KR102001771B1 - 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 커피찌꺼기에 톱밥을 일정 비율로 투입하여 혼합시킨 뒤 멸균처리를 거친 고체배지에 버섯균사체를 접종하고 균사체가 생장할 수 있는 온도 조건 하에서 일정 기간동안 배양한 후 배양된 결과물을 건조시킨 후 압축하는 공정을 거침으로써 유기성 폐기물을 재활용할 수 있도록 하고, 생분해가 가능하며, 단열성과 불연성이 우수한 친환경 기능성 자재를 제조할 수 있도록 하는 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 (a) 커피찌꺼기과 톱밥을 4:6 내지 6:4 중량비로 배합하여 고체 배지를 형성하고, 고압 반응기에서 멸균처리하는 단계; (b) (a) 단계에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각하는 단계; (c) 감자추출배지(PDB, Potato Dextrose Broth) 또는 감자한천배지(PDA, Potato Dextrose Agar medium)에 버섯종균을 투입하여 버섯균사 배지를 제작하는 단계; (d) (c) 단계에 의해 제작된 액체종균을 종균 접종기를 이용하여 고체배지에 접종하는 단계; (e) (d) 단계의 결과물을 20℃ 내지 28℃의 온도와 65%의 습도 조건에서 배양하는 단계; (f) (e) 단계 이후, 최종 제품으로 생성하기 위해 건조 또는 압축하는 단계를 포함하는 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법을 제공한다.

Description

커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법{Manufacturing method for eco-friendly working materials with coffee waste}

본 발명은 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 커피찌꺼기에 톱밥을 일정 비율로 투입하여 혼합시킨 뒤 멸균처리를 거친 고체배지에 버섯균사체를 접종하고 균사체가 생장할 수 있는 온도 조건 하에서 일정 기간동안 배양한 후 배양된 결과물을 건조시킨 후 압축하는 공정을 거침으로써 유기성 폐기물을 재활용할 수 있도록 하고, 생분해가 가능하며, 단열성과 불연성이 우수한 친환경 기능성 자재를 제조할 수 있도록 하는 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 관한 것이다.

커피는 세계적으로 가장 많이 음용하는 기호성 음료로서, 커피 시장의 규모는 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 특히, 커피원두 중 일부는 원액으로 추출되나, 원액으로 추출되고 남은 잔여물은 커피찌꺼기로 배출됨으로써 한 해 배출되는 커피찌꺼기의 발생량도 상당한 편이다.

이에 따라, 최근에는 이러한 커피찌꺼기를 재활용하기 위하여 동물사료 및 토양개량제로 일부 사용하고 있으나, 커피찌꺼기에 함유된 카페인 성분에 의한 각성효과로 인하여 동물 및 식물에 악영향을 미칠 수 있는 문제점을 가지고 있다.

한편, 도시화로 인해 온실가스 배출량이 증가함에 따라 온실가스 발생의 감축을 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 그 중 건축물 에너지 절감을 위해 단열 기준을 강화하기 위한 목표가 우선시되고 있다.

특히, 기존의 부피형 단열재에 대한 한계성이 건축 현장에서도 드러나고 있으며, 단가 위주의 저가 및 부실 자재 시공으로 빈번한 사고가 발생되고 있음에 따라 고효율 기자재 및 난,불연성 자재의 사용을 의무화하도록 하는 법의 재개정이 이루어지고 있는 실정이다.

따라서, 유기성 폐기물인 커피찌꺼기를 효과적으로 재활용하면서 우수한 성능을 가지며, 안정성의 문제가 초래되지 않는 친환경 자재의 개발이 필요한 실정이다.

선행기술문헌 : KR 공개특허공보 제2006-0009689호(2006.2.1.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 커피찌꺼기를 재활용하여 친환경적이고 우수한 성능을 가진 친환경 자재를 제조할 수 있도록 하는 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법은 (a) 커피찌꺼기과 톱밥을 4:6 내지 6:4 중량비로 배합하여 고체 배지를 형성하고, 고압 반응기에서 멸균처리하는 단계; (b) (a) 단계에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각하는 단계; (c) 액상의 감자추출배지(PDB, Potato Dextrose Broth)에 느타리 버섯종균을 투입하여 버섯액체종균을 제작하는 단계; (d) (c) 단계에 의해 제작된 버섯액체종균을 종균 접종기를 이용하여 고체배지에 접종하는 단계; (e) (d) 단계의 결과물을 20℃ 내지 28℃의 온도와 65%의 습도 조건에서 배양하는 단계; (f) (e) 단계 이후, 최종 제품으로 생성하기 위해 건조 또는 압축하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법은 (a) 커피찌꺼기와 톱밥을 4:6 내지 6:4 중량비로 배합하고, 물을 공급하여 전체 혼합물의 함수율을 65% 내지 70%로 맞춘 후 고체 배지를 형성하고, 고압반응기에서 1시간 멸균처리하는 단계; (b) (a) 단계에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각하는 단계; (c) 액상의 감자추출배지(PDB, Potato Dextrose Broth)에 느타리 버섯종균을 투입하여 버섯액체종균을 제작하는 단계; (d) (c) 단계에 의해 제작된 버섯액체종균을 종균 접종기를 이용하여 고체배지에 접종하는 단계; (e) (d) 단계의 결과물을 20℃ 내지 28℃의 온도와 65%의 습도 조건에서 배양하는 단계; (f) (e) 단계 이후, 최종 제품을 생산하기 위하여 진공 건조기를 이용하여 130℃에서 3시간 동안 건조 후 냉각하고, 건조된 배지를 압축기를 이용하여 압축하는 단계를 포함하고, (d) 단계 이전에는 종균 접종 전 종균 접종기와 접종장소를 에탄올을 포함하는 살균제로 소독하고, 종균 접종 후 접종실 내부에 설치된 UV 조사기를 이용하여 내부의 잡균을 제거하는 살균단계를 더 포함할 수 있다.

또한, (a) 단계에서 커피찌꺼기와 톱밥을 혼합할 때 밀가루가 더 투입되는 것을 더 포함할 수 있다.

또한, (e) 단계는 고체배지에 랩을 씌우고 외부로부터 잡균이 침입하지 않도록 20℃ 내지 28℃의 온도조건에서 배양하되, 균사를 재배한 지 일정 시일이 경과하면 접종된 버섯 균사가 고체 배지에서 균일하게 배양할 수 있도록 배지를 뒤집어 통기시키는 공정을 더 포함할 수 있다.

또한, (a) 내지 (f) 단계의 제조공정에 따라 작업이 이루어지는 공간인 각 재배실에는 온도센서, 습도센서, 조도센서를 포함하는 다수의 센서가 선택적으로 설치되며, 각 재배실마다 미리 프로그램화된 표준값으로부터 소정의 오차범위를 벗어난 부적합한 센싱값이 감지될 경우에는 각 재배실의 일측에 위치한 램프를 점등시키거나, 관리자의 스마트기기로 알람음을 송출하여 작업자가 인지할 수 있도록 하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 커피찌꺼기에 톱밥을 일정 비율로 투입하여 혼합시킨 뒤 멸균처리를 거친 고체배지에 버섯균사체를 접종하고 균사체가 생장할 수 있는 온도 조건 하에서 일정 기간동안 배양한 후 배양된 결과물을 건조시킨 후 압축하는 공정을 거침으로써 유기성 폐기물을 재활용할 수 있도록 하고, 생분해가 가능하며, 단열성과 불연성이 우수한 친환경 기능성 자재를 제조할 수 있도록 하는 데 그 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법의 공정단계 별 사진을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 따라 실시하기 위한 재배사의 각 실의 예시 배치도, 및
도 4 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 따라 제조된 친환경 기능성 자재의 성능 시험을 시행한 후 도출된 시험결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법의 공정단계 별 사진을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 따라 실시하기 위한 재배사의 각 실의 예시 배치도이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 따라 제조된 친환경 기능성 자재의 성능 시험을 시행한 후 도출된 시험결과를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법은 커피찌꺼기과 톱밥을 4:6 내지 6:4 중량비로 배합하여 고체 배지를 형성하고, 고압 반응기에서 멸균처리하는 단계(S110), S110 에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각하는 단계(S120), 버섯종균에 감자액을 투입하여 버섯균사(느타리, P.ostreatus) 액체배지를 제작하는 단계(S130), S130 에 의해 제작된 액체종균을 종균 접종기를 이용하여 고체배지에 접종하는 단계(S140), S140 의 결과물을 20℃ 내지 28℃의 온도와 65%의 습도 조건에서 배양하는 단계(S150), S150 이후, 최종 제품으로 생성하기 위해 건조 또는 압축하는 단계(S160)를 포함하여 이루어진다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법의 각 공정 별로 보다 상세히 설명하고자 한다.

제1 단계(S110)는 커피찌꺼기를 톱밥과 소정 비율로 배합하여 고체 배지를 형성하여 멸균처리하는 단계이다. 보다 구체적으로, 제1 단계(S110)는 배지혼합기에 커피찌꺼기와 톱밥을 소정 비율로 혼합하고 물을 공급한 후 고압반응기에서 1시간 가량 멸균처리한다. 상기 멸균처리조건은 1.2kg/cm², 120℃의 고압 및 고온 조건 하에서 이루어지는 것이 바람직하며, 이때, 멸균처리 시 외부로부터 잡균의 침입을 방지하기 위하여 에어필터가 더 설치될 수 있다.

또한, 제1 단계(S110)에서 투입되는 물은 전체 혼합물 중량 대비 65 중량% 내지 70 중량%로 공급하는 것이 바람직하다. 상기의 함수율은 버섯균사의 배양조건에 최적화된 조건이다.

또한, 제1 단계(S110)에서 이용되는 고압반응기는 오토클레이브(Autoclave)가 이용될 수 있다. 여기서, 고압반응기의 종류를 특정한 것으로 한정하는 것은 아니다.

또한, 제1 단계(S110)는 커피찌꺼기와 톱밥의 비율이 6:4 내지 4:6 중량비로 투입되며, 보다 바람직하게는 커피찌꺼기와 톱밥은 4:6 중량비로 투입되는 것이다. 이러한 이유는 커피찌꺼기의 함량이 톱밥의 함량에 비해 높을 경우 커피찌꺼기에 함유된 독성물질로 인해 미생물의 분해가 어렵고, 이후 생산된 자재의 강도가 떨어지는 문제점이 있기 때문이다.

예컨대, 톱밥은 미루나무 톱밥을 이용할 수 있다. 또 다른 실시예로서, 톱밥을 대체하여 볏짚이나 다른 탄소원이 이용될 수도 있으나, 보다 바람직하게는 고체 배지의 탄소와 질소의 성분비(C/N ratio)가 20:1 중량비 내지 30:1 맞추는 것이 버섯균사가 생장하기 위한 최적의 조건이므로 상기 조건에 부합되는 톱밥을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 커피 원두 중 커피 원액을 추출하고 남은 커피 찌꺼기와 목재 가구 제조 공정 중에서 사용되고 남은 톱밥을 원료로 하여 고체 배지를 제작함으로써 기존의 유기성 폐기물을 친환경적이고 경제적으로 재활용할 수 있도록 한다.

또한, 제1 단계(S110)에서는 커피찌꺼기와 톱밥을 혼합할 시 밀가루를 더 투입할 수 있다. 밀가루는 커피찌꺼기와 톱밥의 혼합물에 투입될 경우 배지 안의 탄소원 뿐만 아니라 밀가루 속에 함유되어 있는 글루코오스로 인해 버섯 균사가 더 빠르게 생장할 수 있도록 해주는 촉진제의 역할을 한다.

또한, 이때, 밀가루의 투입량은 전체 고체 배지 중량 대비 10~20 중량% 로 투입하는 것이 바람직하다.

제2 단계(S120)는 제1 단계(S110)에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각기에서 냉각하는 단계이다. 보다 구체적으로, 제2 단계(S120)는 제1 단계(S110)에서 멸균 처리한 고체 배지를 냉각기에 투입하여 냉각시킴으로써 이후 접종 시 종균의 피해를 최소화하도록 한다. 예컨대, 약 30분가량 냉각시킬 수 있으며, 멸균대상량에 따라 냉각시간은 상이할 수 있다. 이때, 냉각이 이루어지는 냉각실의 내부 온도가 15℃ 내지 20℃인 경우 멸균된 고체 배지 내부에 강한 음압이 발생되어 냉각실 내부에 잡균이 침입할 수 있으므로, 내부에 에어필터를 장착하여 잡균의 침입을 방지하도록 한다.

예컨대, 에어필터는 프리-헤파 필터가 이용될 수 있다. 여기서, 에어필터의 종류를 특정한 것으로 한정하는 것은 아니다. 또한, 에어필터의 후면에는 팬(fan)을 부착하여 양압이 지속적으로 유지될 수 있도록 한다. 또한, 냉각실 내부에 UV 조사기를 더 설치하여 잔여하는 잡균을 제거할 수도 있다.

제3 단계(S130)는 감자추출배지(PDB, Potato Dextrose Broth) 또는 감자한천배지(PDA)에 버섯종균을 투입하여 버섯균사 배지를 제작하는 단계이다. 예컨대, 버섯균사체는 느타리버섯(P.ostreatus)이 이용될 수 있다. 이때, 감자추출배지 또는 감자한천배지에 함유되어 있는 탄수화물이 버섯균사의 생장을 촉진하는 역할을 한다. 여기서, 감자추출배지 또는 감자한천배지를 제조하는 방법은 종래의 제조방법으로부터 차용하여 제조할 수 있다.

예컨대, 감자추출배지는 감자의 껍질을 벗겨 잘게 썰어 물 1L에 15분간 가열한 후 미세망으로 거른 다음, 상기 추출액에 설탕 20g을 첨가하여 제조한다. 또한, 감자와 설탕 대신 PDB 시약을 물 1L 당 24g 가량 투입하여 이용할 수도 있다.

또한, 예컨대, 감자한천배지는 감자의 껍질을 벗겨 씨눈을 도려내고, 대략 가로, 세로, 높이를 1cm 가량 잘게 자른 후, 물(증류수) 1L에 감자를 넣어 가열하면서 열수추출을 한다. 그 다음, 포도당 20g과 한천(또는 한천분말) 20g을 넣은 다음 바닥이 눌러붙거나 타지않도록 섞어주거나 교반시킨다. 그 다음, 3~4겹의 다수의 거즈를 이용하여 추출액만 걸러내고 1L 부피플라스크에 넣은 뒤 증류수 1L를 투입한 후 121℃, 1.2기압으로 대략 20분간 오토클레이브를 이용하여 고압살균을 하여 제작한다.

본 발명에서 이용하는 느타리버섯은 다른 균을 죽이고 죽은 균을 자신의 영양분으로 삼는 대표적인 육식버섯으로 나무 종을 자신의 서식처로 삼을 수 있는 분해자 역할을 한다. 또한, 느타리버섯은 저온과 고온에 강하며, 방제가 어렵지 않은 장점을 가지고 있으며, 적정한 성장속도를 가지는 효과가 있다. 일반적으로 느타리버섯이 성장하기에 적절한 온도는 25℃ 내지 30℃이며, 버섯이 발생하는 시기의 온도는 10℃ 내지 16℃가 적정하다.

느타리버섯은 유기성 폐기물인 커피찌꺼기와 톱밥을 기질로 하여 영양분을 흡수하여 생장하면서 고분자물질인 키틴을 형성하게 되는 데, 이때 생성되는 키틴은 기질인 커피찌꺼기와 톱밥을 단단하게 묶어주는 접착제 역할을 하며, 강도를 높여줄 수 있는 역할을 한다.

제4 단계(S140)는 제3 단계(S130)에 의해 제작된 액체종균을 종균 접종기를 이용하여 고체배지에 접종하는 단계이다. 보다 구체적으로, 제4 단계(S140)는 고체배지의 온도가 25℃ 이하로 냉각되었을 때 종균 접종기를 이용하여 종균접종을 실시한다. 이때, 미리 만들고자 하는 성형틀에 고체배지를 균일하게 집어넣은 상태에서 버섯균사를 접종시키는 것이 바람직하다.

이때, 제4 단계(S140)에서 종균을 접종하기 이전에, 종균 접종기와 접종이 이루어지는 접종실을 에탄올을 포함하는 살균제로 소독하고, 접종실에 설치된 UV 조사기를 이용하여 내부의 잡균을 제거하는 살균단계가 더 수반될 수 있다.

제5 단계(S150)는 고체배지에 접종된 버섯 균사가 영양 생장할 수 있도록 일정 온도 및 습도 하에서 배양하는 단계이다. 보다 구체적으로, 제5 단계(S150)는 고체배지에 랩을 씌우고 외부로부터 잡균이 침입하지 않도록 20℃ 내지 28℃의 온도조건에서 약 10일가량 배양하는 단계이다. 이때, 접종된 버섯 균사가 고체 배지에서 균일하게 배양하고 적절한 통기를 위해서 배지를 뒤집는 공정이 더 수반될 수 있다.

일반적으로, 균사를 재배한 지 6~7일이 경과하면 균사가 생장하면서 균사의 호흡이 발생하면서 열이 방출되는 재발열 현상이 나타나게 되는 데, 이러한 재발열 현상은 균사 생장을 억제하고, 균사가 사멸할 수 있는 요인으로 작용한다. 따라서, 균사를 재배한 지 6~7일이 경과하면 배지를 뒤집어서 통풍이 이루어질 수 있도록 함으로써 재발열 현상을 방지할 수 있도록 한다.

본 발명에서 이용하는 느타리 버섯의 적정 배양조건은 품온을 기준으로 25℃ 내지 28℃가 적당하나, 일반적으로, 균사 배양 시 온도는 배양실 내부 온도를 기준으로 하므로, 균사 호흡과 대사과정에서 발생되는 에너지 열원을 고려하여 배양실 내부 온도를 약 20℃ 내지 25℃의 온도범위로 유지하며, 습도는 65%를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 습도값은 고체 배지의 수분 함량과 유사한 범위로서, 특히, 계절에 따라 상대습도가 낮아질 경우, 고체 배지의 수분 손실을 고려하여 배양실 내부에 가습기 등의 습도유지장치를 더 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 균사 재배시에는 상단과 하단의 온도차가 약 3℃~10℃ 차이가 나게 ㄷ되어, 상단은 온도가 높아 고온장애를 겪으며, 하단은 온도가 낮아 저온장애를 겪게된다. 따라서, 균사가 재배되는 하부에는 환풍기와 송풍기를 설치하여 바닥의 찬공기를 밖으로 강제배출하여 상단의 더운 공기를 역류시킬 수 있도록 하고, 상부에는 더운 공기를 역류할 수 있는 수단을 설치하거나, 천정 환기구를 이용하여 상단의 더운 공기를 하단으로 배출시킬 수 있도록 한다.

또한, 제5 단계(S150)는 버섯 균사가 고체 배지에서 자실체 직전까지 완전히 생장한 후 5일 내지 7일 가량 더 배양할 수 있다. 이는 균의 경화처리로 외부 환경에 대한 저항력을 높여주므로 이후 단열재로 사용되었을 때, 안전성이 우수하며, 균사의 생장을 멈출 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 저온 충격과 변온능력을 향상시키기 위해, 추가로 더 배양되는 시기인, 1일~5일차는 5℃ 내지 10℃에서 배양되는 것이 바람직하고, 5일~7일차는 10~15℃에서 건조시켜 충분한 자연광에서 배양하는 것이 바람직하다.

제6 단계(S160)는 제5 단계(S150) 이후, 최종 제품을 생산하기 위하여 건조 또는 압축하는 단계이다. 보다 구체적으로, 제6 단계(S160)는 건조실에서 멸균된 배지를 진공 건조기를 이용하여 130℃에서 약 3시간 동안 건조 후 냉각하고, 건조된 배지를 압축실로 이동시켜 압축기를 이용하여 적정 두께만큼 압축한다. 또한, 압축과정은 자재의 종류와 형태에 따라 생략 가능하다.

본 발명에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법에 따라 제조가 이루어지는 각 재배실(예컨대, 냉각실, 접종실, 배양실, 멸균실, 건조실, 압축실 등)에는 온도센서, 습도센서, 조도센서를 포함하는 다수의 센서가 선택적으로 설치되며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제조되는 제품을 생산하기에 적절한 환경조건을 각 재배실마다 미리 프로그램화하고, 각 재배실마다 미리 프로그램화된 표준값으로부터 소정의 오차범위를 벗어난 부적합한 센싱값이 감지될 경우에는 각 재배실의 일측에 위치한 램프를 점등시키거나, 관리자의 스마트기기로 알람음을 송출하여 작업자가 인지할 수 있도록 한다.

예컨대, 각 실에 선택적으로 배치되는 온습도센서로부터 센싱값을 전송받아 균사성장에 최적화된 온도와 습도를 프로그램화하고, 설정된 표준 온습도값으로부터 소정 오차범위를 벗어난 측정값이 감지될 경우 각 실에 설치된 램프를 점등하여 경고알림을 송출할 수 있다.

또 다른 실시예로, 각 실에 선택적으로 설치되는 조도센서로부터 설치장소 주변의 빛의 밝기를 감지하여 기 설정된 감도값을 벗어나 부적합한 밝기의 빛이 측정될 경우, 램프를 점등하는 방식 등으로 경고알림을 송출할 수 있다.

또한, 온습도센서, 조도센서 등 각종 센서로부터 감지된 값은 무선통신(3G, 4G, WiFi, 블루투스 등)을 통해 관리자 서버로 전송되고, 스마트기기의 전용 애플리케이션을 통해 서버에 저장된 각종 온도,습도값 등에 관한 환경정보를 확인할 수 있다.

예컨대, 관리자는 스마트기기의 전용 애플리케이션을 활성화하여 각 재배사 내부에서 점검이 필요한 실(예컨대, 배양실)을 선택하고, 해당 실의 환경 조건을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

상술한 제조방법에 따라 이용되는 장비 및 설비는 각 실의 배치에 따라 유기적으로 연결되어 작동되며, 각 장비 및 설비는 중앙컨트롤러에 의해 자동제어가 가능하다.

상술한 제조방법을 통해 제조된 결과물은 단열재, 건축자재 등으로 이용될 수 있으며, 제7 단계에서 압축 단계를 실시하지 않을 경우에는 포장재로도 이용될 수 있음으로써 다양한 용도로 활용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법을 토대로 제작된 친환경 기능성 자재의 탄성도, 단열, 에 관한 물성 시험을 시행한 시험과정 및 결과를 설명하고자 한다.

실험예 1. 탄성 실험

본 발명에 따라 제작된 기능성 자재의 탄성력을 실험하기 위하여, 본 발명에 따라 제작된 제품을 지면에 놓고 탁구공을 일정 높이에서 낙하시켜 튀어오르는 높이를 측정하였으며, 총 3차례에 걸쳐 실험을 진행하였고, 3차례에 걸쳐 실시한 평균값을 산출하였다.

종류	높이
본 발명에 따라 제작된 기능성 자재	12cm
아이소핑크 (상표명)	15cm
스티로폼	13cm
그라스울	3cm

도 4는 상술한 탄성 실험 결과를 완전연소시간과 구멍발생시간으로 분리하여 그래프의 형태로 도식화한 것으로서, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 제작된 제품이 완전연소시간 및 구멍발생시간이 가장 높았음을 확인할 수 있다.

실험예 2. 단열성 실험

일반적으로, 단열재의 단열 성능은 열전도계수, 비열, 열용량, 열방산율, 열팽창계수, 최대한계온도 등으로 평가된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제작된 기능성 자재의 시간에 따른 온도의 변화를 측정하기 위하여, 본 발명에 따른 기능성 자재로부터 일정 거리 떨어진 위치에 가열기를 설치하고, 가열기가 설치된 위치로부터 반대편 위치에 열화상 카메라를 설치하여 일정 시간동안 가열한 후 가열된 자재의 표면 온도와 가열되지 않은 자재의 반대편 표면의 최종 온도 차이를 측정하였다.

또한, 종래의 단열재와의 열전도성을 비교분석하기 위하여, 스티로폼, 압출법 단열재(XPS, eXtruded Poly Styrene)인 아이소핑크(압출법 단열재(XPS)), 그라스울, 본 발명에 따라 제작된 기능성 자재의 열전도성을 측정한 결과를 아래의 표 1로 도식화하였다.

	0초	30초	60	90	120	dt
스티로폼	32.1	57.5	62.2	64	64.7	32.6
아이소핑크(상표명)	32	32.1	35	40.1	46.9	14.9
그라스울	32.3	120	123	123	125	92.7
본 발명에 따라 제작된 기능성 자재	31.7	32.1	33.4	33.5	34	2.3

즉, 열전도성 실험을 실시한 결과, 표 2를 참조하면, 스티로폼과 아이소핑크는 시간이 경과함에 따라 초기 표본 온도보다 10℃ 내지 30℃ 가량 증가하였으며, 그라스울의 경우, 최대 90℃ 이상 증가하였음을 확인할 수 있었다. 그러나, 본 발명에 따라 제작된 단열재는 초기 표본 온도에 비해 2.3℃ 만 증가함으로써, 기존의 단열재보다 열 전도성이 확연히 낮음으로써 단열재로 충분히 활용 가능성이 있음을 확인할 수 있었다.

도 5는 상술한 열 전도성 실험 결과를 그래프의 형태로 시각화하여 도식화한 것이며, 도 6은 각 단열재 별 열전도성 실험을 실시한 후 열화상 카메라를 이용하여 촬영한 사진을 도식화한 것이다.

실험예 3. 불연성 실험

본 발명에 따라 제작된 기능성 자재에 토치를 이용하여 가열 후 완전연소시간과 이상이 발생한 시간을 측정하였다. 이 때, 기존의 단열재인 아이소핑크와 스티로폼의 경우 가열과 동시에 연소 및 구멍이 발생하였고, 그라스울의 경우 불이 붙진 않았으나, 녹아내리는 현상이 발생되었다.

그러나, 본 발명에 따라 제작된 기능성 자재는 검은 그을음만 생길 뿐, 특이점이 발생되지 않았다.

종류	구멍발생시간	완전연소시간
본 발명에 따라 제작된 기능성 자재	x	300sec
아이소핑크 (상표명)	3sec	63sec
스티로폼	3sec	65sec
그라스울	30sec	154sec

즉, 불연성 실험을 실시한 결과, 표 3을 참조하면, 가연성인 스티로폼과 아이소핑크(상표명)의 경우에는 실험 시작과 동시에 구멍이 발생하였고, 완전연소시간까지 1분 정도 소요되었다. 또한, 그라스울의 경우에는 불연성으로 제작되어 연소의 전파는 발생되지 않았으나, 제품이 녹아내려 그 형태를 유지하지 못하였다.

그러나, 본 발명에 따라 제작된 기능성 자재의 경우, 300초 이상 가열하였음에도 불구하고 구멍이 생기지 않았으며, 연소가 일어나지 않고 그을음만 생겨 그 형태를 유지할 수 있었다.

도 7은 상술한 불연성 실험 결과를 그래프의 형태로 도식화한 것이며, 도 8은 종래의 단열재와 본 발명에 따라 제조된 단열재를 각각 열화상카메라로 촬영한 사진을 도시한 것이다.

따라서, 실험예 1 내지 실험예 3을 통해, 커피찌꺼기가 함유된 혼합물에 균사를 생장시켜 만들어진 기능성 자재의 경우, 단열재의 주요 특성인 단열, 탄성, 불연성 실험을 실시하였을 때 기존의 단열재인 스티로폼과 그 성능이 유사하였으며, 특히, 불연성 실험의 경우, 그 성능이 스티로폼에 비해 우수하였다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법을 통해 제조된 기능성 자재는 유기폐기물을 가공하여 단열재 등으로 제작함으로써 경제적이고 친환경적인 생분해성 자재로 이용될 수 있을 것으로 보인다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S110 - 커피찌꺼기과 톱밥을 혼합하여 고체 배지를 형성하고 멸균처리하는 단계
S120 - S110에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각하는 단계
S130 - 감자추출배지(PDB, Potato Dextrose Broth) 또는 감자한천배지(PDA, Potato Dextrose Agar medium)에 버섯종균을 투입하여 버섯균사 배지를 제작하는 단계
S140 - S130에 의해 제작된 액체종균을 고체배지에 접종하는 단계
S150 - S140의 결과물을 배양하는 단계
S160 - 건조 또는 압축하는 단계

Claims (5)

1. 삭제
2. (a) 커피찌꺼기와 톱밥을 4:6 내지 6:4 중량비로 배합하고, 물을 공급하여 전체 혼합물의 함수율을 65% 내지 70%로 맞춘 후 고체 배지를 형성하고, 고압반응기에서 1시간 멸균처리하는 단계;
   (b) (a) 단계에서 멸균 처리한 고체 배지를 꺼내어 냉각하는 단계;
   (c) 액상의 감자추출배지(PDB, Potato Dextrose Broth)에 느타리 버섯종균을투입하여 버섯액체종균을 제작하는 단계;
   (d) (c) 단계에 의해 제작된 버섯액체종균을 종균 접종기를 이용하여 고체배지에 접종하는 단계;
   (e) (d) 단계의 결과물을 20℃ 내지 28℃의 온도와 65%의 습도 조건에서 배양하는 단계;
   (f) (e) 단계 이후, 최종 제품을 생산하기 위하여 진공 건조기를 이용하여130℃에서 3시간 동안 건조 후 냉각하고, 건조된 배지를 압축기를 이용하여 압축하는 단계
   를 포함하고,
   (d) 단계 이전에는 종균 접종 전 종균 접종기와 접종장소를 에탄올을 포함하는 살균제로 소독하고, 종균 접종 후 접종실 내부에 설치된 UV 조사기를 이용하여내부의 잡균을 제거하는 살균단계
   를 더 포함하고,
   (a) 단계에서 커피찌꺼기와 톱밥을 혼합할 때 밀가루가 더 투입되고, 이때,밀가루의 투입량은 전체 고체 배지 중량 대비 10~20 중량%로 투입되며,
   (e) 단계는 버섯 균사가 고체 배지에서 자실체 직전까지 완전히 생장한 후 5일 내지 7일 가량 더 배양하는 추가배양단계
   를 포함하며,
   (e) 단계는 고체배지에 랩을 씌우고 외부로부터 잡균이 침입하지 않도록 20℃ 내지 28℃의 온도조건에서 배양하되, 균사를 재배한 지 일정 시일이 경과하면 접종된 느타리 버섯 균사가 고체 배지에서 균일하게 배양할 수 있도록 배지를 뒤집어 통기시키는 단계
   를 포함하고,
   (a) 내지 (f) 단계의 제조공정에 따라 작업이 이루어지는 공간인 각 재배실에는 온도센서, 습도센서, 조도센서를 포함하는 다수의 센서가 선택적으로 설치되며, 각 재배실마다 미리 프로그램화된 표준값으로부터 소정의 오차범위를 벗어난 부적합한 센싱값이 감지될 경우에는 각 재배실의 일측에 위치한 램프를 점등시키거나, 관리자의 스마트기기로 알람음을 송출하여 작업자가 인지할 수 있도록 하는 것
   을 포함하는 커피찌꺼기를 이용한 친환경 기능성 자재의 제조방법.
   
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

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