KR20150026741A - 커피박을 이용한 항균 방충 퇴비의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 항균 방충 퇴비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커피박을 이용한 방충 퇴비의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 항균 방충 퇴비에 관한 것이다. 본 발명에 따른 커피박을 이용한 방충 퇴비의 제조 방법은 종래 버려지는 커피박을 유용한 자원으로 활용할 수 있을 뿐 아니라, 커피박에 유용 미생물을 접종하여 발효시킴으로써 방충 효과까지 나타내는 친환경 퇴비를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

커피박을 이용한 항균 방충 퇴비의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 항균 방충 퇴비{Manufacturing method of fermented compost with antibacterial insecticide effect using coffee ground and fermented compost with antibacterial insecticide effect made by the same}

본 발명은 커피박을 이용한 커피박을 이용한 항균 방충 퇴비의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 항균 방충 퇴비에 관한 것이다.

종래의 농작물 재배방식은 순수한 토양에서 재배하는 것이 관행으로 이어졌는데, 이 경우 뿌리의 산소공급이 부족하고 온도 및 일조량과 같은 변화요인으로 작황(作況)이 불안정하여, 카오린(kaolin)을 주성분으로 하는 상토(上土)로 대체하고 있으나, 이러한 토양에는 무기양분이 결핍되기 쉽다.

초창기에는 이와 같이 부족한 무기 양분을 보충하기 위해 퇴비를 비료로 사용하였으나, 퇴비는 퇴비 중 75%나 되는 수분을 포함하여 그 처리무게가 상당하여 노동력 소비가 많은 비효율적인 단점을 가지고 있기 때문에, 오늘날에는 천연 유기질 비료에 비해 소량으로도 충분하며, 또 운반이나 저장이 쉽고, 악취나 더럽혀지는 일이 없고 기생생물이 생길 염려도 없는 화학비료가 주로 이용되고 있는 것이다.이 화학비료는 무기염(無機鹽) 또는 쉽게 무기염 형태가 되기 때문에 이온의 형태로 물에 쉽게 녹을 수 있어, 토양에 준 화학비료는 토양입자에 흡착되어 유지된다.

그러나, 화학비료는 질산암모늄(NH₄NO₃), 황산칼륨(K₂SO₄) 속의 황산이온이나 염화암모늄(NH₄Cl), 염화칼륨(KCl) 등의 염소이온처럼 비료성분 이외의 토질을 산성화시키는 이온도 다량 함유하고 있고, 속효성(涑效性)을 띠기 때문에, 다량으로 사용하게 되면 오히려 작물의 생육을 저하하는 문제점이 있다.

국내에서 식물에 발병되는 병해는 약 1500여종 이상으로 이러한 병해에 의한 피해는 잠재적 생산량의 약 15%에 이르는 것으로 추정되고 있다. 토양에 의한 병해의 매개는 매개체의 60% 이상을 차지하는 비중을 갖고 있으며, 직접적인 토양을 통한 전염 외에도 공기 전염성 병해의 경우도 토양의 지상부와 접하는 지제부를 통한 간접적 매개가 가능하다.

이러한 토양병해의 피해사례로는 뿌리에 혹을 일으키거나, 도관병을 일으키고, 뿌리나 지제부의 부패를 일으키며, 지저부가 부패해 마름병이 생기는 사례등이 있다. 이런 토양병해는 과다한 농약 살포나 화학 비료에 의한 토양내 영양 균형 파괴로 인한 토양 유용 미생물의 작용에 방해를 입어 토양병원균의 증식이 활발해져 발생하는 것으로 알려져 있다.이와 같은 토양 매개 병원균은 불리한 환경에서도 장기간 생존이 가능해 일반적인 농약을 이용한 화학적 방제의 효과가 낮아 기존의 화학적 방제와 다른 방제법이 요구되고 있다.

커피는 커피나무의 씨를 볶아서 제조한 것으로서, 커피나무 열매가 붉게 익으면 과육이 벌어지면서 푸른빛을 띤 생두가 나오는데, 이것을 말려서 볶은 후 분말로 가공한 것이다. 커피에는 카페인, 탄닌, 지방산 예컨대, 포화지방산인 팔미트산과스테아르산, 불포화지방산인 올레인산, 필수지방산인 리놀린산, 유기산 및 당질 등이 주요 성분으로서 포함된다. 오늘날 상업적으로 재배하는 품종은 아라비카종 (Coffee Arabica)과 로부스타종 (Coffee Robusta) 및 라이베리아종 (Coffee Liberia)의 3대 원종이 있으며, 매년 70여개 국가에서 약 600만톤을 생산하는데 총 수확량 중 아라비카 종이 75%이고 나머지 대부분은 로부스타 종이다. 생산량은 브라질에서 매년 약 120만톤, 콜럼비아에서 아라비카 종이 약 90만톤 및 인도네시아에서 로부스타 종 50만톤 이 생산되고 있고 멕시코, 에티오피아, 우간다, 인도, 과테말라, 베트남 등이 주요 생산국이다. 세계적으로 커피 음료의 소비는 물 다음으로 많으며 년간 1인당 커피 소비량은 핀란드와 스웨덴 약 13kg, 덴마크와 노르웨이 약 12kg, 네덜란드 약 9kg, 독일, 오스트리아, 벨기에 및 룩셈부르크 약 8kg이며, 그 밖에 프랑스, 스위스, 미국, 이탈리아, 캐나다, 영국 등이 주요 소비국이다.

현재 우리 국민의 기호식품으로써 커피의 소비가 계속 증가되면서, 원두커피를 가공하고 남은 찌꺼기 (커피박)는 커피 제조 공장 및 일반 커피 전문점에서 유기질폐기물로서 처리되거나, 수거되어 일반 사료의 배합물로서 이용되고 있으나, 앞으로 그 양이 증가할 경우 커피박 자체가 일종의 음식물 쓰레기로서 문제가 될 수 있는 상황이다.

최근에 이러한 커피박을 탈취제로서 이용하거나 유기질비료의 성분으로 이용하고자 하는 시도가 있었으며, 구체적으로 미생물을 이용하여 항균 활성을 갖는 퇴비를 만드는 방법에 관련된 특허에는 "발효 커피박을 함유하는 유기 토양개량제(출원번호: 2004-58358)"와 "커피박으로부터 농업용 유기재료를 제조하는 방법(일본특개평 제8-251426)"등이 미생물을 추가하여 커피박을 발효시켜서 비료를 만드는 방법을 포함하고 있다.

그러나, 이러한 종래 방법의 경우 일반적인 미생물을 접종하여 발효시키기 때문에 화학 비료나 토지개량제와 비교해 식물 생육에 필요한 성분 함량이 개선되기는 하였으나, 토양 미생물에 대한 항균 효과 혹은 해충에 대한 방충 효과를 갖는 퇴비에 대한 것은 없는 상태이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 원두커피를 가공하고 남은 찌꺼기인 커피박을 이용하여 항균 효과를 가지는 발효 퇴비의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 항균 효과를 가지는 발효 퇴비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 구현예에 따르면,

i) 수분 함량이 40 % 내지 50 % 로 커피박을 건조시키는 단계;

ii) 상기 건조된 커피박에 미생물을 접종하는 단계; 및

iii) 상기 커피박에 접종된 미생물을 발효시키는 단계; 를 포함하는 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비의 제조 방법이 제공된다.

상기 구현예에서, 상기 미생물은 건조된 커피박 100 중량부를 기준으로 5 내지 6 중량부의 양으로 첨가될 수 있다.

상기 구현예에서, 상기 ii)는 건조된 커피박 100 중량부를 기준으로 아미노산 5 내지 6 중량부를 더욱 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 상기 아미노산의 첨가에 의해, N, P 및 K 의 함량이 커피박 100 중량부를 기준으로 2, 2.5 또는 3 중량부 이상까지 증가할 수 있다.

상기 구현예에서, 상기 ii)는 건조된 커피박 100 중량부를 기준으로 규산 4 내지 5 중량부를 더욱 첨가하여 pH 를 6 내지 8 로 조절할 수 있다. 상기 규산의 첨가에 의해, 미생물 발효에 적절한 pH 환경이 조성될 수 있다.

상기 구현예에서, 상기 미생물은 효모, 광합성 세균, 바실러스발리모티스 및 바실러스섭틸러스로부터 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다. 일예로서, 식물병원성균에 대해 항균 활성을 갖는 바실러스발리스모르티스 BS07M을 포함할 수 있다. 상기 바실러스발리스모르티스 BS07M 는 기탁 번호 KCTC 11991BP 로 2011년 07월 28일 한국생명공학연구원에 기탁되었으며, 2011년 9월 22일에 출원되었고 탄저병 등 주요 식물병원균을 억제하는 강력한 항균 물질도 생산하며, 공시병원균인 고추역병(Phytophthora capsici), 고추무름병(Pectobacterium carotovora), 고추 탄저병(Colletotrichum acutatum), 오이모자이크바이러스(cucumber mosaic virus) 등에 대한 복합병해 저항성을 나타낼 수 있다.

상기 구현예에서, 상기 해충은 응애, 총채벌레, 온실가루이, 나비 유충, 나방유충, 파리 유충, 방패벌레, 나방파리, 깍지벌레, 굼벵이 및 개미로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.

다른 구현예에 따르면,

상기 방법에 의해 제조된 커피박을 이용하여 제조된 방충 효과를 가지는 발효 퇴비가 제공된다.

상기 구현예에 따르면, 상기 발효 퇴비는 N, P 및 K의 함량이 커피박 100 중량부를 기준으로 2.5 중량부 이상일 수 있다.

상기 구현예에 따르면, 상기 발효 퇴비는 일반 퇴비에 비해 75% 이상의 방충 효과를 가질 수 있다.

본 발명에 의한 발효 퇴비의 제조 방법은 종래 버려지는 커피박을 유용한 자원으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 유용 미생물을 커피박에 접종하여 발효시킴으로써 커피박이 함유하는 유기물을 이용하여 친환경 항균 방충 효과가 있는 발효 퇴비를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 4는 실험예 1에 따른 0일째, 3일째, 6일째 및 9일째에 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비 및 일반 퇴비 사용시 강낭콩 식물의 점박이응애 발생 정도를 나타내는 사진이다. (좌: 커피퇴비 사용, 중: 점박이 응애 기주 식물, 우: 일반퇴비 사용)
도 5 및 도 6 은 실험예 2에 따른 0일째 및 9일째에 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비 및 일반 퇴비 사용시 오이 잎의꽃노랑총채벌레 발생 정도를 나타낸 사진이다. (위: 일반퇴비 사용, 아래: 커피퇴비 사용)
도 7 내지 도 9는 실험예 3에 따른 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비 및 일반 퇴비 사용시 해피트리의온실가루이 발생 정도를 나타내는 사진이다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 발효 퇴비 제조

커피박은 국내 커피전문점(전광수커피, 카페다, 닐리파스타, 카페뮤제오 프랜차이즈 등)에서 시판되는 분쇄 원두커피의 찌꺼기를 수집하여 사용하였다. 수집된 커피박은 수분 약 60% 이고, pH 5.5~6.0 이고, 커피박 100 중량부를 기준으로 N, P 및 K의 함량이 1.6 중량부 이었다. 수거된 커피 원두 분말 중 미분쇄된 원두콩이 포함된 경우가 있기 때문에 분쇄기를 이용해 분쇄하였다.

60℃ 조건에서 72시간 동안 건조시켜서 커피박의 수분 함량을 45%로 감소시켰다. 커피분말 720ℓ를 다목적 사료비료 발효 배합기로 배합하였다. 아미노산 40ℓ를 첨가하여 N, P 및 K의 합이 2.8~3.55%로 증가시켰고, 규산 30ℓ를 첨가함으로 작물의 생장과 미생물 배양에 적합한 pH 6.5~7.0 로 조절하였다.

배합기에 있는 커피 720ℓ에 대해 아미노산 40ℓ과 미생물(효모 10ℓ + 광합성세균 10ℓ + 바실러스발리모티스(BS07M) 10ℓ + 바실러스섭틸러스 10ℓ)과 규산 30ℓ를 넣고 30℃에서 96시간 동안 배합하면서 커피원두분말과 미생물이 고루 섞일 수 있도록 하였다. 이후 배합기에서 10분 배합, 50분 숙성의 사이클로 96시간 동안 발효를 진행하였다. 발효된 퇴비를 30℃에서 5일간 후숙 과정을 통해 발효를 완성시켰다.

< 실험예 1> 강낭콩에 대한 점박이응애 발생실험

상기 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 발효 커피박 퇴비의 방충효과를 확인하기 위해 강낭콩 식물에 대한 점박이응애의 발생실험을 수행하였다.

실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 강낭콩 화분과 비교예로서 일반 퇴비에서 키운 강낭콩 화분 사이에 점박이응애가 존재하는 기주식물을 위치시켜 점박이응애의 발생 정도를 관찰하였다. 0일째, 3일째, 6일째 및 9일째의 강낭콩에서의 점박이 응애 발생 정도를 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1 및 도 1 내지 도 4에 나타내었다.

점박이응애	커피퇴비 사용 식물	일반 퇴비 사용 식물
0일	0	0
3일	0	3
6일	1	16
9일	17	72

상기 표 1 및 도 1 내지 4로부터 알 수 있듯이, 시간이 지날수록 중간에 위치한 점박이응애가 존재하는 기주식물로부터 일반 퇴비를 사용한 강낭콩 화분에는점박이응애가 이동하여 고사 현상이 발생하는데 비해, 실시예 1에 따라 제조된 발효커피박 퇴비를 사용한 강낭콩 화분에는 점박이응애가 이동되지 않고 양호한 상태를 유지됨이 확인되었다. 특히, 9일 동안 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비를 사용한 강낭콩 화분은 일반 퇴비를 사용한 강낭콩 화분에 비해 75% 이상 점박이응애 방충효과가 있음이 확인되었다.

< 실험예 2 > 오이에 대한 꽃노랑총채벌레 발생실험

상기 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비의 방충효과를 확인하기 위하여 오이에 대한 꽃노랑총채벌레의 발생실험을 수행하였다.

실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 오이 화분과 비교예로서 일반 퇴비에서 키운 오이 화분 사이에 꽃노랑총채벌레 방사시켜 해충발생 정도를 관찰하였다. 0일째 및 9일째의 오이 잎에서의 꽃노랑총채벌레 발생 정도를 도 5 및 6에 나타내었다.

도 6으로부터 알 수 있듯이, 일반퇴비에서 키운 오이잎은 꽃노랑총채벌레가 다수 발생한 반면, 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 오이 잎은 꽃노랑총채벌레가 한 곳에 모여 발생하지 못한 채 각각의 잎으로 모두 흩어져 양호한 상태가 유지됨으로써, 꽃노랑총채벌레에 방충효과가 있음이 확인되었다.

< 실험예 3 > 자연 조건하의 해충 기피 실험

상기 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비의 방충효과를 확인하기 위하여 시중에서 판매되는 관엽식물인 해피트리를 1개월간 재배하면서 온실가루이(Trialeurodes vaporariorum)의 발생실험을 수행하고, 그 결과를 하기의 표 2 및 도 7 내지 9에 나타내었다.

상기 표 2 및 도 7 내지 9로부터 알 수 있듯이, 일반 퇴비에서 키운 해피트리에서는 온실가루이가 발생한 반면, 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 해피트리는 온실가루이 발생 정도가 미비하였다. 특히, 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 해피트리는 일반 퇴비에 비해 85% 이상의 온실가루이 방충 효과가 있음이 확인되었다.

구분	해피트리(관엽식물)
	커피박 퇴비사용구	일반 퇴비사용구
온실가루이 발생수 (단위: 마리)	402	91,06

상기 표 2 및 도 7 내지 9로부터 알 수 있듯이, 일반퇴비에서 키운 해피트리에서는 온실가루이가 발생한 반면, 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 해피트리는 온실가루이 발생 정도가 미비하였다. 특히, 실시예 1에 따라 제조된 발효 커피박 퇴비에서 키운 해피트리는 일반 퇴비에 비해 85% 이상의 온실가루이 방충 효과가 있음이 확인되었다.

Claims (7)

1. i) 수분 함량이 40 % 내지 50 % 로 커피박을 건조시키는 단계;
   ii) 상기 건조된 커피박 100 중량부를 기준으로 미생물 5 내지 6 중량부 및 아미노산 5 내지 6 중량부를 첨가하는 단계; 및
   iii) 상기 커피박에 첨가된 미생물을 발효시키는 단계; 를 포함하는 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비의 제조 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 단계 ii)에서 건조된 커피박 100 중량부를 기준으로 규산 4 내지 5 중량부를 더욱 첨가하여 pH 를 6 내지 8 로 조절하는 것을 특징으로 하는 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비의 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 미생물은 효모, 광합성 세균, 바실러스 발리모티스 및 바실러스 섭틸러스로부터 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 커피박을 이용한 해충에 방충 효과를 가지는 발효 퇴비의 제조 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 방충 효과는 응애, 총채벌레, 온실가루이, 나비 유충, 나방유충, 파리 유충, 방패벌레, 나방파리, 깍지벌레, 굼벵이 및 개미로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비의 제조 방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 발효 퇴비는 N, P 및 K의 함량이 커피박 100 중량부를 기준으로 2.5 중량부 이상인 것을 특징으로 하는 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 발효 퇴비는 일반 퇴비에 비해 75% 이상의 방충 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 커피박을 이용한 방충 효과를 가지는 발효 퇴비.

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