KR102330177B1 - 커피박 추출물을 포함하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물 - Google Patents

커피박 추출물을 포함하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커피박 추출물을 포함하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 커피박 추출물은 올리고당을 다량 포함하여 황화합물 저감 미생물의 에너지원이 되고, 암모니아, 황화수소 및 복합악취를 현저히 저감시킬 수 있으므로, 양돈장을 포함한 축산시설에서 분뇨에서 발생되는 악취를 저감 또는 제거하는데 유용하게 사용될 수 있다.

Description

커피박 추출물을 포함하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물{Composition for reducing odor of livestock manure comprising coffee ground extract}
본 발명은 커피박을 이용한 가축분뇨의 악취 저감 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커피박을 화학적 또는 효소적 처리한 추출물을 포함하는 가축분뇨에서 발생되는 냄새를 저감하기 위한 제제 또는 이를 이용한 냄새 저감 방법에 관한 것이다.
가축 분뇨는 통상적으로 분, 뇨, 오수와 사료 등을 포함하며, 이러한 돈분뇨의 성상과 이화학적 특성은 급여사료의 종류, 계절 그리고 저장조건 등과 같은 많은 요인에 의해 영향을 받는다. 특히, 축사에서 발생되는 악취물질은 주로 분뇨의 혐기적 분해 반응에 의해 생성되는 물질로 구성되어 있으며, 가축분뇨에는 자연적으로 존재하는 미생물의 에너지원으로 사용되는 유기물질과 영양 성분이 포함되며, 가축분뇨가 미생물에 의해 분해될 때 다양한 가스와 휘발성 물질들을 발생시킨다. 이러한 분해 작용이 혐기적으로 일어날 때, 가스와 휘발성 물질들이 악취를 수반하게 된다.
최근에는 축산산업이 대규모의 기업화를 지향하면서 축산분뇨는 악취는 물론 환경을 훼손하는 심각한 오염물질로 둔갑하고 있다. 특히나 대량으로 돼지를 사육하는 양돈농가는 분뇨처리 비용을 줄이기 위하여 피트로 된 돈사를 건축하여 지역 및 농가별로 돈사 피트에 슬러리를 저장하는 기간이 다양하고(15~90일), 돈사 피트에 저장된 슬러리에 의해 냄새물질이 지속적으로 생성되고 있으며, 많은 농가에서는 돈사 피트에 슬러지를 장기간 축적한 상태에서 돼지를 사육하거나, 돈사에서 배출된 슬러리를 고액분리하지 않고 발효액비를 제조하기 때문에 냄새저감 노력에 비하여 냄새저감 효율이 높지 않은 상황이다.
상기와 같은 돼지분뇨 등의 가축분뇨에서 발생하는 악취를 제거하기 위하여 최근에는 화학 또는 미생물을 이용한 제거제 또는 제거장치를 이용한 악취제거 관련 기술들이 활발하게 개발되고 있다.
한편, 커피는 커피나무로부터 수확한 생두를 건조시키고 볶은 후 분말로 가공한 것이다. 커피에는 카페인, 탄닌, 팔미트산과 스테아르산을 포함하는 포화지방산, 올레인산과 같은 불포화지방산, 리놀린산, 유기산 및 당질 등 다양한 성분이 포함되어 있다. 커피를 상업적으로 가공하고 남은 찌꺼기를 커피박(coffee grounds)이라고 하며, 대부분 유기질폐기물로서 처리되어 왔다. 커피박은 세계적으로 연간 6백만톤 이상 폐기물로 다량 발생하고 있으나 이에 대한 활용 및 처리방안이 부족한 상황이다.
최근 커피박을 재활용하기 위한 다양한 연구가 있어 왔다. 특히, 커피박을 연료, 사료 또는 비료 첨가물로 사용하거나, 버섯 생산을 위한 기질 및 바이오디젤 원료로 활용하는 것에 대한 연구가 이루어지고 있다.
예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-2022535호에서는 커피박을 함유하는 성형탄의 제조 방법, 대한민국 등록특허 제10-158234호에서는 커피박 공급장치를 포함한 커피박 바이오 원유 제조시스템, 대한민국 등록특허 제10-1315522호에서는 커피박을 이용한 저흡수성 연료용 분탄 및 그 제조방법, 대한민국 등록특허 제10-1818106호에서는 미생물 발효 커피박을 함유하는 토양개량제의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조한 커피박 함유 토양개량제, 대한민국 등록특허 제10-1801655호에서는 미생물 발효에 의한 커피박과 음식물 쓰레기의 퇴비화 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 발효 퇴비, 및 대한민국 등록특허 제10-1994600호에서는 커피박이 포함된 건축 자재 및 그 제조 방법을 보고한 바 있다.
이에, 본 발명자들은 커피박을 활용하여 가축분뇨에서 발생하는 악취를 저감하는 방법을 개발하기 위해 노력한 결과, 커피박을 산, 알칼리, 화학 및 효소 복합 처리하여 추출된 액상물에서 수용성 올리고당 또는 다당체가 다량 포함되어 있어서 황화합물 저감미생물의 에너지원으로 활용될 수 있음을 확인하였고, 상기 커피박 추출 액상물을 처리한 결과 가축분뇨에 의해 발생되는 복합악취, 암모니아 및 황화수소 등을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 커피박을 화학적 또는 효소적 처리한 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨에 의해 발생되는 악취를 저감하기 위한 분뇨 악취 저감제 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 본 발명에 따른 커피박을 화학적 또는 효소적 처리한 추출물을 유효성분으로 함유하는 분뇨 악취 저감제를 가축분뇨, 축산시설, 정화처리시설, 퇴비화 시설 또는 액비화 시설에 처리하여 가축분뇨에 의해 발생되는 악취를 저감 또는 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 i) 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 전처리하는 단계; ii) 상기 단계 i)에서 전처리된 커피박을 원심분리하여 상층액 및 잔사를 분리하는 단계; 및, iii) 상기 단계 ii)에서 상층액인 커피박 추출 액상물 또는 잔사인 커피박 추출 고형물을 수득하는 단계;를 포함하는, 가축분뇨의 악취 저감용 조성물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물을 가축분뇨, 축산시설, 정화처리시설, 퇴비화 시설 또는 액비화 시설에 처리하여 가축분뇨에 의해 발생되는 악취를 저감 또는 제거하는 방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 악취가 저감된 분뇨를 유도하는 가축사료용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 커피박을 화학적 또는 효소적 처리한 추출물은 올리고당을 다량 포함하여 황화합물 저감 미생물의 에너지원이 될 수 있고, 암모니아, 황화수소 및 복합악취를 현저히 저감시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 커피박을 화학적 또는 효소적 처리한 추출물은 양돈장을 포함한 축산시설에서 분뇨에서 발생되는 악취를 저감 또는 제거하는데 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 커피박 추출물의 제조과정을 보여주는 그림이다.
도 2는 산 처리 및 효소적 가수분해에 의해 커피박로부터 추출된 액체에 용해된 당의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 3은 알칼리 처리 및 효소적 가수분해에 의해 커피박로부터 추출된 액체에 용해된 당의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 4는 산 처리 및 효소적 가수분해에 의해 커피박로부터 추출된 고형물에 용해된 당의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 5는 알칼리 처리 및 효소적 가수분해에 의해 커피박로부터 추출된 고형물에 용해된 당의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 6은 DW 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 가용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 7은 HPSEC 시스템에 의한 산 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 8은 HPSEC 시스템에 의한 알칼리 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 9는 HPSEC 시스템에 의한 산/효소 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 10은 HPSEC 시스템에 의한 알칼리/효소 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 11은 HPSEC 시스템(Aminex 42A 컬럼)에 의한 산 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 12는 HPSEC 시스템(Aminex 42A 컬럼)에 의한 알칼리 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 13은 HPSEC 시스템(Aminex 42A 컬럼)에 의한 산/효소 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
도 14는 HPSEC 시스템(Aminex 42A 컬럼)에 의한 알칼리/효소 처리된 커피박로부터 추출된 액체 중 수용성 탄수화물의 크로마토그램 프로파일을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다.
또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물을 제공한다.
상기 커피박은 커피를 음용하고 남는 찌꺼기로서, 질소, 나트륨, 인, 단백질, 탄수화물, 회분, 칼슘, 철 등이 포함되어 있으며, 수분함량은 1 ~ 40%인 것이 바람직하다.
상기 산 처리는 염산, 황산, 질산 및 아세트산으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 산 화합물을 처리하는 것이 바람직하고, 염산을 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 산은 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화리튬 및 수산화암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 알칼리 화합물을 처리하는 것이 바람직하고, 수산화나트륨을 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 알칼리는 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이 바람직하다.
상기 효소는 세포벽 분해효소(cell lytic enzyme)인 것이 바람직하고, 상기 세포벽 분해효소는 프로모자임(Promozyme), 세레믹스(Ceremix), 펙티넥스(Pectinex), 울트라플로(Ultraflo), 셀루클라스트(Celluclast), 펜토판(Pentopan), 투니카아제(Tunicase) 및 비스코자임(Viscozyme)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것이 바람직하다.
상기 효소는 산 또는 알칼리 처리로 가수분해된 커피박을 용매에 넣은 후 pH 4 ~ 4.5가 되도록 조절한 후 하나 또는 둘 이상의 상기 세포벽 분해효소를 처리하는 것이 바람직하며, 이때 상기 세포벽 분해효소는 커피박 중량 대비 0.0001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이 바람직하다.
상기 가축분뇨는 돼지, 소, 닭, 오리, 젖소, 말, 양 및 사슴으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 가축의 분뇨인 것이 바람직하고, 돼지 분뇨인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은
i) 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 전처리하는 단계;
ii) 상기 단계 i)에서 전처리된 커피박을 원심분리하여 상층액 및 잔사를 분리하는 단계; 및
iii) 상기 단계 ii)에서 상층액인 커피박 추출 액상물 또는 잔사인 커피박 추출 고형물을 수득하는 단계;를 포함하는,
가축분뇨의 악취 저감용 조성물의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법에 있어서, 단계 i)의 산 처리는 염산, 황산, 질산 및 아세트산으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 산 화합물을 처리하는 것이 바람직하고, 염산을 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 산은 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이 바람직하다.
상기 제조 방법에 있어서, 단계 i)의 알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화리튬 및 수산화암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 알칼리 화합물을 처리하는 것이 바람직하고, 수산화나트륨을 처리하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 알칼리는 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이 바람직하다.
상기 제조 방법에 있어서, 단계 i)의 효소는 세포벽 분해효소(cell lytic enzyme)인 것이 바람직하고, 상기 세포벽 분해효소는 프로모자임(Promozyme), 세레믹스(Ceremix), 펙티넥스(Pectinex), 울트라플로(Ultraflo), 셀루클라스트(Celluclast), 펜토판(Pentopan), 투니카아제(Tunicase) 및 비스코자임(Viscozyme)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것이 바람직하다.
상기 효소는 산 또는 알칼리 처리로 가수분해된 커피박을 용매에 넣은 후 pH 4 ~ 4.5가 되도록 조절한 후 하나 또는 둘 이상의 상기 세포벽 분해효소를 처리하는 것이 바람직하며, 이때 상기 세포벽 분해효소는 커피박 중량 대비 0.0001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이 바람직하다.
상기 제조 방법에 있어서, 단계 iii)의 상층액인 커피박 추출 액상물, 잔사인 커피박 추출 고형물, 및 이들의 혼합물이 모두 분뇨 악취 저감제로 사용가능하며, 커피박 추출 액상물이 더욱 바람직하다.
상기 제조 방법에 있어서, 상기 가축분뇨는 돼지, 소, 닭, 오리, 젖소, 말, 양 및 사슴으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 가축의 분뇨인 것이 바람직하고, 돼지 분뇨인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물을 가축분뇨, 축산시설, 정화처리시설, 퇴비화 시설 또는 액비화 시설에 처리하여 가축분뇨에 의해 발생되는 악취를 저감 또는 제거하는 방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 악취가 저감된 분뇨를 유도하는 가축사료용 조성물을 제공한다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예 및 실험예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
< 실시예 1> 시험재료의 준비
가) 커피박 원료
시험에 사용된 커피박 원물의 수분함량은 36.18%로 측정되었다.
나) 산 및 알칼리 시약
산용액은 HCl(Hydrochloric acid, Daejung Co.), 알칼리용액은 NaOH(Sodium hydroxide, Daejung Co.)을 각각 전처리 공정에 사용하였다. 커피박 원물의 수분함량에 의해 산 및 알칼리용액이 최종 1N 농도로 희석될 것을 감안하여 산 및 알칼리용액을 1.22N 농도로 제조한 후 전처리 공정에 사용하였다.
다) 효소
세포벽 분해효소인 Viscozyme L (Novozyme Co.)과 Celluclast1.5L (Novozyme Co.)를 전처리 공정에 사용하였다.
라) 교반기
전처리 반응 교반기(Overhead stirrer)는 MS 3030D Overhead stirrer(미성과학사)를 이용하였으며 교반속도는 200 rpm으로 진행하였다. 교반기 반응챔버는 circulator를 이용하여 반응온도를 일정하게 유지하였다.
< 실시예 2> 커피박의 산 가수분해 전처리
교반기 반응챔버에 커피박 200 g(건조중량)과 1N HCl 520 mL을 첨가하여 50℃에서 200 rpm의 속도로 교반하였다. 교반이 끝나면 pH 6.5-7.5가 되도록 HCl 용액으로 중화시킨 후 원심분리용기(500 mL)로 옮겨 4℃에서 9600 ×g 으로 15분 동안 원심분리하였다. 상등액은 별도의 용기에 취하고 침전된 커피박에 증류수 300 mL 첨가 후 흔들어 수세하였다. 전단계와 동일한 조건으로 원심분리하여 상등액과 침전된 커피박을 분리하여 취하였다.
< 실시예 3> 커피박의 알칼리 가수분해 전처리
교반기 반응챔버에 커피박 200 g(건조중량)과 1N NaOH 520 mL을 첨가하여 50℃에서 200 rpm의 속도로 교반하였다. 교반이 끝나면 pH 6.5-7.5가 되도록 NaOH 용액으로 중화시킨 후 원심분리용기(500 mL)로 옮겨 원심분리단계를 거쳐 상등액과 침전된 커피박을 분리하여 취하였다.
< 실시예 4> 커피박의 산 및 효소 가수분해 전처리
산가수분해된 커피박을 교반기 반응챔버에 넣고 증류수 520 mL을 넣은 후 1M citric acid 용액으로 pH 4-4.5가 되도록 맞춘 후 Viscozyme L과 Celluclast 1.5L 두 가지의 효소를 시료 중량 대비 0.001%가 되도록 커피박에 첨가하였다. 45℃에서 16시간 동안 효소가수분해 진행한 후 4℃에서 9600 ×g으로 15분 동안 원심분리하였다. 상등액와 침전된 커피박을 분리하여 취하였다.
< 실시예 5> 커피박의 알칼리 및 효소 가수분해 전처리
알칼리가수분해된 커피박을 교반기 반응챔버에 넣고 증류수 520 mL을 넣은 후 1M citric acid 용액으로 pH 4-4.5가 되도록 맞춘 후 Viscozyme L과 Celluclast 1.5L 두 가지의 효소를 시료 중량 대비 0.001%가 되도록 커피박에 첨가하였다. 45℃에서 16시간 동안 효소가수분해 진행한 후 4℃에서 9600 ×g 으로 15분 동안 원심분리하였다. 상등액와 침전된 커피박을 분리하여 취하였다.
< 실험예 1> 화학적 조성 및 구조 분석
<1-1> HPAEC -PAD 분석방법 활용한 중성 단당류 분석
모든 시료는 LC 분석 전 0.2㎛ syringe filter를 통과하였다. 기기분석 조건은 아래의 표 1에 나타내었다.
System Dionex Bio-LC
Column Dionex Carbopac PA-1 column (4×250mm)
Detector ED40 electrochemical detector
Eluent 18mM NaOH/200mM NaOH
Flow rate 0.8 mL/min
Injection volumn 20 uL
그 결과는 하기 표 2-3 및 도 2-5에 나타내었다. 커피박에는 arabinose, galactose, glucose, mannose와 같은 단당류가 존재하는 것으로 확인되었다. 커피박에서 추출된 액상물에 있어서 수용성 탄수화물의 함량은 산 및 알카리 처리를 단일적으로 처리했을 때 10.65 및 12.36 mg/g으로 나타났으며, 화학 및 효소처리를 복합적으로 하였을 때 29.82 및 36.21 mg/g으로 증가하였다(표 1). 커피박에서 액상으로 추출되고 남은 커피박(고형물)에 있어서 Glucose 함량은 산, 알카리처리 군보다 화학 및 효소의 복합적 처리 군에서 증가하였으나, arabinose, galactose 및 mannose 함량은 감소하였다(표 2). glucose와 mannose의 함량은 산 및 알카리처리의 단일적 처리 군보다 화학 및 효소의 복합적 처리 군에서 높게 나타났는데, 이것은 효소처리에 의해 SCG 세포벽 성분인 Cellulose와 Hemicellulose가 분해된 것으로 보여진다.
커피박(mg/1 g) 추출 액상물의 당 조성
처리방법
DW 산 알칼리 산+효소 알칼리+효소
Arabinose 0.26 1.57 1.13 2.11 2.08
Galactose 0.02 5.24 8.67 7.93 13.19
Glucose 1.82 0.72 0.57 6.63 9.77
Mannose 0.55 2.92 1.99 13.14 11.17
Total 2.65 10.65 12.36 29.82 36.21
커피박(mg/1 g) 추출 고형물의 당 조성
처리방법
DW 산 알칼리 산+효소 알칼리+효소
Arabinose 3.78 3.04 3.25 1.29 1.46
Galactose 19.82 27.51 17.32 9.11 7.68
Glucose 18.10 10.97 8.68 16.63 17.68
Mannose 108.27 117.39 103.99 107.30 93.45
Total 149.97 158.90 133.24 134.34 120.12
<1-2> HPSEC 분석방법 활용한 분자량 분포 분석
분자량 분포 분석
탈염은 Ion exchange resin 3 g이 담긴 튜브에 시료 10 mL을 넣고 1분간 흔들어준 후 곧 바로 0.45㎛ syringe filter를 통과시켜 LC분석을 진행하였다. 기기분석 조건은 아래의 표 4에 나타내었다.
System Agilent 1100 series HPLC-RI
Column Shodex SB-804, SB-802.5 HQ OHPak (55℃)
Detector Refractive index detector (35℃)
Eluent Distilled water
Flow rate 0.6 mL/min
Injection volumn 50 uL
그 결과는 하기 표 5 및 도 6-10에 나타내었다. 커피박에서 추출된 액상의 수용성 올리고당 또는 다당체의 분자량을 분석한 결과, 대조군인 Dw 처리 군에서는 다당체가 용출되지 않았다. 그러나 산, 알칼리, 화학 및 효소 복합 처리 군에서는 각각 최대 5,000 ~ 8,000 g/mol 크기의 다당체가 검출되었다(표 3). 산처리 군에서는 다른 처리 군보다 큰 크기인 7.9×103의 다당체가 검출되었다(표 3). 알카리처리 군에서는 2.1×103, 알카리와 효소 복합처리 군에서는 3.6×103의 피크가 main peak로 관찰되었다.
커피박 추출 액상물의 가용성 탄수화물의 분자량
Retention time Molecular weight (g/mol) Total oligosaccharides
(mg/1g of SCG)*
DW 31.07 258 1.46
산 24.71 7,853 120.48
28.25 1,176
알칼리 25.46 5,246 107.21
27.16 2,113
산+효소 25.26 5,850 160.18
28.04 1,314
30.83 294
알칼리+효소 25.32 5,646 74.44
26.17 3,592
30.78 302
*1% pullulan의 area값 대비 시료의 area값을 비교해 커피박 1g당 용출된 올리고당의 함량을 산출
DP 분포 분석 (Exclusion ion column)
0.45 ㎛ syringe filter를 통과시켜 LC 분석을 진행하였다. 기기분석 조건은 아래의 표 6에 나타내었다.
System Agilent 1100 series HPLC-RI
Column Aminex HPX-42A Carbohydrate column (80℃)
Detector Refractive index detector (35℃)
Eluent Distilled water
Flow rate 0.6 mL/min
Injection volumn 20 uL
그 결과는 하기 도 11-14에 나타내었다. 커피박에서 추출된 액상물에 있어서 Aminex 42A column을 이용하여 수용성 탄수화물 분획의 DP 분포를 확인한 결과, 단당류 뿐만 아니라 DP2 ~ DP7의 올리고당류도 분포하고 있었다. 특히, 산과 알카리 처리 군에서는 DP7의 피크가 명확히 관찰되었으며, 화학 및 효소적 복합 처리 군에서는 DP2의 피크가 관찰되었다.
Gravimetric method를 적용한 성분함량 비율 분석
전처리에 의해 커피박에서 용출되는 수용성 탄수화물 함량은 1.05 ~ 3.62 g/100g SCG로 나타났으며, 화학적 처리와 함께 효소 가수분해까지 처리되었을 때 용출된 수용성 탄수화물은 2.98 ~ 3.62g으로 비교적 큰 용출도를 보였다.
상이한 처리 방법에 의해 수득된 커피박 불용성/수용성 분획의 대량 회수(건조 기준, %)
처리 방법
산 알칼리 산+효소 알칼리+효소
커피박 추출
고형물의
불용성 성분		 96.78 97.94 94.11 94.54
커피박 추출
액상물의
수용성 성분		 1.05 1.22 2.98 3.62
합계 97.83 99.16 97.09 98.16
< 실험예 2> 커피박 추출 액상물의 냄새저감 효과 랩 스케일(lab scale) 평가
산, 알칼리 및 산·알칼리 처리 후 효소처리를 한 4개의 액상 커피박 추출물을 대상으로 평가하였다. 1L Battle에 슬러리 800ml 분주하고, 커피박 추출물을 분뇨의 1%(w/w) 수준으로 혼합하여 7일간 35℃에서 배양한 다음 분석하였다.
그 결과는 하기 표 8에 나타내었다. 복합악취 희석배수에 대한 측정결과를 보면 대조구와 산과 효소처리구에서는 희석배수가 너무 높아 평가할 수 없었으며, 산처리 및 알칼리와 효소처리구에서는 희석배수가 44,814로 동일하였다. 황화수소 농도는 대조구에서 77 ppm으로 가장 높았고, 알칼리와 효소처리구에서는 52 ppm으로 가장 낮았다.
커피박 추출 방법별 냄새수준 평가
대조구 처리내용
산 알칼리 산+효소 알칼리+효소
복합악취 희석불가 44,814 100,000 희석불가 44,814
암모니아
(ppm)		 103 417 275 1,077 757
황화수소
(ppm)		 77 65 70 66 52
메틸머캅탄
(ppb)		 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11
< 실험예 3> 커피박 추출 액상물의 냄새저감 효과 현장 평가
(천안 농장) 액비재순환농장의 액비화시설
비육돈 2,500두를 사육하면서 분뇨처리용량 1,000톤 규모의 액비재순환 시스템을 운영하는 양돈장을 시험농가로 선정하였다. 시험농장은 1일 1회 발효액비를 돈사로 순환시키고 있다. 시험장소는 폭기조 4개를 갖춘 액비화시설 중에서 잘 발효된 액비를 돈사로 재순환시키기 위하여 마지막으로 폭기를 실시하는 4번째 폭기조에서 시험을 수행하였다. 1개월(2019.8.19 ~ 2019.9.23) 동안 4번째 폭기조의 분뇨 처리용량 250톤 기준으로 0.4%의 냄새저감제 사용량을 설정한 후 매일 동량의 냄새저감제를 투입하였다. 시험 전과 종료 후 4번째 폭기조의 사각형(1.5M×1M) 멘홀 위에서 공기시료를 포집하여 분석하였다.
(안성 농장) 스크레퍼 농장의 액비저장조
일관사육으로 돼지 2,500두를 사육하면서 스크레퍼 방식으로 돈사 분뇨를 처리하고, 1일 10톤의 분뇨를 정화방류하는 농가를 시험농장으로 선정하였다. 시험장소는 야간은 제외하고, 낮시간에 1시간 간격으로 10분씩 폭기하는 200톤 규모의 액비저장조였다. 1개월(2019.8.22 ~ 2019.9.23) 동안 처리용량 200톤 기준으로 0.4%의 냄새저감제 사용량을 설정한 후 매일 동량의 냄새저감제를 투입하였다. 시험 전과 종료 후 액비저장조 상부에서 공기시료를 포집하여 분석하였다.
그 결과는 하기 표 9에 나타내었다. 복합악취 희석배수에 대한 측정결과를 보면 천안농장의 경우 시험개시 대비 시험종료 후 67% 감소되었으며, 안성농장의 경우에는 시험개시 대비 시험종료 후 85% 감소되었다. 황화수소 농도는 천안농장의 경우 시험개시 대비 시험종료 후 40% 감소되었으며, 안성농장의 경우에는 시험개시 대비 시험종료 후 97% 감소되었다.
냄새저감효과 평가
천안농장 안성농장
시험개시 시험종료 시험개시 시험종료
복합악취 300 100 100,000 14,422
암모니아
(ppm)		 125.5 124.7 2.3 0.7
황화수소
(ppm)		 0.05 0.03 59.56 1.57
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 처리하여 추출한 커피박 추출물을 유효성분으로 함유하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물로서,
    여기서
    상기 산 처리는 염산, 황산, 질산 및 아세트산으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 산 화합물을 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이고,
    상기 알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화리튬 및 수산화암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 알칼리 화합물을 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이며
    상기 효소는 세포벽 분해효소(cell lytic enzyme)로서 프로모자임(Promozyme), 세레믹스(Ceremix), 펙티넥스(Pectinex), 울트라플로(Ultraflo), 셀루클라스트(Celluclast), 펜토판(Pentopan), 투니카아제(Tunicase) 및 비스코자임(Viscozyme)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 커피박 중량 대비 0.0001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이고,
    상기 가축분뇨는 돼지, 소, 닭, 오리, 젖소, 말, 양 및 사슴으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 가축의 분뇨인 것을 특징으로 하는 가축분뇨의 악취 저감용 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. i) 커피박을 산 처리, 알칼리 처리, 산 및 효소 복합 처리, 및 알칼리 및 효소 복합 처리로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나로 전처리하는 단계;
    ii) 상기 단계 i)에서 전처리된 커피박을 원심분리하여 상층액 및 잔사를 분리하는 단계; 및
    iii) 상기 단계 ii)에서 상층액인 커피박 추출 액상물 또는 잔사인 커피박 추출 고형물을 수득하는 단계;를 포함하는 가축 분뇨의 악취 저감용 조성물의 제조방법으로서,
    여기서
    상기 산 처리는 염산, 황산, 질산 및 아세트산으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 산 화합물을 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이고,
    상기 알칼리 처리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화리튬 및 수산화암모늄으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 알칼리 화합물을 커피박 중량 대비 0.001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이며
    상기 효소는 세포벽 분해효소(cell lytic enzyme)로서 프로모자임(Promozyme), 세레믹스(Ceremix), 펙티넥스(Pectinex), 울트라플로(Ultraflo), 셀루클라스트(Celluclast), 펜토판(Pentopan), 투니카아제(Tunicase) 및 비스코자임(Viscozyme)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 커피박 중량 대비 0.0001 ~ 0.01 중량% 처리하는 것이고,
    상기 가축분뇨는 돼지, 소, 닭, 오리, 젖소, 말, 양 및 사슴으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 가축의 분뇨인 것을 특징으로 하는,
    가축분뇨의 악취 저감용 조성물의 제조 방법.
  8. 제1항에 따른 가축분뇨의 악취 저감용 조성물을 가축분뇨에 처리하여 가축분뇨의 악취를 저감하는 방법.
  9. 삭제
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