KR101985513B1 - 음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물 - Google Patents

음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물과 이를 포함하는 분해소멸용 조성물 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법에 대한 것으로, 상기한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물은 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11), 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12), 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13) 및 바실러스 서브틸리스 DYG-B14로 구성된 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물과 이를 포함하는 분해소멸용 조성물 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법은 음식물 쓰레기의 조성에서 활성화되도록 내산성과 내염기성, 내염성이면서 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스 전부에 대하여 골고루 분해 활성이 강한 음식물 쓰레기 분해 소멸화에 적절한 미생물군을 제공하고, 이들 미생물군에 악취를 제거하고 유해물질을 제거하는 효과가 있는 성분을 부가한 음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물을 제공하여 음식물 쓰레기를 미생물에 의해 완전분해가 이루어지도록 하여 악취를 최대한 줄일 수 있게 하면서 음식물 쓰레기를 분해하고 완전하게 소멸화하여 잔존분이 거의 남지 않게 처리할 수 있도록 하는 우수한 효과를 가진다.

Description

음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물{Composition for decomposing a food waste}
본 발명은 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물과 이를 포함하는 분해소멸용 조성물 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법에 대한 것으로, 더욱 자세하게는 특히 한국 음식물 쓰레기의 조성에서 활성화되도록 내산성과 내염기성, 내염성이면서 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스 전부에 대하여 골고루 분해 활성이 강한 음식물 쓰레기 분해 소멸화에 적절한 미생물로서 음식물 쓰레기의 발효를 통하여 음식물을 분해하고 완전하게 소멸화하여 잔존분이 거의 남지 않게 할 수 있는, 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물과 이를 포함하는 분해소멸용 조성물 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법에 대한 것이다.
급격한 인구의 증가와 생활수준 향상 등의 원인으로 인하여 음식물 쓰레기가 다량으로 발생하고 있는데, 현재 우리나라의 음식물 쓰레기의 발생 비율은 전체 생활 폐기물의 약 20% 이상에 달하고, 이중 60% 이상에 해당하는 음식물 쓰레기가 가정에서 배출되고 있으며, 이렇게 배출되는 음식물 쓰레기 처리 문제는 이미 심각한 사회적인 문제로 대두된지 오래이고, 특히 처리시설이나 처분장소 또는 방법이 열악한 대도시의 경우에는 음식물쓰레기 처리문제는 날로 심각해지고 있는 실정이다. 한편, 종래로부터 이용되고 있는 음식물 쓰레기의 해결 방법으로 음식물 쓰레기를 사료나 퇴비 등으로 재활용하는 방법이 근래 많이 애용되고 있으나, 이는 그 처리에서 냄새의 발생, 상당한 노고 등으로 이용에 어려움이 많으며, 또한 여전히 대부분의 음식물 쓰레기 처리 방법으로 사용되는 매립과 소각은 매립 장소의 고갈과 소각에 따른 다양한 문제, 즉 일반 소각시에 음식물 쓰레기에 포함된 수분 때문에 소각로의 온도가 낮아져서 다이옥신류(dioxin 및 dibenzofuran)의 유해 가스가 발생하는 문제점이 있다.
이러한 상황 하에서, 향후 우리나라에서 음식물 쓰레기를 처리하는데 연간 수 십조원의 비용이 필요할 것이라는 예측이 나오고 있는 상황에서 가정용 음식물 쓰레기의 감량을 위한 방법들이 제안되어 왔는데, 현재 제안되어 사용되는 방법들은 건조 압축방식과 발효 소멸방식의 2종으로 구분될 수 있다. 건조 압축방식은 음식물 쓰레기의 75%를 차지하는 수분을 가열 등으로 건조시킨 후 물리적으로 압축하여 그 부피를 줄이는 방식인데 유기물들이 그대로 남아있기 때문에 매립 후에 다시 환경오염을 유발하는 문제점이 발생하고 있으며, 발효 소멸방식은 교반과 미생물의 분해 능력을 이용하여 쓰레기 내의 유기물질을 물과 이산화탄소로 분해하는 방식으로 최근에 관심이 증가하고 있는 방식으로, 다양한 미생물 제제를 이용하는 것이 제안되었는데, 예를 들어 대한민국 특허공개공보 제2002-0017873호에서는, "기탁번호 제 KFCC-11204호로 기탁되어 있고, 음식쓰레기 분해에 이용되는 바실러스 아밀로리퀴파시엔스, 바실러스 렌티모버스, 바실러스 서브틸리스, 사카로마이세스 세르비재를 각각 1:1:1:1로 혼합한 미생물 발효제 MDG200과 그들의 배양방법"을 개시하고 있으며, 대한민국 특허공개공보 제2012-0041377호에서는 "호기성 조건에서 음식물쓰레기를 소멸발효처리하기 위한 미생물제제로서, 류코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 및 락토바실루스 델브루에키 서브스페시스 불가리쿠스 (Lactobacillus delbrueckii subspecies bulgaricus)를 함유하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 호기적 소멸발효처리용 미생물 제제"를 개시하고 있다.
상기한 바와 같은 다양한 구성으로 되는 미생물 제제로 된 소멸화 촉진제로 유기물의 분해활성이 우수한 미생물을 이용하면 음식물 쓰레기 처리 시 발생하는 다수의 문제점을 해결할 수 있을 것이나, 그러나 상기 개시된 특허발명을 포함하여 최근까지 제안된 다양한 미생물학적 접근은 그 구성 미생물의 분해활성이 완전히 만족할 만한 확실한 음식물 쓰레기 소멸화 제제로서는 미흡한 점이 있는 실정이며, 특히 음식물 쓰레기의 발효 분해가 완료된 상태에서도 다량의 발효 매스(mass)가 잔존하여 여전히 이들 매스의 처리에 따른 문제점이 발생한다. 또한, 가정용 음식물 쓰레기의 처리에 있어 악취 발생의 문제점도 여전히 남아 있다.
따라서, 본 발명자 등은 음식물 쓰레기의 효과적인 처리를 위하여 음식물 쓰레기의 주 구성요소인 섬유소, 전분 및 단백질 분해능이 우수한 균주들을 선별하고 이들의 최적의 혼합 적용을 통하여 최적의 처리조건을 확립하므로서 음식물 쓰레기 처리효율을 극대화하는 한편, 악취를 제거하고 유해물질을 제거하는 등 환경개선에 우수한 역할을 할 수 있는 새로운 미생물 제제로 구성된 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물과 이를 포함하는 분해소멸용 조성물을 제공할 수 있는 방안을 모색하고자 연구한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.
특허문헌 1: 대한민국 특허공개공보 제2002-0017873호 특허문헌 2: 대한민국 특허공개공보 제2012-0041377호
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주목적은 음식물 쓰레기, 특히 한국 음식물 쓰레기의 조성에서 활성화되도록 내산성과 내염기성, 내염성이면서 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스 전부에 대하여 골고루 분해 활성이 강한 음식물 쓰레기 분해 소멸화에 적절한 미생물로서 음식물 쓰레기의 발효를 통하여 음식물을 분해하고 완전하게 소멸화하여 잔존분이 거의 남지 않게 할 수 있는, 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물을 선별하여 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 우수한 음식물 쓰레기 분해 소멸능을 가진 미생물군과 악취를 제거하고 유해물질을 제거할 수 있는 구성분을 포함하는 음식물 쓰레기 분해소멸용 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 우수한 음식물 쓰레기 분해 소멸능을 가진 미생물군을 포함하는 음식물 쓰레기 분해소멸용 조성물을 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물은;
아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11) 균주(기탁번호: KCTC 11085BP)임을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물은;
아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12) 균주(기탁번호: KCTC 11086BP)임을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물은;
아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B14(Bacillus subtilis DYG-B14) 균주(기탁번호: KCTC 11088BP)임을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물은;
아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13) 균주(기탁번호: KCTC 11087BP)임을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물을 포함하는 분해소멸용 조성물은;
아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11) 균주(기탁번호: KCTC 11085BP), 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12) 균주(기탁번호: KCTC 11086BP), 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13) 균주(기탁번호: KCTC 11087BP) 및 바실러스 서브틸리스 DYG-B14(Bacillus subtilis DYG-B14) 균주(기탁번호: KCTC 11088BP)로 구성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 조성물은 벌크홀데리스 세파시아(Burkholderia cepacia), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)를 더 포함함을 특징으로 한다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물을 포함하는 분해소멸용 조성물을 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법은;
아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11) 균주(기탁번호: KCTC 11085BP), 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12) 균주(기탁번호: KCTC 11086BP), 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13) 균주(기탁번호: KCTC 11087BP) 및 바실러스 서브틸리스 DYG-B14(Bacillus subtilis DYG-B14) 균주(기탁번호: KCTC 11088BP)로 구성된 조성물을 사용하여 음식물 쓰레기를 분해 소멸하는 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 음식물 쓰레기 분해 소멸 미생물과 이를 포함하는 분해소멸용 조성물 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸 방법은 음식물 쓰레기의 조성에서 활성화되도록 내산성과 내염기성, 내염성이면서 전분, 지방, 단백질, 셀룰로오스 전부에 대하여 골고루 분해 활성이 강한 음식물 쓰레기 분해 소멸화에 적절한 미생물군을 제공하고, 이들 미생물군에 악취를 제거하고 유해물질을 제거하는 효과가 있는 성분을 부가한 음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물을 제공하여 음식물 쓰레기를 미생물에 의해 완전분해가 이루어지도록 하여 악취를 최대한 줄일 수 있게 하면서 음식물 쓰레기를 분해하고 완전하게 소멸화하여 잔존분이 거의 남지 않게 처리할 수 있도록 하여 상기한 종래의 문제점을 해결하였다.
도 1은 본 발명에 따라 선별되고 기탁된 4종 미생물의 분석결과를 나타내는 것으로, 도 1a는 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11)에 대한 것이고, 도 1b는 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12)에 대한 것이고, 도 1c는 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13)에 대한 것이고, 도 1d는 바실러스 서브틸리스 DYG-B14(Bacillus subtilis DYG-B14)에 대한 것이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 음식물 쓰레기 분해소멸용 조성물을 이용한 음식물 쓰레기의 분해 비율을 나타내는 그래프로, 시간 경과에 따른 분해 소멸 후의 잔존 매스를 나타낸다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
전술한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 것으로, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 분해 소멸능이 우수한 균주를 선별하기 위하여, 음식물 쓰레기를 주원료로 퇴비를 만드는 퇴비공장에서 샘플을 채취하여 실험실에서 우점 미생물을 분리하였다. 분리된 여러 우점 미생물 각각을 대상으로 염도별, 산도별 및 온도별 배양성 테스트, 전분, 지방, 단백질 및 셀룰로오스 각각에 대한 효소활성 테스트, 그리고 음식물 쓰레기의 소멸화 테스트 등을 실시하여 이들 결과를 가지고 퇴비로부터 우수 미생물을 선별하였다.
또한, 본 발명에서는 상기와 같이 하여 선별된 미생물에 미생물번식촉진용 영양물을 적절한 농도로 첨가한 음식물 쓰레기 발효 소멸용 종균을 개발 제공하였는데, 이러한 본 발명에 따른 균은 프로테아제, 리파아제가 양성이며 또한 우리나라 음식물 쓰레기의 특성에 맞게 셀룰라아제 및 아밀라아제의 활성화가 뛰어나며, 내열성, 내염성, 내산성 및 내염기성을 갖고 있는 신규 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11) 균주, 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12) 균주, 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13) 균주 및 바실러스 서브틸리스 DYG-B14(Bacillus subtilis DYG-B14) 균주로 각각 한국 생명공학 연구원에 기탁번호 KCTC 11085BP, KCTC 11086BP, KCTC 11087BP 및 KCTC 11088BP로 기탁되었으며, 또한, 상기 균주를 포함하는 음식물 쓰레기의 발효 소멸화용 미생물 제제가 제공되어 진다.
본 발명에서는, 특히 한국의 음식물 쓰레기의 조성은 서구의 음식물 쓰레기와 비교하여 된장, 간장, 김치 등의 음식물에 의해 염도 및 산도가 높고, 육식보다는 채식이 많아 셀룰로오스 등의 함량도 높다는 점과, 이와 같은 한국 음식물 쓰레기의 성분 조성에 맞춘 미생물 균주의 분리가 중요하다는 점을 인지하고, 또한 전술한 바와 같이 음식물 쓰레기의 발효 소멸화에서 탈취 문제와, 한국 음식물 쓰레기의 특성을 고려할 경우, 무엇보다도 음식물 쓰레기의 발효 소멸화용 미생물 자체가 중요하며, 완전 소멸화를 위해 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제, 리파아제 등의 역가와, 특히 악취 발생 억제를 위해 프로테아제, 리파아제 등의 역가가 중요하다는 점에 기반을 두고 있다.
본 발명에 따라 상기와 같이 선별된 총 4종의 기능성 미생물 중 상기 신규한 KCTC 11085BP, KCTC 11086BP 및 KCTC 11088BP 3종은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)에 속하는 그람 양성 간균으로, 고초균이라고도 불리우며 예로부터 청국장의 발효에 쓰이고 있는 균이며, 다양한 장소에서 많은 아종, 미세변종들이 번식하고 있다. 또한, 이들 균은 대장균과 함께 다양한 유전자 변형 미생물로 널리 사용되어온 미생물로 포자를 형성하는 특징 때문에 다양한 환경에서 생존, 적응할 수 있는 능력을 가지고 있다. 특히, 이들 균은 단백질을 분해하는 효소가 잘 발달되어 있기 때문에 콩단백을 발효하는 능력이 청국장 제조에 사용된 것이다. 이 외에도 아종에 따라 다양한 폴리머들을 분해하는 효소를 발달시킨 종들은 섬유소나 아교질도 효과적으로 분해하는 능력이 있기 때문에 퇴비장과 같은 여러 물질이 섞인 장소에서도 크게 우점하는 미생물이다. 실제 본 기탁미생물의 기원 역시 음식물 쓰레기 재가공 공장에서 샘플을 취하여 분리하였다. 이들 균은 폴리머를 포함한 배지에서 계대 배양하여 1차 분리 후 계대배양을 3 내지 4회 계속하여 폴리머 분해능력이 우수한 종을 골라내어 동결건조하여, 제품할 수 있다. 이들 미생물은 미생물에 대한 지식이없어도 다룰 수 있는 생물안전레벨 1(Bio Safety Lv.1)의 안전한 미생물이다.
또한, 상기와 같이 선별된 KCTC 11087BP 균주는 락토바실러스 계열 (Lactobacillus sp.)로 혐기성, 호기성 조건에서 모두 생장이 가능한 그람 양성 간균이다. 이들 균은 포자를 형성하지는 않으나, 온도조건만 맞으면 장시간 생존이 가능한 종류의 미생물인데, 이는 약산을 생성하여 주위 환경조건을 자신에게 유리하게 만드는 특징 때문이다. 이 KCTC 11087BP 균주는 본 발명에 따른 음식물 끄리기 분해용 조성물에서 바람직하기로는 3 내지 5% 정도를 차지하는 미생물로서, 바실러스 균주가 분해하기 어려운 물질을 약산 생성을 통하여 분해하기 쉬운 상태로 만들어주는 특징이 있다. 이들 균의 기원은 요구르트 등으로 생각하기 쉬우나, 이 역시 바실러스와 같은 토양 유래 미생물이며 요구르트 종균과는 다르게 열악한 환경에서도 생존이 가능하여 다양한 발효처리과정에서 보조세균으로 이용되고는 한다. 이 균주도 미생물에 대한 지식이 없어도 다룰 수 있는 생물안전레벨 1(Bio Safety Lv.1)의 안전한 미생물이다.
본 발명에 따라 상기와 같이 선별된 총 4종의 기능성 미생물 모두는 공통적으로, 음식물 쓰레기를 주원료로 퇴비를 만드는 퇴비공장에서 샘플을 채취하여, 샘플 1그램을 10ml 생리식염수에 현탁하여 3 내지 4시간 방치하고, 그런 다음 맑은 상등액을 취한 후, 상등액 1ml을 50ml의 영양 배지(Nutrient Broth; NB)에 현탁하여 28℃에서 교반 배양하고, 배양액을 10의 4승부터 10의 7승까지 10배수로 희석하여 0.5% 녹말을 포함한 영양 한천(Nutrient agar; NA)에 평판도말하여 28℃에서 배양하고, 그런 다음 콜로니 중 비율로 우점하는 것을 육안으로 판별하여 7종을 선택하고, 각 종을 다시 수차례 계대배양하여 녹말의 분해능력이 가장 우수한 상기 4종을 선별하였다. 이와 같이 하여 분리된 종균은 50% 글리세롤이 들어있는 배양액을 -70℃로 얼려서 보관할 수 있으며 필요에 따라 꺼내어 실험에 이용할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따라 선별된 미생물은 높은 활성도에 의한 분해 활성이 뛰어나며, 생존온도 범위는 광범위하고, 높은 염분농도에서도 생존하며 최적 pH범위 5.0~9.0에서 가장 왕성한 활동성을 보이며 프로테아제와 리파아제의 활성화가 높아 악취발생을 억제함과 동시에 셀룰라아제 및 아밀라아제의 생성으로 특히 우리나라 음식물 쓰레기 특성에 따른 분해능력이 뛰어나는 내염성, 내산성 및 내염기성, 내열성의 균주로 평가되었다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 음식물쓰레기 발효능력이 우수한 미생물을 포함하는 조성물은 음식물 쓰리기 소멸효과를 극대화하기 위하여 단백질, 전분, 지방 및 셀룰로스 분해능이 우수한 여러 가지 미생물 즉, 상기한 본 발명에 따른 3종의 바실러스 서브틸리스, 1종의 락토바실러스 종, 방성균, 효모 등을 혼합하여 제조한 복합 미생물제제의 조성물이다. 또한, 유통기간 내의 활력 유지와 음식물쓰레기 소멸화기기 내에서의 강력한 발효능력을 발휘하기 위하여 각각의 미생물을 액체 배양한 후, 흡착제(예를 들어, 제올라이트, 활성탄, 셀라이트 등)를 사용하여 고체배양을 하는 기존 방식과는 달리 동결건조 방식을 선택함으로써 생균수 및 활력을 증강시킨 새로운 제조방법을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 조성물의 구체적인 사용 균주는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 3종류, 벌크홀데리스 세파시아(Burkholderia cepacia), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 락토바실러스(Lactobaillus sp.)로 된다.
상기한 본 발명에 따른 미생물 배양 배지 조성 및 배양 조건은 다음과 같다. 즉, 상기 미생물은 아래 표 1의 배지조성 또는 균주별 약간 변형된 배지에 종균을 1% 접종한 후, 30-37℃에서 18-30시간 동안 통기, 교반하면서 배양한 다음 연속원심분리기를 이용하여 균체를 회수한다.
원재료명 %
펩톤(Peptone) 2
효소 추출물(Yeast extract) 1
글루코스(Glucose) 2
소디움 아세테이트(Sodium acetate) 0.1
암모니움 시트레이트(Ammonium citrate) 0.1
소디움 카보네이트(Sodium carbonate) 0.05
K2HPO4 0.1
MgSO4 0.01
MnSO4 0.005
ZnSO4 0.001
상기에서 회수된 균체는 적당량의 보호제(maltodextrin, trehalose, glucose, skim milk)와 혼합한 후, -40℃ 이하에서 24시간 정도 급속동결한 다음, 동결 건조를 실시한다. 동결건조된 미생물들은 100㎕의 체를 이용하여 균질하게 분쇄한다.
상기 4종 이상의 동결건조 미생물 원말을 적당량의 수분조절제(삼나무 칩 등)와 혼합하여 미생물 균수가 106-9 cfu/g 정도 유지되게 포함하는 음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물을 제조한다.
이하에서, 상기한 본 발명에 따른 미생물의 생산 및 이들의 제품화에 대한 공정을 자세하게 설명한다.
1. 발효기 점검
1-1 배지 성분 투입 전 탱크의 청결 상태, 사용수, 스팀 상태, 공기압 상태를 체크한다.
1-2 스팀이나 사용수 불량이면 배지를 투입하지 않고 생산관리자에게 보고한다.
2. 발효기 탱크 세척 및 공살균
2-1 배지 원료를 투입하기 전에 탱크(300L 또는 1,200L 용량)의 내부를 청소한다.
2-2 공살균은 배지 성분 없이 사용수만으로 탱크를 멸균하는 것을 말한다.
2-3 살균온도는 121℃ 1.2기압에서 15분 이상으로 한다.
2-4 공살균은 특별히 감시가 필요하거나, 탱크별 배양균주가 바뀔 경우 실시한다.
2-5 탱크의 CIP 처리도 공살균과 같은 사항에 실시한다.
3. 배지 계량
3-1 이물질 혼입을 완전히 억제할수 있도록 계량한다.
3-2 배양물의 혼입이 잘 되도록 충분히 고려한다.
3-3 배양물의 양에 맞게 계량하고 잘못하여 계량하여 투입시 생산관리자에게 보고한다.
3-4 배양수에 배지성분을 펩톤, 효소 추출물, 글루코스 순으로 첨가하여, 60℃에서 완전히 녹을 때까지 용해시킨다.
4. 배지 멸균 및 냉각
4-1 미생물 고농축 순수 배양에서 가장 중요한 단계로 완전멸균이 가능하여야한다.
4-2 미생물 멸균은 121℃ 1.2기압에서 최소 15분 이상으로 하며, 멸균이 안되었을 경우 시간을 길게 하여 멸균하고 멸균의 상태를 체크한다.
4-3 멸균 후 냉각시 음압이 걸리지 않게 한다.
4-4 멸균 후 냉각시 음압이 걸리지 않게 0.5vvm 이상의 양압을 유지해야만 한다.
4-5 배지 멸균 전의 사용수의 양과 배지 멸균 후 사용수의 양이 동일 해야만 한다.
5. 미생물 접종
5-1 미생물의 종균을 탱크 내로 넣는 과정을 말한다.
5-2 종균은 오염 검사를 끝낸 것으로 한다.
5-3 멸균 배지에 종균 접종시 화염을 이용하고, 탱크 내 압력을 풀어 화염에 의한 사고를 예방한다.
5-4 접종시는 청결한 화염 장갑을 사용하며 접종자는 잡담 등 미생물에 영향을 주는 인자를 발생시키지 않는다.
5-5 접종전에 pH, 온도, rpm등 배양조건을 체크한다. 예를 들면 바실러스 서브틸리스의 경우, pH 7.0, 37℃, 120rpm 조건을 고정시켜 놓는다.
6. 배양
6-1 배양균주를 배양조건(pH, 온도, rpm 등)에 맞게 배양하는 것을 말한다.
6-2 호기성 균주는 0.5vvm 이상의 양압을 유지하면서 pH 6.0-7.0 사이에서 균주별 최적온도(25-37℃) 또는 최적 배양시간(18-30시간) 동안 배양한다.
6-3 배양하는 동안에 이상 유무 및 pH, 온도, rpm 등의 변화를 기록지에 기록한다.
7. 오염 검사
7-1 오염 검사는 최종 배양물의 오염 유무를 밝히는 것으로 1차적으로 현미경으로 검사하고,　배양액의 희석을 통한 주입 방법(pouring method)를 통하여 오염 유무를 규명한다.
7-2 오염 검사가 끝나지 아니한 발효물의 반출입을 허용되지 않는다.
8. 원심분리
8-1 배양완료한 배양물은 균체의 회수 목적일 경우, 연속원심분리기를 사용하여 원심분리한다.
8-2 원심분리의 볼(bowl)은 다른 균의 오염이 없도록 스팀으로 멸균시킨 후 실시한다.
8-3 원심분리기의 사용 전에 전기상태, 모터 상태를 체크한다.
8-4 볼을 삽입 조립 후 16,500rpm의 고속 회전으로 시간당 100L 정도 원심분리한다.
8-5 원심분리시 이상이 발견시 즉시 조치 후 생산관리자에게 보고한다.
9. 보호제 혼합
9-1 보호제는 미생물의 급속냉동 조건에서 미생물을 보호하기 위하여 실시한다.
9-2 보호제(maltodextrin, trehalose, glucose, skim milk)는 반드시 멸균상태의 것을 사용한다.
9-3 보호제 혼합시 이물질의 투입이 없도록 작업자는 주의한다.
9-4 보호제 혼합과정은 상기에서 획득한 미생물 균체와 완전히 혼합될 때까지 실시한다.
10. 동결건조 및 분쇄
10-1 보호제와 혼합된 미생물 균체의 동결은 급속동결로 -40℃ 이하에서 24시간 동안 실시하며, 동결중 동결기기인 딥 프리저(deep freezer)의 온도를 항상 체크한다.
10-2 동결시 손의 동상의 위험이 있으니 장갑을 사용하여야 한다.
10-3 24시간 이후 동결된 균체는 동결건조기에 넣고 3-4일 동안 동결건조시킨다. 이때의 동결건조 조건은 선반온도 30℃, 콜드 트랩 콘덴서(cold trap condenser) -70℃이하, 진공은 15 mTorr이하를 유지시키면서 3-4일 동안 실시한다.
10-4 동결건조기의 온도, 진공 상태를 건조기의 기록지를 이용하여 이상 유무를 체크한다.
10-5 건조가 끝난 미생물은 분쇄하여 100㎕의 체를 이용하여 균질하게 분쇄한다.
10-6 분쇄과정에 이물질의 혼합이 없도록 주의한다.
10-7 미생물원말은 진공포장하여 4℃에 저장한다.
11. 수분조절제 혼합 및 제품 제조
11-1 미생물 발효 소멸용 조성물을 제조하기 위하여 수분조절제로 참나무 또는 삼나무 칩(크기, 3-5mm)을 사용하여 음식물과의 접촉면적을 증가시켜 발효속도와 효율을 증가시켜준다.
11-2 상기한 조성물을 제조하기 위하여, 정해진 배합비율(106-7 cfu/g 미생물원말, 0.1% KH2PO4, 2% 포도당, 나머지는 우드 칩(wood chip) 등)에 따라 저울을 이용하여 원료들을 준비한다.
11-3 믹서기(스크루 혼합기)에 넣고 30-60분 동안 충분히 혼합해 준다.
11-4 5kg, 10kg, 또는 20kg씩 계량하여 포장지에 넣고 포장한다.
11-5 포장된 제품은 출고시까지 선입선출이 가능하도록 서늘한 곳에 보관한다.
상기와 같이, 본 발명에 따라 제조된 미생물을 포함하는 발효 소멸 조성물은 호기성 상황에서 적당한 수분함량을 조절하여 음식물 쓰레기의 유기물을 분해, 배출시키는 시스템으로 이루어진다.
상기한 본 발명에 따른 조성물의 미생물은 주로 바실러스 계통의 미생물로 이루어져 있으며, 이러한 바실러스는 안정성이 뛰어나며, 환경이 좋지 않을 때에도 포자를 형성하여 살아남는 등, 다양한 환경변화에 적응할 수 있는 미생물로써, 여러 가지 음식물, 양념이 강한 음식물에서도 좋은 적응력을 보이는 미생물이고, 또한 이 계통의 미생물은 메주 등의 발효음식물에도 전통적으로 이용해 온 미생물로써, 일반인에게는 전혀 해롭지 않은 미생물 제제이다.
상기한 본 발명에 따른 미생물은 프로테아제와 리파아제의 활발한 활성을 나타내어 악취의 발생을 근원적으로 억제할 수 있게 한다. 즉, 악취의 주요 원인은 단백질 및 지방질의 분해과정에서 불완전한 발효분해가 될 때 악취의 발생이 대부분이므로 프로테아제와 리파아제의 활발한 활성으로 인한 완전 분해를 유도하여 악취 발생을 최대한 억제시킬 수 있으며, 여기에 부가하여 소멸화 장치 내의 탈취장치와 함께 완전한 탈취를 이룰 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 상기 신규한 미생물들을 포함하는 조성물은 영향인자와 분해매체제의 유기적인 상호작용에 의해 최적의 분해 소멸을 유도하기 위해 구성 미생물의 호기성 특성을 최대한 유지함과 동시에 내부온도의 냉각을 방지하기 위해 산소공급의 효율을 높이며 미생물의 활동 및 통기성 저하를 방지하고 혐기적 분해 특성의 발생을 억제하기 위해 적절한 수분함량을 유지하며 미생물의 영양물질의 공급을 원활히 하기 위한 C/N비를 25~30 : 1로 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 음식물 쓰레기의 발효 소멸화 능력 및 탈취능이 우수한 것으로 선별된 상기 신규한 미생물들은 전술한 바와 같은 미생물학적 성질상 바실러스 서브틸리스 및 락토바실러스 종으로 분류되었고, 미생물학적 성질 및 염기 서열상 신규한 스트레인으로 동정되었다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되지 않음은 물론이다.
실시예 1. 미생물 선별
음식물 쓰레기 발효에 우수한 미생물을 선별하기 위해 퇴비장 등에서 채취한 미생물을 몇 차례 반복 배양하여 우점종 5 내지 6종을 찾았다. 이 미생물들을 전용 분해배지에 다시 배양하여, 가장 많은 유기물 분해능력을 보이는 종을 선택한다. 일반적인 유기물 분해와 전분, 지방 등을 함유한 배지에서 미생물을 키우면, 분해능력이 높을수록 넓은 범위를 투명하게 분해하는 것이며, 이를 통해 원하는 미생물을 선별할 수 있었다.
상기한 과정을 거쳐 우수한 미생물로 판명된 것을 다시 순수분리하여 종균화시켰다.
실시예 2. 미생물 보존
상기 실시예 1에서 분리된 종균은 크게 두 가지로 관리되었다. 먼저, 순수분리된 종균은 글리세롤 50%를 포함한 액체 배지에 희석하여 1ml씩 나누어 20여 개를 -70℃의 냉동창고에 보관하였다. 이렇게 준비된 미생물은 3년 동안 안전하게 보존된다.
제품을 위한 종균은 PCA 배지나 뉴트리언트 배지를 응고시켜서 그 위에 미생물을 도말하여 30℃에서 48시간 배양하고, 이를 랩핑하여 냉장고에 보관하면 2 내지 3개월간 언제든지 꺼내어 사용할 수 있는 상태가 된다.
PCA 배지에 도말한 미생물이 다 소모되거나, 보존기간이 지나면 -70℃에 보존된 미생물을 꺼내어 다시 30여 개에 도말하여 사용할 수 있다. -70℃에 보관하던 미생물이 5개로 줄어들면, 다시 배양하여 종균을 유지하는 것이 바람직하다.
실시예 3. 미생물의 생산
종균은 무균상태에서 5리터 정도를 배양한다. 배양된 종균은 100리터 단위로 다시 24시간 배양하여 최종적으로 1톤 분량의 대형 배양조에서 키운다.
생산된 미생물은 제품의 배합분량에 따라 재배합되어, 대형 원심분리기를 거쳐 동결건조장치로 들어간다. 동결건조된 미생물은 습하지 않은 곳에서는 2년 이상 보존이 가능하므로, 제품의 품질 유지에 큰 도움을 준다.
또한, 동결건조된 미생물은 1톤이 1kg 정도로 줄어들기 때문에, 제품을 제조하기 전까지 밀폐용기에서 보존할 수 있고, 미생물 배합이 끝난 상태에서 건조시키기 때문에 쉽게 대량의 제품 생산에 이용 가능한 장점이 있다.
실시예 4. 종균 계대 과정
1. 하기 표 2의 BHI(Brain Heart Infusion) 한천 배지를 제조하기 위하여 BHI 배지를 증류수에 37g/L 넣고 완전히 혼합한다. 한천을 1.5%정도 첨가해주고, 열을 가하면서 가끔 흔들어 주고, 필요하다면 가열하여 배지 성분을 완전히 녹인다. 그런 다음 121℃에서 15분간 멸균한다.
(g/L)
Calf brains 7.7
Beef heart 9.8
Proteose peptone 10
Dextrose 2
Sodium chloride 5
Disodium phosphate 2.5
2. 멸균이 끝난 후, 배지 온도가 55℃정도 되었을 때, 클린 벤치(clean bench) 안에서 플라스틱 페트리 디쉬(Petri dish)에 상기 배지를 20ml 정도 붓고, 30분 정도 상온에 방치한다. 배지가 완전히 굳은 후, 배지 뚜껑이 위를 향하게 한 다음, 30℃ 배양기에 넣고 하루 정도 건조시킨다.
3. 본 발명에 따른 신규한 미생물 4개의 종균을 상기과정에서 제조한 BHI(Difco 제품) 한천 배지에서 각각 도말한 후, 30℃에서 18-20시간 정도 배양한다.
4. 상기 배지에서 자란 집락(colony) 중에서 1개를 분리하여 10ml의 BHI 액체 배지에 접종하고, 37℃에서 18-20시간 정도 배양한다. 이렇게 함으로써 각기 4개 균주별로 각각 순수분리 배양을 실시한다(이때, BHI 액체 배지 제조 아가를 첨가하지 않는다는 것만 빼고, 일차 배지 제조과정과 동일함).
5. 상기 배지에서 1일 동안 배양한 배양액을 10ml BHI 액체배지에 1%(0.1ml) 접종한 후, 30℃에서 18-20시간 정도 배양한다. 이때, 상기과정을 2회 실시한다.
6. 2L 비이커에 1L 정도 아래 배지 조성에 따라 배지를 제조한 후, 121℃에서 15분간 멸균한다.
(g/L)
Soy peptone 5
Yeast extract 5
Glucose 10
KH2PO4 0.15
K2HPO4 0.15
7. 상기 표 3으로 조성된 배지에 5번에서 배양한 배양액 1%(10ml)를 상기 1L 액체배지에 접종한 다음, 30℃에서 18-20시간 정도 배양한다. 여기에서 배양한 배양액을 대량배양용 종균으로 사용한다.
8. 상기 4개 균주는 활력을 유지시켜주기 위하여 대량배양용 종균 제조시에는 BHI 액체 배지에서 2회 이상 계대를 실시하여 종균 활력을 유지시켜주며, 종균으로 사용하는 균주는 10회 이상 액체배양 계대를 실시하지 않는다. 또는, 장기간 균주를 배양하기 않을 때에는 2ml cryovial tube (0.5ml glycerol과 0.5ml skim milk(10%)가 함유되어 있음)에 상기 균주 배양액을 1ml 첨가하고 완전히 혼합한 다음 딥 프리저(-60℃ 이하)에서 보관한다.
실험예 1
신규 미생물의 안정성
상기 실시예에 따라 얻어진 신규한 미생물 및 이를 포함하는 발효 소멸화 조성물의 안전성은 다년간에 걸친 실험 및 조사에서 특정한 문제를 일으키지 않고 사용되어 안정성이 인정되었다. 인체, 동물에 대한 위험성은 보통 세계 공통의 기준인 생물안정레벨(Bio-safety Level)을 사용하여, 대학에 유전자 분석을 의뢰한 결과, 일반인도 특정 장비 없이 접근 가능한 가장 안전한 레벨 1급의 미생물임이 확인되었다. 가장 위험한 것이 레벨 4이며 전문가가 방역장비를 완전히 갖추고 다룸에 비해, 레벨 1은 비전문가도 다룰 수 있는 무해한 미생물이며, 식료품에 이용되는 미생물의 거의 대부분이 여기에 속한다.
실험예 2
음식물 쓰레기 분해 소멸능 평가
상기 실시예에 따라 분별되어 생산된 4종의 미생물과, 벌크홀데리스 세파시아(Burkholderia cepacia) 및 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 미생물을 액체 배양한 후, 흡착제로 제올라이트를 사용하여 고체배양을 하는 기존 방식과는 달리 동결건조 방식을 선택함으로써 생균수 및 활력을 증강시킨 새로운 제조방법으로 음식물 쓰레기 발효 소멸용 조성물을 얻고, 이를 사용하여 음식물 쓰레기의 발효 소멸화 시험을 하여 그 결과를 도 2에 나타냈다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물에 의해 음식물 쓰레기를 발효 분해면 후, 약 24시간 후에 2.4%의 매스만이 잔존하여 우수한 분해 소멸능을 나타냈다.
이상에서 본 발명은 기재된 특정한 실시형태 및 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
한국생명공학연구원 KCTC11085BP 20070314 한국생명공학연구원 KCTC11086BP 20070314 한국생명공학연구원 KCTC11087BP 20070314 한국생명공학연구원 KCTC11088BP 20070314

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 효소활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 서브틸리스 DYG-B11(Bacillus subtilis DYG-B11) 균주(기탁번호: KCTC 11085BP), 바실러스 서브틸리스 DYG-B12(Bacillus subtilis DYG-B12) 균주(기탁번호: KCTC 11086BP), 락토바실러스 에스피 DYG-B13(Lactobacillus sp. DYG-B13) 균주(기탁번호: KCTC 11087BP) 및 바실러스 서브틸리스 DYG-B14(Bacillus subtilis DYG-B14) 균주(기탁번호: KCTC 11088BP)를 특징으로 하고, 벌크홀데리스 세파시아(Burkholderia cepacia) 및 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 추가로 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 분해 소멸용 조성물.
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  7. 삭제
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