KR101663696B1

KR101663696B1 - 잔디를 이용한 발효 액체비료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101663696B1
Application number: KR1020140136727A
Authority: KR
Inventors: 김상준
Original assignee: 김상준
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2016-10-07
Also published as: KR20160042597A

Abstract

본 발명은 잔디를 이용한 발효 액체비료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, a)잔디를 0.1mm 이하의 미립자로 분쇄하는 단계(S100); b)분쇄된 잔디 미립자와 액체비료 원료를 넣고 혼합하는 단계(S200); c)혼합액에 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종하는 단계(S300); 및 d)상기 c)단계의 액체 비료 혼합물을 발효하는 단계(S400);를 포함하여 제조되며, 상기 c)단계 이전에 상기 혼합액을 110 ~ 130℃에서 10 ~ 30분간 멸균하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
상기 액체비료는 골프장에서 대량 발생하는 유기성 폐기물인 잔디 예지물과 신규한 기능성 미생물인 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종 및 발효시켜 친환경적이며, 식물의 성장을 촉진하고, 식물 병원성균에 대한 항균활성 및 식물 분해활성이 우수하다는 장점이 있다.

Description

잔디를 이용한 발효 액체비료 및 그 제조방법{LIQUID FERTILIZER USING LAWN GRASS-FERMENTATION, AND THE MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 잔디를 이용한 발효 액체비료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 골프장에서 대량 발생하는 유기성 폐기물인 잔디 예지물과 신규한 기능성 미생물인 수탁번호 KCTC12650BP의 Paenibacillus ehimensis KWN38을 혼합 및 발효시켜 친환경적이며, 식물생장을 촉진하고, 식물 병원성 균에 대한 항균활성 및 식물 분해활성이 우수한 액체비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

유기성 폐기물은 상당량의 질소, 인 및 유기 탄소를 함유하며, 이를 토양에 재활용할 경우 양분을 토양에 안정적으로 지속적으로 공급할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 유기성 폐기물을 자원으로 이용하지 못하고 폐기하는 경우가 많아 상당한 환경오염을 유발하고 있는 것이 현실이다. 한국에서는 매년 1억 톤 정도의 유기성 폐기물이 발생한 것으로 보고되었으나, 발생 현황을 파악하기 어려워 실제 발생량은 더 많을 것으로 추정하고 있다. 이는 비단 우리나라만이 갖는 문제가 아니며, 일본에서도 연간 전체 폐기물의 60%인 2억 8천만 톤의 유기성 폐기물이 버려지고 있다. 이러한 문제는 런던 의정서의 발효로 해양 투기가 금지되고, 세계적으로 폐기물 처리 규제가 강화되고 있는 추세와 맞물려 더욱 심각하게 문제가 되고 있다. 이에 대한 한 가지 해결책으로 유기성 폐기물인 식품 및 농·수·축산업 등의 부산물을 친환경적으로 재활용하는 방안이 활발하게 논의되고 있다. 유럽, 미국 등지에서는 최근 들어 유기성 폐기물에 대한 강화된 규제에 대응하여 다양한 방법의 처리법이 연구되고 있는데 그 중 퇴비, 토양 개량제와 같은 비료로 만드는 연구가 많이 수행되었다. 우리나라에서도 이러한 추세에 따라 유기성 폐기물을 비료로 재활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래의 기술로는 공개특허공보 제0107406호에서는 식품 및 농·수·축산 부산물과 기능성 미생물을 접종하여 식물생장촉진 액체비료에 대해 제시하고 있으며, 등록특허공보 제0252469호에는 농축산 폐기물로부터 양질의 퇴비를 생산하기 위해 유기물의 분해가 용이하도록 돕는 미생물 제제 및 이를 이용한 퇴비의 제조방법에 대해 제시되어 있다.

한편, 이러한 유기성 폐기물의 재활용은 비단 농·수·축산업 분야뿐 아니라 골프장과 같은 스포츠 산업 분야에서도 활발하게 논의되고 있다. 우리나라에서 운영 중인 골프장의 면적은, 환경부 자료에 따르면 2004년에 199.4km², 2010년에 327 km²으로 꾸준히 증가하고 있다.

골프장의 잔디관리면적은 18홀 골프장을 기준으로 대략 10 ~ 15만평 정도이고, 고품질의 잔디관리를 위해 생육기간 중 일정간격으로 예초를 실시한다. 이때 상당량의 잔디 예지물이 발생하며, 이는 전량 수거가 어렵기에 대부분 흩뿌려서 방치되었다. 이렇게 미수거된 잔디 예지물은 부패층을 생성시켜 각종 병원균의 서식처가 되어 모든 병충해 발생의 온상이 되었으며, 리그닌(lignin)의 함량이 높기 때문에 물을 배척하는 소수성을 띠므로 부분건조나 장마철 과습을 유발하였다. 또한 모세관을 통한 지열발산을 억제시켜 온도 상승과 가스 발생으로 잔디의 생육이 저하되거나 고사되는 피해를 입혀 이를 회복하기 위해 다시 화학비료와 농약을 사용하는 악순환을 발생시켰다.

하지만 최근에는 잔디 예지물로 인한 오염을 방지하고 친환경적으로 재활용하기 위한 일환으로 이를 자연 순환시키는 노력을 기울이고 있다. 등록특허공보 제1195489호에 따르면 잔디 예지물로 만든 액체 비료는 환경적 측면뿐만 아니라 잔디를 성장시키는 영양적 측면에서도 비료로서의 적합성을 갖는다는 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 상기의 잔디 예지물로 만든 액체비료에 신규한 기능성 미생물인 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종 및 발효하는 과정을 추가하여, 종래의 기술에 비해 더욱 우수한 식물성장효과와 식물 병원성균에 대한 항균효과를 갖는 액체비료와 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

공개특허공보 제0107406호(2013년 10월 2일, 공개) 등록특허공보 제1195489호(2012년 2월 29일, 공개) 등록특허공보 제0252469호(1999년 11월 5일, 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일상적으로 수거되어 폐기물로 처리되던 잔디 예지물을 이용하여 액체비료를 제조하는 것으로서, 좀 더 상세하게는 골프장에서 발생하는 유기성 폐기물인 잔디 예지물과 높은 생초 분해능력을 가지며, 식물 병원성균을 강력히 억제하고, 식물의 성장을 촉진하는 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종 및 발효시켜 친환경적이며 우수한 기능을 갖는 액체비료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 제시하는 잔디를 이용한 발효 액체비료는 a)잔디를 0.1mm 이하의 미립자로 분쇄하는 단계(S100); b)분쇄된 잔디 미립자와 액체비료 원료를 넣고 혼합하는 단계(S200); c)상기 혼합액에 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종하는 단계(S300); 및 d)상기 c)단계의 액체비료 혼합물을 발효하는 단계(S400);로 제조하며, 상기 c)단계 이전에 상기 혼합액을 110 ~ 130℃에서 10 ~ 30분간 멸균하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 발효 액체비료의 조성은 전체 조성물 1L당, 잔디 미립자 178g, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP) 1mL, 요소 2.5 ~ 3.5g, P₂O₅ 8.5 ~ 9.5g, K₂O 1 ~ 3g, MgSO₄·7H₂O 0.5 ~ 2g, CaCl₂·2H₂O 0.5 ~ 2g, 효모(yeast) 0.01 ~ 0.2g, Na₂MoO₄·2H₂O 0.01 ~ 0.1g, ZnSO₄·7H₂O 0.01 ~ 0.1g, 키틴 분말 0.1 ~ 1g, 젤라틴 분말 0.1 ~ 0.3g을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 잔디는 골프장에서 발생하는 잔디 예지물인 것이 바람직하며, 그 종은 왕포아풀(kentucky blue grass), 우산잔디(bermudagrass), 호밀풀(pernnial ryegrass) 및 들잔디로 이루어진 군 중에서 선택되며, 상기 c) 단계에서 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 포함할 때, Bacillus circulans, Bacillus licheniformis , Bacillus mycoides 및 Pseudomonas fluorescens 로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 발효하는 단계는 20 ~ 30℃에서 5 ~ 15일 동안 수행하며, 바람직하게는 유산소 상태에서 30 ~ 50rpm으로 연속폭기 진탕발효를 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태로는 앞서 언급한 방법으로 제조된, 잔디를 이용한 발효 액체비료이며, 이것은 관수시스템을 통하여 자동 살포되는 특징이 있다. 이때, 상기 관수시스템은 스프링쿨러관수 또는 점적관수인 것이 바람직하며, 수도작 농작물에 사용되는 경우, 논의 물 유입구를 통해 흘러들어오는 물에 혼합되어 자연 유하를 통해 시비될 수 있다.

본 발명의 잔디를 이용한 발효 액체비료는 골프장에서 일상적으로 발생하는 유기성 폐기물인 잔디 예지물과 항균활성 및 식물 성장을 촉진하는 효능이 뛰어난 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종 및 발효시켜 친환경적이며 우수한 기능을 갖는다.

도 1은 본 발명의 잔디를 이용한 액체비료의 제조 공정도이다.
도 2는 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)의 식물성장 호르몬 생산 여부를 알아보기 위한 TLC 크로마토그램의 결과이다.
도 3은 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)의 식물성장 호르몬 생산 여부를 알아보기 위한 HPLC 크로마토그램의 결과이다.
도 4는 액체비료 제조과정 중 호기성 발효를 위한 장치이다.
도 5는 각 처리군에 따른 잔디 지상부의 생초 길이를 나타내는 것으로, 25d는 처리 후 25일째, 35d는 처리 후 35일째 결과를 나타낸다.
도 6은 각 처리군에 따른 잔디 지상부의 생초중량을 나타낸다.
도 7은 각 처리군에 따른 잔디 지상부의 건초중량을 나타낸다.
도 8은 각 처리군에 따른 잔디 지하부의 뿌리길이를 나타낸다.
도 9는 각 처리군에 따른 잔디 지하부의 뿌리 생초중량을 나타낸다.
도 10은 각 처리군에 따른 잔디 지하부의 뿌리 건초중량을 나타낸다.

본 발명에 따른 잔디를 이용한 발효 액체비료는, 도 1에 도시된 바와 같이, a)잔디를 0.1mm 이하의 미립자로 분쇄하는 단계(S100); b)분쇄된 잔디 미립자와 액체비료 원료를 넣고 혼합하는 단계(S200); c)상기 혼합액에 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종하는 단계(S300); 및 d)상기 c)단계의 액체비료 혼합물을 발효하는 단계(S400);로 제조한다.

본 발명의 발효 액체비료는 전체 조성물 1L당, 잔디 미립자는 150 ~ 200g이 혼합되고, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)는 0.5 ~ 4mL가 접종되는 것이 바람직하며, 이 비율 이상으로 잔디 미립자의 양을 늘리면 기계적 혼합이 되지 않는 상태를 초래할 수 있다. 또한 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)의 접종량이 0.5mL 이하인 경우 미생물 활성이 나타나지 않고, 4mL 이상으로 증가되는 경우 더 이상 미생물 접종에 따른 항균활성도 및 식물 성장 호르몬 분비 수치가 증가하지 않으므로, 경제적인 관점에서 4mL 이하의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 액체비료 원료는 요소 2.5 ~ 3.5g, P₂O₅ 8.5 ~ 9.5g, K₂O 1 ~ 3g, MgSO₄·7H₂O 0.5 ~ 2g, CaCl₂·2H₂O 0.5 ~ 2g, 효모(yeast) 0.01 ~ 0.2g, Na₂MoO₄·2H₂O 0.01 ~ 0.1g, ZnSO₄·7H₂O 0.01 ~ 0.1g, 키틴 분말 0.1 ~ 1g, 젤라틴 분말 0.1 ~ 0.3g을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 c)단계 이전에 상기 혼합액을 110 ~ 130℃에서 10 ~ 30분간 멸균하는 단계(S500)를 더 포함하여 제조함으로써 액체 비료 제조시 액비화 효율을 높일 수 있다.

또한 잔디는 골프장에서 일상적으로 수거되는 잔디 예지물인 것이 바람직하며, 그 종은 왕포아풀(kentucky blue grass), 우산잔디(bermudagrass), 호밀풀(pernnial ryegrass) 및 들잔디로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것으로, 바람직하게는 왕포아풀이다. 이때, Paenibacillus ehimensis KWN38을 접종하는 단계에서 식물 성장에 도움을 주는 미생물인 Paenibacillus borealis , Paenibacillus brasilensis , Paenibacillus elgii , Paenibacillus polymyxa 및 항균효과가 있는 미생물인 Bacillus circulans , Bacillus licheniformis , Bacillus mycoides , Pseudomonas fluorescens 로 이루어진 군 중에서 적어도 하나 이상인 것을 더 포함하여 식물 성장을 촉진하거나, 식물 병원성균에 대한 항균효과를 높이는 데 더욱 도움을 줄 수 있다. 또한 발효 단계는 20 ~ 30℃에서 5 ~ 10일 동안 수행하는 것이 바람직하며, 이 온도 범위를 벗어나거나, 발효기간이 10일 이상 진행될 경우 미생물의 활성이 떨어지는 것으로 나타났다. 이때, 상기 발효 단계는 유산소 상태에서 30 ~ 50rpm으로 연속폭기 진탕발효를 하는 것이 바람직하다.

상기 잔디를 이용한 액체 비료는 다양한 식물 재배 환경에 적용될 수 있으나, 바람직하게는 정기적으로 잔디 부산물이 발생하며, 사계절 내내 꾸준한 비료 공급 및 관리가 필요한 골프장용 잔디에 적용될 수 있다.

또한 비료의 살포방법은 여러가지가 있으나 기시설된 관수 시스템(스프링쿨러관수 또는 점적관수)을 이용하여 계획하는 목적에 적합한 비율대로 비료를 자동혼합, 희석하여 잔디 및 농작물의 엽면과 지근에 자동 살포함으로써 관리의 시비 비용을 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 균등한 시비가 이루어져 비료의 효과를 극대화할 수 있다. 또한 수도작 농작물에 사용되는 경우, 논의 물 유입구를 통해 흘러들어오는 물에 혼합되어 자연 유하를 통해 시비될 수 있다.

이하 본 발명의 잔디를 이용한 액체 비료 및 이의 제조방법에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

균주의 분리

군산 Country club(CC)내 잔디 예지물로부터 신규한 균주를 분리하기 위하여 2회에 걸쳐 시료를 채취하였다. 채취된 시료는 멸균된 생리식염수(0.85% NaCl)로 희석하여 유일한 탄소원으로 Carboxymethylcellulose(CMC)가 첨가된 배지(표 1)에 도말하여 26 ~ 30℃에서 3 ~ 5일간 배양한 후, 생성된 콜로니를 순수분리하였다.

배지성분	함량
증류수	1 L
CMC-Sodium salt	5 g
NaNO₃	2 g
K₂HPO₄	1 g
MgSO₄	0.5 g
KCL	0.5 g
Peptone	0.2 g
Agar	18 g

분리한 균주의 동정

순수분리된 균주를 NA 및 LB broth에서 18 ~ 24시간 동안 진탕 배양하여 집균한 균액 100㎕를 lysis buffer 200㎕, Lysozyme 1㎕와 골고루 섞어 30℃에서 30분간 반응시킨 후에 Proteinase K 1㎕를 첨가한 후 56℃에서 30분간 반응시킨다. 반응 후, Multiscreen^tm HTS Glass Filter에 옮겨 vacuum manifold를 이용하여 DNA를 glass filter에 결합시킨 후 70% Ethanol 200㎕를 넣어 glass filter를 2회 세척하고 TE solution(10mM Tris-HCl[pH 8.0], 0.1mM EDTA) 50㎕를 넣어 DNA를 용출하여 다음 실험 시까지 -20℃에서 보관하였다.

그 후 세균의 16S rDNA를 증폭하기 위하여 일반적인 프라이머인 27F와 1492R을 사용하여 PCR을 수행하였다. 증폭된 PCR 산물은 0.7% agarose gel에서 전기영동 한 후 ethidium bromide 용액에 5분간 염색한 후 UV 분광광도계 Gel Doc XR system를 이용하여 260nm 파장에서 약 1.5kb에 해당하는 DNA하여 UV 조사장치로 약 1.5kb에 해당하는 DNA 밴드를 확인하였다.

16S rDNA 염기서열 분석 및 계통분류학적 분석

16S rDNA 염기서열을 분석하기 위해 증폭된 PCR 산물을 아가로오스 젤 전기영동한 후, 서열분석을 하기 위해 1.5kb에 해당하는 밴드를 확인하여 절단한 후 Gel extraction kit를 이용하여 정제하였다.

Gel로부터 정제된 DNA는 유전자 서열 분석을 위하여 27F, 1492R 프라이머를 이용하여 양쪽 방향 모두 염기서열 해독을 실시하였다. 미생물의 16S rDNA의 부분 염기서열을 Blast network service를 이용하여 EMBL/GenBank database의 염기서열을 비교하여 속명을 확정하였다. 그 후 MEGA program을 이용하여 표준균주와의 계통분류학적 유연관계를 분석한 결과 Paenibacillus ehimensis과 높은 상동성을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 본 발명의 균주를 Paenibacillus 속 균주로 동정하고, Paenibacillus ehimensis KWN38로 명명하였으며, 이를 한국생명공학연구원 미생물자원센터에 2014년 8월 13일 자로 기탁하고, 수탁번호 KCTC12650BP를 부여받았다.

Paenibacillus ehimensis KWN38 (수탁번호 KCTC12650BP )의 생초 분해능 측정

상기 실시예를 통해 분리 및 동정한 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)의 생초 분해율을 확인하기 위하여 생초에 상기 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종한 후 30℃에서 7일간 배양한 후 유기물 함량을 측정하여 아래의 표 2와 같은 결과를 얻었다.

	유기물 함량(%)
생초	3.4
생초 + Paenibacillus ehimensis KWN38	2.9

상기 표 2에 따르면 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종한 처리구의 유기물 함량이 접종하지 않은 처리구의 유기물 함량보다 낮게 나타났다. 이것은 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)이 생초를 분해하여 이용함으로써 유기물 함량이 줄어든 것으로 판단된다.

Paenibacillus ehimensis KWN38 (수탁번호 KCTC12650BP )의 식물성장 호른몬 생산

Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)의 식물성장 호르몬(indole acetic acid, IAA) 분비 여부를 확인하기 위하여 TLC 및 HPLC 크로마토그램을 실시하였으며, 그 결과는 도 2 및 3과 같다.

도 2는 TLC 크로마토그램의 결과로, 식물 생장 호르몬인 옥신의 표준물질인 IAA와 KWN38 배양 상등액을 에틸아세테이트로 추출한 물질의 Rf 값은 각각 0.33, 0.31로 유사하고, 발색시약에 대한 반응에서도 모두 분홍색을 나타나 두 물질은 분자구조가 유사한 옥신의 종류임을 알 수 있다. 또한 도 3에 따르면, HPLC 크로마토그램을 통하여 IAA와 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP) 추출물의 t_R값이 모두 16.2분으로 측정되어, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)이 옥신류의 물질을 생산한다는 것을 확인할 있다.

Paenibacillus ehimensis KWN38 (수탁번호 KCTC12650BP )의 항균활성 측정

Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP) 및 항균효과가 있다고 알려진 미생물인 Bacillus circulans , Bacillus licheniformis , Bacillus mycoides, Pseudomonas fluorescens과 식물 병원성균의 대치배양을 통한 항균성 측정 결과를 아래의 표 3과 같이 나타내었다.

	Rhizocronia solani	Phytophthora capsici	Fusarium oxyporum
Paenibacillus ehimensis KWN38	++	+++	+++
Bacillus circulans	-	-	+
Bacillus licheniformis	-	+	++
Bacillus mycoides	-	+++	+++
Pseudomonas fluorescens	+	++	++

상기 표 3의 +와 -는 미생물의 항균효과에 의해 병원성균의 성장이 저해된 부분(inhibition zone)의 정도를 나타낸 것으로 - 는 0mm, + 는 5mm 이하, ++ 는 5 ~ 10mm, +++ 는 10mm 이상이며, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)은 세 가지 식물 병원성균 모두에 대하여 항균효과가 있는 것으로 나타났다.

상기 실시예4 내지 실시예6의 결과에 따라 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)은 생초 분해능력, 식물 병원성균에 대한 항균효과, 식물성장 호르몬 분비능력이 있음을 알 수 있다. 따라서 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 포함하여 액체비료를 제조하면, 원료인 잔디 생초를 잘 분해시켜 비료의 제조를 용이하게 하는 동시에, 항균효과 및 식물 성장 효과가 우수한 액체비료를 제조할 수 있다.

잔디를 이용한 발효 액체비료의 제조

도 1은 잔디와 기능성 미생물인 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)이 유효성분으로 포함된 본 발명의 발효 액체비료의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도이다.

먼저 상기 잔디는 잔디 예지물로서, 잔디 예지물을 0.1mm 이하의 미립자로 분쇄하였다. 분쇄된 잔디 미립자와 액체 비료 원료 및 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 혼합한 후 발효하였다. 이때, 본 발명의 발효 액체비료 1L 당 각 조성물의 함량은 아래의 표 4와 같으며, 이 비율보다 잔디 예지물의 양이 늘어나면 기계적 혼합이 되지 않는 상태를 초래하는 것으로 나타났다.

조성물		함량 (전체 발효 액체비료 1 L 기준)
잔디 미립자		178 g
Paenibacillus ehimensis KWN38		1 mL
액체비료 원료	요소	2.8 g
	P₂O₅	8.8 g
	K₂O	1.6 g
	MgSO₄·H₂O	1 g
	CaCl₂·2H₂O	1 g
	효모(yeast)	0.1 g
	Na₂MoO₄·2H₂O	0.05 g
	ZnSO₄·7H₂O	0.06 g
	키틴 분말	0.8 g
	젤라틴 분말	0.2 g

액체비료 제조 공정의 최적 조건

잔디 예지물과 기능성 미생물인 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 이용한 발효 액체비료의 액비화 평가는 화학적 분석을 통해 이루어졌으며, 분석 항목으로 탄소/질소 비, 클로로필 a(Chlorophyll-a)의 농도를 통해 평가하였다. 이때, 유기물 분해가 진행될수록 탄소/질소 비는 감소하며, 잔디 예지물 속 엽록소의 분해가 진행될수록 클로로필 a의 농도는 증가한다.

(1)산소 조건의 최적화

액체비료를 제조하는 데 있어서 산소의 유무에 따른 액비화 효율을 비교하기 위하여 혐기 상태와 호기 상태로 달리하여 발효를 진행하였다.

이때, 혐기 상태는 액체비료 내 공기가 주입되지 못하도록 완전 밀폐하고, 호기 상태는 도 4와 같이 에어 펌프(10)를 이용하여 0.4L/min·L로 공기를 연속적으로 주입하되, 이물질의 유입을 막기 위해 필터(20)를 설치하고, 공기 주입을 위한 호스 끝에는 에어 스톤(30)을 연결하여 연속폭기가 되도록 하였으며 혼합기(40)로 잘 섞어 주었다. 이 두 조건에 대한 화학적 분석 결과는 아래의 표 5와 같다.

산소 유무	발효기간(일)	탄소/질소 비	클로로필 a 농도 (mg/m³)
혐기 상태	0	10.0	3,634
	5	10.0	8,889
	10	9.9	9,708
	15	9.4	10,468
호기 상태	0	10.0	3,634
	5	9.4	59,552
	10	6.7	14,546
	15	6.0	6,607

상기 표 5에서 볼 수 있듯이 혐기 상태에 비해 호기 상태에서 탄소/질소 비가 낮게 나타났으며, 클로로필 a의 농도는 높게 나타났다. 따라서 혐기 상태보다 호기 상태에서 액비화 효율이 높은 것을 알 수 있다.

(2)발효 전처리 과정의 최적화

액체 비료를 제조공정 중 발효 과정 전에, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)를 제외한 잔디 예지물 및 액체비료 원료에 대하여 멸균처리한 액체비료와 멸균하지않고 오존처리를 한 액체비료를 비교하여 전처리 조건별 액비화 효율을 보았다.

이때, 멸균은 고압증기멸균기를 이용하여 120 ℃에서 20분간 진행하였으며, 오존처리는 12.875O₃ g/Nm³·Air 로 발생되는 오존발생기를 이용하여 유량 40 LPM으로 5분간 오존을 주입하였으며, 이 두 조건에 대한 화학적 분석 결과는 아래의 표 6과 같다.

전처리 조건	발효기간(일)	탄소/질소 비	클로로필 a 농도 (mg/m³)
오존 주입	0	11.7	5,236
	5	11.4	22,379
	10	8.5	12,891
	15	8.1	6,589
멸균	0	10.0	3,634
	5	9.4	29,552
	10	6.7	14,546
	15	6.0	6,607

상기 표 6에서 볼 수 있듯이 오존을 주입하여 전처리한 액체비료에 비해 멸균하여 전처리한 액체비료에서 탄소/질소 비가 낮게 나타났으며, 클로로필 a의 농도는 높게 나타났다. 따라서 오존을 주입하는 것보다 멸균하는 전처리 방법이 액비화 효율이 높은 것을 알 수 있다.

(3)기능성 미생물의 접종량 및 발효기간 최적화

액체비료를 제조하는 데 있어서 기능성 미생물인 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)의 접종량 및 발효기간에 따른 액비화 효율을 비교하기 위하여 기능성 미생물의 접종량 및 발효기간을 각각 달리하여 발효를 진행하였다.

이때 기능성 미생물은 액체비료 조성물 1L에 대하여 0.5, 1, 2, 4mL씩 접종하였고, 기능성 미생물을 접종한 액체비료는 발효시작 후 0, 5, 10, 15일에 분석을 하였으며, 그 결과는 아래의 표 7과 같다.

미생물 접종량(mL/L)	발효기간(일)	탄소/질소 비	클로로필 a 농도 (mg/m³)
0.5	0	10.0	3,634
	5	9.2	24,633
	10	6.3	12,070
	15	5.8	11,094
1	0	10.0	3,634
	5	8.3	25,725
	10	5.1	12,379
	15	4.7	11,390
2	0	10.0	3,634
	5	8.5	25,425
	10	5.5	12,383
	15	5.2	11,739
4	0	10.0	3,634
	5	8.6	25,394
	10	5.5	12,862
	15	5.3	11,767

상기 표 6에서 볼 수 있듯이 발효기간 5일을 기준으로, 기능성 미생물을 1mL 접종하였을 때, 탄소/질소 비는 가장 낮고, 클로로필 a의 농도는 가장 높은 것으로 나타나 기능성 미생물의 접종량이 lmL/L일때 가장 액비화의 효율이 높은 것을 알 수 있다. 또한 발효시작 10일 이후부터는 모든 실험군에서 탄소/질소 비와 클로로필 a의 농도 모두 큰 변화없이 일정한 것으로 나타나 최적 발효기간은 최대 10일까지인 것을 알 수 있다.

(4)발효 과정 중 온도에 따른 최적화 조건

액체비료를 제조하는 데 있어서 발효 온도에 따른 액비화 효율을 비교하기 위하여 20℃와 30℃로 온도를 달리하여 발효를 진행하였으며, 화학적 분석 결과는 아래의 표 8과 같다.

온도(℃)	발효기간(일)	탄소/질소 비	클로로필 a 농도 (mg/m³)
20	0	10.0	3,634
	5	8.3	25,425
	10	5.1	12,379
	15	4.7	11,390
30	0	10.0	3,634
	5	5.2	26,379
	10	5.0	18,435
	15	4.6	12,876

상기 표 8에서 볼 수 있듯이 20℃보다는 30℃에서 탄소/질소 비가 낮고, 클로로필 a의 농도는 높아, 액비화 효율이 더 우수함을 알 수 있다. 또한, 탄소/질소 비의 변화와 클로로필 a의 농도 변화를 따져봤을 때 각 온도별 최적의 발효기간은 20℃에서는 10일, 30℃에서는 5일인 것으로 알 수 있다.

발효 액체비료 사용에 따른 잔디 생육 조사

본 발명의 잔디를 이용한 발효 액체비료의 효능을 알아보기 위하여 아래 표 9와 같이 4가지 조건으로 처리하여 실시하였다. 좀더 상세하게 F는 종래의 비료를 처리한 군이고, FF는 종래의 비료와 농약의 혼합물로 전체 혼합물 1.6L에 대하여 농약이 0.8mL 포함된 군이다. 또한 G는 잔디 액체비료 0.73L에 대하여 물 0.87L가 포함되는 혼합물이며, GP는 잔디 액체비료 0.73L에 대하여 물 0.87L, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)이 접종된 혼합물이다.

구분	처리 조건
F	비료
FF	비료 + 농약
G	잔디 액체비료
GP	잔디 액체비료 + Paenibacillus ehimensis KWN38

상기 표 9와 같은 조성의 비료를 일정한 양으로 잔디에 처리하고 25일 후와 35일 후에 잔디를 채취하여 분석하였다. 채취한 잔디는 지상부위 및 뿌리로 나누어 지상부 생초길이, 생초중량, 건초중량 및 지하부의 생초길이, 생초중량, 건초중량을 측정하였다. 건초중량은 60 ℃ 오븐에서 2일 동안 말린 후 측정을 하였고, 생초중량은 열매를 제거한 후 순수 줄기와 잎의 무게로 하였다. 그 결과는 도 5 ~ 도 10과 같으며, 비료 처리 후 35일째에서 지상부(잎) 생초길이, 생초중량, 건초중량 및 지하부(뿌리)의 생초길이, 생초중량, 건초중량 모두 GP군이 가장 높은 것으로 나타났다. 따라서 잔디 액체비료 및 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)혼합물로 이루어진 본 발명의 발효 액체비료는 잔디 생육에 도움을 주는 것으로 나타났다.

10 : 에어펌프
20 : 필터
30 : 에어스톤
40 : 혼합기
S100 : 잔디를 0.1mm 이하의 미립자로 분쇄하는 단계
S200 : 분쇄된 잔디 미립자와 액체비료 원료를 넣고 혼합하는 단계
S300 : 기능성 미생물을 접종하는 단계
S400 : 기능성 미생물을 접종한 액체비료 혼합물을 발효하는 단계
S500 : 기능성 미생물 접종 전 혼합액을 110 ~ 130℃에서 10 ~ 30분간 멸균하는 단계

한국생명공학연구원

KCTC12650

20140813

<110> KIM, Sang Jun <120> LIQUID FERTILIZER USING LAWN GRASS-FERMENTATION, AND THE MANUFACTURING METHOD OF THE SAME <130> P2014-465 <160> 1 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1470 <212> DNA <213> Paenibacillus ehimensis KWN38 <400> 1 tttactgnnt tcgacgaacg gaggcggcgt gcctaatacc ttcaagtcga gcgcttgggg 60 agttccttcg ggaatccccc gggagcggcg gacgggtgag taacacgtag gcaacctgcc 120 tgtaagaccg ggataactac cggaaacggt agctaagacc ggataagtgg tcttctcgca 180 tgagaggatc aagaaacacg gggcaacctg tggcttacag atgggcctgc ggcgcattag 240 ctagttggtg gggtaacggc tcaccaaggc gacgatgcgt agccgacctg agagggtgat 300 cggccacact gggactgaga cacggcccag actcctacgg gaggcagcag tagggaatct 360 tccgcaatgg acgcaagtct gacggagcaa cgccgcgtga gtgatgaagg ttttcggatc 420 gtaaagctct gttgccaggg aagaacgtcg cggagagtaa ctgctctgcg aatgacggta 480 cctgagaaga aagccccggc taactacgtg ccagcagccg cggtaatacg tagggggcaa 540 gcgttgtccg gaattattgg gcgtaaagcg cgcgcaggcg gccgcttaag tctggtgttt 600 aagcccgggg ctcaaccccg gttcgcactg gaaactgggc ggcttgagtg caggagagga 660 aagcggaatt ccacgtgtag cggtgaaatg cgtagagatg tggaggaaca ccagtggcga 720 aggcggcttt ctggcctgta actgacgctg aggcgcgaaa gcgtggggag caaacaggat 780 tagataccct ggtagtccac gccgtaaacg atgagtgcta ggtgttaggg gtttcgatac 840 ccttggtgcc gaagtaaaca caataagcac tccgcctggg gagtacgctc gcaagagtga 900 aactcaaagg aattgacggg gacccgcaca agcagtggag tatgtggttt aattcgaagc 960 aacgcgaaga accttaccag gtcttgacat ccctctgaat atcctagaga tagggtaggc 1020 cttcgggaca gaggagacag gtggtgcatg gttgtcgtca gctcgtgtcg tgagatgttg 1080 ggttaagtcc cgcaacgagc gcaacccttg aacttagttg ccagcattaa gttgggcact 1140 ctaagttgac tgccggtgac aaaccggagg aaggtgggga tgacgtcaaa tcatcatgcc 1200 ccttatgacc tgggctacac acgtactaca atggccggta caacgggaag cgaagtcgcg 1260 agatggagcc aatcctaaga aagccggtct cagttcggat tgcaggctgc aactcgcctg 1320 catgaagtcg gaattgctag taatcgcgga tcagcatgcc gcggtgaata cgttcccggg 1380 tcttgtacac accgcccgtc acaccacgag agtttacaat gagtgaatcc ggtctcaaga 1440 agtcgaacca cgtcgccttt gttatctgct 1470

Claims

a) 잔디를 0.1mm 이하의 미립자로 분쇄하는 단계(S100); b) 분쇄된 잔디 미립자와 액체비료 원료를 넣고 혼합하는 단계(S200); c) 상기 혼합액에 Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)을 접종하는 단계(S300); 및 d) 상기 c)단계의 액체비료 혼합물을 발효하는 단계(S400);를 포함하며,
상기 발효 액체비료 1L당, 상기 잔디 미립자는 150 ~ 200g, Paenibacillus ehimensis KWN38(수탁번호 KCTC12650BP)은 0.5 ~ 4mL를 포함하고,
상기 액체비료 원료는 전체 발효 액체비료 1L를 기준으로 요소 2.5 ~ 3.5g, P₂O₅ 8.5 ~ 9.5g, K₂O 1 ~ 3g, MgSO₄·7H₂O 0.5 ~ 2g, CaCl₂·2H₂O 0.5 ~ 2g, 효모(yeast) 0.01 ~ 0.2g, Na₂MoO₄·2H₂O 0.01 ~ 0.1g, ZnSO₄·7H₂O 0.01 ~ 0.1g, 키틴 분말 0.1 ~ 1g, 젤라틴 분말 0.1 ~ 0.3g을 포함하며,
상기 c)단계에서 Bacillus circulans, Bacillus licheniformis 및 Bacillus mycoides 로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상을 추가로 접종하는 것을 특징으로 하는 잔디를 이용한 발효 액체비료의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 c)단계 이전에 상기 혼합액을 110 ~ 130℃에서 10 ~ 30분간 멸균하는 단계(S500)를 더 포함하는 잔디를 이용한 발효 액체비료의 제조방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 잔디는 왕포아풀(kentucky blue grass), 우산잔디(bermudagrass), 호밀풀(pernnial ryegrass) 및 들잔디로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것으로, 골프장에서 발생하는 잔디 예지물인 것을 특징으로 하는 잔디를 이용한 발효 액체비료의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 발효하는 단계는 20 ~ 30℃에서 5 ~ 10일 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 잔디를 이용한 발효 액체비료의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 발효하는 단계는 유산소 상태에서 30 ~ 50rpm으로 연속폭기 진탕발효를 수행하는 것을 특징으로 하는 잔디를 이용한 발효 액체비료의 제조방법.
제1항, 제2항, 제5항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 잔디를 이용한 발효 액체비료.
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