨(K2HPO4)을 가하여 조성한 배지를 이용한다. 가령, 증류수 1ℓ에 Tryptone 3g, yeast extract 3g, glucose 3g, NaCl 5g, K2HPO4 1g를 가하여 조성한다. 배지에 아네우리니바실러스 서모아에로필러스를 접종한 후 40 내지 60℃에서 1 내지 3일 동안 배양하여 배양액을 얻는다. In the culture step, a medium prepared by adding tryptone, yeast extract, yeast extract, glucose, sodium chloride, NaCl, and potassium hydrogen phosphate (K 2 HPO 4 ) to water is used. For example, tryptone 3g, yeast extract 3g, glucose 3g, NaCl 5g, K 2 HPO 4 1g is added to 1ℓ of distilled water. After inoculating the aneurinibacillus thermoaerophilus in the medium and incubated for 1 to 3 days at 40 to 60 ℃ to obtain a culture.
그리고 고정단계에서 배양액을 담체와 혼합한 후 건조하여 미생물 고정물을 얻는다. 이러한 고정단계는 배양액을 담체에 흡착시켜 미생물을 고정시키는 과정이다. 담체로 톱밥, 왕겨, 밀기울 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있다. 이외에도 미생물을 고정시킬 수 있는 다양한 공지의 담체를 이용할 수 있음은 물론이다. 담체의 일 예로 다공성 광물, 즉 펄라이트, 질석, 화산석 등을 이용할 수 있다. 고정단계에서 배양액 대 담체는 1~5:10의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하다. In the fixing step, the culture solution is mixed with a carrier and dried to obtain a microbial fixation product. This fixing step is a process of fixing the microorganisms by adsorbing the culture solution to the carrier. As the carrier, any one or more of sawdust, rice hull, and bran may be used. In addition, various known carriers capable of immobilizing microorganisms may be used. An example of the carrier may be a porous mineral, ie, pearlite, vermiculite, volcanic stone, or the like. In the fixing step, the culture medium to the carrier is preferably mixed in a volume ratio of 1 to 5:10.
상기 고정단계 후 미생물 고정물에 영양소를 혼합하며, 영양소로 포도당, 당밀, 콩가루, 깻묵, 및 어분 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있다. 이때 영양소 대 미생물 고정물은 0.2~1:10의 부피비로 혼합하는 것이 바람직하다. After the fixing step, the nutrients are mixed in the microbial fixation, and any one or more of glucose, molasses, soy flour, ink, and fish meal may be used as nutrients. At this time, the nutrient to the microorganism fixture is preferably mixed in a volume ratio of 0.2 to 1:10.
상기 배양단계는 아네우리니바실러스 서모아에로필러스 외에도 서모모노스포라 푸스카를 더 배양할 수 있다. 이 경우 각각 배지를 준비하여 아네우리니바실러스 서모아에로필러스, 서모모노스포라 푸스카를 각각 접종하여 배양한다. The culturing step may further incubate thermomonasporus fusca in addition to the anurinibacillus thermoaerophilus. In this case, each medium is prepared, and then inoculated with aneurinibacillus thermoaerophilus and thermomonasporus fusca, respectively.
한편, 유기성 폐기물의 퇴비화 방법은 상술한 미생물 제제를 유기성 폐기물에 투입하여 유기성 폐기물을 퇴비화시킨다. 가령 유기성 폐기물을 미생물 제제의 1~10의 부피비로 혼합하여 10 내지 30일 동안 발효시켜 퇴비화한다. 이때 온도는 40 내지 60℃로 유지될 수 있으며, 발효기간 중에 충분히 유기성 폐기물을 교반시켜 준다. On the other hand, in the organic waste composting method, the above-described microbial agent is added to the organic waste to compost the organic waste. For example, organic waste is mixed at a volume ratio of 1 to 10 of the microbial preparation and fermented for 10 to 30 days to compost. At this time, the temperature may be maintained at 40 to 60 ℃, and sufficiently stirred organic waste during the fermentation period.
이하, 실험 예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.
<제 1실험예: 적정 균주의 탐색><Experimental Example 1: Searching for Optimal Strains>
음식물 쓰레기의 퇴비화에 사용하기 위한 균주로 생육 온도범위가 40℃ 내지 60℃로 고온이면서 퇴비화에 적합한 미생물을 선별하여 퇴비화 균주를 개발하였다. As a strain for use in composting of food waste, a composting strain was developed by selecting microorganisms suitable for composting while growing at a high temperature of 40 ° C to 60 ° C.
바실러스 세균으로 아네우리니바실러스 서모아에로필러스(Aneurinibacillus thermoaerophilus, KCCM 41604), 지오바실러스 서모글루코시다시어스(Geobacillus thermoglucosidasius, KCCM 41418), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis, KCCM 11560)를 선별하였다. 그리고 방선균으로 서모모노스포라 푸스카(Thermomonospora fusca, KCCM 12398), 서모악티노마이세스 불가리스(Thermoactinomyces vulgaris, KCCM 41014)를 선별하였다. 상기의 미생물들은 한국미생물보존센터(KCCM)로부터 입수할 수 있다. Bacillus bacteria were selected from Aneurinibacillus thermoaerophilus (KCCM 41604), Geobacillus thermoglucosidasius (KCCM 41418), Bacillus licheniformis (KCCM 11560). It was. And actinomycetes thermomonospora fusca , KCCM 12398), Thermoactinomyces vulgaris , KCCM 41014). The microorganisms can be obtained from Korea Microorganism Conservation Center (KCCM).
상기 바실러스 세균과 방선균 각각에 대해 효소생산력 테스트, 효소활성도 테스트, 온도별 배양성 테스트, pH별 생장성 테스트, 내염성 테스트를 통하여 우수 균주를 최종 선별하고, 이들 균주에 대하여 음식물쓰레기의 소멸성능 및 취기 발생강도 등을 실험하였다.Each of the Bacillus bacteria and actinomycetes was finally selected by the enzyme production test, enzyme activity test, temperature-specific culture test, pH-specific growth test, flame resistance test, and the extinction performance and odor of food waste for these strains The intensity of development was tested.
1. 미생물의 효소활성도 조사1. Investigation of enzyme activity of microorganism
음식물쓰레기의 주성분은 탄수화물, 단백질, 지방, 섬유소성분으로 구성되어 있으므로, 이들에 대한 가장 높은 분해능을 보이는 미생물을 선별하기 위하여 아네우리니바실러스 서모아에로필러스(이하 KCCM 41604라고 함), 지오바실러스 서모글루코시다시어스(이하 KCCM 41418이라 함), 바실러스 리케니포미스(이하 KCCM 11560이라 함), 서모모노스포라 푸스카(이하 KCCM 12398이라 함), 서모악티노마이세스 불가리스(이하 KCCM 41014라고 함) 미생물들의 효소활성도를 조사하였다. Since food waste consists of carbohydrates, proteins, fats, and fibrin, it is known that anniuribacillus thermoaerophilus (hereinafter referred to as KCCM 41604) and geo Bacillus thermoglucosidosis (hereinafter referred to as KCCM 41418), Bacillus rickenformis (hereinafter referred to as KCCM 11560), thermomonasporus fusca (hereinafter referred to as KCCM 12398) and thermoactinomyces vulgaris (hereinafter referred to as KCCM 41014) microorganisms were investigated.
미생물의 탄수화물분해효소(아밀라아제), 단백질분해효소(프로테아제), 지방분해효소(리파아제), 섬유소분해효소(셀룰라아제)에 대한 활성도의 조사 방법은 다음과 같고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Carbohydrate degrading enzyme (amylase), proteolytic enzyme (protease), lipolytic enzyme (lipase), fibrinolytic enzyme (cellulase) method of investigation of the activity is as follows, the results are shown in Table 1 below.
(1) 아밀라제 활성 측정(1) measuring amylase activity
균주의 전분 분해능을 확인하기 위하여 사용된 배지는 LB 아가(agar) 배지(Tryptone; 10g, Yeast extract; 5g, NaCl; 5g, Agar; 15g, 증류수; 1ℓ) 에 가용성 전분 1%를 첨가한 것을 이용하였고, 균주를 접종하고 50℃에서 24시간 배양한 후 요오드 용액(iodine 1g, potassium iodide 2g, 증류수 300ml)으로 염색해서 생성된 클리어존(clear zone) 크기를 관찰하여 활성을 측정하였다.The medium used to confirm the starch resolution of the strain was a 1% soluble starch added to LB agar medium (Tryptone; 10g, Yeast extract; 5g, NaCl; 5g, Agar; 15g, distilled water; 1L) After inoculating the strain and incubating at 50 ° C. for 24 hours, the activity was measured by observing the clear zone size generated by staining with iodine solution (iodine 1g, potassium iodide 2g, distilled water 300ml).
(2) 프로테아제 활성 측정(2) measuring protease activity
균주의 단백질 분해능을 확인하기 위하여 사용된 배지는 LB 아가 배지에 탈지유 1%를 첨가한 것을 이용하였고, 균주를 접종하고 50℃에서 24시간 배양한 후 생성된 클리어존 크기를 관찰하여 활성을 측정하였다.The medium used to confirm the protein resolution of the strain was used to add 1% skim milk to LB agar medium, the activity was measured by inoculating the strain and incubated at 50 ℃ for 24 hours and observed the size of the resulting clear zone. .
(3) 리파제 활성 측정(3) lipase activity measurement
균주의 지방 분해능을 확인하기 위해 사용된 배지는 LB 아가 배지에 트리부티린(tributyrin) 1.0%를 첨가한 것을 이용하였고, 균주를 접종하고 50℃에서 24시간 배양한 후 생성된 클리어존 크기를 관찰하여 활성을 측정하였다.The medium used to confirm the fat resolution of the strain was used to add 1.0% of tributyrin to LB agar medium, incubated for 24 hours at 50 ℃ to observe the resulting clear zone size Activity was measured.
(4) 셀룰라제 활성 측정(4) measuring cellulase activity
균주의 셀룰로스 분해능을 확인하기 위하여 사용된 배지는 LB 아가 배지에 카복시 메틸 셀룰로스 (CMC) 0.5%를 첨가한 것을 이용하였고, 균주를 접종하고 50℃에서 24시간 배양한 후 콩고레드(congo red) 0.2%로 30분간 염색시키고 1M NaCl로 15분간 세척하였을 때 생성된 클리어존 크기를 관찰하여 활성을 측정하였다.The medium used to confirm the cellulolytic resolution of the strain was the addition of 0.5% carboxy methyl cellulose (CMC) to the LB agar medium, inoculated with the strain and incubated at 50 ℃ for 24 hours, 0.2% Congo red (congo red) Activity was measured by observing the clear zone size generated when staining with 30 minutes and washed with 1M NaCl for 15 minutes.
Fungus
Strain name
세균
Germ
Actinomycetes
상기 표 1을 참조하면, 효소활성도는 균종에 따라 많은 차이를 보이고 있는데, 균주 중에서 아밀라아제와 리파제 활성에 대해서는 KCCM 41418이 가장 높았고, 프로테아제에 대해서는 KCCM 41604가 가장 높은 활성을 나타내었으며, 셀룰라아제에 대해서는 KCCM 12398이 가장 높은 활성을 나타내었다. Referring to Table 1, the enzyme activity shows a lot of difference according to the species. Among the strains,
상기 결과에서 미생물종류에 따라 효소 각각에 대한 클리어존의 크기가 다양하게 나타나고 있음을 알 수 있다. 이는 미생물종류에 따라 효소생산력 및 활성도에 큰 차이가 있으며, 결국 균종에 따라 음식물 소멸능에 많은 차이가 있음을 나타내는 것이다.From the above results, it can be seen that the size of the clear zone for each enzyme varies depending on the type of microorganism. This means that there is a big difference in enzyme production capacity and activity according to the type of microorganism, and eventually there are many differences in food extinction ability according to the species.
2. 미생물의 온도별 생장성 조사2. Investigation of growth of microorganisms by temperature
미생물들의 생장가능한 온도 범위를 알아보기 위하여 LB 아가 배지에 균주를 접종하고 20, 30, 40, 50, 60, 70℃에서 48시간 배양한 후 균의 생장여부를 관찰하였다. 배양성은 균주 집락의 크기를 관능 조사하는 방법으로 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. In order to determine the microbial growth temperature range, the strains were inoculated with LB agar medium and incubated at 20, 30, 40, 50, 60, 70 ° C for 48 hours, and the growth of the bacteria was observed. Cultureability was evaluated by the method of sensory investigation of the size of the strain colony and the results are shown in Table 2 below.
Fungus
Strain name
세균
Germ
Actinomycetes
(+++ : 우수, ++ : 보통, + : 미약, - : 생육불가)(+++: Excellent, ++: Normal, +: Weak,-: Impossible)
상기 표 2를 참조하면, KCCM 41604와 KCCM 41418은 40 ~ 60℃에서 우수한 생장성을 나타내었고, KCCM 12398과 KCCM 41014는 40 ~ 50℃에서 잘 생장하였다. 한편, KCCM 11560은 50℃에서 생장은 미약하였고, 30 ~ 40℃에서 잘 생장하였다. 따라서 KCCM 11560를 제외한 다른 미생물들은 40 ~ 60℃의 고온에서 생장성이 높기 때문에 퇴비화 미생물 제제로서 적용 가능한 것으로 확인되었다.Referring to Table 2,
3. 미생물의 pH별 생장성 조사3. Investigate the growth of microorganisms by pH
미생물들의 생장가능한 pH 범위를 알아보기 위하여 LB 아가 배지에 균주를 접종하고, pH 4 ~ 10의 범위에서 45℃, 48시간 배양한 후 균의 생장여부를 관찰하였다. 배양성은 균주 집락의 크기를 관능 조사하는 방법으로 평가하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.In order to determine the pH range of microorganisms, strains were inoculated into the LB agar medium, and cultured at 45 ° C. for 48 hours in a range of pH 4 to 10, and the growth of the bacteria was observed. Cultureability was evaluated by the method of sensory investigation of the size of the colony and the results are shown in Table 3 below.
Fungus
Strain name
세균
Germ
Actinomycetes
(+++ : 우수, ++ : 보통, + : 미약, - : 생육불가)(+++: Excellent, ++: Normal, +: Weak,-: Impossible)
상기 표 3을 참조하면, KCCM 11560은 pH 5 ~ 8에서 우수한 생장성을 나타내어 산성에서 비교적 잘 성장 하였고, KCCM 12398과 KCCM 41014는 pH 6 ~ 8의 중성에서 잘 생장하였다. 한편, KCCM 41604와 KCCM 41418은 pH 5 ~ 9의 매우 넓은 pH 범위에서 잘 생장하여 퇴비화 미생물 제제로서 적합한 것으로 확인되었다.Referring to Table 3,
4. 미생물의 내염성 조사4. Flame resistance investigation of microorganisms
염도에 따른 미생물의 생장 여부를 판정하기 위해 LB 아가 배지에 1%, 2%, 4%, 6%, 8% NaCl (w/v)을 각각 첨가한 다음 균을 접종시키고 50℃에서 24시간 배양한 후 균의 생장여부를 관찰하였다. 배양성은 균주 집락의 크기를 관능 조사하는 방법으로 평가하고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. To determine the growth of microorganisms according to salinity, 1%, 2%, 4%, 6%, 8% NaCl (w / v) was added to LB agar medium, respectively, and then inoculated with bacteria and incubated at 50 ° C for 24 hours. After the growth of the bacteria was observed. Cultureability was evaluated by the method of sensory investigation of the size of the strain colony and the results are shown in Table 4 below.
Fungus
Strain name
세균
Germ
Actinomycetes
(+++ : 우수, ++ : 보통, + : 미약, - : 생육불가)(+++: Excellent, ++: Normal, +: Weak,-: Impossible)
상기 표 4의 결과로부터, KCCM 41604와 KCCM 41418은 염 농도 1% ~ 6%까지 생육이 가능하여 염분에 강한 내성을 가지는 것으로 나타나 염 농도의 변화가 심한 음식물 쓰레기의 퇴비화 미생물 제제로서 적용 가능함을 알 수 있었다. 한편, KCCM 11560, KCCM 12398 및 KCCM 41014는 염 농도 1% ~ 4%까지 생육이 가능하였다. From the results of Table 4,
5. 미생물의 배양수율 조사5. Investigation of culture yield of microorganism
미생물의 배양수율을 조사하기 위해 미생물을 LB 배지에서 50℃, 24시간 배양한 후 LB 아가 평판배지로 옮겨 2일간 배양하고 형성된 균주 집락수를 측정하는 방법으로 배양수율을 조사하였다. 그 결과는 하기 표 5에 나타내었다.In order to investigate the culture yield of the microorganisms, the culture yield was examined by culturing the microorganisms in LB medium for 24 hours at 50 ° C. and transferring them to LB agar plate medium for 2 days and measuring the number of colonies formed. The results are shown in Table 5 below.
세균
Germ
Actinomycetes
상기 표 5를 참조하면, 상기 세균에서는 KCCM 41604, KCCM 41418이 높은 배양수율을 나타내었고, 방선균에서는 KCCM 12398이 높은 배양수율을 나타내었다. Referring to Table 5,
6. 음식물 용출물과 고형물에서의 배양성 조사6. Investigation of culture in food eluate and solids
음식물쓰레기는 그 물리적 성상으로 볼 때, 대부분의 수분을 포함한 용출성부분과 그 외의 고형물(고형물에 흡착된 성분 포함) 부분으로 나눌 수 있다. 음식물쓰레기 퇴비화의 초기단계는 용출성부분의 분해단계이며, 후기 단계는 고형물부분의 분해단계라 할 수 있다. Food waste can be divided into elutable portions containing most of the moisture and other solids (including components adsorbed on the solids) in terms of their physical properties. The initial stage of food waste composting is the dissolution of the elutable portion, and the later stage is the decomposition of the solid portion.
미생물에 대해 용출성 성분과 고형물 성분의 분해력을 평가하기 위하여 다음과 같은 방법으로 시험을 실시하였다. 즉, 광주 시내의 아파트 단지에서 수집해온 음식물 쓰레기에 적당량 물(음식물 쓰레기 중량의 절반)을 첨가하고 부드럽게 교반하여 확보한 용출성 부분에 아가를 첨가하여 미생물배양용 고체 배지를 제조하고 멸균한 후, 각각의 미생물을 접종하고 50℃에서 2일간 배양하여 생긴 균주의 집락수를 측정하였다. In order to evaluate the degradability of the elutable component and the solid component of the microorganism, the test was carried out as follows. In other words, by adding an appropriate amount of water (half of the weight of food waste) to food waste collected in an apartment complex in Gwangju city and adding agar to the elutable portion obtained by gentle stirring, a solid medium for microbial culture was prepared and sterilized. Colonies of the resulting strains were inoculated with each microorganism and incubated at 50 ° C. for 2 days.
한편, 음식물의 고형물부분에 대한 분해력을 평가하기 위하여, 탈수 및 세척을 거친 음식물 고형물을 고속분쇄하여 죽 상태(슬러리상태)로 만든 후, 고형물 중량비로 5배수의 증류수를 가하고 한천을 첨가하여 멸균한 후, 각각의 미생물을 접종하고 50℃에서 2일간 배양하여 생긴 균주의 집락수를 측정하였다. 이 결과는 하기 표 6에 나타내었다.On the other hand, in order to evaluate the degradability of the solid part of the food, after dehydration and washing the food solids to high-speed crushing to make a porridge state (slurry state), 5 times distilled water is added in the weight ratio of solids and sterilized by adding agar. Thereafter, each microorganism was inoculated and cultured at 50 ° C. for 2 days, and the number of colonies of the resulting strains was measured. The results are shown in Table 6 below.
Fungus
Strain name
세균
Germ
Actinomycetes
상기 표 6에서 나타난 바와 같이, 세균 중에서는 KCCM 41604와 KCCM 41418이 용출성과 고형물 부분 모두에서 배양성이 우수하였고, 방선균에서는 KCCM 12398이 두 부분 모두에서 배양성이 우수하여 음식물을 효과적으로 분해할 수 있는 우수한 특성을 가지는 것으로 나타났다. As shown in Table 6, among the bacteria,
<제 2실험예: 음식물 쓰레기의 소멸율 평가>Experimental Example 2 Evaluation of the Extinction Rate of Food Waste
최종적으로 음식물 쓰레기의 소멸율을 평가하기 위해 KCCM 41604, KCCM 41418, KCCM 11560, KCCM 12398, KCCM 41014를 이용하여 5종류의 미생물 제제를 각각 제조하였다Finally, five kinds of microbial preparations were prepared using
미생물 제제를 제조하기 위하여 뉴트리언트 브로스(nutrient broth) 배지(Tryptone 3g, yeast extract 3g, glucose 3g, NaCl 5g, K2HPO4 1g, H2O 1ℓ)가 든 5ℓ의 배양기 각각에 균주를 접종하고 50℃에서 48 시간 동안 액체 배양한 배양액을 얻었다. 그리고 배양액 대 담체인 톱밥을 2:10의 부피비로 혼합한 후 건조시켜 미생물 건조체를 만들었다. 그리고 미생물 건조체에 포도당, 당밀, 콩가루, 깻묵 및 어분이 동일 비율로 배합된 영양소 대 미생물 건조체를 0.5:10의 부피비로 혼합하여 음식물 쓰레기 퇴비화용 미생물제제를 제조하였다. To prepare the microbial preparation, each strain of 5 liters of nutrient broth medium (Tryptone 3g, yeast extract 3g, glucose 3g, NaCl 5g, K 2 HPO 4 1g, H 2 O 1L) was inoculated with each strain. Liquid cultures were obtained at 50 ° C. for 48 hours. Sawdust, which is a culture medium to a carrier, was mixed in a volume ratio of 2:10 and dried to form a microorganism. And a microbial preparation for food waste compost was prepared by mixing a nutrient-to-microbial dry matter, in which the glucose, molasses, soy flour, salt and fish meal were mixed in the same ratio in a volume ratio of 0.5: 10.
제조된 5종류의 미생물제제는 교반기, 온도조절장치, 탈취장치 및 팬이 부착된 총 용량 20리터 규모의 음식물 쓰레기 퇴비화 장치에 각각 투입하여 발효시켰다. 30 일간의 발효기간 동안 장치의 내부 온도는 50℃로 유지하였고, 교반 주기는 시간당 20분, 교반속도는 분당 6회전으로 하였다. 매일 2kg의 음식물쓰레기(광주 시내 아파트 단지에서 배출된 음식물쓰레기, 평균 함수율 80%)를 투입하면서 소멸율을 조사하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. Five kinds of prepared microbial preparations were fermented by adding them to a food waste composting apparatus with a total capacity of 20 liters equipped with a stirrer, a temperature controller, a deodorizer and a fan. The internal temperature of the apparatus was maintained at 50 ° C. during the 30 day fermentation period, the stirring cycle was 20 minutes per hour, and the stirring speed was 6 revolutions per minute. 2 kg of food waste (food waste discharged from Gwangju downtown apartment complex, average water content of 80%) was investigated every day, and the extinction rate was examined, and the results are shown in FIG. 1.
도 1을 참조하면, KCCM 41604는 소멸율이 최저 81%에서 최고 93%를 나타냈고, 30일 동안의 평균 소멸률은 88.6%로 가장 높은 소멸율을 나타내었다. 그 다음으로 KCCM 41418이 87.0%, KCCM 11560이 80.2%, KCCM 12398이 79.2%, KCCM 41014이 77.5% 순으로 나타났다. Referring to FIG. 1,
<제 3실험예: 음식물 쓰레기의 악취정도 측정>Experimental Example 3 Measurement of Odor Level of Food Waste
미생물 제제를 이용하여 음식물 쓰레기를 퇴비화시키는 동안 발생되는 악취 정도를 알아보기 위하여, 상기 제 2실험 예의 실험 동안 건강한 코를 가진 5인의 관능검사자가 직접 후각법으로 조사한 것을 상대지표 1부터 5까지로 정량화(취기강도 1 : 냄새를 전혀 느낄 수 없음, 취기강도 2 : 냄새가 약간 남, 취기강도 3 : 냄새가 남을 확연히 느낄 수 있음, 취기강도 4 : 불쾌한 냄새가 남, 취기강도 5 : 불쾌한 냄새가 매우 심함)시킨 후 그 평균치를 조사하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. In order to determine the degree of odor generated during the composting of food waste by using the microbial agent, the sensory results of five sensory testers with healthy noses during the experiment of the second experimental example were directly quantified by
도 2를 참조하면, KCCM 41604는 퇴비화 기간 30일 동안 취기강도 1에서 2.4를 나타내어 취기강도가 가장 낮은 것으로 확인되었다. 그리고 KCCM 12398 > KCCM 41014 > KCCM 11560 > KCCM 41418 순으로 강한 악취정도를 나타내었다. Referring to FIG. 2,
이와 같이 아네우리니바실러스 서모아에로필러스는 음식물 쓰레기의 배양성 즉, 음식물 소멸성능이 가장 우수하며 다른 미생물과 비교하여 취기가 매우 양호함을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 미생물 제제인 아네우리니바실러스 서모아에로필러스는 음식물소멸성능이 매우 우수하고 취기유발강도가 매우 작아 악취를 유발하지 않으면서 음식물을 효율적으로 퇴비화시킬 수 있는 것으로 확인되었다.As such, the aneurinibacillus thermoaerophilus was confirmed that the food waste cultivation, that is, the food extinction performance is the best and the odor is very good compared to other microorganisms. Therefore, it was confirmed that the microorganism formulation of the present invention, Aniurib Bacillus thermoaerophilus is very excellent in food extinction performance and very low odor inducing strength can effectively compost food without causing odor.
그리고 제 1실험예를 통해 아네우리니바실러스 서모아에로필러스와 지오바실러스 서모글루코시다시어스는 효소 활성도에서 비교적 높은 활성을 나타내었고, 40 내지 60℃의 고온에서 잘 생육하며 음식물 쓰레기 분획물에서 다른 미생물보다 높은 배양성을 나타내었다. 특히, 아네우리니바실러스 서모아에로필러스는 음식물쓰레기의 소멸률에서 가장 높은 효율을 나타내었고, 취기유발강도에서 가장 낮게 나타났기 때문에 음식물 쓰레기의 퇴비화 미생물 제제로서 가장 적합한 것으로 나타났다. In the first experimental example, the aneurinibcillus thermoaerophilus and geobacillus thermoglucosidus showed relatively high activity in the enzyme activity, grew well at a high temperature of 40 to 60 ℃ and other food waste fractions. It showed higher culture than microorganisms. In particular, the aneurinibacillus thermoaerophilus showed the highest efficiency in the extinction rate of food waste, the lowest in the odor induction intensity, and therefore appeared to be most suitable as a composting microbial preparation of food waste.
이상에서 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
Claims (4)
상기 배양단계에서 수득한 배양액을 담체와 혼합한 후 건조하여 미생물 고정물을 얻는 고정단계와;
상기 미생물 고정물에 미생물의 먹이 성분인 영양소를 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제의 제조방법. Aneurinibacillus thermoaerophilus KCCM 41604 microorganisms are cultured by inoculating the culture medium;
A fixing step of mixing the culture solution obtained in the culturing step with a carrier and drying to obtain a microbial fixture;
Mixing step of mixing the nutrients as a food ingredient of the microorganisms to the microbial fixture; manufacturing method of the microbial preparation for the composting of the organic waste comprising a.
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