KR102574956B1 - 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법 - Google Patents

폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 선별하는 단계와; 상기 콜라겐 액상 부산물에 파인애플의 가공공정에서 발생하는 파인애플 부산물을 투입한 다음 혼합하여 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계와; 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해효소를 투입한 후 혼합하여 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계와; 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종한 후 반응시켜 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계와; 상기 저분자 콜라겐 아미노산에 다량요소 및 미량요소를 혼합하여 액상 혼합물을 조성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법을 개시한다.

Description

폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법{Manufacturing method of functional fertilizer using waste-treated livestock by-products}
본 발명은 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 선별하는 단계와; 상기 콜라겐 액상 부산물에 파인애플의 가공공정에서 발생하는 파인애플 부산물을 투입한 다음 혼합하여 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계와; 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해효소를 투입한 후 혼합하여 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계와; 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종한 후 반응시켜 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계와; 상기 저분자 콜라겐 아미노산에 다량요소 및 미량요소를 혼합하여 액상 혼합물을 조성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경문제가 인류의 생존, 특히 식량문제와 직접적으로 관련되어 전 세계적으로 관심이 집중된 가운데, 현대 농업기술의 발달은 농업 생산성을 증대시켜 식량의 안정적 공급에는 크게 기여하였으나 환경오염이라는 새로운 문제를 야기시켰다.
과다한 인공 화학비료의 사용과 투입으로 인한 토양오염(비료 집적 등), 수질오염(비료 용탈 등) 및 대기오염(비료 탈질 등) 등으로 농촌의 오염은 심화되고 있으며, 이와 같은 농업공해는 농민의 건강을 직·간접으로 위협할 뿐 아니라 자연경관을 훼손하고 농작물의 안전성을 저하하는 원인이 되고 있다.
이에 따라 환경 영향을 최소화하기 위해 지속 가능한 자원순환형 농업체계의 구축기술이 필요한 실정이다.
한편, 콜라겐(collagen)은 항피부노화, 관절염예방, 항고혈압 및 항암작용 등의 생리학적 이로움으로 인하여 활용도가 우수하며, gel 형성능력, 수분을 보유할 수 있는 보수성 및 유화물의 안정된 분산형태를 돕는 등의 기능적 특성을 지니고 있어 식육가공 산업에서 큰 각광을 받고 있다.
콜라겐의 함유량이 높은 부위는 동물(돼지 또는 소)의 피부, 뼈, 연골, 힘줄, 인대, 혈과 및 기타 결체조직에 풍부하나 식품으로서 직접적인 섭취가 어려운 단점이 있기 때문에 유용 콜라겐을 섭취하기 위하여 젤라틴(gelatin)을 추출하게 되는데, 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출한 후에는 바이오 디젤, 콜라겐 고상 부산물, 그리고 콜라겐 액상 부산물이 남게 된다.
이 가운데 상기 콜라겐 액상 부산물은 다량의 수분을 함유하는 폐기물로서 허가된 처리업체가 직접 수거하여 처리토록 하므로 절차가 까다롭고 소각처리를 위해 막대한 비용이 소모되고 있다. 또한, 해양투기에 의한 처리의 경우에 있어서도 바다의 오염 등 많은 문제점이 있었다.
이에 농업기술 분야에서는 자원순환과 환경보존을 위해 기능성이 우수한 콜라겐 액상 부산물을 유용하게 사용할 수 있는 방법의 필요성이 요구되고 있으나, 이러한 요구를 충족시킬 수 있는 구체적인 방법은 부족한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 현재 폐기되고 있는 우피 또는 돈피 슬러지로부터 콜라겐을 추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 원료로 재활용하여 기능성 비료를 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 선별하는 단계와; 상기 선별된 콜라겐 액상 부산물 100중량부에 대하여, 파인애플의 가공공정에서 발생하는 파인애플 부산물 1~10중량부를 투입한 다음 혼합하여 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계와; 상기 조성된 고분자 젤라틴 액상 부산물 100중량부에 대하여, 펩신(Pepsin), 트립신(Trypsin), 키모트립신(Chymotrypsin), 파파인(Papain) 및 브로멜라인(Bromelain)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 단백질 분해효소 0.1~1중량부를 투입한 후 혼합하여 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계와; 상기 조성된 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종한 후 반응시켜 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계와; 상기 조성된 저분자 콜라겐 아미노산에 다량요소 및 미량요소를 혼합하여 액상 혼합물을 조성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계에서 상기 콜라겐 액상 부산물에 파인애플 부산물을 투입하고 혼합한 후에는 25~50℃로 24~48시간 반응시키고, 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계에서 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해효소를 투입하고 혼합한 후에는 30~40℃로 24~48시간 반응시키며, 상기 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계에서 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 균주를 접종한 후에는 25~50℃로 24~48시간 반응시키는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명에서 상기 균주는 토양 또는 청국장으로부터 추출된 균주로서 3세대 이상 계대배양시켜 분리한 바실러스 아밀로리퀴파시언스(Bacillus amyloliquefaciens)인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 액상 혼합물은 상기 저분자 콜라겐 아미노산 100중량부에 대하여 다량요소 15~70중량부 및 미량요소 0.5~10중량부가 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 다량요소는 질산, 요소, 황산암모늄, 질산암모늄, 질산암모늄칼슘, 질산칼륨, 인산, 인산암모늄, 인산칼륨, 황산칼륨, 수산화칼륨 중에서 선택된 하나 또는 그 이상이고, 상기 미량요소는 황산금속수화물, 요오드산칼륨, 요오드산칼슘, 아셀렌산나트륨, 몰리브덴산나트륨, 붕산 중에서 선택된 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 폐기물로 분류되는 콜라겐 액상 부산물을 비료의 원료로 재활용함으로써 콜라겐 액상 부산물의 처리를 위한 비용, 인력, 시간을 절감할 수 있으며, 돈피 및 우피의 부가가치를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고분자 젤라틴 액상 부산물 조성단계에서 첨가되는 파인애플의 당(糖) 성분에 의해 향미가 향상되며, 특히 파인애플에 함유된 브로멜라인(Bromelain) 효소에 의해 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물의 단백질 분해를 도울 수 있으며, 단백질 분해효소 및 균주를 순차적으로 첨가 및 혼합하여 단백질의 분해를 통한 아미노산의 전환이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계에서 접종되는 균주로부터 염류집적개선, 탈질억제, 토양 내 불용성 양분의 가용화, 양분이용률 증진, 온난화가스 발생억제 및 살균,살충효과 등을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명은 요소, 질산암모늄, 인산칼륨, 질산칼륨 등의 다량요소의 성분 및 황산금속수화물, 붕산, 몰리브덴산나트륨, 요오드산칼륨, 황산코발트, 아셀렌산나트륨 등의 미량요소의 성분을 적극 활용하여 다양한 영양소를 식물에 부여함으로써 과수류나 농작물의 뿌리 등에 영양성분이 빠르게 공급되도록 하여 수확량을 향상시키는 있는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조공정도.
본 발명을 설명함에 있어서 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조공정도이다. 도 1과 같이 본 발명은 콜라겐 액상 부산물 선별단계(S10)과, 고분자 젤라틴 액상 부산물 조성단계(S20)와, 중분자 젤라틴 액상 부산물 조성단계(S3)과, 저분자 콜라겐 아미노산 조성단계(S40)와, 액상 혼합물 조성단계(S50)를 포함한다.
상기 콜라겐 액상 부산물 선별단계(S10)은 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 선별하는 단계이다.
콜라겐은 동물의 결합조직인 껍질(skin), 건(tendon), 인대(ligament) 및 뼈(bone)에 많이 함유되어 있고, 이를 전자현미경으로 보면 복잡한 가로무늬 구조로 되어 있으며 물, 묽은 산, 묽은 알칼리에 불용성이지만 끓이면 젤라틴이 되어 용해된다.
젤라틴은 동물의 껍질, 힘줄, 연골 등을 구성하는 천연단백질인 콜라겐에서 추출하여 얻어지는 유도 단백질의 일종으로써, 돈피 또는 우피(돼지 또는 소의 껍데기)를 알칼리 또는 산 처리 후 열탕에서 끓여서 추출, 정제, 농축, 살균공정을 거쳐 사람이 먹을 수 있도록 생산되는 식품첨가물이다.
이러한 젤라틴은 무색 또는 미황색으로 투명하고 부스러지기 쉬우며 맛과 냄새가 거의 없고, 팽화력이 커서 물을 5~10배 흡수하며, 35~40℃의 수용액에서 겔을 형성한다. 찬물에는 팽창만 하지만, 온수에는 녹아서 졸(sol)이 되고, 2~3% 이상의 농도에서는 실온에서 탄성이 있는 겔(gel)이 되는 이화학적 성질을 갖는다.
일반적으로 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출하는 과정을 살펴보면, 먼저 상기 돈피 또는 우피를 산처리한 뒤에 물과 함께 가열하여 콜라겐을 가수분해하여 추출하고, 추출된 콜라겐 용액을 고밀도의 여과기를 이용하여 여과시켜 추출된 콜라겐 용액에 포함된 이물질을 제거한 뒤에 농축 및 살균 및 건조 공정을 거쳐 최종적으로 섭취가능한 제품으로 조성된다.
여기에서, 이물질이 제거된 상기 콜라겐 용액은 폐처리되는 부산물로서, 본 발명은 이러한 콜라겐 액상 부산물을 별도 선별하여 비료의 원료로 사용한다.
다음으로, 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물 조성단계(S20)는 상기 콜라겐 액상 부산물에 파인애플 부산물을 투입한 다음 혼합하여 고분자 젤라틴 액상 부산물로 조성하는 단계이다.
여기에서, 상기 파인애플 부산물은 파인애플의 가공공정에서 발생하는 부산물로서, 예를 들어 파인애플의 통조림 공장에서 발생하는 액상의 유기성 폐기물일 수 있다.
파인애플(pineapple)은 파인애플과의 상록 다년초로서, 상쾌한 신맛과 함께 단맛이 있다. 열매의 성분으로는 비타민C가 풍부하게 함유되어 피로회복에 좋고, 식욕을 증진해주는 구연산 성분이 함유되어 있어 식욕을 증진시켜주고, 식이섬유가 풍부하게 함유되어 있으며, 유산 혐기성 발효를 촉진시키는 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 기능성 비료는 이러한 파인애플의 당(糖) 성분에 의해 향미가 향상되는 효과를 기대할 수 있으며, 특히 파인애플에 함유된 브로멜라인(Bromelain) 효소의 단백질을 녹여 소화시키는 기능을 통해 상기 콜라겐 액상 부산물의 단백질 분해를 유도한다. 브로멜라닌(Bromelain) 이라 함은 브로멜리아세아애(Bromeliaceae)에 속하는 식물의 주요한 시스테인 단백질가수분해효소(cystein protease)의 총칭으로서, 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에서 상기 파인애플 부산물은 상기 콜라겐 액상 부산물 100중량부에 대하여 1~10중량부가 첨가되는 것이 바람직하다. 만약 상기 파인애플 부산물이 1중량부 미만으로 적정한 단백질 분해가 이루어지지 않는 문제점이 있을 수 있으며, 10중량부를 초과하게 되면 최종 산물의 순도가 낮아지는 문제점이 있을 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 상기 콜라겐 액상 부산물에 파인애플 부산물을 첨가 및 혼합한 후에는 25~50℃로 24~48시간 반응시키면 상기 파인애플에 함유된 당 성분이 발효되면서 아미노산, 비타민, 그리고 브로멜라인의 함유율이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.
다음으로, 상기 중분자 젤라틴 액상 부상물 조성단계(S30)는 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해효소를 투입한 후 혼합하여 중분자 젤라틴 액상 부산물로 조성하는 단계이다.
여기에서, 상기 단백질 분해효소는 펩신(Pepsin), 트립신(Trypsin), 키모트립신(Chymotrypsin), 파파인(Papain), 브로멜라인(Bromelain)으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 또는 그 둘 이상을 선택적으로 사용할 수 있다.
상기 키모트립신은 단백질을 가수분해시킴과 동시에 유기물의 에스테르결합을 신속하게 가수분해하여 상기 키모트립신에 의해 단백질이 가수분해됨은 물론이고 에스테르화합물인 지방이 가수분해된다. 상술한 효소들은 단백질의 분해 목적으로 널리 이용중인 것으로, 이하 자세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명에서 상기 단백질 분해효소는 고분자 젤라틴 액상 부산물 100중량부에 대하여 0.1~1중량부가 투입되는 것이 바람직하다. 만약 상기 단밸질 분효호소가 0.1중량부 미만으로 투입되면 성분 미달로 인하여 기대하는 단백질 분효 효과를 얻지 못할 수 있으며, 1중량부를 초과하게 되면 제조단가가 상승하게 되고, 추가적인 효과를 얻을 수 없다. 또한, 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해효소를 첨가 및 혼합한 후에는 30~40℃로 24~48시간 반응시키는 것이 바람직하다. 만약, 반응 온도가 30℃ 미만이면 효소 분해 효율이 떨어지게 되고, 40℃를 초과하면 분해효소의 활성이 떨어지고 효소 사멸에 의한 발효효율이 떨어질 수 있다. 또한, 반응시간이 상기의 범위를 벗어나면 기대하는 단백질 분해 효과를 얻지 못할 수 있으므로 바람직하지 않다.
다음으로, 상기 저분자 콜라겐 아미노산 조성단계(S40)는 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종한 후 반응시켜 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계이다.
본 발명에 따른 상기 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주는 또한, 상기 균주는 토양이나 청국장으로부터 추출된 균주로서 3세대 이상 계대배양시켜 분리한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 균주는 청국장으로부터 추출되어 3세대 계대배양시켜 분리한 바실러스 아밀로리퀴파시언스(Bacillus amyloliquefaciens)일 수 있다. 여기에서, 계대배양이란 세포, 구체적으로 줄기세포를 건강한 상태로 지속적으로 장기간 배양하기 위해 세포의 대를 계속 이어서 배양하는 방법으로서, 배양용기를 교체하는 것 또는 세포군을 나누어 배양하는 것을 의미한다. 한 차례 배양용기 교체 또는 세포군을 나누어 배양하는 것을 1계대라고 한다.
상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종할 경우 중분자 젤라틴 액상 부산물에 함유된 유기물이 분해되는 효과를 얻을 수 있고, 균주로부터 생성되는 유익한 항균물질을 통해 항균성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 알칼리성의 분해효소를 분비하여 단백질, 섬유소 등의 유기물 분해 및 발효를 촉진하여 인산 및 질산화합물 분해 및 유해가스를 제거하며, 살균, 살충작용 효과와 축산환경 개선효과를 제공한다.
상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종할 경우 중분자 젤라틴 액상 부산물에 함유된 유기물이 분해되는 효과를 얻을 수 있고, 균주로부터 생성되는 유익한 항균물질을 통해 항균성이 향상되는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 알칼리성의 분해효소를 분비하여 단백질, 섬유소 등의 유기물 분해 및 발효를 촉진하여 인산 및 질산화합물 분해 및 유해가스를 제거하며, 살균, 살충작용 효과와 축산환경 개선효과를 제공한다.
바람직하게는, 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 균주를 접종한 후에는 25~50℃로 24~48시간 반응(발효)시키는 것이 좋으며, 배지는 균주의 배양에 널리 사용되는 MRS브로스 배지를 사용하거나, 또는 탄소원, 질소원, 비타민 및 미네랄을 포함하는 배지를 사용할 수 있다. 또한, 상기 균주의 증식을 촉진하기 위하여 발효 배지에 해수 유래미네랄 농축수, 유황의 수분산액, 일라이트의 수분산액 중 하나 또는 그 이상을 첨가할 수 있다. 만약, 반응 온도가 25℃ 미만이면 효소 분해 효율이 떨어지게 되고, 50℃를 초과하면 균주 사멸에 의한 발효효율이 떨어질 수 있다. 또한, 반응시간이 상기의 범위를 벗어나면 기대하는 소화율 향상 효과를 얻지 못할 수 있으므로 바람직하지 않다.
다음으로, 상기 액상 혼합물 조성단계(S50)는 상기 저분자 콜라겐 아미노산에 다량요소 및 미량요소를 혼합하여 액상 혼합물을 조성하는 단계이다.
먼저, 본 발명에서 상기 다량요소는 질산, 요소, 황산암모늄, 질산암모늄, 질산암모늄칼슘, 질산칼륨, 인산, 인산암모늄, 인산칼륨, 황산칼륨, 수산화칼륨 중에서 선택된 하나 또는 그 이상일 수 있다.
요소(CH4N2O)는 인산 비료나 모래 등과 섞어 밑거름이나 덧거름으로 사용되는 주요 미네랄로서, 질소의 공급원이며, 토양속에서 미생물이 가진 효소 유레아제에 의하여 탄산암모늄으로 분해된다. 특히 암모늄계 비료인 바, 높은 농도에서는 독성을 나타낼 수 있으나, 낮은 농도에서는 지속적으로 식물에 공급되는 경우 잔뿌리로 얽힌 식물 뿌리의 생장을 촉진하며, 결과적으로 식물 뿌리를 통해 양분의 흡수가 활발하게 이루어지도록 함으로써 재배 식물의 생장을 촉진할 수 있다.
또한, 질산암모늄(NH4NO3)은 질산과 암모니아가 반응하여 생성되는 염으로서, 질산용액에 암모니아 가스를 주입하여 얻을 수 있으며 수용성이다. 비료용으로 주로 사용되는 질산암모늄의 질소함량은 33~35중량%이며, 질산형태의 질소와 암모니아형태의 질소가 반씩 포함될 수 있다.
또한, 질산칼륨(KNO3)은 무색의 기둥모양 결정 또는 백색의 결정성 분말로 존재하는 칼륨의 질산염으로서, 식물에 질소를 공급하여 생장을 도우며, 물에 대한 용해도가 높다.
인산칼륨(KH2PO4)은 인산과 칼륨의 염을 총칭하는 것으로, 칼륨비료의 원료로 사용된다. 인산은 식물체 내에서 각종의 중간 대사산물과 결합되며, 세포막을 구성한다. 종자의 저장조직에서 발아 시 대사작용의 중요한 역할을 하며, 식물체 내에서 인산이 부족할 경우, 핵산의 합성이 감소되어 결국 단백질의 합성에 영향을 미치게 된다. 칼륨은 수분의 흡수 또는 호흡 시 식물체 내에서 기공의 개폐에 중요한 역할을 하며, 식물의 광합성 및 아미노산으로부터의 단백질 합성 등을 촉진하여 식물 생육을 촉진한다. 상기 칼륨이 부족할 경우 잎의 백화 또는 황화 현상이 진행되고, 병충해에 약하게 된다.
질산칼륨(KNO3)은 무색의 기둥모양 결정 또는 백색의 결정성 분말로 존재하는 칼륨의 질산염으로서, 식물에 질소를 공급하여 생장을 도우며, 물에 대한 용해도가 높다.
황산칼륨(K2SO4)은 칼륨비료로 사용되는 외에 냄새가 거의 없어 각종 비료와 배합시킬 수 있다. 비효(肥效)는 속효성이며, 황산암모늄·과인산 등과 함께 기비(基肥)로 사용된다.
다음으로, 본 발명에서 상기 미량요소는 황산금속수화물, 요오드산칼륨, 요오드산칼슘, 아셀렌산나트륨, 몰리브덴산나트륨, 붕산 중에서 선택된 하나 또는 그 이상일 수 있다.
먼저, 본 발명에서 상기 황산금속은 황산철(FeSO4), 황산아연(ZnSO4), 황산망간(MnSO4), 황산구리(CuSO4), 황산코발트(CoSO4) 중에서 선택된 하나 또는 그 이상일 수 있으며, 상기 황산금속수화물은 황산금속 제1 내지 제7수화물 중에서 선택된 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 황산금속수화물은 황산아연1수염(ZnSO4H2O)일 수 있다.
상기 황산철(FeSO4)은 철의 황산염으로서, 미량요소인 황, 철의 공급원이며, 상기 황산아연(ZnSO4)은 아연의 황산염으로서, 미량요소인 황, 아연의 공급원이고, 무색의 분말이며 수용성이다.
또한, 상기 황산망간(MnSO4)은 망간의 무색의 고체 황산염으로서, 미량요소인 황, 망간의 공급원이며, 상기 황산구리(CuSO4)는 황, 구리의 공급원으로서 엽록소의 생성과 관계가 있고 엽록소와 결합하여 안정화하여 보호하는 역할을 하고, 황산코발트(CoSO4)는 코발트의 공급원으로서 뿌리발근의 핵심 원소이다.
또한, 요오드산칼륨(KIO3)과 요오드산칼슘(CaIO3)은 요오드의 공급원으로서 식물체 내 질소 흡수와 관련된 역할을 수행하며, 아셀렌산나트륨(Na2SeO3)은 셀레늄의 공급원으로서 면역체계유지에 필수적인 원소이다.
또한, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4)은 몰리브데넘의 산소산으로서 몰리브덴의 공급원이며 붕산(H3BO3)은 붕소의 공급원으로서 식물의 잎에서 광합성한 당분을 과실과 가지 및 뿌리에 전류되는 것을 도우며, 개화 수정할 때 꽃가루의 발아와 화분관의 신장을 촉진시켜 결실율을 증가시키는데 도움을 준다.
일반적으로 식물은 물과 이산화탄소 이외에 식물이 살아가는 데는 반드시 필요한 필수원소로서, 질소, 인산, 칼륨 등의 다량요소와, 철, 망간, 구리, 아연, 붕소, 몰리브덴, 요오드, 코발트, 셀레늄 등의 미량요소가 있다.
여기에서, 특히 미량요소는 식물생장에 필요한 질소(N), 인산(P), 칼륨(K) 등의 다량요소 외에 필수성분으로 미량이지만 결핍현상이 발생하면 작물에 치명적인 문제가 발생될 수 있는 식물 생육에 반드시 필요한 영양성분이다.
비료관리법 제4조에 의해 농촌진흥청고시로 정한 비료공정규격에 따르면 미량요소복합비료의 주성분으로서 붕소(B2O3), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn) 중에서 2종 이상을 정해진 최소량 이상으로 수용성으로 함유할 것을 보증하도록 규정하고 있으며, 비소(As), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티탄(Ti), 아질산(NO2), 아황산(SO3), 카드뮴(Cd) 등의 유해성분의 허용 최대량을 규정하고 있다.
그런데, 종래에 개시된 다양한 비료 중에서 미량요소복합비료의 경우 대부분 황산염을 이용하여 제조된 화학비료로서 토양 양분 불용화를 유발하며 보증성분 이외에 다양한 미네랄의 공급이 어려운 실정이며, 이에 따라 이들 화학비료는 토양 중 염류집적을 일으키는 주범이 되고 있다.
이에 반하여, 본 발명에 따른 기능성 비료는 지속적으로 식물의 생장을 촉진할 수 있도록 다량요소와 미량요소를 적정함량으로 포함함으로써 다양한 영양소가 식물에 고르게 부여되도록 할 수 있으며, 토양의 염류집적을 예방하고 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 액상 혼합물은 상기 저분자 콜라겐 아미노산 100중량부에 대하여 다량요소 15~70중량부 및 미량요소 0.5~10중량부가 혼합되어 조성될 수 있다. 여기에서, 상기 다량요소의 혼합비율은 혼합시 암모늄 독성을 최소화하기 위한 정도의 충분한 암모늄(NH4) 농도가 달성되도록 조절하기 위하여 설정된 수치로서, 특히 상기 요소는 7중량부 미만으로 첨가되면 함량 미달로 인해 토양에 암모늄태 질소성분이 충분히 유지되기 어려우며, 45중량부를 초과하는 경우 토양의 산성화가 급격히 진행되며, 암모늄의 독성으로 식물의 생장이 제한될 수 있으므로 상기의 범위 내에서 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 다량요소가 15중량부 미만으로 혼합되면 원료의 공급에 의해 토양이 산성화되지 않아 상기의 효과가 미미하며 70중량부를 초과하면 상기의 효과는 크게 향상되지 않으면서 황산이온(S042-)의 축척이 야기되며 제조비용을 증가시키게 되므로 바람직하지 않다.
실시예.
돈피로부터 콜라겐을추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 선별하였다.
다음으로, 상기 콜라겐 액상 부산물 100중량부에 대하여 파인애플의 가공공정에서 발생하는 액상의 파인애플 부산물 2중량부를 투입한 다음 혼합한 후 35℃로 30시간 반응시켜 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하였다.
다음으로, 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물 100중량부에 대하여 키모트립신(Chymotrypsin) 0.1중량부를 투입한 다음 혼합시켜 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하였다. 이때, 효소 분해 효율이 저하되지 않도록 상기 키모트립신을 혼합한 후 25℃로 24시간 반응시켰다.
다음으로, 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 청국장으로부터 추출된 균주로서 3세대 계대배양시켜 분리한 바실러스 아밀로리퀴파시언스(Bacillus amyloliquefaciens)를 접종한 후 40℃로 48시간 반응시켜 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하였다.
다음으로, 상기 저분자 콜라겐 아미노산 100중량부에 대하여 다량요소로서 요소(CH4N2O) 30중량부, 질산암모늄(NH4NO3) 7중량부, 인산칼륨(KH2PO4) 7중량부와, 질산칼륨(KNO3) 3중량부를 혼합하고, 미량요소로서 황산철1수염(FeSO4H2O) 2중량부와, 황산아연1수염(ZnSO4H2O) 1.5중량부와, 황산망간1수염(MnSO4H2O) 1.1중량부와, 요오드산칼륨(KIO3) 0.4중량부와, 몰리브덴산나트륨(Na2MoO4) 0.5중량부와, 붕산(H3BO3) 0.5중량부를 혼합하여 본 발명의 실시예에 따른 액상 혼합물을 조성하였다.
하기의 표 1은 열무 50포기에 대하여 본 발명의 실시예에 따라 제조된 기능성 비료의 4,000배 희석액을 일반토양에 시비한 처리구와, 일반토양만으로 이루어진 대조구의 비교 실험결과를 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 기능성 비료는 시비되는 작물의 특성에 따라 물에 희석하여 사용할 수 있으며, 희석액을 정기적으로 엽면에 살포하거나 관주하는 방법으로 식물에 공급할 수 있다. 표 1에서 pH와 OM 및 유효인산은 각각 토양에 대한 측정결과이며, 엽수, 엽폭, 뿌리길이 및 뿌리무게는 상기 열무 50포기에 대한 평균값을 계산한 것이다.
토양 pH O.M(%) 유효인산
(mg/kg)		 엽수(매) 엽폭(mm) 뿌리길이
(cm)		 뿌리무게
(g)
실시전 5.34 2.25 512.38 225.3 5.4 16.8 101.5
실시후 6.09 3.15 437.45 301.2 6.7 21.7 117.8
(여기에서, O.M(Organic Matter)은 토양내 유기물 함량임.)
표 1과 같이 본 발명에 따른 기능성 비료를 작물에 시비하면 다량원소, 미량원소, 비타민, 식물 호르몬이 공급되어 식물의 대사활성이 좋아지고, 잔뿌리가 많이 발달하여 줄기가 튼튼하며 잎의 확산층이 두꺼워지고, 생육도 촉진되는 것을 알 수 있다. 또한, 세포분열과 세포확대가 촉진되어 뿌리 발달이 왕성하고 근모가 많아져서 양분의 흡수 이동이 좋아지게 됨에 따라 영양부족 현상이 없고 병해가 없으므로 평균 수확량이 증가하며, 모양, 색채, 맛, 당도, 크기가 아주 좋아지는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출하는 과정에서 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 비료의 원료로 재활용함으로써 폐기물의 처리를 위한 비용, 인력, 시간을 절감할 수 있으며, 특히 저분자 콜라겐 아미노산을 무기물 형태의 미네랄과 킬레이트 반응시킴으로써 미네랄 흡수율이 현저히 높아지게 되어 가축의 성장 촉진효과를 기대할 수 있으며, 각종 대사 작용과 효소 체계와, 면역체계 및 호르몬 체계가 보다 안정적으로 유지되도록 한 것으로, 당업자로서는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 설명을 고려하여 충분히 변경, 변환, 치환 및 대체할 수 있을 것이고, 상술한 실시예에만 한정되지는 않는다.

Claims (6)

  1. 돈피 또는 우피로부터 콜라겐을 추출한 후 폐처리되는 콜라겐 액상 부산물을 선별하는 단계(S10)와;
    상기 선별된 콜라겐 액상 부산물 100중량부에 대하여, 파인애플의 가공공정에서 발생하는 파인애플 부산물 1~10중량부를 투입한 다음 혼합하여 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계(S20)와;
    상기 조성된 고분자 젤라틴 액상 부산물 100중량부에 대하여, 펩신(Pepsin), 트립신(Trypsin), 키모트립신(Chymotrypsin), 파파인(Papain) 및 브로멜라인(Bromelain)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 단백질 분해효소 0.1~1중량부를 투입한 후 혼합하여 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계(S30)와;
    상기 조성된 중분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해능 및 항균 활성이 우수한 균주를 접종한 후 반응시켜 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계(S40)와;
    상기 조성된 저분자 콜라겐 아미노산에 다량요소 및 미량요소를 혼합하여 액상 혼합물을 조성하는 단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계(S20)에서 상기 콜라겐 액상 부산물에 파인애플 부산물을 투입하고 혼합한 후에는 25~50℃로 24~48시간 반응시키고,
    상기 중분자 젤라틴 액상 부산물을 조성하는 단계(S30)에서 상기 고분자 젤라틴 액상 부산물에 단백질 분해효소를 투입하고 혼합한 후에는 30~40℃로 24~48시간 반응시키며,
    상기 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계(S40)에서 상기 중분자 젤라틴 액상 부산물에 균주를 접종한 후에는 25~50℃로 24~48시간 반응시키는 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 저분자 콜라겐 아미노산을 조성하는 단계(S40)에서 접종되는 균주는 토양 또는 청국장으로부터 추출된 균주로서 3세대 이상 계대배양시켜 분리한 바실러스 아밀로리퀴파시언스(Bacillus amyloliquefaciens)인 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액상 혼합물을 조성하는 단계는 상기 저분자 콜라겐 아미노산 100중량부에 대하여, 다량요소 15~70중량부 및 미량요소 0.5~10중량부가 혼합되어 조성되는 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다량요소는 질산, 요소, 황산암모늄, 질산암모늄, 질산암모늄칼슘, 질산칼륨, 인산, 인산암모늄, 인산칼륨, 황산칼륨 및 수산화칼륨 중에서 선택된 하나 또는 그 이상이고,
    상기 미량요소는 황산금속수화물, 요오드산칼륨, 요오드산칼슘, 아셀렌산나트륨, 몰리브덴산나트륨 및 붕산 중에서 선택된 하나 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는 폐처리되는 가축 부산물을 원료로 하는 기능성 비료의 제조방법.
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