KR20160047236A

KR20160047236A - 발효사료

Info

Publication number: KR20160047236A
Application number: KR1020140143393A
Authority: KR
Inventors: 박해웅; 정영배; 이상일; 박상언
Original assignee: 한국식품연구원
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-05-02

Abstract

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 절임배추 폐기물에 유기산을 혼합한 혼합물에 배추김치로부터 분리한 유산균을 접종하여 유산균 발효시킨 발효물을 포함한 발효사료에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 절임배추 폐기물을 자원화함으로써 배추 폐기물 처리비용을 절감할 수 있으며, 버려지는 배추 폐기물을 이용하여 가축용 사료를 제조함으로써 사료제조비용을 줄일 수 있다.

Description

발효사료{Fermented Feed}

본 발명은 발효사료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단미사료, 보조사료로 사용될 수 있는 발효사료로서 절임배추 폐기물을 이용하여 발효시킨 발효사료에 관한 것이다.

김치는 한국 고유의 전통발효 식품으로 그 맛과 향, 조직감이 독특하여 최근 세계적인 식품으로의 성장할 가능성이 높아지고 있으며, 근래에는 주거환경 및 식생활의 변화, 가사 노동력의 부족 등으로 인하여 가정에서 김치를 담그는 양이 매년 4~5% 정도씩 감소하고 있음에 반하여 공장에서 생산, 유통하는 김치의 양은 점차 증가하고 있다.

현재 국내 김치제조업체 및 배추 절임업체의 대부분은 김치 폐기물을 (무)허가 폐기물 처리 사업자에게 유료로 위탁하여 처리하고 있는 실정이며, 김치공장 폐기물 해양투기 금지로 인하여 김치업체의 폐기물 처리 비용 상승과 환경오염의 원인이 되는 폐기물을 친환경적인 방법을 통해 자원화할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.

현행 폐기물관리법 제2조 제1호 규정에 의거 폐기물은 사람의 소비활동이나 생산과정에서 필요하지 아니하게 된 물질로서, 쓰레기·연소재·오니(찌꺼기)·폐유·폐산·폐알칼리·동물의 사체 등을 포함하는 것으로 정의되어 있다.

폐기물은 크게 생활폐기물과 사업장 폐기물로 분류할 수 있으며, 일상생활에서 발생하는 폐기물을 생활폐기물이라 하고 배출시설 설치 사업장과 대통령이 정한 사업장에서 발생되는 폐기물을 사업장 폐기물이라 규정하고 있다.(자원 순환형 사회구축을 위한 생활폐기물의 적정처리기술, 환경관리공단, 2006)

현행 김치공장에서 발생하는 부산물은 고형 폐기물(생배추, 절임배추)과 액상 폐기물(절임염수, 세척수)이며 고형 폐기물 중 배추 폐기물은 원료배추에 대해서 12~25% 정도가 발생하고 있다.

배추 폐기물 중 액상 폐기물은 염분이 다량 포함되어 있어서 방류 시 농작물에 염해를 입히고 지하수의 오염이 우려되어 다량의 물로 희석하여 처리하고 있는 실정이다.

김치공장의 배추 폐기물 발생량은 연간 132천 톤으로 이를 처리하는 비용만 연간 52억 원 정도가 소요된다(2011년 김치공장 배추사용량 88만 톤의 15%).

따라서 배추 폐기물 재사용 기술이 개발되어 고형 및 액상 폐기물을 재사용 할 수 있다면 배추 폐기물 처리비용 52억 원, 염수사용량 감량액 202억 원 및 폐수 처리 감량 처리비용 48억 원의 합계 302억 원을 매년 경감할 수 있다.

배추 폐기물의 자원화를 위한 연구는 가축 사료화, 유기질 퇴비화, 미생물 배양 배지화, 식이섬유 소재화, 버섯재배 배지화 등 다양하게 진행되었으나 김치공장에 성공적으로 실용화되지 못하고 있다. 그동안 폐기물의 해양투기로 값싸게 처리할 수 있는 방법이 허용되었고, 연구개발도 김치공장 현장을 고려하지 않았기 때문에 현장에서 실용화하지 못하였다.

경제적, 기술적 타당성 분석결과를 바탕으로 김치공장 폐기물의 적합한 처리 기술을 개발하여 현장에서 실용화할 수 있는 연구가 필요한 시점이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 절임배추 폐기물을 자원화함으로써 배추 폐기물 처리비용을 절감할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 버려지는 배추 폐기물을 이용하여 가축용 사료를 제조함으로써 사료제조비용을 줄일 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 절임배추 폐기물에 유기산을 혼합한 혼합물에 배추김치로부터 분리한 유산균을 접종하여 유산균 발효시킨 발효물을 포함한 발효사료를 제공한다.

또한, 상기 배추김치로부터 분리한 유산균은 Lactobacillus plantarum인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기산은 lactic acid, citric acid 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 절임배추 폐기물을 자원화함으로써 배추 폐기물 처리비용을 절감할 수 있으며, 버려지는 배추 폐기물을 이용하여 가축용 사료를 제조함으로써 사료제조비용을 줄일 수 있다.

도 1은 유산균 발효 사료의 염도 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 유산균 발효 사료의 pH 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 유산균 발효 사료의 산도 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 유산균 발효 사료의 환원당 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 절임배추의 발효양상을 나타낸 그래프.
도 6은 절임배추의 발효양상을 나타낸 그래프.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 절임배추 폐기물에 유기산을 혼합한 혼합물에 배추김치로부터 분리한 유산균을 접종하여 유산균 발효시킨 발효물을 포함한 발효사료에 관한 것이다.

유기산 및 유산균을 첨가하여 제조한 발효사료의 미생물군집 변화를 관찰하여 섬유질가공사료 또는 섬유질 발효사료로서의 가능성을 타진하였다. 유기산을 첨가하여 절임배추 고형물의 발효에 관여하지 않는 세균 및 대장균군의 생육을 억제하고, 김치로부터 분리된 내산성 L. plantarum을 첨가하여 이상적인 유산균 발효를 유도하는 전략을 선택하였다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면 및 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예]

1. 고형폐기물(압착박)의 가축 사료화

1) 절임배추 고형폐기물의 발효균주

적숙기 배추김치로부터 분리된 Lactobacillus plantarum을 사용하였다.

2) 절임배추 고형폐기물

임진강김치의 상품김치 제조공정의 절임배추 부산물을 구매하여 사용하였다.

3) 시약

덕산, Sigma 및 Difco 등의 특급 또는 시약급을 구입하여 사용하였다.

4) 유산균 발효 사료의 제조

유기산을 처리한 유산균 발효 사료는 절임배추 고형폐기물에 citric acid와 lactic acid를 각각 1.5%를 첨가한 후, Lactobacillus plantarum 균주를 10⁷cfu/g 및 10⁸cfu/g 각각 처리하여 제조하였다.

[실험예]

제조된 유산균 발효 사료는 혐기적인 조건으로 30℃에서 7일간 저장하면서 1일, 3일, 7일 간격으로 채취하여 화학적 특성(염도, pH, 산도, 환원당) 및 미생물학적 특성(총균, 젖산균, 대장균군)을 분석하였다. 1일차 분석 결과는 제조 후 5시간 이내에 분석하였다.

1. 염도

시료 약 1g을 정확히 달아 약 100배로 희석하여 여과(Adventec no. 1)한 후 여과액 10mL를 취하고, 2% 크로뮴산칼륨(potassium chromate) 1mL를 넣어 0.02N AgNO₃용액으로 적정하였다. 별도로 증류수에 대한 바탕시험을 실시하여 다음 식에 따라 계산하였다.

여기에서 A : 본 시험에 소비된 0.02 N AgNO₃ 용액의 mL수,

B : 바탕시험에 소비된 0.02N AgNO₃ 용액의 mL수,

f : 0.02N AgNO₃ 용액의 역가,

D : 희석배수,

S : 시료채취량(g).

2. pH 및 산도

pH는 거즈로 즙액을 짜서 액체 상태의 시료에 pH electrode를 직접 넣어 측정하였다. 적정산도는 시료 약 1 g을 정확히 달아 적당히 희석(약 100배)하여 여과(Adventec no. 1)한 후 여과액 20 mL에 0.01 N NaOH 용액으로 pH가 8.3이 될 때까지 적정하였다. 별도로 증류수에 대한 바탕시험을 실시하여 다음 식에 따라 계산하였다.

여기에서 A : 본 시험에 소비된 0.01 N NaOH 용액의 mL수,

B : 바탕시험에 소비된 0.01 N NaOH 용액의 mL수,

f : 0.01 N NaOH 용액의 역가,

D : 희석배수,

S : 시료채취량(g).

3. 환원당

환원당은 DNS법으로 수행하였다. 즉, 시료 약 1 g을 정확히 달아 적당히 희석(약 50배)하여 여과(Adventec no. 1)한 후 여과액 1 mL에 DNS 시약 3 mL를 넣어 즉시 vortex mixer로 혼합하고 끓는 물에 5분간 중탕하였다. 실온에서 방냉한 후 증류수 16 mL로 희석하여 UV-VIS spectrophotometer (SHIMADZU, UV1800, Japan)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 미리 구해 놓은 glucose 표준곡선에 의해 환원당 함량을 산출하였다.

4. 미생물 균수 측정

시료는 무균적으로 멸균 필터백에 취하여 0.85% NaCl로 희석한 후 1분간 stomaching하였다. 총균수의 경우 Plate count agar (PCA, Difco)를 사용하여 단계별로 희석한 시료를 접종한 후 pouring culture method로 30C에서 48시간 배양하여 계수하였다. 젖산균수의 경우, MRS agar (Lactobacilli MRS agar, Difco)에 BCP (bromocresol purple) 지시약을 25 ppm으로 넣어 제조한 배지를 사용하여 단계별로 희석한 시료를 접종한 후 pouring culture method로 30℃에서 48시간 배양하고 총 colony와 yellow 발색 반응을 나타낸 colony(유기산 생성균)를 계수하였다. 대장균군은 3M Petrifilm E. Coli/Coliform Count Plate에 단계별 희석액을 접종한 후, 30℃에서 48시간 배양하여 붉은 집락 중 주위에 기포를 형성하고 있는 집락을 대장균군으로 희석배수에 따라 계산하여 측정하였다.

[실험결과]

1. 이화학적 특성 변화(염도, pH, 산도, 환원당)

유기산을 처리하여 유산균 발효사료를 제조하였을 때, 시료의 염도는 발효 초기 모든 처리구에서 3% 정도에서 발효가 진행됨에 따라 2.5% 수준으로 감소하였다(도 1).

유산균 및 유기산을 첨가한 모든 처리구의 pH는 단순히 절임배추 폐기물로 구성된 대조군보다 감소하였다(도 2). 특히, 유기산을 1.5% 첨가한 처리구의 pH는 3.05~3.51로 가장 낮은 수준이었고, 유기산을 첨가하지 않은 처리구의 pH보다 1~3 정도 감소하였다.

산도는 도 3과 같이 유산균 및 유기산 처리구에서 대조구(A, B, C)보다 높게 나타났고, 1.5% citric acid 처리구(D, F, G)에서 1.12~1.87%로 가장 높은 수준이었다.

발효가 진행됨에 따라 환원당의 값은 점점 감소하여 발효 7일차에는 모두 소진하였다. 환원당은 미생물의 탄소원으로 사용되어 대사과정을 거쳐 유기산이 생성되어 미생물 균수, pH 및 산도와 밀접한 관계가 있지만, 본 실험에서는 0.6% 이하로 시작되어 시료의 이화학적/생물적 특성에 미치는 주요한 요인이 아니라고 판단하였다.

2. 미생물학적 특성 변화(총균, 젖산균, 대장균군)

도 5는 절임배추의 발효 진행양상을 나타내었다. ○, □, ▽는 coliform bacteria를, ●, ■, ▼는 lactic acid bacteria를 나타낸다. 대조군(○,●), Lactobacillus plantarum 10⁷ cfu/g (□,■), Lactobacillus plantarum 10⁸ cfu/g (▽,▼)

단순 절임배추 폐기물에서 발효 초기 2.7×10⁷ cfu/g 수준이었던 유산균은 발효 3일차 1.7×10⁸ cfu/g으로 크게 증가하였고(●), 이때 대장균군은 검출되지 않았다(○). 유산균 생육이 정상적으로 진행되어 시료 전체에 우점균으로 자리잡아 대장균은 소멸되었다고 판단되었다.

절임배추 폐기물에 내산성 유산균을 첨가한 경우, 발효초기부터 종료시점까지 유산균의 농도는 단순 절임배추 폐기물로 구성된 대조구보다 2배 이상 높은 수준으로 유지되었다(■, ▼). 유산균 종균을 6×10^7~8 cfu/g 농도로 첨가하였을 때, 발효 3일차부터 대장균군은 검출되지 않았으며(□, ▽), 발효 7일차 유산균의 농도는 각각 2.4×10⁸ cfu/g(▼), 3.5×10⁸ cfu/g(■)로 증가하였다. 관능적으로도 유산균의 독특한 발효향 검출로 유산균에 의한 정상발효가 진행되었다고 판단되었다.

본 결과물에 의한 시료는 안전성, 위생성 및 대조구보다 우수한 유산균 함량을 충족하여 반추동물에게 섬유질을 공급하기 위한 섬유질 가공사료로서의 가능성을 제시하였다.

도 6은 절임배추의 발효 진행양상을 나타내었다. ○, ☆, ▽, △, □, ×, ◇는 coliform bacteria를, ●, ★, ▼, ▲, ■, ×, ◆는 lactic acid bacteria를 나타낸다. 대조군(○,●), 1.5% citric acid (☆,★), 1.5% lactic acid (▽,▼), 1.5% citric acid + Lactobacillus plantarum 10⁷ cfu/g (△,▲), 1.5% citric acid + Lactobacillus plantarum 10⁸ cfu/g (□,■), 1.5% lactic acid + Lactobacillus plantarum 10⁷ cfu/g (×,×), 1.5% lactic acid + Lactobacillus plantarum 10⁸ cfu/g (◇,◆)

1.5% 젖산 및 구연산 처리구에서 대장균군 농도는 발효시작부터 1×10³ cfu/g 이하로 감소되어 시료의 위생성을 확보하였다(☆, ▽, △, □, ×, ◇). 유기산을 첨가한 6개의 처리구 중 4개(▽, △, □, ◇)에서 대장균군이 검출되지 않아 젖산 및 구연산의 미생물 생육저해 시점은 유기산 첨가 직후라 판단하였다. 하지만, 발효가 진행됨에 따라 시료의 유산균 농도가 대조구보다 2 log 정도 감소하여 절임배추 폐기물의 유산균 정상발효에도 부정적인 영향을 미친다고 판단하였다. 대장균군 제어 및 유산균 정상생육에 관한 세밀한 조건설정이 요구되었다.

Claims

절임배추 폐기물에 유기산을 혼합한 혼합물에 배추김치로부터 분리한 유산균을 접종하여 유산균 발효시킨 발효물을 포함한 발효사료.
제1항에 있어서,
상기 배추김치로부터 분리한 유산균은 Lactobacillus plantarum인 것을 특징으로 하는 발효사료.
제1항에 있어서,
상기 유기산은 lactic acid, citric acid 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 발효사료.