KR20090058941A

KR20090058941A - 양구 백토와 쌀 부산물 발효액을 이용한 기능성 보조사료.

Info

Publication number: KR20090058941A
Application number: KR1020070125756A
Authority: KR
Inventors: 원유용
Original assignee: 원유용
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-05
Publication date: 2009-06-10

Abstract

본 발명은 친환경 농축업에 적절한 기능성 광물질 및 효소제와 미생물제

요구도가 증가 되는 만큼 강원도 양구백토(고령토)의 다공성 규산염계 광

물인 점을 이용하여 양구백토에 효소제인 쌀 부산물을 담체화 하는 기술로

기존의 규산염계 보조사료와 생균제 사료를 담체화 해 합한 혼합제 형태의

보조사료이다.

백토, 담체화, 고령토, 미생물, White Kaolin, Carrier, 보조사료, 생균제, 다공성

Description

양구 백토와 쌀 부산물 발효액을 이용한 기능성 보조사료.{Functionality supplementary feed which use to whiteclay of YangGu and fermented fluid of rice by-products. }

1.국내외 관련기술의 현황

가. 국내

(1) 본 사업의 가공소재인 양구산 백색 고령토의 경우 소재의 독창성, 소재의

역사성이 차별화된 소재이므로 기능성 제품화 기술의 독창성이 지속적으로

유지될 수 있음.

나. 국외

(1) 기능성 광물질을 제조하는데 활용될 수 있는 물성가공, 담체화, 고정기술

의 원천 기술은 산업에서 일부 활용되고 있음.

(2) 그러나 상기 기술은 소재가 변화됨에 따라 기술적용이 매우 어려운 실정

이므로 기능성 광물질의 제조기술은 전 세계적으로 부재한 실정임.

본 발명은 규산염계 광물인 양구백토의 다공성 부분에 쌀 부산물 발효액인 라이젠을 혼합하여 보조사료를 만들기 위한 실험은 다음과 같이 실시하였다.

1. 계획수립 및 자료조사

가. 고령토의 구조, 물성평가의 기초 실험

(1) 구조 평가 - XRD(X-Ray Diffraction), SEM(Scanning Electron

Microscope) 평가

(2) 물성 평가 - 밀도, 비용적, pH, 입자도, 작열감량 평가

나. 생균제 특성, 생존 조건 조사

(1) 임의 생균제 선택 후 처리 전/후에 생존능력 파악(Plate count 평가)

(2) 적절 생존 조건 측정

2. 최적 유익 생균제 선택

가. 미생물의 생존 조건 규명하에 최적 유익균 선택

(1) 온도, pH, 농도, 배양시간, 담체와의 결합 능력 등의 평가

(2) 동물에게 유익한 친환경적 미생물 균주 선택 위해 상위 평가

3. 미생물 담체 구조 제조

가. 고령토에 특정 처리 후 담체 구조 형성 파악

(1) HCl 처리 & 소성 처리

(가) HCl 처리 후 담체를 사용하기 위한 pore의 크기는 생겼으나, 용적

이 적어 많은 양의 미생물 수용은 힘들 것으로 판단되며, 소성 처

리는 표면이 매끄러워질 정도로 치밀한 구조를 형성하도록 도와주

어 담체 형성에 부적절한 것으로 판단됨.(SEM 평가)

(나) HCl에 의하여 표면 물성 구조상에 변화를 초래하여 담체로써의 역

할이 줄어들 뿐만 아니라, 백토의 (XRD 평가)

(2) 수분 포화, 냉각 & 소성처리

(가) 수분 포화 후 냉각하여 증발 건조시킨 후 생성된 pore size도 마찬

가지로 작았지만 HCl 처리에 비해 많은 수용면적을 갖고 있는 것으로

보아 경제적인 면에서 우월한 형상을 보였다. 많은 양의 미생물 수용

은 어려웠지만, 백토로 인하여 미생물의 보호가 일정수준 이상으로

상승 된 효과를 볼 수 있었다. 소성처리는 위 반응과 마찬가지로 소

성 시 치밀한 구조를 형성하여 담체 형성에 도움이 안 되는 것으로

판단됨.(SEM 평가)

(나) 일반 백토와 비교시 피크의 차이를 보이지 않으므로 구조적인 변화가

없는 것으로 판단된다.(XRD 평가)

(3) 유기물-알킬아민 처리

(가)유기물로써는 DMSO와 NMF를 택하여 고령토에 포화시킨 후 이들 유기

물과 반응을 잘하며 탄소체인이 길어 분자량이 큰 알킬아민과 반응시켜

고령토의 pore형성을 극대화 시켰으며(SEM 평가), 위 반응들과 달리 이

반응은 구조변화에 아무런 영향을 미치지 않아(XRD 평가) 사료 첨가제

로 즉, 친환경, 미생물 담체로 사용이 가능할 것으로 판단됨.

(나)하지만 이 반응은 구입 비용이 극히 비싸 경제적인 면에서 효율을 저하

시킨다. 생산물은 최적의 상태를 보여주었지만, 이 유기물-알킬아민의

반응 형상은 앞으로도 더 많은 연구가 필요할 것이며, 경제성에 초점을

두고 연구하여 개척해야 할 사안으로 사료된다.

(4) 5% H₂O₂ 처리

(가)H₂O₂의 과포화 산소로 기포를 발생시켜 백토의 표면을 가공하는 방법을

모색하여 적용하여 수분 포화 및 냉각 반응과 비교 하였을 시 약간의 발

전적인 형상을 보였다. 이 H₂O₂도 마찬가지로 구입비가 저렴하여 타 방법

들에 비해 경제적이며, 미생물을 수용할 수 있을정도의 크기를 형성하는

것을 알 수 있어 기대효과가 클 것으로 사료된다.

4. 생균제 담제 체품의 제조기술 수립

가. 백토에 특정 처리 후 경제적이며, pore의 형성이 두드러진 수분 포화 및

냉각 처리와 5% H₂O₂ 처리를 선택하여 백토를 가공 후 사료에 첨가된 양을

고려하여 생균제 원제를 10⁸으로 제조하여 백토에 생균제를 포화시킨 후 사

료에 백토 0.5%, 생균제 0.2%가 되도록 배합을 하여 담체제품을 생산하였다.

5. 생균제 담체제품의 활성평가

가. 담체제품의 활성평가 항목은 내산성과 내열성이 있었으며, bacillus

subtilis는 plate count agar 배지를 이용하여 37℃ 배양, aspergillus

oryzae는 potato dextrose agar 배지를 이용하여 32℃ 배양 후 평판배양법

으로 활성 평가를 하였다. 내산성은 위산과 담즙산의 환경조건을 맞추어

온도는 체온의 36℃ 환경에서 pH2와 pH5를 가하여 처리 후 활성도를 측정하

였으며, 내열성은 여름철 고온성 온도에 노출시 40℃, 생균제를 선배합 후

익스투르전 가공시 65℃,또한 생균제를 선배합 후 펠렛 가공시 90℃에서 1

시간 처리후 활성평가를 하였다.

1. 고령토의 구조, 물성평가의 기초 실험

가. 고령토의 기본 구조 분석하기 위해 XRD, SEM을 통하여 기본적 구조를 파악

하고 표면 형상을 관찰하였으며, SEM은 가공전의 백토의 표면형성을 파악하

고 가공된 백토의 pore 형성도를 확인하기 위하여 분석하였다.

(1) 위 SEM 형상은 고령토 원광물의 표면형상을 관찰한 것이다. 완벽한 층

상구조는 보이지 않지만 얇은 판들의 조합으로 겹쳐져 있는 모습을 볼

수 있었다. 표면의 판들을 가공처리 하여 pore 생성의 효율을 높이는

방법에 대하여 연구하였다. 유기물-알킬아민 처리가 가장 큰 pore를 형

성하긴 하였지만 경제성에 뒤쳐져 제외되고 경제성과 결부시켜 졍제적

이며 pore생성의 효율이 큰 처리를 택하여 다음과 같은 수분 포화 및

냉각 처리구와 5% H₂O₂ 처리를 담체로 활용하기로 정하고 생균제와의

합성 및 생균제의 내산성 내열성 평가 분석을 하였다.

(2) 위 SEM 형상은 수분 포화 냉각 처리 백토의 표면형상을 관찰한 것이다.

2만배율에서 보면 백토 원광물에 비해 판상형 구조가 뚜렷해지며 pore

size 또한 커지는 것을 볼수 있다. 이렇게 뚜렷한 판상 구조와 pore

size의 확장으로 생균제의 많은 양을 수용할 수 있을 것으로 판단되어

생균제 실험에 임하였고, 이로써 수분 포화 냉각 처리 백토를 생균제 담

체를 사용할 수 있다고 판단된다.

(3) 위 SEM 형상은 수분 포화 냉각 처리 후 소성 처리 백토의 표면형상을 관

찰한 것이다. 다소의 pore 형성은 있지만 소성과정을 거친 후 표면의 치밀

화가 진행되어 pore 형성을 억제시킨다. 따라서 담체의 효과는 감소하는

것으로 판단된다.

(4) 위 SEM 형상은 5% H₂O₂ 처리 백토의 표면형상을 관찰한 것이다. 이 처리

는 판상형 구조가 부분적으로만 나타나며 pore형성이 넓어지면서 틈이 형성

되는 것을 볼 수 있다. 백토의 표면에서 생균제를 수용만 할 수 있다면 더

많은 양을 수용하고 보호해줌으로써 더 많은 효율을 볼 수 있다는 가정으로

실험을 하였다.

(5) 위 SEM 형상은 2.0N HCl 처리백토의 표면형상을 관찰한 것이다. 이 처리

는 부분별로 pore가 형성되어 pore수가 적었고 size도 작았다. 따라서 담

체로서의 기능이 부족하다고 판단되어 실험대상에서 제외됨

(6) 위 SEM 형상은 2.0N HCl 처리 후 소성 처리 백토의 표면형상을 관찰한 것

이다. 이 처리는 부분별로 pore가 형성되어 pore수가 적었고 size도 작았

다. 이 소성 처리도 마찬가지로 표면의 치밀화가 진행되어 평편해져 담체

로서의 기능이 부족하다고 판단되어 실험 대상에서 제외됨

(7) 위 SEM 형상은 DMSO-Dodecylamine 처리 백토의 표면형상을 관찰한 것이다.

이것은 유기물인 DMSO와 알킬아민인 dodecylamine을 반응을 시킨 것이다.

유기물인 DMSO를 백토 표면에 흡착을 시킨 후 dodecylamine의 친수성 성격

을 이용해서 분자량이 큰 dodecylamine과 DMSO가 결합을 하여 백토 표면의

pore를 형성해주게 하는 방법이다. 하지만 이것은 다른 처리에 비해 pore형

성이 극대화되고 있다. 하지만 비용이 너무 비싸서 경제성에 맞지 않아 실험

대상에서 제외되었다. 하지만 이러한 반응들이 쉽고 경제적으로 일어난다면

더욱더 크나큰 성과를 얻을 수 있으리라 사료된다.

(8) 양구 백색 고령토 원광물에 대한 XRD 분석결과 구성광물은 일라이트

(Illite), 할로이사이트(Halloysite), 석영(Quartz), 카올린나이트

(Kaolinite)의 조성을 보였다. 모든 처리에 대한 XRD 분석을 해보았지만

모두 구조적인 변화는 일어나지 않은 것으로 판단되었다. 이는 일정 시료량

을 가지고 분석했을시에 일정시간대에 똑같은 비율의 peak값을 따져보았을

때 비율차이가 없으면 구조적인 차이가 없는 것으로 간주된다. 따라서 모든

처리에 대한 구조변화는 없는 것으로 판단된다.

(9) 모든 처리가 일정하게 피크값을 보이고 있으므로 모든 처리에 대한 구조적

변화는 없는 것으로 판단된다.

(10) 5% H₂O₂ 처리에 대한 분석만 따로 나와있는 것은 랜즈파열로 분석을

이상 못하여 설정값이 다른 랜즈를 사용하였지만, 다른 조건은 동

일하였다. 이 또한 마찬가지로 동일 시간대에 같은 peak 비율을 보이고

있어 구조적 변화는 없는 것으로 판단된다.

나. 또한 물성을 평가하기 위해 고령토의 밀도, 비용적, pH, 입자도, 작열감량 분

석하여 고령토의 물성자료를 구축하였다.

(1) 밀도 평가 - 공극을 포함하는 상태인 산물 밀도

구분	400mesh	10,000mesh	spray dry
밀도(g/cm³)	1.8724	1.8665	1.8886

(가)입자에 따른 산물밀도는 거의 변함이 없었다. 이는 백토의 고유성질이며

변하지 않을 가능성이 있다고 판단되었으나, 다음 비용적에 관한 결과는

판이함.

(2) 비용적 평가 - 공극을 비포함하는 상태인 순수 밀도

구 분	400mesh	10,000mesh	spray dry	수분포화및냉각	5% H₂O₂
밀도(g/cm³)	1.6318	2.0653	2.1759	2.8499	2.6312

(가) 입자에 관해서도 순수 밀도에 대한 분석 data는 변하였다. 입자가 고와

질수록 순수 밀도가 크다는 의미는 공극을 포함하는 부위가 적어진다고 보

여지며, H₂O과 5% H₂O₂ 처리 후의 백토의 순수 밀도 분석시 입자분쇄가 작

아져 높게 나온 것으로 판단된다. 하지만 이들의 표면형상은 다음 항목의

SEM 분석을 보면 다수의 pore와 pore size가 확대된 것을 알 수 있다.

(3) pH 평가

구분	백토 원광물	수분 포화 및 냉각	5% H₂O₂
pH	6.97	8.58	8.10

(가) pH 측정결과, 백색 고령토 원광물은 pH 6.97로 중성이며, 입자도에 따른

분쇄제품과 분급제품은 각각 pH 8.21, pH 7.76으로 알칼리성으로 나타났

으며, 표면개질 시료도 마찬가지로 냉각처리는 8.58, 5% H2O2처리는 8.10

으로 모두 알칼리성으로 분석되었음. 이는 입자도 분쇄 및 처리에 따라

다르게 나타나는 것으로 판단됨.

(4) 작열감량

구분	원광물
작열감량(%) (LOI)	1.0177

(5) 입자도 분석

(가) 원광물 분쇄제품의 입자도 측정 결과, d(0.1) 값 2.374㎛, d(0.5) 값

13.441㎛, d(0.5) 값 33.558㎛으로 측정됨.

(나) 5% H₂O₂ 처리 백토 제품의 입자도 측정 결과, d(0.1) 값 2.116㎛, d(0.5)

값 12.926㎛, d(0.5) 값 32.934㎛으로 측정됨.

(다) 수분 포화 및 냉각 처리 백토 제품의 입자도 측정 결과, d(0.1) 값 2.226

㎛, d(0.5) 값 12.279㎛, d(0.5) 값 31.285㎛으로 측정됨.

(라) 입자도 분석시 원광물 분쇄 제품으로 5% H₂O₂ 처리 백토 제품과 수분 포화

및 냉각 처리 백토 제품을 제조하여 분쇄한 것으로 입자도에 대한 차이는

없는 것을 알 수 있다.

2. 생균제 특성, 생존조건 조사

가. 생균제 선택 및 적절 생존 조건

(1) 생균제 시장에 흔하고 일반 환경에서 구하기 쉬운 bacillus subtilis

균주와 aspergillus oryzae균주를 선택하여 백토 담체에 접목시켜 실험

하였다.

(2) 처리는 무처리인 contol, 백토 원광물 분쇄 및 정제한 400mesh 처리,

400mesh를 가지고 가공한 수분 포화 및 냉각처리 및 5% H₂O₂ 처리 총

4가지를 가지고 실험에 임하였다.

(3) 사료내 백토 첨가 함량 0.5%, 사료내 생균제 첨가 함량 0.2%으로 고안

하여 백토처리 및 생균제를 혼합하여 백토에 생균제를 포화시킨 후 사

료에 첨가하여 배합한 후 일정 처리를 가한 후에 생균제의 함량을 측정

하였다.

(4) 처리는 생체 내의 위산과 담즙산에 맞는 환경에 맞추어 pH2와 pH5에서

의 내산성을 평가하였고, 사료저장시 고온노출에 대비한 40℃, 사료의

익스트루전 가공에 대비한 65℃, 사료의 펠렛 가공에 대비한 90℃에 맞

추어 내열성을 평가하였다.

(5) Bacillus subtilis은 PCA(Plate Count Agar)배지사용 32℃에서 18시간

배양, aspergillus oryzae는 PDA(Potato Dextrose Agar)배지사용 37℃

에서 12시간 배양하여 counting하였다.

나. 생균제 내산성 및 내열성 평가

(1) Aspergillus oryzae와 bacillus subtilis의 내산성 내열성 분석 평가

결과는 다음과 같이 내산성은 pH2, pH5에 대해서 내열성은 40℃, 65℃,

90℃에 대하여 분석을 하였다.

(2) 생균제 내열성 및 내산성 평가 처리구

(가) Control : 사료 + 생균제 0.2%(백토 무첨가)

(나) 400mesh : 사료 + 백토 0.5% + 생균제 0.2%(백토는 원광물 분쇄 및

정제 제품으로 평균 입자 크기는 약 2.3㎛, 생균제는

aspergillus oryzae와 bacillus subtilis 첨가)

(다) Cooling : 사료 +백토 0.5% + 생균제 0.2%(수분 포화 및 냉각처리한

제품으로 평균입자 크기는 약 2.3㎛, 생균제는 위와 같다.)

(라) 5%H₂O₂ : 사료 + 백토 0.5% + 생균제 0.2%(5%H₂O₂ 처리 백토)

처리구	A.O					B.S
처리구	pH2	pH5	40℃	65℃	90℃	pH2	pH5	40℃	65℃	90℃
Control	2.5 X10³	3.2 X10⁴ ^d	2.1 X10⁴ ^d	2.8 X10³ ^c	2.3 X10² ^c	2.2 X10³ ^d	2.5 X10⁴ ^d	2.6 X10⁴ ^d	1.9 X10³ ^c	2.1 X10² ^c
400 mesh	7.7 X10⁴	4.9 x10⁵	4.6 X10⁵ ^c	3.0 X10⁴ ^b	2.5 X10³	7.6 X10⁴ ^c	5.2 X10⁵ ^c	4.2 X10⁵	3.4 X10⁴ ^b	3.1 X10³ ^b
Cooling	9.5 X10⁴ ^b	6.5 X10⁵ ^b	6.2 X10⁵ ^b	3.7 X10⁴ ^a	2.4 x10^{3 b}	8.9 X10⁴ ^b	6.3 X10⁵ ^b	5.5 X10⁵ ^b	3.7 X10⁴ ^ab	3.0 X10³ ^b
5%H₂O₂	10.4 X10⁴ ^a	7.5 X10⁵ ^a	7.5 X10⁵ ^a	3.9 X10⁴ ^a	3.2 X10³ ^a	10.6 X10⁴ ^a	7.9 X10⁵ ^a	7.2 X10⁵ ^a	3.9 X10⁴ ^a	4.0 X10³ ^z

(3)분석 결과를 보면 담체의 사용 유무에 따라 생균제의 내산성 및 내열성에

서 현저한 차이가 난다. 그러나 Aspergillus oryzae와 bacillus subtilis

와의 차이는 보이지 않아서 담체가 보편적으로 활용될 수 있음을 시사하였

다. 따라서 본 시험결과는 백토가 생균제의 담체로서 활용될 수 있음을 보

여주었다. 따라서 사료의 펠렛가공이나 익스트루전 가공에 있어서 사전에

생균제를 첨가할 경구 생균의 사멸이 문제점으로 지적되어 왔는데 담체를

이용한 생균제의 경우 사멸 정도를 낮출 수 있을 것으로 기대되었다. 또한

백토 자체에서 함유하고 있는 미네랄 성분에 의한 사료 영양적 기능도 있

으므로 그 기대효과는 상승 될 것으로 보인다.

백토가 생균제의 담체로서 활용될 수 있음을 보여주었다. 따라서 사료의

펠렛가공이나 익스트루전 가공에 있어서 사전에 생균제를 첨가할 경구 생

균의 사멸이 문제점으로 지적되어 왔는데 담체를 이용한 생균제의 경우 사

멸 정도를 낮출 수 있을 것으로 기대되었다. 또한 백토 자체의 사료 영양

적 기능도 있으며, 쌀 부산물 발효액에도 각종 영양소와 생균제가 서식하

기 때문에 그 기대효과는 상승될 것으로 보인다.

본 도면은 백토를 분석한 도면으로 본문에서 설명한 바와 같다.

Claims

백토와 쌀 부산물 발효액을 활용한 혼합제 보조사료의 제조하는 방법에 대하

여,

제1단계 : 400메쉬의 백토와 쌀 부산물 발효액을 6:4의 비율로 혼합하여

수분 포화 처리하는 단계와

제2단계 : 수분 포화 상태에서 냉각 처리하여 건조시키는 단계,

제3단계 : 건조 시킨 후 분쇄기를 이용 미세하게 분쇄하는 단계.

제4단계 : 분쇄 후 포장하는 단계로 나뉘어지는 제조 방법.
백토를 가공하여 백토 파우더를 가공하는 방법에 있어서,

백토를 가공하여 파우더로 만드는 단계에 있어서는 백토의 비중이 무거운

점을 감안하여 사료 공급의 원활성을 가져오기 위해 400메쉬 정도의 입자도

가 가장 적합한 것으로 판단되며, 담체화에 활용될 경우에도 적합한 입자로

판단됨.
백토와 쌀 부산물 발효액을 혼합하는 과정에 대하여,

백토와 쌀 부산물 발효액을 혼합하는 과정에서는 400메쉬의 백토를 교반기에

넣고 백토 60: 쌀 부산물 발효액 40의 비율로 혼합함에 있어, 백토 파우더를

서서히 교반하며, 그 위에 쌀 부산물 발효액을 스프레이화 하여 뿌려주어

서서히 백토와 쌀 부산물 발효액이 잘 섞이도록 한다.
백토 파우다와 쌀 부산물 발효액이 잘 섞이면 쌀 부산물 발효액에 함유되어

있는 생균을 사멸되지 않게 건조하기 위하여 냉각 건조를 실시한다.
냉각 건조가 끝나면 다시 분쇄하는 단계로 분쇄기를 이용하여 입자도가 200

~ 400메쉬 정도로 분쇄하여 농가에서 사료 공급시 백토 무게로 인하여 잘 이

송되지 않고 고루게 잘 이송될 수 있게 한다.