KR102350413B1 - 축산 악취 저감 분무용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축사 악취 저감에 효과적인 신규 미생물 및 이를 포함하는 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 축사에 살포하는 식으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 사료첨가제로 가축에게 섭취시켜 악취를 근원적으로 저감시킬 수도 있다는 특징이 있다.

Description

축산 악취 저감 분무용 조성물 {SPRAY COMPOSITION FOR LIVESTOCK DEODORANT}

본 발명은 가축의 생산성 향상에 도움이 되면서 동시에 축산 악취 발생을 감소시킬 수 있는 신규 미생물 및 이를 포함하는 신규 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 신규 미생물 및 이를 포함하는 조성물은 비제한적 예시로서 안개 분무식으로 도포할 수 있는 탈취제 혹은 가축이 복용할 수 있는 기능식 사료 등으로 구현할 수 있다.

축산악취에 대한 민원은 지속적인 증가추세에 있다. 축산악취 피해민원에 대한 조사결과에 따르면, 소규모 영세축사나 축사 인접 지역에 민원이 집중되는 것으로 나타났으며, 이중 돈사악취로 인한 민원 발생수가 가장 많은 것으로 집계되었다.

정부는 축산악취의 저감을 위해 축사내부 미생물 분사, 안개분무시설 설치, 악취탈취제 보급, 축사주변 탈취제 살포, 퇴비공장 차폐시설, 분뇨의 하천 유입을 막기 위한 조은천 준설 등에 예산을 편성하여 운영하고 있다.

특히 유용미생물의 가치가 보고되면서 정부는 유용미생물을 활용한 다양한 방안을 촉구하고 있다. 유용미생물이란 광합성균, 유산균, 효모균 등의 다목적 미생물로서, 해로운 미생물의 증식을 억제하거나 토양환경을 좋게 하는 역할을 하는 미생물을 말한다. 특정 유용미생물을 축사에 분사했을 때 축사악취 및 유해가스의 제거에 도움이 된다는 실험보고서가 나오면서, 정부는 관련 유용미생물을 배양하고 무료로 배급하고도 있다.

유용미생물의 일예로, 대한민국 공개특허공보 제 10-2019-0067517호에서는 오시아노바실러스 계열의 균주가 축사에 분사하면 축산분뇨에서 발생하는 악취를 감소시킬 수 있다고 소개한다.

그러나 종래의 방법으로는 여전히 축산악취의 저감에 한계가 있는 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제 10-2019-0067517호

종래는 보통 유용미생물을 축사에 분사하는 방법에 주목했다. 그러나 본 발명의 신규 미생물 및 이를 포함하는 조성물은 증류수에 첨가하여 축사에 분사하는 방법으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 건식화하여 축산사료로 공급하여 배출되는 축사의 분뇨 등의 악취를 원천적으로 저감할 수 있다는 특징이 있다.

본 발명의 구성은 다음과 같다.

1. 축사 분내 악취저감능을 가진 바실러스 서브틸리스 균주(KFCC11868P), 바실러스 아미로리퀴파시언스 균주(KCCM12354P) 또는 락토바실러스 브레비스 균주(KCCM12355P).

2. 상기 1 에 따른 어느 하나 이상의 균주를 포함하는 악취저감제.

3. 상기 2 에 있어서, 바실러스 서브틸리스 균주(KFCC11868P), 바실러스 아미로리퀴파시언스 균주(KCCM12354P), 락토바실러스 브레비스 균주(KCCM12355P) 및 락토바실러스 루테리(KCCM 10651P) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취저감제.

4. 상기 2 또는 3 에 있어서, 쑥 또는 유카 추출물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악취저감제.

5. 상기 4 에 있어서, 추출물은 열수 추출물인 것을 특징으로 하는 악취저감제.

6. 상기 3 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 조성물 전체 기준으로 균주별로 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 악취저감제.

7. 상기 3 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 조성물 전체 기준으로 쑥 또는 유카 추출물을 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 악취저감제.

본 발명에 따른 신규 미생물 및 이를 포함하는 조성물은 종래처럼 축사에 분사하여 배출된 분뇨 등의 악취를 저감시킬 수 있다.

특히 본 발명에 따른 신규 미생물은 쑥 또는 유카 추출물과 서로 억제 및 방해 효과 없이 악취 저감 효과의 상승을 발현한다는 특징이 있다.

아울러 본 발명에 따른 신규 미생물 및 이를 포함하는 조성물은 가축의 생산성은 저하시키지 않고, 또한 섭취하더라도 부작용 등 가축 내 안전성에 영향을 미치지 않으면서, 악취를 저감할 수 있다. 참고로 본 발명과 같이 안전성이 확인되지 않은 균주는 축사에 분사하는 식으로 사용할 수는 있어도, 사료첨가제로의 사용은 제한된다.

도 1 은 여러 균주의 대조구 대비 상대적 악취 유발 물질 발생 수준을 대비한 그래프이다.
도 2 내지 4 는 본 발명에 따른 균주의 첨가 수준별 대조구 대비 상대적 악취 유발 물질 발생 수준을 대비한 그래프이다.
도 5 는 천연물 열수 추출액의 대조구 대비 상대적 악취 유발 물질 발생 수준을 대비한 그래프이다.
도 6 은 본 발명에 따른 혼합물의 대조구 대비 상대적 악취 유발 물질 발생 수준을 대비한 그래프이다.
도 7 은 본 발명에 따른 균주의 구성비(배합비)별 대조구 대비 상대적 악취 유발 물질 발생 수준을 대비한 그래프이다.

사료 내 단백질은 대사과정을 통해 아미노산으로 가수분해되면서 휘발성 지방산류, 페놀류, 인돌류, 암모니아 및 휘발성 아민류 등으로 분해되는데, 이러한 분해산물이 가축분뇨로 배출되면서 악취를 유발한다.

가축분뇨에서 발생하는 악취는 복합악취 물질로서, 축종, 사양관리 방법, 분뇨처리 기술 등에 따라 다양하다. 예컨대 양돈장의 주요 악취물질은 복합악취의 형태로 지정악취물질 7종과 비지정악취물질 3종 등이 있다.

지정악취물질에는 암모니아, 트리메틸아민, 황화수소, 메틸머캅탄, 프로피온산, 부틸산, 이소-발레르산이 있고, 비지정악취물질에는 아세트산, p-크레졸, 인돌 등이 있다.

양돈의 단백질 대사과정에서는 사료 내 질소 함유량을 100% 라 했을 때, 체내에 축적되는 질소가 30% 이며, 이중 분과 뇨로 각각 20%, 50% 가 배출된다. 이때 돈사 슬러리 내에 쌓이는 질소가 57% 이고, 휘산되는 질소가 13% 이다. 돈사 슬러리의 질소 중 퇴액비화 과정을 통해 농경지에 살포되는 과정에서 18% 정도가 휘산되며, 최종적으로 농경지에 환원되는 질소의 양은 39% 정도가 된다.

종래는 배출된 분뇨의 악취물질을 저감시키기 위해, 유용미생물을 발굴하고 이를 살포하는 방식에 주목해왔다.

예컨대 토착 미생물을 이용한 축산 분뇨 정화 방법에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0336463호, VOC 분해미생물군의 수득방법과 상기 분해미생물군을 포함하는 미생물제제 및 이를 이용한 악취 제거방법에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0557900호, 악취제거용 에멀젼 액상 미생물 제제 및 이의 제조방법에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0443156호, 축분처리용 미생물 제제 및 이를 이용한 축분의 처리방법에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0292879호, 축산 사료 첨가용 및 축분 처리용 미생물제제에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0430298호, 광합성 미생물을 이용한 악취 탈취장치 및 방법에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0673585호, 셀룰라아제를 생산하는 신규한 바실러스 속 미생물 및 그 용도에 관한 대한민국 등록특허공보 제 10-0859561호 등이 있다.

그러나 위 문헌에 따르면 하나같이 종래기술로 암모니아, 아민류 및 황화수소 등의 축산악취를 제거할 수 있다고 기술되어 있으나, 모두 악취 제거에 한계가 있거나 각 미생물들이 환경변화에 취약해 보존성 혹은 저장안정성이 짧다는 한계가 있어, 여전히 새로운 축산악취 제거용 조성물에 대한 갈망이 잔존하고 있다.

또한 상기와 같이 대사과정 후 주요 악취 원인 물질은 다양할 수밖에 없기 때문에, 이미 발생된 악취를 제거하는 방식은 악취 저감에 한계가 있을 수밖에 없었다.

이에 본 발명자는 축산악취의 근본적인 해결을 위해 가축의 단백질 물질대사과정에 주목했고, 악취원인물질의 발생을 저감할 수 있는 유용미생물의 개발에 노력한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 신규 미생물인 바실러스 서브틸리스 균주(KFCC11868P), 바실러스 아미로리퀴파시언스 균주(KCCM12354P), 락토바실러스 브레비스 균주(KCCM12355P)에 관한 것이다. 본 발명에 따른 신규 균주는 축사 분내 악취저감능에 효과가 있다.

본 발명자는 유용미생물을 활용한 축산 분뇨 내 악취 유발 물질의 농도를 효과적으로 억제하기 위하여 다양한 샘플들을 대상으로 균주 특성이 우수한 후보 균주들을 선발하였다.

양돈장 악취 제거를 목적으로 균주 선발용 샘플링 대상을 돼지의 사육단계별(육성전기, 육성후기, 비육전기, 비육후기) 분과 슬러리 및 퇴비장 주변 토양 샘플을 위주로 균주를 선발하였다.

다양한 균주 중 사료첨가제로 활용가능한 후보 균주로서, 유산균 및 바실러스 균주를 위주로 선발 배지를 활용하여 균주를 선발하였다.

균주 선발은 BCP 배지 (Casein Enzymic Hydrolysate 5 g/L, Yeast Extract 2.5 g/L, Dextrose 1 g/L, Agar 15 g/L), MRS 배지 (Proteose Peptone No.3 10 g/L, Beef Extract 10 g/L, Yeast Extract 5 g/L, Dextrose 20 g/L, Polysorbate80 1 g/L, Ammonium Citrate 2 g/L, Sodium Acetate 5 g/L, Magnesium Sulfate 0.1 g/L, Manganese Sulfate 0.05 g/L, Dipotassium Phosphate 2 g/L, Agar 15 g/L) 및 LB 배지 (Tryptone 10 g/L, Yeast Extract 5 g/L, Sodium Chloride 10 g/L, Agar 15 g/L)를 이용하였다.

샘플링한 각각의 시료들을 멸균 생리식염수 (0.85% NaCl)로 희석하여 MRS, BCP 및 LB 배지에 각각 도말한 후 33℃에서 24시간 이상 배양한 후 외관상 유산균 및 바실러스로 판정되는 균주를 우선 선발하였다.

선발된 균주를 15% glycerol stock을 제조하여 -70℃ deep freezer에 보관하면서 추가 실험에 활용하였다.

선발균주에 대하여 유기물 분해능을 평가하기 위하여 protease 및 amylase에 대한 효소활성을 평가하였다.

프로테아제(Protease) 효소 활성의 경우 스킴밀크(skim milk) 배지 (skim milk 10 g/L + Agar powder 15 g/L)를 만들어서 이용하였으며, 아밀라제(amylase) 효소 활성의 경우 스타치(starch) 배지 (starch 5 g/L + Agar powder 15 g/L)를 만들어 실험에 사용하였다.

실험을 위해 LB 배지에서 선발된 미생물을 LB 브로스(broth)에서 액상으로 24시간 배양하였으며, 스킴 밀크 배지 및 스타치 배지에 페이퍼 디스크(paper disk)를 올린 후 액상 배양액 200㎕를 접종하였다.

각 배지는 33℃에서 24시간동안 배양한 후 페이퍼 디스크를 중심으로 생기는 둥근 환의 지름을 측정하였다.

스타치 배지의 경우 아이오딘 솔루션(iodine solution) 10x를 제조하여 20초간 염색 한 후 투명 환 (clear zone)의 지름을 측정하여 각 선발균주의 유기물 분해능을 평가하였다.

실험 결과 본 발명에 따른 미생물이 유독 단백질 및 전분 분해능이 우수한 균주로 판명되어 축산 악취 원인물질 저감에 효과가 있을 것으로 나타났다. 바람직하게는 3 종의 본 발명에 따른 미생물인 바실러스 서브틸리스 균주(KFCC11868P), 바실러스 아미로리퀴파시언스 균주(KCCM12354P) 및 락토바실러스 브레비스 균주(KCCM12355P) 를 복합했을 때 악취 저감 효과가 우수하게 나타난다. 더욱 바람직하게는 4 종의 본 발명에 따른 미생물인 바실러스 서브틸리스 균주(KFCC11868P), 바실러스 아미로리퀴파시언스 균주(KCCM12354P), 락토바실러스 브레비스 균주(KCCM12355P) 및 락토바실러스 루테리(KCCM 10651P) 를 복합했을 때 악취 저감 효과가 우수하게 나타난다.

한편 본 발명은 신규 균주와 함께 쑥 또는 유카 추출물을 배합할 경우 분내 악취저감능이 탁월하게 향상된다는 것이 특징이다. 그 동안 종래기술에서는 쑥 또는 유카 추출물의 배합에 대한 동기가 없었다. 즉 종래에는 천연물 추출물을 가축 분내 악취 저감을 위해 사용해보려는 시도가 없었다.

참고로 쑥이나 유카는 청국장 등과 같은 대두 발효식품의 불쾌한 냄새를 제거하기 위한 민간 요리방식에서 가끔 사용되는 천연물이다. 즉 쑥이나 유카는 축사, 특히 돈사의 악취저감용으로 사용한 이력은 없으며, 미생물과 조합하여 악취를 제거하려고 시도한 이력은 더더욱 없다.

하지만 본 발명자는 발상의 전환을 통해 쑥 또는 유카와 같은 천연물 추출물의 효능과 미생물의 시너지 효과에 주목했고, 그 결과 본 발명에 따른 신규 미생물이 특히 쑥 또는 유카 추출물과 서로 시너지 상승작용을 나타내 효과적으로 악취 저감 효과를 나타낸다는 점을 밝혀낼 수 있었다.

쑥(Artemisia mongolica, A. asiatica, A. princeps var. orientalis, A. argyi, A. montana 등)은 국화과에 속하는 다년생 약초로서 예로부터 강장보혈, 부인병, 설사치료제로 사용되어 왔고, 규명된 화학성분으로서는 이소쿠마린, 쿠마린, 디테르펜락톤 등이 있다. 대한약전외 한약(생약)규격집에서는 상기 쑥의 잎 및 어린줄기를 일컬어 애엽(艾葉, Artemisiae argyi Herb)이라 지칭하고 있다.

애엽추출물에는 유파틸린, 자세오시딘 등의 플라보이노이드 성분들이 포함되어 있는 것으로 확인되었고, 아직까지 밝혀지지 않은 다수의 미지의 성분들이 존재한다. 단일 성분의 화합물과는 달리, 추출물과 같은 화합물들의 혼합물은 그 물리적, 화학적 성질을 규정하기 쉽지 않다. 왜냐하면 천연물에서 추출한 추출물의 경우에는 물리적, 화학적 성질을 달리하는 수많은 단일 화합물들의 혼합물로서 추출물을 이루는 각각의 단일성분들은 모두 고유의 물리화학적 특성을 가지고 있을 것이므로, 이를 손쉽게 특정하기란 매우 곤란하기 때문이다.

유카(Yucca schidigera)는 멕시코, 미국 남서부 건조 지역에서 자생하는 유카 속의 식물로서 줄기와 몸통 부분이 일반적으로 이용된다.

쑥 또는 유카 추출물은 종래 일반적으로 사용되는 추출방식에 따라 추출할 수 있다. 예컨대 에탄올, 이소프로판올 등의 C1 내지 C4 의 알코올 유기용매로 추출하거나 혹은 열수로 추출할 수 있다. 다만 본 발명에 따른 일 구현예는 바람직하게는 열수로 추출했을 때 본 발명에 따른 신규 미생물과의 악취 저감 효과의 시너지가 가장 탁월한 것으로 나타났다.

아래에 쑥 추출 방법의 일 구현예를 소개한다. 유카 또한 마찬가지의 방법으로 추출할 수 있다.

국내산 또는 중국산 쑥을 구하여 완전건조한 후 일정한 크기로 절단한다. 절단한 샘플에 열수를 첨가하여 침지공정을 2회 반복하여 추출물 및 부산물을 분리한다. 추출물은 필요에 따라 다시 2회 감압 농축하여 용매를 증발시킨 농축액 형태로 제조한다. 추출부산물은 열풍건조를 통해 추출용매를 증발시켜 건조물 형태로 회수한다.

본 발명에 따른 조성물은 신규 미생물 KFCC11868P, KCCM12354P, KCCM12355P 및 KCCM10651P 중 하나 이상과; 쑥 또는 유카 추출물을 일정 함량비로 배합했을 때 악취 저감효과가 더 상승될 수 있다. 예컨대 조성물 전체 기준으로 신규 미생물 균주는 균주별로 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%, 더 바람직하게는 10 중량% 를 포함할 수 있다. 쑥 또는 유카 추출물은 신규 미생물과 대등한 비율로 함유하는 것이 바람직하며, 예컨대 조성물 전체 기준으로 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%, 더 바람직하게는 10 중량% 를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 일 구현예는 쑥과 유카 추출물을 모두 배합하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 조성물은 건조하여 건식화된 고형 분말로 사용할 수도 있고, 액상 상태로 곧바로 사용할 수도 있다.

이때 일반적으로 미생물을 액상으로 사용하는 경우에는 미생물이 30일 이상 보존되지 않는 경우가 많아, 남은 용량은 폐기해야만 하는 번거로움이 존재했다. 이에 불가피하게 건식화한 후 사용할 때 필요에 따라 액상으로 전환하는 과정을 이용했다. 그러나 본 발명은 액상으로 직접 사용하더라도 별도의 미생물 보존제를 배합하지 않고서도 충분한 저장안정성을 자랑한다. 이의 정확한 원인은 알 수 없으나 종래기술과 달리 본 발명에서는 쑥 또는 유카 추출물을 함께 배합한 것이 특별한 영향을 끼친 것으로 판단된다.

이하 본 발명의 효과를 입증한 실시예를 소개한다.

본 발명에 따른 미생물 및 조성물의 효과를 확인하고, 더 나은 효과를 나타낼 수 있는 최적 구성 (배합비) 조성의 확인을 위하여 아래의 샘플로 일련의 분뇨 실험을 수행하였다.

1) 미생물 균주 샘플 (액상 배양액)

- 바실러스 서브틸리스 KFCC11868P

- 바실러스 아미로리퀴파시언스 KCCM12354P

- 락토바실러스 브레비스 KCCM12355P

- 락토바실러스 루테리 KCCM10651P

2) 천연 물질 샘플 (열수 추출액)

- 쑥 추출물

- 유카 추출물

3) 실험방법

- 양돈장 분뇨 (분:뇨 = 3:1)를 잘 섞은 후 특수 제작 유리병에 200mL씩 분주한다.

- 각각의 병에 설정한 처리구대로 조합을 첨가한다.

- 잘 섞은 후 7일간 혐기 발효한다.

- 황화수소 (H₂S), 암모니아 (NH₃), 아민(RNH2)의 분뇨 축산 악취 유발 물질 3종의 발생 농도를 비교하여 조합별 악취 저감을 평가한다.

- 각각의 처리구는 다음과 같다. 대조구의 악취 유발 물질 발생 농도를 각각 100%로 두고 상대적인 발생 수준을 비교하였다. 각 표 및 도면에서의 Control (Con, 대조구) 은 아무 처리를 하지 않고 동일한 양의 증류수를 첨가한 처리구를 말한다.

[실험예 1]

자연계에 존재하는 다양한 종의 미생물 균주를 분리한 후 균주가 갖는 효소와 그 기질의 특성, 그리고 기질 분해능 등을 조사하여 80여 종류의 균주를 선발하였다. 이들 균주 중 축산 악취 저감에 효과적일 것으로 생각되는 균주들을 sequencing 및 분뇨 생존 실험으로 추려 후보 균주 5% 분뇨 실험을 수행하였다.

분뇨 실험 결과 악취 후보 물질 감소에 효과적인 4종의 균주를 선발하였다.

이들 4종의 균주는 sequencing 결과 바실러스 및 락토바실러스류로 각각 Bacillus subtilis KFCC11868P(B. Subtilis), Bacillus amyloliquefaciens KCCM12354P(B. Amylo), Lactobacillus brevis KCCM12355P(L. Brevis), Lactobacillus reuteri KCCM10651P(L. Reuteri) 임이 밝혀졌다.

[실험예 2]

이들 3종의 균주의 농도별 악취 저감 효과를 알아보기 위해 각각의 균주 0.1%, 0.5%, 1.0% 수준별 분뇨 실험을 수행하였다.

분뇨 실험 결과 균주는 세 종 모두 1.0% 첨가 수준부터 적정 효과 있음을 판단할 수 있었다(도 2 내지 4).

[실험예 3]

여러 자연계 천연물질들을 선발한 후 열수로 추출한 추출액 5.0% 분뇨 실험을 수행하였다.

분뇨 실험 결과 악취 후보 물질 감소에 효과적인 두 개의 천연물질 쑥과 유카를 선발하였다 (도 5).

[실험예 4]

배합비를 최종 선정하기에 앞서 상기한 총 5개의 물질들이 서로 억제 및 방해 효과를 갖는지 알아보기 위하여 이들의 혼합물로 (총 50%, 각각 10%) 분뇨 실험을 수행하였다.

분뇨 실험 결과 후보 물질 5개는 서로 억제 및 방해 효과를 갖지 않고 악취 후보 물질 발생 수준을 저감하는 것을 확인하였다.

[실험예 5]

최종 배합비를 선정하기 위하여 각 구성물의 구성비(배합비)별 분뇨 실험을 수행하였다(표 1).

가격 및 악취 후보 물질 감소 결과를 고려할 때 미생물 균주는 각각 10% 수준이 적당하고 쑥 및 유카 추출액도 각각 10% 수준이 적당함을 확인하였다.

	B. Subtilis	B. Amylo	L. Brevis	쑥 열수추출물	유카 열수추출물	증류수	합계
CON	0	0	0	0	0	100	100
A	10	10	10	5	5	60	100
B	10	10	10	10	10	50	100
C	20	20	20	5	5	30	100
D	20	20	20	10	10	20	100
E	30	30	30	5	5	0	100

{처리구별 물질 구성비(중량 배합비)}

한국미생물보존센터(국내) KFCC11868P 20200922 한국미생물보존센터(국외) KCCM12354P 20181030 한국미생물보존센터(국외) KCCM12355P 20181030 한국미생물보존센터(국외) KCCM10651P 20050404

Claims (5)

1. 삭제
2. 축사 분내 악취저감능을 가진 바실러스 서브틸리스 균주 KFCC11868P, 바실러스 아미로리퀴파시언스 균주 KCCM12354P 및 락토바실러스 브레비스 균주 KCCM12355P 를 포함하며, 쑥 또는 유카 추출물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 악취저감제.
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서, 추출물은 열수 추출물인 것을 특징으로 하는 악취저감제.
5. 제 2 항에 있어서, 조성물 전체 기준으로 균주를 5 내지 20 중량% 포함하고, 쑥 또는 유카 추출물을 5 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 악취저감제.

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