KR19990007724A - 톱밥과 음식물 쓰레기를 발효시켜서 제조된 사료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이물질이 제거된 음식물 쓰레기를 수집하여 분쇄하는 단계; 톱밥에 미생물 균주를 첨가하고 교반하는 단계; 상기 분쇄된 음식물 쓰레기와 톱밥을 혼합하는 단계; 미생물 균주와 혼합된 상기 혼합물을 통기상태에서 발효숙성시키는 단계; 및 발효가 완료된 재료를 저작 또는 섭식이 용이한 사료 형태로 제형화하는 단계로 이루어지는 사료의 제조방법으로서, 상기 음식물 쓰레기와 톱밥의 배합 중량비율은 습윤 정도에 따라 30:70 내지 70:30이고, 숯 제조시에 발생되는 증기를 응축시킨 목초액을 음식물 쓰레기의 수집 직후에 첨가하여 교반함으로써 사료 물질의 부패작용을 중지시키는 단계를 수행하며, 상기 발효 및 숙성 단계에 첨가되는 미생물 균주는 공지의 고온호기성 아포균, 유산균류(lactobacilus), 사상균류(fungi)중 phycomycetes에 속하는 털곰팡이 및 ascomycetes에 속하는 효모(yeast), 그리고 방선균류(actinomycetes)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 호기성 미생물로서 1내지 2kg/t의 양으로 첨가되며 통기조건하에서 2주 내지 3주간 발효를 진행시킨 후 제형화시킨다.

Description

톱밥과 음식물 쓰레기를 발효시켜서 제조된 사료 및 그 제조방법

본 발명은 톱밥과 음식물 쓰레기를 발효시켜서 제조된 사료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리그닌(lignin)을 주성분으로 하는 톱밥을 음식물 쓰레기와 혼합하고 미생물 및 소량의 첨가물을 첨가하여 발효시킴으로써 제조된 양질의 사료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

예컨대 소, 돼지, 말, 염소, 토끼 등과 같은 가축류나 예컨대 닭, 오리, 거위, 메추라기 등과 같은 가금류를 특히 집단적으로 사육하는 농장 또는 목장들에서는, 항상 상기 가축이나 가금류의 사료를 가능한 한 양질의 것으로 차질없이 제공하는 것이 최대의 관심사이며, 또한 각종 질병의 예방 또는 치료가 필수적인 과제로 대두된다.

만일 상기 사료의 공급이 양적으로 원활하지 못하거나 영양가의 면에서 질적으로 불량할 경우에는 가축 또는 가금류의 성장이 불량해지고 질병 등에 대한 저항력도 낮아지게 되며, 특히 질병이 발생하는 경우에는 대단히 큰 손해를 초래하게 되므로 양질의 사료 공급과 지속적인 방역이 초미의 관심사이다.

그러나, 상기와 같은 사료와 방역에 소요되는 비용의 상승은 직접적으로 축산 원가의 상승을 초래하게 되고 축산물의 가격 변동은 이와 별도로 형성되기 때문에, 때로는 축산업자가 운영상의 심각한 경제적 타격을 받게 될 소지를 배제할 수 없게 된다.

한편, 음식물 쓰레기의 취급 또는 처리가 토양 및 수질에 대한 환경오염과 관련하여 심각한 문제로 대두된 것은 이미 세계적인 추세이며, 특히 국내에서는 그 폐해가 막대함에도 불구하고 이에 대한 적당한 해결책이 아직 제시되지 못하였거나, 설사 예컨대 음식물 쓰레기를 탈수시킨 후 발효 등의 단계를 거쳐 사료로서 제공하는 등, 부분적으로 해결책을 제시된 바 있었던 것들도 소규모 처리에 국한될 수 밖에 없고 공정중에 과대한 에너지의 사용 등으로 인해 비용의 측면에서도 아직 성공적인 사례로 평가될 수 없는 수준에 머물러 왔다.

음식물 쓰레기는 그 자체를 금전으로 환산할 때 막대한 가치를 가지고 있음에도 불구하고 지금까지 제대로 성공적인 활용 방안을 찾지 못해왔으며, 처리에 있어서도 막대한 비용을 필요로 하므로 이중적인 낭비의 요인이 되어 왔다.

실제로, 일반 가정이나 식당, 식품가공 공장, 수산물 처리장, 도축장 등등에서 버려지는 모든 유기질 또는 무기질 재료가 그 자체로서 이미 영양학상 상당한 가치를 가지고 있고, 그 경제적 가치를 제고해본다면 실로 막대한 액수로 평가된다는 사실은 이미 공지되어 있다. 이러한 재료를 소재로 하여 양질의 사료를 제조 공급할 수 있다면, 많은 양의 사료를 구입에 의존하는 낙농축산업계 뿐만 아니라 국가경제의 면에서나 산업상의 측면에서 매우 획기적인 전기가 될 것이고, 폐기처리할 경우에 사용되는 방법상의 면에서나 투여되는 비용의 절감 측면에서도 매우 경제적 가치가 높은 일이다.

근래에, 이와 같은 점에 착안하여, 음식물 쓰레기를 가공처리하여 사료 또는 비료로 재활용하고자 하는 방안이 수없이 제시되어온 바 있다.

예를 들어, 특허출원 제 95-41065호(1995. 11. 13)에서는 생선이나 가축의 가공시에 나오는 폐기물에 미강, 빵/과자 부스러기 등을 넣고 발효시킨 발효물에 음식물 쓰레기, 식품공장 슬러지, 메주, 보리찌꺼기 등의 혼합하고 고속고온(100-600℃ 열풍)으로 멸균처리 및 탈수하여 분쇄하고 미생물을 3-4대 번식시킨 후 고정화하여 유기질 사료를 제조하는 방법을 개시한 바 있다.

그러나, 상기 방법은 실제 일반적인 음식물 쓰레기에 광범위하게 적용하기가 어렵고, 음식물 쓰레기로부터 고형분만을 사용하고 탈수를 시킴으로써 오수의 처리문제가 여전히 문제시되고, 음식물의 종류가 분류되어야 하는 전제조건이 있으며, 공정이 번잡하고, 입수가 용이하지 않은 첨가물이 다수 존재하며, 전력, 시설 또는 연료 등의 에너지 사용이 많아서 오히려 공정비용이 상승되는 문제점을 가지게 되었다.

특허출원 97-45977호에도 음식물 찌꺼기의 분류과정만이 배제되었을 뿐 상기와 유사한 내용이 제안되었다.

그러나, 상기 방법들에 있어서는 음식물 쓰레기를 사용하여 사료를 제조하는 실제 가공처리의 작업에서, 예컨대 음식물 쓰레기가 혐기성 미생물에 의해 부패하게 되거나 생산물이 영양상 불량하고 사료 등으로서 적합하지 못하게 되는 경우가 대부분이었고, 특히 유익한 발효작용을 하는 미생물의 선택에 있어서나 상기 미생물이 소기의 발효작용을 할 수 있는 여건을 조성해주는 조건 등, 직면하게 되는 여러가지 문제점들을 해결하지 못하여 소기의 성과를 거두지 못하였고 단지 부분적으로 시도에 의의를 두는 경우가 대다수였다.

또한, 특히 저작 및/또는 반추작용을 하는 예컨대 소, 염소 등과 같은 초식동물들은 항상 어느 정도의 포만감이 유지되어야 하는 필요성이 있는 바, 이를 위해서는 예컨대 셀룰로오스 등과 같이 소화에 어느정도 시간이 소요되는 성분들이 사료중에 충분히 포함되어 있어야 하는데, 일반 음식물 쓰레기에는 필요한 정도의 셀룰로오스가 함유되지 않으므로 이것을 사용하여 제조된 종래의 사료는 가축의 양호한 섭식요구도에도 부합되지 못하는 결점이 있어 왔다.

또한, 종래의 기술에 따르면, 원재료의 부패를 막기 위해 고열 등을 사용하는 추가의 공정비용이나, 재료의 영양상태를 보강하기 위해 여러 가지 첨가물을 사용하고 있어서 이로 인한 제조 원가의 상승이 초래되고 이것이 오히려 비용의 부담을 가중시키는 경우도 많았다.

즉, 당해 기술분야에서 시도되었거나 제안된 바 있는 종래의 사료들은 우선 원재료에 있어서 탈수로 인한 별도의 처리비용 및/또는 수질오염의 유발이 문제시되고, 그 다음으로는 상기 원료의 부패 등을 효과적으로 제어하지 못하였으며, 발효 및 숙성 공정에 있어서도 소기의 발효를 진행시키지 못하였고, 설사 부분적으로 양호한 사료가 제조되었다 하더라도 이는 비용의 면에서 만족할만한 것이 못되었고, 또한 소규모의 소량생산에 그치는 경우였을 뿐, 실제 사용될 수 있는 산업적 수준의 대량생산에는 적용할 수 없는 정도의 것이었다.

따라서, 음식물 쓰레기의 막대한 재원을 활용하여 환경상의 오염원인을 배제함과 동시에 쓰레기로서 폐기하는데에 드는 비용도 절약할 수 있는 차원에서 가격이 저렴한 양질의 사료를 대량생산하는 성공적인 방법에 대한 요구가 지속적으로 있어 왔다.

이러한 점에서 본 발명의 목적은, 종래의 기술에 있어서 상기와 같이 극복되지 않은 문제점들을 해결하여, 제조 원가가 저렴하고 공정이 간단한 양질의 사료를 대량생산할 수 있는 사료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명자들의 다양한 실험을 통해 집중적으로 예의 연구한 결과, 사료의 원재료, 즉 음식물 쓰레기의 부패를 방지하기 위한 효과적인 수단, 발효를 담당할 미생물의 효과적인 선별 및 사용, 발효조건, 기간 등을 설정함으로써 상기 목적을 달성하게 되어 본 발명을 완성하였다.

본원에 있어서, 용어 사료는 혼합사료(TMR사료)를 의미하는 것으로 사용하기로 한다.

본 발명에 따르면, 음식물 쓰레기와 톱밥을 주재료로 사용하여 양질의 사료를 제조하는 방법 및 이 방법으로 제조된 사료가 제공된다. 본 발명의 방법은,

- 이물질이 제거된 음식물 쓰레기와 톱밥을 혼합하는 단계;

- 미생물 균주를 첨가하고 교반하는 단계;

- 미생물 균주와 혼합된 상기 혼합물을 통기 상태에서 발효 및 숙성시키는 단계; 및

- 발효가 완료된 재료를 가축 및 가금류가 저작 또는 섭식하기에 용이한 형태의 사료로 제형화하는 단계

로 이루어지며, 상기 음식물 쓰레기와 톱밥의 배합 중량비율이 습윤 정도에 따라 30:70 내지 70:30이고, 숯 제조시에 발생되는 증기를 응축시킨 목초액 또는 그 희석액을 상기 음식물 쓰레기의 수집 직후에 첨가함으로써 부패작용을 중지시키는 단계를 수행하며, 상기 발효 및 숙성 단계에 첨가되는 미생물 균주가 공지의 균주들로서 바람직하게는 고온성 아포균류, 유산균류(lactobacilus), 사상균류(fungi)중 phycomycetes에 속하는 털곰팡이 및 ascomycetes에 속하는 효모(yeast), 그리고 방선균류(actinomycetes)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 고온호기성 미생물로서 1내지 2kg/t의 양으로 첨가되며 통기조건하에서 2주 내지 3주간 발효를 진행시키게 된다.

또한 본 발명의 다른 일면에 따르면, 상기 방법의 혼합 또는 교반 단계에서 1 중량부의 황토와 미량의 참숯 분말을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 사료의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또다른 일면에 따르면, 음식물 쓰레기와 톱밥으로 이루어진 원재료의 혼합 단계에 육류 또는 생선류의 찌꺼기, 골분 또는 어분을 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 사료의 제조방법이 제공된다.

상기 음식물 쓰레기는 수집된 후 바로 분쇄하여 비교적 큰 덩어리들이 잘게 분쇄된 상태로 존재하도록 한다. 상기 음식물 쓰레기는 수집원에 따라 내용물의 구성이 달라지게 되는데, 일반적으로 한국을 비롯한 동아시아 국가들의 음식문화상 수분이 많이 포함되어 있는 특성이 있다. 상기 음식물 쓰레기의 내용물의 차이에도 불구하고 본 발명의 방법은 제한없이 사용될 수 있으며, 보다 영양소가 균형잡힌 사료를 제공하기 위해 대략적으로 탄수화물원과 단백질원의 비율을 임의로 조절할 수 있다.

상기 음식물 쓰레기에 다량으로, 예컨대 80% 이상 함유된 수분은 수분 함유량이 상대적으로 적은 톱밥과의 혼합에 의해 적어도 흐르지 않을 정도의 수분을 함유한 상태의 혼합물로 제조된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서 주재료로 사용되는 것은 음식물 쓰레기와 톱밥인데, 상기 톱밥은 목재의 목질(lignin)로 이루어진 것이며, 벌목이나 제재소 등에서 목재의 절단 및 가공시에 필수적으로 발생하는 부산물로서, 지금까지는 주로 땔감이나 기타 부차적인 용도 등에만 사용되어 왔다.

상기 톱밥의 주성분인 상기 리그닌은 또한 셀룰로오스(cellulose)와 비슷한 구조식을 가지므로, 호기성 고온 미생물의 발효작용을 거쳐서 가축 및 가금류에게 영양원으로서 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 사료를 사용하여 사육된 가축은 본 발명의 사료에 포함된 유익한 미생물의 정장작용이 유지되어 질병에 때한 내성을 강화되는 현상이 초래되고 가축의 분뇨에서 발산되는 악취의 정도가 현저하게 경감된다. 뿐만 아니라, 상기 분뇨 또한 유기질 퇴비의 양호한 재료로 활용될 수 있어서, 음식물 쓰레기의 처리에 따른 경제적 손실을 재활용에 의해 부가가치를 창출하는 면에서나 처리비용의 절약적 측면, 톱밥의 적극적 활용의 측면, 또한 상기 양질의 사료를 가축 및 가금류에 제공함으로써 사육에 있어서 질병의 발생을 대폭 줄일 수 있고, 목축지 특유의 악취제거와 양질의 비료원료를 제공하게 되어 전반적으로 생태계의 물질 및 에너지의 흐름의 측면에서 볼 때 인류 생활에 유익한 방향으로 개선시키게 되는 것이다.

생톱밥내의 리그닌과 예컨대 톱밥의 유해성분인 테르빈, 탄닌, 수지 및 페놀 등은 발효시에 분해되고, 발효가 완료된 혼합사료에는 각종 효소가 존재하므로 사료로서 가축이 섭식하였을 때 질병에 대한 내성을 강화시키거나 정장작용을 하여 가축의 소화력을 증진시키고 건강상태를 유지시키기 된다.

또한, 상기 리그닌 등을 발효시킨 상태로 초식동물들에게 제공되는 경우에는 상기 이외의 효과를 가지게 될 수도 있는데, 이는 상기 톱밥이 영양원으로서만이 아니라 전술한 바와 같이 반추동물 등에게 포만감을 제공할 수 있는 역할도 하게 되기 때문이다.

상기 톱밥에는 음식물 쓰레기와 혼합되기 전에 약 1중량%의 황토 및/또는 미량의 참숯 분말을 첨가할 수 있으며, 이 첨가물들은 미네랄의 보충효과를 제공할 뿐만 아니라 후속 단계에서 미생물의 발효작용을 촉진할 수도 있고 사료의 섭식시에 사육 가축에게 정장효과를 나타낼 수도 있으며 사료의 제형화를 용이하게 하는 장점을 제공할 수 있다.

한편, 상기 다양한 음식물 쓰레기는 자생적 혐기성 미생물의 작용에 의해 수집 단계에서부터 이미 부패가 시작된다. 따라서, 수집된 음식물 쓰레기로부터 통상의 방법에 의해 이물질의 분리제거를 마친 다음에는 상기와 같은 부패의 방지를 위한 처리 단계가 반드시 있어야 하며, 이는 당해 분야의 발명의 성패에 직결되는 중요한 것이다.

종래에는 부패의 중지를 위해 가열하거나 약 600 내지 700℃까지의 고온 열풍으로 멸균(sterilization)처리를 하거나 다른 방부제 또는 살균제를 사용하기도 하였으나, 이들 방법이 모두 효과적이지 못하였던 이유는 상기의 고온으로 인해 영양소의 파괴 및/또는 변성을 초래하였거나 방부제/살균제로 인해 후속의 발효단계를 진행시킬 수가 없게 되기 때문이었다.

본 발명의 방법에서는 가열식 또는 열풍식 멸균(sterilization)처리를 하지 않고 일반적인 방부제 처리를 하지 않는 대신에, 소위 목초액(木草液)을 사용하여 종래 방식의 2중적 딜레머를 해소하게 되었다.

상기 목초액은 숯 제조시에 발생되는 증기를 응축시켜서 제조되며 다양한 종류의 유기산이 포함된 산성액으로 알려져 있고 특히 혐기성 또는 병원성 세균들에 대해서 강력한 살균력을 가지므로 최근 유기농법을 실행하는 농작물의 재배 분야에 대한 사용이 효과적으로 시도되고 있다. 또한, 상기 목초액은 호기성 미생물에 대해서는 영향을 미치지 아니하는 성질이 있고, 발효균류에 대해서도 전혀 저해작용을 하지 않기 때문에 본 발명에 효과적으로 사용될 수 있다.

본 발명에서는 상기 목초액 또는 그 희석액을, 이물질이 분리제거된 상태의 상기 음식물 쓰레기에 미량 첨가하거나 교반 단계전이나 도중에 첨가하여 소기의 부패방지 효과를 달성할 수 있게 된다.

또한, 부패균이 제거된 상기 음식물 쓰레기는 톱밥과 혼합/교반 단계에서 바람직하게는 약 70:30 내지 30:70 부피비로 배합되지만, 배합 비율은 굳이 제한할 필요는 없다.

상기와 같이 혼합/교반된 혼합물에는 발효작용을 하는 미생물 균주를 첨가하여 다시 5 내지 10분간 교반을 하게 되는데, 본 발명에 사용되는 미생물 균주는 산소를 이용하여 대사작용을 함으로써 톱밥의 리그닌 조직을 분해할 수 있는 호기성 미생물로서 평균 40℃ 이상, 45℃ 내지 60℃의 온도에서 활동하는 고온호기성 미생물이며, 이는 균강 형태로 상기 혼합물에 제공된다.

상기 미생물은 고온호기성 발효에 사용될 수 있는 공지의 모든 미생물 균주를 제한없이 사용할 수 있고, 예컨대 효모균, 내열성 아포균 및 유산균을 혼합한 것(소위, BYM food로서 시판됨)을 사용할 수도 있으며, 본 발명에서는 바람직한 실시예로서 톱밥 두엄, 수피 퇴비, 또는 부후 볏짚으로부터 각각 채취되는 3종의 박테리아(bacteria), 3종의 방선균(actinomycetes) 또는 토양 미생물을 사용하였다. 사용된 상기 미생물로서는 유산균류(lactobacilus), 사상균류(fungi)중 phycomycetes에 속하는 털곰팡이, 및 ascomycetes에 속하는 효모(yeast), 그리고 방선균류(actinomycetes)를 예로 들 수 있다.

일단 발효가 시작되면, 진행이 될수록 발효열에 의해 상기 혼합물의 온도가 상승하게 되는데, 온도가 평균 60℃ 내지 70℃에 이르면 단백질의 변성(denaturation)을 방지하기 위해 혼합물을 다시 섞고 뒤집어주는 작업을 반복해주어야 하며, 이는 통풍과 호기성 조건을 유지시키기 위한 것이다. 발효열에 의한 혼합물의 온도가 60℃ 내지 70℃에 이르게 되었을 때 고온 호기성 균류 이외에 20℃ 이하에서 활동하는 저온성 미생물 및 20℃ 내지 40℃에서 활동하는 중온성 미생물들은 모두 사멸하게 되는 바, 부패작용을 하는 균류와 병원성 균들이 이에 해당되므로 결과적으로 상기 발효후에는 유익한 작용을 하는 미생물만이 존재하게 된다.

상기 미생물들의 발효작용에 따라 음식물 쓰레기뿐만 아니라 톱밥을 구성하는 리그닌의 부분적 분해가 일어나게 되며, 톱밥의 유해성분인 테르빈, 탄닌, 수지 및 페놀 등이 분해된다.

발효를 개시한 후 혼합물의 온도가 계속 상승함에 따라 뒤집어주기 작업을 계속하면서 2주 내지 3주간 발효 및 후숙작용을 지속시키면 소기의 사료물질이 얻어지는데, 이것을 통상의 공정에 의해 예컨대 펠릿(pellet)화시킴으로써 가축 등이 섭식하기에 양호한 형태로 제형화하여 사료로서의 제품화가 완료된다.

이상과 같은 본 발명은 저가의 원료물질인 음식물 쓰레기와 톱밥을 사용하여 양질의 사료를 대량생산할 수 있는 방법을 제공함으로써, 양질의 사료를 축산 농가에 안정적으로 저가에 제공할 수 있는 기반을 구축하게 되었고, 이에 따라 경제적 손실로서 지목되어왔던 음식물 쓰레기를 적극적으로 활용할 수 있는 확고한 분야를 제공하였으며, 쓰레기로서 처리하는데 막대한 예산이 낭비되고 환경문제를 야기해왔던 음식물 쓰레기의 처리문제를 해결할 수 있는 방안을 제시하였다. 또한, 본 발명에 따른 사료로 사육된 가축의 축분은 유기질 퇴비에 양질의 원료로 사용될 수 있는 바, 유기농업 분야에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.

Claims (3)

1. 이물질이 제거된 음식물 쓰레기를 수집하여 분쇄하는 단계; 톱밥에 미생물 균주를 첨가하고 교반하는 단계; 상기 분쇄된 음식물 쓰레기를 톱밥을 혼합 및 교반하는 단계; 상기 미생물 균주와 혼합된 상기 혼합물을 통기상태에서 발효숙성시키는 단계; 및 발효가 완료된 재료를 저작 또는 섭식이 용이한 사료 형태로 제형화하는 단계로 이루어지는 사료의 제조방법으로서,

   상기 음식물 쓰레기로부터 탈수를 수행하지 않고, 상기 음식물 쓰레기와 톱밥의 배합 중량비율이 습윤 정도에 따라 30:70 내지 70:30이고, 숯 제조시에 발생되는 증기를 응축시킨 목초액을 상기 수집단계 직후에 첨가하여 분쇄함으로써 부패작용을 중지시키는 단계를 수행하며, 상기 발효 및 숙성 단계에 첨가되는 미생물 균주가 공지의 고온호기성 아포균류, 유산균류, 사상균류중의 phycomycetes에 속하는 털곰팡이 및 ascomycetes에 속하는 효모, 및 방선균류로 이루어지는 군으로부터 선택되는 호기성 미생물로서 1내지 2kg/t의 양으로 첨가되며 통기조건하에 2주 내지 3주간 발효를 진행시키는 것을 특징으로 하는 사료의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 톱밥에, 또는 혼합/교반 단계에서 1 중량부의 황토와 미량의 참숯 분말을 첨가하는 것을 특징으로 하는 사료의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 육류 또는 생선류의 찌꺼기, 골분 또는 어분을 첨가하는 것을 특징으로 하는 사료의 제조방법.