KR101483198B1

KR101483198B1 - 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법

Info

Publication number: KR101483198B1
Application number: KR1020130119786A
Authority: KR
Inventors: 김광수
Original assignee: (주)수미바이오
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-01-15

Abstract

본 발명은, 버드나무의 파쇄단계; 상기 파쇄된 버드나무에 고온의 증기를 통과시키는 단계; 상기 증기를 응결하여 미생물 원액을 제조하는 단계; 상기 미생물 원액에 미강을 배합하여 발효시키는 단계; 상기 발효된 미강을 펠렛으로 성형하는 단계; 상기 펠렛을 950 ~ 1100℃의 온도로 소성하는 단계; 및 온도를 낮춰 제1결정체를 생성하는 단계를 포함하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 미강의 발효를 이용하여 농식품에 잔류된 농약을 제거하고, 식품의 보존기간을 연장하는데 유용하며, 유해 가스의 탈취효과가 우수한 물질을 제조하는 방법을 제공함으로써, 미네랄 성분의 흡수가 빨라 반응 및 분해속도가 빠르며 미량의 성분만으로도 오염원을 분해할 수 있어, 비용 절감의 경제적 효과와 함께 오염원의 제거를 통한 안정성을 확보할 수 있다.

Description

미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING MINERAL CRYSTAL USING RICE BRAN FERMENTAION}

본 발명은 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미강의 발효를 이용하여 식품의 잔류 농약을 분해하여 제거하고, 식품의 상태를 오랫동안 보존할 수 있으며, 탈취효과를 가진 천연 물질의 농약분해 및 식품보존용 조성물 및 그것을 포함하는 미네랄 결정체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

식품 내 잔류농약 분해를 위하여 과거부터 지속적인 개발이 이루어져 왔는데, 주된 기술로는 광물질 및 미생물을 이용한 잔류농약 분해와 관련된 기술이다. 대표적인 기술로는 미생물 크리브시엘라와 슈도모나스를 이용하여 엔도설판 및 엔도설판 설페이트를 분해하는 기술(특허번호 : 10-1266604-0000)과 강알칼리성 이온수를 활용하여 분해하는 기술(특허번호 :10-0402817-0000)이 있다. 또한 현재 시중에 판매되는 제품은 이온화된 칼륨과 나트륨을 이용하여 대상에서 오염원을 분리시키는 기술을 이용한다.

잔류농약 제거는 크게 토양과 식품으로 나누어지며 사용처에 따라 적용 기술 및 원료가 달라진다.

토양의 경우 미생물 및 화학원료를 사용하며 토양 표층부터 30~50cm 깊이까지 침투된 농약을 분해하기 위해서는 분해제의 투입량이 많고 작용시간이 길어야 한다. 이는 분해과정에 필요한 비용을 증가시키고 토지의 활용도를 저하시킨다. 또한 미생물이 정상적인 분해활동을 하기 위한 생육조건(습도, 온도, 산소 및 이산화탄소)도 충족하여야 하므로 실제 농업에 적용하기란 불합리하다.

식품의 경우 강알칼리성 이온수를 활용하여 식품 표면 및 내부에 남아있는 농약을 분리하는 것으로 이는 잔류농약에 대해 분해보다 세척의 의미가 강하다. 농약의 특성상 흐르는 물에 세척하여도 잔류 농약을 70%이상 제거할 수 있다는 점에서 비용과 공정을 소모하며 농약 분해제를 사용할 이유는 줄어든다.

농식품류의 보존을 위한 기술로는 식품의 종류에 따라 산소 흡수제 및 이산화탄소 흡수제, 제습제 등을 이용하여 외부요건을 제어하는 보존 방식이 있으며, 또한 직접 첨가되어 보존 역할을 하는 부틸히드록시아니졸, 에르솔빈산, 구연산 등의 산화방지제, 파라하이드록시벤조산에스터류, 프로피온산염, 안식향산 등의 정균제 및 방미제가 있다. 천연 보존제로서는 자몽추출물이 대표적이며 이외에 계피추출물, 유칼립투스, 감초, 황금추출물 등이 보존 역할을 한다.

천연 식품 보존제의 경우 대량 생산이 어렵고 생산 단가가 높다. 자몽추출물의 경우 대량생산은 가능하나 항산화작용을 하는 나린진의 함량이 0.17%뿐이어서 가격이 높고 열과 습도에 따라 효과가 차이를 보인다. 다른 천연 식품 보존제의 경우에도 원료 수급 및 추출과정에서 발생하는 비용이 크고 곡류, 육류, 어류 등 적용범위가 각 보존제마다 한정되어있기 때문에 다양한 활용이 어렵다.

현재 식품에 허용된 방부제 및 방미제는 인위적 화합물이 대다수이며 체내에 흡수되었을 경우 분해가 어렵고 살균성으로 인한 체세포의 손상 등의 문제로 식품에 첨가할 수 있는 양을 제한하고 있다. 제품의 단가는 낮은 편이나 특유의 독성 때문에 사용이 어렵고 인체 및 가축에게 악영향을 미친다.

한편, 미강은 내부에 포함된 단백질, 지방, 당질(탄수화물)과 섬유질 및 무기물이 가지는 다량의 영양소를 활용하여 비료 및 사료로 사용된다. 미강을 발효하면 식물의 생장에 필요한 N(질소), P(인산), K(칼륨)이 풍부한 유기질 비료 생산이 가능하며, 탄수화물이 대부분인 백미와 달리 단백질과 섬유질 및 무기염류 성분이 많아 가축 사료로서 우수한 품질을 나타낸다.

그러나, 미강 총 생산량 중 95%이상이 비료와 사료에만 사용되며 미강에 포함된 7-8% 무기염류는 제 기능을 하지 못하고 미량만 생물에 흡수된 후 배출된다. 미강의 무기염류 성분이 가지는 다양한 기능들을 10%도 활용하지 못하는 것이다. 또한 미강은 상온에 방치할 경우 1주일 이내에 부패하여 사용이 불가능하고 발효 시에는 30~40℃ 온도를 유지해 세균 및 해충이 발생하기 쉽다.

국내에서 미생물을 식품의 처리공정에 사용하는 기술로는 bacillus subtilis(바실러스 서브틸리스), Bacillus polyfermenticus(바실러스 폴리퍼멘티쿠스) 등의 바실러스속 균주를 활용한 제품이 주를 이루며, 일본의 EM(Effective Microorganisms)은 80여종의 미생물을 조합한 제품으로 발효, 식품의 산화방지, 하수구 정화, 음식물쓰레기 처리 등에 사용된다.

EM이란 효모, 유산균, 누룩균, 광합성 세균, 방선균 등 80여 종의 유용한 미생물을 모아 배양한 것으로 일본 류쿠대학 히가 테루오 박사가 1983년에 개발하였다. 미생물은 배양 및 적용되는 환경에 따라 성능이 큰 차이를 보이며 일반적으로 강한 열에 취약하고 초기 배양이 어렵다. 환경오염원 분해나 유기농 농업에 주로 사용되지만 미생물이 지속적으로 살아가기 위한 조건이 까다로워 지속적으로 미생물 원액을 공급해주어야 하며, 이로 인해 작물의 생산원가와 폐기물의 처리비용이 증가한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 미강의 발효를 이용하여 농식품에 잔류된 농약을 제거하는데 유용한 물질을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 미강의 발효를 이용하여 식품의 보존기간을 연장하는데 유용한 물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 미강의 발효를 이용하여 유해 가스의 탈취효과가 우수한 물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 버드나무의 파쇄단계; 상기 파쇄된 버드나무에 고온의 증기를 통과시키는 단계; 상기 증기를 응결하여 미생물 원액을 제조하는 단계; 상기 미생물 원액에 미강을 배합하여 발효시키는 단계; 상기 발효된 미강을 펠렛으로 성형하는 단계; 상기 펠렛을 950 ~ 1100℃의 온도로 소성하는 단계; 및 온도를 낮춰 제1결정체를 생성하는 단계를 포함하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 증기의 온도는 120 ~ 133℃인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미생물 원액에 포함되어 있는 미생물은 Enterobacteriaceae group, Enterobacter cancerogenus , Pseudomonas pavonaceae , Rhodotorula mucilaginosa, Rhodotorula mucilaginosa 및 Pichia guilliermondii을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미강을 발효시키는 시간은 40 ~ 60시간 동안 지속되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1결정체를 생성하는 단계 후에, 상기 제1결정체를 1200 ~ 1250℃의 온도로 용융하는 단계; 및 온도를 낮춰 제2결정체를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2결정체에 120 ~ 133℃의 고온의 증기를 분사하는 단계; 및 상기 증기를 수용액으로 응결시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 미강의 발효를 이용하여 농식품에 잔류된 농약을 제거하고, 식품의 보존기간을 연장하는데 유용하며, 유해 가스의 탈취효과가 우수한 물질을 제조하는 방법을 제공함으로써, 미네랄 성분의 흡수가 빨라 반응 및 분해속도가 빠르며 미량의 성분만으로도 오염원을 분해할 수 있어, 비용 절감의 경제적 효과와 함께 오염원의 제거를 통한 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 비교예의 농약 잔류성분 제거 확인용 GC 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 실시예의 농약 잔류성분 제거 확인용 GC 그래프.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 실시예의 탈취 성능을 확인하기 위한 그래프.

본 발명은, 버드나무의 파쇄단계; 상기 파쇄된 버드나무에 고온의 증기를 통과시키는 단계; 상기 증기를 응결하여 미생물 원액을 제조하는 단계; 상기 미생물 원액에 미강을 배합하여 발효시키는 단계; 상기 발효된 미강을 펠렛으로 성형하는 단계; 상기 펠렛을 950 ~ 1100℃의 온도로 소성하는 단계; 및 온도를 낮춰 제1결정체를 생성하는 단계를 포함하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 상기의 제조방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.

(a) 버드나무의 파쇄단계

본 발명에 따른 제조방법에서는 유용한 미생물군을 포함하는 미생물 원액을 제조하기 위하여 버드나무를 이용한다. 다른 종류의 나무를 이용하는 경우 하기의 미생물 6종을 포함하는 미생물 원액을 제조하는데 용이하지 않다. 표면적을 증대시키기 위하여 버드나무를 파쇄하며, 바람직한 크기는 2 ~ 7cm의 크기로 파쇄하며, 더욱 바람직하게는 3 ~ 4cm의 크기로 파쇄한다.

(b) 상기 파쇄된 버드나무에 고온의 증기를 통과시키는 단계

파쇄된 버드나무 고온 고압 증기를 분사 후 응결시켜 미생물 원액을 배양한다. 상기 증기의 온도는 120 ~ 133℃인 것이 바람직하다.

(c) 상기 증기를 응결하여 미생물 원액을 제조하는 단계

상기 배양된 미생물 원액에는 6종의 유용한 미생물이 포함되어 있는데, 그 종류는 Enterobateriaceae group , Enterobacter cancerogenus , Pseudomonas pavonaceae, Rhodotorula mucilaginosa , Rhodotorula mucilaginosa , Pichia guilliermondii이다.

(d) 상기 미생물 원액에 미강을 배합하여 발효시키는 단계

상기 미생물 원액을 미강에 배합하면 약 42 ~ 45℃의 온도로 자체 발열하며 발효가 진행된다. 발효가 진행되면서 상기 미생물 원액에 포함되어 있는 각각의 미생물은 다음과 같은 유용한 작용을 하게 된다.

Enterobacteriaceae group : 글루코스 분해, 질산염을 아질산염으로 환원-알칼리성 금속염 생성

Rhodotorula mucilaginosa : 강력한 산화적 대사를 진행하여 발열 활동

Pseudomonas : 지방족/ 방향족 탄화수소, 페놀류 등의 유기물 분해능력

Pichia guilliermondii가 생산하는 α-Galactosidase(알파 갈락토시다제)의 난소화성 탄수화물 분해능력

상기 미강을 발효시키는 시간은 40 ~ 60시간 동안 지속되는 것이 바람직하다. 40기간 미만 발효되는 경우 충분한 발효물질이 생성되지 않아서 바람직하지 못하며, 60시간을 초과하는 경우 부패율이 증가하고 및 해충의 침투를 용이하게 하므로 바람직하지 않다.

(e) 상기 발효된 미강을 펠렛으로 성형하는 단계

상기 발효된 미강을 원통형 펠렛으로 성형하는 단계로서, 바람직하게는 지름 약 8mm, 길이 약 2 ~ 3cm의 펠렛으로 성형한다. 이는 후공정인 소성 과정의 효율을 높이고 미강의 발효를 제한시키기 위한 것으로, 본 단계를 거쳐 수분이 감소하여 투입된 원료의 무게의 비율이 80 ~ 90%인 펠렛이 형성된다.

(f) 상기 펠렛을 950 ~ 1100℃의 온도로 소성하는 단계

상기 성형된 펠렛을 스테인리스 용기에 넣고 가열하여 소성하는 단계로서, 950 ~ 1100℃ 사이의 온도로 용기를 가열하며 미강에 산소를 공급하면 미강에 남아있던 유기물이 탄화/산화과정을 거쳐 제거되고 원료대비 7%±0.5%의 비율로 지름 0.7mm이하의 구형의 제1결정체가 생성된다.

상기의 단계들에 선택적으로 (g) 상기 제1결정체를 1200 ~ 1250℃의 온도로 용융하는 단계 및 (h) 온도를 낮춰 제2결정체를 생성하는 단계가 추가될 수 있다.

생성된 제1결정체를 선별해 스테인리스 용기 및 도기에 담아 1200 ~ 1250℃의 온도로 직접 가열하여 용융시키면 투입된 원료대비 96%의 백색 및 옥색 결정체로 규결된다.

이와 같은 상기 발효과정을 거쳐 미강의 유기물 중 일부를 무기염류로 치환시키고, 상기 소성 과정을 통해 무기염류 성분만을 추출하여 미네랄 결정체를 생성하게 된다.

생성된 미네랄은 K(칼륨), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 아연(Zn), 구리(Cu), 철(Fe), 인(P), 셀레늄(Se) 등의 원소를 포함하는 결정체로서, 천연 비생물적 광물질이다. 농식품 등의 물질에 적용하기 위해서 일실시예로서 상기 제1결정체 혹은 제2결정체를 고온 스팀으로 용해시킨 후 응결시켜 미네랄 수용액을 생산할 수 있으며, 상기 생산된 미네랄 수용액을 미생물 원액과 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 증기의 온도는 120 ~ 133℃의 범위인 것이 바람직하다.

상기 미네랄 수용액을 작물 및 과실 수확 7 ~ 10일전 대상에 직접 살포하며 사용 시 만코제브(Mancozeb)), 메탈락실 (Metalaxyl)등의 농약을 분해하고 수확물의 보존 기간을 증가시킨다.

상기 실시예의 미네랄 수용액을 작물 및 식품에 살포 및 세척하면 Na⁺, K⁺등의 알칼리금속 이온이 대상에 잔류한 오염물질(농약, 세균 등)의 표면에 작용하여 대상(유기화합물: 일부 농약, 세균, 수분)에 포함된 -OH작용기가 알칼리금속이온과 반응하여 환원되며 분리된다. 약알칼리성 이온수인 미네랄 수용액은 물 분자가 작아 침투력이 높고 다량의 무기염류 성분을 함유하고 있어 분리된 오염원과 지속적으로 반응하며 배위화합물을 단단위 염류로 분해한다. 미네랄 수용액에 포함된 미량의 미생물은 유기화합물을 분해하고 타 세균을 배제함으로써 무기 염류의 반응을 보조하고 1차 무기염류와의 반응에서 분해되지 못한 오염원을 분해한다.

또한 분해과정에서 식물 및 식품에 포함된 수분과 알칼리 금속이 반응하여 생성되는 활성수소와 미네랄 수용액에 포함된 셀레늄(Se)은 강력한 항산화작용을 하여 식품의 부패를 방지하고 세균의 번식을 억제한다.

작물(특히 쌀, 블루베리, 오디, 딸기, 마늘 등)을 수확하여 미네랄 수용액로 세척 후 보관할 경우, 작물 내 잔류농약분해와 동시에 기존 자연상태 방치 하 7~10일이었던 보존 기간이 30일 이상으로 증가한다. 이는 미네랄성분이 작물에 흡수되면서 신선도를 유지하기 위한 무기영양분을 공급하고 활성수소의 환원작용과 셀레늄(Se)의 항산화작용, 알칼리 금속 이온의 반응 중 발생하는 수분 조절을 통하여 이루어진다.

미강에 유기물과 탄수화물 분해에 능하고 발열활동 및 산막형성을 하는 미생물 배양액을 첨가하여 발효시킴으로써 발효 시 추가적인 원료 및 약재의 투입 없이 발효기간을 단축시키고 작물의 생장에 필요한 필수요소 및 무기영양소의 함량을 높인다. 이렇게 발효된 미강을 소성과정을 통해 무기염류만 추출한 후 가공하여 천연 미네랄 성분을 함유한 액상시료를 생산한다. 장기간의 보관이 어렵고 부패하기 쉬운 미강에 추출한 액상시료를 첨가하여 발효할 경우 보존기간을 증가시키고 다량의 무기영양소를 추가하여 비료 및 사료사용 시 효과를 증대시킨다. 미강의 종래에 사용되던 범위와 함께 무기염류만을 결정화시키는 기술을 추가하여 본래의 기능을 강화하고 부가적인 성능을 부여하는 것이다.

미생물의 경우 6종의 미생물이 서로 다른 기능과 적응 환경을 보유하였으며 공생효과를 통한 각 미생물 간의 상호작용을 통해 뛰어난 분해능력(유기물, 탄수화물, 지방, 악취가스, 유독화합물 등)을 보유하였으며 상온에서 발효시켜 사용하는 타 미생물 제재와 달리 65℃이상의 온도에서도 생존하는 기능을 활용, 고온 증기로 추출하여 배양 시 발생되는 타 세균의 발생을 억제시키고 오염원의 접근을 차단하였다. 농작물 및 식품에 첨가할 시 분해 능력을 조절하고 안전성을 확보하기 위해 미네랄 수용액과 혼합 시 그 양을 최소화하였다.

유기농 농산물을 생산함에 있어 화학비료 및 농약을 사용하지 않으며 토양 및 대기에 잔류하던 오염원을 분해하고 다량의 미량원소를 공급하여 농산물의 품질을 향상시키고 보존시간을 증가시킴과 동시에 생산 단가는 낮추어 이익을 극대화한다. 농작물의 영양공급, 병해방지, 신선도유지, 잔류농약 분해를 본 발명에 따른 미네랄 수용액의 살포공정만으로 축소하여 생산 시 발생하는 농자재 및 원료비용, 인건비등의 생산 단가는 축소되며 농산물의 품질향상, 보존기간 증가, 식품의 안전성 확보는 출하 단가의 상승으로 이어져 총이익이 증가하는 것이다.

토양 내 잔류하는 유독성 화합물과 병원균, 중금속 등은 토양의 지속적인 생산 활동을 저해하고 생물의 생장을 위협하여 경제적, 환경적으로 막대한 손실을 가져온다. 이런 오염원을 제거하기 위해서 투입되는 처리비용을 줄이고 효과를 증가시키기 위해 분해에 필요한 요소만을 선별하여 결정화하고 이 물질의 효과 또한 극대화하기 위해 수용액으로 생산한다. 미네랄 결정체의 경우 1kg으로 약 5톤의 수용액을 생산하며 용도에 따라 이 수용액을 다시 10배(토양의 오염원 제거)~500배(작물 직접 투여 및 식품 세척)희석하여 사용하므로 요구하는 처리제의 양에 비하여 처리비용의 증가는 적다.

농약잔류허용기준(tolerance limit for pesticide residue)에 따라 각 작물마다 섭취해도 무해한 농약의 양을 설정해 놓았으나 식품의 안전성을 확보하고 2차적인 오염의 확산을 방지하기 위하여 농약 분해제의 수요는 증가하나 비용과 처리방법의 문제로 개발이 어려운데, 이에 반해 본 발명에 따른 미네랄 수용액은 미네랄 성분의 흡수가 빨라 반응 및 분해속도가 빠르며 미량의 성분만으로도 오염원을 분해할 수 있어 비용 절감의 경제적 효과와 함께 오염원의 제거를 통한 안정성 확보 및 생태 복원의 환경적 효과를 함께 가져온다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위하여 참고하는 것으로, 본 발명의 범위가 실시예의 범위내로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

1. 미생물 원액 배양

3 ~ 4cm 크기로 파쇄된 버드나무 1kg에 고온 고압 증기(133℃)를 분사 후 응결시켜 1ton의 우점종 6종(Enterobacteriaceae group, Enterobacter cancerogenus, Pseudomonas pavonaceae , Rhodotorula mucilaginosa , Rhodotorula mucilaginosa, Pichia guilliermondii)을 포함하는 미생물 원액 배양하였다.

1.1. 실험배지

시료내에 존재하는 미생물 (세균 및 효모)을 분리하기 위해 세균 분리용 배지로 Trypticase Soy Agar (TSA) 배지를 사용하였고, 효모균주의 분리용 배지로는 항생제를 함유한 Glucose Peptone Yeast extract Agar (GPYA) 배지를 사용하였다.

1.2. 실험방법

액상시료 (약 250ml)를 원심분리하여 supernatant를 버리고 수집된 미생물을 남아 있던 소량의 액체와 혼합하였다.

상기의 혼합액 1ml을 무균적으로 채취하여 멸균된 9ml의 증류수에 첨가하여 10^-1, 10^-2, 10^-3,10^-4, 10^-5,10^-6,10^- ⁷까지연속적으로 희석하고 잘 섞어준 후, 희석된 시료로부터 각 희석액을 100㎕ 씩 채취하여 TSA 및 GPYA 배지에 각각 고르게 도말하였다.

시료가 접종된 배지 중 세균 분리를 위한 TSA 배지는 30℃의 배양기에서 배양을 실시하였고 효모분리를 목적으로 GPYA 배지에 접종한 시료는 25℃ 배양기에서 배양하였다.

배양 3일 후 각 배지를 관찰하여 생육균주의 colony 형태를 육안으로 관찰하고, 시료 내에 가장 많이 분포하는 대표적인 세균과 효모균주들을 선별하였다.

선별된 균주는 항생제가 배제된 분리배지와 동일한 배지에 각각 접종하여 single colony isolation 방법으로 순수 분리하였다.

1.3. 균주선별

상기의 실험결과 액상시료에는 다수의 세균 및 효모 종이 혼재되어있음을 알 수 있었다. 이들 중 액상시료 내에서 분포도가 높은 미생물을 선별하여 동정하기 위하여 TSA 배지에서 생육한 세균 중 우점을 이루고 있는 균주 3주 (HO-B1, HO-B2, HO-B3)를 선별하였고 효모는 GPYA 배지에서 자란 균주 중 분포도가 높은 3종 (HO-Y1, HO-Y2, HO-Y3)을 선별하였다.

선별된 균주들은 single colony isolation 방법으로 순수분리하여 동정에 사용하였다.

1.4. 균주동정

상기의 실험결과 액상시료에 존재하는 대표적인 세균 및 효모로 사료되는 세균 3주와 효모 3주를 동정하기 위하여 현재 가장 정확한 동정법으로 인식되고 있는 분자분류 방법인 염기서열 분석법을 사용하였다.

분리된 세균 및 효모 6주의 동정은 염기서열 분석법으로 실시하였는데, 세균의 경우 16S rRNA 유전자의 염기서열을 조사하였고 효모 균주의 경우 26S rRNA 유전자의 부분 염기서열을 분석하였다.

염기서열 분석에 사용한 primer는 세균의 경우 27f, 785f, 518r, 805r, 1542r 이었으며 효모의 경우는 NL1과 NL4를 사용하였고 PCR 수행시 annealing 온도는 55℃를 사용하였다.

1.5. GenBank 검색 및 동정 결과

각 균주로부터 얻어진 염기서열들은 GenBank에 등록된 균주의 서열과 비교하기 위해 blast 검색을 실시하였다.

검색 결과 HO-B1 세균은 Enterobacteriaceae group에 속하는 균주인 Enterobacter속, Pantoea속, Grimontella속, Phytobacter속, Citerobacter속, Yokenella속, Klebsiella속에 속하는 균주들과 염기서열 결과가 유사한 것으로 나타났으며 유사도는 98-100% 수준으로 나타났다. 이 균주의 경우 Enterobacteriaceae group에 속하는 다양한 속의 균주들과 비슷한 유사도를 나타내어 염기서열 결과로는 특정 속의 균주로 동정할 수 없어 Enterobacteriaceae group에 속하는 균주로 최종적으로 동정하였다. 본 균주를 속 수준으로 동정하기 위해서는 다른 분류학적 데이터를 보충 조사하여 분석할 필요가 있다고 사료된다.

HO-B2 세균의 16S rRNA 유전자서열은 Enterobacter속에 속하는 균주들과 가장 가까운 것으로 나타내었으며 GenBank에 등록된 Enterobacter속 균주들과 98-99% 수준의 염기서열 유사도를 나타내는 것으로 조사되었다. 이들 중 특히 Enterobacter cancerogenus LMG 2693 균주와 1431bp 비교시 1415bp가 동일한 염기서열로 나타나 이 균주와의 유사도는 98%로 조사되었다. 16S rRNA의 유전자의 염기서열 결과를 토대로 HO-B2 세균은 Enterobacter sp. HO-B2 균주로 동정할 수 있었다.

HO-B3 세균의 경우는 염기서열 결과를 검색해 본 결과 Pseudomonas속 균주들과 가장 가까운 균주로 나타났으며 유사도는 98-100% 수준으로 나타났다. HO-B3 세균은 Pseudomonas pavonaceae IAM 1155 균주와 1515bp 비교시 1508bp가 동일한 염기서열로 나타나 이 균주와의 유사도는 99%로 조사되었다. 조사된 염기서열결과를 토대로 HO-B3 균주는 Pseudomonas sp. HO-B3 균주로 동정할 수 있었다.

HO-Y1 효모에서 조사된 26S rRNA 유전자의 부분 염기서열을 NCBI에서 blast 검색해본 결과 균주와 Rhodotorula mucilaginosa 균주들과 99-100%의 유사도를 나타내는 것으로 조사되어 본 효모 균주를 Rhodotorula sp.HO-Y1균주로 동정하였다.

HO-Y2 효모의 경우도 Rhodotorula mucilaginosa 균주들과 유전적으로 가장 가까운 균주임이 확인되었으며 98-99%의 유사도를 나타내는 것으로 조사되었다. 본 결과에 따라 이 효모 균주를 Rhodotorula sp.HO-Y2균주로 동정하였다.

HO-Y1과 HO-Y2 효모 균주는 26S rRNA 유전자의 부분 염기서열에서 두 균주의 염기서열이 동일하게 나타났으나 colony 색상에서 차이를 보였는데 HO-Y1 균주는 담황색이 섞인 붉은 주황색의 colony를 형성하였고, HO-Y2 균주는 붉은 주황색의 colony를 형성하는 것으로 관찰되어 두 균주는 Rhodotorula 속에 속하는 서로 다른 strain의 균주로 사료된다.

HO-Y3 효모에서 조사된 26S rRNA 유전자의 부분 염기서열을 NCBI에서 blast 검색해본 결과 균주와 Pichia guilliermondii 균주들과 98-100%의 유사도를 나타내는 것으로 조사되어 본 효모 균주를 Pichia sp. HO-Y1균주로 동정하였다.

본 실험 결과 액상시료에서 우점종을 차지한 세균 3주와 효모 3주를 염기서열 조사로 동정한 결과는 표 1에 정리하여 나타내었다.

	번호	균주명	분류	동정결과
액상시료	1	HO-B1	세균	Enterobacteriaceae group 균주 HO-B1
	2	HO-B2	세균	Enterobacter sp. HO-B2
	3	HO-B3	세균	Pseudomonas sp. HO-B3
	4	HO-Y1	효모	Rhodotorula sp. HO-Y1
	5	HO-Y1	효모	Rhodotorula sp. HO-Y2
	6	HO-Y1	효모	Pichia sp. HO-Y3

2. 미네랄 효소 용액 제조

상기 미생물 원액 1L당 10kg의 미강을 배합하여 42~45℃로 발효시켰다. 48시간 후 발효된 미강을 지름 8mm, 길이 2 ~ 3cm의 원통형 펠렛(투입된 원료의 무게 비율 83~87%)으로 성형하였다.

상기 펠렛 50kg을 스테인리스 용기에 넣고 약 1000℃의 온도로 용기를 가열하며 소성하였으며, 원료대비 7%의 비율로 지름 0.7mm이하의 구형 결정체(제1결정체)를 생성하였다.

상기 제1결정체를 선별해 스테인리스 용기 및 도기에 담아 약 1200℃의 온도로 직접 가열하여 용융시켜면 백색 및 옥색 결정체(제2결정체) 3.5kg를 생성하였다.

상기 제2결정체를 133℃의 스팀으로 용해 및 응결시켜 미네랄 수용액을 얻었으며, 상기 미네랄 수용액을 미생물 원액과 9.5 : 0.5의 비율로 혼합하여 미네랄 효소 용액을 수득하였다. 수득된 미네랄 효소 용액에 포함된 미네랄 성분 물질은 다음과 같다.

미네랄 성분(단위 : ppm )
칼륨 (K)	8.74
마그네슘 ( Mg )	1.97
나트륨 ( Na )	6.60
아연 ( Zn )	0.29
구리 ( Cu )	0.62
철 ( Fe )	4.97
인 (P)	4.68
셀레늄 ( Se )	0.17

2.1. 농약 분해 및 식품 보존

인삼 농약으로 메타락실의 잔류 여부를 검사하였다. 농약을 100배 희석하여 상기 실시예의 미네랄 효소 용액과 혼합한 후, 농약성분의 잔류를 검출하였으며, 실시예와 비교할 수 있도록 비교예로서 미네랄 효소 용액을 혼합하지 않은 용액을 같은 조건으로 실험하였다.

사용한 실험기기로는 Gas Cromatography(GC)(NPD(Nitrogen Phosphorous Detector))를 사용하였다. 그 결과를 도 1, 표 3(비교예) 및 도 2, 표 4(실시예)에 나타내었다. 그래프의 가로축은 용출시간, 세로축은 농도를 나타낸다. 도 1의 그래프 중 두번째 항목인 13.026 피크가 도 2에서는 나타나지 않아, 농약의 잔류성분이 검출되지 않음을 알 수 있다.

peak #	retTime [min]
1	11.278
2	13.026
3	13.219
4	13.364
5	14.035
6	14.287
7	18.275
8	23.932

peak #	retTime [min]
1	11.278
2	13.272
3	13.357
4	14.317
5	18.319
6	23.892
7	24.526

3. 탈취 시험

실시예의 수용액을 30만배 희석한 후 20mL를 5L 크기 반응기에 넣고 밀봉하였다. 시험가스의 초기농도를 50μ㏖/㏖로 주입하고 시험가스의 농도를 초기(0시간), 0.5시간, 1시간, 2시간, 6시간, 9시간, 12시간, 24시간에서 측정하였으며, Sample로 나타내었다. 시험가스 농도는 KS I 2218 : 2009에 의하여 측정하였으며, 시험 중 온도는 23℃ ± 5℃, 상대습도는 50% ±10%를 유지하였다.

시험가스로는 트리메틸아민((CH₃)₃N), 메틸머캅탄(CH₃SH), 암모니아(NH₃), 황화수소(H₂S)를 사용하였다.

대조군으로 실시예의 수용액을 넣지 않고, 같은 실험을 진행하였으며, Blank로 나타내었다.

각 시간대별 시험가스의 제거율은 다음 식에 의하여 계산하였다.

시험가스의 제거율(%) = [{(대조군의 농도)-(실시예의 농도)}/(대조군의 농도)]×100

각 시험가스별로 결과를 하기의 표 5 ~ 8 및 도 3 ~ 6에 각각 나타내었다.

트리메틸아민 ((CH₃)₃N)	시험결과
트리메틸아민 ((CH₃)₃N)	대조군 농도(μ㏖/㏖)	실시예 농도(μ㏖/㏖)	탈취율(%)
0(시간)	50	50	0.0
0.5(시간)	49	9	81.6
1(시간)	49	7	85.7
2(시간)	49	5	89.8
6(시간)	48	4	91.7
9(시간)	48	4	91.7
12(시간)	47	3	93.6
24(시간)	45	2	95.6

메틸머캅탄 (CH₃SH)	시험결과
메틸머캅탄 (CH₃SH)	대조군 농도(μ㏖/㏖)	실시예 농도(μ㏖/㏖)	탈취율(%)
0(시간)	50	50	0.0
0.5(시간)	49	47	4.1
1(시간)	49	46	6.1
2(시간)	49	46	6.1
6(시간)	48	43	10.4
9(시간)	48	43	10.4
12(시간)	47	41	12.8
24(시간)	45	39	13.3

암모니아 (NH₃)	시험결과
암모니아 (NH₃)	대조군 농도(μ㏖/㏖)	실시예 농도(μ㏖/㏖)	탈취율(%)
0(시간)	50	50	0.0
0.5(시간)	49	1	98.0
1(시간)	49	N.D.	100.0
2(시간)	49	N.D.	100.0
6(시간)	48	N.D.	100.0
9(시간)	48	N.D.	100.0
12(시간)	47	N.D.	100.0
24(시간)	45	N.D.	100.0

황화수소 (H₂S)	시험결과
황화수소 (H₂S)	대조군 농도(μ㏖/㏖)	실시예 농도(μ㏖/㏖)	탈취율(%)
0(시간)	50	50	0.0
0.5(시간)	49	45	8.2
1(시간)	49	44	10.2
2(시간)	49	44	10.2
6(시간)	48	41	14.6
9(시간)	48	41	14.6
12(시간)	47	39	17.0
24(시간)	45	36	20.0

Claims

버드나무의 파쇄단계;
상기 파쇄된 버드나무에 고온의 증기를 통과시키는 단계;
상기 증기를 응결하여 미생물 원액을 제조하는 단계;
상기 미생물 원액에 미강을 배합하여 발효시키는 단계;
상기 발효된 미강을 펠렛으로 성형하는 단계;
상기 펠렛을 950 ~ 1100℃의 온도로 소성하는 단계;및
온도를 낮춰 제1결정체를 생성하는 단계
를 포함하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 증기의 온도는 120 ~ 133℃인 것을 특징으로 하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 미생물 원액에 포함되어 있는 미생물은 Enterobacteriaceae group , Enterobacter cancerogenus , Pseudomonas pavonaceae , Rhodotorula mucilaginosa , Rhodotorula mucilaginosa 및 Pichia guilliermondii을 포함하는 것을 특징으로 하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 미강을 발효시키는 시간은 40 ~ 60시간 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1결정체를 생성하는 단계 후에,
상기 제1결정체를 1200 ~ 1250℃의 온도로 용융하는 단계;및
온도를 낮춰 제2결정체를 생성하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 제2결정체에 120 ~ 133℃의 고온의 증기를 분사하는 단계;및
상기 증기를 수용액으로 응결시키는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미강 발효를 이용한 미네랄 결정체 제조방법.