KR20140115054A

KR20140115054A - 수산폐기물을 원료로 하는 생선액상비료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140115054A
Application number: KR20130029642A
Authority: KR
Inventors: 양희찬; 이준원; 한형민
Original assignee: 주식회사 윈코리아; 주식회사 엠오에스
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-09-30

Abstract

본 발명은 농수산물 도매시장의 수산폐기물인 생선의 잔재물을 생물학적 방법과 물리적 방법을 공정별로 처리하여 양질의 생선액상비료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 수산폐기물을
제 1 공정으로 저온살균 후 파쇄 공정,
제 2 공정으로 호기성 미생물에 의한 빠른 단백질 분해공정,
제 3 공정으로 수중와류에 의한 입자세분화 공정,
제 4 공정으로 혐기성미생물에 의한 숙성 및 안정화 공정,
제 5 공정으로 균질한 액상비료 수득 공정,
제 6 공정으로 생선액상비료 제품화 공정.
으로 단계별로 처리하여 빠르고 안정적인 양질의 생선액상비료를 제조하는 것이 특징인 생선액상비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

수산폐기물을 원료로 하는 생선액상비료 및 그 제조방법 {Method for manufacturing Fish Liquefied Fertilizer from Marine wastes}

본 발명은 수산폐기물 중 생선을 원료로 하는 생선액상비료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가공과정에서 분리되어 배출되는 생선머리와 내장류로 이루어진 수산폐기물을 멸균 파쇄과정, 호기분해과정, 미세분쇄과정, 혐기과정 및 분리포장과정을 단계별로 처리하여 얻어지는 액체물질로, 동 제제는 유통이나 시비과정에서 환경에 대한 2차오염의 우려가 없으며, 화공적 제법에 비하여 비교적 단순한 처리에 의해 일률적이고 균일한 생선아미노산을 함유하는 생선액상비료로 그의 제조방법에 관한 것이다.

전통적으로 해안가를 중심으로 하는 민간에서는 오래전부터 생선이나 그 폐기물을 이용하는 생선아미노산 제조법이 알려져 있었으며 작물의 엽면을 넓게 하거나 과수의 당도를 향상시키는 목적으로 농사에 이용하여 왔다.

최근 친환경 및 유기농업과 유기농산물에 대한 관심이 높아져 관행적으로 이용되어온 화학비료를 대체할 수 있는 유기질비료에 대한 관심과 수요가 증가하여 생물의 필수영양원인 아미노산은 성분만으로도 관심의 정점에 위치하게 되었으며, 생선아미노산은 더욱 큰 관심의 대상이 되고 있는바, 생선폐기물이 다량으로 발생되는 지역에서는 저마다 나름대로 설비를 갖추고 생산을 시도하고 있다.

생선폐기물을 수용성 생선아미노산 즉 액상비료로 제조하는 방법과 기술은 여러 가지가 있으며 대표적인 방법으로는 단백질분해효소로 가수분해하는 열화학적 제조방법과 미생물을 이용하는 생물학적 분해 제조방법이 있다.

최근 친환경 및 유기농 농산물의 관심이 높아져 여러 가지 폐해가 나타나고 있는 화학비료의 사용량을 줄이고 이를 대체하기 위한 비료재로 유기물의 함량이 높은 친환경재가 장려되고 있으며, 친환경 액비로 사용될 수 있는 생선아미노산이 함유된 생선액상비료는 이러한 조건을 만족시킬 수 있는 자연산물로 제조된 유기자재로 더욱 관심이 고조되고 있으며, 수산폐기물이 다량으로 발생되는 지역에서는 그 나름대로 방법으로 설비를 갖추고 있거나 생산을 하고 있다.

수산폐기물을 수용성 생선아미노산 즉 생선액상비료로 제조하는 기술은 여러 가지가 있으나 대표적인 방법은 단백질분해효소로 가수분해하는 열화학적 제조방법과 미생물을 이용한 생물학적 분해 제조방법이다.

단백질분해효소로 가수분해하는 열화학적 제조방법으로는 공개번호 특 2002-0006548은 동물의 피와 어류사체 또는 생선부산물 등을 이용해 제조되는 코스트가 낮은 열화학적 단백질가수분해를 통한 아미노산 액상비료 또는 퓨전비료 제조에 관해 기술한 특허이며, 공개번호 10-2004-0065201은 동물의 피와 사체, 축산가공물, 어류사체 또는 생선 부산물들을 이용해 제조되는 가격이 저렴하면서도 효율이 높은 단백질 가수분해와 강산첨가제를 통한 아미노산 액상비료 제조방법에 관한 것 으로 고형의 유기물인 피가공물의 단백질을 가수분해 시키기 위해 질산이나 황산 등의 강산을 단백질 분해효소 인 키모트립신, 물과 함께 첨가한 후, 가열 가압으로 처리하여 피가공물을 액상화 시키는 것을 특징으로 하는 기술이다.

미생물을 이용한 생물학적 분해 제조방법으로는 수산폐기물에 소량의 토착미생물 또는 유산균, 효모, 광합성세균등으로 이루어진 복합미생물과 당밀을 혼합하고 밀봉하여 장시간 혐기과정을 거쳐 제조하는 단순가공방법과, 공개번호 특 2000-0007270과 같이 수난폐기물을 수용성 아미노산으로 분해할 수 있고 특히 생선찌꺼기 및 생선 기름을 처리하는데 적합한 바실러스 서브틸리스 균주 18-1 및 19-2에 관한 것과, 특허 10-0822239와 특허 10-0855338와 같이 어분폐액을 이용하여 액체비료를 제조하는 방법에 관한 것으로 어분 폐액을 바실러스 틸리스, 바실러스 리케니포미스, 바실러스 아그리, 바실러스 코아굴란스, 바실러스 써큐란, 바

실러스 안라시스 및 바실러스 푸시포미스로 구성된 어분폐액 분해세균으로 분해시키는 것을 특징으로 하는 어분 폐액을 이용한 액체비료의 제조하는 방법과 같이 바실러스류를 이용하여 호기과정을 통해 단기간에 액체비료를 제조하는 방법이 있다.

지금까지 생물학적 분해 제조방법 중 혐기 과정을 통한 방법은 장기간에 걸쳐 제조하기 때문에 경제적이지 못하고, 어분 폐액과 같은 액화 상태가 아닌 경우 호기과정을 통한 방법은 빠른 시간에 액체비료를 제조할 수 있지만 생선 뼈, 비늘이나 아가미 등과 같은 잔존물이 많이 발생하여 2차 처리를 요하거나 대량의 액체비료를 일률적이 고 안정적으로 생산하여 제품화하기 위해서는 중간처리과정이 복잡해지거나 고가의 장비를 사용해야 하는 단점이 있을 수 있다.

이에 본 발명에서는 수산폐기물을 처리하는 과정에서 제품으로 생산되는 자원화물 이외의 배출이나 반출물이 없도록 하여 잔존물에 의한 2차오염의 우려를 최소화하고 일률적이고 안정적인 방법으로 친환경 생선 액상비료를 제조하는 방법을 제시하고자 한다.

본 발명의 주된 목적은 수산도매시장이나 대형 유통센타에서 발생하는 대량의 수산폐기물을 정해진 공정별 단계로 처리하여 빠르고 단순한 처리에 의해 일률적이고 안정적인 친환경 생선 액상비료로 제조하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 빠르고 단순한 처리공정으로 양질의 생선아미노산을 함유하는 대량의 생선 액상비료를 제조하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 기존 제법의 문제점인 잔존물의 발생이 없도록 투입물량을 전량 비료로 자원화하여 제품의 수율과 경제성을 높이고 오염은 줄이는 친환경적 생선 액상비료의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

첫째, 본 발명은 수산폐기물을 열처리, 파쇄, 수중와류와 같은 물리적인 방법과 호·혐기미생물을 통한 생물학적 방법을 공정별로 분류하여 단계적으로 처리하는 것으로,

제 1 공정으로 수산폐기물을 저온살균 후 파쇄 공정;

제 2 공정으로 호기성 미생물에 의한 빠른 단백질 분해공정;

제 3 공정으로 수중와류에 의한 입자세분화 공정;

제 4 공정으로 혐기성미생물에 의한 숙성 및 안정화 공정;

제 5 공정으로 균질한 액상비료 수득 공정;

제 6 공정으로 생선액상비료 제품화 공정을 단계적로 처리하는 생선액상비료의 제조방법에 관한 것이다.

둘째, 본 발명은 제 5 공정에서 삼상분리에 의해 발생한 기름은 별도의 어유로 제품화 하고, 잔존 슬러지는 다시 제 3 공정으로 반송하여 재처리함으로서 전량을 자원화 하는 것을 목적으로 2차 오염원의 배출을 최소화시키는 친환경 생선액상비료의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 생선액상비료는 균질한 아미노산과 유기산을 충분히 함유하고 있으며, 경제적으로 대량 생산을 가능하게 하므로 친환경 유기농 작물을 재배하는 농가의 농자재소요 비용을 저감시키고, 작물의 가격 경쟁력 및 품질을 향상시키는데 기여할 수 있다. 또한, 수산폐기물의 재활용 자원화 수율을 높이고 2차 오염을 최소화하므로 폐자원 활용 및 경제적 측면뿐만 아니라 특히 환경적 측면에서 큰 이점을 갖는다

도 1 은 수산폐기물을 원료로 하는 생선액상비료를 제조하는 단계별 공정도.
도 2 는 실시예1에서 제 2 공정을 처리한 후 발생한 결과물 사진도.
도 3 는 실시예1에서 제 4 공정을 처리한 후 발생한 결과물 사진도.
도 4 는 (1)수중펌프, (2) 기포기, (3)부식석 자루, (4) 화강석 자루로 구성되는 미세입자 분해 장치의 개략도.
도 5 내지 도 6 은 실험예 2 중 실시예 1에서 제조한 액상비료와 시판되고 있는 아미노산제품의 생육 비교 사진도.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 생선액상비료를 제조하는 공정을 단계별로 나열하면 아래와 같다.

(1) 제 1 공정 : 제 1 공정은 먹거리로 적합지 않은 불가식 부분으로 분리된 생선의 머리와 내장류를 변패가 진행되지 않은 신선한 상태에서 회수하여 산패 등을 일으키는 유해균을 제거하고 동시에 고분자화 되어있는 단단한 육질 단백의 결합완화와 분해 촉진을 목적으로 살균에 충분하다고 여겨지는 60~80℃에서 1시간 동안 살균 후 파쇄 하여 미생물의 접촉 면적을 확대시키고 생물학적 분해가 용이하도록 조정하는 공정이다.

(2) 제 2 공정 : 제 2 공정은 저온살균 및 파쇄가 끝난 파쇄어육에 정수(물)를 파쇄어육의 20~50중량％를 혼합한 후 호기미생물을 파쇄어육의 0.1~0.5중량％로 접종하고, 초기단계 발효 촉진액으로 천연물인 당밀을 파쇄어육의 5~20중량％을 첨가하여 외부온도 45~50℃, 내부 온도 약40℃를 일정하게 유지하면서 적정의 공기를 공급하여 산소의 공급과 동시에 침전을 방지하는 교반의 목적을 달성하는 12~24시간의 호기 분해 공정이다.

① 당밀은 자당(sucrose) 제조과정의 부산물로서, 본 발명에서 사용되는 당밀의 종류에는 특별한 제한이 없으며, 사탕수수당밀이나 사탕무당밀 중 어느 것이라도 사용할 수 있으며, 폐당밀, 정제당밀, 빙당밀, 식용당밀 중 어느 것이라도 사용할 수 있다.

② 한편 호기분해과정에 사용하는 미생물로는 단백질분해능이 뛰어난 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리체니포미스(Bacillus Iicheniformis)와 유산생산균인 바실러스 코아귤란스(Bacillus coagulans)를 사용하고 초기 부패균을 방지하기 위하여 방선균인 스트렙토마이세스 그리세우스(Streptomyces griseus)를 사용한다.

③ 또한 바실러스 서브틸리스, 바실러스 리체니포미스 및 바실러스 코아귤란스을 1 : 1 : 1의 농도비로, 스트렙토마이세스 그리세우스를 전체 미생물에 대해 1~3％의 농도로 배합하여 사용하는 것이 바람직하다.

한편 전체 미생물의 총 마릿수는 1 X 10⁷ cfu/ml 이상인 것이 바람직하다.

(3) 제 3 공정 : 제 3 공정은 제 2 공정에서 미생물에 의해 분해되지 않은 잔존물들을 더욱 미세하게 쪼개기 위한 공정으로 산소공급을 위한 폭기를 실시하면서 발효조의 일정 공간을 구획하여 부식 질석과 경암인 화강석을 교차로 배열하고 여기에 축류 교반기를 통하여 발생시킨 빠른 유속의 강한 와류를 36 ~48시간 연속적으로 충돌시키면서 통과시켜 미립어육의 입자를 더욱 세분화하기 위한 공정이다.

(4) 제 4 공정 : 제 4 공정은 슬럿지의 상당량이 감소된 중간조성액에 혐기과정에 필요한 미생물을 초기 수산폐기물의 0.1~3중량％로 첨가하고 30℃에서 완전 혐기 상태로 72시간 숙성시키는 공정이다.

혐기과정에서 사용하는 미생물로는 유산균, 효모 및 광합성세균을 1~2 : 1~2 : 4~8의 농도비로, 방선균을 전체 미생물에 대해 1~3％의 농도로 배합하여 사용하는 것이 바람직하며, 유산균, 효모 및 광합성세균을 1.5 : 1.5 : 7의 농도비로, 방선균을 전체 미생물에 대해 0.1~ 2％의 농도로 배합하여 사용하는 것이 보다 바람직하다.

더욱 상세하게, 혐기과정에 사용한 유산균은 락토바실러스 애시도필러스, 락토바실러스 플란타럼, 락토바실러스 카제이 또는 락토바실러스 람노서스 중 2가지 이상 1:1의 비율로 혼합하여 사용하며, 특히 락토바실러스 애시도 필러스 (KCTC 3164), 락토바실러스 플란타럼( KCTC 3108), 락토바실러스 카제이( KCTC 2180), 및 락토바실러스 람노서스 M21(KCTC 10965BP)를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 효모는 사카로마이세스 세레비지에, 특히 사카로마이세스 세레비지에(KCTC 7286)을 사용할 수 있으며, 광합성세균으로 로도슈도모나스 캡슐라타, 특히 로도슈도모나스 캡슐라타 (KCTC 2583)을 사용할 수 있고, 방선균으로는 스트렙토마이세스 그리세우스, 특히 스트렙토마이세스 그리세우스 (KCTC 1072)를 사용할 수 있다.

한편 전체 혼합된 미생물의 총 마릿수는 1 X 10⁷ cfu/ml 이상인 것이 바람직하다.

(5) 제 5 공정 : 제 5 공정은 혐기공정으로 아미노산이 안정화되어 있는 숙성액에서 삼상분리기를 이용, 분해되지 않은 유지분과 미분해 상태의 슬럿지로 미크론 상태의 고형질을 분리하여 생선액상비료를 추출하는 공정으로, 유질로 분리한 유지는 증류식 공정으로 정제하여 수분을 제거하고 어유 반제품으로 사료용이나 공업용으로 제공하고, 분리한 슬럿지는 제 3 공정으로 반송하여 재분해 시키는 공정으로 균질한 생선액상비료를 생산하는 공정이다.

(6) 제 6 공정 : 제 6공정은 최종 포장 공정으로 침전물이 발생하지 않는 상태에서 총 아미노산함량을 비료의 공정 규격이 정하는 규정에 따라 등록한 제품의 표시함량에 맞도록 희석하거나 농축하는 최종 마감 공정이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 어떤 식으로든지 제한하고자 하는 것은 아니다.

생선액상비료의 제조.

제 1 공정으로 수산폐기물 중 동태머리 2Kg과 고등어내장 2Kg을 준비된 열반응조에 넣고, 80℃에서 1시간을 멸균하고 이를 믹서기를 사용하여 형태만 없어지는 상태로 간단히 파쇄하여 괴상의 멸균 파쇄 어육을 만든다.

제 2 공정으로 반응조에 제 1공정에서 만들어진 파쇄어육과 물을 중량비 1 : 1로 혼합한 후 호기미생물을 파쇄어육의 0.5중량％로 첨가하고 당밀을 파쇄어육의 20중량％를 첨가하고 내부온도 40℃에서 24시간 동안 150~200rpm으로 교반하면서 파쇄어육을 분해시켰다. 한편 공기 공급은 생략하였다.

여기서 사용하는 호기성미생물은 바실러스 서브틸리스, 바실러스 리체니포미스 및 바실러스 코아귤란스을 1 : 1: 1의 농도비로, 스트렙토마이세스 그리세우스를 전체 미생물에 대해 2중량％의 농도로 배합하여 사용한 공개특허 10-2011-0026704-5인 것이다. 또한, 사용된 미생물의 총 마릿수는 1 X 10⁷ cfu/ml 이상인 것이 바람직하다.

24시간이 경과된 후 약 8L의 결과물(도 2)을 얻었으며, 내부온도 40℃에서 교반하면서 분해시켰기 때문에 일부가 발효과정 가스로 CO2 와 열에 의해 약간의 수증기화 된 것으로 추정된다.

제 3 공정으로 제 2 공정에서 얻은 결과물의 미분해된 잔존물을 더욱 세분화 하기 위하여, 우선 20리터 통의 최하단에 기포기와 수중펌프를 물흐름의 진행방향이 위쪽이 되도록 설치하고 그 위에 입자크기가 5~10cm인 거친 화강암의 자갈과 부식질석의 자갈을 자루에 넣어 각각 자루의 두께가 약 5cm정도가 되도록 자리 잡게 하여 수중 와류에 의한 미세입자분해 장치를 준비하였다.

개략도는 다음 도 4와 같다.

여기서 화강암과 부식질석의 자갈 량은 중요하지 않으며, 그 물과 잔존물이 부딪칠 수 있는 면적과 길이가 중요할 것이다.

한편 미세입자분해 장치로 준비된 20리터 통에 제 2 공정의 결과물 8L와 물 8L를 혼합한 후 48시간 연속적으로 수중와류 시켜 약 16L의 결과물(도 3)을 얻었다.

제 4 공정으로 제 3 공정이 끝난 결과물을 20L 말통에 넣고 혐기과정용 미생물을 제 1 공정에서 나온 파쇄어육의 0.3중량％로 첨가하고 혼합한 후 밀봉하여 30℃에서 완전 혐기상태로 72시간 숙성시켰다.

여기서 혐기과정 용 미생물 중 유산균은 락토바실러스 애시도필러스 (KCTC 3164), 락토바실러스 람노서스 M21(KCTC 10965BP)를 1:1의 비율로 준비하고, 이를 효모인 사카로마이세스 세레비지에(KCTC 7286) 및 광합성세균인 로도슈도모나스 캡슐라타 (KCTC 2583)와 유산균 : 효모 : 광합성세균이 1.5 : 1.5 : 7의 농도비로 배합하고, 마지막에 방선균인 스트렙토마이세스 그리세우스 (KCTC 1072)을 전체 미생물에 대해 2％의 농도로 배합하여 준비한다.

본 실시예는 간이실험이므로 이이하 제 5 공정과 제 6 공정은 생략하였다.

실시예 1에서 제조한 생선액상비료의 성분분석.

본 실험에서는 상기 실시예 1에서 제조한 생선액상비료의 성분을 (주)과학기술분석센타에 의뢰하여 분석하였다.

분석결과, 상기 실시예 2에서 제조한 생선액상비료의 아미노산 함량은 표 1과 같다.

실시예 1에서 제조한 생선액상비료와 시판되고 있는 여러 아미노산제품의 생육 비교.

본 실험에서는 상기 실시예 1에서 제조한 생선액상비료(이하 "생선아미노산"이라 함)와 젤라틴분해아미노산(이하 "거영아미노산"이라 함), 젤라틴분해아미노산 와 비료(N-P-K : 2-4-8) 혼합제(이하 "슈퍼아미노겐"이라함)로 배추묘에 처리하여 초장, 엽수, 생체중, 건물중을 분석하였다.

실험방법 중 시험구로는 무처리, 거영아미노산, 슈퍼아미노겐, 생선아미노산을 처리하였으며, 시험구당 주수로 배추 묘를 72구 트레이에 파종하였다. 또한, 살포방법으로 500배 희석액을 1주 간격으로 72구 트레이에 살포하였으며, 살포 시기는 파종 직후 관주, 11일차, 18일차, 25일차 간격으로 살포하면서 관찰하였다.

실험결과로 무처리구(물만 공급)에서만 비절(양분 부족) 증상이 발생하였고, 나머지 시험구는 이상증상이 발생하지 않았으며, 생육상태를 비교한 결과 아미노산과 비료(N-P-K : 2-4-8)가 함유된 슈퍼아미노겐의 생육이 가장 우수 하였으며, 무처리구의 생육이 가장 저조하였다. 배추의 엽면적의 경우 슈퍼아미노겐 〉 거영 = 생선아미노산 〉 무처리 순이었고, 엽색은 슈퍼아미노겐 〉 거영 〉 생선아미노산 〉 무처리 순으로 거영 아미노산 처리구가 생선아미노산 처리구보다 엽색이 진하게 나타났으며, 지하부의 발근 상태는 모두 비슷한 경향을 나타냈다(도5, 도 6).

Claims

생선이나 가공한 후 발생하는 생선머리, 내장류와 같은 수산폐기물을 공정별로 처리하여 생선액상비료로 제조하는 방법에 있어서,
제조 공정은, 제 1 공정으로 수산폐기물을 저온살균 후 파쇄 공정; 제 2 공정으로 호기성 미생물에 의한 빠른 단백질 분해공정; 제 3 공정으로 수중와류에 의한 입자세분화 공정; 제 4 공정으로 혐기성 미생물에 의한 숙성 및 안정화 공정; 제 5 공정으로 균질한 액상비료 수득 후 잔존물은 제 3 공정으로 반송되어 재처리하는 공정; 제 6 공정으로 생선액상비료 제품화 공정별로 분류되어 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제조 공정 중 멸균, 파쇄, 수중와류와 같은 물리적인 공정과 미생물을 이용하는 생물학적 공정이 모두 포함되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제조 공정 중 생물학적 공정에 있어서 호기성미생물을 이용하는 호기 처리 공정과 혐기성미생물을 이용하는 혐기 처리 공정이 모두 포함되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제조 공정 중 제 2 공정과 제 3 공정 처리 시 첨가되는 호기성미생물과 혐기성미생물에 방선균을 각각 전체 첨가미생물중량의 0.1～2중량％를 첨가하는 것을 특징으로 하는 생선액상비료의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제조 공정 중 미생물에 의한 단백질 분해 후 남는 잔존물을 물과 함께 수중와류를 이용하여 암석 류와 인위적으로 충돌시킴으로써 잔존물을 기계적 마찰에 의한 손상이 없이 미세입자로 더욱 세분화시키는 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 생선액상비료의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제조 공정 중 제 5 공정 후 잔존물을 제 3 공정으로 반송하여 재처리함으로써 2차 오염을 최소화하는 것을 특징으로 하는 생선액상비료의 친환경적인 제조방법.