KR20170109742A - 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료와 그 생산방법 - Google Patents

바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료와 그 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오플락 양식 중 사육수 내에 형성되는 수중 부유물질을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료와 이를 습사료, 알긴산 비드사료, 분말사료의 형태로 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 제공하며, 바이오플락 양식을 위한 사육수를 제작하는 단계(A), 상기 (A)단계에서 제작한 바이오플락 사육수에서 양식어를 사육하는 단계(B), 상기 (B)단계의 사육수에서 바이오플락 고형 부유체를 수집하는 단계(C), 상기 (C)단계에서 수집한 바이오플락 고형 부유체를건조하여 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 생산하는 단계(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 사료첨가제의 생산방법을 제공함으로써 바이오플락 양식장에서 생성되는 폐기물 처리에 따른 비용을 감소시키는 한편, 영양이 우수한 해삼사료를 생산할 수 있으므로 양식어업인의 소득증대에 기여할 수 있다.

Description

바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료와 그 생산방법{FEED STUFF FOR SEA CUCUMBER INCLUDING ORGANIC COMPOUNDS IN BIOFLOC AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF}
본 발명은 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼사료와 그 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 습사료, 알긴산 비드사료, 건조분말의 해삼사료와 그 생산방법에 관한 것이다.
최근 건강과 웰빙에 관심이 높아지고 있는 가운데 바다의 인삼으로 불리며 건강식품으로 인식되고 있는 해삼의 인기가 높아지고 있다. 해삼은 전세계적으로 약 1500여 종이 알려져 있으며, 종류가 다양하고 크기, 등급 차이가 비교적 크다.
우리나라에 분포, 서식하는 해삼은 순수목 돌기해삼과 돌기해삼속에 속하는 약 14종으로, 색깔에 따라 청해삼, 홍해삼, 흑해삼으로 구분한다. 해삼은 외해수의 영향을 받는 우리나라의 전 연안에 분포하며, 국외에서는 북동태평양 전역과 연해주, 사할린, 알래스카 연안부터 홋카이도, 일본열도, 황해, 발해만, 동지내해 등의 연안 수심 0~40m에서 광범위하게 분포한다.
일반적으로 해삼의 자연서식지의 수온은 3~26℃, 염분은 22~33psu이며, 자연에서는 유생 부착 후 4년이 지나면 20cm이상 성장하고 몸무게는 500g에 육박한다. 그러나 양식으로 배합사료 급이시 이보다 생장량이 더 증가한다. 또한 수온 15∼18℃에서 성장이 왕성 하나, 수온이 높은 시기에는 먹이를 거의 먹지 않아 소화관이 퇴화되며 하면을 한다. 국내 연안이 고수온기에 접어들게 되는 7월경부터 하면기(夏眠期)에 들어가고 이때에는 금어기로 지정되어 있어 채취가 금지되어 있다.
전 세계 해삼생산량은 약 10~11만톤 정도이며 매년 증가 추세에 있고, 이중 약 80% 이상이 중국에서 생산되고 있다. 소비도 국내보다 중국에서 압도적으로 많은 편으로, 국내보다 중국에서 휠씬 높은 가격이 형성되어 있다. 주로 자연채집이 주를 이루었던 우리나라의 해삼 생산량은 1990년 약 2500톤을 정점으로 2002년에는 800톤까지 격감하였으나, 2003년 이후에는 해삼종묘의 씨뿌림 방류량이 증가하면서 2007년 이후로 그 생산량이 빠르게 회복되고 있다. 그러나, 수출수요에 비해 생산량이 과부족상태이며, 7월 금어기의 수요를 충족시키는 데에도 부족한 상황이다.
해삼의 양식 중 먹이는 주로 배합사료를 해삼의 성장단계에 따라 배합하여 사용하며, 중국 해삼 사료기준으로 보면 치삼사료의 경우 조단백질, 조지방, 조섬유, 조회분으로 구성된다. 이때 조단백질의 원료로 사용되는 어분의 가격이 상승하여 대두박 등의 식물성 단백질로 일부 대체하고 있으며, 그 외 사료원료가격의 상승으로 양식에 어려움이 있다. 또한 해삼의 생리적 특성상, 자연상태의 서식환경과 유사하게 갯벌흙이나 모래 등을 사료와 함께 섞어주어야 소화가 용이하고 섭이율을 높일 수 있는데, 최근에는 중국에서 머드분말을 수입하여 배합사료와 섞어 주는 실정이다.
한편, 오염물 분해 능력이 뛰어나고 어류에 유익한 미생물을 양식 수조에서 어류와 함께 기르는 바이오플락 기술이 최근에 호평을 얻고 있다. 바이오플락 기술(BioFloc Technology)은 종속영양세균(heterotrophic bacteria, 타가영양균) 및 독립영양세균(autotrophic bacteria, 자가영양균)의 유용미생물과 양식어종을 함께 양식하면서 세균이 사육수 내의 암모니아 등의 양식어류에 유해한 유기부산물을 분해하여 양식어류가 섭취 가능한 먹이로 전환시키면서 아울러 사육수를 정화시킬 수 있고, 이로써 양식과정에서 환수나 여과과정이 필요없는 양식방법을 말한다.
바이오플락 기술은 1990년대 초 이스라엘에서 틸라파아 양식에 처음 성공하면서 실제 양식에 적용되기 시작하였으며, 우리나라에는 2000년대 중반에 무환수 생태순환 새우 양식 공정 연구를 시작으로 2009년 국립수산과학원 서해특성화연구센터에서 처음 상업적 규모의 하우스 시설을 이용하여 무환수 생태순환 새우 양식에 성공하였다.
바이오플락 양식기술은 사육수 내에 탄소와 질소의 비율 조절을 통해 환경유용미생물의 질신화, 탈질화, 광합성화 공정을 유도하여 사육수 내 암모니아를 유기물로 전환시켜 수질을 정화하는 친환경 공법이다. 바이오플락 기술을 이용하면 조류(algea)에 의한 분해보다 약 10~100배 더 빠른 속도로 유기물질을 분해시킬 수 있어 양식에 적합한 수질의 사육수로 유지할 수 있다. 또한, 이 기술은 양식과정 중 환수 등에 의하여 바이러스, 병원균 및 기생충 등이 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있는 폐쇄 사육시스템을 만들 수 있어, 바이러스 감염 등을 통제할 수 있으며, 이로 인한 항생제 등의 사용을 획기적으로 저감시킬 수 있어, 최근 흰다리새우, 뱀장어, 황복에 이어 미꾸라지, 비단잉어 등으로 그 대상어종을 확대해 가고 있다.
이와 같이 바이오플락 기술을 이용한 수산양식 중, 사육수내 유용미생물이 성장하여 고형 부유체를 형성하게 되고, 공급되는 산소 기포 표면에 바이오플락의 유기부산물이 흡착되어 사육수 상부로 따라 올라가 축적된다. 이렇게 형성된 바이오플락 슬러지는 시간이 지남에 따라 일부는 바이오플락 미생물에 의하여 분해되어 사육수로 환원되나, 일부는 사육수 상부에 쌓여 두껍게 적체된 케이크를 형성하면서 양식과정에서 불리하게 작용하여 대기와 접한 사육수 표면적을 줄이거나 사육수내로 적절한 조도의 빛이 투과하는 것을 방해한다. 따라서 바이오플락 양식장에서는 상기의 바이오플락 슬러지를 걷어 내어 제거하여 왔고, 이 과정에서 관리비용이 상승할 수 밖에 없었다.
최근에 이러한 바이오플락 슬러지의 성분을 분석한 결과가 밝혀지고 있는데, 바이오플락 슬러지는 보통 소비되지 않은 사료 찌꺼기, 광합성 박테리아, 부착조류, 타가영양박테리아, 식물성 플랑크톤, 동물성 플랑크톤, 요각류, 선충류 등과 이들의 사체 등이 한데 엉켜있는 덩어리로, 80% 이상이 유기물인 것으로 알려졌다. 성분으로는 조단백질, 조지방, 조회분 등을 함유하며, 특히, 고도의 불포화지방산, 카로티노이드, 인, 메티오닌, 리신과 아르기닌 등의 아미노산류까지 어류 양식에 매우 유용한 성분들을 다량 포함한 것으로 나타났다. 따라서 종래에는 양식과정에서 생성되어 효율적인 양식에 장애가 되므로 수거하여 폐기하던 바이오플락 슬러지를 적절하게 수집하여 활용하기 위한 연구가 필요하게 되었다.
대한민국 등록특허 10-0400352호에서는 그램 음성의 미생물 균체로부터 얻어지고, 단백질 마커를 사용하여 SDS-PAGE법으로 측정한 분자량이 5000ㅁ2000으로, 고분자량 지질다당류를 실질적으로 포함하지 않는, 저분자량 지질다당류를 유효성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 면역부활, 감염증예방 효과를 갖는 갑각류 또는 어류용 사료첨가제 및 그것을 첨가하는 것을 특징으로 하는 갑각류 또는 어류용 사료.를 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 10-0908928호에서는 본 발명은 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilus) KS-3, 바실러스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens) KS-4, 바실러스-아가라다에렌스(Bacillus agaradhaerens) KS-5, 파에니바실러스 렌티모부스(Paenibacillus lentimorbus) KS-6, 바실러스 라에볼락티쿠스(Bacillus laevolacticus) KS-7, 류코노스톡 파라메센테로이드(Leuconostoc paramesenteroides) KS-9, 쿠르시아 시비리카(Kurthia sibirica) KS-13 및 스핑고박테리움 스피리티보럼-GC 서브그룹 B(플라보박테리움)(Sphingobacterium spiritivorum GC subgroup B(Flavobacterium) KS-18로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 미생물을 포함하는 양식어류용 사료첨가제 또는 사료조성물을 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 10-1479661에서는 다시마 20.0 내지 30.0 중량%, 모자반 20.0 내지 30.0 중량%, 산말 20.0 내지 30.0 중량%, 도박 5.0 내지 15 중량% 및 사료 점착제 10.0 내지 20.0 중량%를 포함하고, 점성 형태를 띠고 물에 쉽게 풀리지 않아 해삼이 쉽게 섭취할 수 있는 해삼 사료용 조성물 및 이의 제조방법을 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 10-1444131호에서는 국내산 미역 및 다시마분을 혼합 첨가한 해조분과 국내에서 채취하여 분말제조공정을 개선한 지충이 분말의 조성비를 명확히 함으로써 단기간 내에 해삼 성장을 증가시킬 수 있는 해삼 양식용 사료배합 및 제조방법을 개시하고 있다. 그러나 이들 선행 발명은 바이오플락 양식에서 사육수 내에 형성되는 수중 부유물질을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 해삼사료와 이의 생산방법을 제공하는 본 발명과는 그 구성 및 효과에서 차이가 있다.
바이오플락 양식과정 중 사육수에 생성되어 떠다니는 바이오플락 고형 부유물질은 주로 사육수 상부에 쌓여 두껍게 적체된 케이크 형태를 만들어 대기와 접한 사육수 표면적을 줄이고 산소 투입량이 증가시키는 등 양식에 좋지 않은 작용을 나타내어 종래에는 이러한 바이오플락 슬러지를 걷어 내어 제거하여 왔고, 이 과정에서 관리비용이 상승할 수 밖에 없었다. 그러나 최근 이러한 바이오플락의 고형 부유물질에 수산양식에 필요한 유용 영양 성분이 풍부한 것이 보고되어 왔고, 이에 따라 본 발명은 바이오플락 고형 부유물질을 그대로 투기하지 않고 재활용하는 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 바이오플락 양식에서 사육수 내에 형성되는 수중 부유물질을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 제공하며, 이를 함수율 25~50%의 습사료, 알긴산염을 0.1~5.0 중량%함유하는 알긴산염 수용액에 바이오플락 고형 부유물을 5~25 중량% 혼합하여 슬러리를 제조하고, 다가 양이온 수용액에 적하하여 형성되는 알긴산 비드 사료, 바이오플락 고형 부유물을 동결건조한 후, 분쇄한 분말사료인 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 제공한다. 또한 바이오플락 양식을 위한 사육수를 제작하는 단계(A), 상기 (A)단계에서 제작한 바이오플락 사육수에서 양식어를 사육하는 단계(B), 상기 (B)단계의 사육수에서 바이오플락 고형 부유체를 수집하는 단계(C), 상기 (C)단계에서 수집한 바이오플락 고형 부유체를 건조하여 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 생산하는는 단계(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료의 생산방법을 제공한다.
본 발명은 바이오플락 양식과정 중 발생하여 양식을 방해하는 슬러지를 수집하여 수산 양식에서 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료로 사용할 수 있어 바이오플락 양식장에서 생성되는 폐기물 처리에 따른 비용을 감소시키는 한편, 양식과정 중 배출되는 폐기물 양을 줄여 환경을 보호할 수 있으며, 수산 양식에서 원료가격이 상승하고 있는 해삼사료를 대체할 수 있는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 생산할 수 있으므로 양식어업인의 소득증대에 기여할 수 있다.
도 1은 바이오플락 대량 생산 중 나타나는 바이오플락 슬러지를 보여주는 사진이다.
도 2는 칠레산 White Fish Meal과 본 발명에 의한 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를의 필수 및 비필수 아미노산의 조성을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바이오플락 해삼사료 제조에 이용되는 바이오플락 수집장치의 분해 사시도이다.
본 발명은 바이오플락 양식방법에 있어서, 양식과정 중 발생하는 유용유기물을 포함하는 해삼사료와 이의 생산방법에 관한 것이다. 이하 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 자세히 설명한다.
도 1은 바이오플락 대량 생산 중 나타나는 바이오플락 슬러지를 보여주는 사진이다. 최근 관심이 증폭되고 있는 바이오플락 기술을 이용한 수산양식은 밀집사육으로 수확량을 증대시킬 수 있으며, 질병의 피해를 방지하고 사육수의 수질관리를 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라, 사료 효율이 높은 장점을 갖고 있는 반면, 양식어종과 환경에 적합한 미생물 정착에 시간이 필요하고 미생물과 양식어류를 위한 산소 공급량이 증가하며, 사육수의 적정 산도 조절이 필요하다. 특히 산소 공급을 위해 지속적으로 사육수 내에 기포를 발생시키게 되는데, 도 1에서 보는 바와 같이 기포 표면에 바이오플락의 유기부산물이 흡착되어 사육수 상부로 따라 올라가 축적된다.
이렇게 형성된 바이오플락 슬러지는 사육수 상부에 쌓여 두껍게 적체된 케이크를 형성하면서 양식과정에서 불리하게 작용하여 대기와 접한 사육수 표면적을 줄이거나 사육수내로 적절한 조도의 빛이 투과하는 것을 방해한다. 따라서 이를 제거하여 투기하는 데에, 인건비에서 환경비용까지 관리비용이 상승할 수 밖에 없었다. 본 발명에서는 이렇게 발생하는 바이오플락 고형 부유물의 유용한 성분을 확인하고 이를 해삼사료로 제작함으로써 바이오플락 양식비용을 낮추면서 아울러 고가의 해삼사료를 대체할 수 있으며, 영양이 우수한 바이오 사료를 생산하는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
A. 바이오플락 성분 분석
A. 1. 바이오플락 일반성분 함량
바이오플락 고형 부유물을 수거하여 일반성분 함량을 분석하였다. 성분 분석은 바이오플락 사육수에 적체된 슬러지를 수거하여 동결건조시킨 후, 분쇄하는 분말화 공정을 통하여 확보한 바이오플락 분말 샘플을 이용하여 영양학적 및 기능적 물질 분석을 수행하였다.
바이오플락 해삼사료의 일반성분 함량
Biofloc powder %
Protein (DM) 30.3±2.1
Lipid (DM) 0.3±0.1
Ash (DM) 43.5±0.5
Moisture 4.9±0.2
Fiber (DM) 6.6±0.3
Values are mean of triplicate groups and presented as mean ± SD. 표 1은 바이오플락 분말의 일반성분 함량을 나타낸 것이다. 표 1에서 보는 바와 같이 바이오플락의 일반성분은 단백질이 30.3%, 조지방 0.3%, 조섬유 6.6%로 영양학적으로 우수한 구성 성분을 갖고 있으며, 회성분이 약 43.5%인 것을 확인하였다. 2000년 2월 중국 농업부에서 발표한 중국의 '(돌기)해삼 양식기술규범'의 치삼사료 조단백 지표인 20%보다 많은 조단백을 함유하고 있어 영양면에서 해삼사료로서 손색이 없는 것으로 나타났다.
일반적인 해삼 양식에 있어서 배합사료의 일례를 보면 어분 20%, 발효대두박 20%, 지충이 10%, 미역분말 10%, 머드 분말 20%에 복합비타민이나 미량원소를 배합하여 숙성하여 사용한다. 이러한 배합사료와 비교하여 바이오플락 양식과정에서 수거한 바이오플락 고형 부유물의 성분은 영양면에서 손색이 없다.
특히 조회분의 경우 43.5%를 함유하고 있는 것으로 확인되었다. 해삼 양식에서 원료사료의 배합 시, 해삼의 생물학적 특성상, 갯벌흙이나 사질토양을 20~35% 혼합하여 사용하는 것이 유리하므로, 종래에는 중국산 등의 갯벌흙을 따로 구입하여 배합사료와 혼합하여 급이하여왔다.
그러나, 본 발명의 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료는 니질의 조회분이 비교적 높은 비율로 혼합되어 있어서 따로 갯벌흙을 구입할 필요가 없이 양식 해삼의 섭이에 효과적이다. 바이오플락의 조회분 비율은 바이오플락 양식 기간이 길수록 증가하는 경향을 보이는데, 바이오플락 샘플 분석을 통하여 적정 범위의 조회분 비율을 갖는 바이오플락 사육수의 바이오플락 고형 부유물을 수거하여 해삼 사료로 사용할 수 있다.
A. 2. 바이오플락 일반성분 함량
바이오플락 분말의 구성 아미노산의 조성을 필수 및 비필수 아미노산으로 구분하여 분석하였다. 표 2는 바이오플락 분말의 필수 및 비필수 아미노산의 조성을 나타낸 것이다.
표 2에서 보는 바와 같이 바이오플락의 필수 및 비필수 아미노산 조성이 우수하였다. 특히 수산 양식에 있어 중요한 필수아미노산인 메티오닌(Methionine) 리신(Lysine), 아르기닌(Arginine)의 함유율이 뛰어나, 그동안 바이오플락 양식과정에서 제거되어 폐기되어오던 바이오플락이 양식 어류의 영양공급을 개선할 수 있는 해삼사료로서 충분한 가치가 있음을 확인하였다.
바이오플락 분말의 아미노산 조성
Amino acid composition % of sample % of protein
Essential AAs
MET 0.36 1.51
ARG 1.17 4.92
PHE 1.16 4.88
LEU 1.81 7.60
ILE 1.02 4.29
LYS 1.11 4.67
VAL 1.51 6.42
THR 1.31 5.50
HIS 0.41 1.72
Non-essential AAs
ASP 2.66 11.19
SER 1.14 4.81
GLU 3.40 14.34
GLY 1.60 6.74
ALA 1.84 7.75
PRO 0.77 3.19
CYS 0.23 0.95
TYR 0.73 3.08
도 2는 고가의 사료로 알려진 칠레산 White Fish Meal과 본 발명에 의한 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼사료의 필수 및 비필수 아미노산의 조성을 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 칠레산 어분의 아미노산 조성과 비교하여 본 발명에 따른 바이오플락이 매우 양호한 비율로 필수 및 비필수 아미노산을 함유하고 있는 것으로 확인되었다.
B. 바이오플락 생산 및 제형 공정
B. 1. 바이오플락 양식을 위한 사육수 제작
사육수조에 사육수를 받고 소독을 실시하여 양식생물에 치명적인 바이러스 및 질병균을 예방한다. 소독이 완료된 사육수에 식물플랑크톤 배양액과 식물플랑크톤을 접종하여 3-7일간 번성하게 한다. 접종에 이용하는 식물플랑크톤은 담수 또는 해수 특성에 따라 Raphidocelis subcapitata , Chlorella vulgaris , Spirulina platensis, Spirulina subsalsa, Skeletonema costatum, Isochrysis galbana, Chaetoceros gracilis, Dunnaliella tertiolecta, Tetraselmis suecica, Nannochloropsis oculata 등을 이용할 수 있다.
식물플랑크톤 배양 후, 담수 또는 해수 특성에 따라 암모니아, 아질산, 질산염 등의 유해물질 제거 기능성 미생물, 유기물 제거, 황화수소 제거, 소화력 증진, 면역력 증강을 위한 기능성 미생물로 Nitrosomonas europaea , Nitrosococcus oceani, Nitrobacter winogradskyi, Bowmanella denitrificans, Bacillus subtilis, Oceanobacillus sojae, Rhodobacter capsulata, Rhodobacter sphaeroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Saccharomyces cerevisiae 등을 접종에 이용할 수 있다.
담수 또는 해수 특성에 따라 상위단계의 생태 먹이사슬 형성을 위해 로티퍼류(Brachionus calyciflorus , Brachionus plicatilis 등), 짚신벌레류(Paramecium caudatum), 물벼룩류(Daphnia magna 등), 단각류(Hyarella azteca), 풍년새우류(Branchinella kugenumaensis), 요각류 (Tigriopus japonicus 등), 저서성 단각류 (Haustorioides koreanus, Monocoropium uenoi, grandidierella japonica 등), 알테미아 (Artemia salina 등), 곤쟁이 (Neomysis awatschensis 등) 등을 이용할 수 있다.
B. 2. 바이오플락 사육수에서 양식어를 사육
본 발명에 이용된 바이오플락 양식방법은 소독된 사육수에 박테리아- 식물플랑크톤- 동물플랑크톤 - 원생동물 - 양식생물로 이어지는 생태먹이사슬 구조를 인공적으로 구현하여 복잡한 수처리 장치없이 환수하지 않아도 오염물질이 자체 정화되고 생태적으로 안정한 구조를 갖는 생태먹이사슬형 생태순환양식 기술이다.
즉, 다양한 기능성 미생물, 식물플랑크톤, 동물플랑크톤, 원생동물 등으로 구성된 생태먹이사슬 구조를 인공적으로 완성시킨 양식수조에 흰다리새우 등 양식어를 입식하여 먹이사슬의 최상위에 위치하게 하여 생태계의 물질순환계가 자체 내에서 순환하도록 한다. 양식어는 공급되는 사료와 수조에 조성된 생 먹이들을 섭이하고 성장한다. 먹이를 섭이하고 배설하는 과정에서 발생되는 암모니아, 아질산 등의 오염물질은 다시 박테리아에 의해 분해되거나 다른 유기물로 전환됨으로써 양식계 자체내에서 제거되어 정화된다.
양식 생물이 먹이를 섭이하여 성장할수록 더 많은 양의 암모니아 및 아질산이 발생되며, 사전 조성된 암모니아 및 아질산 제거 박테리아들도 증식되어 점차 더 많은 양의 암모니아 및 아질산을 제거할 수 있다. 암모니아 및 아질산 제거 박테리아가 부족하여 암모니아 및 아질산 농도가 증가하는 경우 암모니아 및 아질산을 제거하는 박테리아를 추가로 배양하여 접종한다. 오염물질을 분해하는 기능성 박테리아가 자연발생적으로 생겨나기를 기다리는 기존의 자연 천이식 바이오플락 양식방법에서는 양식하는 과정에서 암모니아의 농도가 10mg/L 이상, 아질산 농도가 20mg/L 30-45일 이상 오랫동안 유지되어 양식생물이 스트레스를 받거나 이 과정을 잘 못넘기면 대량폐사할 수 있는 것으로 알려져 있다.
본 기술은 종래의 자연 천이 방법을 이용할 때와는 달리 분해기능을 가진 기능성 미생물들을 분리 배양하여 언제든 필요한 시기에 투입하는 인공조성 기술이기 때문에 7일 이내에 암모니아 및 아질산 농도 수치를 0.1mg/L 이하로 끌어내려 관리할 수 있고 암모니아 및 아질산 농도 최고치도 1mg/L 이하로 관리할 수 있다. 이는 농도 수치로 볼 때 10배 이상의 효과, 수질 안정화까지 걸리는 기간으로 볼 때 3배 이상의 기간 단축 효과가 있다.
또한, 종래의 바이오플락 기술에서는 물이 한번 깨져 암모니아나 아질산이 상승하게 되면 다시 되돌리기 어려우나 본 기술은 언제든지 기능성 박테리아를 투입하여 높아진 암모니아나 아질산 농도를 낮추고 다시 수질을 원상태로 되돌릴 수 있는 장점이 있다. 오염물질 분해 기능 이외에 천연 생태먹이사슬 구조에서 자연 형성된 타우린 성분 등의 도움으로 천연면역강화 기능이나 유기물 분해 기능도 제공한다. 바이오플락 조성물의 분석결과에서도 면역강화 기능성물질로 잘 알려진 베타카로틴 성분과 타우린 성분이 각각 20mg/L씩 함유되어 있는 것으로 입증되었다.
식물플랑크톤은 양식계에서 생산자 역할을 담당하면서 양식수내의 질산염, 인산염 등의 과다 생성된 영양염을 제거하여 수질을 정화하고 양식생태계 내에 유기물을 제공한다. 식물플랑크톤보다 먹이사슬 상위 단계에 있는 동물플랑크톤이나 원생동물 등은 박테리아나 식물플랑크톤을 섭취하여 하위단계의 개체수를 자연 조절하고 상위단계에 있는 양식생물의 먹이원이 된다. 양식생물은 하위단계의 박테리아, 식물플랑크톤, 동물플랑크톤을 직접 먹거나 이들의 유기물 집합체인 바이오플락을 섭이하여 하위단계의 먹이생물량을 조절하고 배설과정을 통해 박테리아 및 식물플랑크톤에 필요한 질소원을 제공한다.
양식 생태계에서 질소원은 상대적으로 풍부하며 탄소원은 항상 부족하게 되므로 부족한 탄소원은 당밀, 과당, 주정찌꺼기 등을 투입하여 적절한 탄소/질소 비율을 유지시킨다. 질산화 과정과 같은 생물학적 작용으로 인해 pH가 낮아지는 경우 sodium bicarbonate나 calcium carbonate 등 투입하여 bicarbonate 이온을 늘려 pH 버퍼 역할을 하게 할 수 있다. 시간이 지나면서 양식생태계에 생물량이 많아지고 바이오플락 슬러지 양도 증가한다.
바이오플락 슬러지양을 제거할 필요가 있는 경우 슬러지 제거 장치를 이용하여 제거한다. 통상의 경우, 슬러지 농도를 양식어종 특성에 따라 1-10 mg/L 사이 적절한 농도로 유지될 수 있게 하나, 특별한 목적에 따라 바이오플락 슬러지 농도를 수십 mg/L 이상으로 상승시켜 양식생물이 바이오플락을 섭취하는 양을 늘리거나 바이오플락 슬러지 회수량을 늘릴 수 있다. 회수한 슬러지는 사료, 사료 원료, 사료 첨가제, 수질개선제, 저질개선제, 비료 등 다양한 용도로 활용할 수 있다.
B. 3. 바이오플락 수집
바이오플락 사육수조는 수 톤 또는 수십 톤의 작은 규모에서 대량 양식을 위한 수백 톤의 규모로 다양하다. 특히, 에너지효율과 생산성을 제고하기 위하여는 도 1에서 보는 바와 같이 수백 톤 규모의 대형의 바이오플락 사육수조가 유리하다. 그러나 이러한 대규모 사육수조는 공기에 노출되는 사육수면이 넓고, 따라서 사육수면에 침적되는 바이오플락 슬러지가 넓게 분포되기 때문에 바이오플락의 수집이 용이하지 않다. 따라서 바이오플락 높이고 규모의 바이오플락 사육수조와 연동된 바이오플락 수집장치를 이용하여 바이오플락을 수집하는 것이 편리하다.
도 3은 본 발명의 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료 제조에 이용되는 바이오플락 수집장치의 분해 사시도이다. 본 발명의 일실시예에서는 300톤 규모의 장타원형 바이오플락 사육수조와 연동할 수 있는 바이오플락 수집수조를 제작하였다.
흰다리 새우를 사육하는 300톤 규모 바이오플락 사육수조 내 사육 수를 측정하여 수중부유물질(Suspended Solid, SS)함량이 10 이상이 되었을 때, 바이오플락 수집수조로 사육수를 유입시켰다. 대규모 사육수조의 사육수는 사육수 주입관(120)을 통해 수집수조(100)내로 이동하며, 수조 바닥 가까이에 위치한 기포발생기에서 생성되는 기포와 함께 수집수조 내의 사육수에 포함된 바이오플락이 수집수조 상부로 올라와 사육수면에 슬러지를 형성하며 농축된다. 농축은 12시간 동안 진행하였으며, 사육수면에 케익 형태로 농축된 바이오플락 슬러지는 수집판으로 수집된다. 수집판은 일정 각도의 케이크 형상의 크기로 분리된 수집판을 접은 상태에서 수조의 수면하부로 넣은 후 케이크 형상으로 분리된 수집판을 수중에서 펼쳐 손잡이로 올리면 이 과정에서 수집판에 형성된 통공을 통하여 사육수가 상당부분 제거되므로 이후 바이오플락의 건조 등의 공정에 효율적이다.
사육수 주입관(120)을 통하여 사육수조에서 유입된 사육수는 바이오플락 슬러지가 상당히 제거된 후, 사육수 회수관(130)을 통하여 바이오플락 사육수조로 환수되며, 양식어 사육에 계속 이용된다. 이렇게 바이오플락 사육수조와 바이오플락 슬러지 수집장치가 연동되므로 바이오플락 사육수조에는 슬러지가 제거된 사육수가 계속 공급되며 한편으로 편리하게 바이오플락을 수집할 수 있다.
C. 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료 실시예
C. 1. 실시예 1 - 바이오플락의 해삼 습사료
본 발명의 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 습사료를 생산하기 위하여 상기에서 수집한 바이오플락 고형 부유물을 함수율 25~50%가 될 때까지 건조한다. 상온에서 대량 2시간 정도 건조되면, 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료의 신선도 유지를 위하여 질소가 삽입되는 진공포장에 의하여 진공상태로 포장한 다음 출하한다. 냉장 또는 냉동보관을 통해 신선도를 유지하며 바로 사용하는 것이 유리하다.
C. 2. 실시예 2 - 바이오플락의 비드 사료
본 발명의 바이오플락 유용유기물을 포함하는 알긴산 비드 사료를 생산하기 위하여 알긴산염을 0.1~5.0 중량%함유하는 알긴산염 수용액에 상기에서 수집한 바이오플락 고형 부유물을 5~25 중량% 혼합하여 슬러리를 제조하고, 초음파기를 이용하여 상기 슬러리로부터 기포를 제거한다. 이때 알긴산염은 암모니움이나 칼륨염의 형태도 사용가능하지만, 알긴산 나트륨염(sodium alginate)의 형태가 바람직하다. 노즐이 내경 약 3~10mm인 분액 깔때기를 이용하여 교반중인 다가 양이온 수용액에 한방울씩 떨어뜨린다. 상기 다가 양이온 수용액은 CaCl2, SrCl2, BaCl2, AlCl3 등의 용액이 사용될 수 있으며, 농도는 0.1~2.0 M이 바람직하다.
비드가 형성되면 경화되도록 수분간 정체, 건조시킨 후, 진공상태로 포장하여 출하한다.
C. 3. 실시예 3 - 바이오플락의 분말사료
본 발명의 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료는 사료 급이의 용이성을 위하여 분쇄를 통해 분말형태로 공급할 수 있다. 분말형태의 사료는 습사료에 비하여 보관 및 운송이 용이하다. 상기에서 수집한 바이오플락 고형 부유체를 24시간 동안 동결 냉동건조기에서 수분을 제거하였으며, 건조 바이오플락을 분쇄하여 바이오플락 분말 사료를 제작하였다. 이때 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료의 영양소 변성 또는 파괴를 방지하기 위하여 가열건조보다는 동결건조가 바람직하다. 분쇄된 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료는 진공상태로 포장하여 출하한다.
본 발명은 바이오플락 양식과정 중 발생하여 양식을 방해하는 슬러지를 수집하여 해삼사료로 사용할 수 있어 바이오플락 양식장에서 생성되는 폐기물 처리에 따른 비용을 감소시키는 한편, 고가의 해삼 사료를 생산할 수 있으므로 양식어업인의 소득증대에 기여할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.
100 : 수집수조 120 : 사육수 주입관
130 : 사육수 회수관 150 : 배수관
160 : 공기공급장치
200 : 수집판 250 : 손잡이

Claims (4)

  1. 바이오플락 양식을 위한 사육수를 제작하는 단계(A);
    상기 (A)단계에서 제작한 바이오플락 사육수에서 양식어를 사육하는 단계(B);
    상기 (B)단계의 사육수에서 바이오플락 고형 부유체를 수집하는 단계(C);
    상기 (C)단계에서 수집한 바이오플락 고형 부유체를 사료 함수율 25~50%로 건조하여 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 생산하는 단계(D);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료 제조방법.
  2. 제1항에 있어서 사육수 제작단계는 사육수조에 담수 또는 해수를 저장하여 소독을 실시하는 단계; 소독이 완료된 사육수에 식물플랑크톤 배양액과 식물플랑크톤을 접종하여 3-7일간 번성시키는 단계;
    식물플랑크톤 배양 후 담수 또는 해수 특성에 따라 암모니아, 아질산, 질산염의 유해물질 제거 기능성 미생물 또는 유기물 제거, 황화수소 제거, 소화력 증진, 면역력 증강을 위한 기능성 미생물을 접종하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, D 단계의 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료를 동결건조하고 분쇄하여 분말화하는 과정이 부가된 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료 제조방법.
  4. 제1항의 사료제조방법으로 생산된 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료 5~25 중량%와 알긴산염 0.1~5.0 중량%로 포함되는 알긴산염 수용액을 혼합하여 슬러리를 제조하고,
    초음파기를 이용하여 상기 슬러리로부터 기포를 제거한 후, 노즐 내경 3~10mm인 분액 깔때기를 이용하여 다가 양이온 수용액에 적하하여 형성되는 알긴산 비드 사료인 것을 특징으로 하는 바이오플락 유용유기물을 포함하는 해삼 사료.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200060799A (ko) * 2018-11-23 2020-06-02 주식회사 네오엔비즈 나노 바이오플락 콜로이드 부화자어 사료의 제조방법

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