KR102239963B1 - 기탁번호 kctc18808p로 기탁된 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법 및 이를 이용한 미생물 조성물 - Google Patents

기탁번호 kctc18808p로 기탁된 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법 및 이를 이용한 미생물 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기 등 고농도 유기물을 특정 처리장치에 의해 발효 및 분해하는데 사용할 수 있는 기능성 미생물의 제조방법 및 이를 이용한 미생물 조성물에 관한 것으로, 유기성 폐기물의 구성성분인 식물성 잔재물, 탄수화물, 단백질, 지질 및 염 등을 효율적으로 분해하고 악취를 저감할 수 있는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 제조방법 및 이를 이용한 미생물 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법은 균주를 30℃에서 1 내지 3일 동안 확대 배양하여 균주 혼합물을 증균하는 제1단계; 3 내지 5w/w% 당밀을 넣고, 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.1 내지 0.3w/w%를 첨가한 배지에 상기 균주 혼합물을 2w/w%로 30℃에서 식종하는 제2단계; 상기 식종된 균주 혼합물에 공기를 공급하되, 강폭기를 이용하여 0.05~0.1N㎥/min·㎥로 24시간 동안 실시한 후, 0.005~0.01N㎥/min·㎥로 6일 동안 배양하는 제3단계;를 포함하되, 상기 균주는 탄수화물을 분해하는 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 Bacillus subtillus이고, 지질을 분해하는 Bacillus amyloliquefaciens 및 Bacillus cereus이고, 섬유질을 분해하는 Bacillus sp. LH1이고, 탄수화물을 완전 산화하는 Serratia marcescens, Empedobacter brevis 및 Enterobacter aerogenes인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명인 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물은 기탁번호 KCTC18808P로 기탁되어 음식물쓰레기를 분해하는 것을 특징으로 한다.

Description

기탁번호 KCTC18808P로 기탁된 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법 및 이를 이용한 미생물 조성물{METHOD FOR PREPARING FUNCTIONAL MICROORGANISMS(KCTC18808P) FOR FERMENTATION AND DECOMPOSITION OF FOOD WASTE THEREOF}
본 발명은 음식물 쓰레기 등 고농도 유기물을 특정 처리장치에 의해 발효 및 분해하는데 사용할 수 있는 기능성 미생물의 제조방법 및 이를 이용한 미생물 조성물에 관한 것으로, 유기성 폐기물의 구성성분인 식물성 잔재물, 탄수화물, 단백질, 지질 및 염 등을 효율적으로 분해하고 악취를 저감할 수 있는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 제조방법 및 이를 이용한 미생물 조성물에 관한 것이다.
식품의 생산·유통·가공·조리과정 등에서 발생한 농·수·축산물 폐기물과 남겨서 버려지는 음식물을 뜻하는 음식물류 폐기물은 전체 폐기물 발생량의 28% 이상을 차지하며, 음식물류 폐기물의 구성을 살펴보면 유통·조리 과정에서 발생하는 폐기물이 57%, 먹고 남은 음식물이 30%, 보관 폐기 식재료가 9%, 먹지 않는 음식물이 4%를 차지한다(환경부). 발생원은 가정과 소형음식점이 약 70%로 대부분을 차지한다.
환경부의 “전국 폐기물 발생 및 처리 현황(환경부, 2016년도)” 통계에 의하면 우리나라의 음식물류(유기성) 폐기물 배출량은 1인당 0.26kg/일로, 연간 총 배출량은 약 500만톤에 이르고 있고, 동식물성 잔재물은 연간 4,183.7톤(2016 환경통계연감)이 발생하고 있는 실정이다. 이러한 음식물류 페기물을 처리하기 위하여, 음식물류 폐기물의 처리비용으로 연간 약 8천억 원이 소요되며, 식량자원의 경제적 가치 산정 시 약 20조원이 낭비되고 있다고 한다.
이에 정부는 음식물류 폐기물의 감량의무 사업장을 확대 적용하고 있으며, 음식물류 폐기물 다량배출사업장은 “자체처리시설”을 설치 및 운용하여야 한다는 “조례”를 제정하고 이를 시행하는 지자체가 증가하고 있는 실정이다.
음식물류 폐기물의 감량화에는 발효, 탈수, 건조, 소멸 등의 방식이 적용되고 있는데, 현재 국내에 약 80여개 존재하는 업체의 가정용 및 업소용 음식물 처리기는 대부분 일반적인 건조나 탈수 방식을 적용하고 있어, 고농도의 음폐수 발생, 악취발생, 실질적인 감량율 저하, 소비전력 과다 등의 많은 문제점들을 지니고 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 효율적으로 해결하고, 처리효율이 높은 음식물 처리기의 개발 및 상품화가 시급한 실정이며, 발효기 및 감량기에 투입하는 대부분 미생물이 외국의 종균을 구입하여 사용하고 있는 실정이기에 이를 구동하는 고효율 미생물 제제의 국산화가 필요한 시점이다. 뿐만 아니라, 음식물류 폐기물 자체 및 처리과정에서 발생하는 악취 등의 문제를 해결할 수 있는 음식물 처리기의 개발 및 상품화를 통한 제품의 보급이 시급한 실정이다.
종래 음식물 처리 방식 기술의 경우, 음식물 수거 용기에 담아 일괄 수거하는 방식으로 악취가 발생하고 도시 미관을 해쳐 환경 문제를 발생하고 있고, 각종 해충 및 유기 동물이 발생하여 불쾌감이 발생하였다. 또한, 수집, 운반 및 처리 비용에 따른 경제적 문제가 발생하고 처리시설의 확충 및 관리 비용에 따른 문제점이 있었다. 또한, 일정 수거기간 동안 악취가 계속해서 발생하고 음식물 수거통의 불결함 및 수거/운반 차량의 운행이 필요하다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2018-0105593호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 음식물 쓰레기 등 고농도 유기물을 발효 및 분해하는데 지장이 되는 식물성 오일과 염의 축적 및 악취 문제를 해결할 수 있는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물을 제공하는 것이다.
발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법은,
균주를 30℃에서 1 내지 3일 동안 확대 배양하여 균주 혼합물을 증균하는 제1단계;
3 내지 5w/w% 당밀을 넣고, 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.1 내지 0.3w/w%를 첨가한 배지에 상기 균주 혼합물을 2w/w%로 30℃에서 식종하는 제2단계;
상기 식종된 균주 혼합물에 공기를 공급하되, 강폭기를 이용하여 0.05~0.1N㎥/min·㎥로 24시간 동안 실시한 후, 0.005~0.01N㎥/min·㎥로 6일 동안 배양하는 제3단계;를 포함하되,
상기 균주는,
탄수화물을 분해하는 Aspergillus oryzae 및 Bacillus subtillus이고,
지질을 분해하는 Bacillus amyloliquefaciens 및 Bacillus cereus이고,
섬유질을 분해하는 Bacillus sp. LH1이고,
탄수화물을 완전 산화하는 Aspergillus niger, Serratia marcescens, Empedobacter brevis 및 Enterobacter aerogenes인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명인 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물은 기탁번호 KCTC18808P로 기탁되어 음식물쓰레기를 분해하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 오일로 인한 산소 공급 차단 문제를 해결하여 미생물에게 산소 공급을 원활하게 할 수 있는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 염 분해 미생물을 포함하여 염에 의한 미생물 단괴화 현상을 개선할 수 있으며 고염 환경에서 음식물 쓰레기 분해 효율이 높은 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고농도유기성폐기물 특히 음식물쓰레기의 고효율 감량화와 그 과정에서 발생하는 악취 등의 문제를 해결할 수 있어 음식물 처리기의 개발 및 상품화를 통한 제품의 보급이 활발하게 이루어져 친환경적 폐기물 처리로 환경오염 저감에 기여할 수 있다.
도 1은 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법을 보여주는 순서도이다.
도 2는 SJ-1 OZ의 16s rRNA sequences의 계통분석을 통한 수지도이다.
도 3은 SJ-2 OZ의 16s rRNA sequences의 계통분석을 통한 수지도이다.
도 4는 SJ-4 OZ의 16s rRNA sequences의 계통분석을 통한 수지도이다.
도 5는 Bacillus sp. LH1의 16S rRNA sequences의 계통분석을 통한 수지도이다.
도 6은 시간에 따른 음식물쓰레기 장치 무게의 변화를 나타낸 그래프이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명인 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법은 아래 단계에 의해 실시되는 것이 바람직하다.
제1단계(S10)는 균주를 30℃에서 1 내지 3일 동안 확대 배양하여 균주 혼합물을 증균한다.
상기 균주는 음식물쓰레기의 주성분인 탄수화물, 지질 및 섬유질을 분해할 수 있는 미생물로 구성된다.
상기 탄수화물을 분해하는 균주는 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 Bacillus subtillus이다.
상기 지질을 분해하는 균주는 Bacillus amyloliquefaciens 및 Bacillus cereus이다. 보다 구체적으로, 상기 Bacillus amyloliquefaciens는 지질의 분해 시 생성되는 지방산 및 오일을 분해한다. 상기 Bacillus cereus는 유화제를 생산하여 상기 지질을 보다 효과적으로 분해한다.
상기 섬유질을 분해하는 균주는 Bacillus sp. LH1이다. 보다 구체적으로, 상기 Bacillus sp. LH1는 섬유소 분해능이 있어 상기 음식물쓰레기에서 섬유질 분해가 용이하다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 볏짚에서 분리한 자체 보관균주 stain BL121-B1을 Bacillus sp. LH1라고 명명하고 보관균주의 16S rRNA 유전자와 gyrB 유전자의 염기서열을 분석하여 동정하였다. 16S rRNA 유전자와 gyrB 유전자를 PCR 증폭하여 염기서열을 분석하였다. 이때 사용된 primer는 27F[5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’], 1492R[5’-TACGGYTACCTTGTTACGACTT-3’]과 UP-1S[5’-GAAGTCATCATGACCGTTCTGCAYGCNGGNGGNAARTTYGA-3’], UP-2R[5’-AGCAGGGTACGGATGTGGAGCCRTCNACRTCNGCRTCNGTCAT-3’]이다. 16S rRNA 유전자는 95 ℃에서 2분간, 94 ℃에서 30초간 denaturation, 58 ℃에서 30초간 annealing 시킨 후 72 ℃에서 5분 45초간 extension하는 것을 1 cycle로 하여 30회 반복, gyrB 유전자는 95 ℃에서 2분간 denaturation, 61 ℃에서 30초간 annealing 시킨 후 72 ℃에서 1분 10초간 extension하는 것을 1 cycle로 하여 30회 반복하여 PCR products를 얻었다. 얻어진 PCR products는 PCR Product purification Kit (Qiagen)을 사용하여 정제하였고, 얻어진 PCR 정제산물은 DNA Sequencer 373xl (Applied Biosystems)를 사용하여 염기서열을 결정하였다. NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)/Genbank와 Ribosomal Database Project II (http://rdp.cme.msu.edu/seqmatch/esqmatch_intro.jsp)의 database를 사용하여 염기서열을 비교하고, neighbor-joining method에 의하여 계통수를 작성하였다.
상기 Bacillus sp. LH1의 16S rRNA 염기서열의 상동성 조사 결과 다수의 B. subtilis subsp. 및 Bacillus sp. 종과 99% 이상의 상동성을 나타내었다. Bacillus sp. LH1의 gyrB 유전자 염기서열에 기초한 분자계통학적 분류 결과 B. subtilis subsp. subtilis (DQ309322)와 99.1%, B. subtilis sub. spizizenii (DQ309306)와 94.2%의 유연관계를 나타내는 것으로 확인 되었다. 따라서 Bacillus sp. LH1는 B. subtilis subsp. subtilis로 동정되었고(도 5), 본 연구에서는 Bacillus sp. LH1라고 명명하였다.
상기 Bacillus sp. LH1의 배양학적 특성은 pH 6, 배양온도 35 ℃, 탄소원 fructose 1%, 질소원 yeast extract 0.5%, 무기염 KH2PO4 0.5%와 K2HPO4 0.5%, 그리고 금속염 MnSO4·5H2O 0.001%를 첨가 하였을 때 가장 높은 생육도를 보였다.
상기 균주는 추가로 탄수화물을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 완전 산화하는 균주를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 탄수화물을 완전 산화하는 균주는 Serratia marcescens, Empedobacter brevis 및 Enterobacter aerogenes이다. 보다 구체적으로, 상기 탄수화물을 완전 산화하는 균주는 감류 등에서 완전 산화하는 미생물을 분리 및 동정하여 사용하였다.
상기 Serratia marcescens 및 Empedobacter brevis의 16S-rRNA를 이용한 유전자 서열의 동정에 사용된 Sequencing primer는 785F 5’(GGA TTA GAT ACC CTG GTA)3’와 907R 5‘(CCG TCA ATT CMT TTR AGT TT) 3’이고, PCR 증폭에 사용된 Primer sequences는 27F 5‘(AGA GTT TGA TCM TGG CTC AG)3’ 와 1492R 5’(TAC GGY TAC CTT GTT ACG ACT T)3’ 이다. 분석된 유전자 서열로 NCBI(www.ncbi.nlm.nih.gov/) 등에서 Nucleotide 염기서열 비교로 계통 분석한 결과는, [도 2]에 나타난 바와 같이, 분리균 SJ-1 OZ는 상기 Serratia marcescens와 유사도가 99%로 나타나 Serratia marcescens OZ-1로 명명하였다. 또한, 분리균 SJ-2 OZ는 상기 Empedobacter brevis와 16s rRNA sequences 비교에서 유사도가 99%로 [도 3]에 나타난 바와 같이 유사하여 Empedobacter brevis OZ-2로 명명하였다.
또한, 상기 Enterobacter aerogenes도 분석에서 [도 3]에 나타난 바와 같이 Enterobacter aerogenes 99%의 유사도를 나타내어 Enterobacter aerogenes OZ-4로 명명되었다.
또한, 상기 Aspergillus niger는 자낭균에 속하며 국균의 한 종류로 현미경 검색에서 자낭과 자낭포자가 관찰되었고 자낭포자가 검은색을 띠고 있어 편의상 Aspergillus niger OZ-6라 명명하였다.
상기 균주는 추가로 악취를 저감하는 균주를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 악취를 저감하는 균주는 Rhodopseudomonas capsulata을 더 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 Rhodopseudomonas capsulata는 음식물쓰레기의 반응단계에서 발생하는 악취를 저감하기 위해 머캅탄이나 H2S 등을 SO4 -2 이온으로 산화하는 기능을 포함한다.
상기 제1단계(S10)는 균주를 30℃에서 1 내지 3일 동안 확대 배양하여 균주 혼합물을 증균한다. 상기 균주를 30℃ 미만에서 증균하는 경우 균의 배양이 어려운 문제가 있고, 상기 균주를 30℃ 보다 초과하여 증균하는 경우 균의 변형이 발생할 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 균주를 1일 미만으로 증균하는 경우 증가된 균주의 수가 미미하고, 상기 균주를 3일을 초과하여 증균하는 경우 균의 변형이 발생할 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
제2단계(S20)는 3 내지 5w/w% 당밀을 넣고, 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.1 내지 0.3w/w%를 첨가한 배지에 상기 증균한 균주 혼합물을 2w/w%로 30℃에서 식종한다.
상기 당밀은 생물체의 구성성분이면서 미생물의 에너지원으로 사용되며 생육조건을 조정하여 에너지원이 충분히 함유된 물질을 이용하여 증균 시킬 수 있다. 상기 당밀을 3w/w% 미만으로 혼합하는 경우 상기 균주의 생장이 미미할 수 있고 상기 당밀을 5w/w% 초과하여 혼합하는 경우 상기 균주의 생장 환경이 오염될 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
상기 일라이트는 천연광물질로, 폐수처리를 비롯한 환경분야 양식장이나 가축들의 사료보조제 정수용 제지 섬유 의약품 비누 화장품 건강보조기구 등 매우 넓은 분야에 활용하며 전세계에서 가장 많이 이용되는 의료용 점토 중의 하나이며 탈취 향균작용 등으로 가축의 혈액순환촉진 침투력과 저항성 증진 피로회복 숙면 내분비 작용 정상화를 통한 면역력증가와 생리활성기능을 강화하는 기능성 원료이다. 성분은 규산 50%이상을 포함한 다량의 미네랄을 함유하고 있다.
상기 벤토나이트는 해전에서 염수와 작용하여 점토질 광물로 변성된 일종의 변질암으로 몬모릴로나이트를 주성분으로 한 점토광물이다. 상기 벤토나이트는 나노 수준의 미세한 극 미립자로 64가지의 풍부한 미네랄을 포함하고 있고 양이온교환성에 의해 중금속 흡착반응을 가지는 광물이다. 상기 벤토나이트의 점토 구조는 외부 독소를 끌어당겨 흡수하여 항균작용 효과가 있다.
상기 지오라이트는 오염물질 처리를 위한 균주를 고정화하기 위한 담체로 사용되며, 미생물 흡착량이 증가될 수 있도록 제올라이트 상의 금속이온을 치환한 미생물 고명정화 담체이다.
상기 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말은 동식물 사체를 부식질(HUMIC MATERIALS)로 만들 수 있는 무기 광물질 촉매로써, 상기 증균한 균주 혼합물과 혼합하여 식종한다. 상기 무기 광물질 촉매는 유기물을 부식화하는 토양미생물에 미네랄 공급능력이 우수하여 부식화 미생물의 생육을 활발하게 하며, 자체 산화기능이 있어 부식화미생물의 대사산물인 폴리페놀화합물을 퀴논(Quinone)화한물로 신속히 산화시킴으로서 부식화속도를 향상시키며, 토양의 광물질과 반응하여 유기착염장태로 되면서 토양의 입단구조를 개선하여 보수성과 통기성이 우수한 양질의 토양을 만든다.
상기 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.1w/w% 미만으로 혼합하는 경우 상기 증균한 균주 혼합물의 흡착이 미미하여 균주의 식종이 어려울 수 있고, 상기 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.3w/w%를 초과하여 혼합하는 경우 상기 증균한 균주 혼합물의 흡착 농도에 미미한 영향을 미치므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
상기 균주를 30℃ 미만에서 식종하는 경우 균의 배양이 어려운 문제가 있고, 상기 균주를 30℃ 보다 초과하여 식종하는 경우 균의 변형이 발생할 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 균주를 2w/w% 미만으로 식종하는 경우 음식물쓰레기의 유기물 발효 및 분해 효과가 미미하고, 상기 균주를 2w/w% 초과하여 식종하는 경우 균의 변형이 발생할 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제3단계(S30)는 상기 식종된 균주 혼합물에 공기를 공급하되, 강폭기를 이용하여 0.05~0.1N㎥/min·㎥로 24시간 동안 실시한 후, 0.005~0.01N㎥/min·㎥로 6일 동안 배양한다.
상기 식종된 균주 혼합물에 0.05N㎥/min·㎥ 미만으로 공기를 공급하는 경우 공기가 고르게 공급되지 않아 균의 배양이 미미할 수 있고, 상기 식종된 균주 혼합물에 0.1N㎥/min·㎥ 초과하여 공기를 공급하는 경우 상기 식종된 균주 혼합물이 상기 배지에서 탈락될 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 0.05~0.1N㎥/min·㎥로 24시간 동안 실시한 후, 공기의 공급량을 0.005~0.01N㎥/min·㎥로 6일 동안 배양하는 것이 바람직하다. 상기 공기 공급량을 0.005N㎥/min·㎥ 미만으로 실시하는 경우 공기가 고르게 공급되지 않아 균의 배양이 미미할 수 있고, 상기 공기 공급량을 0.01N㎥/min·㎥을 초과하여 실시하는 경우 배양 농도가 2w/w%를 벗어날 수 있으므로 상기 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.
아래는 기탁번호 KCTC18808P로 기탁되어 음식물쓰레기를 분해하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물에 대해 설명하고자 한다.
상기 미생물 조성물은 탄수화물을 분해하는 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 Bacillus subtillus이고, 지질을 분해하는 Bacillus amyloliquefaciens 및 Bacillus cereus, 섬유질을 분해하는 Bacillus sp. LH1 및 탄수화물을 완전 산화하는 Serratia marcescens, Empedobacter brevis 및 Enterobacter aerogenes인 것을 특징으로 한다.
상기 균주는 추가로 악취를 저감하는 균주를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 악취를 저감하는 균주는 Rhodopseudomonas capsulata을 더 포함한다.
상기 미생물 조성물은 부식질화를 유도하는 광물질 촉매를 포함하며, 보다 구체적으로, 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.1 내지 0.3w/w%를 첨가한 배지에 상기 증균한 균주 혼합물을 식종한다.
기탁번호 KCTC18808P로 기탁되어 음식물쓰레기를 분해하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물의 균주 리스트는 표 1에 나타난 바와 같다.
순번 일련번호 균주명 비고
1 SJ-1OZ Serratia marcescens 세균
2 SJ-2OZ Empedobactor brecis 세균
3 SJ-3OZ Bacillus subtilis 세균
4 SJ-4OZ Enterobacter aerogenes 세균
5 SJ-5OZ Bacillus velezensis 세균
6 SJ-6OZ Aspergillus niger 세균
7 SJ-7OZ Bacillus cereus 곰팡이
8 SJ-8OZ Bacillus subtilis 세균
9 SJ-9OZ Bacillus subtilis 세균
10 SJ-10OZ Microbacterium paraoxydans 세균
11 SJ-11OZ Bacillus thuringiensis 세균
12 SJ-12OZ Bacillus sp. LH1 세균
아래는 본 발명인 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법 및 이를 이용한 미생물 조성물을 통해 음식물류 폐기물 처리기를 대상으로 하여, 정량 투입되어지는 음식물이 소모 시간을 확인하고 해당 조건에서의 무게 감소율을 측정하는데 그 목적으로 실험하였다.
시험기간은 2018.02.06. ~ 2018.02.19. 이고, 본 실험은 의뢰자가 제시한 음식물류 폐기물 처리기를 대상으로 하여 투입되어지는 음식물이 완전히 분해되는 시간을 측정하였으며, 장소는 의뢰업체 공장 내에서 연구원 입회하에 실시하였다.
사용시료는 일반 식당에서 배출되는 음식 폐기물을 그대로 사용하였으며, 무게 측정은 검교정 받은 저울을 사용하여 측정하였다.
대상 장치의 시험조건은 [표 1]에서 제시하였으며, 해당 조건에서의 상세 시험방법은 업체가 제시한 방법에 따랐다.
항목 사양
모델명 HIPPO-99-B
처리방식 미생물 효소분해 감량방식
처리량 약 8kg
대상 음식물 일반 식당 음식물
본 실험에서의 시험방법은 의뢰자가 제공한 시험방법에 따라 실시하였으며, 투입되어지는 일반식당 음식물 약 8kg이 완전히 분해되어 장치가 초기 무게로 돌아올 때까지의 시간을 확인하여 제시하였다. 즉, 초기 검교정이 확인된 저울 위에 올려진 장치의 무게를 확인 후 음식물 약 8kg을 투입하고, 이 음식물이 완전히 분해되어 초기 상태까지 돌아올 때 까지의 시간을 측정하여 제시하였다.
이 때, 총 투입되는 음식물을 기준으로 분해되는 음식물의 양을 확인하여 해당 장치의 무게 감량율(질량감소율)로 확인하였으며, 계산식은 아래와 같다.
[식 1]
Figure 112020034454286-pat00001
대상 음식물류 폐기물 처리기의 초기 무게를 측정한 결과는 592.8kg으로 나타났다. 또한, 음식물 투입 후 해당 장치의 무게를 확인하였으며, 이에 대한 결과는 600.6kg으로 투입된 음식물은 7.8kg으로 확인되었다.
대상 음식물류 폐기물 처리기의 초기 무게를 기준으로 하여 각 시간대 별 무게를 측정한 결과는 아래에 제시하였으며, 30분 간격으로 확인된 무게 및 내부온도는 아래 [표 2] 및 [도 6]에 나타내었다.
구분 측정 시간 결과 시간 측정무게(kg) 온도(℃)
초기 10:20 - 592.8 35.5
시험 시작 10:31 0:00 600.6 34.1
가동 중 10:45 0:14 600.4 35.4
10:55 0:24 600.2 36.5
11:05 0:34 599.8 37.8
11:15 0:44 599.6 37.8
11:25 0:54 599.4 39.1
11:35 1:04 599.2 40.2
11:45 1:14 598.8 40.6
11:55 1:24 598.6 41.7
12:05 1:34 598.0 41.6
12:35 2:04 597.2 42.3
12:45 2:14 597.0 42.4
12:55 2:24 596.6 42.6
13:05 2:34 596.2 42.7
13:15 2:44 596.0 43.0
13.25 2:54 595.8 42.8
13:35 3:04 595.4 42.5
13:45 3:14 595.0 43.0
13:55 3:24 594.8 42.7
14:05 3:34 594.4 42.6
14:15 3:44 594.2 42.9
14:25 3:54 593.8 42.2
14:35 4:04 593.6 42.0
14:45 4:14 593.4 42.1
14:55 4:24 593.0 41.6
시험 종료 15:01 4:30 592.8 41.6
앞서 제시된 바와 같이, 대상 장치에서 음식물 투입 후 주어진 조건에서 원래 무게로 돌아올 때까지 총 4시간 30분이 소요되었고, 내부 온도는 34.1~43.0℃의 범위를 나타내는 것으로 확인되었다.
또한, 평가 진행 시 장치가 초기 무게로 회복되는 시점을 종료시점으로 확인하였으므로 무게 감소율은 100%로 나타났다.
평가 종료 후, 장치 내부의 담체 및 음식물을 확인하였을 때 약간의 무기성분으로 추정되어지는 불순물 이외에는 육안으로 확인할 만한 크기의 음식물은 전혀 확인되지 않았다.
아래는 본 발명인 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물을 이용하여, 음식물의 발효 분해시 생성되는 악취를 저감 하였고 그 저감 결과의 측정은 복합악취를 측정하여 악취 저감 실험을 실시하였다.
복합악취 시험분석은 국립환경연구원고시 제2007-17호(2007.11.) 악취공정시험방법 제3장 공기희석 관능법의 농도를 측정하기 위한 시험방법이다.
분석 장비는 탑트레이딩 이엔지에서 제조한 OA-301A 모델을 사용하였고, 시험 전 흡수병의 증류수를 교체하여 주고 활성탄이나 실리카겔의 오염되었다고 생각되어지면 교체하고 무취 공기가 나오기 시작하면 냄새 주머니에 담아 악취를 담는다.
판정요원은 시료의 냄새를 미리 맡게 하여 평가대상 냄새를 인식시키고 5분간 휴식을 취하게 하고, 첫 번째 희석배수를 1조를 2회 반복하여 얻은 결과의 평균정답율이 0.6 이상인 경우 다음 희석배수의 시료를 제조하여 동일한 방법으로 시험한다. 0.6 미만인 경우는 판정시험을 끝낸다. 두 번째 희석배수의 진행은 첫 번째 희석배수에서 2 회 모두 정답을 맞힌 판정용원만 진행할 수 있다. 한 명이 남을 때까지 진행하고 시험이 끝나면 집계용지를 취합하고 희석배수산정표를 작성하여 최소와 최대를 제외하고 희석배수를 산출한다.
복합악취 배출 기준은 한국음식물처리기기협동조안 단체 표준인 배출구 500 이하로 하였고, 본 발명에 의해 배양된 미생물 조성물은 복합악취가 236인 것으로 확인되었다.
구분 복합
악취		 암모니아
(ppm)		 메틸
머캅탄
(ppm)		 트라이 메틸아민
(ppm)		 아세트
알데히드
(ppm)		 황화수소
(ppm)		 아민류
(ppm)
처리 전 1,481 3.9 0.053 0.003 0.00123 5.0 90
처리 후 236 0 0 0 0.00061 0 0
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명은 오일로 인한 산소 공급 차단 문제를 해결하여 미생물에게 산소 공급을 원활하게 할 수 있는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 염 분해 미생물을 포함하여 염에 의한 미생물 단괴화 현상을 개선할 수 있으며 고염 환경에서 음식물 쓰레기 분해 효율이 높은 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고농도유기성폐기물 특히 음식물쓰레기의 고효율 감량화와 그 과정에서 발생하는 악취 등의 문제를 해결할 수 있어 음식물 처리기의 개발 및 상품화를 통한 제품의 보급이 활발하게 이루어져 친환경적 폐기물 처리로 환경오염 저감에 기여할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S10. 균주를 30℃에서 1 내지 3일 동안 확대 배양하여 균주 혼합물을 증균하는 제1단계
S20. 3 내지 5w/w% 당밀을 넣고, 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 0.1 내지 0.3w/w%를 첨가한 배지에 상기 균주 혼합물을 2w/w%로 30℃에서 식종하는 제2단계
S30. 상기 식종된 균주 혼합물에 공기를 공급하되, 강폭기를 이용하여 0.05~0.1N㎥/min·㎥로 24시간 동안 실시한 후, 0.005~0.01N㎥/min·㎥로 6일 동안 배양하는 제3단계
한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC) KCTC18808P 20200313

Claims (5)

  1. 균주를 30℃에서 1 내지 3일 동안 확대 배양하여 균주 혼합물을 증균하는 제1단계;
    3 내지 5w/w% 당밀을 넣고, 부식질화를 유도하는 광물질 촉매를 0.1 내지 0.3w/w%를 첨가한 배지에 상기 균주 혼합물을 2w/w%로 30℃에서 식종하는 제2단계;
    상기 식종된 균주 혼합물에 공기를 공급하되, 강폭기를 이용하여 0.05~0.1N㎥/min·㎥로 24시간 동안 실시한 후, 0.005~0.01N㎥/min·㎥로 6일 동안 배양하는 제3단계;를 포함하되,
    상기 균주는,
    탄수화물을 분해하는 Aspergillus oryzae, Aspergillus niger 및 Bacillus subtilis이고,
    지질을 분해하는 Bacillus amyloliquefaciens 및 Bacillus cereus이고,
    섬유질을 분해하는 Bacillus sp. LH1이고,
    탄수화물을 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 완전 산화하는 Serratia marcescens, Empedobacter brevis 및 Enterobacter aerogenes인 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 균주는,
    악취를 저감하는 Rhodopseudomonas capsulata을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 조성물 배양방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 미생물 조성물은,
    부식질화를 유도하는 광물질 촉매인 일라이트, 벤토나이트 또는 지오라이트 분말 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 유기물 발효 및 분해용 기능성 미생물 배양방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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