KR20020074005A - 남은 음식물을 이용한 발효사료 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이물질을 제거한 남은 음식물을 분쇄하여 생죽형태로 얻고, 이를 90∼100℃까지 가온하여 유해미생물의 살균과 불쾌취를 제거한 다음, 50∼60℃로 냉각시키는 단계; 상기 냉각된 남은 음식물에 원료사료중 1/4을 혼합하고, 하나 이상의 바실러스균을 투입시키는 단계; 투입후 약 20분 간격으로 3∼5분간 교반시키면서 12시간 이상 발효시키는 단계; 및 상기 바실러스균으로 발효시킨 혼합사료에 나머지 원료사료(3/4)를 혼합시키고, 유산균으로 페디오코커스 에시디락티시(Pediococcus acidilactici; 기탁번호 KFCC-11097)을 첨가하여 발효시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 발효사료에 관한 것이다. 본 발명의 발효사료를 가축에 급여한 경우 배합사료 이용시 보다 단지 6일이 더 소요되는 것으로 나타나 효과적인 남은 음식물을 이용한 발효사료를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 남은 음식물(음식물 찌꺼기)를 이용한 발효사료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 남은 음식물과 곡류사료의 혼합사료에 바실러스균과 특정의 유산균을 첨가하여 남은 음식물의 독소를 억제하고 사료의 가축 체내 이용률을 극대화시킨 음식물 찌꺼기를 이용한 발효사료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
국내의 음식물 찌꺼기의 일일 발생량은 약 12,000톤으로서 재활용율은 96년 3.3%에서 98년 21.7% 및 99년 34.4%(잠정)로 매년 증가 추세에 있으나, 여전히 많은 양이 매립 또는 소각 처리되고 있다. 그러나 매립 시에는 매립지 선정의 어려움과 침출수로 인한 토양과 수질 오염 및 악취를 유발하고, 소각 시에는 높은 수분 함량으로 인한 과도한 연료비 소요와 불완전 연소로 인한 다이옥신의 발생으로 매우 심각한 사회적 문제가 되고 있는 실정이다(환경부, 1997년, 8월. 음식물쓰레기 감량ㆍ자원화). 국민 1인당 남은 음식물 발생량은 0.34kg으로 선진국의 0.26∼0.27kg에 비해 30% 이상 많고(환경부, 1995; 지방자치 단체별 음식물쓰레기 발생 및 처리 현황), 앞으로 생활 수준의 질적, 양적 향상에 따라 남은 음식물의 총 배출량은 계속 증가할 전망이므로 이에 대한 효율적인 재활용 방안이 매우 절실하다.
남은 음식물의 재활용 방법에는 크게 퇴비화 및 사료화가 있으나, 이 중 퇴비화는 남은 음식물 내에 함유된 염분으로 토양 내 염류 집적과 이로 인한 작물의 생육장애로 퇴비화가 어려운 것으로 알려져 있다(정광용, 소규호. 2000. 남은 음식물 퇴비화 기술현황. 제4회 남은 음식물 사료화 심포지엄. pp. 87-115). 또한 남은 음식물은 에너지가(TDN 약 86%)와 조단백질이 약 21% 정도로 라이신과 메치오닌 함량이 옥수수의 2배 이상으로 높아[박봉선. 1993. 도시 미이용자원(식품부산물)의 사료화 기술. 폐기물 자원화. 1:49-58] 퇴비화 시에는 귀중한 사료자원을 낭비하는 결과를 초래하게 된다.
사료화 방법에는 열풍, 진공 또는 원적외선 등을 이용한 건조법과 발효건조 및 습식발효 등 여러 가지가 있다. 이 중 습식 발효사료화는 대형의 발효시설이 필요하고 저장성이 낮은 단점이 있으나, 별도의 건조 화력장치가 불필요하여 제조비가 저렴한 것이 가장 큰 장점이다(이규호, 이상곤, 김영권, 차영호, 정완태. 1998. 한국영양사료학회지. 22:87-94. 축산기술연구소. 1999. 남은 음식물의 사료화 이용 기술.). 또한 열처리 공정과 발효미생물제의 투여로 병원성 미생물 사멸,기호성 증가 및 가축의 장 내에 각종 유기산과 및 유익균 첨가 효과를 기대할 수 있는 것으로 알려져 있다.
일반적으로 습식 발효사료 제조시 사용되는 발효 균주로는 사카로마이세스 세레비제(Saccharomyces cerevisiae)와 같은 효모, 아스퍼질러스(Aspergillus spp.)와 같은 곰팡이, 및 바실러스(Bacillus spp.), 유산균 및 광합성 세균과 같은 세균 등이 있으며, 이들은 단독 또는 여러 종류가 혼합되어 사용된다. 바실러스의 경우 각종 분해효소를 많이 생산하기 때문에 음식물 쓰레기의 발효 균주로 많이 사용되고 있다(한국 등록특허 제235068호, 한국 공개특허 제98-25285호 및 한국 공개특허 제2000-7932호). 국내에서 발생하는 음식물 쓰레기는 대부분 된장 등의 발효식품에서 유래하는 유익한 바실러스를 다량 함유하고 있으며, 이들은 내생포자 형성으로 내열성이 높아 가열처리에서 상당량 생존하나, 바실러스는 균주에 따라 설사유발 독소 등을 생산하기 때문에 균주 선발에 철저한 검토가 요구된다. 효소생산이 우수하고 안정성이 확보된 바실러스 균주의 첨가도 고려될 수 있으나 경제적으로 적합하지 않다. 사료의 미감 개선을 목적으로 가장 많이 이용되고 있는 효모의 경우 발효시간이 장기화되면 생성된 알콜이 아세토박터(Acetobacter spp.)와 같은 초산균에 의해 초산으로 전환되며, 곰팡이의 경우에도 초산 및 특유의 곰팡이 냄새 등으로 맛이 떨어짐으로써 가축의 사료 섭취량을 감소시키는 원인이 된다.
발효산물이 주로 유산인 호모형의 유산균은 제조된 사료의 가축 체내 이용률을 높일 뿐 아니라, 초산이나 이산화탄소 등의 가축의 섭취량을 저하시키는 물질을 생산하지 않는 장점을 갖는데, 발효 균주로 이용되기 위해서는 다양한 종류의 음식물 쓰레기에서 성장이 우수해야 하고, 가열처리 후 미생물 접종까지의 공정시간을 줄이기 위해 고온(50℃)에서도 내열성이 있는 등의 조건을 만족시켜야 한다. 그러나 종래에 사용되던 한국 등록특허 제191259호 및 제268680호의 락토바실러스(Lactobacillus spp.) 유산균의 경우 내열성이 낮아 낮은 온도에서만 발효시켜야 하는 문제점이 있었다.
또한, 복합 미생물제를 이용하여 음식물 쓰레기를 발효시키는 방법(한국 등록특허 제191259호, 제245607호 및 제268680호)은 효모나 곰팡이 등의 미생물을 포함하여 효모에 의한 알콜이 초산균에 의해 초산이 생성될 뿐만 아니라 가축의 사료섭취를 저하시키는 불쾌취들을 많이 생성하게 되어 음식물 쓰레기의 처리는 잘되나 궁극적으로 가축의 사료섭취를 저하시켜 음식물 쓰레기의 사료화에 걸림돌이 되어왔다. 아울러, 한국 등록특허 제240973호의 경우 저렴한 미생물제제 제조방법으로 토양으로부터 토양미생물을 확보하는 단계에서 전술한 곰팡이나 효모 등이 다량 포함될 우려가 있다. 일반적으로 조절되지 않은 배양조건에서 미생물을 배양할 경우 포자를 형성하여 공기 중에 많이 분포되어 있는 곰팡이와 효모 오염이 쉽게되어 가축에게 적합하지 않은 사료를 제공하게 된다.
이에 본 발명에서는 남은 음식물과 곡류사료를 적절히 혼합시키면서 바실러스균과 특정의 유산균을 함께 이용하여 습식 발효시킨 발효사료가 바실러스균의 사용에 따른 장점을 유지하면서 설사와 같은 독소 유발 문제를 해결할 뿐만 아니라 유산균 사용에 따른 사료의 가축 체내 이용률을 극대화할 수 있음을 발견하였고,본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 음식물 찌꺼기를 이용하여 독소 유발없이 사료의 가축 체내 이용률을 극대화시킨 습식 발효사료를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조된 발효사료를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 이물질을 제거한 남은 음식물을 분쇄하여 생죽형태로 얻고, 이를 90∼100℃까지 가온하여 유해미생물의 살균과 불쾌취를 제거한 다음, 50∼60℃로 냉각시키는 단계; 상기 냉각된 남은 음식물에 원료사료중 1/4을 혼합하고, 하나 이상의 바실러스균을 투입시키는 단계; 투입후 약 20분 간격으로 3∼5분간 교반시키면서 12시간 이상 발효시키는 단계; 및 상기 바실러스균으로 발효시킨 혼합사료에 나머지 원료사료(3/4)를 혼합시키고, 유산균으로 페디오코커스 에시디락티시(Pediococcus acidilactici; 기탁번호 KFCC-11097)을 첨가하여 발효시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 발효사료는 상기 방법으로 제조된다.
도 1은 본 발명에 따른 발효사료를 제조하는 실시예를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 음식물 찌꺼기(남은 음식물)과 별도의 원료사료를 혼합하여 제조된 발효사료 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 상기 남은 음식물 발효사료는 살균된 남은 음식물과 별도의 원료사료를 혼합하여 바실러스와 유산균을 혼합한 발효제로 발효시켜 제조한다.
본 발명에 따른 발효사료의 제조 방법은, 도 1에 도시한 바와 같이, 남은 음식물을 재료의 신선도와 종류에 따라 선택하여 가능한 한 양질의 남은 음식물만을 사료화 공정으로 보내고 나머지는 퇴비화 처리하였다. 공정 제1단계에서는 탈수공정을 통해 수분과 염분 및 처리해야 할 재료량을 감소시켰으며, 이때 발생되는 탈수여액은 퇴비 처리하였다. 그 다음, 제2단계 및 제3단계에서는 이물질을 제거하는데, 먼저 수작업으로 비닐, 유리, 철제 등을 선별한 후, 자석을 이용하여 금속물질을 제거한다. 이 단계에서 역시 변질된 음식물이나 뼈, 조개 등은 퇴비화하였으며 나머지를 사료로 이용하였다. 제4단계 내지 제6단계에서는 제3단계를 거친 남은 음식물을 햄머밀 등으로 분쇄하여 죽과 같은 형태로 얻는다.
제7단계에서는 고열 증기관(steam jacket)을 이용하여 음식물의 온도를 90∼100℃까지 가온하여 유해미생물의 살균과 불쾌취를 제거한 다음, 약 50∼60℃ 정도로 냉각시킨 다음, 제8단계에서는 이를 2차 탱크로 이동하여 원료사료(주문사료)중 약 1/4을 혼합하여 수분을 조절하고, 기존의 알려진 수종의 바실러스균 중 하나 이상을 투입한다. 투입후 약 20분 간격으로 3∼5분간 교반시키면서 12시간 이상 발효시킨다. 제9단계에서는 상기에서 바실러스균으로 발효시킨 혼합사료에 영양 균형을 맞추기 위해 나머지 원료사료 3/4를 혼합시키고 유산균을 첨가하여 발효시킨다. 제10단계에서는 이렇게 제조된 사료를 탱크로리로 이동시키면서 강력 공기펌프로 가축에게 급여한다.
한편, 본 발명에 사용된 미생물제는 유기물 분해력이 강한 수종의 바실러스균중 하나 이상과 유산균중 내염성이 강한 페디오코커스 에시디락티시(Pediococcus acidilactici; 기탁번호 KFCC-11097)를 포함한다. 본 발명에서 사용되는 바실러스균은 바실러스 서브틸리스(B. subtilis), 바실러스 리체니포미스(B. licheniformis), 바실러스 아밀로리케페시언스(B. amyloliquefaciens) 및 바실러스 세리우스(B. cereus)로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되며, 상기 페디오코커스 에시디락티시는 본 출원인이 신규한 유산균 페디오코커스 에시디락티시 및 이의 용도로 특허출원하였다(특허출원 제2001-0443호).
일반적으로 바실러스는 섬유소, 단백질, 지방, 전분 등의 분해력이 우수하여 음식물 쓰레기의 발효에 적합하다. 아울러, 미생물 오염을 억제하여 저장성을 높이고 가축에게 유용한 유산균을 제공함에 있어 일반 유산균들은 내염성이 낮아 페디오코커스 속 유산균들만 이용이 가능하다. 본 발명은 페디오코커스 속 유산균과 함께 바실러스를 포함하는 미생물 제제를 이용하여 음식 쓰레기의 사료화를 가능하게 하였다.
본 발명에 따르면, 유산균과 바실러스만을 포함하는 미생물 제제를 제공함에 있어 다음과 같은 방법으로 제조하였다. 유산균은 유산 등의 대사산물에 의해 pH가 낮아져 바실러스 등과 공생배양을 할 수 없기 때문에 별도의 배양기를 이용하여 액상배양한 다음, 제올라이트, 미강, 탈지강 및 질석으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부형제와 혼합하여 저온 건조시킨다. 이렇게 부형제에 혼합시켜 건조시키는 이유는 액상 미생물의 경우 안정제를 첨가하여도 저온 또는 냉동보관해야 하므로 제올라이트 등의 부형제에 혼합하여 건조시켜 제조할 경우 보관(상온보관) 및 운반이 용이하기 때문이다. 특히, 유산균은 제조시 저온 건조시키는데 이는 유산균의 내열성이 높지 않기 때문에 열로 인한 손실을 억제하기 위함이다. 상기 부형제는 하나 이상의 사용이 가능한데, 여러 성분을 혼합하는 이유는 그 자체로 영양분 첨가효과도 있고, 통상적으로 가축 생균제로 사료에 직접 투여할 경우 장내에서 미생물이 쉽게 자랄수 있는 영양원으로서의 역할을 할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 미생물제는 1.0×107CFU/g 이상의 미생물을 함유하며, 미생물제의 첨가는 첨가시점에서의 각각의 사료에 대하여 미생물제 0.02∼0.1중량%를 첨가하며, 바람직하게는 약 0.05중량%이다. 이때, 상기 미생물제의 첨가량이 0.02중량% 미만이면 첨가효과가 거의 없으며, 0.1중량%를 초과하면 증가된 양에 따른 첨가효과가 없어 경제적으로 불리한 단점이 있다.
한편, 일반 배합사료에 비해 남은 음식물은 상대적으로 영양분이 부족하여 가축에게 남은 음식물만을 급여할 경우 증체량 저하로 출하일령이 크게 늦어진다. 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 원료사료를 제조하여 남은 음식물 발효사료의 제조공정에서 혼합하였다.
별도의 원료사료(주문사료)는 남은 음식물 : 별도 원료사료를 1.5∼3 : 1의 중량비로 혼합한다. 이 경우, 남은 음식물의 혼합비가 1.5 미만이면 경제적인 효과가 떨어지는 경향이 있으며, 3을 초과하면 발효사료의 에너지 및 비타민 함량이 부족한 경향이 있다. 아울러, 본 발명에서는 가축의 성장단계에 따라 전기 및 후기로 구분하여 원료사료의 구성 및 배합비를 달리하는데, 이는 가축의 영양요구량이 성장단계에 따라 다르기 때문이다.
본 발명에 따르면, 비육전기(체중 40∼75 kg)의 원료사료는 옥수수 : 대두박 : 라이신 : 복합비타민제 각각이 85∼94중량%, 5∼7중량%, 2∼3중량% 및 1.0중량%로 구성되고, 비육후기(체중 75∼110 kg)의 원료사료는 옥수수 : 호밀 : 당밀 : 라이신 : 복합비타민제 각각이 60∼65중량%, 30∼35중량%, 2∼5중량%, 0.5∼1중량% 및 0.1∼0.5중량%로 구성된다. 또한, 남은 음식물 발효사료를 제조함에 있어 살균된 남은 음식물과 별도의 원료사료를 원료사료 전체의 약 1/3을 먼저 혼합하여 바실러스균을 첨가하여 발효시킨 다음, 사료자체의 풍미에 따른 사료섭취량 개선효과를 얻기 위해 원료사료 전체의 약 3/4을 나중에 유산균과 함께 혼합한다. 이러한 유산균의 첨가는 이송과정 및 보관기간 중의 부패방지 및 정장효과를 얻을 수 있어 바실러스균의 사용에 따른 단점을 해결할 수 있다. 다시말하면, 남은 음식물을 살균 후 식는 데까지 많은 시간이 소요(통상 약 100℃에서 약 50℃로 식는데 까지 약 24시간 정도 소요)되어, 내열성이 높은 바실러스는 미리 첨가하여 발효를 유도하고, 유산균은 차후에 첨가하여 유산균의 사멸도 억제하고 유산균 자체의 가축에서의 정장작용 등을 얻는다. 본 발명에 따른 발효사료가 적합한 가축은 돼지이나, 잡식성 가축이면 특별히 제한 받지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 남은 음식물 함유 발효사료를 비육돈 총 349두(암톤 182두, 거세돈 167두; 평균 41±6kg)를 대상으로 일반 배합사료와 비교하여 91일간 사양실험을 실시한 결과, 일당증체량에서 발효사료의 경우 0.75로서 배합사료의 0.81보다 다소 낮았으나, 이를 토대로 실제 양돈사양시 발효사료와 배합사료를 이용하여 40∼110kg까지 사육한다고 했을 때의 사육일수를 계산하면 각각 93일 및 87일로서 발효사료를 이용했을 경우 배합사료 이용시 보다 단지 6일이 더 소요되는 것으로 나타나 효과적인 남은 음식물을 이용한 발효사료를 제공할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
제조예
미생물제제의 제조
40% 글리세롤과 혼합하여 -70℃ 냉동고에 보관된 유산균[페디오코커스 에시디락티시(기탁번호 KFCC-11097)]과 바실러스 균주들[바실러스 서브틸리스(B. subtilis), 바실러스 리체니포미스(B. licheniformis), 바실러스 아밀로리케페시언스(B. amyloliquefaciens), 바실러스 세리우스(B. cereus)]을, 유산균은 엠알에스 브로스(MRS broth), 바실러스는 뉴트리언트 브로스(Nutrient broth) 250ml에 접종하여 37℃, 150 rpm의 속도로 대수기 말기에 해당하는 유산균 18시간, 바실러스 7시간 배양 후 50 리터 배양기에 접종하여 유산균은 24시간, 바실러스는 12시간 배양시킨 다음, 제올라이트 10kg, 미강 20kg, 탈지강 10kg 및 질석 10kg과 혼합한 다음 열풍건조시켰다. 이때 열에 약한 유산균의 활성을 유지하기 위해 건조온도는 45℃ 이하를 유지시켰다. 이와 같이 제조된 유산균과 바실러스는 1g당 1.0×107이상의 콜로니를 형성하였다.
실시예 1
발효사료의 제조방법
200 L 용기에 수집한 남은 음식물을 재료의 신선도와 종류에 따라 선택하여 가능한 한 양질의 남은 음식물만을 사료화 공정으로 보내고 나머지는 퇴비화 처리하였다. 탈수공정을 통해 수분과 염분 및 처리해야 할 재료량을 감소시켰으며 이때 발생되는 탈수여액은 퇴비화 처리하였다. 그 다음 이물질 선별 단계에서 역시 변질된 음식물이나 뼈, 조개 등은 이물질과 함께 퇴비화하였으며 나머지를 사료로 이용하였다. 고열 증기관을 이용하여 재료의 온도를 96℃로 5분동안 가온하여 유해미생물의 살균과 불쾌취를 제거한 다음, 약 60℃로 냉각시켰다. 남은 음식물과 별도 원료사료를 7 : 3 중량비로 혼합하는데, 원료사료(주문사료)중 약 1/4을 먼저 혼합하여 수분을 조절하고, 상기 제조예에서 배양한 바실러스균을 0.05중량%로 투입한다. 투입후 약 20분 간격으로 약 3∼5분간 교반시키면서 12시간 이상 발효시켰다. 상기 발효시킨 혼합사료에 나머지 원료사료 3/4를 혼합시키고 제조예 1에서 얻은 유산균 0.05중량%를 첨가하여 발효시켰다. 이렇게 제조된 사료를 탱크로리로 이동시키면서 강력 공기펌프로 가축에게 급여한다.
상기 원료사료는 비육 전후기로 구분하여 조성하였으며, 비육전기(체중 40∼75 kg)는 옥수수 : 대두박 : 라이신 : 복합비타민제를 89.43 : 6.93 : 2.6 : 1.0 중량%, 비육후기(체중 75∼110 kg)는 옥수수 : 호밀 : 당밀 : 라이신 : 복합비타민제를 63.1 : 32.4 : 3.3 : 0.9 : 0.3 중량%로 구성하였다.
실시예 2
영양소 함량 분석
시료는 실시예 1에 따라 남은 음식물을 이용한 발효사료 시료를 2단계로 나누어 수집하였다. 수집한 시료는 55℃ 열풍건조기(drying oven)에서 2일간 건조시켜 건물 함량을 측정 후 3일간 실내에 방치한 다음 풍건량을 평량하고 분쇄기(Wiley mill)로 분쇄하여 2mm 체를 통과한 것을 시료로 이용하였다. 분석 항목은 일반 조성분 분석으로 건물, 수분, 조단백질, 조지방, 조섬유, 조회분 등을 AOAC(1990. Official Methods of Analysis (15th) Washington, D. C.) 방법에 준하여 분석하였다.
광물질 중 칼슘 및 인 분석을 위하여 열처리 시료 5점을 대상으로 분석을 실시하였다. 시료의 소화는 마이크로파 소화 시스템(microwave digestion system(Microdigest 401, France))을 이용하였고 소화된 시료를 증류수로 100ml까지 채우고 여과지(Whatman #541)에 여과하였고 칼슘 분석에는 0.1%의 란타늄 옥사이드 (Lanthanum oxide)를 첨가하였다. 전처리 후 시료는 분광 광도계(Atomic absorption spectrophotometer (Shimadzu AA-680, Japan))를 이용하여 분석하였다.
남은 음식물 내 염분 분석은 열처리와 발효사료 시료 각 10점을 대상으로 분석을 실시하였다. 분석은 퀀탑 키트(Quantab Chloride Titrator Kit(Part # 711196, Environmental Test Systems, IN, U.S.A.))를 이용하여 분석하였다. 즉, 시료 5g에 45ml의 뜨거운 증류수를 넣고 5분간 진탕하여 염분을 용해시킨 후 #5A 여과지(filter paper)에 여과한 여과액에 퀀탑 키트(Quantab kit)를 넣어 수치를 읽고 희석배수를 곱하여 계산하였다.
아미노산 분석은 열처리 시료들 중 10점을 대상으로 수행하였다. 분석은HPLC(High performance liquid chromagraphy)를 이용하였는데 6N HCl로 가수분해하고 여과한 후 PITC 유도체 처리하고 Pico-tag(column temperature 46℃, injection volume 10㎕, UV detector wave length 254nm) 방법으로 분석하였다.
남은 음식물의 영양성분은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다. 남은 음식물 내 영양소 함량은 변이가 비교적 높은 것으로 나타났으며 특히 수분과 조지방의 함량 변이가 높은 것으로 나타나 남은 음식물을 기본 원료로 사료배합비를 작성하는데 가장 큰 변수인 것으로 나타났다. 참고로 비육 전기용 배합사료(50∼75kg)의 영양성분은 대략 조회분 8%, 조단백질 15%, 조지방 4% 및 조섬유 5%이다.
수분 함량은 열처리 시료의 경우 평균 74.7±3.2%(건물 기준)에 범위는 69.6∼81.3%이였고, 발효사료 시료는 평균 67.0±5.5%에 범위는 59.2∼76.3%로서 변이의 폭이 매우 높은 것으로 나타났다. 따라서 남은 음식물을 기초로 한 발효사료 급여시에는 당연히 건물 기준으로 영양성분의 변이를 비교 검토해야 할 것으로 판단된다.
조회분 함량과 변이도 비교적 높은 것으로 나타났는데 열처리 시료에서는 평균 20.7±1.8%(17.8 - 24.2%; 건물기준)이였다. 이에 따라 주문사료를 혼합한 후인 발효사료 시료의 조회분 함량도 높게 나타났다(평균 13.0±1.9%, 12.5 - 18.1%). 이는 남은 음식물 내에 조개껍질, 뼈 및 생선가시 등이 혼입되었기 때문인 것으로 풀이되는데 특히 남은 음식물의 선별 과정 중 뼈와 조개껍질 등을 수작업으로 최대한 제거하려했음에도 불구하고 조회분 함량이 매우 높았다.
조단백질 함량은 열처리 시료가 평균 30.0±1.5%(27.1∼32.6%)로서 단백질함량이 높고 변이의 폭이 낮은 편이어서 단백질 함량만을 근거로는 가축용 원료사료로 이용하기에 충분한 것으로 나타났다. 조지방 함량은 열처리 시료에서 평균 18.5±4.1%로 일반 비육돈용 배합사료의 함량(4%)보다 극히 높은 것으로 나타났으며 변이가 높아 12.0∼26.5%이였다. 이에 따라 제조한 발효사료의 조지방 함량과 변이도 매우 높았다(평균 15.5±3.1%, 9.89∼20.4%). 이러한 과도한 지방 함량은 남은 음식물의 수거, 처리 및 저장 과정 중 지방산패가 일어나기 쉬울 뿐만 아니라, 사료로 이용시에는 남은 음식물에 부족하기 쉬운 에너지를 높이는데는 유용하다고 할 수 있으나 과다급여시 돈육의 연지방(軟脂肪) 발생의 원인이 될 것으로 사료된다. 이규호 등(1998, 한국영양사료학회지. 22권, pp 87-94)도 각종 단체급식소에서 수거한 남은 음식물을 건조 방법에 의하여 사료화한 제품들의 영양소 함량 중 조지방이 6.82∼28.91%로서 일반 배합사료에 비해 높았으며 제품간에 차이가 많았다고 하였다. 남은 음식물 내 조섬유 함량은 열처리 시료에서 평균 6.0±1.3%로서 비육돈용 배합사료의 조섬유 함량 5% 내외와 비슷한 것으로 나타났다.
| 항 목 | 건물 | 수분 | 조회분 | 조단백질 | 조지방 | 조섬유 |
| 열처리 후(평균±표준편차) | 25.3±3.2 | 74.7±3.2 | 20.7±1.8 | 30.0±1.5 | 18.5±4.1 | 6.00±1.3 |
| 열처리 후(범위) | 18.7∼30.4 | 69.6∼81.3 | 17.8∼24.2 | 27.1∼32.6 | 12.0∼26.5 | 3.32∼8.91 |
| 열처리 후(평균±표준편차) | 33.0±5.5 | 67.0±5.5 | 13.0±1.9 | 26.7±3.9 | 15.5±3.1 | 4.62±2.0 |
| 열처리 후(범위) | 23.7∼40.8 | 59.2∼76.3 | 12.5∼18.1 | 19.3∼31.3 | 9.89∼20.4 | 1.81∼8.24 |
결론적으로 발효사료의 사료가치는 원료의 대부분을 차지하는 남은 음식물의 영양성분 변이도가 높기 때문에 균일한 성분의 주문사료를 혼합하여도 발효사료의 영양성분 변이도가 비교적 높은 것으로 나타났다. 그러므로 발효사료를 제조할 때에는 남은 음식물의 영양성분 불균형을 조정하고 변이도를 흡수할 수 있는 별도의 원료사료의 첨가가가 필요하다.
남은 음식물의 열처리 시료들의 칼슘과 인의 함량 및 조회분 함량과의 비율을 하기 표 2에 제시하였다. 칼슘과 인의 평균 함량은 각각 4.80±0.5% 및 1.79±0.4%로서 다른 영양소와는 달리 변이도가 그다지 높지 않은 것으로 나타났다. 그러나 이들 칼슘과 인 함량을 조회분 함량과의 비율로 살펴보면 칼슘/조회분의 경우 평균 23.8±2.5%, 인/조회분의 경우 8.8±1.7%로서 매우 높아 남은 음식물 내에 동물 뼈나 생선가시 등이 많이 혼입되어 있음을 알 수 있다. 그러므로 남은 음식물을 이용한 사료 제조시에는 이 물질의 선별 과정에 매우 유의하여 엄격히 시행할 필요가 있다.
| 시료 | 칼슘 | 인 | ||
| 칼슘 | 칼슘 : 조회분 비율(%) | 인 | 인 : 조회분 비율(%) | |
| 1 | 3.88 | 19.5 | 1.32 | 6.6 |
| 2 | 5.19 | 24.1 | 2.28 | 10.6 |
| 3 | 4.95 | 24.0 | 2.04 | 9.9 |
| 4 | 4.97 | 24.9 | 1.91 | 9.5 |
| 5 | 5.01 | 26.2 | 1.42 | 7.4 |
| 평균 | 4.80±0.5 | 23.8±2.5 | 1.79±0.4 | 8.8±1.7 |
남은 음식물의 열처리 시료 및 발효사료의 염분 검사를 실시한 결과를 하기표 3에 나타내었다. 열처리 시료는 평균 2.1±0.5%(건물 기준)에 범위는 1.3∼3.4%이였던 반면, 발효사료의 경우 평균 1.1±0.2%, 범위 0.8∼1.6%로서 열처리 시료에 비해 발효사료의 염분 농도는 48% 감소하였고 급여 기준으로서의 염분 농도 범위는 0.2∼0.4%에 불과하였다.
| 항목 | 열처리 후 | 급여 전 | ||
| 건물기준 | 급여기준 | 건물기준 | 급여기준 | |
| 평균 | 2.1 | 0.5 | 1.1 | 0.4 |
| 범위 | 1.3∼3.4 | 0.3∼0.7 | 0.8∼1.6 | 0.2∼0.4 |
염분 중독은 음수량이 부족하면 3% 이상에서도 나타나지만 음수량이 충분하면 6∼8% 이상에서 나타난다고 하므로(National Research Council. 1998, Nutrient Requirements of Swine. National Academy Press, Washington, D. C.), 본 시험에서 남은 음식물을 원료로 한 발효사료 급여시에는 염분 중독을 염려할 수준이 아니라고 할 수 있다.
아미노산 분석 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 전체 아미노산 함량은 시료간 별반 차이가 없었으나 각각의 아미노산 함량은 시료에 따라 매우 큰 차이가 나타났다. 그러나 전체 아미노산 함량의 합계는 조단백질 함량의 56.9∼71.0%(평균 65.5%)로서 일반 배합사료와 비교해도 전혀 손색이 없는 것으로 나타났다.
| 아미노산 | 평균±표준편차 |
| Asp | 7.89±0.4 |
| Glu | 1.68±0.6 |
| Ser | 0.83±0.2 |
| Gly | 2.03±0.5 |
| His | 0.35±0.1 |
| Arg | 1.25±0.3 |
| Thr | 2.17±0.7 |
| Ala | 0.64±0.8 |
| Pro | 1.83±0.4 |
| Tyr | 0.73±0.4 |
| Val | 1.33±1.2 |
| Met | 1.09±0.6 |
| Cys | 0.56±0.2 |
| Ile | 1.29±0.4 |
| Leu | 0.78±0.3 |
| Phe | 1.10±0.4 |
| Lys | 1.48±0.5 |
| 총아미노산 | 19.10±1.7 |
| 단백질 | 29.19±1.3 |
| 아미노산/단백질 비 | 65.46±5.4 |
실시예 3
남은 음식물 발효사료의 안전성
실시예 1에 따라 제조된 사료를 돼지에게 설사를 유발시키는 주요 원인균인 대장균 및 살모넬라 수를 평판배지법과 증균배양법을 이용하여 검사한 결과 전부 음성으로 나타났다. 평판배지법에 의한 대장균 및 살모넬라 수 검사는 분쇄한 남은 음식물 사료를 멸균된 생리식염수로 적정 희석한 다음 멕콩키 아가(MacConkey agar)와 에스에스 아가(SS agar, Salmonella-Shigella agar)에 도말하여 콜로니 형성을 측정하였다. 증균배양법은 소수의 대장균 및 살모넬라를 함유하고 있을 경우에도 검출이 가능하기 때문에 실시하였다. 대장균의 증균배양은 남은음식물 시료 25g과 대장균(Escherichia Coli) 배지 225ml과 혼합하여 분쇄한 다음 35℃에서 24시간 배양시킨 다음, Coli ID 아가배지(Biomerieux사)에 1ml 접종하여 35℃에서 24∼48시간 배양시킨 후 형성된 콜로니로 판정하였다. 살모넬라의 증균배양은 남은음식물 시료 25g과 완충 펩톤수(buffered peptone water) 225ml과 혼합하여 분쇄한 다음 35℃에서 24시간 배양시킨 다음 XLD 아가배지(Xylose lysine decarboxylase agar)에 1ml 접종하여 37℃에서 24∼48시간 배양시킨 후 형성된 콜로니로 판정하였다. 하기 표 5에는 본 시험에 사용된 배지의 종류 및 배지 조성을 기재하였고, 하기 표 6에는 평판배지법과 증균배양법을 이용하여 검사한 대장균 및 살모넬라 수의 검사 결과를 나타내었다.
| 배지 | 배지조성(g/L) |
| 맥콩키 아가 | peptone 20, bile salts 1.5, lactose 10, sodium chloride 5, neutral red 0.05, crystal violet 0.001, agar 15, pH 7.2. |
| SS 아가 | beef extract 5, peptone 5, lactose 10, bile salts 8.5, sodium citrate 8.5, sodium thiosulfate 8.5, ferric citrate 1, agar 13.5, brilliant green 0.33mg, neutral red 0.025, pH 7.0. |
| 대장균 배지 | tryptose 20, lactose 5, bile salts 1.5, dipotassium phosphate 4, monopotassium phosphate 1.5, sodium chloride 5, pH 6.9. |
| XLD 아가 | yeast extract 3, L-lysine 5, xylose 3.75, lactose 7.5, saccharose 7.5, sodium desoxycholate 2.5, ferric ammonium citrate 0.8, sodium thiosulfate 6.8, sodium chloride 5, agar 15, phenol red 0.08, pH 7.4. |
| 배양방법미생물 | 평판배지법 | 증균배양법 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 대장균(E. coli) | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 |
| 살모넬라(Salmonellasp.) | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 | 음성 |
남은 음식물의 수집, 저장 및 처리공정 중에 혼입될 가능성을 조사하기 위하여 열처리 시료들 중 5점의 시료를 대상으로 중금속 중 카드뮴과 납 함량을 측정하였다. 전처리는 건식회화 방법(Microdigest 401, France)을 이용하였으며 회화물로부터의 중금속 추출은 강산과 열을 가함으로서 수행하였다. 분광 광도계(Atomic absorption spectrophotometer)는 일본 Shimadzu의 AA-680을 이용하였다. 이상의 분석 자료에 대해 평균, 표준편차 및 범위를 제시하였다.
남은 음식물 중 이물질 혼입으로 인해 검출될 가능성이 있는 카드뮴과 납의 잔류 여부를 평가한 결과 전 시료에서 분석한계(카드뮴 0.06ppm, 납 0.15ppm) 이하인 것으로 나타나 남은 음식물이 사료원료로서 이용하는데 안전한 것으로 나타났다. 참고로 국내 사료관리법 시행령 제12조(유해사료의 범위와 기준)의 허용 기준은 카드뮴의 경우 1.0ppm이며 납은 10ppm이다.
실시예 4
비육돈 사양실험
비육돈 총 349두(암톤 182두, 거세돈 167두; 평균 41±6kg)를 체중과 성별로 선별하고 무작위로 배합사료구(대조구; 거세돈 n = 21, 암톤 n = 22)와 발효사료 급여구(거세돈 n = 160, 암톤 n = 146)에 배치하여 91일간 사양실험을 실시하였다. 배합사료는 비육 전기와 후기 두 가지 단계로 나누어 영양성분을 다르게 배합한 사료를 제조하여 체중 약 75kg까지는 비육 전기 사료를, 체중 110kg까지는 비육 후기 사료를 급여하였다. 발효사료 역시 남은 음식물과 혼합하는 별도의 원료사료의 영양성분을 다르게 하여 비육 전기와 후기로 나누어 급여하였으며, 남은 음식물과 별도의 원료사료의 혼합비율은 전 기간에 걸쳐 공히 7 : 3 중량비였다. 주문사료는 남은 음식물 내 단백질은 충분하나 에너지가 부족한 점을 고려하여 배합하였으며, 가능한 한 남은 음식물의 혼합 비율을 극대화하도록 하였다. 급여한 배합사료와 별도의 원료사료 성분은 각각 표 7 및 8과 같다.
| 성 분 | 돼지체중(40∼75kg) | 돼지체중(75∼110kg) |
| 건 물 | 87.9 | 87.9 |
| 조단백질 | 16.7 | 13.5 |
| 조지방 | 3.8 | 2.6 |
| 조섬유 | 5.3 | 5.1 |
| 조회분 | 7.8 | 8.2 |
| 칼슘 | 0.6 | 0.6 |
| 인 | 0.5 | 0.4 |
| 원 료 | A | B |
| 옥수수 | 89.43 | 63.1 |
| 대두박 | 6.93 | 0.0 |
| 호밀 | 0.0 | 32.4 |
| 당밀 | 0.0 | 3.3 |
| 라이신(액상, 80%) | 2.6 | 0.9 |
| 복합비타민제 | 1.0 | 0.3 |
| 합 계 | 100 | 100 |
본 사양실험 전 처리구별로 5일간의 적응기간을 주었으며 급여는 하루 두 번 오전 8시와 오후 4시에 실시하였으며 사료와 물은 모두 자유급여하였다. 전체기간 중 체중 측정은 각 사양 단계마다 2회씩 나누어 실시하였는데, 비육 전기에는 실험 시작 29일 및 50일에 그리고 비육 후기에는 77일과 91일에 각각 체중을 측정하였다. 실험성적의 통계처리는 SAS(1990)의 GLM 절차(Procedure)를 이용하여 5% 수준에서 유의성을 검정하였고, 평균치간의 유의성 검정은 LSD(least significant differences)를 이용하여 결정하였다.
하기 표 9에는 사양실험의 결과를 제시하였는데, 비육 전기의 경우 일당증체량(average daily gain, kg)이 1차 체중 측정시(0∼29일) 발효사료구와 배합사료구가 각각 0.64 및 0.65이였고, 2차 측정 시(30∼50일) 각각 0.80과 0.75로서 발효사료구와 배합사료구가 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 비육 후기에는 일일증체량이 1차 체중 측정 시(51∼77일) 발효사료구와 배합사료구가 각각 0.63 및 0.80, 2차 측정 시 각각 0.85와 0.96로서 발효사료구가 배합사료구에 비해 낮았다(P<0.05). 따라서 전체 기간 중 일일증체량을 비교해 보면 발효사료의 경우 0.75로서 배합사료의 0.81 보다 낮았다(P<0.05). 그러나 이를 토대로 실제 양돈사양 시 발효사료와 배합사료를 이용하여 40∼110kg까지 사육한다고 했을 때의 사육일수를 계산하면 각각 93일 및 87일로서 발효사료를 이용했을 경우 배합사료 이용시 보다 단지 6일이 더 소요되는 것으로 나타났다.
섭취량 면에서는 배합사료구의 경우 전체 실험기간 동안 일당섭취량(average daily feed intake, kg)이 비슷했던 반면, 발효사료구의 경우 꾸준히 증가한 것으로 나타났다(1차 측정 2.10kg, 2차 측정 2.74kg, 3차 측정 2.95kg, 4차 측정 3.92kg). 이에 따라 발효사료구와 배합사료구 전체 사양실험 기간 동안의 섭취량을 비교해 보면 발효사료구는 2.93kg으로서 배합사료의 섭취량 2.48kg(건물 기준)보다 높은 경향을 나타내 급여한 발효사료의 기호성이 양호했음을 나타내었다.
| 남은음식물 발효사료 | 일반 배합사료 | |||||
| 거세돈 | 암톤 | 평균 | 거세돈 | 암톤 | 평균 | |
| 개시체중 | 42.0 | 41.4 | 41.7 | 39.0 | 40.5 | 39.8 |
| 1차 비육단계 I (0-29일) | ||||||
| 일당증체량 | 0.65 | 0.63 | 0.64 | 0.68 | 0.61 | 0.65 |
| 일당섭취량 | 2.15 | 2.05 | 2.10 | 2.50 | 2.45 | 2.47 |
| 1차 비육단계 II (30-50일) | ||||||
| 일당증체량 | 0.81 | 0.79 | 0.80 | 0.76 | 0.74 | 0.75 |
| 일당섭취량 | 2.82 | 2.66 | 2.74 | 2.46 | 2.61 | 2.53 |
| 2차 비육단계 I (51-77일) | ||||||
| 일당증체량 | 0.62 | 0.65 | 0.63a | 0.83 | 0.77 | 0.80b |
| 일당섭취량 | 2.96 | 2.94 | 2.95b | 2.45 | 2.23 | 2.34a |
| 2차 비육단계 II (78-91일) | ||||||
| 일당증체량 | 0.89 | 0.81 | 0.85a | 0.97 | 0.96 | 0.96b |
| 일당섭취량 | 4.01 | 3.82 | 3.92b | 2.55 | 2.59 | 2.57a |
| 전체 (0-91일) | ||||||
| 일당증체량 | 0.75 | 0.75 | 0.75a | 0.83 | 0.79 | 0.81b |
| 일당섭취량 | 2.98 | 2.87 | 2.93 | 2.49 | 2.47 | 2.48 |
a, b처리간(가로줄) 다른 윗 첨자는 통계적으로 유의차가 있음(P<0.05)
이와 같이, 본 발명에 따른 남은 음식물 함유 발효사료를 비육돈 총 349두(암톤 182두, 거세돈 167두; 평균 41±6kg)를 대상으로 배합사료와 비교하여 91일간 사양실험을 실시한 결과, 일당증체량에서 발효사료의 경우 0.75로서 배합사료의 0.81 보다 다소 낮았으나, 이를 토대로 실제 양돈사양 시 발효사료와 배합사료를 이용하여 40∼110kg까지 사육한다고 했을 때의 사육일수를 계산하면 각각 93일 및 87일로서 발효사료를 이용했을 경우 배합사료 이용시 보다 단지 6일이 더 소요되는 것으로 나타나 효과적인 남은 음식물을 이용한 발효사료를 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 이물질을 제거한 남은 음식물을 분쇄하여 생죽형태로 얻고, 이를 90∼100℃까지 가온하여 유해미생물의 살균과 불쾌취를 제거한 다음, 50∼60℃로 냉각시키는 단계;상기 냉각된 남은 음식물에 원료사료중 1/4을 혼합하고, 하나 이상의 바실러스균을 투입시키는 단계;투입후 약 20분 간격으로 3∼5분간 교반시키면서 12시간 이상 발효시키는 단계; 및상기 바실러스균으로 발효시킨 혼합사료에 나머지 원료사료(3/4)를 혼합시키고, 유산균으로 페디오코커스 에시디락티시(Pediococcus acidilactici; 기탁번호 KFCC-11097)을 첨가하여 발효시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 바실러스균는 바실러스 서브틸리스(B. subtilis), 바실러스 리체니포미스(B. licheniformis), 바실러스 아밀로리케페시언스(B. amyloliquefaciens) 및 바실러스 세리우스(B. cereus)로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택됨을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 바실러스균 및 유산균은 각각 제올라이트, 미강, 탈지강 및 질석으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 부형제와 혼합하여 건조시키는 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 바실러스균 및 유산균은 1.0×107CFU/g 이상으로 첨가시점의 각 사료에 대하여 0.02∼0.1중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 남은 음식물과 전체 원료사료의 혼합비는 1.5∼3 : 1의 중량비인 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 원료사료는 비육전기(체중 40∼75 kg) 및 비육후기(체중 75∼110 kg)로 구분하여 다르게 조성되며, 비육전기(체중 40∼75 kg)의 원료사료는 옥수수 : 대두박 : 라이신 : 복합비타민제 각각이 85∼94중량%, 5∼7중량%, 2∼3중량% 및 1.0중량%로 구성되고, 비육후기(체중 75∼110 kg)의 원료사료는 옥수수 : 호밀 : 당밀 : 라이신 : 복합비타민제 각각이 60∼65중량%, 30∼35중량%, 2∼5중량%, 0.5∼1중량% 및 0.1∼0.5중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료의 제조방법.
- 제1항 내지 제6항중 어느 한 항의 방법으로 제조된 남은 음식물을 이용한 발효사료.
- 제7항에 있어서, 상기 발효사료는 돼지의 사료인 것을 특징으로 하는 남은 음식물을 이용한 발효사료.
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