KR101969430B1 - 참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료 및 이의 제조방법 - Google Patents

참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 참치 부산물 및 마늘 껍질 추출물을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료 및 그의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 서방성 고형화 아미노산 비료는 액체 비료를 서방성 형질을 갖는 고형 비료로 제조하여 장기간 지속적으로 사용 가능하고, 미생물 발효균을 이용하여 자연 친화적이며 아미노산 비료의 단점인 악취 또는 이취감을 현저히 감소시키는 효과가 있다.

Description

참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료 및 이의 제조방법 {sustained release solid amino acid fertilizer comprising tuna-by-product and garlic peel and method for preparing thereof}
본 발명은 서방성 고형화 아미노산 비료에 관한 것으로, 구체적으로 액체 비료를 서방성 형질을 갖는 고형 비료로 제조하여 장기간 지속적으로 사용 가능하고, 미생물 발효균을 이용하여 자연 친화적이며 아미노산 비료의 단점인 악취 또는 이취감을 감소시킨, 참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
작물에 사용되는 비료는 작물에 영양을 공급하거나 또는 작물 재배를 용이하게 하도록 하기 위하여 흙의 화학적 변화를 유도하여 기름진 토양을 제공함으로써 결과론적으로 작물의 생장을 촉진시키는 기능을 갖는다. 이외에 비료는 토양의 생산력 유지 및 증진에 영향을 미치게 되고, 간접적으로 토양의 물리, 화학적 특성을 개선하게 된다.
그러나, 종래에는 대부분 화학비료나 농약을 많이 사용하였으며, 이와 같은 화학비료의 장시간 사용에 따른 토양의 산성화, 생산력 감퇴, 작물수량의 감소 및 품질 저하를 초래하게 되었다. 또한, (NH4)SO4, NH4Cl, KCl, (NH2)2CO 또는 H3PO4 등을 주성분으로 하는 화학비료의 경우, 과다 사용으로 인하여 시설재배 경우 염류의 집적으로 작물 생육에 지장을 주고 토양이 산성화되는 문제를 가져오게 되었다.
또한, 화학비료의 경우 물리, 화학적 전환과정을 거치면서 작물에 흡수되고, 이때 흡수되지 않고 남은 양은 우수와 함께 지하수에 유입되어 수질이 오염되거나 화학생물학적 반응을 거쳐 비료성분의 불용화나 유실현상을 일으키게 한다. 특히, 화학비료의 인산은 산성토양에서는 철이나 알루미늄 이온과, 알칼리성 토양에서는 칼슘 이온과 쉽게 결합하여 토양의 지력 저하와 하천과 바다의 부영양화를 일으키게 된다.
따라서, 비료의 순기능 외에 여러 가지 부작용을 낳고 있는 화학비료 및 농약을 대체하기 위한 비료로서, 미생물 비료에 대한 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다. 이러한 미생물 비료는 주로 세균, 곰팡이, 방선균과 같이 살아있는 기능미생물 및 효소를 주성분으로 하고, 미생물 활성을 유지하는 버미큘라이트, 제올라이트, 세라믹 등 흡착제, 영양원과 기타 보조제로 구성되는 것으로, 미생물 비료가 토양에 사용됨으로 서, 토양 중 작물이 이용할 수 없는 형태의 양분을 이용 가능한 형태로 바꾸어 주거나, 유독성 물질의 독성을 저감시키는 등 작물의 생육에 도움을 주게 된다.
그러나, 종래에 행해지던 미생물 비료 제조과정은 체계적인 방법에 의하지 않음으로써 생산성이 떨어지고, 충분한 발효과정 및 숙성과정을 충분히 거치지 못함으로써 비료의 품질이 떨어졌다. 또한 이와 관련하여, 종래에는 미생물 비료의 원료들을 일괄적으로 혼합하여 동시에 발효과정을 거침으로써, 원료에 따른 다른 발효과정을 고려하지 않음으로써 최종적으로 제조된 비료의 품질이 떨어지는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 10-2011-0139391
본 발명의 목적은 참치 부산물 및 마늘 껍질을 유효성분으로 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 참치 부산물 및 마늘 껍질을 유효성분으로 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료 및 이의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
서방성 고형화 아미노산 비료
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 참치 부산물은 참치의 식용부(예를 들면, 횟감용 부위, 통조림용 부위 등)를 제외한 등뼈, 지느러미, 껍질, 어두 또는 톱밥(냉동 참치 절단 시 발생하는 부산물) 등을 총칭한다.
본 발명의 비료는 유기질 비료인 참치 부산물을 사용함으로써, 지하부 또는 지상부의 생육을 촉진할 수 있으며, 일조 부족 시에 냉해 및 병해 예방에 우수한 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 비료는 상기 참치 부산물을 사용함으로써 친환경 혼합 유기질 비료를 구현할 수 있으며, 풍부한 아미노산과 미량원소 외 성장인자 성분이 다량 함유되어 있을 뿐만 아니라 미생물에 의한 유기물 분해로 인한 악취를 현저히 감소시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 마늘 껍질은 통상적으로 시중에 판매되는 올마늘, 벌마늘, 육쪽마늘, 배마늘, 통마늘, 쪽마늘, 암마늘 또는 장송마늘 등 어떠한 마늘 종이든 사용에 제한되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 서방성 고형화 아미노산 비료는 참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함함으로써 페놀 및 플라보노이드 함량이 우수하며, 전자공여능(DPPH radical 소거능)이 우수하며, 높은 항균 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 비료는 고체형태이므로 가공되어 사용하기에 용이하며, 우기시 비료의 유실이 현저히 감소시킬 수 있는 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 서방성 고형화 아미노산 비료는 참치 부산물 및 마늘 껍질을 이용하여 미생물 발효액을 제조할 수 있다.
상기 미생물 발효액은 참치 부산물, 마늘 껍질, 섬유소 분해균으로 Bacillus Iicheniformis 및 단백질 분해균으로 Bacillus Subtilis를 혼합하여 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 미생물 발효액은 미생물 발효균을 포함할 수 있으며, 상기 미생물 발효균은 사카로마이세스 세레비시에(saccharomyces cerevisiae)일 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 미생물 발효균 감압건조 방식으로 농축한 액(5배)은 비료 총중량에 대하여 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 미생물 발효균이 10 중량% 이상일 경우, 알긴산이 고형화 되지 않는다.
상기 미생물 발효균으로 인해 본 발명의 비료는 다양한 화학적 반응에 의해 미생물 발효균을 사용하지 않는 다른 비료들과 비교하여 우수한 유기물 분해 능력을 나타내므로 악취 또는 이취감을 현저히 줄여주는 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 서방성 고형화 아미노산 비료는 알긴산(알지네이트, sodium alginate)을 포함할 수 있으며, 상기 알긴산은 비료 총중량에 대하여 0.1 중량% 내지 10 중량%의 함량일 수 있으며, 바람직하게는 1 중량% 내지 8 중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 3 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 서방성 고형화 아미노산 비료는 미네랄을 포함할 수 있으며, 상기 미네랄은 황산망간(MnSO4·5H2O), 황산구리, 황산아연, 황산마그네슘, 인산칼륨, 질산칼륨 또는 질산암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 황산망간일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 미네랄 성분이 토양에 존재하지 않으며 식물은 영양분을 충분히 흡수할 수 없으며, 뿌리가 약하고 성장이 느려져 수확량이 감소하게 된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 서방성 고형화 아미노산 비료는 글리세롤(Glycerol) 또는 폴리비닐알콜(PVA, Polyvinyl Alcohol)을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리비닐알콜은 비료 총중량에 대하여 바람직하게는 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 폴리비닐알콜은 1 중량% 이하일 경우 본 발명의 서방성 고형화 아미노산 비료가 빠른 속도로 녹아 풀어지게 되고, 5 중량% 이상일 경우 본 발명의 서방성 고형화 아미노산 비료가 플라스틱처럼 굳어지게 된다.
상기 글리세롤은 미생물 발효균을 안정화 시켜주는 미생물 보존제로서 사용될 수 있으며, 상기 폴리비닐알콜은 토양의 미생물 번식을 증대시켜 미생물을 통한 오염물질 제거를 유도하고, 그로 인해 개량된 토양에서 식물의 자활력을 증대시키는 효과를 나타낸다.
서방성 고형화 아미노산 비료의 제조방법
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 참치 부산물 및 마늘 껍질을 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료를 제공한다.
본 발명에 있어서,
(S1) 미생물 발효액 및 알긴산을 혼합하고 교반하는 단계;
(S2) 상기 (S1)에서 제조된 혼합물에 폴리비닐알콜을 추가하는 단계; 및
(S3) 상기 (S2)에서 제조된 반응물을 분취한 후, 5% CaCl2를 적가하여 Bio-bead를 형성하는 단계를 포함하는, 서방성 고형화 아미노산 비료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법은 보다 구체적으로, (S1) 단계에 앞서 미생물 발효액을 제조하는 (S1-A) 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 미생물 발효균은 참치 부산물, 마늘 껍질, 섬유소 분해균인 Bacillus Iicheniformis 및 단백질 분해균인 Bacillus Subtilis를 혼합하여 제조될 수 있고, 제조된 미생물 발효균은 2 내지 8배 농축하여 미생물 배양액을 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 미생물 발효액 및 알긴산은 0 내지 25 ℃에서 교반하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 (S1)에서 미생물 발효액 및 알긴산의 혼합물을 제조하는 단계의 반응용매는 극성 유기용매 또는 무극성 유기용매가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제조방법은 보다 구체적으로, (S2)에서 폴리비닐알콜은 용매에 의해 용해될 수 있다. 예컨대, 이에 제한되지 않으나, 물, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올 또는 이들의 혼합용매일 수 있으며, 바람직하게는 물일 수 있다.
상기 (S2)에서 교반하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 0 내지 15 ℃에서 교반하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제조방법은 보다 구체적으로, (S3)에서 실린지(syrine)를 사용하여 분취할 수 있다.
또한, 상기 (S2)에서 제조된 반응물에 5% CaCl2를 적가하는 (S3)에서 교반속도는 100 내지 250 rpm인 것이 바람직하다. 상기 CaCl2는 본 발명의 비료를 고형화 시키는 화합물로 사용된다.
본 발명에서 제공하는 참치 부산물 및 마늘 껍질을 유효성분으로 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료는 액체 비료를 서방성 형질을 갖는 고형 비료로 제조하여 장기간 지속적으로 사용 가능하고, 미생물 발효균을 이용하여 자연 친화적이며 아미노산 비료의 단점인 악취 또는 이취감을 감소시키는 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 참치 부산물 및 마늘 껍질을 유효성분으로 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1: 미생물 발효액의 제조
마늘 껍질 건조 중량 1 Kg에 2 L의 물과 5%의 당밀(CSL)을 첨가한 후, 섬유소 분해균으로 1% Bacillus Iicheniformis 및 단백질 분해균으로 1％ Bacillus Subtilis를 접종하여 소형 발효기에 넣어 30 ℃에서 5일간 배양시켜 발효물을 제조하였다.
제조된 발효물과 참치 부산물을 건조 중량으로 1:4의 비로 5 Kg을 발효기에 넣어 65~70 ℃에서 5일간 발효분해 건조시켜 최종 수분 함량 10% 이내의 미생물 발효액을 제조하였다.
실시예 2: 서방성 고형화 아미노산 비료의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 미생물 발효액을 5배 농축시켜 3 내지 5%의 알긴산에 첨가한 후, 30분 교반하고, 1 내지 2%의 폴리비닐알콜 수용액을 첨가하였다. 실린지를 이용하여 상기 반응물을 분취한 후, 100 내지 200 rpm으로 1시간 교반하고 5% CaCl2를 적가하여 본 발명의 서방성 고형화 아미노산 비료를 제조하였다.
실험예 1: 서방성 고형화 아미노산 비료의 토양살포 효과 평가
상기 실시예 2에서 제조된 본 발명의 서방성 고형화 아미노산 비료(이하, ‘실시예 2’라 함)와 비교예로서 참치 부산물만을 포함하는 아미노산 비료인 비교예 1, 마늘 껍질만을 포함하는 아미노산 비료 비교예 2를 사용하여 토양살포 효과를 비교하였다. 사용된 비교예 1 및 2는 참치 부산물 및 마늘 껍질을 제외하고 모든 조성물을 동일하다.
상추는 공식 작물로 하여 다음과 같이 재배하였다.
(1) 재식거리: 20 cm × 15 cm
(2) 시비방법: 상추 정식 7일 전 처리구에 설정된 공시 미생물 비료를 평당 100 g으로 살포 처리
(3) 수 확: 생육 기간 중 2주일 마다 3회 실시하여 평균값으로 계산
상기 실험 결과를 하시 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112017102984309-pat00001
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 참치 부산물 및 마늘 껍질을 유효성분으로 함께 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료는 살포 시 참치 부산물 또는 마늘 껍질만을 포함하는 아미노산 비료의 살포 시에 비해 엽장을 약 140%까지, 역폭과 클로로필 함량을 약 120%까지 증진시킴으로써, 훨씬 우수한 식물 생육 촉진 효과를 거둘수 있는 것으로 확인되었다.
실험예 2: 서방성 고형화 아미노산 비료의 미생물 안정성 평가
상기 실시예 2에서 제조된 참치 부산물 및 마늘 껍질을 함께 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료에 대해 장기보관에 따른 미생물 안정성으르 비교하였다. 비교예로서 참치 부산물만을 포함하는 아미노산 비료인 비교예 1을 이용하여 25 ℃에서 1년간 보관하면서 희석평판법에 의해 잔존하는 미생물의 생균수를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112017102984309-pat00002
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 2는 비교예 1에 비해 미생물의 생존율이 높아 생균수의 최저 한계점을 1 × 107 c.f.u./g으로 설정한 후 25 ℃에서의 유통기간이 12개월로 계산되었다.
실험예 3: 서방성 고형화 아미노산 비료의 물리적 특정 시험
상기 실시예 2에서 제조된 알긴산을 3 내지 5 중량%를 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료에 대해 입자크기, 경도, 비중 및 용해도 시험을 실시하였다. 비교예로서 알긴산을 15 중량%이고 이외의 조건은 모두 실시예 2와 동일한 비교예 3을 이용하여 각 시료의 물리적 특성을 비교하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure 112017102984309-pat00003
상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 알긴산을 2 내지 5 중량%를 포함하는 서방성 고형화 아미노산 비료는 경도가 높은 반면 물에 침지하여도 쉽게 분산되지 않고, 토양 시비 후 7일 이상 경과하여야 분산되지 시작하여 34일까지 서서히 용해되므로, 서방성 비료로 이용될 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 참치 부산물, 마늘 껍질 및 미생물 발효액을 유효성분으로 포함하고,
    상기 미생물 발효액은 미생물 발효균으로 사카로마이세스 세레비시에(saccharomyces cerevisiae)를 비료 총중량에 대하여 1 중량% 내지 10 중량% 포함하는 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서방성 고형화 아미노산 비료는 알긴산(sodium alginate), 미네랄, 글리세롤(Glycerol) 또는 폴리비닐알콜(PVA, Polyvinyl Alcohol)을 1종 이상 포함하는 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미생물 발효액은 참치 부산물, 마늘 껍질, 섬유소 분해균으로 Bacillus Iicheniformis 및 단백질 분해균으로 Bacillus Subtilis를 혼합하여 제조되는 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 미네랄은 황산망간(MnSO4·5H2O), 황산구리, 황산아연, 황산마그네슘, 인산칼륨, 질산칼륨 또는 질산암모늄인 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 폴리비닐알콜은 총 중량 대비 1 중량% 내지 5 중량% 포함하는 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료.
  7. (S1) 미생물 발효액 및 알긴산을 혼합하고 교반하는 단계;
    (S2) 상기 (S1)에서 제조된 혼합물에 폴리비닐알콜을 추가하는 단계; 및
    (S3) 상기 (S2)에서 제조된 반응물을 분취한 후, 5% CaCl2를 적가하여 Bio-bead를 형성하는 단계를 포함하는, 서방성 고형화 아미노산 비료의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (S1) 단계 이전에
    (S1-A) 참치 부산물, 마늘 껍질, 섬유소 분해균인 Bacillus Iicheniformis 및 단백질 분해균인 Bacillus Subtilis를 혼합하여 미생물 발효액을 제조하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (S2) 단계에서 폴리비닐알콜은 물, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올 또는 이들의 혼합용매에 의해 용해되는 것인, 서방성 고형화 아미노산 비료의 제조방법.
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