KR101765310B1 - 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법은, 제올라이트, 벤토나이트를 포함하는 복수 종의 점토광물을 준비하여 각각 분쇄 및 소성, 혼합하여 분말혼합물을 제조하는 1차혼합단계; 가축 방혈을 준비하여 상기 분말혼합물과 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조하는 2차혼합단계와; 상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리를 내부 온도 130 ~ 400℃의 과립기에 고압으로 분사하여 내측에 다공질을 이루는 과립층이 형성되고, 외측에 과립층을 감싸는 유기코팅층이 형성된 과립을 제조하는 성형단계와; 상기 성형된 과립을 냉각시키는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, 사료에 사용되기 적합한 유용한 제올라이트, 벤토나이트와 같은 무기질을 포함하면서 가축의 혈액(방혈)을 이용하여 과립 표면에 단백질이 주성분을 이루는 유기코팅층을 형성함으로써 무기질이 주성분을 이루는 과립 내부의 기공에 물이 스며드는 시간을 지연시켜 부유성이 우수한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 과립이 제공된다.

Description

가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법{Manufacturing method of granule containing livestock's blood and clay mineral as additives for Fish feed or Formula feed}

본 발명은 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 과립의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법에 관한 것이다.

점토광물(clay mineral)은 입경이 0.002mm이하의 소립자 광물로 1g의 미립자 표면적을 펼치면 배구장 면적과 같이 넓다고 알려져 있다.

이는 내부에 무수히 많은 기공이 형성되어 있기 때문인데, 이러한 기공을 이용하여 미생물의 흡착이나 각종 기능성 물질의 담체 역할을 하도록 한 사료 제조 기술이 공개되어 있다.

일반적인 점토 광물을 이용한 사료들은 내부에 존재하는 일부 기공은 외부와 연통되고, 또 일부는 내부에 독립적으로 존재하게 되는데, 내부에 독립적으로 존재하는 기공의 양이 사료 전체의 무게와 대비하여 높지 않아 부상성을 제공하기에는 어렵다.

즉, 점토광물을 이용한 일반적인 사료 제조 기술로는 양어용 부상 사료를 제조하는 것이 용이하지 않다.

점토광물을 이용한 사료의 제조 기술 중 본 출원인이 출원하여 등록받은 "과립형 맥섬석 사료 첨가제 및 이의 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-0573811호, 특허문헌 1)에는 점토광물로 맥섬석을 이용하여 가축의 사료를 제조하는 기술이 공개되어 있다.

상기 특허문헌 1의 기술은 맥섬석과 물을 혼합하여 슬러리를 수득하고, 여기에 탄산칼슘을 혼합한 다음 과립기에 투입하고, 이어 제조된 과립을 소성하는 공정이 공개되어 있다.

그런데, 과립의 성형, 소성 과정에서 고온에 의해 과립 내부의 기포가 짧은 시간에 과립 외부로 빠져나가게 되면서 도 1과 같이 일측에 홈이 형성된 환상의 형상을 취하게 된다.

일반적인 가축 사료로 사용될 경우 이러한 홈이 형성된 환상의 형상은 아무런 문제를 발생시키지 않으며, 오히려 특허문헌 1에 나타난 바와 같이 미생물 배양에 적합한 담체 역할을 하게 되므로 양질의 사료를 제공할 수 있게 된다.

그런데, 이러한 구조는 수중에 투입되었을 때 홈 내부에 물이 차게 되면 물의 하중에 의해 짧은 시간내에 침강하게 된다.

따라서, 침강 사료로는 적합하나, 부상 사료로는 부적합한 형상인 것이다.

더욱이, 천연광물을 이용한 기존의 양어사료첨가용 무기물들은 분쇄공정 후 양어사료에 배합하는 형태이므로, 입자의 형태 및 크기가 고르지 못하고, 재료의 부유성이 없고, 유동성 떨어지며, 침전되는 등의 결점이 있었다.

이에 특허문헌1과 같이 점토광물의 우수한 효과를 가지면서도 수중에서 일정 시간 동안 부유 상태가 되어 부상사료로 사용하기에 적합한 기술의 개발이 필요한 실정이다.

한편, "가축혈액을 이용한 철분 강화 농축산물 비료와 무항생제 사료의 개발방법"(한국 공개특허공보 제10-2008-0040296호, 특허문헌 2)에는 가축의 혈액을 멸균 및 가공 처리하여 유기물 및 무기물과 미생물 제제를 혼용하여 농수축산물의 생산을 위한 비료나 사료의 제조에 사용하도록 한 기술이 공개되어 있다.

특허문헌 2에서는 혈액과 기타 첨가 재료들을 혼합, 균질화한 후 펠렛 압출 성형하는 공정이 공개되어 있다.

이처럼 가축의 성장에 도움이 되는 혈액을 사료의 원료로 재활용하는 기술이 현재 공개되어 있기는 하나, 단순히 유,무기 물질들과 혼합하여 압출 성형하는 기술 정도만 공개되어 있는 실정이다.

KR 10-0573811 (2006.04.18) KR 10-2008-0040296 (2008.05.08)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 사료에 사용되기 적합한 유용한 무기질을 포함하면서 가축의 혈액(방혈)을 이용하여 과립 표면에 단백질이 주성분을 이루는 유기코팅층을 형성함으로써 무기질이 주성분을 이루는 과립 내부의 기공에 물이 스며드는 시간을 지연시켜 부유성이 우수한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 과립을 제공하려는 것이다.

보다 구체적으로, 양어에 필요한 영양분 및 미네랄 성분이 과립층 내부에 포함되도록 하고, 고온의 과립기에서 순간적으로 분사되어 건조될 때 상기 재료들과 혼합되어 있는 가축 혈액의 주성분인 수분이 외측으로 이동하면서 수분과 함께 포함되어 있던 단백질, 지방 등의 유기물이 수분과 함께 과립층의 외측으로 이동하면서 건조되어 과립층을 감싼 유기코팅층을 형성하여, 내부의 과립층은 다수의 기공이 형성되고, 외부의 유기코팅층은 자체에 포함된 지방 성분 등에 의해 과립층 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하여 제조된 과립의 부유성을 향상시키려는 것이다.

이때, 점토광물 중 제올라이트를 구성으로 갖추어 제올라이트에 포함된 미네랄, 칼슘, 인, 망간, 아연, 동 등의 다량의 광물질을 이용하여 양어의 성장을 촉진하고 육질을 개선하며, 병에 대한 저항력을 강화시킬 수 있게 하려는 것이다.

또한, 어류 성장에 필요한 미네랄이 다량 포함됨은 물론, 팽창성에 기인하여 사료의 통과 속도를 지연시켜 소화율과 흡수율의 향상에 도움을 주는 것과 더불어, 특히 결착성이 우수한 벤토나이트를 구성으로 갖추어 과립화된 사료 제조 시 경도를 높여줄 수 있게 하려는 것이다.

또한, 맥섬석 등을 추가적인 점토광물로 활용함으로써 맥섬석에서 발생하는 원적외선을 이용하여 이물질과 악취 발생분을 흡착 제거토록 하여 양어회의 맛을 향상시킬 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법은 상기한 과제를 해결하기 위하여, 제올라이트 원광 분말을 400 ~ 950℃의 온도로 가열하여 100 중량부 준비하고, 맥섬석 원광 분말을 800 ~ 1,100℃의 온도로 가열하여 상기 제올라이트 100 중량부 기준으로 40 ~ 60 중량부 준비하며, 패각 분말을 850 ~ 950℃의 온도로 가열하여 제올라이트 100 중량부 기준으로 0.5 ~ 1.1 중량부 준비하고, 벤토나이트를 제올라이트 100 중량부 기준으로 12 ~ 60 중량부 준비하여 혼합하여 분말혼합물을 제조하는 1차혼합단계와; 가축 방혈을 준비한 후 상기 분말혼합물과 1 : 0.2 ~ 2.0의 중량비로 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조하는 2차혼합단계와; 상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리를 내부 온도 130 ~ 400℃의 과립기에 7.0 내지 13.0㎏/㎠의 주입압력으로 노즐에 의해 분사하여 0.1 ~ 3mm 의 평균 입경을 가지면서 다공질을 이루는 과립층이 형성되고, 외측에 과립층을 감싸는 유기코팅층이 형성된 과립을 제조하는 성형단계와; 상기 성형된 과립을 냉각시키는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 성형단계 이전에 분산제, PH조절제, 소포제 중 선택된 1종 내지 3종이 첨가되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리는 농도 30 내지 50wt%, pH 7.0 내지 9.5, 점도 300 내지 1,550cps인 상태인 것을 특징으로 한다.

또는, 제올라이트와 맥섬석을 포함한 복수의 점토광물을 준비하여 각각 분쇄 및 소성, 혼합하여 분말혼합물을 제조하는 1차혼합단계; 가축 방혈을 준비하여 상기 분말혼합물과 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조하는 2차혼합단계와; 상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리를 내부 온도 130 ~ 400℃의 과립기에 고압으로 분사하여 내측에 다공질을 이루는 과립층이 형성되고, 외측에 과립층을 감싸는 유기코팅층이 형성된 과립을 제조하는 성형단계와; 상기 성형된 과립을 냉각시키는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.

아울러, 본 발명의 과립은 상기한 제조 방법에 의해 제조되며, 점토광물, 제올라이트, 맥섬석, 패각, 벤토나이트가 포함되어 있으며, 다공질을 갖는 과립층과; 상기 과립층의 외부를 감싸고 있으며, 혈액 중의 수분이 증발되고 남은 단백질을 포함하여 이루어진 유기코팅층;으로 구성되어 있고, 밀도가 7.0 ~ 1.22 g/㎤, 비표면적 25 ~ 65㎡/g, 기공율 47 ~ 62%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 사료에 사용되기 적합한 유용한 무기질을 포함하면서 가축의 혈액(방혈)을 이용하여 과립 표면에 단백질이 주성분을 이루는 유기코팅층을 형성함으로써 무기질이 주성분을 이루는 과립 내부의 기공에 물이 스며드는 시간을 지연시켜 부유성이 우수한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 과립이 제공된다.

보다 구체적으로, 점토광물이 포함되어 양어에 필요한 영양분 및 미네랄 성분이 과립층 내부에 포함되도록 하고, 고온의 과립기에서 순간적으로 분사되어 건조될 때 상기 재료들과 혼합되어 있는 가축 혈액의 주성분인 수분이 외측으로 이동하면서 혈액의 수분과 함께 포함되어 있는 단백질, 지방 등의 유기물이 수분과 함께 과립층의 외측으로 이동하면서 건조되어 과립층을 감싼 유기코팅층을 형성하여, 내부의 과립층은 다수의 기공이 형성되고, 외부의 유기코팅층은 자체에 포함된 지방 성분 등에 의해 과립층 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하여 제조된 과립의 부유성이 향상된다.

더불어, 다수의 기공을 포함하한 과립을 제공함으로써 용존 산소량을 높여 우수한 양어 환경을 제공하려는 것이다.

이때, 점토광물 중 제올라이트를 구성으로 갖추어 제올라이트에 포함된 미네랄, 칼슘, 인, 망간, 아연, 동 등의 다량의 광물질을 이용하여 양어의 성장을 촉진하고 육질을 개선하며, 병에 대한 저항력을 강화시킬 수 있게 한다.

또한, 어류 성장에 필요한 미네랄이 다량 포함됨은 물론, 팽창성에 기인하여 사료의 통과 속도를 지연시켜 소화율과 흡수율의 향상에 도움을 주는 것과 더불어, 특히 결착성이 우수한 벤토나이트를 구성으로 갖추어 과립화된 사료 제조 시 경도를 높여줄 수 있게 된다.

또한, 맥섬석 등을 추가적인 점토광물로 활용함으로써 맥섬석과 점토광물에서 발생하는 원적외선을 이용하여 이물질과 악취 발생분을 흡착 제거토록 하여 양어회의 맛을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 맥섬석을 이용한 종래의 가축 사료를 나타낸 현미경 사진.
도 2는 본 발명의 원료인 제올라이트의 성분 분석표.
도 3은 본 발명의 원료인 맥섬석의 원적외선의 방사량을 나타낸 그래프.
도 4는 맥섬석의 원적외선 분광분포시험 결과를 나타낸 표와 그래프.
도 5는 본 발명의 원료인 소성된 전복 패각의 성분 분석표.
도 6은 본 발명에 의해 제조된 과립의 현미경 사진.
도 7은 본 발명에 의해 제조된 과립의 절단된 상태의 현미경 사진.
도 8은 본 발명의 과립의 분석 성적서.

본 발명의 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법의 설명에 앞서, 본 발명에 사용되는 각 구성 원료들에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 구성 원료인 가축 혈액에 대해 설명한다.

가축의 혈액을 이루고 있는 물질은 유형 성분인 혈구와 무형성분인 혈장으로 이루어지는데, 혈장에 포함되어 있는 혈청은 90%가 수분으로 이루어져 있으며, 약 9%정도가 혈청 단백질로 이루어져 있고, 그 밖에 당, 지방 등이 포함되어 있다.

이러한 가축 혈액이 순간적인 고온의 환경에 접하게 되면 수분이 증발되며, 단백질이 주 성분을 이루게 된다.

이러한 가축 혈액의 사료화 기술의 적용 사례는 특허문헌 2와 같이 기타 첨가 재료들을 혼합, 균질화한 후 펠렛 압출 성형하여 가축 혈액이 포함하고 있는 유기성 물질을 단순 활용하는 정도로 그쳤으나, 본 발명에서는 가축 혈액의 유기 물질 자체를 영양 성분으로 활용하는 것은 물론, 이를 과립층 외부를 감싸는 코팅층이 되도록 하되, 별도의 코팅 공정이 아닌 고온의 과립기 내부로 분사하여 수분이 증발되는 과정에서 자연스럽게 층을 이루도록 하여 사료의 부유성을 향상시킬 수 있게 하였다.

본 발명의 구성요소인 점토광물은 토양 중의 점토 부분을 이루는, 주로 2차적으로 생성된 것으로서 극히 미세한 광물 입자로 된 토상 광물의 총칭으로써 토양이나 풍화작용을 받은 암석에서 산출되며, 화산대가 발달한 지대의 화산재 등의 퇴적물이나 퇴적암에서 산출된다.

주요한 점토광물로서는 카올리나트, 디카이트, 헬로이사이트 등의 카올린계 광물, 몬모릴나이트, 벤토나이트, 산성 백토 등의 몬모릴로나이트계 광물, 일라이트, 해록석 등의 운모류, 녹니석류, 앨포판 등 여러 가지가 있다.

본 발명에서는 여러 점토광물 중 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제올라이트는 도 2에 도시된 바와 같이 미네랄, 칼슘, 인, 망간, 아연, 동 등의 다량의 광물질을 함유하고 있어 양어의 성장을 촉진하고 육질을 개선하며, 병에 대한 저항력을 강화시키는 등의 효과를 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 여러 점토광물 중 벤토나이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

벤토나이트에는 어류의 성장에 필요한 미네랄을 함유하고 있으며, 팽창성에 기인하여 사료의 통과 속도를 지연시켜 소화율과 흡수율의 향상에 도움을 준다.

특히, 결착성이 우수하여 과립화된 사료 제조 시 경도를 높여주는 역할을 하게 된다.

상기한 제올라이트, 벤토나이트가 포함됨과 더불어, 맥섬석이 추가로 포함될 수 있다.

맥섬석(Macsumsuk)은 아래 표 1과 같은 나타낸 바와 같은 구성성분들로 이루어지며, 화성암류 중의 석영반암에 속하는 암석으로 전체적으로는 풍화되어 깨지기 쉬운 것이 특징이고, 특히 흰 장석은 카오린화 되어 있는 경우가 많으며, 흑운모도 거의 산화되어 산화철의 형태로 산재해 있다. 각섬석이 다량 함유되어 있는 점이 특징이며, 지르콘이 다량 포함되어 있어 α선이 존재하며 생물에게 좋은 영향을 주는 작용이 있는 것으로 알려져 있다.

성분명	함량(중량%)
이산화규소(Si02)	65.80 ～ 71.80
산화알루미늄(Al2O3)	10.99 ～ 14.99
산화철(Fe2O3)	2.27 ～ 2.67
산화칼슘(CaO)	1.79 ～ 2.19
산화마그네슘(MgO)	0.46 ～ 0.66
산화칼륨(K2O)	3.50 ～ 5.50
산화나트륨(Na2O)	5.25 ～ 7.25
이산화티탄(TiO2)	0.21 ～ 0.25
오산화인(P2O5)	0.05 ～ 0.07
산화망간(MnO)	0.05 ～ 0.07
강열감량	1.89 ～ 2.29

상기 맥섬석에서 발생하는 파장은 8 내지 14㎛의 범위 이내로 생체에 가장 유익한 파장대의 원적외선으로 알려져 있다. 이 파장대의 원적외선은 생체세포를 활성화시켜 어류의 신진대사를 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 맥섬석은 암석 상태에서 발생하는 원적외선의 방사율보다 맥섬석을 미분말화(1 내지 6㎛) 하였을 때 발생하는 원적외선의 방사율이 높아진다는 점에 착안하여 본 발명에서는 맥섬석을 분말 화하여, 특히 소성 후 분말화한 후 다른 원료와 함께 혼합, 가공하여 과립형으로 제조하여 양어에 필요한 영양분 및 미네랄을 담지, 고정화시키는 담체로 활용하는 것을 특징으로 한다.

맥섬석의 작용은 다공성에 의한 흡착, 무기질의 석출, 수질의 조절, 수중 용존산소량의 증가 등의 기능을 나타낸다.

상기 맥섬석의 원적외선 방사량을 측정한 그래프를 도 3에 나타내었다. 도 3에서의 방사량의 단위는 70℃에서 측정하는 것을 기준으로 하여 W/㎡ㆍ㎛이며, 흑체와 유사하게 높은 원적외선 방사량을 나타냄을 확인할 수 있다. 도 3의 그래프는 한국 원적외선 응용평가 연구원에서 측정한 결과이다.

더불어, 도 4는 한국 표준과학연구원에서 측정한 원적외선 분광분포시험 결과로 180℃의 맥섬석 분말이 23±1℃의 온도, 상대습도 50%인 환경에서의 분광분포를 나타낸 것이다.

또, 점토광물의 구성 원료로 패각이 사용될 수도 있다.

패류의 껍질인 패각은 전복, 굴 등의 껍질을 사용하는데, 이를 상기한 온도로 소성하여 이물질이 최대한 탄화, 제거되도록 한다.

도 5는 전복 패각을 준비하여 대한민국 충남대학교 농업과학연구소에 성분 분석을 의뢰한 결과를 나타낸 것으로, 조회분, 칼슘, 마그네슘 등이 포함되어 있는 것을 알 수 있다.

그밖의 점토광물로 고령토, 맥반석, 몽탈석이 사용될 수도 있다.

특히, 몽탈석은 중국에서 불리는 이름으로, 몬모릴로나이트라 불리는데 스멕타이트의 일종으로 층상 구조를 이루는 함수 알루미노규산염 광물로 대개 마이크로 크기의 극미립으로 산출되며, 물을 흡수할 때의 팽창성이 높아 양어의 소화 흡수율에 도움을 준다.

이하, 본 발명의 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법에 대해 설명한다.

그러나 이하의 본 제조공정의 예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조방법은 크게 1차혼합단계, 2차혼합단계, 성형단계 및 냉각단계를 포함하여 구성되어 있다.

1. 1차혼합단계

제올라이트, 벤토나이트를 포함하는 복수 종의 점토광물을 준비하여 각각 분쇄 및 소성, 혼합하여 분말혼합물을 제조한다.

제올라이트 원광 분말(입자)을 400 ~ 950℃의 온도로 소성(가열)하여 100 중량부 준비한다.

벤토나이트를 제올라이트 100 중량부 기준으로 12 ~ 60 중량부 준비한 후 혼합하여 분말혼합물을 제조한다.

이때, 벤토나이트는 제올라이트 100 중량부 기준으로 15~83 중량부로 이루어짐이 가장 바람직하다.

그밖에 맥섬석 분말을 첨가하는 경우, 맥섬석 원광 분말을 800 ~ 1,100℃의 온도로 가열하여 상기 제올라이트 100 중량부 기준으로 4 ~ 60 중량부 준비한다.

특허문헌 1에서는 맥섬석을 물과 혼합하여 슬러리로 제조한 후 가공 처리하였으나, 본 발명에서는 맥섬석을 소성, 분말화한 상태에서 다른 재료와 혼합하고 별도의 물 없이 가축 혈액 중에 포함된 수분을 활용하여 슬러리화하는 것을 특징으로 한다.

또, 패각 분말을 첨가하는 경우 패각 분말을 850 ~ 950℃의 온도로 가열하여 제올라이트 100 중량부 기준으로 0.5 ~ 1.1 중량부 준비한다.

이때, 분말혼합물의 최적의 혼합비는 전체 분말혼합물 100 중량% 기준으로 제올라이트, 맥섬석, 패각, 벤토나이트가 각각 60 중량%, 30 중량%, 0.5 중량%, 9.5 중량%가 되도록 함이 바람직하다.

더불어, 1차혼합단계는 각 원료를 분말화한 후 혼합하거나, 혼합한 후 분말화하여 제조할 수 있다.

2. 2차혼합단계

가축 방혈을 준비하여 상기 분말혼합물과 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조한다.

이때, 상기 분말혼합물과 1 : 0.2 ~ 2.0의 중량비로 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조한다.

가장 적합하기로는 가축 혈액과 상기 분말혼합물의 최적의 혼합비는 1 : 1 중량비가 적합하다.

이는 대부분이 수분으로 이루어져 있는 혈액의 중량이 과도하게 많은 경우 후술하는 슬러리가 묽어 분말혼합물 입자 사이가 견고한 결합을 이루지 못해 기공의 크기가 너무 작아지고, 빠져나간 기체가 증가함에 따라 과립의 부피가 작아지면서 상대적으로 전체 기공 면적이 줄어드는 문제점이 있으며, 과도하게 적을 경우 기공 형성이 원할하게 이루어지지 않게 된다.

분쇄는 연속 습식 미분쇄기, 투버밀, 볼밀 등을 이용하여 10 ~ 600분 동안 분쇄하는 것이 바람직하다.

가축의 혈액(방혈)은 현재 한우의 혈액 일부를 식용으로 사용하고 있으나, 일부만 활용되고 있을 뿐이며, 돼지 혈액(돈피)는 선별, 냉장, 살균, 건조, 파쇄 등의 과정을 거쳐 혈분입자를 만들어 톱밥 등과 혼합되어 농업용 비료 등으로 판매되고 있다.

이때, 혼합되는 가축의 혈액(방혈)은 분쇄 과정을 거치거나 필터링 과정을 거쳐 크기가 0.1 내지 40㎛ 정도의 크기가 되도록 함이 바람직하다.

혼합과정은 교반속도에 따라 차이가 있지만 저속 교반의 경우 최소 30분 이상이 적당하며, 고속교반의 경우 그 시간을 단축할 수 있다.

더불어, 제조된 유동성 콜로이드 슬러리는 혼합, 교반하면서 분쇄한 후 충분히 노화(aging)시켜 체로 걸러서 이물질을 제거한 다음 성형단계를 진행함이 좋다.

이러한 가축 혈액(방혈)은 성형단계에서 고온의 과립기 내부로 노즐에서 고압으로 분사되어 수분의 증발 이동에 의해 과립층 외측으로 이동하여 유기코팅층을 형성하게 된다.

이때, 상기한 크기 범위로 제한하는 것은 성형단계에서 노즐에서 분사되어 순간적인 고온의 환경에 접할 때 분말혼합물 사이의 틈을 통해 과립층 외측으로 이동해야 하는 데 크기가 너무 클 경우 그 이동에 제한을 받을 수 있기 때문이다.

더불어, 너무 작은 크기로 형성되어 있는 경우 과립층 외측으로 이동한 후 견고한 상호간의 연결 관계를 갖지 못해 사용 과정에서 외부에서 수분의 침투 속도가 빨라져 부상 지속 시간이 줄어들 수 있기 때문이다.

또한, 가축 혈액(방혈)은 고체상의 분말혼합물과 혼합되어 유동성을 가지면서 점성을 갖는 콜로이드 상태의 슬러리가 되어 분말혼합물 입자들이 서로 달라붙는 상태를 갖도록 하여 성형단계에서 고온의 과립기 내부로 분사되었을 때 인접한 분말혼합물 입자들이 서로 달라붙어 있어 수분이 증발되기 위한 압력이 해소되는 지점을 최소화하여 수분의 증발 압력을 높여 유기코팅층이 더욱 용이하게 형성되도록 함은 물론 수분의 증발과 더불어 내부에 발생하는 기공이 과립기 내부의 열에 의한 팽창하여 빠져나가려 할 때 작은 기공 단위로 빠져나가는 것을 방지하여 과립층 내부에서 큰 크기로 팽창이 이루어져 제조된 과립의 단위 입자 부피를 크게 하여 부유성의 향상을 가져오게 해준다.

이러한 2차혼합단계를 진행함에 있어서, 분말혼합물들은 자체응집력과 가축 혈액의 단백질에 의하여 응집체를 형성하고, 입자들의 정전기력에 의한여 분산이 원할히 이루어지지 않고, 응집체 상태로 존재하기 쉽니다.

분산이 원할히 이루어지지 않게 되면 성형 후과립의 형상이 쭈그러지거나, 구부러지는 등의 최종제품의 품질이 저하되고, 작업성 및 안정성이 떨어질 수 있다.

이를 방지하기 위하여 분산제는 슬러리의 pH조절, 입자의 전하조절, 분산 및 응집을 조절하는 기능이 있으며, 적합한 과립을 제조할 수 있게 해준다.

분산제는 고분자 무기염으로 음이온계 분산제를 사용할 수 있는데, 음이온계 폴리카르복실산염 분산제는 회분이 없으며 슬러리의 pH가 6.0 내지 10.0 정도에서 분산성이 우수하여 30 내지 60wt%의 고농도 슬러리 제조에 적합하다.

보다 바람직한 분산제의 사용량은 제조가 완료된 과립의 고형분(solid) 중량의 0.5 내지 4wt%를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 1.5 내지 3wt%정도이다.

더불어, 유동성 콜로이드 슬러리의 점도를 증가시키기 위해 산 또는 염기 중 선택된 어느 하나로 이루어진 pH조절제를 첨가할 수 있다.

분말혼합물과 가축 혈액이 혼합된 초기의 유동성 콜로이드 슬러리는 pH가 7.0 ~ 9.5 정도가 되는데, 1시간 이상 방치하면 슬러리가 가라앉은 후 그 이상 방치하면 응고되어 다시 교반이나 분쇄를 해야 한다.

산과 염기를 분쇄나 혼합 과정에서 첨가되면 응집 및 응고 현상을 방지할 수 있게 된다.

산과 염기로는 질산 등이 사용될 수 있으며, 이때 산과 염기의 첨가 후에는 안정화를 위해 30분 이상 교반한 후 방치함이 좋다.

산과 염기의 첨가는 1차혼합단계, 2차혼합단계 모두 가능하나 원료의 혼합과정 중에 응고나 응집을 방지하기 위해 원료 혼합 초기에 첨가하는 것이 바람직하며 특히, 분산제를 사용하기 전에 첨가하는 것이 좋다.

또, 성형단계에서 기포가 발생하게 되면 성형에 방해가 될 뿐만 아니라 품질에도 않좋은 영향을 미치게 된다.

더욱이, 분산제를 사용할 경우 거품이 많이 발생하게 되는데 이 기포의 제거 및 발생 억제 역시 중요하며, 이를 위해 소포제를 첨가할 수 있다.

소포제의 기본적인 작용은 기포의 표면장력을 낮추어 미세한 기포를 집합시켜 부상하기 쉽게 큰 기포를 형성시켜 슬러리의 표면에서 없애고 기포의 표면점성을 저하시켜 혼입된 공기가 기포로 되는 것을 방해하는 역할을 하게 된다.

소포제는 용액형과 에멀전형이 사용될 수 있으며, 실리카실리콘계나 실리콘계 등이 사용될 수 있다.

소포제는 분산제의 투입 전 또는 혼합 교반 전이나 교반 과정 중에 첨가하여 분쇄 및 분산효율을 증대시킬 수도 있다.

한편, 유기첨가제를 추가로 첨가할 수 있다.

유기첨가제는 제올라이트 입자에 코팅되어 분무건조 성형시에 윤활유 역할을 하여 유동성을 제공하고, 과립의 강도를 유지하게 한다.

유기첨가제의 종류와 양에 따라 수용액의 점도가 다르게 되고, 강도가 다르게 되기 때문에 맥섬석의 성분 및 성형방법 등을 고려하여 결합제를 선정하여야 한다.

유기첨가제는 과립의 강도에 영향을 주게 되며, 저강도 유기첨가제를 사용하면 과립체가 변형되기 쉽고, 취급 시에 용기 등에 부착될 수 있는 단점이 있다.

상기한 공정에 의해 제조된 유동성 콜로이드 슬러리는 물, 산이나 염기, 분산제 등의 투입에 의해 농도는 30 내지 50wt%, pH는 7.0 내지 9.5, 점도는 300 내지 1,550cps인 상태가 됨이 바람직하며, 유기첨가제와 소포제가 첨가된 상태에서는 농도는 35 내지 45wt%, pH는 7.0 내지 9.5이, 점도는 350 내지 1,350cps인 상태가 됨이 바람직하다.

3. 성형단계

상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리를 내부 온도 130 ~ 400℃의 과립기에 7.0 내지 13.0㎏/㎠의 주입압력으로 가압노즐로 분사하여 0.1 ~ 3mm 의 평균 입경을 갖는 과립을 제조한다.

과립 입자의 형상, 입자크기와 분포, 과립의 조직에 영향을 미치는 인자로는 슬러리의 농도와 점도, 분산정도, 슬러리의 주입 압력과 양, 분무건조기의 건조용량 및 온도 등을 들 수 있다. 이러한 변수들은 분무건조기의 구조와 노즐형태에 따라 달라질 수 있다.

일예로 건조통의 크기는 높이 10m, 지름 4m이며, LPG로 건조하는 분무건조기로 이루어진 과립기는 상부에 가압 노즐을 사용하여 병류식으로 하부에 설치된 가압노즐을 사용하여 향류식으로 분무건조 할 수 있도록 설계하고, 분무건조기에서 과립의 직경이 약 0.1 ~ 3.0㎜ 크기로 제조하기 위해서 건조기 내부에서 분사된 입자들의 체류시간을 증가시키기 위해 분무건조기 하부에 가압노즐(내경 0.3~0.8㎜)을 사용하여 향류식 분무방식을 사용할 수 있다. 전형적인 분무건조기의 운전조건은 주입압력 7.0 내지 13.0㎏/㎠, 가압노즐내경 0.3~0.8㎜, 분무건조기의 내부온도 130℃ ~ 400℃, 분무건조기 출구온도는 80 내지 160℃로 구성될 수 있다.

과립기의 작동 예로, 1차 점화는 로내의 엘피지(LPG)가스 압력을 0.1㎏/hr로 조정하여 30분 동안에 300℃에 도달하게 하였다. 1시간 후에는 가스 압력을 0.125㎏/hr로 조정하여 30분 동안 500℃에 이르게 하였다. 500℃가 되면 가스 압력을 0.15㎏/hr으로 조정하여 1시간 30분 동안 800℃에 이르게 한 후, 열풍로의 버너를 점화하여 2시간 동안 온도를 상승시켜 로의 내부온도가800℃에 도달하게 하고, 800℃가 되면 송풍기를 가동하여 열을 사이클론 내부로 이동시키고, 내부온도가 500℃가 되면 사이클론 하단부에 노즐을 투입시키고, 40㎏f/㎠의 펌프압력으로 미세하게 분쇄된 유동성 콜로이드 슬러리를 상부점까지 품어 올렸다.

이때 슬러리의 농도는 30±5wt%, 점도가 500±200cps, 크기 0.2 mm 이하로 조정된 상태이다.

방사된 콜로이드 슬러리는 사이클론 상부측면에서 유입되는 열풍으로 인해 와류를 일으키며 낙하하게 되며, 130℃~400℃를 유지하는 내부열로 인해 원료에 함유된 수분이 증발하며 이로 인한 기공이 형성된 0.1 ~ 3.0㎜ 크기의 과립이 수득된다.

이 과정에서 유동성 콜로이드 슬러리에 포함된 수분은 내부에서 급격한 기화가 일어나며, 이때 내부에는 과립층이 형성되고, 외부에는 유기코팅층이 형성되며, 과립층 내부에는 수분 증발 및 온도 팽창에 의한 기포 팽창으로 도 7과 같은 다공질 구조를 형성하게 된다.

이러한 공정은 고온의 과립기 내부에 순간적인 고압으로 유동성 콜로이드 슬러리가 분사되면서 내부의 수분인 가축 혈액(방혈)이 증발하여 외측으로 먼저 이동하여 빠져나가면서 내부에 기공이 형성되어 다공질을 이루는 과립층을 형성하게 된다.

이때, 가축 혈액(방혈)에 포함되어 있던 단백질, 지방 등의 유기질 성분은 순간적인 수분 이동에 의해 함께 바깥쪽으로 이동하게 되어 과립층을 감싸 대략 타원 또는 원형의 단면 형상을 갖는 보호막과 같은 점막인 유기코팅층을 형성하게 되는 것이다.

4. 냉각단계

상기 성형된 과립을 냉각시킨다.

냉각은 상온 상태에서 자연 서냉을 해도 되고, 냉각탱크 등에 투입하여 고속 냉각을 할 수도 있다.

도 6은 이상과 같은 공정에 의해 제조된 본 발명의 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 400배율 현미경 사진을 나타낸 것으로 그 타원 또는 원형의 단면 즉, 구 또는 이와 유사한 곡면체의 형상을 띄는 것을 알 수 있다.

도 7은 이러한 과립을 절단하여 그 내부 구조를 나타낸 것으로, 도시된 것처럼 내부의 과립층은 다공질을 이루며, 그 외측으로는 유기코팅층이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

도 8은 가축 혈액에서 수분을 제거한 혈분과, 이를 이용하여 제조한 본 발명의 과립을 경북대학교 공동실험실습관에 의뢰하여 그 성분 분석을 의뢰하여 조사한 결과이다.

도 8의 실험을 위한 분말혼합물은 전체 분말혼합물 100 중량% 기준으로 제올라이트, 맥섬석, 패각, 벤토나이트가 각각 60 중량%, 30 중량%, 0.5 중량%, 9.5 중량%가 되도록 하였으며, 분말혼합물과 가축 혈액은 1 : 1의 중량비로 혼합되었을 때의 결과이다.

도면에 나타나 있는 바와 같이 본 발명의 과립에서는 조단백질이 16.60%, 조지방이 0.59% 포함되어 있고, 단위중량 당의 철분이 상당히 높게 나타난 것을 알 수 있다.

또, 상기와 같은 공정에 의해 제조된 본 발명의 과립을 담수에 투입하여 가라앉는 시간을 측정한 결과 부유시간이 60 ~ 150초의 범위를 갖는 것으로 나타난 바, 부상사료로 사용하기에 적합한 것을 알 수 있다.

더불어, 상기한 공정에 의해 제조된 본 발명의 가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립은 측정 결과 밀도가 0.70 내지 1.22g/㎤ 범위이고, 비표면적은 25 내지 65㎡/g이 된다. 기공율은 47 내지 62%범위를 가지며, 벌크 영역에 20 내지 200㎚ 크기의 복수 개의 나노기공과, 1 내지 200㎛ 크기의 복수 개의 마이크로 기공이 형성되어 있는 것으로 확인되었다.

이처럼 단위 부피당 중량을 최소화하게 되면 양어사료혼합기에서 배합하는 과정에서 혼합될 때 회전에 의해 발생하는 원심력 및 중력에 의해 하부로 쏠리는 현상이 줄어들게 되고, 이송관을 통한 급이 시에도 이송 중 가라앉는 현상을 최소화할 수 있게 된다.

또, 혼합 및 급이 과정에서 정량의 혼합비로 할 수 있으며, 과립제조과정에서 형성된 기공은 양어사료의 부상을 지속시키고 적당한 크기의 담체역할을 할 수 있는 구조체를 제공함으로서 양어사료의 효율성을 높여, 양어의 성장속도를 증가시키고, 사육된 양어로부터 양질의 육질을 생산할 수 있도록 하는 효과가 있다.

더불어, 양어의 생장 촉진에 기여할 수 있는 적합한 파장의 원적외선 방출을 갖는 맥섬석이 원료로 포함되어 있어 양어 생장 촉진에 기여할 수 있게 된다.

더불어, 맥섬석, 제올라이트, 벤토나이트, 패각에는 칼슘, 인, 망간, 아연, 동 다량의 미네랄 및 영양분이 포함되어 있고, 가축 혈액에는 단백질이 다량 함유되어 있는 바 양어의 성장 촉진 및 육질 개선에 필요한 영양분을 고르게 다량 공급할 수 있게 된다.

또한, 이러한 점토광물은 양어 양식에서의 악취제거 효과가 있는 것으로 알려져 있는 바, 다수의 무기질 광물질로 구성된 과립은 양어 양식에서 배설물의 악취 발생에 기여할 것으로 보인다.

이러한 본 발명에서 제조된 과립은 양어사료에 사용되고, 성장기간에 맞게 0.5 내지 3%의 비율로 배합하여 급여될 수 있다.

본 발명은 양어 사료용 또는 배합사료 보조용으로 사용될 수 있다.

특히, 양어 사료용으로 사용될 때 부유 시간이 길어지는 바 부상사료로 사용될 때 가장 적합하다 할 것이다.

Claims (6)

1. 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 과립의 제조 방법에 있어서,
   제올라이트, 벤토나이트를 포함하는 복수 종의 점토광물을 준비하여 각각 분쇄 및 소성, 혼합하여 분말혼합물을 제조하는 1차혼합단계;
   가축 방혈을 준비하여 상기 분말혼합물과 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조하는 2차혼합단계와;
   상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리를 내부 온도 130 ~ 400℃의 과립기에 고압으로 분사하여 내측에 다공질을 이루는 과립층이 형성되고, 외측에 과립층을 감싸는 유기코팅층이 형성된 과립을 제조하는 성형단계와;
   상기 성형된 과립을 냉각시키는 냉각단계;를 포함하여 구성되되,
   상기 2차혼합단계는 가축 방혈을 상기 분말혼합물과 혼합하기 전에 필터링 과정을 거쳐 0.1 내지 40㎛ 의 크기가 되도록 하고,
   상기 2차혼합단계에는 실리콘계 소포제가 첨가된 후, 음이온계 폴리카르복실산염 분산제가 상기 과립 고형분 중량의 1.5 내지 3wt% 첨가되며,
   상기 1차혼합단계에는 PH조절제로 질산이 첨가된 후 안정화를 위해 30분 동안 교반 후 방치하고,
   상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리는 노화시킨 후 체로 걸러 이물질을 제거한 후 성형하는 것을 특징으로 하는,
   가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법.
   
2. 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 과립의 제조 방법에 있어서,
   제올라이트 원광 분말을 400 ~ 950℃의 온도로 가열하여 100 중량부 준비하고, 벤토나이트를 제올라이트 100 중량부 기준으로 12 ~ 60 중량부 준비하여 혼합하여 분말혼합물을 제조하는 1차혼합단계와;
   가축 방혈을 준비한 후 상기 분말혼합물과 1 : 0.2 ~ 2.0의 중량비로 혼합 및 분쇄하여 유동성 콜로이드 슬러리를 제조하는 2차혼합단계와;
   상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리를 내부 온도 130 ~ 400℃의 과립기에 7.0 내지 13.0㎏/㎠의 주입압력으로 노즐에 의해 분사하여 0.1 ~ 3mm 의 평균 입경을 가지면서 다공질을 이루는 과립층이 형성되고, 외측에 과립층을 감싸는 유기코팅층이 형성된 과립을 제조하는 성형단계와;
   상기 성형된 과립을 냉각시키는 냉각단계;를 포함하여 구성되되,
   상기 2차혼합단계는 가축 방혈을 상기 분말혼합물과 혼합하기 전에 필터링 과정을 거쳐 0.1 내지 40㎛ 의 크기가 되도록 하고,
   상기 2차혼합단계에는 실리콘계 소포제가 첨가된 후, 음이온계 폴리카르복실산염 분산제가 상기 과립 고형분 중량의 1.5 내지 3wt% 첨가되며,
   상기 1차혼합단계에는 PH조절제로 질산이 첨가된 후 안정화를 위해 30분 동안 교반 후 방치하고,
   상기 2차혼합단계에서 제조된 유동성 콜로이드 슬러리는 노화시킨 후 체로 걸러 이물질을 제거한 후 성형하는 것을 특징으로 하는,
   가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 1차혼합단계는
   맥섬석 원광 분말을 800 ~ 1,100℃의 온도로 가열하여 상기 제올라이트 100 중량부 기준으로 40 ~ 60 중량부 추가 준비하며,
   패각 분말을 850 ~ 950℃의 온도로 가열하여 제올라이트 100 중량부 기준으로 0.5 ~ 1.1 중량부 추가 준비하여 혼합하는 것을 특징으로 하는,
   가축 혈액과 점토광물을 이용한 양어 사료용 또는 배합사료 보조용 유기 코팅 다공질 과립의 제조 방법.
   
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