KR20210032440A - 식물 재배 장치 및 식물 재배 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 파장 대역의 제1 광을 출사하는 제1 광원; 및 상기 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고, 상기 제2 파장 대역은 자외선 파장 대역을 포함하고, 상기 제1 광원이 상기 제1 광을 출사하는 동안 상기 제2 광원은 상기 제1 광원과 독립적으로 구동되어 상기 제2 광 출사 여부를 결정하는, 식물 재배 광원이 제공된다.

Description

식물 재배 장치 및 식물 재배 방법
본 발명은 식물 재배 장치 및 식물 재배 방법에 관한 것이다.
최근 건강에 대한 관심이 높아지면서, 유기농을 비롯한 안전한 먹거리에 대한 수요가 증가하고 있다. 일반 소비자의 경우, 유기농 먹거리를 마트나 시장에서 구매해서 먹는 것이 보통이지만, 최근에는 유기농 먹거리를 소비자가 직접 생산하여 소비하고자 하는 욕구도 강하다. 특히, 채소의 경우 다른 먹거리에 비하여 소비자가 직접 재배하는 것이 상대적으로 용이하기 때문에, 식물 재배 장치에 대한 수요가 크다.
아울러, 건강에 대한 관심은 안티 에이징(Anti-aging) 측면으로 강하게 표현되고 있는데, 최근에는 의학적 시술 및 처방과 같은 인위적인 방법을 통한 안티 에이징보다 식품 내에 존재하는 항산화 물질 섭취를 통한 자연 친화적인 안티 에이징 방법에 대한 관심이 높다. 활성산소는 세포 및 조직의 파괴를 일으켜 피부를 포함하는 신체 모든 조직의 노화를 촉진시키는 것으로 알려져 있는데, 항산화 물질은 이러한 활성 산소를 제거하여 신체 노화를 지연시킨다. 항산화 활성이 높은 물질에는 비타민류, 페놀류 물질, 카로틴계 물질 등이 있다. 특히 페놀류 물질은 식물계에 널리 분포하며 항산화 활성이 높고, 또한 피부노화를 촉진하는 자외선을 직접 차단하기도 한다. 항산화 물질이 많다고 알려진 식물은 콩류, 베리류, 채소류 등이다. 안전하고 건강에 좋은 먹거리에 대한 수요에 대응하기 위하여, 가정에서 일상적으로 재배하기 용이한 식물의 페놀류 화합물 총량을 높이기 위한 방법의 개발이 요구된다.
본 발명은 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성이 높은 식물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 파장 대역의 제1 광을 출사하는 제1 광원; 및 상기 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고, 상기 제2 파장 대역은 자외선 파장 대역을 포함하고, 상기 제1 광원이 상기 제1 광을 출사하는 동안 상기 제2 광원은 상기 제1 광원과 독립적으로 구동되어 상기 제2 광 출사 여부를 결정하는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 광원은 명조건에서 상기 제1 광을 출사하도록 턴-온되고, 암조건에서 턴-오프되는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 광원은 상기 명조건에서 상기 제2 광을 출사하도록 턴-온되거나 상기 제2 광을 출사하지 않도록 턴-오프되는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 명조건과 상기 암조건은 하루 단위로 반복되는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 명조건과 상기 암조건의 비는 1:1 내지 2:1인, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 파장 대역은 가시광선 파장 대역을 포함하는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 파장 대역은 약 250nm 내지 약 380nm 파장 대역을 포함하는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 광은 약 270nm 내지 약 300nm에서 피크 파장을 갖는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 광원은 상기 제2 광의 도즈량이 약 1 kJ/m2s 이상 약 14 kJ/m2s이하가 되도록 턴-온 또는 턴-오프되는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 광원은 약 440nm 내지 약 495nm 파장 대역과 약 620nm 내지 약 750nm 파장 대역에서 상대적으로 높은 빛의 세기를 갖는 상기 제1 광을 출사하는, 식물 재배 광원이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가시 광선 및 자외선 파장 대역의 광을 출사하는 광원부; 식물이 제공되며 상기 광원부가 그 내부에 장착된 하우징; 및 상기 광원부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 광원부는 제1 파장 대역의 제1 광을 출사하는 제1 광원; 및 상기 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고, 상기 제2 파장 대역은 자외선 파장 대역을 포함하고, 상기 제어부는 명조건에서 상기 제1 광원이 턴-온되고, 암조건에서 상기 제1 광원이 턴-오프도록 제어하고, 상기 제어부는 상기 명조건에서 상기 제2 광원이 상기 제1 광원과 독립적으로 턴-온 또는 턴-오프되도록 제어하는, 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 파장 대역은 가시광선 파장 대역을 포함하는, 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 명조건과 다른 암조건과 상기 명조건이 하루 단위로 반복되도록 제어하는 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 광은 약 270nm 내지 약 300nm에서 피크 파장을 갖는 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2 광의 도즈량을 약 1 kJ/m2s 이상 약 14 kJ/m2s이하로 제어하는 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식물이 배치되어 재배되는 공간을 제공하는 상기 하우징을 더 포함하며, 제1 광원 및 제2 광원은 상기 하우징의 내면에 제공되는 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 서로 체결되어 개폐 가능한 하부 케이스와 상부 케이스를 포함하며, 상기 제1 및 제2 광원은 상기 상부 케이스의 내면에 제공되는 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 명조건과 상기 암조건의 비는 1:1 내지 2:1인, 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 제2 광원이 상기 식물의 수확 전 제3 시간 동안 상기 식물에 빛을 조사하도록 상기 제2 광원을 제어하는, 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 식물은 콩과(Fabaceae Family) 또는 벼과(Poaceae Family) 식물인, 식물 재배 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성이 높은 식물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물의 종류에 따라 최적화된 성장 환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치를 개념적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 장치에 있어서, 광원부를 도시한 평면도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 장치에 있어서, 광원부를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 장치에 있어서, 제1 광원이 태양광과 유사한 파장 대역을 갖는 경우의 제1 광원으로부터 출사된 광의 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법을 나타낸 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 10은 제2 광의 파장에 따른 페놀성 화합물의 양을 도시한 그래프이다.
도 11은 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 보리 새싹에 인가한 후의 보리 새싹을 촬상한 사진들이다.
도 12는 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 보리 새싹에 인가한 후, 그 보리 새싹에 함유된 총 페놀성 화합물의 총량을 나타낸 것이다.
도 13은 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 밀 새싹에 인가한 후의 밀 새싹을 촬상한 사진들이다.
도 14는 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 밀 새싹에 인가한 후, 그 밀 새싹에 함유된 총 페놀성 화합물의 총량을 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 어느 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상(on)에 형성되었다고 할 경우, 상기 형성된 방향은 상부 방향만 한정되지 않으며 측면이나 하부 방향으로 형성된 것을 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법을 이용하면, 페놀계 화합물 총량이 높은 식물을 재배할 수 있다. 구체적으로, 제1 시간 동안 씨앗을 발아하고, 발아된 씨앗에 제2 시간 동안 제1 파장 대역의 빛을 조사하여 씨앗으로부터 식물이 생장하도록 하고, 이어서 수확 직전에 제3 시간 동안 생장된 식물에 제2 파장 대역의 빛을 조사함으로써, 페놀계 화합물 총량이 높은 식물을 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법에 따라 식물을 재배하는데 이용할 수 있는 식물 재배 장치에 대하여 먼저 살펴보고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치(10)는 본체부(100), 제1 광원부(200), 및 제2 광원부(300)를 포함하고, 본체부(100) 내에는 씨앗(400)이 제공된다.
본체부(100)는 내부에 씨앗(400)이 제공될 수 있는 빈 공간을 포함하며, 외부의 빛을 막을 수 있는 박스 형태로 제공될 수 있다.
본체부(100)는 내부에 제공된 씨앗(400)이 생장할 수 있는 환경을 제공한다. 본체부(100) 는 복수 개의 씨앗들(400)이 제공되고, 생장할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 아울러, 본체부(100)의 크기는 식물 재배 장치(10)의 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 식물 재배 장치(10)가 가정에서 사용하는 소규모 식물 재배에 이용되는 경우 본체부(100)의 크기는 상대적으로 작을 수 있다. 식물 재배 장치(10)가 상업적으로 식물을 재배하고 판매하는데 사용되는 경우 본체부(100)의 크기는 상대적으로 클 수 있다.
본체부(100)는 본체부(100) 밖의 빛이 본체부(100) 내부로 유입되지 않도록 빛을 차단할 수 있다. 따라서, 본체부(100) 내부에는 외부와 격리된 암실 환경이 제공될 수 있다. 이에 따라, 외부의 빛이 불필요하게 본체부(100) 내부에 제공된 씨앗(400)에 조사되는 것을 막을 수 있다. 특히, 본체부(100)는 외부의 가시광선이 씨앗(400)에 조사되는 것을 막을 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 본체부(100)는 일부가 오픈되어 외부의 빛을 그대로 받을 수 있도록 설계될 수도 있다.
본체부(100) 내부 표면에는 광 촉매가 도포될 수 있다. 광 촉매는 제1 광원부(200)로부터 조사되는 빛을 받아 광 촉매 반응을 활성시킬 수 있다. 이에 따라, 본체부(100) 내부가 습기가 많은 암실 환경으로 유지되어도, 본체부(100) 내부에서 세균 또는 곰팡이가 증식하는 것을 막을 수 있다. 이러한 기능을 수행하기 위한 광촉매 물질은 이산화 티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 텅스텐 산화물(WO3), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2) 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본체부(100)는 수분 공급부(110) 및 재배대(120)를 포함할 수 있다.
수분 공급부(110)는 본체부(100) 내부에 제공된 씨앗들(400)에 수분을 공급한다. 수분 공급부(110)는 본체부(100) 상단에 제공되어 본체부(100) 하단에 제공된 재배대(120) 상에 물을 분사하는 형태로 구성될 수 있다. 다만, 수분 공급부(110)의 형태가 상술한 것에 제한되는 것은 아니고, 본체부(100)의 형상 및 재배대(120)의 배치 형태에 따라 다양한 형태의 수분 공급부(110)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 수분 공급부(110)는 회전하는 스프링클러, 미스트 노즐 분사, 안개발생기 등의 형태로 제공될 수도 있다.
수분 공급부(110)는 한 개 또는 복수 개 제공될 수 있다. 수분 공급부(110)의 개수는 본체부(100)의 크기에 따라 달라질 수 있는데, 상대적으로 작은 크기의 가정용 식물 재배 장치(10)의 경우, 본체부(100)의 크기가 작기 때문에 수분 공급부(110)가 하나 제공될 수 있다. 반대로, 상대적으로 크기가 큰 상업용 식물 재배 장치(10)의 경우, 본체부(100)의 크기가 크기 때문에 수분 공급부(110)가 여러 개 제공될 수 있다.
수분 공급부(110)는 본체부(100)에 제공된 수조 또는 본체부(100) 외부의 수전에 연결될 수 있다. 아울러, 수분 공급부(110)는 물 속에 부유하는 오염 물질이 씨앗들(400)에 제공되지 않도록 여과 장치를 더 포함할 수 있다. 여과 장치는 활성탄, 부직포 등의 필터를 포함할 수 있으며, 이에 따라 여과 장치를 거친 물은 정수된 것일 수 있다. 여과 장치는 경우에 따라 광조사 필터를 더 포함할 수 있는데 광조사 필터는 자외선 등을 물에 조사하여, 물 속에 존재하는 세균, 박테리아, 곰팡이 포자 등을 제거할 수 있다. 수분 공급부(110)가 상술한 여과 장치들을 포함함으로써, 수분 배출부를 통해 나온 물을 재활용하거나 빗물 등을 바로 재배에 사용하는 경우에도 본체부(100) 내부 및 씨앗들(400)이 오염될 우려가 없다.
수분 공급부(110)는 타이머를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사용자의 조작 없이도 수분 공급부(110)는 기 설정된 시간 간격으로 씨앗(400)에 수분을 공급할 수 있다. 씨앗(400)에 수분을 공급하는 간격은 씨앗(400)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 생장에 물을 많이 필요로 하는 식물의 경우 상대적으로 짧은 간격으로 수분을 공급할 수 있고, 생장에 물을 적게 필요로 하는 식물의 경우 상대적으로 긴 간격으로 수분을 공급할 수 있다.
수분 공급부(110)에서 제공되는 물은 식물의 생장에 필요한 양분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물에는 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 황(S), 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu), 아연(Zn), 붕소(B), 몰리브덴(Mo) 등의 식물 생장에 필요한 무기원소들이 포함될 수 있다. 예를 들어 삭스(Sachs)액, 크놉(Knop)액, 호글랜드(Hoagland)액, 헤위트(Hewitt)액 등이 수분 공급부(110)로부터 공급될 수 있다.
재배대(120) 상에는 씨앗들(400)이 제공된다. 재배대(120)는 씨앗(400)을 지지하는 동시에 씨앗(400)이 자랄 수 있는 양분을 제공할 수 있다. 따라서, 재배대(120)는 씨앗(400)이 자라는데 필요한 배지(Culture Medium)를 포함할 수 있으며, 배지는 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 황(S), 철(Fe), 망간(Mn), 구리(Cu), 아연(Zn), 붕소(B), 몰리브덴(Mo) 등의 무기원소를 포함하는 배지일 수 있다.
재배대(120)는 따라서, 배지와 배지를 수용하기 위한 컨테이너(Container)를 포함하는 형태로 제공될 수 있다. 컨테이너는 적어도 일면, 예를 들어 상면이 노출된 박스 형태로 제공될 수 있다. 박스 형태의 컨테이너 내부에는 배지 및 씨앗들(400)이 제공될 수 있다. 씨앗들(400)은 그 종류에 따라 배지 속에 묻힌 형태로 제공되거나, 배지 표면 상에 놓인 형태로 제공될 수 있다.
재배대(120)의 크기와 형태는 본체부(100)의 형태 및 제1 광원부(200)와 제2 광원부(300)의 제공 형태에 따라 달라질 수 있다. 재배대(120)의 크기와 형태는 재배대(120) 상에 제공된 씨앗들(400)이 제1 광원부(200) 및 제2 광원부(300)로부터 조사되는 빛의 조사 범위 내에 들어오도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 씨앗들(400)이 재배대(120) 상에 제공되어도 씨앗들(400)의 제공 위치와 관계 없이 균일하게 씨앗들(400)로부터 식물이 생장할 수 있다.
제1 광원부(200)는 씨앗들(400)에 제1 파장 대역의 빛을 조사한다. 씨앗들(400)은 제1 파장 대역의 빛을 조사받아 성장할 수 있다.
제1 광원부(200)가 출사하는 제1 파장 대역은 가시 광선 파장 대역일 수 있다. 이에 따라, 씨앗들(400)은 제1 광원부(200)로부터 출사된 제1 파장 대역의 빛을 받아 광합성할 수 있다. 광합성에 의하여 씨앗들(400)로부터 식물이 성장할 수 있다.
제1 광원부(200)는 상술한 것과 같이 가시 광선 파장 대역의 빛을 출사하기 위하여 한 개 또는 복수 개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 제1 광원부(200)가 한 개의 발광 다이오드를 포함하는 경우, 상술한 발광 다이오드는 백색광을 출사하는 발광 다이오드일 수 있다. 제1 광원부(200)가 복수 개의 발광 다이오드를 포함하는 경우, 복수 개의 발광 다이오드들은 각각 서로 다른 파장 대역의 빛을 출사할 수 있다.
제1 광원부(200)가 복수 개의 발광 다이오드를 포함하는 때, 복수 개의 발광 다이오드들은 예를 들어, 적색광을 출사하는 발광 다이오드와 청색광을 출사하는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 식물은 상술한 발광 다이오드들로부터 출사되는 가시광선을 받아 활발하게 광합성을 수행할 수 있다. 이 경우, 특히 적색광은 식물의 광합성을 촉진하여 씨앗(400)으로부터 식물이 성장하는 것을 촉진할 수 있으며, 청색광은 씨앗(400)으로부터 발아된 식물 잎의 형태형성과, 환경저항성을 증대 시킬 수 있다. 제1 광원부(200)는 녹색광을 출사하는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 녹색광을 포함하는 발광 다이오드는 높은 광 투과성으로 인하여 군락에서의 식물의 광합성 효율을 높일 수 있다.
제1 광원부(200)가 상술한 바와 같이 서로 다른 파장의 빛을 출사하는 복수 개의 발광 다이오드들을 포함할 때, 발광 다이오드들의 구성 비율은 파장에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 적색광과 청색광을 출사하는 발광 다이오드는 녹색광을 출사하는 발광 다이오드에 비하여 적게 제공될 수 있다. 상술한 적색광, 청색광, 및 녹색광을 출사하는 발광 다이오드의 비율은 씨앗(400)의 종류에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들어 척색광 수용체인 크립토크롬(cryptochrome)과 적색광 수용체인 파이토크롬(phytochrome)의 비율에 따라 구성 비율을 달리할 수 있다. 또는 각 파장 대역의 빛을 출사하는 발광 다이오드들을 동수로 제공하고, 식물의 종류에 따라 서로 다른 비율로 발광 다이오드들을 구동하는 것도 가능하다.
제1 광원부(200)에 제공된 발광 다이오드들은 특히 특정 파장에서 높은 피크를 갖는 파형을 갖기 때문에, 씨앗(400)의 종류에 맞게 맞춤형 광 조사를 제공하는 것이 가능하다. 이에 따라, 적은 전력으로도 식물을 더 빠르고 크게 생장시킬 수 있다.
제1 광원부(200)는 본체부(100)의 상면에 제공되어, 본체부(100) 하면에 제공된 씨앗들(400)에 빛을 조사할 수 있다. 본체부(100) 상면 상에서 제1 광원부(200)는 제1 광원부(200)에 의한 빛 조사각과 씨앗들(400)이 제공된 재배대(120)의 위치를 고려하여 결정될 수 있다.
제1 광원부(200)는 경우에 따라, 적외선(Infra-Red) 또는 근적외선(Near Infra-Red) 파장 대역의 빛을 출사할 수도 있다.
제1 광원부(200)는 방수 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 광원부(200)에 물이 튀더라도 제1 광원부(200)가 고장날 우려가 없다.
제2 광원부(300)는 씨앗(400)을 향해 제2 파장 대역의 빛을 출사한다. 제2 파장 대역은 제1 파장 대역과 상이하며, 약 200nm 내지 약 400nm일 수 있다. 상술한 파장의 빛을 씨앗들(400)에 조사함으로써, 씨앗(400) 및 씨앗(400)으로부터 제공되는 식물의 페놀계 화합물 총량이 증가할 수 있다.
제2 광원부(300)가 출사하는 빛은 약 275nm 파장의 빛과 약 295nm 파장의 빛을 포함할 수 있다. 상술한 빛을 씨앗(400)에 조사함으로써, 씨앗(400)의 생장에 영향 없이, 씨앗(400) 및 식물의 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성(Anti-oxidant Capacity)을 향상시킬 수 있다.
제2 광원부(300)는 빛을 조사하기 위하여 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 제2 광원부(300) 또는 제2 광원부(300)에 포함된 발광 다이오드는 각각 복수 개 제공될 수 있다. 이 경우, 복수 개의 발광 다이오드들은 서로 다른 파장의 빛을 출사할 수 있다. 예를 들어, 일부 제2 광원부(300) 또는 발광 다이오드는 약 275nm 파장의 빛을 출사하고 다른 제2 광원부(300) 또는 발광 다이오드는 약 295nm 파장의 빛을 출사하도록 제2 광원부(300)를 구성할 수 있다.
제2 광원부(300)는 방수 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 광원부(300)에 물이 튀더라도 제2 광원부(300)가 고장날 우려가 없다.
씨앗(400)은 본체부(100) 내부에 제공되며, 수분, 제1 파장 대역의 빛, 및 제2 파장 대역의 빛을 공급 받아 성장할 수 있다. 씨앗(400)은 콩과(Fabaceae Family) 또는 벼과(Poaceae Family) 식물의 씨앗일 수 있다. 예를 들어, 씨앗(400)은 대두, 녹두, 완두, 알팔파, 밀, 보리, 벼, 대나무, 귀리, 기장, 수수, 사탕수수, 옥수수 등의 씨앗일 수 있다. 상술한 콩과와 벼과 식물의 씨앗의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법에 따라 재배되었을 때, 페놀계 화합물 총량 혹은 항산화 활성이 매우 높은 것을 확인할 수 있었다. 이에 대한 자세한 내용은 후술하고자 한다.
씨앗(400)은 재배 과정 중 제2 광원부(300)로부터 조사된 빛을 받는다. 제2 광원부(300)로부터 조사된 빛은 씨앗(400)으로부터 성장한 식물의 페놀계 화합물 총량을 증가시킨다. 구체적으로, 제2 광원부(300)로부터 조사된 제2 파장 대역의 빛은 식물의 이차대사물질 생합성을 활성화하여 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성이 증가할 수 있다. 식물에 제2 파장 대역의 빛이 조사되었을 때, 상술한 파장의 빛은 식물 세포에 DNA-손상 효과를 주고 활성산소를 발생시키는 등의 기작을 유발하며, 이에 따라 심각한 세포 및 조직에 손상이 발생한다. 식물은 조직 세포를 보호하기 위하여, 상술한 빛을 흡수하거나 활성산소를 소거할 수 있는 이차대사산물의 생성을 촉진하게 된다.
예를 들어, 상술한 빛이 발아된 씨앗(400)으로부터 생장된 식물에 주어졌을 때, 상술한 활성을 가진 이차대사산물의 생합성에 관여하는 페닐알라닌 암모니아-라이에이즈(Phenylalanine ammonia-lyase)와 같은 효소가 활성된다. 이에 따라 페놀류 화합물(Phenolic compounds)의 생합성이 촉진되고, 그 결과 식물의 항산화 활성 증진 및 상술된 빛에 의한 조직손상이 완화된다.
상술된 방법에 의해 제공된 식물이 포함하는 항산화 물질은 페놀계 화합물(Phenolic Compound), 비타민류(Vitamin), 카로틴류 물질(Carotenoid) 등 일 수 있다.
아울러, 페놀계 화합물은 플라보노이드(Flavonoid), 페놀산류 물질(Phenolic acid), 폴리페놀계 물질(Polyphenol), 스틸벤류 물질(Stilbenoid), 하이드로씨나몬산류 물질(Hydrocinnamic acid), 쿠마린류 물질(Coumaric acid) 등의 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체부(100), 제1 광원부(200), 및 제2 광원부(300)를 포함하는 식물 재배 장치(10)를 제공함으로써, 외부 환경에 의한 영향 없이 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성이 높은 식물을 재배할 수 있다. 아울러, 각각 제1 광원부(200)와 제2 광원부(300)에서 출사되는 제1 파장 대역과 제2 파장 대역을 씨앗(400)의 종류에 맞게 구성함으로써, 식물의 종류 별로 최적화된 성장 환경을 제공할 수 있다.
식물 재배 장치는 도 1에 개시된 것과 다른 형상을 가질 수 있다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치를 개념적으로 도시한 재배 장치이다.
도 2을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치(10)는 식물 싹을 기를 수 있는 내부 공간을 갖는 본체부(100), 상기 본체부(100) 내에 제공되며 광을 출사하는 제1 광원부(200)를 포함한다.
본체부(100)는 내부에 식물의 씨앗이 제공된 후 식물 싹으로 자라날 수 있는 빈 공간을 그 내부에 제공한다. 본체부(100)는 외부의 광을 막을 수 있는 박스 형태로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체부(100)는 상부 방향으로 개구된 하부 케이스(101)와, 하부 방향으로 개구된 상부 케이스(103)를 포함할 수 있다. 하부 케이스(101)와 상부 케이스(103)는 외부 광을 막는 박스 형태가 되도록 체결될 수 있다.
하부 케이스(101)는 바닥부와 바닥부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함한다. 상부 케이스(103)는 커버부와 커버부로부터 하향 연장된 측벽부를 포함한다. 하부 케이스(101)와 상부 케이스(103)의 측벽부들은 서로 맞물려 체결되는 구조를 가질 수 있다. 하부 케이스(101)와 상부 케이스(103)는 사용자의 의도에 따라 체결하거나 분리할 수 있으며, 이에 따라, 사용자가 본체부(100)를 열어보거다 닫을 수 있다.
본체부(100)는 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 대략적으로 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 또는 원통 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본체부(100)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 다른 형상으로 제공될 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 본체부(100) 내의 공간은 하나로 제공될 수 있다. 그러나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로 복수 개의 구역으로 분리될 수 있다. 즉, 본체부(100) 내에는 본체부(100) 내 공간을 다수 개로 나누는 격벽들이 제공될 수 있다.
제1 광원부(200)는 본체부(100) 내 공간에 식물 싹에 광을 제공한다. 제1 광원부(200)는 상부 케이스(103)나 하부 케이스(101)의 내면 상에 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 광원부(200)는 상부 케이스(103)의 커버부 상에 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 일 예로서, 상부 케이스(103)의 커버부 내면 상에 제1 광원부(200)가 제공된 것을 도시하였는 바, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1 광원부(200)는 상부 케이스(103)의 측벽부 상에 제공될 수 있다. 또는 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 제1 광원부(200)는 하부 케이스(101)의 측벽부에 제공될 수 있으며, 예를 들어, 측벽부 상단에 제공될 수도 있다. 또는 본발명의 또 다른 실시예에 있어서, 제1 광원부(200)는 상부 케이스(103)의 커버부, 상부 케이스(103)의 측벽부, 하부 케이스(101)의 측벽부 중 적어도 한 곳에 제공될 수도 있다.
본체부(100) 내의 공간에는 식물이 재배되기 용이하도록, 예를 들어, 수경 재배가 용이하도록 재배대(130)가 제공될 수 있다. 재배대(130)는 본체부(100)의 바닥부로부터 상부 방향으로 이격되어 배치된 판상의 플레이트(131)로 이루어진다. 플레이트(131)에는 일정 크기의 관통공(133)이 제공될 수 있다. 재배대(130)는 플레이트(131)의 상면에 벼과 식물 씨앗이 놓여 자라날 수 있도록 하기 위한 것으로서, 그 상면에 벼과 식물 씨앗을 위치시킨 상태에서 물을 공급하였을 때 공급된 물이 배수될 수 있도록 복수 개의 관통공(133) 가질 수 있다. 관통공(133)은 벼과 식물 씨앗이 하부로 쓸려가지 않도록 하는 크기로 제공될 수 있다. 예를 들어, 관통공(133)의 직경은 벼과 식물 씨앗보다 작은 크기를 가질 수 있다. 재배대(130)와 하부 케이스(101)의 바닥부 사이의 공간은 배수된 물이 저장되는 수조로서 기능할 수 있다. 이에 따라, 재배대(130)의 관통공(133)을 통해 하부로 배수된 물은 하부 케이스(101) 바닥부와 재배대(130) 사이의 공간에 저장될 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 벼과 식물 싹은 수경재배 이외의 방법으로도 재배될 수 있으며, 이 경우, 본체부(100) 내 공간은 벼과 식물싹에 필요한 수분 및/또는 양분이 공급될 수 있도록 물, 배지, 흙 등이 제공될 있으며, 이때, 본체부(100)는 컨테이너로서 기능할 수 있다. 배지나 흙 등에는 씨앗이 자랄 수 있는 양분, 예를 들어, 칼륨(K), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 철(Fe) 등을 포함할 수 있다. 씨앗들은 그 종류에 따라 배지 속에 묻힌 형태로 제공되거나, 배지 표면 상에 놓인 형태로 제공될 수 있다.
재배대(130)의 크기와 형태는 본체부(100)의 형태 및 제1 광원(201)과 제2 광원(203)의 제공 형태에 따라 달라질 수 있다. 재배대(130)의 크기와 형태는 재배대(130) 상에 제공된 씨앗들이 제1 광원(201) 및 제2 광원(203)으로부터 조사되는 광의 조사 범위 내에 들어오도록 구성될 수 있다.
본체부(100) 내에는 씨앗에 수분을 공급하는 수분 공급부가 제공될 수 있다. 수분 공급부는 본체부(100) 상단, 예를 들어, 상부 케이스(103)의 커버부 내면 상에 제공되어 본체부(100) 재배대(130) 상에 물을 분사하는 형태로 구성될 수 있다. 다만, 수분 공급부의 형태가 상술한 것에 제한되는 것은 아니고, 본체부(100)의 형상 및 재배대(130)의 배치 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한, 별도의 수분 공급부 없이 사용자가 직접 본체부(100) 내에 수분을 공급할 수도 있다.이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 간단한 형태의 식물 재배 장치에 대하여 살펴보았다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치는 상업적 식물 생산에 이용될 수 있는 바, 상업적 식물 생산에 이용하기 위한 식물 재배 장치의 다른 형태에 대하여 더 자세히 살펴보고자 한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치(10)는 식물 생산 공장 형태로 운영될 수 있다. 이에 따라, 식물 재배 장치(10)는 복수 개의 재배대(120), 제1 광원부(200), 및 제2 광원부(300)를 포함할 수 있다.
도면에 도시된 것과 같이, 복수 개의 재배대(120), 제1 광원부(200), 및 제2 광원부(300)는 여러 개의 구역을 구성할 수 있다. 따라서, 본체부(100)는 여러 개의 구역(compartment)을 포함하는 구조물의 형태로 제공될 수 있다.
본체부(100)에 포함된 여러 개의 구역은 각각 독립적으로 운영될 수 있다. 예를 들어, 일부 구역에 제공된 제1 광원부(200)에서는 적색광보다 청색광이 더 많이 조사되고, 다른 구역에 제공된 제1 광원부(200)에서는 청색광보다 적색광이 더 많이 조사될 수 있다. 아울러, 본체부(100)의 각 구역은 시간적으로도 서로 상이하게 운영될 수 있다. 예를 들어, 일부 구역에서는 식물(401)을 성장시키기 위하여 제1 광원부(200)로부터 제1 파장 대역의 빛이 조사될 수 있고, 다른 구역에서는 식물(401) 내 페놀계 화합물 총량을 높이기 위하여 제2 광원부(300)로부터 제2 파장 대역의 빛이 조사될 수 있다.
본체부(100)에 포함된 각 구역은 상술한 것과 같이 독립적으로 운영될 수 있도록 각각 밀폐된 암실을 구성할 수 있다. 이에 따라, 임의의 구역 내에 제공된 제1 광원부(200) 및/또는 제2 광원부(300)로부터 출사된 빛은 다른 구역에 영향을 미치지 않을 수 있다.
본체부(100)에 제공된 재배대(120) 역시 식물(401)의 종류에 따라 서로 다른 배지를 포함할 수 있다. 따라서, 식물(401)의 종류별로 맞춤형 성장 환경을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 재배대(120)는 본체부(100)로부터 분리될 수 있다. 따라서, 사용자는 일부 재배대(120) 상에서 자라는 식물(401)이 수확 단계에 이르렀을 때, 식물 재배 장치(10) 전체에 영향을 주는 것 없이, 재배가 완료된 식물(401)이 제공된 재배대(120)만 본체부(100)로부터 분리할 수 있다.
본체부(100)는 아울러, 수분 공급부를 더 포함할 수 있는데, 수분 공급부는 본체부(100)와 재배대(120)가 맞닿은 면에 제공되어, 재배대(120)에 포함된 배지에 직접적으로 물을 공급할 수 있다. 이에 따라, 스프레이 형태의 수분 공급부와 달리, 재배대(120)가 층층이 쌓여있는 때에도 다른 재배대(120)에 영향을 주지 않고 수분 공급이 가능하다.
제1 광원부(200)는 재배대(120)의 형태에 따라 복수 개 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 광원부(200)는 서로 다른 파장의 빛을 출사하는 복수 개의 발광 다이오드들을 포함할 수 있는데, 상술한 발광 다이오드들은 제1 광원부(200) 내에 같은 비율로 또는 다른 비율로 제공될 수 있다. 제1 광원부(200) 내에 서로 다른 파장의 빛을 출사하는 발광 다이오드들이 같은 비율로 제공될 때, 제어부에 의하여 식물(401)의 종류에 맞게 제1 파장 대역을 조절할 수 있다. 이에 따라, 식물(401)의 종류에 맞는 성장 환경 제공이 가능하다.
제2 광원부(300) 역시 복수 개 제공될 수 있다. 복수 개의 제2 광원부들(300)은 본체부(100) 내의 서로 다른 구역에 제공될 수 있으며 독립적으로 구동될 수 있다. 이에 따라, 성장이 완료되어 페놀계 화합물 총량 증가 단계에 있는 식물(401)에만 제2 파장 대역의 빛을 조사할 수 있다.
상술한 바와 같이, 식물 재배 장치(10)를 이용하여 복수 개의 식물(401)을 동시에 재배할 수 있으며, 식물(401)의 종류에 맞는 성장 환경을 독립적으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치(10)를 이용하면 서로 다른 종류의 식물들(401)을 동시에 재배할 수 있으며, 이에 따라 재배된 식물들(401)은 페놀계 화합물 총량이 높다.
도 4a, 도 4b, 및 도 5를 참조하면, 제1 광원부(200)는 가시 광선 파장 대역의 광을 제공하는 제1 광원(201)과, 식물싹에 자외선 파장 대역의 광을 제공하는 제2 광원(203)을 포함한다.
제1 광원(201) 및 제2 광원(203)은 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 기판(210)은 제1 광원(201) 및 제2 광원(203)이 직접 실장될 수 있는 배선이나 회로 등이 형성된 인쇄 회로 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(210)은 제1 광원(201) 및 제2 광원(203)이 배치될 수 있는 것이라면 족하며, 그 형상이나 구조는 특별히 한정되는 것은 아니며, 생략될 수도 있다. 예를 들어 후술할 하우징의 상부 케이스 등도 기판으로 사용될 수 있으며 상부 케이스 상에 제1 광원(201)및 제2 광원(203)이 배치될 수 있다.
제1 광원(201)은 씨앗들에 제1 파장 대역의 광을 조사한다. 제1 파장 대역은 가시 광선 파장 대역에 해당할 수 있으며, 씨앗들은 제1 파장 대역의 광을 조사받아 성장할 수 있다. 씨앗들은 제1 광원(201)으로부터 출사된 제1 파장 대역의 광을 받아 광합성할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4b를 참조하면, 발광 다이오드는 제1 반도체층(2013), 활성층(2015), 및 제2 반도체층(2017)을 포함하는 발광 구조체와, 발광 구조체에 연결된 제1 전극(2011) 및 제2 전극(2019)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(2013)은 제1 도전형 도펀트가 도핑된 반도체 층이다. 제1 도전형 도펀트는 p형 도펀트일 수 있다. 제1 도전형 도펀트는 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(2013)은 질화물계 반도체 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 반도체층(2013)의 재료로는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등을 들 수 있다.
활성층(2015)은 제1 반도체층(2013) 상에 제공되며 발광층에 해당한다. 활성층(2015)은 제1 반도체층(2013)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 반도체층(2017)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 활성층(2015)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드 갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.
활성층(2015)은 화합물 반도체로 구현될 수 있다. 활성층(2015)은 예로서 3족-5족 또는 2족-6족의 화합물반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.
제2 반도체층(2017)은 활성층(2015) 상에 제공된다. 제2 반도체층(2017)은 제1 도전형 도펀트와 반대의 극성을 갖는 제2 도전형 도펀트를 갖는 반도체층이다. 제2 도전형 도펀트는 n형 도펀트일 수 있는 바, 제2 도전형 도펀트는 예를 들어, Si, Ge, Se, Te, O, C 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 반도체층(2017)은 질화물계 반도체 재료를 포함할 수 있다. 제2 반도체층(2017)의 재료로는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, 등을 들 수 있다.
제1 전극(2011)과 제1 전극(2019)은 각각 제1 반도체층(2013)과 제2 반도체층(2017)과 연결되도록 다양한 형태로 제공될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 반도체층(2013)의 하부에 제1 전극(2011)이 제공되고, 제2 반도체층(2017)의 상부에 제2 전극(2019)가 제공된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 전극(2011) 및 제2 전극(2019)는 예를 들어, Al, Ti, Cr, Ni, Au, Ag, Ti, Sn, Ni, Cr, W, Cu 등의 다양한 금속 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(2011) 및 제2 전극(2019)는 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 발광 다이오드가 버티컬 타입으로 제공된 것을 설명하였으나, 발광 다이오드가 반드시 버티컬 타입일 필요는 없으며, 본 발명의 개념에 부합하는 한, 다른 타입으로 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 시료에 광을 인가하기 위해 광원으로서, 기존의 일반적인 램프가 아닌 발광 다이오드를 사용함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 발광 다이오드를 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203)으로 사용하는 경우, 기존 일반 램프(예를 들어, 기존 UV 램프)로부터 출사된 광 대비 특정 파장의 광을 식물에 제공할 수 있다. 기존 램프로부터 출사된 광은, 발광 다이오드로부터 출사된 광 대비 넓은 영역에서 브로드한 스펙트럼을 갖는다. 이에 따라, 기존의 UV 램프의 경우 출사된 광의 파장 대역 중 일부 대역의 광만을 분리하는 것이 용이하지 않다. 이에 비해 발광 다이오드로부터 출사된 광은 특정 파장에서의 샤프한 피크를 가지며 기존 램프로부터의 광에 비해 반치폭이 매우 좁은 특정 파장의 광을 제공한다. 이에 따라, 특정 파장의 광을 선택하는 것이 용이하며 그 선택된 특정 파장의 광만을 시료에 제공할 수 있다.
또한, 기존 램프의 경우 시료에 광을 제공하되 광량의 정확한 한정이 어려울 수 있으나, 발광 다이오드의 경우 광량을 명확하게 한정하여 제공할 수 있다. 또한, 기존 램프의 경우 광량의 정확한 한정이 어려울 수 있으므로 조사 시간 또한 넓은 범위로 설정될 수 있으나, 발광 다이오드의 경우 상대적으로 짧은 시간 동안 명확한 시간 내에 시료에 필요한 광을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 기존 램프의 경우 상대적으로 넓은 범위의 파장, 넓은 범위의 광량, 및 넓은 범위의 조사 시간으로 인해 광 조사량의 명확한 판단이 어렵다. 이에 비해 발광 다이오드의 경우 상대적으로 좁은 범위의 파장, 좁은 범위의 광량, 및 좁은 범위의 조사 시간으로 인해 명확한 광 조사량을 제공할 수 있다.
이에 더해, 기존 램프의 경우 전원을 켠 후 최대 광량까지 도달하는 데 시간이 상당히 소요되었다. 이에 비해, 발광 다이오드를 사용하는 경우, 전원을 켠 후 워밍업 시간이 실질적으로 거의 없이 바로 최대 광량까지 도달한다. 따라서, 발광 다이오드 광원의 경우, 식물에 특정 파장의 광을 조사할 때 광의 조사 시간을 명확하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 광원은 씨앗들이 최대한 성장할 수 있도록 태양광과 유사한 파장 대역을 갖는 광을 출사할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 장치에 있어서, 제1 광원이 태양광과 유사한 파장 대역을 갖는 경우의 제1 광원으로부터 출사된 광의 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 제1 광원은 약 380nm 내지 약 750nm 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 대부분은 가시광선 파장 영역대에 해당될 수 있다. 즉, 제1 광원은 백색광을 출사하는 광원에 해당한다.
제1 광원은 가시 광선 파장 대역의 광을 출사하기 위하여 한 개 또는 복수 개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 도면에서는 제1 광원이 1개인 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 만약, 복수 개의 발광 다이오드가 제공되는 경우 모두 동일한 파장 대역의 광을 출사할 수도 있으나, 각각이 서로 다른 파장 대역의 광을 출사할 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 발광 다이오드는 적색광을 출사하는 발광 다이오드, 청색광을 출사하는 발광 다이오드, 및 녹색 광을 출사하는 발광 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 광원이 상술한 바와 같이 서로 다른 파장의 광을 출사하는 복수 개의 발광 다이오드들을 포함할 때, 발광 다이오드들의 구성 비율은 파장에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 적색광을 출사하는 발광 다이오드는 청색광 혹은 녹색광을 출사하는 발광 다이오드에 비하여 적게 제공될 수 있고, 백색광을 출사하는 발광 다이오드도 제공될 수 있다.
이에 더해, 본 실시예에서의 제1 광원은 식물의 생장에 필요한 에너지를 제공할 수 있다. 구체적으로, 제1 광원은 식물이 광합성을 수행하여 생장을 하는데 필요한 에너지를 빛의 형태로 제공할 수 있다. 제1 광원이 제공하는 빛의 파장은 따라서 식물의 광수용체의 흡수율을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 광원은 식물이 광합성에 주로 이용하는 청색광 파장 대역(약 440nm 내지 약 495nm) 및 적색광 파장 대역(약 620nm 내지 약 750nm)에서 상대적으로 높은 빛의 세기를 갖는 빛을 출사할 수 있다.
다만, 제1 광원의 빛 출사 형태는 상술한 것에 제한되지 않으며, 경우에 따라 제1 광원에서 출사된 빛은 전체적인 파장 대역의 광이 골고루 섞인 형태로서 태양광과 유사한 스펙트럼을 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 광원은 자외선 파장 대역의 대부분을 제외하고 출사한다는 점에서 태양광과 차이가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광원은 실질적으로 가시 광선의 전체 파장 대역에 대응하는 약 380nm 내지 약 780nm 파장 대역을 갖는 광을 출사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 태양광과 유사하다라는 의미는 노멀라이즈된 태양광 스펙트럼을 기준으로 할 때, 기존 발명 대비 중첩되는 면적이 소정 값 이상이며, 태양광 스펙트럼으로부터의 피크의 편차(태양광 스펙트럼의 피크를 기준으로 했을 때 벗어난 정도) 또한 소정 값 이하인 경우를 의미한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 광원은 노멀라이즈된 태양광 스펙트럼의 면적 대비 약 55% 이상의 면적을 갖는 광을 출사할 수 있으며, 제1 광의 피크는 노멀라이즈된 태양광 스펙트럼 대비 약 0.14 이하의 편차(deviation)를 가질 수 있다. 이와 같이, 제1 광원이 태양광과 유사한 스펙트럼을 가짐으로써 식물 새싹은 효율적인 광합성을 통해 잘 성장될 수 있다.
다시, 도 4a, 도 4b, 및 도 5를 참조하면, 제2 광원(203)은 씨앗을 향해 제2 파장 대역의 제2 광을 출사한다.
제2 파장 대역은 제1 파장 대역과 상이하며, 약 250nm 내지 약 380nm의 자외선 파장 대역일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 광은 UV-A, UV-B, 및 UV-C 중 적어도 어느 하나에 해당할 수 있다. 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 광원(203)은 255nm, 275nm, 285nm, 295nm, 315nm, 335nm, 및 365nm의 피크 파장을 갖는 광 중 적어도 하나의 광을 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 광원(203)은 예를 들어, 약 270nm 내지 약 300nm의 파장 대역의 광을 출사할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 275nm, 285nm, 및 295nm의 피크 파장을 갖는 광 중 어느 하나의 광을 출사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 광원(203)은 285nm의 피크 파장을 갖는 광을 출사할 수 있다.
제2 광원(203)은 자외선 파장 대역의 광을 출사하기 위하여 한 개 또는 복수 개의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 도면에서는 제1 광원(201)이 1개인 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 발광 다이오드가 제공될 수 있다. 만약, 복수 개의 발광 다이오드가 제공되는 경우 모두 동일한 파장 대역의 광을 출사할 수도 있으나, 각각이 서로 다른 파장 대역의 광을 출사할 수도 있다. 예를 들어, 일부 제2 광원(203) 또는 발광 다이오드는 약 275nm 파장의 광을 출사하고, 다른 제2 광원(203) 또는 발광 다이오드는 약 285nm 파장의 광을 출사하도록 제2 광원(203)을 구성할 수 있다.
제2 광원(203)은 자외선 파장 대역의 광을 식물 싹에 조사함으로써 식물 내의 항산화 물질의 함량을 증가시키기 위한 것이다. 제2 광원(203)이 출사하는 광을 식물에 소정 정도의 강도로 소정 시간 동안 조사함으로써, 씨앗 및 식물 싹의 항산화물질의 함량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203) 이외에도 적외선(Infra-Red) 또는 근적외선(Near Infra-Red) 파장 대역의 광을 출사하는 광원이 더 제공될 수 있다. 또는 제1 광원(201)이 가시 광선 파장 대역의 광 이외에도 적외선이나 근적외선 파장 대역의 광을 포함하여 출사할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203)에는 제1 광원(201)과 제2 광원(203)의 동작 여부를 제어하는 제어부(220)가 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
제어부(220)에는 제어부(220)에 전원을 공급하는 전원 공급부(50)가 연결된다. 전원 공급부(50)는 제어부(220)를 통해, 또는 제1 광원부(200)에 직접 연결되어, 광원부(30에 전원을 공급할 수 있다.
제어부(220)는, 제1 광원(201)과 제2 광원(203)을 소정 구간에 소정의 강도로 광을 출사하도록 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203)의 온/오프를 제어할 수 있다. 식물 싹이 항산화 물질을 최대한 함유할 수 있도록 재배하기 위해서는 제1 광원(201)과 제2 광원(203)이 각각 개별적으로 동작될 수 있다.
제어부(220)는 소정의 파장대역에서 소정의 출사횟수 등으로 제1 광 및/또는 제2 광이 출사되도록 제1 광원(201)과 제2 광원(203)을 각각 독립적으로 제어할 수 있다. 또한, 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203)이 복수 개의 발광 다이오드들을 포함하는 경우, 개별적인 발광 다이오드를 독립적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 하우징이 복수 개의 구역으로 나누어지는 경우, 제1 광원들(201) 및/또는 제2 광원들(203)은 복수 개의 구역에 다양한 개수로 제공될 수 있다. 이 경우, 제어부(220)는 여러 개의 구역에 광이 다양하게 조사되도록 때 각각 구역에 해당하는 제1 광원들(201) 및/또는 제2 광원들(203)을 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 일부 구역에서는 식물싹을 성장시키기 위하여 제1 광원(201)으로부터 제1 파장 대역의 광이 조사될 수 있고, 다른 구역에서는 식물싹의 항산화 물질의 함량 높이기 위하여 제2 광원(203)으로부터 제2 파장 대역의 광이 조사될 수 있다. 하우징에 포함된 각 구역은 상술한 것과 같이 독립적으로 운영될 수 있도록 각각 밀폐된 암실을 구성할 수 있다. 이에 따라, 임의의 구역 내에 제공된 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203)으로부터 출사된 광은 다른 구역에 영향을 미치지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어부(220)는 제1 광원(201)과 제2 광원(203)의 동작 여부를 선 셋팅된 프로세스에 따라, 또는 사용자의 입력에 따라 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(220)는 순차적으로, 제1 시간 동안 상기 제1 광원(201) 및 제2 광원(203)를 미동작시키고, 제2 시간 동안 상기 제1 광원(201)을 동작시키고, 제3 시간 동안 상기 제2 광원(203)을 동작시킬 수 있다. 또는 사용자가 제1 시간 내지 제3 시간의 길이, 이때 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203)의 광의 세기 등을 수동으로 입력할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 제1 광원(201) 및/또는 제2 광원(203) 이외에, 수분 공급부에도 연결될 수 있다. 제어부(220)는 수분 공급부를 통해 제공되는 수분의 양이나, 수분이 제공되는 시간 등을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(220)는 사용자의 조작 없이도 수분 공급부는 기 설정된 시간 간격으로 씨앗에 수분을 공급할 수 있다. 씨앗에 수분을 공급하는 간격은 씨앗의 종류에 따라 달라질 수 있다. 생장에 물을 많이 필요로 하는 식물의 경우 상대적으로 짧은 간격으로 혹은 지속적으로 수분을 공급할 수 있고, 생장에 물을 적게 필요로 하는 식물의 경우 상대적으로 긴 간격으로 수분을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 재배대 내에 배치되는 씨앗은 벼과 식물의 씨앗일 수 있다. 예를 들어, 재배대 내에 배치되는 씨앗은 보리, 밀, 귀리, 벼, 기장, 수수, 사탕수수, 옥수수 등의 씨앗일 수 있다. 그러나, 씨앗의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 식물 재배 장치를 제공함으로써, 외부 환경에 의한 영향 없이 항산화 물질의 함량이 높은 식물을 수득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치는 상대적으로 소량의 식물을 재배하기 위한 가정용 또는 개인용 재배 장치뿐만 아니라, 대량의 식물을 얻기 위한 대형 공장, 즉, 식물 생산 공장 형태로 운영될 수 있다. 이에 따라, 식물 재배 장치는 복수 개의 재배대, 제1 광원, 제2 광원, 및 수분 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식물 생산 공장 형태로 운영되는 식물 재배 장치에는 제어부(220)에 다양한 센서들(예를 들어, 온도 센서, 습도 센서, 광량 센서 등)이 추가적으로 배치될 수 있으며, 제어부(220)는 센서들에 의한 데이터를 전송받아 제1 광원(201) 및 제2 광원(203) 및 수분 공급부 등을 전체적으로 또는 개별적으로 제어할 수 있다. 이러한 식물 재배 시스템을 갖춘 재배 장치는 직접적으로 또는, 원격의 이격지에서 유선, 무선 또는 인터넷 수단 등으로 데이터를 송수신할 수도 있으며, 별도의 디스플레이를 통해 각종 센서들, 제1 광원(201) 및 제2 광원(203), 수분 공급부로부터의 데이터를 표시할 수도 있다. 사용자는 이러한 데이터를 검토한 후 제어부(220)를 통해 최적 조건이 구현되도록 지시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치를 이용하여 면역성이 향상된 식물을 대량으로 용이하게 재배할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치를 이용하면 복수 개의 식물을 동시에 재배하되, 식물의 종류에 맞는 성장 환경을 독립적으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치를 이용하면 서로 다른 종류의 식물들을 동시에 재배할 수 있으며, 이에 따라 재배된 식물들은 면역성이 높다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 상술한 식물 재배 장치를 이용하기 위한 식물 재배 방법에 대하여 자세히 살펴보고자 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7에 따르면, 먼저 본체부에 제공된 씨앗을 제1 시간(P1) 동안 발아시킨다(S100).
발아(germination)는 씨앗으로부터 식물이 발생하는 것을 의미하고, 유묘(seedling)는 발아한 식물의 어린 단계를 의미한다.
발아 조건은 씨앗의 종류에 따라 달라질 수 있기 때문에, 제1 시간(P1) 동안 본체부 내부를 씨앗의 발아 조건에 맞게 설정할 수 있다. 예를 들어, 발아에 빛을 필요로 하는 광발아 종자의 경우, 제1 시간(P1) 동안 제1 광원부를 이용하여 씨앗에 빛을 조사할 수 있다. 광발아 종자의 경우, 제1 광원부는 특히 적색광을 씨앗에 조사할 수 있다. 적색광은 종자 내 파이토크롬(phythochrome)을 적색광흡수형(Pr)에서 근적외선흡수형(Pfr)으로 변환시키고, 근적외선흡수형 파이토크롬(Pfr)은 지벨릴린(gibberellin) 함량을 증가시키는 동시에 종자 휴면을 유도하는 앱시스산 함량을 감소시킨다. 이에 따라, 적색광에 의하여 발아가 촉진될 수 있다. 반대로, 발아에 빛을 필요로 하지 않는 암발아 종자의 경우, 제1 시간(P1) 동안 본체부 내부가 암실과 같이 유지될 수 있다.
발아 단계에서는 수분 공급부에 의한 수분 공급량이 증가할 수 있다. 종자가 세포 대사와 성장을 시작하기 위해서는 충분한 양의 물을 흡수해야 하기 때문이다. 따라서, 종자가 충분한 물을 흡수하도록 또는 종자가 침윤(imbition)될 수 있도록 발아 단계에서 수분 공급이 집중될 수 있다.
발아 단계에서, 본체부 내부는 약 20도 내지 약 30도로 유지될 수 있다. 상기 범위에서 종자의 발아가 촉진될 수 있다. 본체부는 상기 온도를 유지하기 위하여 다양한 형태의 온도 조절 장치를 포함할 수 있다.
발아 과정을 수행하는 제1 시간(P1)은 식물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 사용자 또는 제어부는 재배하고자 하는 식물의 종류에 따라, 제1 시간(P1)을 다르게 조정할 수 있다.
다음으로, 발아된 씨앗에 제1 파장 대역의 빛을 조사한다(S200).
제1 파장 대역의 빛은 제2 시간 동안 발아된 씨앗에 조사될 수 있다. 제1 파장 대역의 빛이 발아된 씨앗에 조사됨으로써, 씨앗으로부터 식물이 성장할 수 있다. 제1 파장 대역은 가시광선 파장 대역일 수 있으나, 경우에 따라 근적외선 파장 대역을 포함할 수 있다. 제1 파장 대역은 앞서 서술한 바와 같이 재배하는 식물의 종류에 따라 달라질 수 있다.
제1 파장 대역의 빛은 약 50 μmol/m2s 내지 약 300 μmol/m2s의 광량으로 발아된 씨앗 상에 조사될 수 있다. 아울러, 일부 작물의 경우 제1 파장 대역의 빛은 약 50 μmol/m2s 내지 약 70 μmol/m2s의 광량으로 발아된 씨앗 상에 조사될 수 있다.
제1 파장 대역의 빛의 광량이 약 50 μmol/m2s 미만일 경우, 제1 파장 대역의 빛에 의한 엽록소 생성 및 광합성이 충분히 일어나지 않아, 식물 생장이 더딜 수 있다. 반대로, 제1 파장 대역의 빛의 광량이 광포화점인 약 300 μmol/m2s를 초과할 경우, 식물이 이용할 수 있는 광량 이상의 빛이 조사되어 식물이 마를 수 있다.다만, 광포화점은 작물 및 생장 단계마다 다를 수 있다. 예를 들어, 일부 콩과와 벼과 식물 유묘의 경우 광포화점은 약 70 μmol/m2s일 수 있다. 이에 따라, 제1 파장 대역의 빛은 약 50 μmol/m2s 내지 약 70 μmol/m2s의 광량으로 조사될 수 있다.
제1 파장 대역의 빛이 조사되는 제2 시간은 식물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 사용자 또는 제어부는 재배하고자 하는 식물의 종류에 따라, 제2 시간을 다르게 조정할 수 있다.
다음으로, 씨앗으로부터 성장한 식물에 제2 파장 대역의 빛을 조사한다(S300).
제2 파장 대역의 빛은 제3 시간 동안 식물에 조사될 수 있다. 제2 파장 대역의 빛을 식물에 조사함으로써, 식물 내 페놀계 화합물 총량을 증가시킬 수 있다.
제2 파장 대역의 빛은 씨앗으로부터 생장된 식물의 수확 직전에 제3 시간 동안 식물에 조사될 수 있다. 따라서, 식물은 수확 시점으로부터 역산하여 제3 시간 동안 빛을 받을 수 있고, 이에 따라 식물 내 이차대사가 촉진되어 페놀계 화합물 총량이 증가할 수 있다.
제2 파장 대역의 빛은 씨앗 또는 식물에 약 5μW/cm2 내지 15μW/cm2의 양으로 조사될 수 있다. 상술한 범위의 광량을 받음으로써, 식물 세포의 손상/변형 없이 페놀계 화합물 총량만 높일 수 있다. 예를 들어, 씨앗 또는 식물에 약 5μW/cm2 미만의 광량의 빛이 조사될 경우, 식물 세포에 가해지는 스트레스가 미약하여, 항산화 물질 생산을 위한 호르메시스(Hormesis) 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 반면, 씨앗 또는 식물에 약 15μW/cm2를 초과하는 광량의 빛이 조사될 경우, 식물 세포가 손상/변형될 수 있다.
제2 파장 대역의 빛의 세기가 모든 파장 대역에서 동일한 것은 아니다. 식물의 종류에 따라 상기 약 200nm 내지 약 400nm 파장의 빛 중 특정 파장 대역의 빛의 세기를 높일 수 있다. 예를 들어, 식물이 밀인 경우, 약 200nm 내지 약 400nm 파장 대역 중 특히 약 295nm 파장의 빛의 세기를 높일 수 있다. 이에 따라, 식물의 종류 별로 맞춤형 광 조사가 가능하고, 식물 내 페놀계 화합물 총량이 최대로 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물의 씨앗을 차례대로 발아시키고, 성장시키고, 식물 내 이차대사를 촉진할 수 있다. 이에 따라, 시판되는 일반적인 씨앗으로부터도 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성이 높은 식물을 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 식물을 재배하는 방법을 간략하게 살펴보았다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물은 사용자의 조작 없이 자동으로 재배될 수 있는데, 이하에서는 사용자의 조작 없이 식물을 재배하기 위한 방법에 대하여 더 자세히 살펴보고자 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물 재배 장치는 제어부에 의하여 조작되며, 제어부는 사용자의 간섭 없이도 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 방법에 따라 식물을 재배한다.
먼저, 씨앗이 식물 재배 장치에 제공되었을 때, 제어부는 씨앗을 제1 시점(T1)부터 발아 조건으로 유지한다(S101). 제1 시점(T1)은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치에 씨앗을 넣고, 사용자가 재배를 시작하기 위한 동작을 실시한 시점일 수 있다. 예를 들어, 재배를 시작하기 위한 동작이란 식물 재배 장치의 전원을 키고 재배 시작 버튼을 누르는 행위 등일 수 있다.
식물의 발아 조건은 상술한 것과 같이 식물의 종류에 따라 달라질 수 있기 때문에, 제어부는 식물의 종류에 적합한 발아 조건을 데이터 베이스로부터 불러와 적용할 수 있다.
다음으로, 제어부는 현재 시각(T)과 제1 시점(T1)의 차, 즉 제1 시점(T1)으로부터 현재(T)까지 흐른 시간과 제1 시간(P1)을 비교한다(S102). 제1 시간(P1)은 식물 발아에 필요한 시간이며, 제어부는 제1 시점(T1)으로부터 제1 시간(P1)이 지났을 때, 씨앗의 발아가 완료된 것으로 판단한다.
제1 시간(P1)은 앞서 서술한 바와 같이, 식물의 종류에 따라 달라질 수 있기 때문에 제어부는 식물의 종류에 따라 제1 시간(P1)을 다르게 구성할 수 있다. 예를 들어, 식물이 벼과 또는 콩과 식물인 경우, 제1 시간(P1)은 약 72시간일 수 있다.
다음으로, 제어부는 현재 시각(T)과 제1 시점(T1)의 차이가 제1 시간(P1) 이상일 때, 씨앗에 제1 파장 대역의 빛을 조사하도록 제어한다(S201). 이때, 제어부가 제1 광원부가 제1 파장 대역의 빛을 조사하도록 제어하는 시점이 제2 시점(T2)이다. 반면, 현재 시각(T)과 제1 시점(T1)의 차이가 제1 시간(P1)보다 작을 경우, 제어부는 식물 재배 장치 내부를 발아 조건으로 계속 유지한다.
제1 파장 대역의 빛은 앞서 서술한 바와 같이, 가시광선 파장 대역일 수 있으며, 경우에 따라 근적외선 파장 대역을 포함할 수 있다. 제1 파장 대역의 빛을 조사함으로써, 발아한 씨앗으로부터 식물이 성장할 수 있다. 따라서, 제1 파장 대역의 빛은 식물의 성장률을 높일 수 있도록 식물 종류에 맞추어서 제어될 수 있다. 제어부는 데이터 베이스로부터 식물의 종류와 매칭되는 제1 파장 대역 정보를 불러오고, 이에 맞추어 제1 광원부를 제어할 수 있다.
제어부는 제1 광원부가 조사하는 제1 파장 대역 및 광량을 시간에 따라 다르게 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 광원부가 빛을 조사하기 시작하였을 때인 식물의 성장 초기 단계에서 제1 파장 대역 및 광량은, 식물의 성장 완료 단계에서의 제1 파장 대역 및 광량과 다를 수 있다. 이에 따라, 식물의 성장 단계에 따라 최적화된 빛을 조사할 수 있다.
제1 파장 대역의 빛이 제2 시간(P2) 동안 반드시 연속적으로 조사되는 것은 아니다. 제어부는 제2 시간(P2) 동안 제1 광원부를 온/오프(On/Off) 제어할 수 있다. 이에 따라, 해가 뜨고 지는 야생 환경처럼 식물 재배 장치 내부 환경을 조성할 수 있다. 예를 들어, 제2 시간(P2) 동안 제1 광원부가 제1 파장 대역의 빛을 출사하는 시간과 빛을 출사하지 않는 시간의 비는 약 1:1 내지 약 2:1일 수 있다. 이에 따라, 하루 중 해가 규칙적으로 뜨고 지는 야생 환경과 유사한 환경을 식물 재배 장치 내에 조성할 수 있다. 야생 환경과 유사한 환경을 조성함에 따라, 식물 재배 장치 내에서 식물이 광합성과 호흡을 고르게 유지할 수 있다.
다음으로, 제어부는 현재 시각(T)과 제2 시점(T2)의 차이, 즉 제2 시점(T2)으로부터 현재까지 흐른 시간이 제2 시간(P2) 이상인지 판단한다(S202). 제2 시간(P2)은 식물의 성장에 필요한 시간이며, 제어부는 제2 시간(P2)이 흐르지 않았다면 식물이 원하는 단계까지 성장하지 않았다고 판단한다. 다만, 제2 시간(P2)이 식물이 완전히 성장하는데 필요한 시간은 아니다. 예를 들어, 새싹 단계에서 식물을 수확하고자 할 때, 제2 시간(P2)은 발아한 씨앗이 새싹까지 자라는데 필요한 시간일 수 있다.
제2 시간(P2)은 식물의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 제어부는 데이터베이스로부터 식물의 종류에 적합한 제2 시간(P2)을 불러와 적용할 수 있다.
다음으로, 제어부는 현재 시각(T)과 제2 시점(T2)의 차이가 제2 시간(P2) 이상일 때, 제2 광원부가 씨앗에 제2 파장 대역의 빛을 조사하도록 제어한다(S301). 이때, 제어부가 제2 광원부가 제2 파장 대역의 빛을 조사하도록 제어하는 시점이 제3 시점(T3)이다. 반면, 현재 시각(T)과 제2 시점(T2)의 차이가 제2 시간(P2)보다 작을 경우, 제어부는 제1 광원부가 계속해서 제1 파장 대역의 빛을 조사하도록 제어한다.
제2 파장 대역은 앞서 서술한 것과 같이 약 200nm 내지 약 400nm일 수 있다. 상술한 빛이 조사됨으로써, 식물의 이차대사가 활성되고 식물 내 페놀계 화합물 총량이 증가할 수 있다.
다음으로, 제어부는 현재 시각(T)과 제3 시점(T3)의 차, 즉 제3 시점(T3)으로부터 현재(T)까지 흐른 시간이 제3 시간(P3) 시간 이상인지 판단한다(S302). 제3 시점(T3)부터 현재(T)까지 흐른 시간이 제3 시간(P3) 이상일 경우, 제어부는 제2 광원부로부터 제2 파장 대역의 빛이 출사되는 것을 중단시킨다. 반대로, 제3 시점(T3)부터 현재(T)까지 흐른 시간이 제3 시간(P3) 미만인 경우, 제어부는 제2 광원부가 계속해서 제2 파장 대역의 빛을 출사하도록 제어한다.
제3 시간(P3)은 약 48시간 이하일 수 있다. 제3 시간(P3)이 제3 시간(P3)이 약 48시간을 초과할 경우 식물에 필요 이상의 스트레스가 가해져 식물 세포가 변형되거나 식물이 말라버릴 수 있다. 제어부가 제2 광원부가 제3 시간(P3) 동안만 빛을 조사하도록 제어함으로써, 상술한 문제가 발생할 여지가 없다.
제3 시간(P3) 동안 제2 광원부가 출사하는 빛의 세기는 파장 별로 다를 수 있다. 제어부는 식물의 종류에 따라 상기 약 200nm 내지 약 400nm 파장의 빛 중 특정 파장의 빛의 세기를 높일 수 있다. 이에 따라, 식물의 종류 별로 맞춤형 광 조사가 가능하고, 식물 내 페놀계 화합물 총량이 최대로 될 수 있다.
제3 시간(P3)은 식물의 수확 직전에 제공되기 때문에, 제2 파장 대역의 빛에 의한 식물의 이차대사 활성은 식물이 원하는 단계까지 성장한 후 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제2 파장 대역의 빛 조사에 의해 식물 성장이 저해될 우려를 줄일 수 있다.
다음으로, 식물을 수확한다(S303). 이때 수확 장치가 이용될 수 있는데, 수확 장치는 제3 시간(P3) 지난 후 식물을 수분으로부터 격리한다. 이에 따라, 식물이 목표한 것보다 과도하게 생장하는 것을 막을 수 있다. 수확된 식물은 수확 장치에 의하여 식물 재배 장치 내 별도의 공간으로 옮겨질 수 있다. 이에 따라, 수확된 식물이 과도하게 성장하거나, 수확된 후 제2 파장 대역의 빛을 받아 변형되는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자가 재배 과정에 관여하지 않아도, 기 설정된 기준에 따라 페놀계 화합물 총량이 높은 식물이 재배될 수 있다. 이에 따라, 식물 재배에 대한 지식이 없는 사용자도 쉽게 페놀계 화합물 총량이 높은 식물을 재배, 수확할 수 있다.
이상에서는 페놀계 화합물 총량이 높은 식물을 재배하기 위한 식물 재배 장치, 식물 재배 방법에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 장치와 식물 재배 방법을 통해 얻을 수 있는 식물의 페놀계 화합물 총량 및 항산화 활성에 대하여 데이터를 통해 더 자세히 살펴보고자 한다.
아래 표 1 내지 표 5는 콩과 식물과 벼과 식물에 대하여, 제2 파장 대역의 빛(275nm, 295nm) 조사 여부를 달리하여 식물을 재배한 것이다. 식물 재배 조건은 아래와 같다.
녹두 (콩과)
비교예 1A 실시예 1A 실시예 2A
제2 파장 대역 빛 X 295nm 275nm
완두 (콩과)
비교예 1B 실시예 1B 실시예 2B
제2 파장 대역 빛 X 295nm 275nm
알팔파 (콩과)
비교예 1C 실시예 1C 실시예 2C
제2 파장 대역 빛 X 295nm 275nm
밀 (벼과)
비교예 1D 실시예 1D 실시예 2D
제2 파장 대역 빛 X 295nm 275nm
보리 (벼과)
비교예 1E 실시예 1E 실시예 2E
제2 파장 대역 빛 X 295nm 275nm
제2 파장 대역 빛 조사 여부를 제외한 식물 재배 조건은 실시예와 비교예 모두 동일하다. 실시예와 비교예의 식물들은 약 72시간 동안 암실 조건에서 발아되었고, 약 144시간 동안 백색 발광 다이오드 광원을 이용하여 성장되었다. 백색 발광 다이오드 광원은 약 144시간 중 작동 시간과 비작동 시간의 비를 2:1로 하여 제어됐다. 즉, 24시간 중 약 16시간 동안 백색 발광 다이오드를 작동시키고, 약 8시간 동안 백색 발광 다이오드를 끄는 것을 반복하여 약 144시간 동안 식물을 성장시켰다. 백색 발광 다이오드는 작동 중에 약 60 μmol/m2s의 광량으로 빛을 조사하였다. 식물 재배 장치 내부는 약 24℃, 상대습도 70±5%로 유지되었다. 아울러, 실시예의 식물들은 수확 직전 24시간 동안 제2 파장 대역의 빛을 조사받았다. 제2 파장 대역의 빛은 약 10μW/cm2의 광량으로 조사되었다. 비교예의 식물들은 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않았다.
아래 표 6 내지 표 10은 실시예와 비교예의 식물에 함유된 페놀계 화합물(Phenolic Compound)의 총량을 측정한 것이다. 비교예 1A~1E를 기준으로 하였을 때, 실시예 1A~1E와 실시예 2A~2E에 포함된 페놀계 화합물의 양이 얼마나 더 늘었는지 확인하였다.
녹두 (콩과)
비교예 1A 실시예 1A 실시예 2A
페놀계 화합물 총량 증감율 (%) 100% 94.7% 109.8%
완두 (콩과)
비교예 1B 실시예 1B 실시예 2B
페놀계 화합물 총량 증감율 (%) 100% 112.7% 118.9%
알팔파 (콩과)
비교예 1C 실시예 1C 실시예 2C
페놀계 화합물 총량 증감율 (%) 100% 118.6% 119.0%
밀 (벼과)
비교예 1D 실시예 1D 실시예 2D
페놀계 화합물 총량 증감율 (%) 100% 126.0% 121.6%
보리 (벼과)
비교예 1E 실시예 1E 실시예 2E
페놀계 화합물 총량 증감율 (%) 100%　 125.7% 133.9%
표 6 내지 표 10를 참고하면, 실시예 1A~1E와 실시예 2A~2E의 경우 일반적으로 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1A~1E와 비교했을 때 식물 내 페놀계 화합물 총량이 증가한 것을 확인할 수 있다.녹두의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1A와 비교했을 때, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2A에서 페놀계 화합물 총량이 약 9.8% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
완두의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1B와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1B에서 페놀계 화합물 총량이 약 12.7% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2B에서는 페놀계 화합물 총량이 약 18.9% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
알파파의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1C와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1C에서 페놀계 화합물 총량이 약 18.6% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2C에서는 페놀계 화합물 총량이 약 19.0% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
밀의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1D와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1D에서 페놀계 화합물 총량이 약 26.0% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2D에서는 페놀계 화합물 총량이 약 21.6% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
보리의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1E와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1E에서 페놀계 화합물 총량이 약 25.7% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2E에서는 페놀계 화합물 총량이 약 33.9% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 콩과와 벼과 식물의 경우 제2 파장 대역의 빛을 받았을 때 페놀계 화합물 총량이 크게 증가함을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 2A, 실시예 1B, 실시예 2B, 실시예 1C, 실시예 2C, 실시예 1E, 실시예 2E의 경우, 통계적으로 유의미한 수준의 페놀계 화합물 총량 증가를 확인할 수 있었다.
다음으로, 페놀계 화합물 총량 차이가 실제 항산화 활성(Antioxidant Capacity)의 차이로 나타나는지 여부를 확인하기 위하여 항산화 활성 측정 시험을 수행하였다. 항산화 활성은 ABTS[2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid]를 이용하는 ABTS 검출법을 이용하여 측정하였다. 푸른색을 띠는 ABTS 라디컬 양이온은 항산화 물질과 만나 무색의 중성 형태로 환원되는데, 항산화 물질이 많을수록 ABTS 라디컬 양이온이 무색의 중석 형태로 환원되는 양이 증가하고, ABTS가 띠는 푸른색이 옅어진다. 따라서, 실시예와 비교예의 식물 추출액을 ABTS 용액과 반응시킨 후, ABTS 용액의 색 변화를 분광광도법적(Spectrophotometric)으로 분석하여 항산화 물질인 트롤록스(Trolox)의 항산화 활성에 대비하여 항산화 활성을 측정했다.
아래 표 11 내지 표 15는 실시예와 비교예의 식물의 항산화 활성을 측정한 것이다. 비교예 1A~1E를 기준으로 하였을 때, 실시예 1A~1E와 실시예 2A~2E의 항산화 활성이 얼마나 더 늘었는지 확인하였다.
녹두 (콩과)
비교예 1A 실시예 1A 실시예 2A
항산화 활성 증감(%) 100% 120.6% 134.5%
완두 (콩과)
비교예 1B 실시예 1B 실시예 2B
항산화 활성 증감(%) 100% 120.8% 123.4%
알팔파 (콩과)
비교예 1C 실시예 1C 실시예 2C
항산화 활성 증감(%) 100% 99.2% 99.9%
밀 (벼과)
비교예 1D 실시예 1D 실시예 2D
항산화 활성 증감(%) 100% 132.7% 139.5%
보리 (벼과)
비교예 1E 실시예 1E 실시예 2E
항산화 활성 증감(%) 100% 146.2% 146.2%
녹두의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1A와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1A에서 항산화 활성이 약 20.6% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2A에서는 항산화 활성이 약 34.5% 증가한 것을 확인할 수 있었다.완두의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1B와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1B에서 항산화 활성이 약 20.8% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2B에서는 항산화 활성이 약 23.4% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
알파파의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1C와 실시예 1C, 2C를 비교했을 때, 항산화 활성이 실질적으로 변하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
밀의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1D와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1D에서 항산화 활성이 약 32.7% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2D에서는 항산화 활성이 약 39.5% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
보리의 경우 제2 파장 대역의 빛을 조사받지 않은 비교예 1E와 비교했을 때, 약 295nm 파장의 빛을 받은 실시예 1E에서 항산화 활성이 약 46.2% 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 약 275nm 파장의 빛을 받은 실시예 2E에서는 항산화 활성이 약 46.2% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 콩과와 벼과 식물의 경우, 일반적으로 페놀계 화합물 총량이 실제 항산화 활성 증가로 이어짐을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 1A, 실시예 2A, 실시예 1B, 실시예 2B, 실시예 1E, 실시예 2E의 경우, 통계적으로 유의미한 수준의 항산화 활성 증가를 확인할 수 있었다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 식물의 씨앗을 발아시키고(S11), 상기 발아된 씨앗을 새싹으로 성장시키고(S13), 자외선 파장 대역의 광을 식물에 조사한 후(S15), 상기 식물의 새싹을 성장시키는 단계(S17)를 포함한다. 이때 식물의 새싹을 성장시키는 단계는 새싹을 성체로 성장시키는 것, 새싹을 성체가 되기 전의 특정 상태까지 성장시키는 것을 모두 포함하는 의미이다. 식물의 새싹을 성장시키는 단계(S17)는 식물의 종류를 고려하여 그 기간을 달리할 수 있다.
식물의 발아는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 장치에 보리 씨앗을 넣고 암조건에서 수분을 공급하는 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 약 1일 내지 약 5일 내지의 암조건 하에서 수분을 식물의 씨앗에 공급할 수 있다. 예를 들어 3일 동안 암조건을 유지하면서 씨앗에 수분을 공급함으로써 식물을 발아시킬 수 있다.
식물의 씨앗은 발아되기 위해 소정 시간 이상 정제수에 불려질 수 있다. 이는, 씨앗이 충분한 물을 흡수하도록 하기 위한 것으로, 이에 따라, 씨앗에 발아 단계에서 수분이 공급될 수 있다. 발아 조건은 식물의 씨앗의 종류에 따라 달라질 수 있기 때문에, 제1 시간 동안 씨앗 주변의 조건을 씨앗의 발아 조건에 맞게 설정할 수 있다. 예를 들어, 발아에 광을 필요로 하지 않는 암발아 씨앗의 경우, 제1 시간 동안 하우징 내부가 암실과 같이 유지될 수 있는 바, 씨앗의 발아시에는 하우징 내는 암 조건으로 유지될 수 있다.
발아 단계에서, 식물의 씨앗을 발아시키기 위해 적절한 온도와 습도를 가지도록 유지될 수 있다. 식물의 씨앗 주변의 상기 온도를 유지하기 위하여 다양한 형태의 온도 조절 장치, 예를 들어, 히터 및/또는 쿨러가 사용될 수 있다.
발아 단계에서는 수분 공급부 등으로 씨앗에 수분이 공급될 수 있다. 씨앗이 세포 대사와 성장을 시작하기 위해서는 충분한 양의 물을 흡수해야 하기 때문이다. 따라서, 씨앗이 충분한 물을 흡수하도록 또는 씨앗이 침윤(imbibition)될 수 있도록 발아 단계에서 수분 공급이 집중될 수 있다. 여기서 상기 수분은 정제수로 제공될 수 있다.
다음으로, 발아된 씨앗을 새싹으로 성장시키고, 자외선 파장 대역의 광을 새싹에 조사시킨다. 여기서, 씨앗을 새싹으로 성장시키기 위한 과정에서 자외선 파장 대역의 광을 새싹에 조사시키는 과정이 함께 이루어질 수 있다. 이를 설명하면 다음과 같다.
상기 발아된 씨앗을 식물로 성장시키기 위해서는 암 조건 또는 명조건, 또는 암 조건이나 명조건이 반복될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 시간 동안 명조건으로 유지되고 제2 시간 동안 암 조건으로 유지될 수 있으며, 이러한 명조건과 암조 건이 반복 처리 될 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 파장 대역의 광이 조사되는 제2 시간은 연속적일 수도 있으나, 명과 암이 반복되는 광 주기를 가질 수 있으며, 이 경우, 일정 시간 동안 명조건 상태로 유지되며, 또 다른 일정 시간 동안 암 조건 상태로 유지된다. 명조건과 암 조건은 보통 24시간을 기준으로 소정 회수로 반복될 수 있다. 예를 들어, 24시간을 기준으로, 명조건은 14시간 내지 18시간 동안 지속될 수 있으며, 암 조건은 6시간 내지 10시간 내에서 반복될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광 주기는 24시간 기준으로, 명조건 16시간과 암 조건 8시간이 반복되는 것으로 이루어질 수 있으며, 광주기는 약 4일 내지 10일 동안 반복될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서는, 명조건으로 약 16시간, 암 조건으로 약 8시간 진행할 수 있으며, 이러한 명조건과 암조건 상태를 7일동안 반복시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 암 조건시에는 제1 광원과 제2 광원 모두 턴-오프로 유지되고, 명조건 시에 제1 광원이 턴-온이 된다. 명조건시 제1 광은 약 60μmol/m2s의 광량으로 식물의 새싹에 조사될 수 있으며, 제2 광은 10μW/cm2의 에너지로 조사될 수 있다. 제1 광의 광량은 식물 새싹의 광합성 및 생장을 유도하기 위한 것이다.
여기서, 명조건 내 제1 시간이 소요되는 동안 제2 광원은 일정 도즈량으로 일정 시간 동안 턴-온으로 유지될 수 있다. 제2 광원은 제1 광원이 턴-온일 때 제1 광원과 동일한 시간 동안, 또는 제1 광원보다 적은 시간 동안 광을 출사할 수 있다. 또는, 제2 광원은 소정 패턴으로 일정 시간 동안 켜짐과 꺼짐이 반복될 수 있다. 다시 말해, 제2 광원은 제1 광원이 턴-온일 때 주기적으로 광을 출사할 수 있다. 여기서, 제2 광원의 조사 주기는 다양한 형태로 이루어질 수 있으며, 일정 시간에 맞추어 턴-온과 턴-오프가 설정된 반복 패턴을 가질 수 있다. 제2 광의 조사는 연속적으로 이루어질 수 있으나, 연속적으로 이루어지더라도 일주일 이내에 한도 내에서 조사될 수 있다.
그러나, 제2 광원의 조사량은 식물에 손상을 주지 않을 도즈량으로 한정된다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 광원은 최대 13.44kJ/m2s의 도즈량으로 광을 조사할 수 있다. 제2 광원은 또한, 식물에 충분한 양의 항산화 물질이 생성될 수 있도록 1.08kJ/m2s 이상의 도즈량의 빛을 식물에 인가할 수 있다.
다음으로, 이식한 식물을 성체로 성장시킬 수 있다. 여기서, 제2 광의 조사, 즉, 자외선 조사는 씨앗의 발아 이후부터 성체로 되기 전까지의 기간 내에 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 새싹을 성체로 재배하는 단계는 생략될 수 있으며, 항산화 물질의 함량이 높은 상태로 새싹이 성체로 자라나기 전에 채취할 수 있다.
상술한 방법을 통해, 항산화성 물질의 함유량이 증가된 식물을 얻을 수 있다. 특히, 상술한 방법을 통해 항산화성 물질의 함유량이 증가된 벼과 식물을 얻을 수 있다. 이에 따라, 벼과 식물 자체가 항산화성 물질을 많이 포함함으로써 벼과 식물에 있어서의 면역성이 높아져 박테리아나 미생물 등이 쉽게 감염되지 않은 고품질의 식물을 얻을 수 있다. 이러한 박테리아나 미생물등에의 감염이 적게 발생함으로써 위한 농약살포에 따른 제제 비용, 상품성 저하, 환경오염, 작업자의 위험에 대한 노출 등이 감소될 수 있다. 이에 더해, 이러한 벼과 식물이 사람에게 섭취되는 경우 항산화성 물질의 함유량이 높기 때문에 인체 내 세포의 노화를 방지하는 효과도 얻을 수 있다. 예를 들어, 항산화 물질이 높은 보리 새싹은 채취 후 사람에 의해 섭취되거나, 별도로 가공되어 다양한 식품의 재료로 사용된 후 사람에 의해 섭취될 수 있다.
상술한 방법으로 벼과 새싹을 재배하는 경우 벼과 새싹 내 항산화물질이 증가하는 바 이에 대한 실험예를 설명한다.
실험예 1. 항산화 물질의 총량 확인 방법
항산화 물질은 페놀성 화합물의 총량을 확인하는 형태로 수행되었다.
페놀성 화합물의 총량을 확인하기 위해, 벼과 식물의 새싹(보리 새싹 또는 밀 새싹 등)를 채취한 후, 채취한 새싹을 동결 건조 및 분쇄하였다. 분쇄한 시료를 0.09g 탈이온수와 80% 아세톤 8mL에 넣은 다음, 잘 섞은 다음, 초음파 처리를 15분 동안 수행하였다. 그 다음, 시료를 -20℃/암조건에서 12시간 이상 유지하여 추출하였다. 추출한 시료를 원심분리기(RCF 3000/RPM 1350)에 넣고 2분 동안 원심분리한 다음, 새 시험관에 증류수 135μL, 10% Folin-Ciocalteu 시약 750μL, 시료 50μL, 및 7.5% Na2CO3 600μL를 순서대로 첨가하였다. 이후 10초동안 잘 섞은 다음, 45℃ 항온수조에 15분간 반응시킨 후 충분히 식혔다. 이후, 충분히 식은 시료 1mL를 큐벳에 옮겨 담아 765nm의 분광광도계에서 흡광도를 측정하였다. 이때, 갈 산(gallic acid) 1mg/mL를 희석하여 0.4/0.35/0.3/0.25/0.2/0.15/0.1/0.05 mg/ml갈 산 용액을 제조하고 이의 흡광도를 측정하여 기준 커브를 작성함으로써 벼과 식물 내 페놀성 화합물의 총량을 측정하였다.
실험예 2. 제2 광의 파장에 따른 항산화 물질 증가량
제2 광의 파장에 따른 벼과 식물의 항산화 물질 증가량을 확인하기 위해, 벼과 식물의 씨앗(보리 씨앗 또는 밀 씨앗)을 준비하고 암조건 하에서 씨앗을 발아시켰다. 씨앗의 발아를 위해 암조건은 3일 동안 유지되었다. 이후, 1일 동안 명조건은 16시간, 암조건은 8시간으로 설정되어 7일 동안 명조건과 암조건이 반복되었다. 이때, 암조건시 제1 광 및 제2 광이 모두 턴-오프였으며, 명조건 시 제1 광은 턴-온이 유지되었다. 여기에서, 명조건 시에, 제2 광은 275nm, 285nm, 및 295nm의 피크 파장을 갖는 것으로서 주기적으로 켜짐과 꺼짐이 반복되었다. 제2 광으로서 275nm, 285nm, 및 295nm의 피크 파장을 갖는 광원을 이용한 경우는 제1 내지 제3 실시예에 해당하며, 제2 광이 인가되지 않은 경우는 비교예에 해당한다. 본 실험에 있어서, 비교예 및 실시예 1 내지 3은 인가된 파장을 제외한 모든 조건이 동일하게 유지되었다.
도 10은 제2 광의 파장에 따른 페놀성 화합물의 양을 도시한 그래프이다. 도 10을 참조하면, 비교예 대비 실시예 1 내지 3에서 모두 현저하게 페놀성 화합물의 양이 증가되었다. 즉 실시예 1 내지 3에서 모두 페놀성 화합물의 총량이 비교예 대비 20% 이상 증가하였다. 특히, 실시예 2의 경우 대조군에 비해 실시예 1 및 실시예 3보다도 페놀성 화합물의 양이 현저하게 증가한 바, 제2 광이 275nm 및 295nm의 피크 파장을 가질 경우, 페놀성 화합물의 총량이 비교예 대비 약 23%이 증가함에 비해, 285nm에서 총 페놀성 화합물의 함량은 비교예 대비 약 38%나 증가하였다.
이를 통해, 제2 광의 조사를 통해 페놀성 화합물의 총량이 현저하게 증가함을 알 수 있으며, 특히 285nm의 피크 파장을 갖는 제2 광의 조사를 통해 페놀성 화합물의 총량이 한층 더 현저하게 증가함을 확인할 수 있다.
실험예 3. 자외선 도즈량에 따른 보리 새싹의 손상 여부
제2 광이 285nm의 피크 파장의 광일 때, 유효 도즈량의 범위를 파악하기 위해 도즈량에 대한 보리 새싹의 손상 여부를 확인하였다.
도 11은 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 보리 새싹에 인가한 후의 보리 새싹을 촬상한 사진들이다. 도 11의 각 사진에 적힌 수치는 각 보리 새싹에 인가된 제2 광의 도즈량을 의미한다.
도 11을 참조하면, 제2 광의 인가량이 13.44kJ/m2s 이하인 경우, 보리 새싹에 제2 광을 인가하지 않은 경우와 외견 상의 차이가 발견되지 않았다. 이를 통해 제2 광의 인가량이 13.44kJ/m2s 이하인 경우 보리 새싹이 제2 광의 인가에 거의 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다. 그러나 제2 광의 인가량이 15.12kJ/m2s 이상인 경우, 보리 새싹의 각 잎 단부에서부터 고사가 진행되어 노랗게 변색된 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 제2 광의 인가시 약 14 kJ/m2s 이하의 도즈량으로 인가될 필요가 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 4. 자외선 도즈량에 따른 보리 새싹 내 항산화물 총량
도 12는 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 보리 새싹에 인가한 후, 그 보리 새싹에 함유된 총 페놀성 화합물의 총량을 나타낸 것이다. 도 12에 있어서, 실험예 3에서와 같이, 도즈량이 약 14 kJ/m2s를 넘는 경우, 보리 새싹의 고사가 일어나는 등 제2 광에 대한 피해가 발생한 상황이므로, 도즈량이 약 14 kJ/m2s를 넘는 경우를 배제하고 약 14 kJ/m2s 이하의 경우에만 나타내었다.
도 12를 참조하면, 제2 광의 인가량이 약 14kJ/m2s 이하인 경우, 페놀성 화합물의 총량이 비교예 대비 모두 증가되었다. 이에 더해, 제2 광의 인가량이 약 3 kJ/m2s 이상 약 14kJ/m2s 이하인 경우, 페놀성 화합물의 총량이 비교예 대비 모두 현저하게 증가되었다. 특히, 8.64 kJ/m2s의 도즈량으로 보리 새싹에 제2 광을 인가한 경우 페놀성 화합물의 총량은 비교예 대비 더욱더 현저하게 높은 값을 나타내었다.
실험예 5. 자외선 도즈량에 따른 밀 새싹의 손상 여부
제2 광이 285nm의 피크 파장의 광일 때, 유효 도즈량의 범위를 파악하기 위해 도즈량에 대한 밀 새싹의 손상 여부를 확인하였다.
도 13은 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 밀 새싹에 인가한 후의 밀 새싹을 촬상한 사진들이다. 도 13의 각 사진에 적힌 수치는 각 밀 새싹에 인가된 제2 광의 도즈량을 의미한다.
도 13을 참조하면, 제2 광의 인가량이 약 13.4kJ/m2s 이하인 경우, 밀 새싹에 제2 광을 인가하지 않은 경우와 외견 상의 차이가 발견되지 않았다. 이를 통해 제2 광의 인가량이 약 13.4kJ/m2s 이하인 경우 밀 새싹이 제2 광의 인가에 거의 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 제2 광은 약 13.4 kJ/m2s 이하의 도즈량으로 인가될 필요가 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 6. 자외선 도즈량에 따른 밀 새싹 내 항산화물 총량
도 14는 실험예 2의 조건과 동일한 조건으로 진행하되, 제2 광이 285nm에서 피크 파장을 갖는 광을 도즈량만 달리하여 밀 새싹에 인가한 후, 그 밀 새싹에 함유된 총 페놀성 화합물의 총량을 나타낸 것이다. 도 14에 있어서, 실험예 5에서와 같이, 도즈량이 약 13.4 kJ/m2s를 넘는 경우, 밀 새싹의 고사가 일어나는 등 제2 광에 대한 피해가 발생한 상황이므로, 도즈량이 약 13.4 kJ/m2s를 넘는 경우를 배제하고 약 13.4 kJ/m2s 이하의 경우에만 나타내었다.
도 14를 참고하면, 제2 광의 하루 동안의 누적 조사량이 약 2.02kJ/m2 이하일 경우, 밀 새싹 내의 페놀성 화합물의 양이 실질적으로 증가하지 않음을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 제2 광을 조사하지 않은 밀 새싹 내 페놀성 화합물의 양과 제2 광을 하루 동안 약 2.02kJ/m2만큼 조사한 밀 새싹 내 페놀성 화합물의 양이 모두 약 13mg/g DW 내외인 것을 확인할 수 있었다.
밀 새싹에 대한 제2 광의 하루 동안의 누적 조사량이 13.4 kJ/m2를 초과하는 경우, 밀 새싹 내 페놀성 화합물의 양이 오히려 감소할 수 있음을 알 수 있었다. 구체적으로, 밀 새싹에 제2 광을 하루 동안 약 13.4 kJ/m2만큼 조사한 경우, 밀 새싹 내 페놀성 화합물의 양은 약 14mg/g DW 내외인 것을 확인할 수 있었다. 이는 밀 새싹에 제2 광을 하루 동안 약 4.03kJ/m2만큼 조사하거나, 약 8.06 kJ/m2만큼 조사한 경우, 밀 새싹 내 제공되는 페놀성 화합물의 양에 비해 적은 수치이다.
상술한 경향은 UV 조사에 의하여 밀 새싹 내 2차 대사산물의 양이 증가하기 위해서는 UV 누적 조사량이 임계치 이상이어야 함을 시사한다. 또한, UV 누적 조사량이 증가할수록 새싹에 UV에 의한 피해가 가해지므로, UV 누적 조사량이 일정 수준 이상일 경우 페놀성 화합물을 비롯한 새싹 내 유용 물질이 UV에 의해 파괴될 수 있음을 시사한다.
따라서, 밀 새싹 내 페놀성 화합물의 총량을 높이기 위해서는 하루 동안의 제2 광 누적 조사량을 약 4.03 kJ/m2 내지 약 13.4 kJ/m2 사이로 설정하는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 파장 대역의 제1 광을 출사하는 제1 광원; 및
    상기 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고,
    상기 제2 파장 대역은 자외선 파장 대역을 포함하고,
    상기 제1 광원이 상기 제1 광을 출사하는 동안 상기 제2 광원은 상기 제1 광원과 독립적으로 구동되어 상기 제2 광 출사 여부를 결정하는, 식물 재배 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원은 명조건에서 상기 제1 광을 출사하도록 턴-온되고, 암조건에서 턴-오프되는, 식물 재배 광원.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 광원은 상기 명조건에서 상기 제2 광을 출사하도록 턴-온되거나 상기 제2 광을 출사하지 않도록 턴-오프되는, 식물 재배 광원.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 명조건과 상기 암조건은 하루 단위로 반복되는, 식물 재배 광원.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 명조건과 상기 암조건의 비는 1:1 내지 2:1인, 식물 재배 광원.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 대역은 가시광선 파장 대역을 포함하는, 식물 재배 광원.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파장 대역은 약 250nm 내지 약 380nm 파장 대역을 포함하는, 식물 재배 광원.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 광은 약 270nm 내지 약 300nm에서 피크 파장을 갖는, 식물 재배 광원.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광원은 상기 제2 광의 도즈량이 약 1 kJ/m2s 이상 약 14 kJ/m2s이하가 되도록 턴-온 또는 턴-오프되는, 식물 재배 광원.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원은 약 440nm 내지 약 495nm 파장 대역과 약 620nm 내지 약 750nm 파장 대역에서 상대적으로 높은 빛의 세기를 갖는 상기 제1 광을 출사하는, 식물 재배 광원.
  11. 가시 광선 및 자외선 파장 대역의 광을 출사하는 광원부;
    식물이 제공되며 상기 광원부가 그 내부에 장착된 하우징; 및
    상기 광원부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 광원부는
    제1 파장 대역의 제1 광을 출사하는 제1 광원; 및
    상기 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 제2 광을 출사하는 제2 광원을 포함하고,
    상기 제2 파장 대역은 자외선 파장 대역을 포함하고,
    상기 제어부는 명조건에서 상기 제1 광원이 턴-온되고, 암조건에서 상기 제1 광원이 턴-오프도록 제어하고,
    상기 제어부는 상기 명조건에서 상기 제2 광원이 상기 제1 광원과 독립적으로 턴-온 또는 턴-오프되도록 제어하는, 식물 재배 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 파장 대역은 가시광선 파장 대역을 포함하는, 식물 재배 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 암조건과 상기 명조건이 하루 단위로 반복되도록 제어하는 식물 재배 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 광은 약 270nm 내지 약 300nm에서 피크 파장을 갖는 식물 재배 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 광의 도즈량을 약 1 kJ/m2s 이상 약 14 kJ/m2s이하로 제어하는 식물 재배 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 식물이 배치되어 재배되는 공간을 제공하는 상기 하우징을 더 포함하며, 제1 광원 및 제2 광원은 상기 하우징의 내면에 제공되는 식물 재배 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하우징은 서로 체결되어 개폐 가능한 하부 케이스와 상부 케이스를 포함하며, 상기 제1 및 제2 광원은 상기 상부 케이스의 내면에 제공되는 식물 재배 장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 명조건과 상기 암조건의 비는 1:1 내지 2:1인, 식물 재배 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 광원이 상기 식물의 수확 전 제3 시간 동안 상기 식물에 빛을 조사하도록 상기 제2 광원을 제어하는, 식물 재배 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 식물은 콩과(Fabaceae Family) 또는 벼과(Poaceae Family) 식물인, 식물 재배 장치.
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