KR20150054622A

KR20150054622A - 키토산 고체 발효를 통한 식물성장 촉진제 및 이의 용도

Info

Publication number: KR20150054622A
Application number: KR1020140028040A
Authority: KR
Inventors: 김영길
Original assignee: 제주특별자치도
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-05-20

Abstract

본 발명은 키토산 고체 발효를 통한 식물성장 촉진제 제조방법 및 이를 이용한 식물 생장 촉진 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 식물성장촉진제는 Rhizopus oligosporus 균주를 이용하여 키틴을 고체발효하여 제조되어, 보존성이 크고, 식물 생장 촉진 효과가 있고, 인체에 유용한 키토산이 식물체 내로 흡수되어 들어갈 수 있다.

Description

키토산 고체 발효를 통한 식물성장 촉진제 제조방법{Methods of preparation of plant-growth-promoter by using solid fermenation of chitosan}

본 발명은 키토산의 고체발효를 통한 식물성장 촉진제에 관한 것이다.

키틴은 셀룰로오스 다음으로 풍부한 자원으로 게, 가재 또는 새우 등의 갑각류나 균류 및 조류 등의 고등 식물 세포벽에 존재하고 있는 천연 고분자 물질이다. 키토산은 키틴을 탈 아세틸화하여 제조되며, 탈 아세틸화 되는 정도에 따라서 물에 대한 용해도가 달라진다. 최근 키토산은 무독성, 환경친화성 및 생체 적합성이 높아 여러 분야에서 활용되고 있다. 키토산은 세포를 활성화하여 노화를 억제하고 면역력을 강화해주며 질병을 예방해주는 것으로 알려져 있고 생체의 자연적인 치유 능력을 활성화하는 기능과 함께 생체 리듬을 조절해주는 것으로 알려져 있다. 또한 유해 콜레스테롤의 흡착, 배설 및 항암작용을 나타내는 것으로 알려져 있고, 혈압 상승의 원인이 되는 염화물 이온을 흡착하여 장에서의 흡수를 억제한 뒤 체외로 배출시킴으로써 혈압 상승 억제 작용을 한다.

종래에는 게, 가재 또는 새우 등의 갑각류의 껍질에 강산(염산)과 강염기(가성소다 용액) 이용하여 생산을 하였지만, 강산과 강염기가 환경에 악영향을 끼치는 문제가 있다. 따라서 환경에 나쁜 영향이 없고, 적은 비용으로 키토산을 생산하는 방법이 필요하게 되었다.

인체에 유용한 키토산을 공급하기 위하여, 키토산이 함유된 멸치젓갈, 키토산이 함유된 김치, 키토산이 함유된 빵, 키토산이 함유된 떡, 키토산이 함유된 된장 등을 제조하고 공급하고자 하였다. 이와 다른 시도로 과채류에 키토산을 흡수시켜 키토산이 함유된 과채류를 통하여 공급하고자 하는 연구가 진행되었다.

그러나 고체배양을 통하여 키토산을 분해시킨 후 식물에 공급하여 식물체에 키토산의 흡수를 성공시킨 사례는 보고 되지 않았다. 본 발명자는 Rhizopus oligosporus 균주가 고체 배양을 통하여 갑각류의 키틴 성분을 분해하여 키토산을 생성할 수 있고, 이의 고체 배양 발효물을 식물에 처리하였을 때 식물체로 흡수되어질 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

한국 특허출원 2009-0135168호에서는 (a) 갑각류 껍질을 세척, 건조, 및 분쇄하는 단계; (b) 상기 (a)에서 분쇄된 갑각류 껍질에 함유된 아스타잔틴을 주정으로 추출하는 탈색단계; (c) 상기 (b)에서 탈색된 갑각류 껍질을 젖산이 담긴 추출탱크에 투입하고 끓여서 회분을 추출 및 분리하는 탈회 단계; (d) 상기 탈회 단계를 거친 갑각류 껍질을 탄산칼륨(K2CO3)이 담긴 추출 탱크에 투입하고 끓여서 단백질을 추출 및 분리시켜 키틴을 수득하는 탈 단백 단계를 포함하는 키틴의 수득 방법을 제공하고 있다. 한국 특허 출원 2007-0096386호에서는 키토산 함유 황토 수성 추출액제를 주재로 한 멸치 젓갈의 제조방법을 개시하고 있다. 특허 제0880603호는 키토산과 키토산 분해효소를 이용한 정수장 슬러지 처리방법과 이를 이용한 비료 제조 방법을 제공하고 있다. 특허 제0992213호는 라이조푸스를 이용한 저분자 키토산의 생산방법 및 이를 이용한 키토산 함유 식물의 생산방법에 관한 것으로서, 젖산 용액에 키토산을 용해시키는 단계; 상기 키토산이 용해된 용액에 라이조푸스 올리고스포러스 KCCM 10624 배양물을 섞어 분자량 3600 이하의 저분자 키토산을 생산하는 단계; 및 상기 저분자 키토산을 토마토에 투여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저분자 키토산 함유 토마토의 생산방법을 제공하고 있다. 미국 특허출원 2002-161187 호에서는 Rhizopus azygosporus를 이용하여 키토산을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 다만, 이 특허에서는 Rhizopus azygosporus를 배양할 때 액체 배양을 사용하였다. 또한 미국특허 등록 US 6255085 B1에서는 Actinomucor taiwanensis 진균을 배지 약 5내지 60 g/L 콘 스팁 리커에서 배양하여 키토산을 생산하는 방법을 개시하고 있다.

Zhang 등은 Carbohydrate Polymers(Volume 101, 2014년 1월 30일, 57-67면)에서 Rhizopus japonicus를 이용하고 액체배양을 통한 키토산의 생산방법이 개시되어 있다. Chatterjee 등은 International Journal of Biological Macromolecules(Volume 42, Issue 2, 2008년 3월 1일 120-126면)에서 Rhizopus orizae를 이용한 키토산의 생산에서 식물호르몬의 영향을 연구하여 식물호르몬이 키토산의 생산을 증가시켰음을 보고 하고 있다. Mahata 등은 Carbohydrate Research(In Press, Accepted Manuscript, Available online 13 June 2013)에서 Rhizopus oligosporus를 이용하여 키토산을 생산하는 방법을 보고 하고 있다.

본 발명은 Rhizopus oligosporus 균주를 이용한 키틴의 고체 배양을 통하여 키토산을 함유하는 식물생장 촉진제를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 키틴의 Rhizopus oligosporus 균주의 고체 배양물을 처리하는 것을 특징으로 하는 식물체내 키토산의 함량 증가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 위하여 본 발명의 제 1 의 형태는 곡물을 준비하는 단계: 상기 곡물에 키틴 물질을 흡착시키는 단계; 상기 키틴이 흡착된 곡물을 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 분쇄물에 Rhizopus oligosporus 균주를 접종하여 발효 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산 함유 식물 생장 촉진제 제조방법이다. 상기 곡물은 Rhizopus oligosporus 균주가 이용할 수 있는 어떠한 형태의 곡물이어도 무방하다. 바람직하게는 상기 곡물은 대두박, 옥수수, 소맥피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 곡물일 수 있다.

본 발명의 제 2 의 형태는 곡물을 준비하는 단계: 상기 곡물에 키틴 물질을 흡착시키는 단계; 상기 키틴이 흡착된 곡물을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 분쇄물에 Rhizopus oligosporus 균주를 접종하여 발효 시키는 단계 및 상기 발효물을 식물에 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물체 내 키토산 흡수양 증가방법이다. 상기 식물은 참외, 토마토 등의 과채류일 수 있다. 보다 바람직하게는 상추이다. 상기 곡물은 Rhizopus oligosporus 균주가 이용할 수 있는 어떠한 형태의 곡물이어도 무방하다. 바람직하게는 상기 곡물은 대두박, 옥수수, 소맥피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 곡물일 수 있다.

본 발명은 Rhizopus oligosporus 균주를 이용하여 키틴을 분해하여 키토산을 제조할 때, 고체배양 방법을 사용함으로써 키틴을 용해시키기 위한 젖산 등의 완충용액을 사용하지 않고, 강산이나, 강염기를 사용하지 않음으로써 환경오염을 줄이고, 완충용액 등을 제거하는 비용을 절감할 수 있어서 비용면에서 효과적이다.

*본 발명은 또한 사용되어진 곡물이 식물의 성장을 촉진시키는데 사용가능하며, 본 발명의 과정에서 키틴이 물리적인 힘에 의하여도 분쇄되어지므로 식물이 흡수 가능한 형태의 키토산 함량이 증가되는 특징이 있다.

본 발명에 따른 조성물은 액상이 아니고 고상이므로 미생물에 의한 오염이 적어서 보존기간이 거의 반영구적인 특징이 있다.

도 1은 키토산이 함유된 상추에 대해 한국식품연구소에서 키토산의 검출을 시험의뢰한 결과이다.

본 발명은 하기 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 의하여 해석이 되며, 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 치환 가능한 범위에까지 이른다.

실시예 1. 키토산 함유 식물 생장 촉진제 제조방법

키틴이 분해되어 키톤산이 함유된 식물 생장 촉진제는 다음의 단계를 통하여 제조되었다.

(a) 25kg의 곡물(동물 식이용으로 사용하는 맥아분을 주원료로 함)을 준비하고, 200g의 키틴 분상을 흡착시키는 단계

(b) 상기 키틴 분상이 흡착된 곡물에 30 ml의 미생물 배양액(라이조푸스 올리고스포러스(흰색솜털곰팡이의 1종))와 3000 ml의 물(미네랄 함유)을 넣어주는 단계

(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 조성물을 교반기에 넣어 혼합하여 주는 단계;

(d) 상기 (c) 단계에서 제조된 조성물을 공기가 잘 통하는 용기에 넣어서 4일 동안 발효를 시키는 단계;

(e) 상기 (d) 단계의 발효물을 건조 시키는 단계;

(f) 상기 건조된 발효물을 250 메쉬에서 분쇄하여 주는 단계로 제조하였다.

실시예 2. 키토산 함유 식물 생장 촉진제에 의한 상추에서의 키토산의 확인

1. 방법

상기 키토산이 함유된 미생물제제를 토양에 뿌려서 섞어준 후, 15 내지 20일 간격으로 엽면시비 혹은 관주하였다.

2. 결과

한국식품연구소에 키토산의 검출을 시험의뢰한 결과 0.06 mg/g의 키토산이 검출되었다(도 1). 이러한 결과는 키토산을 합성하지 못하는 상추에 대해 본 발명에 따른 방법으로 키토산을 함유시킬 수 있음을 보여준다.

실시예 3. 키토산 함유 식물 생장 촉진제( 파워그린 -F)의 작용효과 확인

1. 시험목적

본 연구는 실시예 1에 따라 제작된 파워그린-F가 작물 생육에 미치는 효과를 밝히고자 한다.

2. 시험방법

가. 공시작물 : 엽채류 - 열무 [누구나]

나. 조사내용 : 초장, 엽폭, 엽수, 엽록소 함량(SPAD), 지하부 길이, 생중량(지상부, 지하부)

다. 처리내용

시험자재	생육조사시험		비 해 시 험		의뢰 회사
시험자재	희석배수 및 사용량	처리시기 및 방법	기준량	배 량	의뢰 회사
파워그린-F	적량처리 1000배 희석 배량처리 500배 희석	공시작물(열무) 줄뿌림 직전 시험자재를 적량처리 1000배 희석, 배량처리 500배 희석하여 토양관주 후(12/17), 3~4엽기에 2주간격으로 2회 경엽처리(2/1, 2/15)	500배 희석	250배 희석	(주) 웰스팜
무처리	-	-	-	-	-

라. 경종개요 : 열무 종자를 12월 17일에 30 간격으로 줄 뿌림 하여 재배, 재배기간 동안 시험제 이외에 다른 농약이나 비료는 전혀 처리하지 않았다. 토양 수분공급은 필요할 때마다 지하수로 관주하였다. 기타는 관행 재배에 준하였다.

마. 시험구배치 : 난괴법 3반복

구분	시험지역	처리수	반복수	총구수	구당면적	소요면적	총 소요면적
비효	2	2	3	12	20 m²	240 m²	300 m²
비해	2	2	3	12	5 m²	60 m²	300 m²

3. 조사방법

구 분	조사항목	조사횟수	조사일자	조사방법
생육조사시험	생육조사	1	02/22	농진청 발간 '농사시험연구조사기준'
비해시험	비해유무	3	02/04, 02/06, 02/08	식물체의 비해유무 달관조사

4. 시험성적

가. 생육조사시험 : '파워그린-F'의 작물 생육효과

표 4은 파워그린-F 처리가 초장에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	초장(cm)	지수(%)	초장(cm)	지수(%)
파워그린-F 적량	14.6a² ⁾	104.3	16.4a	104.5
파워그린-F 배량	15.6b	111.4	17.1b	108.9
무 처 리	14.0a	-	15.7	-

¹⁾ 적량 처리구 : 1000배 희석처리, 배량 처리구 : 500배 희석처리

²⁾ 같은 문자끼리는 5% 유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

표 5는 파워그린-F 처리가 엽폭에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	엽폭(cm)	지수(%)	엽폭(cm)	지수(%)
파워그린-F 적량	5.3a² ⁾	100.0	5.3a	106.0
파워그린-F 배량	5.4a	101.9	5.5a	110.0
무 처 리	5.4a	-	5.0a	-

²⁾ 같은 문자끼리는 5%유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

표 6은 파워그린-F 처리가 엽수에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	엽수(개)	지수(%)	엽수(개)	지수(%)
파워그린-F 적량	8.8a² ⁾	123.9	9.3b	127.4
파워그린-F 배량	9.3b	131.0	9.7b	132.9
무 처 리	7.1a	-	7.3a	-

¹⁾ 적량 처리구 : 1000배 희석처리, 배량 처리구 : 500배 희석 처리

²⁾ 같은 문자끼리는 5%유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

표 7는 파워그린-F 처리가 엽록소 함량에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	엽록소 함량 (SPAD)	지수(%)	엽록소 함량 (SPAD)	지수(%)
파워그린-F 적량	36.9a² ⁾	102.8	37.8a	103.8
파워그린-F 배량	36.2a	100.8	37.3a	102.5
무 처 리	35.9a	-	36.4a	-

²⁾ 같은 문자끼리는 5%유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

표 8는 파워그린-F 처리가 지상부중에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	지상부중(g)	지수(%)	지상부중(g)	지수(%)
파워그린-F 적량	13.9b² ⁾	113.9	14.0b	120.7
파워그린-F 배량	16.1b	132.0	16.6b	143.1
무 처 리	12.2a	-	11.6a	-

²⁾ 같은 문자끼리는 5%유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

표 9은 파워그린-F 처리가 지하부 길이에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	지하부 길이(cm)	지수(%)	지하부 길이(cm)	지수(%)
파워그린-F 적량	14.1b² ⁾	121.6	14.4b	128.6
파워그린-F 배량	16.1b	138.8	16.1b	143.8
무 처 리	11.6a	-	11.2a	-

²⁾ 같은 문자끼리는 5%유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

표 10은 파워그린-F 처리가 지하부중에 미치는 영향을 나타낸다.

처 리 구¹ ⁾	충남대		충북 보은
처 리 구¹ ⁾	지하부중(g)	지수(%)	지하부중(g)	지수(%)
파워그린-F 적량	0.9a² ⁾	112.5	0.9a	128.6
파워그린-F 배량	0.9a	112.5	0.9a	128.6
무 처 리	0.8a	-	0.7a	-

²⁾ 같은 문자끼리는 5%유의수준에서 DMRT결과 유의차 없음.

나. 비해시험

표 11은 파워그린-F 처리 후 비해시험 결과을 나타낸다.

시험자재	시험작물 (품종)	비해정도(0~5)		비고
		기준량	배량
파워그린-F	열무 (누구나)	0	0	비해없음

다. 유해성분 분석

표 12는 공시시료의 유해성분 분석을 나타낸다. 단위는 mg/kg이다.

유 해 성 분	크롬	납	카드뮴	니켈	수은	아연	비소	구리
공시시료 함유량	2.8467	ND	0.0933	ND	ND	19.7933	0.0849	2.2333
성분기준^*	<300	<150	<5	<50	<2	<50	<5	<50

^*기준: 농촌진흥청 고시 제 2009-30호 비료공정규격 설정 및 지정

5. 결과요약

가. 생육증진효과

본 발명의 실시예 1에 따른 '파워그린-F'를 처리하여 열무의 생육증진 효과를 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) 파워그린-F를 처리하였을 때 초장은 최저 4.3%(충남대 적량 처리구), 최고 11.4%(충남대 배량 처리구)의 증가효과를 나타냈다.

2) 파워그린-F를 처리하였을 때 엽폭은 최저 1.9%(충남대 배량 처리구), 최고 10.0%(보은 배량 처리구)의 증가효과를 나타냈다.

3) 파워그린-F를 처리하였을 때 엽수는 최저 23.9%(충남대 적량 처리구), 최고 32.9%(보은 배량 처리구)의 증가효과를 나타냈다.

4) 파워그린-F를 처리하였을 때 엽록소 함량은 최저 0.8%(충남대 배량 처리구), 최고 3.8%(보은 적량 처리구)의 증가효과를 나타냈다.

5) 파워그린-F를 처리하였을 때 지상부중은 최저 13.9%(충남대 적량 처리구), 최고 43.1%(충남대 배량 처리구)의 증가효과를 나타냈다.

6) 파워그린-F를 처리하였을 때 지하부 길이는 최저 21.6%(충남대 적량 처리구), 최고 43.8%(보은 배량 처리구)의 증가효과를 나타냈다.

7) 파워그린-F를 처리하였을 때 지하부중은 최저 12.5%(충남대 처리구), 최고 28.6%(보은 처리구) 증가효과를 나타냈다.

나. 비해

시험자재는 기준량 및 배량처리구에서 대상작물인 열무에 대하여 비해 증상이 나타나지 않았다.

다. 유해성분 분석

본 발명의 실시예 1에 따른 '파워그린-F'의 유해성분을 분석한 결과 농촌진흥청 고시 제 2009-30 호 비료공정규격 설정 및 지정의 성분기준을 초과하여 검출되지 않았다.

6. 결론

본 발명에 따른 조성물은 식물의 생육 촉진에 효과가 있고, 시험대상 작물인 열무에 대하여 비해가 나타나지 않았으므로, 친환경생육자재로 활용할 수 있었다.

Claims

(a) 곡물을 준비하고, 상기 곡물에 키틴 분상을 흡착시키는 단계;
(b) 상기 키틴 분상이 흡착된 곡물에 라이조푸스 올리고스포러스 배양액과 상기 곡물의 8 내지 12 중량%의 물을 넣어주는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 조성물을 교반기에 넣어 혼합하여 주는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 제조된 조성물을 공기가 잘 통하는 용기에 넣어서 발효를 시키는 단계;
(e) 상기 (d) 단계의 발효물을 건조 시키는 단계; 및
(f) 상기 건조된 발효물을 분쇄하여 주는 단계로 구성된 키틴이 분해되어 만들어진 키토산을 포함하는 식물성장 촉진제 조성물 제조방법.
제 1 항 에 있어서, 상기 곡물은 대두박, 옥수수, 소맥피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 곡물인 것을 특징으로 하는 식물 생장 촉진제 제조방법.
(a) 곡물을 준비하고, 상기 곡물에 키틴 분상을 흡착시키는 단계;
(b) 상기 키틴 분상이 흡착된 곡물에 라이조푸스 올리고스포러스 배양액과 8 내지 12 중량%의 물을 넣어주는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 조성물을 교반기에 넣어 혼합하여 주는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 제조된 조성물을 공기가 잘 통하는 용기에 넣어서 발효를 시키는 단계;
(e) 상기 (d) 단계의 발효물을 건조 시키는 단계; 및
(f) 상기 건조된 발효물을 분쇄하여 주는 단계로 구성된 키틴이 분해되어 만들어진 키토산을 포함하는 식물성장 촉진제 조성물을 식물에 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물내 키토산 흡수양 증가방법.
제 3 항에 있어서, 상기 식물은 상추인 것을 특징으로 하는 식물내 키토산 흡수량 증가방법.
제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 곡물은 대두박, 옥수수, 소맥피로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 곡물인 것을 특징으로 하는 식물내 키토산 흡수양 증가방법.