KR101572777B1 - 해조류 부산물 발효용 발효액 순환 발효조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발효 중 생성되는 발효액을 펌프를 통하여 발효조 상부로 이동시켜 발효조 내부로 다시 분사하는 과정을 반복하여 발효액을 순환시킴으로써 발효 중의 발효액이 발효조 내부에 정체되어 있는 경우에 비하여 발효조 내부에 동일한 발효조건을 제공할 수 있는 발효액 순환 발효조로서, 발효재에 발효 미생물과 조우할 기회를 높여 발효의 질을 높이고 발효시간을 단축시킬 수 있어 짧은 기간 내에 대량으로 발생하는 해조류 부산물을 발효 과정을 통하여 신속하게 처리함으로써 장기 저장을 용이하게 할 수 있으므로, 버려지는 해양 자원을 활용하고, 해양 환경을 개선하는데 도움이 된다.

Description

해조류 부산물 발효용 발효액 순환 발효조{Circulation Fermentor for Seaweed Appendage}

본 발명은 해조류 및 그 부산물을 발효시키기 위한 발효조에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 발효 중 생성되는 발효액을 파이프를 통해 발효조 상부로 이동시켜 발효조 내부로 다시 분무 분사하고, 이 과정을 발효기간 동안 수차례 반복하여 발효액을 순환시킴으로써 발효조 내부에 수직적으로 동일한 발효조건을 제공할 수 있도록 한 발효액 순환 발효조에 관한 것이다.

해조류는 고등식물에서 볼 수 있는 것처럼 뿌리, 줄기, 잎의 구별이 뚜렷하지 않고, 유관속이 발달하지 않아서 영양분의 섭취는 식물체 전체에서 일어난다. 우리나라 사람들은 예로부터 해조류를 매우 즐겨 식용으로 이용하여 왔고, 따라서 해조류의 생산에 많은 관심을 기울여 왔다. 현재 우리나라의 해조류 생산량은 전체 수산물 생산량 중 대략 25%를 차지하는 대규모 수산자원으로 세계적인 해조 생산국으로 알려져 있다.

일반적으로 해조류 중 주요 양식종인 미역은 갈조류 다시마과에 속하고 일본과 한국의 특산물로 한류와 난류가 직접 만나는 지역을 제외하고 전국의 연안에 자생하고 있다. 미역은 인공 채묘 관리 후 9~10월에 배우체를 종계에 부착시켜 바닷물에 수하한 후, 본 양식하여 3~5개월 후에 수확한다.

현재 국내 대부분의 미역양식장에서 미역의 채취 과정은 미역이 양식되는 해수근처에 바지선상에서 밧줄을 해수면 위로 건져 올린 후 엽체만을 채취하고 식용으로 사용하는 가식부 이외, 중량의 40%(약 40만톤)의 미역귀, 줄기 등의 해조 부산물이 그대로 해양에 투기되고 있다. 이렇게 투기된 해조 부산물이 해저에 쌓여 부패하면서 해양 환경오염을 일으키고 해저에 서식하는 패류 등의 저생생물의 생육환경을 악화시키고 있으며, 조류에 밀려와 연안 바위틈에 쌓여 어류의 회유와 산란장을 없애고 바닷물의 투과광을 없애는 등 양신산업에도 영향을 미치고 있다.

그러나 채취되고 버려지는 해조 부산물에는 칼슘, 마그네슘, 철분, 칼륨과 같이 몸에 필요한 미네랄을 다량 함유하며, 티아민, 리보플라민, 니아신 또는 아스코르브산 등의 비타민이 풍부하여 몸의 밸런스 유지에 효과적인 것으로 알려져 있어 인체 및 가축 등의 영양 공급원으로 이용 가능하다. 특히 최근 미역귀에 함유된 생리활성 성분 중 후코이단의 기능성이 알려지면서 미역귀를 활용한 건강식품, 화장품 등이 속속 개발되어 있다.

이와 같이 해조 부산물은 많은 영양과 기능성 물질을 함유하고 있으나 그 이용이 제한되고 있는데, 이는 해조류 생산이 동절기의 짧은 기간 내에 즉, 미역의 경우, 2~4월에, 다시마의 경우 3~6월에 집중되고 있어, 대량의 해조 부산물이 한꺼번에 쏟아져 나와 이를 단기간에 처리하기 힘들고, 한편으로는 점도가 높은 해조류이 특성상 장기 보관을 위한 세척, 자숙, 염장, 냉동 저장 등의 과정에서 고비용이 발생하기 때문이다.

최근에는 해조류를 발효시켜 점도가 높은 다당체를 저분자화하여 소화율을 높이고 유용한 영양성분을 강화하여 기능성 식품과 가축 사료의 원료로 사용하는 연구가 늘고 있다. 그러나 해조류와 그 부산물은 일반 발효 재료와는 달리 알긴산 등의 함유로 점도가 매우 높기 때문에 그 취급 과정 및 발효 단계에 어려움이 있으며, 발효 단계에서 발효 미생물과의 조우가 용이하지 않고, 이로 인해 불균등한 발효가 일어나기 쉬워 발효기간이 지연되는 문제가 있다.

따라서 짧은 기간 내에 많은 물량의 해조류 부산물을 수거 및 장기 저장하기 위한 가공 기술 등을 개발함으로서 방치되고 있는 대규모 자원인 해조류의 이용을 높이기 위한 연구 개발이 시급하다.

국내 공개특허공보 제 10-2001-0011310호에는 해조를 수분65-72%, 건물 28-35%정도로 반건조하고, 반건조한 해조를 1cm정도로 세단하고 일반 발효미생물과는 다른 점질 다당 분해력이 좋은 해양 미생물X, sea101을 희석, 혼입하여 발효탱그를 밀봉하여 발효시킨 후 진공 포장하여 저장하고 상기 해양 미생물은 해조퇴적물이 쌓인 해저갯벌에서 분리해낸 것으로 해조의 35%에 이르는 생리활성물질이면서도 가축의 소화 흡수력이 낮은 고분자 점질 다당류를 처음의 1/20~1/100까지 저분자화하여 알긴산, 후코이단 및 만니톨 등의 생리활성물질의 소화 흡수력을 높인 기능성 해조 발효사료 제조방법에 관하여 개시되어 있다. 국내 공개특허공보 제 10-2001-0055346호에는 미역 유래의 유효성분을 포함하는 미역 폐기물을 활용한 기능성 사료첨가제의 제조방법 및 그 제조방법에 의한 기능성 사료첨가제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미역 폐기물을 수거하고, 수거한 미역 폐기물을 파쇄하고, 파쇄한 상기 미역 폐기물을 저장용기에 충진하면서 감마-프로테오박테리아(gamma-proteobacteria)를 포함한 해조류 분해균 또는 그 분해효소를 투여하고 밀봉시켜 상기 미역 폐기물을 분해 발효시킨 후, 이를 건조하는 과정으로 이루어진, 미역 유래의 유효성분을 포함하는 미역 폐기물을 활용한 기능성 사료첨가제의 제조방법 및 그 제조방법에 관하여 개시되어 있다. 국내 공개특허공보 제 10-2013-0013257호에는 (S1) 해조류 분말과 물을 발효조에 넣고 교반시켜 상기 분말이 점성을 띠는 해조류 반죽이 되도록 하는 단계, 및 (S2) 상기 반죽을 교반시키면서 호기성 균주와 혐기성 균주를 가하여 상기 반죽 중 공기에 노출된 부분에는 상기 호기성 균주가 지속적으로 접촉하도록 하고 공기에 노출되지 않은 부분에는 상기 혐기성 균주가 지속적으로 접촉하도록 하는 단계를 포함함으로써, 해조류 반죽 전체에서 호기성 발효 및 혐기성 발효가 고루 일어나도록 하여, 영양소 함량이 높으면서 수용성 및 소화 흡수율도 현저히 개선할 수 있는 해조류의 발효 방법 및 이를 이용하여 제조된 식품에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허공보 제 10-2014-0043317호에는 유기성 폐기물을 수용하는 발효조와 내부 중심에 회전동력을 전달하는 회전축과 복수의 회전날개를 회전축을 기준으로 대칭이 되게 형성한 임펠러와 임펠러의 회전날개를 따라 연속적으로 설치되는 복수개의 혼합 돌기를 가진 유기성 폐기물 발효 교반장치를 개시하고 있다. 그러나 상기 선행문헌에서 개시하고 있는 기술은 해조류나 그 부산물의 발효 단계에서의 특성을 고려하지 않고 일반 발효재의 발효와 동일하게 발효를 진행하기 위한 것으로, 본 발명에서 개시하고 있는 발효액 순환 발효조를 이용하여 발효된 발효액을 발효조 상부로 이동시켜 분사시킬 수 있는 해조 부산물을 위한 발효액 순환 발효조와 그 목적과 구성 및 효과에서 차이를 보인다.

본 발명은 양식 미역의 가식부 이외, 해양에 그대로 투기되고 있는 미역귀, 줄기 등의 해조류 부산물을 회수하여 해양 환경오염 및 양식 산업 피해를 막고, 버려지는 해양 자원을 활용하기 위한 방법으로, 해조류와 그 부산물의 특성을 고려한 발효를 위해 발효 과정에서 발효재와 발효 미생물의 조우를 용이하게 하고 대량의 발효재를 동일한 조건에서 효율적으로 발효시켜 발효기간을 단축시키고 저장을 용이하게 할 수 있는 해조류 발효 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 상기의 과제를 수행하기 위하여 일정 높이의 외벽을 갖고 발효재 및 발효액을 수용할 수 있도록 내부에 공간을 가지며, 하부로 갈수록 좁아지는 깔때기형 바닥을 가진 발효조; 상기 발효조 하부의 깔대기형 바닥 경사면 일측에 발효재 회수를 위한 발효조 하부 뚜껑과; 상기 발효조 하부의 깔대기형 바닥의 경사면 타측에 발효재와 발효액을 분리시킬 수 있는 발효액 거름망을 가진다.

또한 상기 발효액 거름망을 통해 걸러진 발효액을 회수할 수 있는 발효액 관이 발효조 외부로 돌출되어 형성되고; 상기 발효액 관으로 이동하는 발효액을 발효조 상부로 이동시켜 분사시킬 수 있는 압력을 위한 발효액 펌프; 상기 발효액 펌프에 연결되어 발효액을 발효조 안으로 고르게 분사시킬 수 있는 발효액 분사기가 발효조 상부뚜껑 저면에 형성된 것을 특징으로 하는 발효액 순환 발효조를 제공한다.

본 발명의 발효액 순환 발효조는 발효 중 생성되는 발효액을 발효조 상부로 이동시켜 발효조 내부로 다시 분사하고, 이 과정을 발효 기간 동안 수차례 반복하여 발효액을 순환시킴으로써 발효 중의 발효액이 발효조 내부에 정체되어 있는 경우에 비하여 발효조 내부에 동일한 발효조건을 제공할 수 있고, 발효재에 발효 미생물과 조우할 기회를 높여 발효의 질을 높이고 발효시간을 단축시킬 수 있다. 따라서 짧은 기간 내에 대량으로 발생하는 해조류 부산물을 발효 과정을 통하여 신속하게 처리함으로써 장기 저장을 용이하게 할 수 있으므로, 버려지는 해양 자원을 활용하고, 해양 환경을 개선하는데 일조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발효액 순환 발효조의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 복수개의 발효액 순환 발효조를 연결하여 폐쇄순환 회로를 형성한 것을 나타낸 사시도이다.

본 발명은 발효식품 및 발효사료 제작, 특히 해조류 발효에 있어서 발효조 하부로 고이는 발효액을 회수하여 발효조 상부에서 분사하여 순환시킴으로써 발효조 내부에 동일한 발효조건을 제공하여 발효액과 발효재의 질을 높이고 발효시간을 단축시킬 수 있는 발효액순환 발효조에 관한 것이다. 이하 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 발효액 순환 발효조의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 복수개의 발효액 순환 발효조를 연결하여 회로를 형성한 것을 나타낸 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발효액 순환 발효조는 일정 높이의 외벽을 갖고 발효재 및 발효액을 수용할 수 있도록 내부에 공간을 가지며, 하부로 갈수록 좁아지는 깔때기형 바닥을 가진 발효조(100);와 상기 발효조 하부의 깔대기형 바닥 경사면 일측에 발효재 회수를 위한 발효조 하부뚜껑(110);과 상기 발효조 하부의 깔때기형 바닥의 경사면 타측에 발효재와 발효액을 분리시킬 수 있는 발효액 거름망(120)을 갖는다.

상기 발효액 거름망을 통해 걸러진 발효액을 유출시킬 수 있는 발효액 관(140)이 발효조 외부로 돌출되어 형성되고; 상기 발효액 관(140)으로 이동하는 발효액을 발효조 상부로 이동시켜 분사시킬 수 있는 압력을 공급하기 위한 발효액 펌프(300); 및 상기 발효액 펌프(300)에 연결되어 발효액을 발효조(100) 안으로 고르게 분사시킬 수 있도록 발효조 상부뚜껑(400) 저면에 형성된 발효액 분사기(430)로 구성된다.

상기 발효조(100)는 그 모양에 제한은 없으나, 교반기(200) 장착 및 작동에 용이하도록, 또는 상부에서 발효액을 분사할 때에 발효조 내부에 저장된 발효재에 균일한 효과가 미치도록 원통형인 것이 바람직하다. 바닥면은 하부로 갈수록 좁아지는 사일로형, 또는 깔때기 형으로 형성되어 발효액의 회수 또는 유출 및 발효재 회수를 원활하게 할 수 있으며, 오랫동안 발효재가 발효조(100) 한 곳에 정체되는 것을 방지한다.

상기 발효조(100) 하부의 깔때기형 바닥의 경사면 일측에는 발효조 하부 뚜껑(110)을 형성하여 발효가 종료된 발효재를 회수하는 데에 사용한다. 이 때, 발효조 하부 뚜껑(110)의 직경은 발효재 또는 절단된 발효재의 크기, 발효조 하부면의 크기 및 발효조 내부 용량에 따라 변경이 가능하며, 발효 종료 후, 발효액과 발효재를 모두 회수한 다음 발효조 하부 뚜껑(110)을 통하여 발효조 내부, 교반기(200), 및 발효액 거름망(120)을 세척하기에 적당한 크기의 직경으로 형성하는 것이 바람직하다.

발효조 하부 뚜껑(110)의 테두리 내부에 실리콘 또는 고무 패킹을 이용하여 밀폐할 수 있도록 제작하여 발효조(100) 내에 발효재와 발효액이 저장되어 있을 때 그 무게와 압력을 견디고 견고하게 밀폐할 수 있도록 한다.

상기 발효조(100) 하부의 깔때기형 바닥의 경사면 타측에는 발효재와 발효액을 분리시킬 수 있도록 발효액 거름망(120)이 형성된다. 이 때 발효액 거름망(120)의 눈의 크기는 발효재의 종류 및 크기에 따라 달라질 수 있다.

해조류 및 그의 부산물의 발효에 있어서는 해조류의 세척, 반건조, 절단, 자숙, 분쇄 등의 전처리를 통하여 발효조(100)에서의 발효를 더욱 용이하게 할 수 있고, 발효 기간을 더욱 단축시킬 수 있으며, 전처리된 해조류의 크기에 따라 거름망(120)의 눈 크기를 선택하여 사용한다.

상기 발효액 거름망(120)에 의하여 걸러진 발효액은 발효액 관(140)으로 이동한다. 이 때 발효액 밸브(130)로 발효액의 유출을 조절한다. 발효액 밸브(130)를 열어 발효액이 발효액 관(140)으로 유출되면 발효액 펌프(300)의 작동에 의하여 발효액을 발효조의 상부로 끌어 올린다.

발효액 펌프(300)에 연결된 발효액 관(140)의 상부 말단은 발효액 호스(310)에 연결되고 발효액 호스(310)의 타말단에는 발효조 상부 뚜껑(400)의 바깥 중앙에 형성된 호스 고정용 나사산(410)에 연결되어 고정된다. 따라서 발효액 펌프(300)에 의하여 상부 올려진 발효액은 발효액 호스(310)를 통해 이동하여 발효조 상부뚜껑(400)에 형성된 발효액 분사기(430)를 통하여 발효조 내부에 고르게 분사된다.

발효액 분사기(430)는 통공이 복수개 형성된 원반형태의 분사체로서 발효액 호스(310)와 연결되어, 공급된 발효액을 분사기 통공을 통해 분사한다. 발효액 분사기(430)에 형성된 통공의 크기와 수는 발효액의 점도와 양에 따라 분사되는 각도는 발효조(100) 내부에 발효액이 고르게 분사되도록 조절가능하다.

발효조 내부로 분사된 발효액은 다시 발효조 하부에 모이고, 발효액 펌프(300)를 통하여 발효액을 다시 상부로 보내는 작업을 발효 기간 동안 수차례 반복하여 발효액을 순환시킴으로써 발효 중의 발효액이 발효조 내부에 정체되어 있는 경우에 비하여 발효조 내부에 동일한 발효조건을 제공할 수 있고, 발효재에 발효 미생물과 조우할 기회를 높여 발효의 질을 높이고 발효시간을 단축시킬 수 있다.

발효조 상부 뚜껑(400)의 일면에 기체 유출구(440)가 형성되어 있어 발효 기간 동안 발생된 기체를 배출하여 발효조 내의 압력을 조절하고, 발효 중에는 기체 유출구 뚜껑(450)을 덮어 발효조 내에 혐기성 조건을 유지할 수 있다.

상기 발효조(100) 내부에 발효재와 발효액을 고르게 섞을 수 있는 교반기(200)와 교반기 일단에 교반을 위한 교반기용 모터(230)를 장착할 수 있다. 교반기는 교반기의 축에 나선형 교반날(220)과 판형 교반날(210)이 형성되어 있다. 교반기의 축은 발효조 중앙에 위치하여 발효액과 발효재 전체를 고르게 교반할 수 있도록 회전한다.

이때 판형 교반날(210)은 발효재와 발효액을 수평으로 교반하며, 나선형 교반날(220)은 발효재와 발효액의 수직교반에 도움을 준다. 발효재의 모양이 불규칙하거나 발효재의 크기가 큰 경우, 또는 발효액의 양이 충분하지 않은 경우, 발효재와 발효 미생물의 조우 기회가 줄어들기 때문에 발효시 충분히 교반함으로써 미생물이 발효재와 고르게 섞이게 되어 발효의 질을 높이고, 발효기간을 줄일 수 있다.

교반기 축과 교반날은 화학적으로 안정된 재질의 금속, 플라스틱 등을 사용하여 발효과정 중의 화학반응에 참여하지 않고 부식되지 않도록 한다. 상기 교반기는 발효조(100)로부터 분리 가능하도록 제작할 수 있으며 이 경우 발효가 종료되고, 발효재와 발효액을 회수한 후, 세척이 더욱 용이하다.

상기 교반기의 일단은 교반을 위한 교반기용 모터(230)와 연결되며, 교반기용 모터는 교반기의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 발효재 및 발효액의 교반 횟수와 속도는 발효재의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 50~80 rpm으로 발효 기간 중 1~2일에 1회 실시하였다.

발효하려는 발효재의 양이 많은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 발효조(100)를 복수개 연결하여 배치할 수 있다. 이 때, 발효액 거름망(120)에서 걸러진 발효액은 발효액 펌프(300)를 통해 타 발효조로 상부에서 분사되고, 이 발효액은 발효조 하부에서 발효액 거름망에 의해 걸러져 다른 발효조와 연결되는 방식으로 발효액이 순환된다. 복수개의 발효조가 폐쇄 순환회로를 형성하여 발효액을 순환시킴으로써 대량의 발효재에서 동일한 조건으로 발효가 진행될 수 있다. 발효조 외벽에는 발효조 창이 형성되어 발효가 진행되는 동안 발효조의 내부의 발효상태를 확인할 수 있다.

본 발명에서 제공하고 있는 발효액 순환 발효조는 발효 중 생성되는 발효액을 펌프를 통하여 발효조 내부로 다시 분사하는 과정을 통하여 발효조 내부에 동일한 발효조건을 제공할 수 있고, 발효재에 발효 미생물과 조우할 기회를 높여 발효의 질을 높이고 발효시간을 단축시킬 수 있어 짧은 기간 내에 대량으로 발생하는 해조류 부산물을 발효 과정을 통하여 신속하게 처리함으로써 장기 저장을 용이하게 할 수 있으므로, 버려지는 해양 자원을 활용하고, 해양 환경을 개선하는데 일조할 수 있다.

100 : 발효조 110 : 발효조 하부뚜껑
120 : 발효액 거름망 130 : 발효액 밸브
140 : 발효액관 150 : 발효액 회수밸브
160 : 발효액 회수구 170 : 발효조 창
200 : 교반기 210 : 판형 교반날
220 : 나선형 교반날 230 : 교반기용 모터
300 : 발효액 펌프 310 : 발효액 호스
320 : 호스고정용 나사 400 : 발효조 상부뚜껑
410 : 호스고정용 나사산 420 : 회전축 삽입관
430 : 발효액 분사기 440 : 기체 유출구
450 : 기체 유출구 뚜껑

Claims (3)

1. 일정 높이의 외벽을 갖고 발효재 및 발효액을 수용할 수 있도록 내부에 공간을 가지며, 하부로 갈수록 좁아지는 깔때기형 바닥을 갖는 발효조로 이루어진 해조류 부산물 발효용 발효액 순환 발효조에 있어서,
   발효조 내부에 형성되는 교반기는 교반기의 축에 발효재와 발효액을 수직 교반하는 나선형 교반날과 발효재와 발효액을 수평 교반하는 판형 교반날이 형성되어 발효액과 발효재를 고르게 교반할 수 있도록 하며,
   발효조 외벽에는 발효조의 내부를 확인할 수 있는 발효조 창이 형성되고;
   발효조 하부의 깔대기형 바닥 경사면 일측에는 발효된 발효재를 회수하기 위해 개폐 가능한 발효조 하부 뚜껑이 형성되며;
   발효조 하부의 깔대기형 바닥의 경사면 타측에 발효재와 발효액을 분리시킬 수 있는 발효액 거름망을 가지며; 발효액 거름망을 통해 걸러진 발효액을 회수할 수 있는 발효액 관이 발효조 외부로 형성되고;
   상기 발효액 관으로 이동하는 발효액을 발효조 상부로 이동시켜 발효액을 발효조 안으로 고르게 분사시킬 수 있도록 한 발효액 분사기가 발효조 상부 뚜껑 저면에 형성되고,
   발효조 상부 뚜껑의 일면에는 발효 중, 발생된 기체를 배출하여 발효조 내의 압력을 조절하도록 기체 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는 해조류 부산물 발효용 발효액 순환 발효조.
   
2. 제1항의 발효액 순환 발효조가 복수개 설치되고, 발효액 관이 타 발효조의 발효액 분사기에 연결되고, 타 발효조의 발효액 관이 다시 타 발효조의 발효액 분사기에 연결되어 복수개의 발효조가 폐쇄 순환회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 해조류 부산물 발효용 발효액 순환 발효조 시스템.
3. 삭제

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