KR101818825B1 - 연속식 발효장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속적으로 투입되는 발효대상물을 이송시키며 발효가 가능한 연속식 발효장치에 관한 것으로, 본 발명은, 일측에서 연속적으로 입국되는 발효대상물을 타측으로 이송하는 컨베이어 벨트, 상기 컨베이어 벨트 상에 위치하는 교반기, 상기 컨베이어 벨트의 일측에 위치하는 산기관을 구비하는 다수의 발효모듈;을 포함하며, 연속적으로 입국되는 상기 발효대상물이 상기 발효모듈을 통과하며 발효가 이루어지며 연속적으로 배출되는 연속식 발효장치를 제공하며, 이에 의하면, 원료투입, 발효, 발효물 배출 등이 연속적으로 이루어 짐으로써 공정 시간을 혁신적으로 줄여 생산공정의 운전시간을 단축할 수 있고, 따라서, 고체발효를 통한 양산화 개발 시에 투자비용 저감화, 생산성 향상 등의 기업 경쟁력을 향상 시키고 이를 통해 제조산물의 제조비용을 혁신적으로 저감화 하는 효과를 갖는다.

Description

연속식 발효장치{Continuous fermentation device}
본 발명은 발효장치에 관한 것으로, 상세하게는 연속적으로 투입되는 발효대상물을 이송시키며 발효가 가능한 연속식 발효장치에 관한 것이다.
가축들의 식물성 단백질은 곡물성 원료 또는 그 원료의 유효성분을 추출하고 난 부산물이 주요 사료 원료로 활용 되고 있다. 이러한 식물성 단백질의 대표적인 사례가 대두박, 옥글루텐등이 있다. 현재 대두박의 경우 대두를 탈피, 탈지한 성분으로 돼지, 닭, 육우등 다양한 가축사료로 활용 되고 있다. 현재 대두박은 동물성 단백질에 비해 단백질 함량이 낮고, 일부 비타민, 광물질 및 UGF (Unknown Growth Factor) 함량이 우수하지 못하고, 여러가지 항영양인자 (anti-nutritional factor. ANF)들이 함유되어 있어 사료로 이용되었을 경우 소화율이 저해되는 문제점이 있다. 특히 트립신 저해인자 (Trypsin inhibitor)와 같은 항영양인자들은 어린 가축의 경우 소화율을 저하시켜서 성장을 억제하는 효과를 나타낼 수 있기 때문에, 어린 가축용 사료에 첨가되는 대두박의 사용량을 제한하고 있는 실정이다.
이에 이러한 문제점을 해결하기 위해 대두박을 미생물을 통해 발효하여, 항영양인자와 소화율을 향상시키는 연구가 진행되어 현재 국내 및 해외에 다양한 가축의 사료로 사용되고 있다. 그 대표적 예가 발효 대두박이다. 대표적인 발효대두박의 제조방법은 대두박내 유용 미생물을 투입하여 일정시간 회분식 발효기 내에 보관하고 이에 유용미생물에 의해 발효된 대두박을 건조, 분쇄한 후 배합사료 내 주요 식물성 단백질원으로 사용되게 된다.
상기 발효대두박의 주요 제조설비로는 대두박 내 오염되어 있는 일반미생물을 저균화 할 수 있는 고온증자설비, 대두박과 유용 미생물을 혼합시켜 고체발효를 시키는 고체발효설비, 그리고 발효종료 후 발효된 대두박을 건조 시키는 건조설비, 이후 사료로 활용 가능한 크기로 분쇄시켜줄 수 있는 분쇄설비로 크게 나누어 볼 수가 있다. 상기 발효대두박 제조공정상에서 가장 중요하고 또 기술적 진보성이 요구되는 부분은 고체발효설비 부분으로, 유용 미생물이 동일한 발효시간, 동일한 효과를 가진다는 전제로 본다면, 발효대두박의 제조설비 중 고체발효기의 효능과 효율이 제품의 고품질 및 제조비용의 저감화를 실현할 수 있다고 할 것이다.
기본적으로 발효대두박의 고체발효기는 그 유용미생물의 종류에 따라서 달라질 수 있으나, 호기적 미생물을 활용할 시 온도, 통기성이 주요 인자로 볼 수 있다. 이러한 온도와 통기의 효과적 조절을 위해 대부분 회분식 발효기 내에서 온도를 조절하고 있다.
하기 특허문헌 1에 개시된 것과 같은 회분식 발효기는 그 발효성이 우수하고 운전기법이 단순하여 주로 사용되고 있으나, 사료공업에서의 대량화시 그 규모와 필요 발효기 댓수로 인해 주요 투자비용의 원인이 된다.
도 18에 도시된 바와 같이, 기존의 회분식 발효장치는 투입부(1)를 통하여 투입된 원료(발효대상물)을 증자부(2) 및 냉각부(3)에서 증자 및 냉각 과정을 거쳐 다수의 발효모듈(A)로 분배하여 입국시키고 이러한 다수의 발효모듈(A)에 배양부(4)에서 배양된 종균을 투입하여, 발효대상물의 발효를 행한다. 또한, 발효과정에서 발생하는 악취를 처리하기 위한 악취처리부가 각각의 발효장치에 다수로 구비되어야 하며(6a, 6b, 6c, 6d), 완료된 발효대상물을 각각의 발효장치(A)와 파이프를 통하여 연결된 석션부(5)를 통하여 흡인하여 건조부로 이송하게 되는데,이러한 회분식 발효 특성상 발효장치 내 오염물 제거를 위한 클리닝 시간, 균주 및 원료 투입시간, 발효물 배출시간이 걸릴 뿐 아니라, 상기한 발효가 완료된 발효대상물의 석션시에 파이프가 막히는 경우가 발생할 수 도 있으며, 게다가, 이러한 각 공정이 각각의 발효장치(A)에서 단속적으로 이루어짐으로 인하여 발효기 당 최종 생산물의 생산성이 매우 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 대두박 및 기타 곡물류의 고체 발효 시 요구되는 발효기의 경제적 개발이 필요하며, 또한 회분식 발효기의 생산성 저하를 개선하기 위한 연속형 발효장치의 개발이 필요하다.
KR 2015-0008265 A
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점에 착안하여, 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연속적인 발효대상물의 발효를 가능하게 하여 원료 투입, 발효, 발효물 배출 등이 한 개의 설비 내에서 이뤄질 수 있어 공정 및 설비의 단순화를 통해 운전 시 발생할 수 있는 문제를 방지하고, 제조설비 저감화를 통한 설비 구성 비용을 절감할 수 있는 연속식 발효장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 일측에서 연속적으로 입국되는 발효대상물을 타측으로 이송하는 컨베이어 벨트, 상기 컨베이어 벨트 상에 위치하는 교반기, 상기 컨베이어 벨트의 일측에 위치하는 산기관을 구비하는 다수의 발효모듈;을 포함하며, 연속적으로 입국되는 상기 발효대상물이 상기 발효모듈을 통과하며 발효가 이루어지며 연속적으로 출국되는 연속식 발효장치를 제공한다.
상기 다수의 발효모듈은, 상기 각 컨베이어 벨트의 일측 및 타측이 각각 연결된 적층형태로서, 연속적으로 입국되는 상기 발효대상물의 발효가 상기 다수의 발효모듈을 통과하며 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 다수의 발효모듈은 상기 다수의 컨베이어 벨트가 2열의 적층형태를 이루고, 상기 각 열 컨베이어 벨트의 일측 및 타측을 연결하는 벨트 연결부를 더 포함하며, 연속적으로 입국되는 상기 발효대상물의 발효가 상기 다수의 발효모듈을 통과하며 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 교반기는, 상기 컨베이어 벨트 상측에 위치하는 샤프트; 상기 샤프트의 외주면 일측 및 타측에서 각각 방사상으로 연장되는 다수의 지지프레임; 및 상기 각 지지프레임의 상기 샤프트 반대측 단부를 연결하는 연결프레임; 상기 일측 및 타측의 연결프레임을 상기 컨베이어 벨트를 가로지르며 연결하는 다수의 교반프레임;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 교반기는, 상기 샤프트의 회전에 따라 상기 교반프레임이 이동하며 상기 컨베이어 벨트 상에서 이송되는 상기 발효대상물을 교반하는 것이 바람직하다.
상기 다수의 교반프레임의 외주면 일측에 길이방향으로 각각 위치하는 교반날개를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 샤프트는 높이 조절이 가능한 것이 바람직하다.
상기 산기관은, 상기 컨베이어 벨트의 일측에서 상기 컨베이어 벨트 상측을 가로질러 위치하는 주공급관; 및 상기 주공급관의 일측에서 연장되어 상기 컨베이어 벨트 상측 길이방향으로 위치하며, 둘레에 다수의 통공이 타공되는 분배관을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 통공은 상기 적어도 2열 이상의 열을 이루며 타공되며, 상기 통공을 통하여 상기 발효 대상물로 공기가 공급되는 것이 바람직하다.
상기 분배관은 상기 발효대상물의 상기 컨베이어 벨트 상에서의 이송시에, 상기 발효대상물 내부에서 공기를 분사하는 것이 바람직하다.
상기 통공이 이루는 각 열은, 분배관 중심으로부터 기설정된 각도로 배치되는 것이 바람직하다.
상기 통공은 분배관의 외주면 일측에 3열로 배치되며, 상기 통공이 이루는 각 열은 분배관의 중심으로부터 60도 이상 90도 이하의 각도차이를 두고 배치되는 것이 바람직하다.
상기 컨베이어 벨트의 양측면에서 소정높이를 이루며 길이방향으로 위치하는 가이드를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연속적으로 발효되어 출국되는 발효대상물을 건조부로 이송하는 컨베이어 벨트를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 각 컨베이어 벨트 일측에 구비되어, 상기 발효대상물의 발효과정에서 발생하는 악취를 흡입하는 다수의 공조장치 및 상기 다수의 공조장치와 연결되는 악취처리부를 더 포함하며, 상기 다수의 공조장치에서 흡입된 상기 악취가 상기 악취처리부에서 통합되어 처리되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 연속식 발효장치에 의하면, 원료투입, 발효, 발효물 배출 등이 연속적으로 이루어짐으로써 공정 시간을 혁신적으로 줄여 생산공정의 운전시간을 단축할 수 있고, 따라서, 고체발효를 통한 양산화 개발 시에 투자비용 저감화, 생산성 향상 등의 기업 경쟁력을 향상시키고 이를 통해 제조산물의 제조비용을 혁신적으로 저감화 하는 효과를 갖는다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 발효장치의 전체사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 발효장치의 일 측면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속식 발효장치의 전체사시도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연속식 발효장치의 일 측면도이다.
도 5는, 교반기의 구성을 상세하게 나타낸 사시도이다.
도 6은, 산기관의 구성을 상세하게 나타낸 사시도이다.
도 7a 및 b는, 도 6의 A-A'선에 따른 단면도로서, 통공의 배치 및 공기분사 각도를 나타낸다.
도 8은, 컨베이어 벨트 부분을 위에서 바라본 평면도이다.
도 9는, 도 8의 B-B' 선에 따른 단면의 일측을 나타낸다.
도 10 내지 도 13은, 종래의 회분식 발효장치와 본 발명에 따른 연속식 발효장치의 발효효과를 비교한 도면으로, 생균수 곡선(도 10), 수분함량곡선(도 11), CP 곡선(도 12) 및 SDS-PAGE(도 13)를 각각 나타낸다.
도 14 내지 도 16은, 종래의 회분식 발효장치와 본 발명에 따른 연속식 발효장치의 발효효과를 비교한 도면으로, 생균수 곡선(도 14), 조단백 함량 변화곡선(도 15), 및 수분함량곡선(도 16)를 각각 나타낸다.
도 17은, 본 발명에 따른 연속식 발효장치를 사용한 발효대상물의 전체적인 발효 공정을 도시한다.
도 18은, 종래의 회분식 발효장치에 따른 발효대상물의 발효공정을 도시한다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 연속식 발효장치를 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 발효장치를 상세히 설명한다.
본 발명의 연속식 발효장치는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 컨베이어 벨트(110), 교반기(200), 산기관(300) 및 가이드(120)를 구비하는 발효모듈(100)을 포함할 수 있고, 도 1 및 도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 다수의 발효모듈(100)이 적층된 형태로 구성될 수 있고, 이로써 설치공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
컨베이어 벨트(110)는 일정 길이방향으로 위치하여, 그 일측(111)으로 입국되는 발효대상물을 이송하여 타측(112)으로 출국되도록 한다.
교반기(200)는 컨베이어 벨트(110) 상에 위치하며, 컨베이어 벨트(110)에 의해 이송되는 발효대상물을 교반한다.
도 5를 참조하여 교반기(200)의 구성을 보다 상세하게 설명하면, 교반기(200)는, 샤프트(210), 지지프레임(220), 연결프레임(230), 교반프레임(240) 및 실린더(260)를 포함할 수 있다.
샤프트(210)는 컨베이어 벨트(110)의 이송방향을 가로질러 상측으로 소정간격 이격되어 위치한다.
지지프레임(220)은 샤프트(210)의 일측 및 타측에서 각각 방사상으로 다수개가 연장되어 위치하며, 이러한 지지프레임(220)들의 각 단부를 연결프레임(230)이 연결한다.
교반프레임(240)은 각 연결프레임(230) 사이를 가로지르며 배치되어 상기 샤프트(210)의 회전에 따라 동작하여, 교반프레임(240)에 의하여 컨베이어 벨트(110) 상에서 이송되는 발효대상물의 교반이 이루어진다. 교반프레임(240)에는 그 길이방향을 따라 위치하는 교반날개(250)가 구비될 수 있으며, 이로써 발효대상물에 닿는 면적을 크게 함으로써, 보다 효과적인 교반이 가능하다.
또한, 샤프트(210)의 양측에 연결된 실린더(260)를 통하여 사프트의 상하이동이 가능하고, 따라서, 이송되는 발효대상물의 높이에 따라 교반높이의 조절이 가능하다.
상기한 교반기(200)가, 발효대상물의 온도가 발효되면서 발생하는 열에 의해 발효적정온도 이상으로 상승하면, 발효대상물을 교반하여 온도를 하강시켜 적정온도가 유지되도록 한다.
산기관(300)은 컨베이어 벨트(110) 일측에 위치하며, 컨베이어 벨트(110) 상으로 이송되는 발효대상물에 공기를 공급한다.
도 6을 참조하여 산기관(300)의 구성을 보다 상세히 설명하면, 산기관(300)은, 주공급관(310) 및 분배관(320)을 포함할 수 있다.
주공급관(310)은 컨베이어 벨트(110) 상에서 컨베이어 벨트(110)를 가로지르며 연장되어 위치하며, 그 일측에 연결된 공기공급부(600)를 통하여 주공급관(310)으로 공기가 유입되며, 주공급관(310) 상에 배치되는 밸브(311) 등의 공기조절수단을 통하여 공기공급부(600)로부터 주공급관(310)으로 공급되는 공기량을 조절할 수 있다.
분배관(320)은 주공급관(310)과 연통되며, 컨베이어 벨트(110)의 이송방향으로 소정길이를 갖도록 연장된다. 분배관(320)은 컨베이어 벨트(110)의 폭에 따라 다수개가 구비될 수 있고, 그 둘레에 다수의 통공(331)이 타공되어, 주공급관(310)을 통하여 유입된 공기가 다수의 분배관(320)을 통하여 분배되어 통공(331)을 통하여 컨베이어 벨트(110) 상에서 이송되는 발효대상물에 공급된다.
구체적으로, 발효대상물이 일정높이로 적층되어 컨베이어 상에서 이송되며 분배관(320) 측으로 이동되면서 분배관(320)이 적층된 발효대상물 내부에 위치하게 되어, 적층된 발효대상물 내부로 산소의 공급이 이루어진다.
또한, 상기 다수의 통공(331)은 적어도 2열 이상의 열을 이루며 배치될 수 있고, 도 7a, b를 더 참조하면, 상기 다수의 분배관(320)이 배치되는 간격 또는 발효대상물의 양에 따라 상기 통공(331)이 이루는 열의 간격 및 통공(331)으로부터 분사되는 공기의 각도를 미리 설정하여 분사되도록 함으로써 발효대상물로의 효과적인 통기가 이루어질 수 있고,도 7에 도시된 바와 같이, 분배관(320)의 통공(331)이 3열일 경우에는 상기 통공(331)이 이루는 각 열의 간격은 분배관(320)의 일측에서 각각 90도(도 7a) 또는 60도(도 7b)를 이루도록 배치될 수 있다.
이는, 대두와 같은 고체성 물질의 발효에 있어서, 액상상태와는 달리 고체상태에서는 공기 전달에 저항을 받을 수 있으며, 이로 인해 각 통공(331)의 개수 및 간격이 발효대상물의 고른 공기 전달에 있어서 중요하다, 즉, 통공(331)을 1열로만 구성하여 공급되는 공기 압력을 강하게 높인다면 발효대상물 전체에 공기전달이 이루어질 수도 있으나, 이 경우 통공과 가까운 곳에 위치한 발효대상물은 공기를 과잉 공급받게 됨으로써 발효가 아닌 건조가 일어나게 되어 전면적으로 고른 발효가 이루어지기 어렵게 된다. 따라서, 통공(331)을 2열 이상 배치하고, 이의 간격이 중심으로부터 일정 각도를 이루도록 배치하여 발효대상물에 전체적으로 공기를 공급함으로써, 고른 발효가 이루어질 수 있다.
또한, 분배관(320)의 일단부에는 분배관(320)의 일단을 개폐 가능한 캡(330)이 구비되어, 이를 개폐하여 간편하게 분배관(320)내부 청소가 가능하다.
가이드(120)는 컨베이어 벨트(110)의 길이방향의 양측면에 위치하며, 도 8을 더 참조하면, 가이드(120)는 컨베이어 벨트(110) 양측면에서 소정높이를 이루고, 가이드(120) 일측에는 가이드(120)를 지지하는 지지부(121)가 위치할 수 있다.
즉, 컨베이어 벨트(110) 상에서 이송되는 발효대상물이 가이드(120) 사이를 통과하며 이송된다. 컨베이어 벨트(110) 상에서 발효대상물이 이송될 때, 발효대상물의 양측이 퍼지는 현상이 발생하고, 이렇게 퍼진 발효대상물이 컨베이어 벨트(110)의 양측으로 낙하하는 것을 막기 위하여, 컨베이어 벨트(110) 양쪽에 여분의 공간을 두어 이를 방지할 수도 있으나, 이 경우 컨베이어 벨트(110)의 폭이 넓어지게 되어 공간 활용성이 좋지 않다. 반면, 상기와 같이 컨베이어 벨트(110) 양측에 가이드(120)가 구비됨으로써, 컨베이어 벨트(110) 상에서의 발효대상물의 퍼짐 현상 및 이로 인한 낙하를 방지하면서도 컨베이어의 벨트 폭을 최소화 할 수 있다.
또한, 각 컨베이어 벨트(110)의 상측에는 발효대상물의 발효시 발생하는 냄새를 제거하기 위한 다수의 공조장치(500)가 설치되며, 각 공조장치(500)들은 하나의 악취처리부(60)으로 연결되어, 각 공조장치(500)에서 흡입된 냄새가 하나의 악취처리부(60)에서 처리될 수 있다는 장점이 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하여 상기와 같이 다수의 발효모듈(100)이 적층되는 경우의 일 실시예를 설명하면, 다수의 발효모듈(100)이 일렬로 적층되고, 각 발효모듈(100)의 일측(111) 및 타측(112), 구체적으로는 각 컨베이어 벨트(110)의 일측(111) 및 타측(112)이 각각 엇갈리게 배치된다. 일 컨베이어 벨트(110)의 일측(111)으로 입국된 발효대상물이 타측(112)으로 이송되어 배출되고, 배출되는 발효대상물이, 그 하측에 위치한 컨베이어 벨트(110)의 일측(111)에서 또다시 타측(112)으로 이송되며 발효가 이루어지는 형태이다(도 1 및 도 2의 화살표 참조).
또한, 각 발효모듈(100)의 사이에는 일 컨베이어 벨트(110)로부터 배출되어 하측의 컨베이어 벨트(110)로 유입되는 발효대상물을 가이드(120)하는 호퍼 및 발효대상물을 파쇄하는 파쇄부(400)가 위치할 수 있다. 또한 각 산기관(300)들이 연통되어 배치되고, 가장 하측에 위치하는 공기공급부(600)로부터 상기와 같이 연통된 산기관(300)으로 공기가 공급될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 다시 참조하여 상기와 같이 다수의 발효모듈(100)이 적층되는 경우의 다른 실시예를 상기 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하면, 다수의 발효모듈(100)이 2열로 적층되고, 서로 다른 열에 위치하는 발효모듈(100)의 일측(111) 및 타측(112)이 벨트 연결부(150)에 의해 연결되도록 배치된다. 벨트 연결부(150)의 형태는 한정되지 않으나, 발효대상물의 원활한 이송을 위하여 만곡된 형태일 수 있고, 따라서 입국된 발효대상물이 일측 열의 컨베이어 벨트(110)로부터 벨트 연결부(150)를 통하여 타측 열의 컨베이어 벨트(110)로 순차적으로, 대략 타원 형태를 이루며 이송되며 발효대상물의 발효가 이루어진다(도 3 및 도 4의 화살표 참조).
또한, 최종적으로 위치하는 발효모듈(100)의 타측과 건조부를 연결하는 컨베이어 벨트(110')가 위치하여 발효모듈(100)에서 발효가 완료되어 연속적으로 출국되는 발효물을 건조부(미도시)로 이송한다.
따라서, 연속적으로 출국되는 발효물을 효과적으로 이송하여 건조할 수 있고, 기존의 석션방식을 이용하는 회분식 발효장치와는 달리, 파이프 등의 막힘 현상 없이, 발효물의 원활한 이송 및 건조가 가능하다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 17을 다시 참조하여, 본 발명에 따른 연속식 발효장치를 실험예로서 종래의 회분식 발효장치와의 차이점을 설명한다. 기존 회분식 발효장치와의 발효성 및 품질 차이를 확인하기 위해 본 발명에 따른 연속식 발효장치를 적용하여 고체 발효를 실시하였다. 도 17에 도시된 바와 같이, 투입부(10)를 통하여 투입된 원료(발효대상물)을 증자부(20) 및 냉각부(30)에서 증자 및 냉각 과정을 거쳐 다수의 발효모듈(100)로 이루어진 발효장치(B)로 입국시키고, 발효장치(B)에 배양부(40)에서 배양된 종균을 투입하여, 발효대상물의 연속적인 발효를 행하고, 발효가 완료되어 출국되는 발효물을 컨베이어 벨트(110')를 통하여 건조부로 이송하여 건조하였다.
본 실험을 위해 원료, 즉 발효대상물로서 대두박을 사용하였으며, 그 양은 원료 기준 60kg ~ 90kg로 하였다. 대두박 원료의 효과적인 단독균 발효를 위해 가수(수분 43% 수준)를 진행하고, 이후 가수 대두박의 멸균을 위해 스팀 증자를 진행하였다. 증자 진행 시 평균 대두박의 품온은 70℃ 내지 90℃ 수준에서 20분간 진행하였다. 스팀 증자 후 냉각과정을 거치고 본 고체발효를 위한 종균 접종을 진행하였다. 종균은 Bacillus amyloliquefaciens subsp. Plantarum K2G를 사용하였으며, 종균의 안정적 성장을 위해 1×107 CFU/mL 이상의 초기 균총수가 확보되도록 원료 중량비 10%의 종균을 접종하였다. 종균의 seed 배양은 GYP배지(glucose 10.0 g, yeast extract 8.0 g, polypeptone 2.0 g, pH 7.0)에서 활성화 하였다.
입국되는 발효대상물의 높이는 20cm 기준으로 투입하였으며, 종균의 생육과정과 발효물 품질변화 확인을 위해 각 4시간 별로 샘플링을 진행하였다. 이를 통해 각 샘플의 생균수 (CFU/g), 발효물 내 수분함량 (%), 그리고 조단백 함량 (%)의 변화를 측정하였다.
종래 회분식 발효기 대체를 위해서는 동일 조건하에서 발효물의 동일품질 확보가 무엇보다도 중요하다. 종래 회분식 발효는 종균 발효시간이 24시간 이내 완료되고 품질 (생균수 1×109 CFU/g 이상, 종료수분 32% 이하, 조단백 상승 6% 이상)으로 나타난다. 이에, 상기와 같은 품질 달성(조단백 상승율 향상)을 위해 상기한 교반기(200) 및 산기관(300)을 통하여 발효 품온 조절 및 산소공급을 위한 통기성 부여를 최적화하였다. 통기성 즉, 상기와 같이 산소의 발효대상물 내부로의 전달을 보다 용이하게 하고자 발효대상물 내부로 산기관(300)의 분배관(320)이 삽입되도록 하였다. 이를 통해 통기성을 강화할 수 있고 이를 통해 발효물 전체 품질 변화를 최소화 할 수 있다.
발효 진행 후 발효대상물의 온도변화를 관찰하며, 발효대상물의 온도 조절은 다음과 같이 진행하였다. 발효대상물의 품온이 일정온도(45℃) 이상 상승시, 교반기(200)를 작동하였으며, 이러한 교반기(200)에 의한 발효대상물의 공기 접촉을 통해 품온 하강을 유도하였고. 이로써, 47℃ 품온이 39℃로 변화되는 것을 확인하였다. 또한 교반기(200) 만으로 온도 변화를 함께 확인하여 교반 중 산기효과를 확인하였다.
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 교반기(200)만을 단독 운전한 경우 교반 전후 온도변화는 약 3℃ 수준이었고, 산기관(300)을 추가적으로 적용 시 약 8℃의 온도변화가 생겨 고체발효 고온 발열 시 교반기(200) 및 산기관(300)을 통한 교반 및 산기가 발효 품온 조절에 보다 효과적임을 확인할 수 있다.
교반 교반+산기
적용 전(℃) 45℃ 47℃
적용 후(℃) 42℃ 39℃
온도변화량(ΔT) 3℃ 8℃
상기와 같이, 교반에 의한 온도 하강을 통해 전반적 발효온도를 종균인 바실러스의 최적온도인 37℃ 내지 43℃ 수준으로 발효가 가능하다. 적절한 발효온도의 유지는 바실러스 의 PGA 성분으로 인한 점질물 고착을 방지하고 효소 반응 안정성을 유지하기에 매우 중요한 제어인자라고 볼 수 있다.
또한, 이와 함께 동반된, 산기관(300)에 의한 발효대상물 내 산소공급을 통해 발효물의 품질을 향상시킬 수 있었다. 연속식 발효장치, 특히 호기성 고체발효를 위한 연속식 발효장치의 설비구성에서 가장 난해하고 중요한 요소 중 하나가 바로 고체 발효대상물 내 산소의 적절한 공급이다. 공기 전달 부족 시 호기성 미생물의 대사 저하가 발행할 수 있어, 목적 품질 확보에 미흡할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 연속식 발효장치와 같이, 컨베이어 벨트(110)를 이용한 연속식 발효장치에 적절하도록 산기관(300)의 분배관(320)을 컨베이어 벨트(110) 상의 이송방향으로 구성하였으며, 분배관(320)에 통공(331)을 구비하여 통공(331) 사이즈별 (2mm~3mm), 통공(331) 개소별 최적화를 이루었다. 또한, 최적의 산소공급을 위해 상기한 바와 같이, 분배관(320) 배열을 3열~8열까지 구성하고, 배열에 따른 통공(331) 각도의 조정을 통하여 공기가 발효대상물 내부로 고르게 강제통기 될 수 있도록 하였다(도 6 참조).
확보된 산기관(300)을 활용하여 발효성 및 품질 평가를 진행하였으며, 도 10에 나타낸 바와 같이 미생물의 생육성은 회분식 발효장치와 거의 동일하게 나타났으며, 도 11에 나타낸 바와 같이, 고체 발효 중 수분변화 또한 회분식 발효장치와 동일한 속도로 변화되는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 호기성 발효를 통해 발효대상물 내부에서 발생된 열이 외부로 적절히 방출되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 조단백 함량의 변화는 회분식 발효장치에 비해 다소 빠르게 증가되는 것을 확인할 수 있으며. 이는 상기한 바와 같이, 분배관(320) 배열 및 통공(331) 배치각의 최적화를 통해 발효대상물 내부의 통기성을 강화한 효과가 전체 품질의 변화로 나타나는 것을 의미한다.
뿐만 아니라 바실러스 종균의 활용은 대두박 내 단백질을 효소적 가수분해 (바실러스 내 단백질 분해효소)를 통해 펩타이드화를 유도하는 것에 주요 목적이 있고, 이러한 효과는 사료 내 소화율을 향상시켜 사료 영양효율을 향상시킨다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 연속식 발효장치를 통해 발효 시 발효 시간별 단백질 분해가 잘 일어남을 확인할 수 있으며, 이는 회분식 발효장치와 유사한 단백질 분해 패턴을 보여, 본 연속식 발효장치의 활용이 최종 제품 품질 활용 시 동등 이상의 소화율을 확보 가능함을 확인하였다.
다음으로, 대두박의 대표적 소화율 저해인자인 trypsin inhibitor의 활성과 KOH solubility를 측정하였다. 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 원료, 증자, 발효 과정에서 항영양인자인 trypsin inhibitor의 활성이 감소하는 것을 확인할 수 있으며, KOH 용해도 역시 회분식 발효장치와 비교하여 우수하게 평가되고, 최종 품질 비교 시 회분식 발효기와 동등 이상의 품질이 확보됨을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 연속식 발효장치 내에서 바실러스 발효 효율이 우수하다고 평가할 수 있다.
회분식
발효장치		 본 발명
(실험 1)		 본 발명
(실험 2)		 본 발명
(실험 3)		 본 발명
(실험 4)
Trypsin inhibitor(mg/g) 1.0 이하 0.72 0.67 0.62 0.73
KOH solubility 65 이상 77.4 82.3 81.8 83.5
결론적으로 고체 발효대상물 내 산소공급을 원활히 하고자 산기관(300) 분배하는 배열을 통해 산소전달을 더욱 효과적으로 할 수 있고, 이를 통해 최적 발효상태를 유지할 수 있다. 또한, 본 장치를 통해 호기성 미생물의 고체발효성을 극대화 하고 발효물의 품질상태를 충분히 확보할 수 있다.
상기와 같이, 고체 발효물의 주요 제어 인자인 발효 품온, 발효대상물 내 공기투입(통기성) 강화로써, 기존 회분식 발효장치에 비해 동일 발효시간 내 동등 이상의 품질 결과를 확보하였으며, 이는 공업화 진행 시 연속식을 통한 생산성 향상, 설치 공간 효율화로 많은 원가절감의 기회가 마련될 수 있는 요소이다. 또한, 연속식 발효는 회분식 발효의 교반에 비해 그 부하가 적어 교반을 위한 장치가 보다 저렴하게 설치될 수 있으며, 발효대상물 곳곳에 통기가 가능하도록 구성할 수 있어 호기성 발효에 효과적이다. 뿐만 아니라, 발효대상물의 높이에 따라 그 설비 투자비용의 추가 절감이 충분히 가능한 장점이 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 컨베이어 벨트(110)에 구비되는 가이드(120)에 의해 발효대상물의 낙하 및 이로 인한 오염이 방지될 수 있는데, 다만, 가이드(120) 구비 후 발효 시 가이드(120) 표면 저항성이 나타날 우려가 있었다.
그러나, 도 14에 나타낸 바와 같이, 본 실험 진행 시 가이드(120) 표면 저항성은 나타나지 않았으며, 상기한 분배관(320)에 의해 전달되는 공기에 의해 모든 발효대상물물이 적절히 호기성 발효를 하기에 충분함을 확인하였다.
또한, 도 15 내지 도 16에 각각 나타낸 바와 같이, 발효대상물의 균성장, 단백증가량, 최종 발효물 수분 함량 결과 또한 가이드(120)에 의한 영향이 나타나지 않았다. 이를 통해 가이드(120)를 통해 컨베이어 벨트(110) 폭을 최소화 할 수 있음은 물론, 교반 후 발효물 퍼짐 현상 및 낙하를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 발효모듈
110: 컨베이어 벨트
200: 교반기
300: 산기관
400: 파쇄부
500: 공조수단
600: 공기공급부

Claims (14)

  1. 일측에서 연속적으로 입국되는 발효대상물을 타측으로 이송하는 컨베이어 벨트(110), 상기 컨베이어 벨트(110) 상에 위치하는 교반기(200), 상기 컨베이어 벨트(110)의 일측에 위치하는 산기관(300)을 구비하는 다수의 발효모듈(100);을 포함하며,
    상기 산기관(300)은,
    상기 컨베이어 벨트(110)의 일측에서 상기 컨베이어 벨트(110) 상측을 가로질러 위치하는 주공급관(310); 및
    상기 컨베이어 벨트(110) 상에서 이송되는 상기 발효대상물의 내부에 위치되도록 상기 주공급관(310)의 일측에서 상기 컨베이어 벨트(110) 상측 길이방향으로 연장되며, 그 둘레에 다수의 통공(331)이 타공되는 분배관(320)을 포함하며,
    연속적으로 입국되는 상기 발효대상물이 상기 발효모듈(100)을 통과하며 발효가 이루어지며 연속적으로 배출되는,
    연속식 발효장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 발효모듈(100)은, 상기 각 컨베이어 벨트(110)의 일측 및 타측이 각각 연결된 적층형태로서, 연속적으로 입국되는 상기 발효대상물의 발효가 상기 다수의 발효모듈(100)을 통과하며 연속적으로 이루어지는,
    연속식 발효장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 발효모듈(100)은 상기 다수의 컨베이어 벨트(110)가 2열의 적층형태를 이루고, 상기 각 열 컨베이어 벨트(110)의 일측 및 타측을 연결하는 벨트 연결부(150)를 더 포함하며, 연속적으로 입국되는 상기 발효대상물의 발효가 상기 다수의 발효모듈(100)을 통과하며 연속적으로 이루어지는,
    연속식 발효장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교반기(200)는,
    상기 컨베이어 벨트(110) 상측에 위치하는 샤프트(210);
    상기 샤프트(210)의 외주면 일측 및 타측에서 각각 방사상으로 연장되는 다수의 지지프레임(220); 및
    상기 각 지지프레임(220)의 상기 샤프트(210) 반대측 단부를 연결하는 연결프레임(230);
    상기 일측 및 타측의 연결프레임(230)을 연결하는 다수의 교반프레임(240);을 포함하는,
    연속식 발효장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 교반기(200)는, 상기 샤프트(210)의 회전에 따라 상기 교반프레임(240)이 이동하며 상기 컨베이어 벨트(110) 상에서 이송되는 상기 발효대상물을 교반하는,
    연속식 발효장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 다수의 교반프레임(240)의 외주면 일측에 길이방향으로 각각 위치하는 교반날개(250)를 더 포함하는,
    연속식 발효장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 샤프트(210)는 높이 조절이 가능한,
    연속식 발효장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통공(331)은 적어도 2열 이상의 열을 이루며 타공되며,
    상기 통공(331)을 통하여 상기 발효 대상물로 공기가 공급되는,
    연속식 발효장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 통공(331)이 이루는 각 열은, 분배관(320) 중심으로부터 기설정된 각도로 배치되는,
    연속식 발효장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 통공(331)은 분배관(320)의 외주면 일측에 3열로 배치되며, 상기 통공(331)이 이루는 각 열은 분배관(320)의 중심으로부터 60도 이상 90도 이하의 각도차이를 두고 배치되는,
    연속식 발효장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트(110)의 양측면에서 소정높이를 이루며 길이방향으로 위치하는 가이드(120)를 더 포함하는,
    연속식 발효장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속적으로 발효되어 출국되는 발효대상물을 건조부로 이송하는 컨베이어 벨트(110')를 더 포함하는,
    연속식 발효장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 컨베이어 벨트(110) 일측에 구비되어, 상기 발효대상물의 발효과정에서 발생하는 악취를 흡입하는 다수의 공조장치(500) 및 상기 다수의 공조장치(500)와 연결되는 악취처리부(60)를 더 포함하며,
    상기 다수의 공조장치(500)에서 흡입된 상기 악취가 상기 악취처리부(60)에서 통합되어 처리되는,
    연속식 발효장치.
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