KR20070077149A - 음식물쓰레기의 발효소멸 능력을 보유한 신규한 균주바실러스 세레우스 이엔비-02 및 미생물제제 - Google Patents

음식물쓰레기의 발효소멸 능력을 보유한 신규한 균주바실러스 세레우스 이엔비-02 및 미생물제제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생활폐기물 중 폐유기성자원인 음식물쓰레기의 발효소멸화 능력이 우수한 미생물 및 무기담체흡착 안정화기술을 적용한 미생물제제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미생물은 유기물의 함량이 풍부한 산림토양으로부터 분리한 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) ENB-02 (KACC 91319P)로서, 탄수화물, 단백질, 지방 및 섬유소 가수분해효소를 분비하며 20~40℃의 중온에서 분해작용을 하므로 악취가 거의 발생하지 않아 일반 가정 및 사업장에서 발생하는 음식물쓰레기를 처리하는데 뛰어난 효과가 있다.
본 발명에 따른 무기담체흡착 안정화기술을 적용한 미생물제제는 양이온 치환능력, 수분조절능력, pH 완충능력이 뛰어난 무기담체를 사용하여 음식물쓰레기 발효소멸기의 환경변화에도 일정한 처리효율을 갖도록 하였다.
바실러스 세레우스, 음식물쓰레기, 발효소멸, 미생물제제, 무기담체흡착

Description

음식물쓰레기의 발효소멸 능력을 보유한 신규한 균주 바실러스 세레우스 이엔비-02 및 미생물제제 {Novel Bacillus cereus ENB-02 strain having foodwaste decompositing capability and microbial agent}
도 1은 본 발명에 따른 바실러스 세레우스 ENB-02 균주의 군체(Colony)를 나타낸 사진 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바실러스 세레우스 ENB-02 균주의 성장 그래프이다.
본 발명은 음식물쓰레기를 미생물의 발효에 의해 분해소멸시키는 미생물제제 및 그에 이용되는 미생물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는 본 발명은 유기물의 함량이 풍부한 산림토양으로부터 분리된, 고염도 환경에서 생존할 수 있고 음식물쓰레기를 분해소멸시키는 능력이 우수하며, 악취를 거의 발생하지 않으면서 음식물쓰레기를 효과적으로 처리할 수 있는 바실러스 세레우스 ENB-02(KACC 91319P)를 적절한 무기담체에 안정되게 흡착시킨 것으로 된 음식물쓰레기 발효소멸용 미생물제제 및 그에 이용되는 미생물에 관한 것이다.
현재 우리나라의 1일 음식물쓰레기의 발생량은 11,520톤/일(국립환경과학원 '2004 폐기물통계)이며, 생활폐기물의 23%에 달한다. 이중 67%에 해당하는 음식물쓰레기가 가정에서 배출되고 있다. 이러한 음식물쓰레기의 처리방법으로 기존에는 소각, 매립이 주로 이루어졌으며, 소각은 다이옥신과 같은 유독 물질을 유발하여 인체에 치명적인 영향을 끼치고, 또한 환경오염의 심각한 원인을 제공하며, 매립은 수분이 많은 음식물쓰레기가 외부 미생물에 의해 분해가 일어나 고농도의 침출수와 심한 악취가스를 발생하며 이로 인한 2차 환경오염을 일으킨다. 이로 인해 2005년 1월 이후에는 감량화 및 재활용이 안 되는 음식물쓰레기의 매립이 금지되고 있다.
음식물쓰레기의 감량화 및 자원화를 위해서 지금까지 방법으로 건조, 발효분해, 발효-건조, 발효소멸화가 있으며 현재 감량화, 퇴비화 장치 개발 업체들 중 건조방법을 가장 많이 이용하고 있다.
하지만, 2차 오염 문제와 많은 양의 수분함량으로 80℃ 이상의 고온으로 건조가 이루어짐으로써, 경비가 과다하게 소요되며 또한 염분 등으로 인한 사료화 및 퇴비화에 문제가 있고, 발효분해방식은 미생물을 이용하여 감량 및 퇴비화를 이룸으로 인해 매립에는 문제가 없으나 매일 퇴적물을 교체하여야 어려움이 있다.
발효소멸화 방법은 최상의 방법으로써, 발효분해 방법과 비슷하지만, 퇴적물의 완전소멸을 유도함으로써, 직접적인 잔존물의 교체를 수개월에 1회 단위로 배출이 가능하다. 이 같은 발효소멸화 처리장치는 국내뿐 아니라 일본 등지에서도 활발히 연구가 진행 중에 있으나 기 개발된 처리기술에 대한 신뢰도는 상당히 낮은 편 이며, 판매 설치된 처리장치 들마저도 적정한 공정효율을 보이지 못하고 있으며 기존의 발효소멸화 장치를 이용한 처리방법은 ①악취를 많이 발생시키고, ②사용하는 미생물제제의 발효소멸화 효율이 낮으며, ③소음 및 유지비 등의 문제점으로 인해 사용자들에 의해 기피 되어 왔던 것이 사실이다. 또한, 대부분 업체가 발효소멸화 장치라고 주장하지만 소멸화가 아닌 건조나 발효-건조가 이루어지고 있는데 이는 소멸화의 가장 중요한 미생물의 효소역가, 분해매체제의 상호작용에서 수분함량 조절, 호기성 미생물의 공극확보 및 산소공급, C/N비 조절 등과 소멸화장치의 적정한 공정효율에 대한 기술적 어려움 등에 기인하는 것으로 판단된다.
따라서, 발효소멸화용 장치 및 공정효율을 높이기 위한 운용기술 개발과 그에 따른 미생물과 발효소멸에 필요한 주요인자 및 분해매체제(무기담체)를 포함하는 미생물제제, 효소활성이 높은 미생물의 분리 등에 체계적인 연구가 필요하고 특히 우리나라 음식 문화의 특성에 따른 연구가 요구되고 있다.
또한, 가정이나 업소에서 사용됨을 주시하며 미생물에 의해 분해되는 과정에서 발생하는 악취의 발생을 최대한 억제해야 하는 것도 중요한 문제가 될 수 있다. 이 문제는 소멸화 장치에 탈취장치를 부착하여 해결을 볼 수 있으나, 완벽한 탈취는 불가능하다.
이에 근본적인 접근으로 미생물에 의한 완전분해가 이루어진다면 악취는 최대한 줄일 수 있다. 그러므로 악취의 주요 원인은 단백질 및 지방질의 분해과정에서 불완전한 발효분해가 될 때 악취의 발생이 대부분이므로 프로테아제와 리파아제의 활발한 활성으로 인한 완전분해를 유도하여 악취 발생을 최대한 억제할 수 있으 며 소멸화장치 내의 탈취장치와 함께 완전한 탈취를 이룰 수 있다.
한편, 한국의 음식물쓰레기의 조성은 서구의 음식물쓰레기와 비교하여 된장, 간장, 김치 등의 음식물에 의해 염도 및 산도가 높고, 밥과 국 등의 음식물에 의해 점질성과 수분함량이 높아 미생물의 활동이 어려워질 수 있고, 육식보다는 채식이 많아 셀룰로오스 등의 함량도 높으므로, 이와 같은 음식물쓰레기의 특성에 맞춘 미생물 균주의 분리 및 미생물제제의 제형 연구가 무엇보다도 중요하다.
또한, 음식물쓰레기 처리시 소멸화 장치 내의 수분 및 pH 등의 조건 변화도 심하다는 것을 고려해야 한다.
따라서 본 발명은 이러한 노력의 일환으로 상기 음식물쓰레기를 발효소멸하기 위한 음식물쓰레기의 발효소멸화용 미생물에 관한 것으로, 특히 음식물쓰레기의 발효소멸 능력이 우수한 미생물을 그 영양물과 함께 무기담체(분해매체제), 즉 호기성 미생물의 공극확보 및 수분조절능력, pH 완충능력, 내마모성, 탈취, 양이온 치환능력이 뛰어난 제오라이트에 안정되게 흡착시켜 이용하는 것이다.
음식물쓰레기를 신속하게 발효소멸시키고, 발효 중에 취기의 발생을 억제하기 위해서는, 음식물쓰레기를 발효소멸시키는데 이용되는 미생물이 예컨대, 내염성 및 내열성뿐만 아니라 프로테아제, 리파아제, 셀룰라아제, 아밀라아제와 같은 몇 가지 중요한 분해효소를 다량으로, 그리고 높은 효소 활성도로 생산할 수 있어야 한다.
본 발명자는 상술한 종래기술의 문제점을 해결할 수 있는 우수한 음식물쓰레기 발효소멸 미생물을 선별하기 위하여 유기물의 함량이 풍부한 산림토양, 퇴비 더미, 발효 축분, 음식물쓰레기 매립지 등의 시료를 채취하여 실험실에서 우점 미생물을 분리하였다. 분리된 여러 우점 미생물 각각을 대상으로 각종효소활성도 평가, 내구체형성능 조사, 음식물 열수추출물에서의 배양성 평가, 음식물 고형물에서의 배양성 평가, 내염성 시험, 내열성 시험, 산업용 배지에서의 배양수율 평가 등을 실시한 결과, 최종적으로 효과가 가장 우수한 세균 1종을 선발하였다. 또한, 본 발명자들은 상기 선발된 미생물을 배양하여 적절한 농도의 영양물과 함께 무기담체(분해매체제), 즉 제오라이트에 안정하게 휴면흡착시켜 음식물쓰레기 발효소멸용 미생물제제를 완성하였다.
이에 따라, 본 발명은 우리나라 음식물쓰레기의 특성에 맞게 프로테아제, 리파아제, 셀룰라아제, 아밀라아제의 효소활성도가 뛰어나며, 내산성, 내염성 및 내열성이 우수한 신규 바실러스 세레우스(Bacillus cereus) ENB-02(KACC 91319P) 및 이를 무기담체인 제오라이트에 안정되게 휴면흡착시켜 이루어진 음식물쓰레기 분해소멸용 미생물제제를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명 미생물 균주는 효소의 높은 활성도에 의한 분해 활성이 뛰어나며, 생육온도 범위는 10~55℃이며, 염분농도 8%에서도 생육가능하며 pH범위 4.0~10.0에서 생존 가능하며, 최적 환경은 온도 범위는 28~50℃이며, 염분 5%이하, 최적pH범 위 5.0~8.5에서 가장 왕성한 활동을 보이며 프로테아제와 리파아제의 활성화가 높아 악취발생을 억제함과 동시에 셀룰라아제 및 아밀라아제 분비능력으로 특히 우리나라 음식물쓰레기 특성에 따른 분해능력이 뛰어난 내염성, 내산성 및 내열성 균주이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 신규 바실러스 세레우스 ENB-02 (KACC 91319P) 균주를 이용하여 미생물의 영향인자와 분해매체제(무기담체)의 유기적인 상호작용에 의해 최적의 분해소멸을 유도하는 미생물제제에 관한 것으로, 분해매체제(무기담체)는 미생물의 호기성 특성을 최대한 유지함과 동시에 내부온도의 냉각을 방지하기 위해 산소공급의 효율을 높이며 미생물의 활동 및 통기성 저하를 방지하고 혐기적 분해 특성의 발생을 억제하기 위해 20~60%의 수분함량을 유지하며 악취물질 흡착 및 pH 조절능력과 기계적인 마모에 안정적인 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 음식물쓰레기의 발효소멸화 능력 및 탈취능력이 우수한 것으로 선발된 미생물은 버어지스 매뉴얼(Bergy's Manual of Determinative Bacteriology)과 16S rRNA의 부분적 염기서열 분석에 따라 본 발명의 균주의 형태학적, 생리학적, 생화학적 및 유전학적 특성을 조사하여 균주 동정을 하였다.
그 결과 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 균주는 고체배지에서 원형의 군체(Colony)를 형성하며, 군체 색깔은 미색을 띄었다.
또한, 하기 표1에 나타낸 바와 같이, 본 발명 미생물 균주는 그람양성균으로 호기성 세균이며, 운동성과 포자형성능력을 가진 간균으로 카탈라제 생성은 양성이며, 옥시다아제 생성은 음성이고, 시트레이트 이용성 및 젤라틴 액화, 카제인, 전 분과 우레아 가수분해능을 가졌고, 니트레이트 환원능이 있었다. 탄소원으로 글루코즈, 말토즈와 자이로즈로부터 호기적 조건에서 산을 생성하였다.
이상의 결과로부터 본 발명 미생물 균주는 바실러스 세레우스로 추정되었지만 더 정확한 균주 동정을 위하여 분자유전학적 방법으로 16S rRNA partial sequencing을 이용하여 동정한 결과 바실러스 세레우스로 동정되었으며 병원성 유무를 시험한 결과 병원성이 없는 것으로 나타났다. 본 발명자들은 상기 동정된 균주를 바실러스 세레우스 ENB-02라 명명하고 농업생명공학연구원에 기탁하여 2007년 6월 8일자로 수탁번호 KACC 91319P를 부여받았다.
표 1. 본 발명의 신규한 미생물 균주 바실러스 세레우스 ENB-02의 특성
인자 ENB-02
형태학적 특성 그람염색 모양 크기(㎛) 운동성 포자형성 + 간균 0.9~1.2×3.0~5.0 + +
배양학적 특성 색깔 호기적 배양 혐기적 배양 생육온도 5℃ 30℃ 40℃ 65℃ 5% 염화나트륨 미색 + + - + + - +
생리학적 특성 카탈라제 생산 옥시다아제 생산 글루코즈로부터 산 생성 탄수화물 산화발효(O/F) 탄소화물로부터 산 생성 글루코즈 말토즈 아라비노즈 자일로즈 시트레이트 이용 니트레이트 환원 젤라틴 액화 카제인 가수분해 전분 가수분해 우레아가수분해 Voges-Proskauer(VP) 시험 + - + F + + - + + + + + + + +
본 발명의 신규한 미생물 균주 바실러스 세레우스 ENB-02는 프로테아제와 리파아제의 활성화가 높아 악취발생을 억제함과 동시에 셀룰라아제 및 아밀라아제 분비능력으로 특히 우리나라 음식물쓰레기 특성에 따른 분해능력과 내염성과 내산성이 우수하므로, 따라서 음식물쓰레기를 발효소멸하는데 사용되는 미생물로 매우 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 균주가 음식물쓰레기의 발효소멸용 미생물로 사용되는 경우, 본 발명의 균주를 분해매체제(무기담체)에 흡착시켜 사용하는 것이 바람직하며, 적절 한 무기담체는 제오라이트, 활성규조토, 질석 및 화이트카본 중에서 1) 수분조절능력이 뛰어나고 2) 미생물흡착에 의한 담체역할을 할 수 있고 3) pH 버퍼 능력이 있고 4) 기계적인 마모에 안정적이고 5) 악취물질 흡착효과가 뛰어난 것을 선택하는 것을 포함한다.
본 발명의 음식물쓰레기 발효소멸화용 미생물제제 제조방법은, 바실러스 세레우스 ENB-02를 영양배지에서 호기배양하여 발효균배양액을 제조하는 단계; 상기 발효균배양액을 무기담체에 흡착시키고 건조시켜 발효균건조물을 제조하는 단계; 및 상기 발효균건조물에 부형제 및 발효균 먹이성분을 혼합하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 발효균건조물 제조시 사용되는 무기담체는 제오라이트, 활성규조토, 질석 및 화이트카본으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 발효균배양액에 대해 중량비로 0.5 내지 5배인 것이 바람직하다.
상기 부형제는 일라이트, 활성탄 및 맥반석으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 발효균건조물에 대해 중량비로 0.1 내지 5배인 것이 바람직하다. 또한, 이때 발효균 먹이성분으로 당밀 및 포도당으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 상기 부형제에 대해 중량비로 0.5 내지 5중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 미생물 바실러스 세레우스 ENB-02는 음식물쓰레기에 처리하여 초기에 왕성한 번식 및 안정성을 유도하기 위한 배지성분 및 무기담체를 함유하는 미생물제제 형태로서 음식물쓰레기 발효소멸화에 사용되며, 구체적으로는 음식물쓰레 기에 본 발명의 균주를 포함하는 미생물제제를 투여하고 교반하면서 적정온도에서 호기적인 조건을 유지하면, 본 발명의 미생물은 발효 초기에 미생물제제 내에 포함된 배지성분을 이용하여 활발하게 번식함으로써 음식물쓰레기 더미 내에서 우점미생물이 된다. 이 바실러스 세레우스 ENB-02는 음식물쓰레기의 고형물성분 및 비고형물성분에 대한 분해소멸력이 매우 우수하므로 음식물쓰레기를 빠른 시간 내에 분해소멸할 수 있으므로, 본 발명의 미생물을 포함하는 미생물제제를 사용하면 빠른 시간 내에 음식물쓰레기를 분해소멸시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[ 실시예 1] 바실러스 세레우스 ENB -02 균주의 분리
본 발명의 프로테아제, 리파아제, 셀룰라아제 및 아밀라아제 효소 활성을 갖는 균주는 유기물이 풍부한 산림토양으로부터 시료를 채취하고, 그 시료를 0.85% 생리식염수로 10-4, 10-5, 10-6, 10-7 등으로 희석하여 각 효소기질이 포함된 고체 평판배지에 접종하여 2일 동안 40℃에서 배양하였다. 그 다음 형성된 콜로니를 연속 계대배양하여 순수한 균주를 분리하여 버어지스 매뉴얼(Bergy's Manual of Determinative Bacteriology)과 16S rRNA의 부분적 염기서열 분석에 따라 본 발명의 균주의 형태학적, 생리학적, 생화학적 및 유전학적 특성을 조사하여 균주 동정을 하였으며 그 결과는 상기 표 1에 이미 나타낸 바와 같다.
[ 실시예 2] 바실러스 세레우스 ENB -02의 효소활성도 조사
음식물쓰레기의 주성분은 탄수화물, 단백질, 지방, 섬유소성분으로 구성되어 있으므로, 본 발명의 바실러스 세레우스 ENB-02가 이들 음식물쓰레기 성분을 어느 정도 분해할 수 있는지를 평가하기 위하여 바실러스 세레우스 ENB-02의 효소활성도를 조사하였다. 조사방법은 클리어존(Clear zone)법에 의거하여 바실러스 세레우스 ENB-02의 탄수화물분해효소(아밀라아제), 단백질분해효소(프로테아제), 지방분해효소(리파아제), 섬유소분해효소(셀룰라아제) 활성도를 조사하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2] 바실러스 세레우스 ENB-02의 효소활성도
종류 균주 효소활성도 조사결과(클리어존의 지름, cm)
아밀라아제 프로테아제 리파아제 셀룰라아제
ENB-02 2.4 2.8 2.2 1.2
ENB-04 1.8 2.2 1.8 1.4
ENB-08 2.3 2.2 1.8 -
탄수화물분해효소 측정은 starch, 단백질분해효소 측정은 casein, 지방분해효소측정은 tributyrin, 섬유소분해효소측정은 CMC를 이용하여 실시하였으며, 상기 표 2에 보이는 바와 같이, 바실러스 세레우스 ENB-02는 효소 4종의 활성도가 모두 매우 우수함을 알 수 있다.
[ 실시예 3] 바실러스 세레우스 ENB -02의 음식물 열수용출물에서의 배양성 평가
음식물쓰레기는 그 물리적 성상으로 볼 때, 대부분의 수분을 포함한 용출성 양분(고형물에 흡착되어 있는 유리성 양분 포함)부분과 그외의 고형물 부분으로 나눌 수 있다. 음식물쓰레기 발효소멸의 초기단계는 용출성부분의 분해단계이며, 후기 단계는 고형물부분의 분해단계라 할 수 있다. 여기서는 용출성 양분부분에 대한 바실러스 세레우스 ENB-02의 분해력을 평가하고자 하며, 용출성 양분에 대한 분해력은 용출성 양분에서의 배양성과 정비례하므로, 본 시험에서는 용출성 양분액에서의 발효균의 배양성을 조사하였다. 즉, 한식당에서 수집해온 음식물쓰레기 중에서 용출성 양분액을 제조하여 멸균한 후, 발효균을 접종하여 3일간 배양하면서 매일 발효균의 밀도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3] 바실러스 세레우스 ENB-02의 음식물 열수용출물에서의 배양성
종류 균주 음식물 열수용출물에서의 배양성(×100,000cfu/ml)
1일 경과 2일 경과 3일 경과
ENB-02 152 850 1100
ENB-04 110 440 560
ENB-08 92 215 351
상기 표 3에 보이는 바와 같이, 바실러스 세레우스 ENB-02는 음식물 열수용출물에서의 배양성이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 따라서 바실러스 세레우스 ENB-02의 음식물 열수용출물 분해력이 가장 우수하다고 할 수 있다.
[ 실시예 4] 바실러스 세레우스 ENB -02의 음식물 고형물에서의 배양성 평가
본 시험은 음식물의 비용출성 고형물(상기 실시예 3에서 사용한 용출물 이외의 부분)에 대한 분해력을 평가하고자 실시하였으며, 고형물에 중량비로 5배수의 증류수를 가하여 멸균한 후, 실시예 3과 동일한 방법으로 시험을 실시하였으며, 결과는 하기 표 4와 같다.
[표 4] 바실러스 세레우스 ENB-02의 음식물 고형물에서의 배양성
종류 균주 음식물 고형물에서의 배양성(×100,000cfu/g)
1일 경과 2일 경과 3일 경과
ENB-02 68 420 630
ENB-04 55 180 235
ENB-08 42 155 218
상기 표 4에 보이는 바와 같이, 바실러스 세레우스 ENB-02는 음식물 고형물에서의 배양성도 가장 우수한 것으로 나타나, 결국 본 발명의 바실러스 세레우스 ENB-02는 음식물의 모든 성분에 대하여 탁월한 분해력이 있음을 확인하였다.
[ 실시예 5] 바실러스 세레우스 ENB -02의 내염성 시험
음식물쓰레기 내에는 다량의 염분이 들어 있으므로 음식물쓰레기를 효율적으로 분해하기 위해서는 발효균이 고염분에서도 정상적인 생육을 할 수 있어야 한다. 본 시험에서는 염분농도에 따른 바실러스 세레우스 ENB-02의 생육활성을 조사하였으며, 그 결과는 하기 표 5과 같다.
[표 5] 바실러스 세레우스 ENB-02의 내염성
종류 균주 다양한 염분농도에서의 생장성
염분 3% 염분 5% 염분 8% 염분 10% 염분 13%
ENB-02 +++ +++ + - -
ENB-04 +++ +++ - - -
ENB-08 +++ +++ ++ + -
+++:우수, ++:보통, +:미약, -:생육불가
염: 천일염 사용
상기 표 5에 보이는 바와 같이, 바실러스 세레우스 ENB-02는 염분농도 8%에서도 생육할 수 있는 것으로 나타나, 바실러스 세레우스 ENB-02을 이용하면 고염분의 음식물쓰레기도 분해소멸 할 수 있는 것으로 확인되었다.
[ 실시예 6] 바실러스 세레우스 ENB -02의 내열성 시험
음식물쓰레기는 분해소멸과정 중에 온도가 상승하게 되며, 높은 온도에서도 음식물쓰레기를 효율적으로 분해하기 위해서는 미생물이 고온에서도 정상적인 생육을 할 수 있어야 한다. 본 시험에서는 온도에 따른 바실러스 세레우스 ENB-02의 생육활성을 조사하였으며, 그 결과는 하기 표 6과 같다.
[표 6] 바실러스 세레우스 ENB-02의 내열성
종류 균주 다양한 온도에서의 생장성
10℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃
ENB-02 +++ +++ +++ ++ -
ENB-04 +++ +++ ++ + -
ENB-08 +++ +++ ++ + -
+++:우수, ++:보통, +:미약, -:생육불가
상기 표 6에 보이는 바와 같이, 바실러스 세레우스 ENB-02는 50℃의 온도에서도 생육할 수 있는 것으로 나타나, 바실러스 세레우스 ENB-02을 이용하면 분해소멸과정 중에 온도가 올라가도 음식물쓰레기를 정상적으로 분해소멸 할 수 있는 것으로 확인되었다.
[ 실시예 7] 음식물쓰레기의 발효소멸용 미생물제제 제조
본 발명의 미생물 신균주 바실러스 세레우스 ENB-02의 배양액을 무기담체로서 제오라이트, 활성규조토, 질석 및 화이트카본과 혼합함으로써 본 발명의 미생물을 무기담체에 흡착시켜 발효소멸화용 미생물제제를 제조하였다.
본 발명의 미생물제제의 제조방법은 바실러스 세레우스 ENB-02를 NA배지에 접종하여 30℃에서 24시간 동안 호기배양하여 배양액을 제조한 후, 중량비로 2배의 제오라이트, 활성규조토, 질석 및 화이트카본에 골고루 균일하게 혼합하여 40℃에서 건조시켜 발효균건조물을 제조하고, 발효균의 음식물쓰레기내 초기번식을 촉진하기 위하여, 이 발효균건조물에 당밀, 포도당을 중량비로 각각 0.5%, 1%를 첨가하고 부형제로 일라이트를 50% 첨가하여 발효소멸화용 미생물제제를 제조하였다. 이렇게 제조한 미생물제제를 이용하여 이후의 시험을 실시하였다.
[ 실시예 8] 무기담체별 미생물제제 내의 생균수 및 안정성 측정
여러 종류의 무기담체를 사용하여 본 발명의 균주를 음식물쓰레기 발효소멸화용 미생물제제에 적용시, 최적의 무기담체를 조사하였다. 실시예 7의 여러 가지 무기담체를 이용하여 제조된 미생물제제 내의 생존하는 생균수를 조사하였으며, 그 안정성 측정을 위하여 40℃ 인큐베이터 내에서 4주간 보관한 후 생균수를 조사하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
[표 8] 각각의 무기담체에 따른 미생물제제 내의 생균수
미생물제제에 사용된 무기담체 생균수(×1,000,000 CFU/g) 4주후 생균수(×1,000,000 CFU/g)
제오라이트 450 396
활성규조토 430 288
질석 105 53
화이트카본 243 167
상기 표 8에 보이는 바와 같이, 무기담체로 제오라이트를 사용한 경우에 많은 생균이 안정되게 유지되는 것이 확인되었다.
[ 실시예 9] 음식물쓰레기의 실제 발효소멸 실험
본 발명의 미생물이 포함된 미생물제제의 음식물쓰레기 발효소멸 효과를 검증하기 위하여 다음과 같은 실험을 하였다. 실시예 8에서 생균수가 가장 높게 잘 유지된 제오라이트흡착 발효소멸용 미생물제제 15kg를 교반기, 온도조절장치, 탈취장치 및 팬이 부착된 10kg/일 처리용량의 발효소멸장치에 투입하여 발효소멸 여부를 실험하였다. 실험기간은 60일 동안이었으며, 매일 10kg 음식물쓰레기(당사 근처 식당에서 배출된 음식물쓰레기, 평균 함수율 80%)를 투여하여 소멸율, 생균수, 악취발생 여부, pH, 함수율, 온도 등을 조사하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
[표 9]
특성 0일 10일 20일 20일 40일 50일 60일
소멸율(%) 0.0 78.0 85.0 87.0 89.0 90.0 91.0
생균수(106 CFU/g) 55 43 58 51 69 54 51
암모니아(mg/l) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
황화수소(mg/l) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
pH 6.3 6.1 6.4 6.5 6.3 6.2 6.4
함수율(%) 39.1 35.0 33.0 36.0 35.0 34.0 28.4
온도(℃) 21.0 36.0 35.5 37.0 37.5 36.5 36.0
상기 결과에서, 생균수의 경우 평균 54×106 CFU/g로 매우 안정한 상태를 유지하였으며 악취발생의 원인으로 알려진 암모니아와 황화수소의 농도를 가스검지기를 이용하여 측정한 결과 감지되지 않았으며, 음식물쓰레기의 최종 소멸율은 91%로 나왔다.
한편, 음식물쓰레기 발효소멸 후 잔량을 농업과학기술원 인증 퇴비원료 분석지정기관에 의뢰한 결과를 하기 표 10에 나타내었다.
[표 10]
항목 검사성적 그린(1급)퇴비 기준
유기물(%) 유기물/질소 염분(%) 수분(%) 비소(mg/kg) 카드뮴(mg/kg) 수은(mg/kg) 납(mg/kg) 크롬(mg/kg) 구리(mg/kg) 니켈(mg/kg) 아연(mg/kg) 55.6 24.2 0.7 22.8 ND ND ND ND 72 8 12 ND 40 이상 40 이하 1.0 이하 45 이하 25 2.5 1 75 150 200 25 500
위 모든 항목은 그린(1급)퇴비 기준에 적합함.
본 발명에 따른 바실러스 세레우스 ENB-02는 탄수화물, 단백질, 지방 및 섬유소 모두를 분해하는 효소의 생산력 및 활성도가 높다. 또한, 본 발명의 미생물은 음식물쓰레기 열수용출물 및 고형물 모두에 대하여 분해력이 우수하고, 고염분 농도하에서도 생육이 가능하며, 음식물로부터 발생하는 취기의 억제력이 우수하여 우리나라 음식물쓰레기를 발효소멸시키는데 매우 유용하다. 특히 본 발명의 미생물을 제오라이트와 같은 무기담체에 안정되게 흡착시켜 미생물제제를 제조하여 사용할 경우 분해소멸률이 더욱 향상되어 매우 경제적이다. 이러한 본 발명의 기술로 인하여, 음식물쓰레기를 매우 효율적으로 처리, 처분할 수 있으며 발효소멸 후 잔량은 그린(1급)퇴비 조건에 적합하여 2차 오염원이 전혀 발생하지 않는다. 따라서 경제적이고 위생적으로 음식물쓰레기를 처리할 수 있어 환경산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
<110> Lee Han Kyung; With Nature and Human Co., LTD <120> Novel Bacillus cereus ENB-02 strain having foodwaste decompositing capability and microbial agent <160> 1 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1336 <212> DNA <213> Bacillus cereus <400> 1 caggatgaac gctggcggcg tgcctaatac atgcaagtcg agcgaatgga ttgagagctt 60 gctctcaaga agttagcggc ggacgggtga gtaacacgtg ggtaacctgc ccataagact 120 gggataactc cgggaaaccg gggctaatac cggataacat tttgaactgc atggttcgaa 180 attgaaaggc ggcttcggct gtcacttatg gatggacccg cgtcgcatta gctagttggt 240 gaggtaacgg ctcaccaagg caacgatgcg tagccgacct gagagggtga tcggccacac 300 tgggactgag acacggccca gactcctacg ggaggcagca gtagggaatc ttccgcaatg 360 gacgaaagtc tgacggagca acgccgcgtg agtgatgaag gctttcgggt cgtaaaactc 420 tgttgttagg gaagaacaag tgctagttga ataagctggc accttgacgg tacctaacca 480 gaaagccacg gctaactacg tgccagcagc cgcggtaata cgtaggtggc aagcgttatc 540 cggaattatt gggcgtaaag cgcgcgcagg tggtttctta agtctgatgt gaaagcccac 600 ggctcaaccg tggagggtca ttggaaactg ggagacttga gtgcagaaga ggaaagtgga 660 attccatgtg tagcggtgaa atgcgtagag atatggagga acaccagtgg cgaaggcgac 720 tttctggtct gtaactgaca ctgaggcgcg aaagcgtggg gagcaaacag gattagatac 780 cctggtagtc cacgccgtaa acgatgagtg ctaagtgtta gagggtttcc gccctttagt 840 gctgaagtta acgcattaag cactccgcct ggggagtacg gccgcaaggc tgaaactcaa 900 aggaattgac gggggcccgc acaagcggtg gagcatgtgg tttaattcga agcaacgcga 960 agaaccttac caggtcttga catcctctga aaaccctaga gatagggctt ctccttcggg 1020 agcagagtga caggtggtgc atggttgtcg tcagctcgtg tcgtgagatg ttgggttaag 1080 tcccgcaacg agcgcaaccc ttgatcttag ttgccatcat taagttgggc actctaaggt 1140 gactgccggt gacaaaccgg aggaaggtgg ggatgacgtc aaatcatcat gccccttatg 1200 acctgggcta cacacgtgct acaatggacg gtacaaagag ctgcaagacc gcgaggtgga 1260 gctaatctca taaaaccgtt ctcagttcgg attgtaggct gcaactcgcc tacatgaagc 1320 tggaatcgct agtaat 1336

Claims (3)

  1. 탄수화물, 단백질, 지방 및 섬유소 분해효소 활성을 가지며 음식물쓰레기 분해 활성이 우수한 바실러스 세레우스 ENB-02 균주(KACC 91319P).
  2. 청구항 1의 균주를 포함함을 특징으로 하는 음식물쓰레기의 발효소멸화용 미생물제제.
  3. 제1항의 발효균을 영양배지에서 호기배양하여 발효균 배양액을 제조하는 단계;
    상기 발효균 배양액을 무기담체, 즉 제오라이트에 흡착시키고 건조시켜 발효균 건조물을 제조하는 단계; 및
    상기 발효균 건조물에 발효균 먹이성분과 부형제를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 발효소멸화용 미생물제제 제조방법.
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