KR20180063495A - 도로 공간 조경물에 이용되는 발효에 의한 거름의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 깻묵 및 깻묵 파쇄물을 이용하여 고체발효를 통한 발효물 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 깻묵 발효물을 이용한 도로 공간 조경 시스템에 적용하는 것에 관한 것으로, 깻묵 파쇄물 또는 탈지대두분말(혹은 전지활성 생대두 미세분말)이 강화된 깻묵를 이용하여 고체발효를 단기간에 수행하면서, MSG를 최적농도로 첨가함으로써 깻묵 및 깻묵 파쇄물 발효물로부터는 최고 8.0% (w/w)의 점질물, 깻묵 파쇄물 발효물로는 6.0% (w/w) 발효물을 생산할 수 있어 고농도의 발효물을 함유하는 즉, 기능성 물질이 함유된 발효물을 생산할 수 있고 이를 조경의 소재, 조경식재시 거름으로 사용하면 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

도로 공간 조경물에 이용되는 발효에 의한 거름의 제조 방법{The landscape architecture system for a road space using manures by fermentation of oil cake}

거름은 두엄을 비롯하여 똥·오줌·재·똥재·풀 섞인 것과 깻묵·벽 흙［壁土］·썩은 흙·구들미·마름［水藻］·쌀겨·삶은 곡식 등을 썼다. 이 밖에 곳에 따라서는 정어리 등의 생선, 동물 뼈와 잎이 많은 부드러운 나뭇가지, 바다풀까지도 이용하였다.

거름은 씨를 뿌리기 전이나 모를 내기 전에 주는 것을 밑거름, 씨앗을 뿌린 뒤나 옮겨 심은 뒤에 주는 것을 웃거름이라고 하며, 공장에서 화학적 방법으로 생산하는 제품은 ‘비료(肥料)’라고 따로 부른다.

예로부터 많이 사용되던 두엄더미에는 오줌이나 외양간의 지지랑물(비가 온 뒤 지붕이 썩은 초가 처마에서 떨어지는 검붉은 낙수) 또는 개숫물을 부어서 습도를 유지해 주며 이따금 뒤집어서 고루 썩도록 한다. 두엄터에 지붕을 씌운 두엄간은 지붕이 매우 성글어 비가 내리면 두엄더미에서 썩은 물이 흘러내린다. 따라서 농가에서는 이의 손실을 막으려고 두엄더미 아래쪽에 구덩이를 파서 외양간의 오줌과 지지랑물을 그곳에 모으며, 거기에 쌀겨나 볏짚의 재를 버무려서 거름으로 쓰기도 한다.

외양간의 것을 소두엄, 마구간의 것을 말두엄, 돼지우리의 것을 돼지두엄이라고 하며, 두엄감이 주로 풀일 때는 풀두엄이라고 한다. 풀 두엄은 초가을의 농한기에 들에 자라는 잡풀을 베어서 썩였다가 이듬해 봄에 쓴다.

사람의 똥이나 오줌도 중요한 거름의 한 가지로 여겨서 사람의 배설물을 ‘거름’이라고 불러왔다. 똥은 어느 정도 썩인 다음에 주는 것이 좋다. 흔히 밭가에 웅덩이를 파고 모아 두는데 여름에는 4, 5일, 봄·가을에는 열흘쯤 지나 암흑색으로 변한 뒤에 쓴다. 예전에는 큰 독을 땅에 묻고 모았으나 근래에는 ‘횟 독’(고흥지방)이라 하여 시멘트로 넓고 깊게 확을 만들고 한 달에 한 번쯤 쳐내어 거름으로 쓴다.

또한, 볏짚을 태운 재는 알칼리성분이 강해서 습기가 많은 밭이나 산성토질을 개량하는 데 적당하다. 농가에서는 뒷간을 크게 짓고 한쪽에 재를 모으는데, 그것을 잿간이라고 부른다. 재는 바람에 흩날리기 때문에 흔히 오줌이나 똥에 버무려서 쓴다.

똥재는 재에 똥을 버무린 것이다. 농가에서는 뒤를 본 다음 재를 덮고 둥글게 말아서 한쪽에 모아 둔다. 이것은 냄새가 적고 저장이나 운반이 간편하며 재가 지닌 강한 알칼리성 때문에 병균이 번식하거나 해충이 모여드는 것을 막아 주지만 오줌의 질소성분을 잃기 쉽고 인산염의 용해를 방해하는 결점도 있다.

질소성분이 많은 깻묵가루도 좋은 거름이다. 깻묵에 재를 섞어 못자리나 담배 거름으로 쓰면 효과가 크다. 흙도 거름으로 이용한다. 고가의 벽을 털어 낸 흙이나 온돌을 고칠 때 긁어 낸 구들미, 그리고 도랑 및 개울이나 저수지 바닥 흙은 기름져서 거름으로 쓰기에 매우 좋다. 이를 모으려고 해마다 모를 낼 무렵에 구들을 뜯기도 하며 이듬해에 쓰려고 일부러 잔디를 떠다가 구들 받침으로 삼기도 한다.

제주도에서는 떼배 두 척이 해류의 반대 방향으로 저어 가면서 듬북(해초의 한가지)을 길이 1m쯤 잘라서 4, 5일 동안 말렸다가 하얗게 소금이 피면 거름으로 쓴다. 이것은 10경 보리씨를 뿌린 뒤에 깔아 주면 더욱 좋다.

예전에는 개똥도 좋은 거름이었다. 개똥을 물에 타거나 똥·오줌에 섞거나 그대로 쓰기도 하는데, 주로 채소밭에 주며 참외밭에 쓰면 열매가 달다고 한다. 농가에는 개똥을 모으기 위한 개똥 삼태가 따로 있었으며, 주로 노인들이 이른 아침에 걷으러 다녔다.

자급 비료를 제외한 화학적 제조법에 의해 만들어진 상품화된 비료는 대체로 질소질 비료·인산질 비료·칼리질 비료·복합비료 등이 있다.

(1) 질소질 비료

황산암모늄은 백색 결정으로 질소함량 21％의 생리적 산성이며 알칼리성 비료와 혼합하면 기체로 질소성분이 손실되고 암모니아가 작물에 흡수된 다음 토양을 산성화한다. 시비방법은 인산질 비료인 중과린산석회(중과석) 또는 과린산석회(과석), 그리고 칼리질 비료인 염화칼륨 또는 황산칼륨을 적당히 병용한다. 연용하면 토양이 산성화되므로 석회로 중화해야 한다.

(2) 인산질 비료

과린산석회는 회백색 또는 담갈색의 분말이며, 강한 산성이고 특유한 냄새가 있으며 가용성 인산이 20％이다. 시비방법은 인산이 토양에 고정되지 않도록 퇴비와 혼합하여 시용한다.

기비로 주어야 하며, 질소와 칼리질 비료를 함께 병용하고 벼에 시용할 때에는 표층 시비하고 노후화답에는 적합하지 않다. 중과린산석회는 유효인산이 40∼48％이나 실제로는 46％로서 황산근이 없고 인산 함량이 높다.

인산은 거의 전부가 수용성이며 회백색의 굵은 입상이다. 시비방법은 과석과 비슷하나 퇴구비·황산칼륨·염화칼륨·인분뇨·염화암모늄 등과 혼합해도 좋으나 나뭇재·석회·석회질소·요소 등과 혼합해서는 안 된다.

(3) 칼리질 비료

염화칼륨은 백색의 결정으로 칼륨 함량은 유럽산은 40∼50％, 미국산은 60％이며, 생리적 산성비료이다. 시비방법은 토양에 잘 흡수되므로 기비·추비로 시용할 수 있으며 질소·인산질 비료와 병용해야 한다.

일반적으로 전분·당료작물(糖料作物)과 담배에는 사용하지 말 것이며, 삼·아마 등의 섬유작물에는 매우 좋은 비료이다. 토양을 산성화하기 쉬워서 연용하지 말아야 한다.

황산칼륨은 결정성 백색 분말로서 담황색 또는 회색이며 48∼50％의 칼륨을 함유하고 있다. 시비방법은 토양에 잘 흡수되고 기비·추비로 사용되며 생리적 산성 비료이므로 염기성 비료와 섞어서 사용하고 토양산성화에 주의하여야 한다. 특히, 전분·당료작물에 유효하고 노후화답에는 적당하지 않다.

(4) 복합비료

비료의 3대 영양소인 질소·인산·칼리 중 2종 이상의 성분이 함유된 비료를 말한다. 현재 국내 비료회사에서 생산되는 종류는 질소-인산-칼리의 성분 함량이 18％-18％-18％의 수도묘판용(水稻苗板用), 22-22-11의 수도본답용, 14-37-12의 맥기비용(麥基肥用), 17-21-17의 통일벼기비용, 21-17-17의 일반 수도기비용과 18-46-0의 수출용 인이안(燐二安)이 있다.

시비방법은 기비로 주어야 하고 밭작물에는 종자에 닿지 않게 주고 작물에 따라 부족 성분은 단비(單肥)로 보충해야 한다. 제2종 복합비료에는 8-14-12의 대두용, 12-16-4의 산림용고형복합비료(山林用固形複合肥料), 10-15-20의 연초용, 17-7-9의 상전용(桑田用), 11-10-10의 원예용 복합비료 등이 있으며, 시용법은 제1종 복합비료에 준한다.

제3종 복합비료는 제2종 복합비료의 원료 비료(황안·요소·인안·과석·중과석·용성인비·용과인·염화칼리·황산칼리 등)에 유기물을 배합한 비료이고, 질소·인산·칼리 중 2종 이상 합계량이 12％ 이상, 석회질소가 원료인 때는 지시안지아미드태 질소는 1.0％ 이하, 유기질 비료는 원료 중량의 40％ 이상이어야 한다. 시용법은 토양과 작물의 조건에 따라 다르며 특히 비료의 특성에 따라서 시용하여야 한다.

제4종 복합비료는 질소·수용성 인산·수용성 칼리 중 2종 이상의 주성분 합계량이 10％ 이상 함유되고, 고토·망간·붕소·철·몰리브덴·아연 중 5종 이상을 보증하는 비료이며 시용법은 앞의 것과 비슷하다.

따라서 비료를 사용할 때는 먼저 작물의 종류·기상·토양 등 재배조건에 따라 가장 적합한 비료를 합리적으로 시용함으로써 작물의 수량을 높일 수 있다. 최근에는 농업기술의 발달로 점차 3요소와 미량 원소의 시비량이 증가하는 경향이기 때문에 비료의 중요성이 매우 크다.

본 발명은 깻묵을 이용하여 바실러스 서브틸리스(Baciilus subtilis PUL-A) 및 바실러스 펄무스 (Bacillus firmus JAP)에 의한 고체발효를 통한 점질물 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 깻묵 발효물을 도로 조경 시스템에 적용하는 것에 관한 것으로 더욱 상세하게는 바실러스 서브틸리스(Baciilus subtilis PUL-A) 및 바실러스 펄무스 (Bacillus firmus JAP)의 발효균을 이용하여 고체발효를 수행하며, 깻묵에 탈지대두분말(혹은 전지활성 생대두 미세 분말)과 MSG 첨가함과, 동시에 발효시간을 최적화함으로써 점질물의 생산을 최적화하여 고함량의 r-PGA를 함유한 깻묵발효물의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 발효물을 도로 조경 시스템에 적용하는 것이나 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.

깻묵은 기름을 짜내고 남은 다양한 지방종자의 찌꺼기를 말한다.

단백질과 무기염류가 풍부해서 가금이나 동물의 사료로 가치가 있다. 깻묵은 부수어 팔거나 갈아서 가축사료로 사용한다. 아주까리 열매, 유동 열매 등에서 얻은 깻묵은 독성이 있어서 사료보다는 비료로 사용된다. 기니아기름 야자·땅콩·대두·들깨·목화씨·아마인·참깨·코코넛·평지씨(또는 유채씨)·해바라기씨 등에서 기름을 짜고 남은 깻묵은 사료로 쓰인다.

1차 가공제품의 생산과정에서 생산되는 깻묵는 부산물로서 식품소재로 활용이 어려운 관계로 자원의 낭비 또는 경제적인 면에서 해결해야 할 과제이다. 최근에는 분체공학의 발전으로 지방질을 포함하는 깻묵으로부터 300 메쉬(mesh)~ 1,000 메쉬의 초미세분말화가 가능하게 되어 다양한 식품가공의 원료 및 거름으로 활용하게 되었다. 또한 기름의 제조과정에서 부산물로 생산되는 깻묵은 높은 단백질 함량을 포함하면서 주요한 단백질 원료로 식품가공에 널리 이용되고 있다.

따라서, 깻묵의 이용방안을 극대화하는 방안으로 전통 바실러스균 발효에 의한 기능성이 부가된 발효물의 제조가 가능하며, 동시에 퇴비 및 거름의 확보를 위해서 중요한 발명으로서 사료된다. 지금까지 바실러스균 발효에 대한 연구는 주로 깻묵을 주원료로 하여 사료를 제조하는 것이며, 전통방법으로 발효를 수행함으로써 잡균의 오염이 가능하며, 균일한 발효 제품을 제조하는데 어려움이 있었다. 특히 깻묵 초미세분말을 활용한 거름의 발효에 관한 보고는 미비하다.

상기 본 발명의 목적은 기름을 짜내고 남은 다양한 지방종자의 찌꺼기가 첨가된 깻묵을 이용하여 121℃에서 15분간 살균시킨 후 MSG를 일정량 첨가한 후 스타터 배양액 바실러스 필무스(Bacillus firmus JAP), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis PUL-A) 등의 스타터 배양약을 1%씩 각각 접종하여 42℃에서 35시간 이내로 고체 발효시킴으로써 달성되었고 이를 이용한 도로 조경 시스템에 적용하는 것이다. 이하, 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.

본 발명은 아울러 상기와 같은 방법에 의해 제조된 깻묵 발효물로부터 추출한 기능성 r-PGA가 함유된 점질물을 제공한다. 상기 추출은 통상의 방법으로 가능하다.

본 발명은 또한 상기 기능성 액상 다당류 함유 점질물을 이용하여 제조된 거름을 제공하며, 상기 거름은 바람직하게는 퇴비 대용으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 바실러스 필무스(Bacillus firmus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)는 같은 종(species)에 속하는 균주이면 어느 것이나 사용이 가능하나 아미노산 유도체로서 MSG를 r-PGA로 전환시킬 수 있는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)균주가 사용된다. MSG 존재 하에서 r-PGA생산이 결여된 균주의 경우에는 MSG첨가에 따라서 점조도가 완만하게 증가하면서 점질물의 생성이 미약하다. 또한 발효물의 형태에 따라서 깻묵, 또는 탈지대두분말이 첨가된 깻묵의 경우에 발효물의 점질물 생산을 최대화하기 위해서 첨가되는 MSG의 최적 농도에 차이가 있다.

본 발명에서 실험에 사용한 바실러스 필무스(Bacillus firmus) JAP는 Natto에서 분리한 것이며, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KU-A는 청국장에서 분리한 것이다.

상기 균주의 상세한 분리방법은 먼저 각각의 시료 1g을 멸균 증류수 9 mL에 첨가하여 잘 현탁 시킨 후 5분 동안 방치한 다음 그 상층액을 각각 104~107% 까지 희석하고 미리 준비한 MRS agar plate에 도말하여 37℃에서 24시간 동안 배양하여 다량의 점질물을 생산하는 균주를 개별 분리한다. 그 다음 상기에서 각각의 분리된 균주는 MRS agar plate에서 도말하여 순수 분리한다. 마지막으로 각각 분리된 균주를 MRS agar plate에서 24시간 동안 배양하여 Analytical Profile Index (API)kit 및 16s rDNA sequencing을 사용하여 동정한다.

하기 실시예 및 실험예를 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명은 깻묵 또는 탈지대두분말(혹은 전지활성 생대두 미세분말)이 강화된 깻묵을 이용하여 바실러스균류에 의한 고체발효를 단기간에 수행하면서, MSG를 최적 농도로 첨가함으로써 깻묵 발효물로부터는 최고 8.0% (w/w)의 점질물, 깻묵 파쇄물 발효물로는 6.0% (w/w) 이상의 점질물을 생산할 수 있어 고농도의 점질물을 함유하는 즉, 기능성 물질이 고함유된 거름 발효물을 생산할 수 있고 이를 점질물의 소재는 퇴비를 대용할 수 있고, 거름소재로 활용할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있으므로 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

도1 : 발효물 제조를 위한 제조방법
도2 : 발효물을 도로 조경 시스템에 적용하는 구체적인 예시
도3 : 발효물의 시간경과에 따른 점도변화

실시예 1 : 본 발명 깻묵로부터 점질물의 최적생산

제 1단계: 원료처리

깻묵 또는 탈지대두분말을 첨가한 깻묵를 오토클레브로 121℃에서 15분간 살균한다.

제 2단계: 최적 농도 MSG 첨가한 원료 배합물 제조

상기 제 1단계에서 제조된 원료에 점질물의 생산을 최적화하기 위해서 살균된 40% MSG용액을 중량비로 5%~40% 이내로 첨가하여 혼합한다.

제 3단계: 바실러스 균주를 이용한 깻묵의 발효

상기 제 2단계에서 제조된 발효원료 혼합물에 고체발효를 하기 위해 바실러스 필무스(Bacillus firmus) JAP와 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KU-A의 스타터를 1중량%씩 각각 접종하여 42℃에서 30시간 발효하였다.

바실러스 스타터 제조를 위해서는 상기 제 1단계에서 NATTO에서 분리선별한 바실러스 필무스와 바실러스 서브틸리스를 젖산균 배양용 MRA 아가 플레이트에서 42℃ 항온기를 이용하여 24시간 활성화시킨 후, 한 콜로니(colony)를 따서 멸균된 5% 콩 분말용액에 접종한 후 42℃ 항온기에서 24시간 150 rpm에서 진탕 배양시켜 스타터 종균으로 사용하였다.

제 4단계 : 도로 조경 시스템에 적용

별첨 도1의 1번 위치에 30~40cm 정도로 균일하게 도포하여 그 위에 잡토를 10cm 정도 덮어주고 깊이 30~40cm 정도를 파서 나무나, 화초 등을 식재한다.

실험예 1: 깻묵으로부터 고체발효에 의한 발효물의 점질물의 생산량 변화 조사

도 1은 깻묵으로부터 탈지대두분말(또는 전지활성 생대두 미세분말)이 강화된 고체발효에 의한 발효물 제조공정을 나타낸다. 10%의 탈지대두분말(또는 전지활성 생대두 미세분말)을 첨가한 깻묵를 이용하여 1~7%의 수준으로 MSG 첨가에 따른 비지발효물의 점도변화 및 점질물의 고형분 함량 변화에 대해 알아보았다.

깻묵 발효물의 점질물 함량의 측정을 위해서 발효물에 35배 부피의 증류수를 첨가하여 추출액을 얻은 후 원심분리하여 상등액을 취한다. 상등액에 2배 부피의 알코올을 첨가하여 다당류를 응집시킨 후 원심분리하여 회수한다.

점질물의 고형분 함량은 105℃ 상압건조법에 의해서 결정하였다. 배양액 추출물의 점도는 레오미터 시스템(Rheometer System)(HAAKE RheoStress 1, Germany)에 스핀들(spindle)(Platte PP35 Ti, D=35mm)을 장착하여 측정 플레이트 P61(measuring plate P61)을 사용하여 측정하였다. 점도값은 변형 속도(shear rate)(1/s)와 변형 압력(shear stress) (Pa)으로 나타내어 점조도가 높아짐에 따라 층밀림 변형력이 높아지는 효과를 측정하였다.

측정온도 20℃에서 전단속도는 1~100 s-1의 범위로 유동특성을 알아보았고, 점조도지수와 유동지수 값은 파워 로우 모델(Power law model)(τ=arb)로 측정하였다.

실험 결과, 도 3와 같이 깻묵에 탈지대두분말을 강화한 후 MSG를 5% 수준으로 첨가하여 발효한 경우에 바실러스균주로부터 고농도의 r-PGA 점질물(7%, w/w)이 생산되었다. 그러나 MSG 농도가 5% 이상으로 높아질수록 점질물의 생산성이 감소되는 경향을 보였으며, 점도값도 감소하였다. 깻묵을 이용하여 바실러스균에 의한 고체발효에서 5% MSG 및 10% 탈지 대두분말이 첨가된 깻묵은 발효시간이 30시간에서 가장 높은 점질물의 생산(8%, w/w)을 보였다

또한 발효물에 잔존하는 MSG 함량은 MSG 5% 첨가 시 98%의 전환율을 보이면서 바실러스균에 의한 발효에 의해서 대부분이 이용되는 것으로 나타났다. 발효물부터 측정한 점도에서 바실러스 펄무스 (JAP)와 바실러스 서브틸러스 (PULA) 이 발효시간이 증가하면서 높은 점도 값을 나타내었으며, 30시간 이후에는 감소하였다.

실험예 2: 깻묵 파쇄물로부터 고체발효에 의한 발효물의 점질물의 생산량 변화 조사

깻묵 파쇄물을 이용하여 바실러스 펄무스 (JAP)에 의한 고체발효를 통해서 얻어진 발효물은 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 희석 추출하여 다당류를 선택적으로 알코올 침전으로 회수한 후 상압건조법으로 측정한 값은 도 5에서 나타내고 있다. 발효시에 MSG 무첨가의 경우에는 4% 정도의 점질물 양을 생산하지만, MSG가 3% 첨가한 경우에 6%(w/w)정도의 점질물을 생산하였다.

1 : 발효물의 도로 조경시스템에 적용한 예시

Claims (5)

1. 깻묵, 또는 탈지대두분말이나 전지활성 생대두 미세분말이 첨가된 깻묵을 110~130℃에서 10~20분간 살균하는 단계; 상기 단계의 혼합물에 3~5 중량% MSG를 첨가하는 단계; 상기 단계의 혼합물에 바실러스 필무스(Bacillus firmus) 또는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)를 각각 0.1~3중량%씩 접종한 후 37~45℃에서 20~35시간 발효하여 발효물을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 깻묵 발효물의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 동일한 방법으로 제조된 깻묵 발효물 또는 이로부터 추출한 기능성 점질물을 이용하여 제조된 발효물.
   
3. 제 1항에 있어서 발효물을 제조함에 있어서 깻묵에 탈지대두분말(또는 전지활성 생대두 미세분말)을 첨가하여 점질물의 점도를 강화시킨 발효물의 제조방법.
   
   
4. 제 1항에 있어서, 발효물을 생산함에 있어서 살균된 40% MSG용액을 중량비로 5중량%~50중량% 이내로 첨가하여 제조된 발효물
   
   
5. 제 4항에 있어서, 동일한 방법으로 제조된 발효물을 조경 식재용으로 사용하는 발효물.
   

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