KR20150012666A - 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동물의 도축시 발생하는 폐기물을 가수분해시켜 얻어지는 아미노산을 함유하는 비료의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 동물의 도축과정에서 발생하는 도축 폐기물을 분쇄한 후 세척하는 전처리단계와, 전처리단계 후 상기 도축 폐기물을 수분함량 5 내지 50중량%로 건조시키는 건조단계와, 건조단계 후 상기 도축 폐기물에 농도 0.1 내지 0.8%의 알칼리 용액을 가한 후 30 내지 200℃에서 단백질을 가수분해시키는 가수분해단계와, 가수분해단계 후 여과하여 얻은 여액에 농도 0.1 내지 0.5%의 산 용액을 가하여 상기 여액을 pH 7.5 내지 8.5로 중화시키는 중화단계와, 중화단계에서 얻은 중화액을 4 내지 8℃로 냉각시킨 상태에서 상기 중화액 중의 염을 분리하여 제거하는 분리단계와; 상기 염이 제거된 분리액에 미네랄을 첨가하는 제 1첨가단계와, 미네랄이 첨가된 분리액에 목초액, 죽초액, 녹차추출액 중에서 선택된 어느 하나를 첨가하는 제 2첨가단계를 포함한다.

Description

도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법{manufacturing method of amino acid fertilizer using butchery waste}

본 발명은 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동물의 도축시 발생하는 폐기물을 가수분해시켜 얻어지는 아미노산을 함유하는 비료의 제조방법에 관한 것이다.

비료는 식물에 양분을 줄 목적으로 토양에 주는 물질로서, 특히 대량으로 줄 필요가 있는 원소는 질소, 인, 칼륨이며 이들은 비료의 3 요소라 불린다. 비료의 3 요소를 함유하는 비료를 각각 질소 비료, 인산 비료, 칼리 비료라고 하며, 이들 3 요소를 적당한 비율로 함유한 것을 복합 비료라고 하기도 한다.

화학적 처리에 의해서 공업적으로 생산되는 비료를 화학 비료 또는 인조 비료라고 한다. 주요한 화학 비료로서는 황산암모늄, 석탄 질소, 과인산 석탄, 염화 칼륨, 황산 칼륨 등이 있지만, 최근에는 이것들을 조합한 복합 비료로서 제품화된 것이 많다.

식물의 성장을 촉진하기 위한 여러 가지 화학 비료의 사용은 생산량의 증대라는 긍정적인 결과도 가져왔지만, 지속적인 사용과 과다 사용으로 인한 토양의 산성화 및 수질의 부영양화와 같은 부정적인 영향도 유발하게 된다. 또한 식물 병원균의 증식을 억제하거나 사멸시킬 수 있는 기능을 가진 비료는 거의 없기 때문에 독성이 큰 농약의 부가 사용이 필수적이어서 이에 따른 농작물 생산비용의 증가와 생태계의 파괴라는 문제가 대두되고 있다.

따라서, 비교적 생태계의 교란이 적은 식물이나 동물성 물질을 이용한 천연물계의 비료나 살균성을 지닌 기능성의 비료를 제조하는 방법의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.

식물이나 동물성 물질을 이용한 비료 중에는 아미노산계 비료가 있는데, 이것은 종래의 무기질 질소 비료를 대체할 수 있으며, 특히 광합성의 과정 없이 식물이 아미노산을 직접 흡수하기 때문에 식물의 성장을 촉진하는데 매우 효과적인 것으로 알려져 있다.

한편, 우리가 식생활에서 많이 식용하고 있는 소고기, 돼지고기, 닭고기, 오리고기 등의 육류는 사육된 가축을 도축장에서 도축하고 가식 부분만을 유통시킨다. 따라서 도축장에서는 가축의 털, 가죽, 발톱 및 불가식 부분을 포함하는 도축 폐기물이 도축시 발생한다.

이러한 도축 폐기물은 처리가 어려울 뿐만 아니라 처리에 비용이 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

최근에는 동물 털을 절단, 분해시켜 식물에 유용한 영양 비료로 활용하는 방법이 연구되고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제1998-28705호에는 동물로부터 얻어지는 부산물을 고온에서 알칼리 분해하고 효소처리하여 식물이 직접 흡수할 수 있는 아미노산을 다량 함유하는 유기질 액체 비료를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 종래의 기술은 처리 효율이 낮고, 비료로의 제조시에 비용이 과다하게 소요되며, 장시간이 걸리고, 식물이 흡수하기에 용이할 정도로 분해가 이루어지지 않는 등의 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 제0284976호에는 닭털을 이용한 복합 아미노산의 비료의 제조방법이 개시되어 있다. 하지만, 상기 기술은 가수분해과정이 매우 복잡할뿐만 아니라 원료가 되는 닭털의 건조과정에서 단백질이 변성되는 문제점이 있다. 또한, 상기 기술은 아미노산의 함량은 높지만 식물의 성장에 필수적인 미네랄이 부족할 뿐만 아니라 살균효과가 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 동물의 도축 과정에서 발생하는 도축 폐기물을 가수분해시켜 얻어진 아미노산을 다량으로 함유할 뿐만 아니라 식물의 생장에 필수적인 미네랄을 보충할 수 있으며 살균효과를 갖는 아미노산 비료의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법은 동물의 도축과정에서 발생하는 도축 폐기물을 분쇄한 후 세척하는 전처리단계와; 상기 전처리단계 후 상기 도축 폐기물을 수분함량 5 내지 50중량%로 건조시키는 건조단계와; 상기 건조단계 후 상기 도축 폐기물에 농도 0.1 내지 0.8%의 알칼리 용액을 가한 후 30 내지 200℃에서 단백질을 가수분해시키는 가수분해단계와; 상기 가수분해단계 후 여과하여 얻은 여액에 농도 0.1 내지 0.5%의 산 용액을 가하여 상기 여액을 pH 7.5 내지 8.5로 중화시키는 중화단계와; 상기 중화단계에서 얻은 중화액을 4 내지 8℃로 냉각시킨 상태에서 상기 중화액 중의 염을 분리하여 제거하는 분리단계와; 상기 염이 제거된 분리액에 미네랄을 첨가하는 제 1첨가단계와; 상기 미네랄이 첨가된 분리액에 목초액, 죽초액, 녹차추출액 중에서 선택된 어느 하나를 첨가하는 제 2첨가단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1첨가단계에서 미네랄은 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 건조단계는 상기 도축 폐기물에 함유된 단백질의 변성을 방지하기 위해 상기 도축 폐기물에 10 내지 30℃의 냉풍을 가해 건조시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2첨가단계는 생장촉진제를 함침시킨 제올라이트를 더 첨가하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 동물의 도축 과정에서 발생하는 도축 폐기물을 가수분해하여 제조하므로 아미노산의 함량이 높을 뿐만 아니라 식물의 생장에 필수적인 미네랄을 보충할 수 있다.

또한, 죽초액이나 목초액, 녹차추출액을 첨가함으로써 토양에 포함된 유해한 세균이나 오염물질을 살균, 분해하여 농작물의 생장 환경을 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법은 크게 전처리단계, 건조단계, 가수분해단계, 중화단계, 분리단계, 제 1첨가단계, 제 2첨가단계를 포함한다. 각 단계별로 구체적으로 살펴본다.

1. 전처리단계

전처리단계에서 도축 폐기물을 분쇄한 후 세척한다.

도축 폐기물은 동물의 도축과정에서 발생하는 폐기물을 의미한다. 이러한 폐기물로 털, 가죽, 발톱 및 불가식 부분을 포함한다. 동물의 종류로 특별히 한정하는 것은 아니지만, 주로 사육되는 가축을 예로 들 수 있다. 가축으로 소, 돼지, 닭, 오리 등을 예로 들 수 있다.

준비된 도축 폐기물은 불순물을 제거하기 위해 전처리 단계를 수행한다. 전처리단계의 예로 먼저 도축 폐기물을 잘게 분쇄한 후 세척한다. 세척수로 물을 이용하거나 저농도의 산 용액을 이용할 수 있다. 세척 후 망에 올려놓아 물기를 제거하거나 탈수기를 이용하여 물기를 제거한다.

2.건조단계

전처리단계가 완료되면 다음으로 건조단계를 수행한다. 건조단계에서 도축 폐기물을 수분함량 5 내지 50중량%로 건조시킨다. 도축 폐기물을 건조시키면 보관 및 취급이 용이하고 가수분해 효율을 높일 수 있다.

건조방법으로 열풍, 동결건조, 자연건조 등 다양한 건조방식을 적용할 수 있으나, 바람직한 방법은 냉풍건조다. 열풍건조와 같이 높은 온도의 열풍을 가해 건조시키는 경우 도축 폐기물에 함유된 단백질이 변성될 수 있기 때문이다.

단백질의 변성을 방지하면서 빠른 시간 내에 도축 폐기물을 건조시키기 위해 10 내지 30℃의 냉풍을 가해 수분함량 5 내지 50중량%까지 건조시킨다.

3. 가수분해단계

건조단계를 완료 한 후 가수분해단계를 수행한다. 가수분해단계를 통해 도축 폐기물에 함유된 단백질을 알칼리에 의해 펩티드나 아미노산 형태로 분해된다. 알칼리로 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화나트륨 등을 이용할 수 있다. 알칼리는 물에 희석하여 사용한다. 바람직하게 농도 0.1 내지 0.8%의 알칼리 용액을 이용한다. 저농도의 알칼리 용액을 이용함으로써 제조비용을 절감할 수 있다.

알칼리 용액과 도축 폐기물을 반응조에 투입한 다음 30 내지 200℃에서 30 내지 180분 동안 반응시켜 단백질을 분해시킨다. 도축폐기물 100중량부에 대하여 알칼리 용액 150 내지 250중량부의 비율로 반응조에 투입할 수 있다. 단백질은 알칼리에 의해 펩티드나 아미노산으로 분해된다. 이때 펩티드와 아미노산은 금속이 결합된 염의 형태로 존재한다. 일 예로 단백질과 알칼리가 반응하여 아미노산염 생성되는 반응식은 아래와 같다. 하기 반응식에서 M은 나트륨, 칼슘, 칼륨 등의 금속 이온을 의미하며, R은 알킬기이고, n과 m은 정수를 의미한다.

NH_{2 -}CHR-CO-(NH-CHR-CO)_n-2-NH-CHR-COOH + nMOH → nNH₂-CHR-COOM

반응이 종료되면 냉각시킨 후 이물질과 미반응 폐기물 등을 걸러 내기 위해 거름망을 이용하여 여과시킨다. 이물질과 미반응 폐기물이 제거된 여액은 다음의 중화단계에서 이용한다.

4. 중화단계

상기 여액은 pH가 낮아 비료로 이용하기 힘드므로 산 용액을 가해 pH 7.5 내지 8.5로 중화시킨다.

산과의 반응을 통해 여액에 함유된 아미노산염과 펩티드염은 금속이 제거된다.

중화를 위해 사용할 수 있는 산 물질로 질산, 황산, 인산, 염산 등의 무기산이나 초산, 구연산 등의 유기산을 이용할 수 있다. 산 물질은 물에 희석하여 농도 0.1 내지 0.5%로 조절한다. 농도 0.1 내지 0.5%로 조절된 산 용액을 여액에 가해 중화시킨다. 여액 100중량부에 대하여 10 내지 60중량부의 산 용액을 가할 수 있다.

5. 분리단계

상기 중화단계에서 얻은 중화액 중의 불용성 염을 분리하여 제거한다.

이를 위해 중화액을 4 내지 8℃로 냉각시킨 상태에서 2000 내지 4000rpm의 속도로 4 내지 8분 동안 원심분리한 후 상등액을 취하고 여과지를 이용하여 여과시킴으로써 염이 제거된 분리액을 얻을 수 있다.

염을 분리하기 위해 상술한 원심분리 방법 외에도 필터링 방법, 침전법 등의 방법을 이용할 수 있음은 물론이다.

6. 제 1첨가단계

다음으로, 상기 분리단계에서 얻은 분리액에 식물에 생장에 필수적인 미네랄을 첨가하는 제 1첨가단계를 수행한다. 미네랄은 식물의 생장에 필요한 광물 화합물이나 광물 원소로서, 식물의 생장에 필수적인 영양소들이다. 미네랄은 식물의 줄기와 잎을 강건하게 하여 내병성을 높여 우수품질과 수확증대를 가져올 수 있다.

첨가하는 미네랄은 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 이 외에도 칼슘, 인, 질소를 더 첨가할 수 있음은 물론이다. 또한, 미량원소그룹으로 셀렌(Se), 게르마늄(Ge), 코발트(Co), 바나듐(V), 텅스텐(W), 바륨(Ba)을 더 첨가할 수 있다.

미네랄은 분리액 100중량부에 대하여 0.1 내지 2.0중량부로 첨가할 수 있다.

7. 제 2첨가단계

제 1첨가단계 완료 후 기능성을 부여하기 위한 물질을 첨가하는 제 2첨가단계를 수행한다.

기능성 물질로 목초액, 죽초액, 녹차추출액 중에서 선택된 어느 하나를 첨가할 수 있다. 이러한 기능성 물질은 아미노산 비료의 항균활성을 증대시킬 수 있다. 이러한 아미노산 비료는 경작지에 살포시 토양에 포함된 유해한 세균이나 오염물질을 살균, 분해하여 농작물의 생장 환경을 개선시킨다.

목초액은 참나무와 같은 관목의 숯을 굽는 탄화과정에서 발생하는 연기를 응축시켜 얻은 액체를 6개월 이상 숙성 및 정제한 것을 사용한다. 목초액을 얻기 위해서 70∼200℃의 온도 범위에서 숯을 굽되 80℃ 미만의 온도에서는 수분이 많고, 150℃를 초과하는 온도에서는 타르가 많아지기 때문에 80∼150℃의 온도 범위에서 발생한 연기를 응축시켜 제조한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

목초액 제조의 일 예로 정면에 아궁이가 형성되고 후방에 굴뚝이 형성된 가마를 지상에 설치하고, 굴뚝에 목초액이 흘러내리는 통로와 수집통을 설치한 다음 60cm 정도 길이의 목재를 쌓고 뚜껑을 닫은 후 통을 밀폐시키고 아궁이에 연료를 넣고 80∼150℃ 온도 범위에서 10시간 내지 12시간 가열하여 굴뚝에서 나오는 연기가 흰색에서 투명한 색으로 바뀌면 가열을 중단하고 밀폐한 후 식혀서 숯을 꺼내고 수집통의 목초액을 수집한다. 수집한 목초액은 6개월 이상 보관하여 침전시킨 후 여과하여 사용한다. 상술한 방법을 통해 투명한 목초액을 얻을 수 있다.

그리고 죽초액은 대나무 숯을 굽는 탄화과정에서 발생하는 연기를 응축시켜 얻은 액체를 6개월 이상 숙성 및 정제한 것을 사용한다. 구체적인 제조방법은 상술한 목초액의 제조방법과 동일하다.

녹차추출액은 차나무(Thea sinensis L.)의 잎에 추출용매를 가해 추출한다. 추출용매로 물, 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올, 다가 알코올 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올로 메탄올, 에탄올 등을 이용할 수 있고, 다가 알코올로 부틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜, 펜틸렌글리콜 등을 이용할 수 있다. 그리고 혼합물로는 물 및 저급 알코올의 혼합물, 물 및 다가 알코올의 혼합물, 저급 알코올 및 다가 알코올의 혼합물, 또는 물 및 저급알코올 및 다가 알코올의 혼합물을 이용할 수 있다.

추출의 일 예로 차나무의 잎에 대하여 추출용매를 중량비로 4 내지 20배를 가한 후 10 내지 150℃에서 1 내지 48시간 동안 열수추출, 냉침 또는 온침 추출 등을 이용할 수 있다.

상술한 목초액, 죽초액, 녹차추출액은 상업적으로 시판 중인 제품을 구입하여 이용할 수 있다.

분리액 100중량부에 대하여 목초액, 죽초액, 녹차추출액 중에서 선택된 어느 하나를 1 내지 5중량부 첨가하여 최종적으로 본 발명의 아미노산 비료를 제조한다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예로 제 2첨가단계에서 생장촉진제를 함침시킨 제올라이트를 더 첨가할 수 있다. 이 경우 분리액 100중량부에 대하여 제올라이트 2 내지 6중량부를 첨가할 수 있다.

함침방법으로 다공구조를 갖는 제올라이트에 생장촉진제를 도포하거나, 생장촉진제에 제올라이트를 침지하여 생장촉진제를 제올라이트의 기공으로 침투시킬 수 있다. 기공에 침투된 생장촉진제를 서서히 외부로 방출되어 장시간 동안 작물에 생장촉진제를 작용시키는 장점을 갖는다. 바람직하게 제올라이트에 생장촉진제를 침투시킨 후 전분을 물에 푼 전분액에 제올라이트를 침지시킨 다음 건조시킨다. 건조후 분쇄하여 분리액에 첨가한다. 이와 같이 만들어진 제올라이트의 기공은 전분에 의해 막혀 있다. 이러한 제올라이트는 아미노산 비료에 첨가되어 토양에 시비된 경우 자연계에 존재하는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 또는 물과 메탄가스로 전분이 서서히 분해된다. 따라서 제올라이트에 침투된 생장촉진제의 방출이 서서히 일어나도록 하는 효과를 갖는다.

생장촉진제로 다양한 물질을 이용할 수 있다. 통상적인 생장촉진제의 예로 시토키닌, 디클로에틸포스폰산, 지베렐린, 사이코셀, 디클로로포름, 안시미돌 등을 이용할 수 있다. 이러한 생장촉진제는 상업적으로 시판 중인 제품을 구입하여 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 동물의 도축과정에서 발생하는 도축 폐기물을 분쇄한 후 세척하는 전처리단계와;
   상기 전처리단계 후 상기 도축 폐기물을 수분함량 5 내지 50중량%로 건조시키는 건조단계와;
   상기 건조단계 후 상기 도축 폐기물에 농도 0.1 내지 0.8%의 알칼리 용액을 가한 후 30 내지 200℃에서 단백질을 가수분해시키는 가수분해단계와;
   상기 가수분해단계 후 여과하여 얻은 여액에 농도 0.1 내지 0.5%의 산 용액을 가하여 상기 여액을 pH 7.5 내지 8.5로 중화시키는 중화단계와;
   상기 중화단계에서 얻은 중화액을 4 내지 8℃로 냉각시킨 상태에서 상기 중화액 중의 염을 분리하여 제거하는 분리단계와;
   상기 염이 제거된 분리액에 미네랄을 첨가하는 제 1첨가단계와;
   상기 미네랄이 첨가된 분리액에 목초액, 죽초액, 녹차추출액 중에서 선택된 어느 하나를 첨가하는 제 2첨가단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1첨가단계에서 미네랄은 붕소, 구리, 철, 망간, 몰리브덴, 아연 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 건조단계는 상기 도축 폐기물에 함유된 단백질의 변성을 방지하기 위해 상기 도축 폐기물에 10 내지 30℃의 냉풍을 가해 건조시키는 것을 특징으로 하는 도축 폐기물을 이용한 아미노산 비료의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2첨가단계는 생장촉진제를 함침시킨 제올라이트를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 아미노산 비료의 제조방법.