KR102416130B1

KR102416130B1 - 커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법

Info

Publication number: KR102416130B1
Application number: KR1020200141065A
Authority: KR
Inventors: 최윤호; 강세희
Original assignee: 다알시스 주식회사
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-07-06
Also published as: KR20220056464A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법은 커피 부산물 15 ~ 20 wt%, 배양토 60 ~ 75 wt% 및 결합제 1 ~ 5wt%를 섞어 혼합분을 제조하는 단계, 상기 혼합분과 상기 혼합분 대비 10 ~ 20wt%의 물을 혼합하는 단계, 상기 물이 혼합된 혼합분을 채로 거르는 단계, 채로 걸러진 혼합분을 40℃에서 1시간 건조시키는 단계, 상기 혼합분을 소정의 형상을 갖는 틀에 투입하고 압착하여 성형물을 제조하는 단계, 상기 성형물을 40℃에서 20분간 건조시키는 단계, 상기 성형물의 소정 영역에 씨앗을 삽입하는 단계 및 씨앗이 삽입된 성형물을 20℃ ~　25℃에서 2시간 건조시키는 단계를 포함한다.

Description

커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법{Method for plant teaching tool using the coffee grounds}

본 발명은 커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커피 부산물을 이용하여 제작된 유아, 아동들이 쉽게 심고 기를 수 있는 식물 교구를 제조하는 방법에 관한 것이다.

커피는 커피나무의 씨를 볶아서 제조한 것으로서, 커피나무 열매가 붉게 익으면 과육이 벌어지면서 푸른빛을 띤 생두가 나오는데, 이것을 말려서 볶은 후 분발로 가공한 것이다. 커피에는 카페인, 탄닌, 지방산 예컨대, 포화지방산인 팔미트산과 스테아르산, 불포화지방산인 올레인산, 필수지방산인 리놀린산, 유기산 및 당질 등이 주요 성분으로서 포함된다. 오늘날 상업적으로 재배하는 품종은 아라비카종 (Coffee Arabica)과 로부스타종 (Coffee Robusta) 및 라이베리아종 (Coffee Liberia)의 3대 원종이 있으며, 매년 70여개 국가에서 약 600만톤을 생산하는데 총 수확량 중 아라비카 종이 75%이고 나머지 대부분은 로부스타 종이다. 생산량은 브라질에서 매년 약 120만톤, 콜럼비아에서 아라비카 종이 약 90만톤 및 인도네시아에서 로부스타 종 50만t 이 생산되고 있고 멕시코, 에티오피아, 우간다, 인도, 과테말라, 베트남 등이 주요 생산국이다. 세계적으로 커피 음료의 소비는 물 다음으로 많으며 년간 1인당 커피 소비량은 핀란드와 스웨덴 약 13 kg, 덴마크와 노르웨이 약 12 kg, 네덜란드 약 9 kg, 독일, 오스트리아, 벨기에 및 룩셈부르크 약 8kg이며, 그 밖에 프랑스, 스위스, 미국, 이탈리아, 캐나다, 영국 등이 주요 소비국이다.

한편, 원두커피를 가공하고 남은 찌꺼기 (커피박)는 커피 제조 공장 및 일반 커피 전문점에서 유기질폐기물로서 처리되거나, 수거되어 일반 사료의 배합물로서 이용되고 있다. 최근에 이러한 커피박을 탈취제로서 이용하거나 유기질비료의 성분으로 이용하고자 하는 시도가 있어왔다.

그러나 커피의 부산물을 이용하는 다양한 시도에도 불구하고, 식물을 심고 기를 수 있는 교구로 활용한 예는 찾아볼 수 없으며, 커피의 부산물은 인체에 무해하고, 식물성장에 유익한 성분들을 많이 포함하고 있어 어린 아이들이 활용할 수 있는 재식교구로 활용하기 위한 방법의 연구가 필요한 실정이다.

대한민국 공개실용신안 제20-2012-0001902호(2012.03.14.) 대한민국 등록특허 제10-1103424호(2011.12.30.) 대한민국 공개특허 제10-2017-0076363호(2017.07.04.)

본 발명의 목적은 커피 부산물을 활용할 수 있는 재식교구를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

또한, 커피 부산물과 배양토의 혼합비율은 1:4(커피 부산물 : 배양토)의 중량비율로 혼합될 수 있다.

또한, 상기 혼합분을 40℃에서 1시간 건조시키는 단계 이후 UV로 살균하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 재식교구 제조방법에 의하면, 깨지거나 부스러지지 않는 재식교구를 제조할 수 있다.

또한, 간단하게 제조할 수 있는 재식교구 제조방법이 제공된다.

또한, 식물의 발아율을 향상시킬 수 있는 재식교구의 제조가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 다양한 형상의 틀에 의해 제작되는 재식교구사진이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법의 순서도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법은 커피 부산물 15 ~ 20 wt%, 배양토 60 ~ 75 wt% 및 결합제 1 ~ 5wt%를 섞어 혼합분을 제조하는 단계(S100), 상기 혼합분과 상기 혼합분 대비 10 ~ 20wt%의 물을 혼합하는 단계(S200), 상기 물이 혼합된 혼합분을 채로 거르는 단계(S300), 채로 걸러진 혼합분을 40℃에서 1시간 건조시키는 단계(S400), 상기 혼합분을 소정의 형상을 갖는 틀에 투입하고 압착하여 성형물을 제조하는 단계(S600), 상기 성형물을 40℃에서 20분간 건조시키는 단계(S700), 상기 성형물의 소정 영역에 씨앗을 삽입하는 단계(S800) 및 씨앗이 삽입된 성형물을 20℃ ~ 25℃에서 2시간 건조시키는 단계(S900)를 포함한다.

커피 부산물을 이용한 재식교구는 커피 부산물과 배양토, 결합제를 섞어서 제조되는 혼합분을 이용한다. 커피 부산물은 커피를 제조하고 남은 찌꺼기로서 소위 커피박이라 불린다. 보통 커피박은 폐기물관리법에 따라 생활폐기물로 분류되서 대부분 매립 또는 소각처리된다.

커피 부산물은 전체 중량대비 수분함유량이 10%미만을 유지하는 커피박을 사용하는 것이 바람직하다. 이후 과정에서 전체 혼합분의 수분함량을 조절할 수도 있으나, 커피 부산물에 포함되어 있는 수분함유량이 함께 고려되어야 한다.

배양토는 꽃, 채소작물 등의 원예식물을 재배하기 위해 적합한 흙을 가공하여 인위적으로 만든 인공토양이다. 배양토는 보통 밭흙 50%, 퇴비 40%, 모래 10%에 콩깻묵 ·깻묵 ·쌀겨 ·뼛가루 ·과인산석회 등을 섞어서 쌓아두고 도중에 2∼3회 뒤집어 섞어 수개월 걸려서 만든다. 따라서 배양토는 비료분이 풍부하고 다공성(多孔性)이며 보수력이 있고 병해충이 없는 것 등의 특징이 있다.

결합제는 커피 부산물과 배양토를 결합시키는 첨가제로서 HPC(Hydroxyrpopyl cellulose), HPC-L, CMC-NA(Carboxymethylcelluose sodium), 전젤라틴화전분(progelatinized starch), 젠탄검(Xanthan gum), 포비돈(Povidone), HPMC(Hydroxypropyl methylcellulose), PVP(Poly vinyl pyrrolidone), 규산소다, 규산칼리, 데키스토린 아라비아 고무, 폼알데하이드, 비트리파이드, 실리케이트, 셀락, 러버, 레지노이드, 베이크라이트, 실리케이트 셜락(shellac) 마그네사이트, 한천가루 및 녹말가루로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 혼합하여 제조된다.

커피 부산물 15 ~ 20 wt%, 배양토 60 ~ 75 wt% 및 결합제 1 ~ 5wt%를 섞어 혼합분을 제조하는 단계(S100)는 앞서 설명한 각 재료를 혼합하는 단계로서, 커피 부산물은 유분기와 낮은 공극률로 인하여 이후에 투입될 예정인 씨앗에 산소공급을 차단할 수 있어 혼합분의 전체 비율에서 20wt%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 결합제는 커피 부산물과 배양토가 잘 섞이도록 하며, 각 원재료를 부착시키는 기능을 수행하기 때문에 적정량 투입되는 것이 바람직하다. 결합제가 많이 첨가되는 경우에는 종피(씨앗의 겉껍질)가 정상적으로 벗겨지지 않거나 떡잎이 제대로 펼쳐지지 않을 수가 있어 5wt%이하로 투입하는 것이 권장된다.

상기 혼합분과 상기 혼합분 대비 10 ~ 20wt%의 물을 혼합하는 단계(S200)는 혼합분이 결합제에 의해서 잘 붙도록 한다. 또한, 수분이 닿았을 때 바르게 녹게하기 위하여 붕해제인 CMC, 크로스포비돈을 혼합할 수 있다.

물이 혼합된 혼합분을 채로 거르는 단계(S300)는 결합제에 의해서 뭉쳐진 혼합분을 고른 입자로 만들고, 혼합분이 이후 가공과정을 통해서 소정이상의 경도를 유지할 수 있도록 하기 위한 가공공정이다. 특히, 결합제가 뭉쳐진 경우 씨앗의 발아가 제한될 수 있어, 채로 거르는 가공과정이 필수적이다.

채로 걸러진 혼합분을 40℃에서 1시간 건조시키는 단계(S400)를 통해서 혼합분의 내부에 포함되어 있는 수분을 증발시킨다. 또한, 건조시키는 단계(S400) 이후에 혼합분에 남아 있는 수분이 완벽히 제거되지 않은 상태에서 균이 번식할 수 있어, 씨앗을 보호하기 위해서 UV살균단계(S500)가 추가될 수 있다.

상기 건조 또는 살균이 끝난 혼합분은 소정형상을 갖는 틀에 투입하고 압착시켜 성형물을 제조하는 단계(S600)를 거친다. 혼합분은 틀에 따라서 다양한 형상으로 구현될 수 있으며, 씨앗의 종류에 따라서 그에 맞는 열매의 모양으로 제작될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 실제 제작된 다양한 형상의 틀에 의해 제작되는 재식교구사진이다.

소정의 형상을 갖는 틀에 혼합분을 투입하고 압착하여 성형물의 제조가 완료되면, 성형물은 40℃에서 20분간 건조시킨다(S700). 성형물을 건조없이 내부에 씨앗을 삽입하게 되면, 성형물을 보관하는 중에 성형물 내부에서 씨앗이 발아할 수 있는 환경이 조성되고, 실제로 씨앗이 발아할 수 있어 성형물을 건조시키는 과정이 필요하다.

성형물에 대한 건조가 완료되면 성형물의 소정영역에 씨앗을 삽입하는 단계(S800)를 거친다. 씨앗은 소정의 두께를 갖는 성형물에 일정한 깊이로 투입되며, 씨앗이 삽입된 상태로 빠져나오지 않도록 메우는 과정을 거칠수도 있다.

씨앗의 삽입이 완료되면 성형물을 20℃ ~　25℃에서 2시간 건조시키는 단계(S900)를 거친다. 20℃ ~　25℃에서 건조시켜서 수분을 제거할 뿐만 아니라 30℃넘는 온도에서 건조할 경우 발생할 수 있는 씨앗의 단백질 변성을 막을 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 재직교구 제조방법의 각 단계를 상세히 살펴보았다. 이하, 실시예를 통해서 씨앗이 최상의 발아율을 갖는 성형물의 제조방법을 살펴본다.

<실시예 1>

커피 부산물과 배양토의 중량비를 조절해가면서 파프리카 씨앗의 발아 및 성형물의 강도를 함께 실험하였다.

배양토는 ㈜월드에서 제조/판매하는 흙사랑 배합토를 사용하였으며, 코코피트, 피트모스, 블랙마사토, 부엽토, 펄라이트, 제올라이트, 토탄, 무기물 성분을 포함하고 있다.

발아조건은 온도 27℃, 습도 65%, 물을 충분히 공급한 상태에서 24시간 이후 발아여부를 관찰하였다.

그 결과 아래 표 1과 같이 커피 부산물과 배양토의 중량비가 4:6이하인 성형물에서 씨앗이 발아되었다.

구분	커피 부산물 : 배양토	발아여부
실험예1	10 : 0	×
실험예2	7 : 3	×
실험예3	5 : 5	×
실험예4	4 : 6	○
실험예5	3 : 7	○
실험예6	2 : 8	○
실험예7	1 : 9	○

5:5이상의 비율(실험예 1, 2, 3)에서는 커피 부산물의 비율이 높아 씨앗에 산소가 제대로 공급되지 못하여 발아하지 않은 것으로 예측되었으며, 실험예 4, 5, 6, 7의 경우에는 씨앗의 발아가 진행된 것으로 조사되었다.

또한, 위와 같은 조건으로 압축강도실험을 진행하였고, 성형물간의 결합시에 가해지는 최대압력을 0.1kgf/cm²로 가정하고 최대압력보다 높은 압축강도를 갖는 실험예를 조사하였다.

구분	커피 부산물 : 배양토	최대압력이상의 강도
실험예1	10 : 0	○
실험예2	7 : 3	○
실험예3	5 : 5	○
실험예4	4 : 6	○
실험예5	3 : 7	○
실험예6	2 : 8	○
실험예7	1 : 9	×

실험결과 실험예 7은 성형물이 압력을 견디지 못하고 파손되었으며, 실험예 1 내지 6은 최대압력이상의 강도를 갖는 것으로 조사되었다.

결국 발아율과 강도실험을 통해서 커피 부산물과 배양토의 혼합비율은 실험예 4, 5, 6이 적절한 것으로 조사되었다.

<실시예 2>

실시예 1과 같은 조건에서 발아시간을 6시간으로 조정하여 실험예 4, 5, 6 성형물에서의 씨앗 발아율을 조사하였다.

구분	커피 부산물 : 배양토	발아율
실험예4	4 : 6	30%(정상적 발아가 아님)
실험예5	3 : 7	0%
실험예6	2 : 8	67%

실험예 4에서 발아가 발생하기는 했으나, 커피반죽의 비율이 높아 씨앗의 종피가 제대로 벗겨지지 않은 것으로 조사되었으며, 실험예 5는 발아율이 0%였으며, 가장 발아율이 높은 실험예 6은 67%의 발아율을 기록하였다.

결국, 본 발명의 실시예를 통해 커피 부산물과 배양토의 중량비율은 1 : 4가 최적의 비율임을 입증하였으며, 본 발명의 실시예에 따른 재식교구 제조방법에 의하면 씨앗이 성형물 내부에 삽입되기 때문에 물리적인 충격으로부터 씨앗 표면의 스크래치나 파손을 방지할 수 있으며, 건식 성형물이기 때문에 건조한 상태에서 오랫동안 씨앗을 보관할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 재식교구는 커피 부산물과 배양토의 조합으로 자연분해가 가능한 성분들로 이루어져 있으며, 씨앗의 생장초기에 커피 부산물로부터 각종 영양분을 공급받을 수 있어 씨앗의 생장이 촉진될 수 있는 재식교구가 제공된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

커피 부산물을 이용한 재식교구 제조방법은
커피 부산물 20 wt%, 배양토 75 wt% 및 결합제 5wt%를 섞어 혼합분을 제조하는 단계;
상기 혼합분과 상기 혼합분 대비 10 ~ 20wt%의 물을 혼합하는 단계;
상기 물이 혼합된 혼합분을 채로 거르는 단계;
채로 걸러진 혼합분을 40℃에서 1시간 건조시키는 단계;
상기 혼합분을 소정의 형상을 갖는 틀에 투입하고 압착하여 성형물을 제조하는 단계;
상기 성형물을 40℃에서 20분간 건조시키는 단계;
상기 성형물의 소정 영역에 씨앗을 삽입하는 단계; 및
씨앗이 삽입된 성형물을 20℃ ~　25℃에서 2시간 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 재식교구 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 커피 부산물과 배양토의 혼합비율은 1:4(커피 부산물 : 배양토)의 중량비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 재식교구 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 혼합분을 40℃에서 1시간 건조시키는 단계이후 UV로 살균하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재식교구 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 재식교구.