KR20220019445A

KR20220019445A - 질석 및 패각을 포함하는 미네랄 이온수 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20220019445A
Application number: KR1020200099863A
Authority: KR
Inventors: 이광연
Original assignee: 이광연
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2022-02-17

Abstract

본 발명은 가축 및 양식어류의 성장 촉진, 영양분 공급 및 면역 증강의 효과를 갖고, 또한 분변의 냄새를 제거할 수 있는 미네랄 이온수를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또한, 식물의 성장 촉진, 영양분 공급, 산성 토양 개선의 효과를 갖는 미네랄 이온수를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 패각을 세척하여 건조하는 단계; 상기 건조된 패각을 0.1~1cm의 입경으로 파쇄하며, 100~130℃의 온도로 10~20분간 멸균하는 단계; 상기 멸균된 패각 분쇄물을 900~1100℃의 온도에서 12~24시간 동안 소성시키는 단계; 상기 소성된 패각 분쇄물에 황산, 질석 분말, 몰리브덴소다, 규산소다, 키토산, 붕산 및 황토를 첨가하여 교반하는 제1 교반 단계; 및 상기 제1 교반된 혼합물에, 다시마와 미역을 우려낸 물 및 쌀눈을 발효한 가수분해효소를 첨가하여 교반하는 제2 교반 단계;를 포함하며, pH가 8.0~13.0의 범위에 있는 미네랄 이온수의 제조방법을 제공한다.

Description

질석 및 패각을 포함하는 미네랄 이온수 및 그 제조방법{MINERAL IONIZED WATER COMPRISING VERMICUILITE AND SHELL, AND THE METHOD OF PRODUCING THEREOF}

본 발명은 질석 및 패각을 포함하는 미네랄 이온수 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가축용 사료, 작물용 비료, 수산양식용 사료에 첨가될 수 있는 질석 및 패각을 포함하는 미네랄 이온수 및 그 제조방법에 관한 것이다.

농업, 축산업, 수산업 등 1차 산업의 시장규모는 약 52조원에 달하는 등, 꾸준히 증가 추세에 이르고 있다. 그러나, 1차 산업의 특성상 사료, 비료, 설비 등의 비용이 많이 소모되어, 농가의 소득은 통계청 추산 약 4천만원에 불과하므로, 비용을 절약하고, 효율적으로 작물, 가축 등을 생산하여 경제성을 도모해야 한다.

효율적인 생산을 위해, 가축용 사료, 작물용 비료, 수산양식용 사료 등에 첨가할 수 있는 다양한 미네랄 첨가제의 개발이 진행되고 있다.

미네랄이란 무기질영양물질인 광물질을 말하는 것으로, 비타민과 함께 신진대사를 촉진, 또는 억제하는 필수물질이다. 미네랄이 생명현상에 작용하는 역할은 매우 크다는 것이 이미 알려져 있다. 이러한 미네랄은 크게, 다량 원소와 미량 원소로 나눌 수 있는데, 다량원소는 칼슘, 인, 칼륨, 황, 나트륨, 염소, 마그네슘 등이며, 미량원소는 상대적으로 다량원소에 비해 적게 존재하는 것으로 철, 망간, 구리, 요오드, 아연, 몰리브덴, 불소, 크롬, 비소 등이다.

이와 관련된 미네랄 첨가제와 관련하여, 등록특허 제10-1150583호에는 오산화바나듐을 포함한 무기 바나듐 화합물과 아미노산 또는 유기산을 반응시켜 킬레이션에 의해 유기 바나듐 화합물을 제조함으로써 당뇨병 치료 등에 효능이 있는 것으로 알려진 농도 이상의 유기 바나듐화합물을 함유하는 바나듐수를 얻을 수 있고, 이를 이용하여 각종 음료수 및 가공식품을 생산할 수 있으며, 액체비료 등에 활용하여 양액재배 및 노지재배 등을 수행할 수 있는 킬레이트 공법을 이용한 무기 바나듐화합물의 유기 바나듐화 제조방법이 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제10-1734353호에는 각종 패각류를 처리하여 얻어지는 천연 미네랄 이온 칼슘수를, 식품첨가제, 토양 개량제 등 다양한 용도로 사용하는 것이 개시되어 있다.

등록특허 제10-1150583호 등록특허 제10-1734353호

본 발명은 가축 및 양식어류의 성장 촉진, 영양분 공급 및 면역 증강의 효과를 갖고, 또한 분변의 냄새를 제거할 수 있는 미네랄 이온수를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 식물의 성장 촉진, 영양분 공급, 산성 토양 개선의 효과를 갖는 미네랄 이온수를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 패각을 세척하여 건조하는 단계; 상기 건조된 패각을 0.1~1cm의 입경으로 파쇄하며, 100~130℃의 온도로 10~20분간 멸균하는 단계; 상기 멸균된 패각 분쇄물을 900~1100℃의 온도에서 12~24시간 동안 소성시키는 단계; 상기 소성된 패각 분쇄물에 황산, 질석 분말, 규산소다, 키토산, 붕산, 몰리브덴소다 및 황토를 첨가하여 교반하는 제1 교반 단계; 및 상기 제1 교반된 혼합물에, 다시마와 미역을 우려낸 물 및 쌀눈을 발효한 가수분해효소를 첨가하여 교반하는 제2 교반 단계;를 포함하며, pH가 8.0~13.0의 범위에 있는 미네랄 이온수의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 가축 및 양식어류의 성장 촉진, 영양분 공급 및 면역 증강의 효과를 갖고, 또한 분변의 냄새를 제거할 수 있는 미네랄 이온수를 제공할 수 있다.

본 발명은 또한, 식물의 성장 촉진, 영양분 공급, 산성 토양 개선의 효과를 갖는 미네랄 이온수를 제공할 수 있다.

이하에서는, 각 단계별로 자세히 설명한다.

패각을 세척하여 건조하는 단계

패각에는 식물 및 가축의 성장에 필요한 칼슘, 망간, 아연 등 각종 무기 물질이 풍부하다. 버려지는 패각을 재활용함으로써, 환경 문제를 해결할 수 있다.

패각의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 굴, 바지락, 전복, 우렁이, 소라, 꼬막 등 기타 조개류를 들 수 있다.

패각류는 표면에 각질층이 존재하며 다양한 이물질이 존재하는데, 이러한 이물질들은 소성 과정에서 제거되지 않을 수 있다. 따라서, 패각류의 표면에 잔류하는 각질층 및 각종 이물질을 먼저 제거하는 공정을 거친다.

패각을 컨베이어를 통해 이동시키면서 고압의 물을 분사하는 방식으로 패각을 세척한다. 필요에 따라, 산 처리를 행할 수 있다. 산 처리는 산성 용액에 침지하여 교반시키는 것으로, 염산이나 질산 등의 수용액을 사용할 수 있다.

건조는 세척된 패각을 상온에 방치하여 자연스럽게 건조시키거나, 열풍기를 이용하여 신속하게 건조시킬 수 있다. 열풍기를 이용하는 경우, 80~100℃의 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.

건조된 패각을 0.1~1cm의 입경으로 파쇄하며, 100~130℃의 온도로 10~20분간 멸균하는 단계

건조된 패각을 파쇄하여 분말화한다. 패각의 파쇄 입도는 0.1~1cm의 입경이 바람직하다. 파쇄는 분쇄기를 통해 수행될 수 있고, 분쇄 방식은 해머밀, 볼밀, 디스크밀, 버밀 등을 이용할 수 있고, 특별히 이에 한정되지는 않는다.

파쇄된 패각을 멸균한다. 멸균은 100~130℃의 온도로 10~20분간 수행하는 것이 바람직하다.

멸균된 패각 분쇄물을 소성시키는 단계

멸균된 패각 분쇄물을 900~1100℃의 온도에서 12~24시간 동안 소성시킨다.

이때, 패각은 소성로에서 열원에 의하여 패각의 주성분인 탄산칼슘에서 산화칼슘으로 변화하게 된다. 이와 같이 소성시키면 칼슘 등 미네랄 성분들이 이온화되어 가축 등에 급여시 체내흡수율이 증가할 수 있다. 소성은 전기로에서 수행될 수 있다.

제1 교반 단계

제1 교반 단계에서는, 상기 소성된 패각 분쇄물에 황산, 질석 분말, 규산소다, 키토산, 붕산, 몰리브덴소다 및 황토를 첨가하여 교반한다.

상기 각 성분의 첨가 비율은, 패각 분쇄물 100중량부에 대해, 황산 10~20중량부, 질석 분말 20~30중량부, 규산소다 5~10중량부, 키토산 3~5중량부, 붕산 5~10중량부, 몰리브덴소다 0.1~0.5중량부 및 황토 1~3중량부를 첨가하여 교반한다.

황산은 황의 공급원으로서 작용한다. 황은 특히, 식물에 필요한 다량원소 중 하나이다.

질석(vermiculite)은 이산화규소(SiO₂), 산화마그네슘(MgO), 산화알루미늄(Al₂O₃)를 포함하는 실리카 염족광물로서 자연계에서 운모로 존재한다. 약 750~1200℃의 고온에서 급가열시키면 함유된 휘발 성분이 가스화하여 연화된 입자의 내부에서 팽창하면서 기공을 형성시켜, 큰 표면적을 갖게 됨은 물론 탁월한 흡수 및 흡착력이 있어 냄새를 제거하는 성질이 있으며, 마그네슘, 알루미나 칼슘 등의 미네랄 성분을 함유하고 있어, 가축에게 급여시 각종 질병을 사전에 예방할 수 있어 생육성장에 도움이 되고, 가축에게 급여시 흡수 및 흡착작용으로 소화촉진이 이루어져 배설시 냄새 및 독성이 제거되어 환경오염을 사전에 예방할 수 있는 효과가 있다. 질석 분말은, 질석을 고온에서 가열시켜 팽창시킨 후, 분쇄기를 통해 분말화하여 제조한다.

규산소다(Na₂SiO₃)는 뿌리에서 흡수되어 식물체내로 상승하며, 잎면에서의 증발에 따라 규소는 표피세포막 중에 침적하여 규질화세포로 되어 식물체를 강인하게 한다. 이 때문에 식물체에 붙었던 도열병균을 비롯하여 여러 병균은 식물체의 내부로 쉽게 침입치 못하고, 침입하더라도 성장이 억제되어 병반은 커지지 못한다. 또한, 규산은 냉해에 대한 저항성 증가, 이로 인한 시비효율 증진, 토양 비옥도 증진 및 병충해 경감 등의 작용으로 인해 생산비를 절감하는 효과가 있다.

키토산은 게, 새우 등의 갑각류 껍데기에 있는 키틴을 탈아세틸화하여 얻어낸 물질로서, 작물의 생산량을 증대시키고, 우수한 항균 활성을 나타내 작물의 내병성을 증진시키는 역할을 한다. 사용될 수 있는 키토산의 예로는 수용성 키토산 또는 이들의 유도체를 들 수 있으며, 구체적으로 키토산 유도체로서 카르복시메틸 키토산(carboxymethyl chitosan) 또는 설페이티드 키토산(sulfated chitosan), 바람직하게는 카르복시메틸 키토산이 이용될 수 있다. 상기 카르복시메틸 키토산은 시판되는 것을 사용하거나, 키토산에 카르복시메틸기를 도입시켜 제조될 수 있으며, 예를 들면, Muzzaarelli (Muzzaarelli R. A. A., Int. J. Biol. Macromol. 16(4), 177, 1994)의 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 키토산은 수용액 상태로 이용하는 것이 바람직하다. 특히 카르복시메틸 키토산은 키토산에 수용성 작용기인 카르복시메틸기가 도입된 상태이므로 일반 키토산과는 달리 넓은 pH 영역에서 물에 용해시킬 수 있는 특징이 있다. 이러한 카르복시메틸 키토산은 중성 수용액 상태로 제조하여 이용하는 것이 바람직하다. 카르복시메틸 키토산은 키토산의 응집 특성을 최소화할 수 있어 염기성 물질과의 혼합 시에도 응집을 완화시킬 수 있다. 이에 따라 강염기 성분인 규산과 혼합 시 응집률을 저하시킬 수 있게 된다.

몰리브덴소다는 몰리브덴 공급원으로서 사용된다. 몰리브덴은 식물의 필수 미량 원소 중 하나로서, 몰리브덴 결핍시 잎의 백화현상이 나타나며, 가축의 생체 내에서는 크산틴옥시다아제, 알데히드옥시다아제 등의 효소에 포함된다.

붕산은 붕소 공급원으로서 사용된다. 붕소는 소화를 도와주며, 배설물을 소독하는 역할을 한다. 또한, 붕소는 식물의 작물의 광합성에 따라 잎에 저장된 당분과 녹말의 이동을 촉진하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 세포벽 합성, 세포의 리그닌화, 세포벽 구조 형성, 탄수화물 대사작용, RNA 대사작용, 호흡작용, 페놀 화합물 대사작용 등 식물의 필수적인 생장 및 활동에 관여한다.

황토는 주로 가는 모래로 되어 있으며, 다량의 탄산칼슘(CaCO₃)을 가지고 있다. 황토는 열 또는 자연광에 의해 인체에 유익한 원적외선을 방출하며, 습할 때 수분을 흡수하고, 건조할 때 수분을 방출하여 습도조절기능이 우수할 뿐만 아니라, 여러 가지의 유익한 성분이 함유되어 냄새와 노폐물을 제거할 수 있다. 황토를 가축에 급여했을 때, 기침 해소, 장내 유익한 균체, 가스 및 과잉 수분의 흡착과 설사 예방 등의 효과가 있으며, 사료효율과 증체량이 개선될 수 있다.

제2 교반 단계

제2 교반 단계에 있어서는, 상기 제1 교반된 혼합물에, 다시마와 미역을 우려낸 물 및 쌀눈을 발효한 가수분해효소를 첨가하여 교반한다.

다시마와 미역을 우려낸 물은, 건조 다시마 및 건조 미역의 합계 중량 대비 5~10배의 물을 혼합하고, 0~120℃의 온도로 8~10시간 가열하여 준비한다. 끓인 후 다시마와 미역을 제거하여 다시마와 미역을 우려낸 물을 제조한다.

상기 쌀눈을 발효한 가수분해효소는, 쌀눈 및 유산균 발효유를 혼합하여 제조한다.

다시마에는 카로틴류·크산토필류·엽록소 등의 여러 가지 색소 외에 탄소동화작용으로 만들어지는 마니트·라미나린 등의 탄수화물과 세포벽의 성분인 알긴산이 많이 포함되어 있고, 이외에도 요오드·비타민 B2·글루탐산 등의 아미노산이 함유되어 있다.

미역에는 식이섬유와 칼륨, 칼슘, 요오드 등의 미네랄 성분이 풍부하게 포함되어 있으므로, 무기염류의 공급원으로서 기능한다.

쌀눈을 발효한 가수분해효소는, 칼슘과 같은 알칼리성 원소를 수산화칼슘이 되도록 하여 제조되는 미네랄 이온수가 염기성을 갖도록 하게 된다.

미네랄 이온수의 pH는 8.0~13.0이 바람직하다. 상기 범위의 하한값 미만이면, 산성 토양을 중성화하는데 어려움이 있다.

이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 이에 제한되어 해석되서는 안된다.

실시예

패각을 20m/min의 속도로 컨베이어를 통해 이동시키면서 고압의 물을 분사하여 세척했다. 이어서 패각을 염산 용액에 넣고 약 5시간 동안 침지하여 교반시킨 후 물로 세척했다. 이어서, 세척된 패각을 상온에서 24시간 동안 방치하여 건조시킨다. 건조된 패각을 볼밀 장치를 이용하여 0.1~1cm의 입경으로 파쇄하여 분말화한다. 파쇄된 패각을 120℃의 온도에서 20분간 멸균처리하였다. 멸균된 패각 분쇄물을 전기로에서 1000℃의 온도로 12시간 동안 소성시켰다. 그리고, 상기 소성된 패각 분쇄물 100중량부에 대해, 황산 20중량부, 질석 분말 30중량부, 규산소다 5중량부, 키토산 5중량부, 붕산 5중량부, 몰리브덴소다 0.3중량부 및 황토 3중량부를 첨가하여 제1 교반했다.

한편, 건조 다시마 25중량부, 건조 미역 25중량부 및 물 400중량부를 혼합하여, 100℃의 온도로 10시간 가열한다. 가열후 다시마와 미역을 제거하여, 다시마와 미역을 우려낸 물을 제조한다. 또한, 쌀눈 100중량부에 대해 유산균 발효유 50중량부를 첨가하여 혼합한 후, 24시간 동안 상온에서 방치하여 쌀눈을 발효한 가수분해효소를 제조한다.

상기 제1 교반된 혼합물에, 미리 제조한 다시마와 미역을 우려낸 물 및 쌀눈을 발효한 가수분해효소를 첨가하여 교반한다. 교반하여 형성된 미네랄 이온수의 pH는 9.0이 되도록 제1 교반된 혼합물과, 다시마와 미역을 우려낸 물과, 쌀눈을 발효한 가수분해효소의 혼합비를 조절한다.

시험예

시험예 1. 닭 및 오리의 산란율

상기 실시예에서 제조된 미네랄 이온수를 급여한 닭 및 오리의 산란율과 미네랄 이온수를 급여하지 않은 닭 및 오리의 산란율을 비교하여 다음 표 1에 나타낸다.

충남 예산군 소재 농가에서, 상기 미네랄 이온수를 급여한 닭 100마리 및 오리 100마리와, 급여하지 않은 닭 100마리 및 오리 100마리를 이용하여, 60일간 관찰하였다. 미네랄 이온수 급여 차이에 의한 평가의 정확성을 높이기 위해, 첫 30일은 산란율을 측정하지 않았고, 60일 중 두번째 30일 동안 아침마다 생산된 알의 개수를 파악하여 산란율(알의 개수/개체수)을 계산하고, 30일간의 평균 산란율을 측정하였다. 닭은 로만라이트 갈색산란계, 오리는 카키 켐벨 오리를 이용하였다.

미네랄 이온수를 급여한 닭 100마리를 시험예 1-1, 미네랄 이온수를 급여한 오리 100마리를 시험예 1-2, 미네랄 이온수를 급여하지 않은 닭 100마리를 비교예 1-1, 미네랄 이온수를 급여하지 않은 오리 100마리를 비교예 1-2로 한다.

시험예 2. 가축 분변 냄새 제거

상기 실시예에서 제조된 미네랄 이온수에 의한 가축 분변 냄새 제거를 평가하였다. 충남 예산군 소재 하나농장에서, 상기 미네랄 이온수를 돼지 사료에 1kg 당 0.1kg의 양으로 첨가하여 돼지에게 급여하였다. 미네랄 이온수를 급여한 돼지 30마리(실시예 2)와 미네랄 이온수를 급여하지 않은 돼지 30마리(비교예 2)를 90일 동안 관찰하고, 평가의 정확성을 위해, 첫 30일은 냄새를 평가하지 않고, 90일 중 나머지 60일 동안의 냄새를 평가하였다. 가축 분변의 냄새의 원인은 암모니아(NH₂) 및 황화수소(H₂S)로 알려져 있어, 암모니아 및 황화수소의 농도를 측정하였다. 측정한 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

시험예 3. 가축 성장 속도 증가

상기 실시예에서 제조된 미네랄 이온수에 의한 가축의 성장 속도 증가 효과를 확인하기 위해, 돼지의 성장 속도 증가를 평가하였다. 충남 예산군 소재 하나농장에서, 상기 미네랄 이온수를 급여한 돼지 100마리(실시예 3)와 급여하지 않은 돼지 100마리(비교예 3)를 이용하여 관찰하였다. 태어난지 3~4주 정도 지난 젖을 뗀 체중 6~7kg의 새끼 돼지를 115kg까지 사육한 후 출하하고 있는 바, 새끼 돼지를 115kg까지 사육하는데 걸리는 일수를 측정하였다.

115kg 출하 기준으로, 사육일이 175일에서 165일로 10일로 약 6퍼센트 단축되었다. 따라서, 미네랄 이온수 공급에 의해 성장 속도가 약 6퍼센트 증가할 뿐만 아니라, 사육일수가 감소한 만큼 약 6퍼센트의 사료를 절감하는 효과를 얻을 수 있었다.

시험예 4. 고추 생산 증가 시험

상기 실시예에서 제조된 미네랄 이온수에 의한 작물 생산량 증가 효과를 확인하기 위해, 고추를 이용하여 수확량 및 성장을 확인하였다. 충남 예산군 소재 농가에서, 고추를 정식하기 전에 1회, 정식 후 15일에 한번씩, 상기 미네랄 이온수를 물과 1:700의 부피 비율로 희석한 혼합액을 고추 1주 당 1리터의 양으로 관수하여, 30주를 재배한 후, 1주당 수확한 고추의 평균 중량, 평균 길이를 측정하였다. 미네랄 이온수를 관수한 고추 30주를 실시예 4, 미네랄 이온수를 관수하지 않은 고추 30주를 비교예 4로 한다.

Claims

패각을 세척하여 건조하는 단계;
상기 건조된 패각을 0.1~1cm의 입경으로 파쇄하며, 100~130℃의 온도로 10~20분간 멸균하는 단계;
상기 멸균된 패각 분쇄물을 900~1100℃의 온도에서 12~24시간 동안 소성시키는 단계;
상기 소성된 패각 분쇄물에 황산, 질석 분말, 규산소다, 키토산, 붕산, 몰리브덴소다 및 황토를 첨가하여 교반하는 제1 교반 단계; 및
상기 제1 교반된 혼합물에, 다시마와 미역을 우려낸 물 및 쌀눈을 발효한 가수분해효소를 첨가하여 교반하는 제2 교반 단계;를 포함하며,
pH가 8.0~13.0의 범위에 있는 미네랄 이온수의 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 패각은 굴, 바지락, 전복, 우렁이, 소라 및 꼬막으로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 1종 이상의 패각인 미네랄 이온수의 제조방법.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 교반 단계에 있어서,
상기 패각 분쇄물 100중량부에 대해, 황산 10~20중량부, 질석 분말 20~30중량부, 규산소다 5~10중량부, 키토산 3~5중량부, 붕산 5~10중량부, 몰리브덴소다 0.1~0.5중량부 및 황토 1~3중량부를 첨가하는 미네랄 이온수의 제조방법.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 교반 단계에 있어서,
상기 다시마와 미역을 우려낸 물은, 건조 다시마 25중량부, 건조 미역 25중량부 및 물 400중량부를 혼합하고, 80~120℃의 온도로 8~10시간 가열하여 제조하고,
상기 쌀눈을 발효한 가수분해효소는, 쌀눈 100중량부에 유산균 발효유 50중량부를 혼합하여 제조하는 미네랄 이온수의 제조방법.
제 4 항에 있어서,
상기 미네랄 이온수의 제조방법에 의해 제조되는 미네랄 이온수.