본 발명은 미생물을 이용하여 처리하는 음식물 쓰레기에서 추출된 미생물 중 우점종 미생물을 선별하는 단계; 상기 선별된 미생물을 배양하여 원균을 준비하는 단계; 미강 100중량부에 흑설탕 5～15중량부 및 분유 0.5～5중량부를 혼합하여 배지를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 배지 100중량부에 상기 배양된 원균을 액상형태로 0.7～1.3중량부를 첨가하여 배양조에서 교반하면서 10～72시간 배양하는 배양단계를 포함하는 음식물쓰레기 분해용 미생물의 배양방법 및 상기 방법으로
배양된 미생물제제를 제공한다. 음식물 쓰레기 분해용 미생물의 배양방법{Method for cultivating a microorganisms of dissolving food waste} 본 발명은 음식물 쓰레기 분해용 미생물의 배양방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미생물을 이용하여 음식물 쓰레기 처리장치에 음식물 쓰레기를 빠르게 분해할 수 있는 음식물 쓰레기 분해용 미생물의 배양방법에 관한 것이다. 일반적으로 음식점이나 가정에서 발생되는 음식물 쓰레기의 양은 전체 생활쓰레기의 25～35% 수준으로 상당량을 차지하고 있으며, 이러한 음식물 쓰레기는 대부분 수분을 과량으로 함유하고 있어 처리하는데 있어 다른 쓰레기의 처리에 비해 상당한 비용과 어려움이 야기될 뿐만 아니라, 음식물 쓰레기의 유기물이 분해될 때 악취가 심하게 발생하고 여러 가지 병원균 또한 자생하여 위생에 악영향을 끼치고 있다. 이에 따라 음식물 쓰레기를 가축의 사료 또는 비료로 사용할 수 있도록 재가공 처리하는 방법이 있으나, 음식물 쓰레기에는 많은 염분을 함유하고 있어서 이를 제거하기 위한 시설을 필요로 하며, 또한 쓰레기를 발효시키는 과정에서 미생물이 단백질 등을 분해 및 흡수하기 때문에 음식물 쓰레기로 만든 비료나 사료는 영양이 부족할 수밖에 없었다. 기존의 음식물 쓰레기 처리방법으로는 음식물 쓰레기를 땅속에 매립하는
방법이나 소각하는 방법이 주로 이용되었으나, 음식물 쓰레기를 매립할 경우에는 많은 양의 침출수가 발생되어 주위환경은 물론 지하수를 오염시키는 문제점과, 매립장을 확보하는데 어려움이 있다는 단점이 있고, 음식물 쓰레기를 소각할 경우에는 음식물 쓰레기가 수분을 함유하고 있어 소각할 시 많은 에너지를 필요로 하여 경비가 많이 소요되며 방향성 화학물질을 혼합할 경우 다이옥신과 같은 유독물질이 발생하여 인체와 환경에 악영향을 끼친다는 문제점이 있다. 최근에는 음식물 쓰레기를 고온처리하여 건조하는 건조식 음식물 쓰레기 처리장치나 미생물을 이용한 음식물 쓰레기 처리장치가 개발되었다. 상기 고온처리를 통한 건조식 음식물 쓰레기 처리장치는 음식물 쓰레기에 포함된 수분을 제거하여 음식물 쓰레기의 부피, 중량을 감소시켜 음식물 쓰레기를 처리하는 것으로 건조된 음식물 쓰레기의 재처리의 문제가 있으며, 처리과정 중에 장시간 고온상태를 유지해야하기 때문에 에너지 소비가 큰 문제점이 있다. 상기 미생물을 이용한 음식물 쓰레기 처리장치는 호기성 미생물, 혐기성 미생물 중 음식물 쓰레기를 발효분해하는 미생물을 사용하여 음식물 쓰레기를 분해하여 처리하는 장치로 음식물 쓰레기를 분해하는 시간이 장시간을 요하는 문제가 있으나, 상기 미생물을 이용한 음식물 쓰레기 처리장치는 미생물을 이용하여 음식물 쓰레기를 발효분해하여 소멸시키는 방식으로 음식물 쓰레기를 처리하는 과정 중에 필연적으로 다량의 배양된 미생물을 사용하게 되는데 주로 사용되는 미생물로는 호기성 미생물, 혐기성 미생물 중 음식물 쓰레기를 분해하는 효소를 내는 미생물을 주로 사용하게 된다. 이들 미생물이 배출하는 분해효소로는 단백질 분해효소, 지방분해효소, 탄수화물 분해효소, 셀룰로오스 분해효소 등을 들 수가 있다. 이와 관련된 선행특허로는 특허 문헌 1 내지 3 등이 있다. 그러나, 상기와 같은 미생물을 이용한 음식물 쓰레기 처리장치는 장시간 사용을 하지 않은 상태에서 재사용할 경우 또는
계속 사용을 하더라도 주기적으로 미생물을 투입하여야 제 성능을 발휘할 수 있다. 이와 같이 미생물을 배양하기 위해서는 여러 가지 제약 조건들이 필요하고 너무 많은 설비와 비용이 소요되어 미생물 배양이 어려운 문제점이 있었다. 특허문헌 1: 한국 특허출원 제2004-019327호 특허문헌 2: 한국 등록특허 제227,456호 특허문헌 3: 한국 특허출원 제1997-051775호 이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 음식물 쓰레기에서 추출된 미생물 중 우점종 미생물을 추출하여 이를 고농도로 배양하고, 이렇게 배양한 미생물 제제를 음식물 쓰레기의 분해 초기 단계에 투입함으로써 음식물 쓰레기를 빠르게 분해시킬 수 있었고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 음식물 쓰레기를 거의 악취없이
빠르게 분해시킬 수 있는 음식물 쓰레기 분해용 미생물의 배양방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 배양된 음식물 쓰레기 분해용 미생물제제를 제공하는 데 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음식물 쓰레기 분해용 미생물의 배양방법은 미생물을 이용하여 처리하는 음식물 쓰레기에서 추출된 미생물 중 우점종 미생물을 선별하는 단계; 상기 선별된 미생물을 배양하여 원균을 준비하는 단계; 미강(米糠) 100중량부에 흑설탕 5～15중량부 및 분유 0.5～5중량부를 혼합하여 배지를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 배지 100중량부에 상기 배양된 원균을 액상형태로 0.7～1.3중량부를 첨가하여 배양조에서 교반하면서 10～72시간 배양하는 배양단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 방법은 상기 배지 제조단계에서 상기 배지에 맥반석 가루 또는 세라믹 분말
0.7～1.3중량부 및 황토 0.7～1.3중량부를 첨가시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법에 있어서, 상기 배양단계에서 배양조 내부는 습도 40～60%, 온도는 40～50℃, 교반주기는 1시간에 정회전 1～10분, 역회전 1～10분, 및 휴지 40～58분의 배양조건으로 배양하는 것을 특징으로 한다. 상기 방법에 있어서, 상기 배양조에 산소발생기를 장착하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 음식물쓰레기 분해용 미생물의 배양방법에 있어서, 상기 방법은 상기 배양단계 후 40～50℃에서 20～28시간 건조시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 음식물 쓰레기 분해용 미생물제제는 상기 배양방법으로 배양된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 음식물쓰레기 분해용 미생물의 배양방법으로 배양된 미생물은 음식물 쓰레기에서 추출된 미생물을 원균으로 사용하여 배양함으로써 음식물 쓰레기의 분해율이 뛰어나고, 악취를 저감시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 음식물쓰레기 분해용 미생물의 배양방법은 원균 추출이 쉽고 특별한 장비가 필요 없이 누구나 손쉬운 방법으로 미생물을 배양할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 분해용 미생물 및 그의 배양방법을 상세히 설명한다. 본 발명의 음식물쓰레기 분해용 미생물 배양방법은 원균의 선별단계, 원균의 준비단계, 배지의 제조단계, 배양단계로 구성되며, 배양된 미생물의 보관 및 운송을 위하여 건조단계를 추가할 수 있다. 상기 원균의 선별 및 준비단계는 음식물 쓰레기에서 미생물을 추출하고, 추출된 미생물 중 우점종 미생물을 배양하여 원균을 제조하는 단계이다. 먼저, 원균의 선별단계를 살펴보면, 상기 미생물을 이용하여 음식물 쓰레기를 분해하여 처리하는 장치에서, 음식물 쓰레기 분해 효소를 생산하는 미생물은 톱밥 등 수분 조절제와 함께 음식물 쓰레기에 투여되어 분해, 소멸 활동을 하는 과정을 거친다. 초기에는 음식물 쓰레기 분해 활동에 있어서 여러 변화를 겪게 되는데, 혐기화, 염기화, 산성화 등을 거쳐 약 1개월 이상 사용하면 성상의 변화가 거의 일어나지 않고 발효취의 변화도 거의 일어나지 않게 된다. 이때, 음식물 쓰레기에 존재하는 미생물의 상태를 보면, 음식물쓰레기 자체에 기생하는 미생물과 공기 중에서 유입된 미생물, 선택적으로 시판되는 미생물 제제를 투입시켜 얻은 미생물들 중 음식물처리장치와 음식물 쓰레기에 적응되어 우점종 미생물이 주로 점유되어 활동하게 된다. 상기와 같은 상태의 미생물을 한천 배지, 아가 배지와 같은 액상 배지에 배양하여 우점종을 형성하는 원균을 얻는다. 상기 배양된 원균은 주로 바실러스계 미생물과 슈도모나스계, 셀레로모나스계, 스트렙토 모나스계 미생물로 호기성, 호염성, 호산성 미생물이 주로 검출되며, 주요활동조건은 40～50℃의 온도와 40～60%의 습도인 미생물이 대다수를 차지한다. 본 발명에서는 상기의 원균의 준비단계에서 배양된 원균을 신속하고 고농도로 배양할 수 있는 배지를 제공한다. 상기 배지는 미강(米糠) 100중량부에 흑설탕 5～15중량부 및 분유 0.5～5중량부로 구성되며, 이를 혼합하여 배지를 제조한다. 상기 배지의 제조는 미강, 흑설탕, 및 분유를 교반기에 넣고 오존 살균램프, 자외선 살균램프 등을 살균램프를 이용하여 살균 처리를 하여 외부의 미생물이 유입되지 않도록 하여야 한다. 상기 배지에 있어서, 상기 미강은 미생물의 수분조절, 발효열의 비축 등의 역할과 이에 함유된 주요 성분인 단백질, 지방, 섬유소, 탄수화물, 회분, 칼슘, 마그네슘, 인, 피틴산-인, 실리카, 아연, 티아민(B1), 리보플라빈(B2), 나이아신 등의 영양생리에 꼭 필요한 성분을 제공하며, 상기 흑설탕은 비타민 C 및 E, 무기질, 당밀이 50～60% 함유되어 있으며, 구하기 쉽고 값이 싼 장점이 있다. 미생물의 효소에 의해 흑설탕은 포도당과 과당으로 분해되어 분자량이 가장 낮고 활성도가 높은 단당류로 되어 미생물의 증식을 돕는다. 특히, 흑설탕에 포함된 탄수화물과 당밀은 미생물의 생리 활성을 돕는 역할을 하는 목적으로 첨가하며, 그 첨가량이 5중량부 미만이면 충분한 역할을 기대하기 어렵고, 다른 부패균, 혐기성균 등이 증식할 우려가 있으며, 15중량부를 초과하면 흑설탕으로 인하여 삼투압 현상이 일어나 미생물의 증식을 억제한다. 또한, 상기 분유는 분유의 단백질이 발효, 분해되어 아미노산인 트립톤, 필수 아미노산 등이 생성되는데, 이 아미노산은 미생물에 에너지를 공급하는 역할을 하며 단백질이나 포도당 합성에 아주 중요한 역할을 하는 목적으로 첨가되며, 0.5중량부 미만이면 단백질과 포도당 합성을 저해하여 미생물의 충분한 영양분을 공급하기 어려운 단점이 있다. 5중량부를 초과하면 음식물처리에 불필요한 유산균, 초산균 등이 증식하는 단점과 아미노산이 과잉 섭취되어 높은 수준으로 존재하여도 독성이 있어서 미생물의 생장이 지연되는 단점이 있다. 이렇게 미강, 흑설탕 및 분유로 구성된 3 성분을 미생물 배지는 증식에 필수 불가결한 탄소원, 질소원, 무기염류 등이 골고루 포함되어 있고, 충분한 영양과 온도 및 습도 조절 능력, 및 유해 미생물의 번식을 억제하며 초기 투입된 미생물의 증식과 우점종을 유도하여 빠르고 고농도로 배양할 수 있다. 아울러, 상기 배지에는 미생물을 대량 증식시킬 수 있고 미생물의 활성화를 도와 주는 원적외선, 음이온을 발산하는 맥반석 가루나 세라믹 분말, 황토를 더 첨가시킬 수 있다. 상기 맥반석 가루와 세라믹 분말은 미생물의 종류에 따라 선택적으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 맥반석 가루와 세라믹 분말외에도 음이온과 원적외선을 발산하거나 배출하는 기타 암석, 전기석 등을 사용할 수 있을 것이다. 상기 맥반석 가루 또는 세라믹 분말을 배지에 더 혼합 시에는 미강(米糠) 100중량부에 대해 0.7～1.3중량부를 더 첨가하는 것이 바람직하며, 황토를 더 혼합할 경우에도 0.7～1.3중량부를 혼합하는 것이 바람직할 것이다. 상기 배양단계는 상기 제조된 배지에 원균을 첨가하여 미생물을 배양하는 단계로 배지 100중량부에 배양된 원균을 액상형태로 0.7～1.3중량부를 첨가하여 배양조에서 교반하면서 10～72시간 배양한다. 상기 원균의 첨가량이 0.7중량부 미만이면 첨가량이 너무 적어 배양속도가 느리고, 1.3중량부를 초과하여 과량을 첨가하여도, 최종 배양 미생물의 량이 증가하거나 배양시간의 단축 등의 효율성이 첨가한 원균의 량의 영향을 받지 않는 경향이 있다. 상기 배양단계에서 배양조 내부는 미생물이 가장 활발하게 활동할 수 있도록 습도 40～60%, 온도 40～50℃를 유지시키며 배양하는 바람직하다. 또한, 상기 습도유지는 외부의 다른 미생물이 유입되는 것을 방지하기 위해 증류수를 사용하는 것이 바람직할 것이다. 상기 배양조는 주기적으로 교반하여 배지안에서 원균이 활발하게 배양될 수 있는 환경을 조성하여야 한다. 상기 교반의 교반주기는 1시간에 정회전 1～10분, 역회전 1～10분, 휴지 40～58분으로 배양시간동안 반복적으로 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 배양조에 산소발생기를 장착하여 호기성 미생물들의 배양을 최대한 유도하여 배양시간을 단축할 수 있다. 상기와 같은 배양방법으로 배양된 본 발명에 따른 음식물쓰레기 분해용 미생물을 음식물 쓰레기 처리장치에 투입하여 사용할 수 있으나, 배양된 미생물을 운반하거나 장시간 보관하기 위해 배양단계 후 건조단계를 더 실시할 수 있다. 상기 건조단계는 배양단계 후 추가적인 수분공급없이 40～50℃에서 20～28시간 건조한다. 상기의 본 발명에 따른 음식물쓰레기 분해용 미생물 배양방법으로 배양된 미생물은 음식물 쓰레기 분해율이 뛰어나 음식물 쓰레기 처리시간을 절감시키고, 악취를 저감시키는 효과가 뛰어나다. 이하 실시 예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다. 실시 예 1 균주 분리 및 동정 1. 균주의 분리 미생물의 분리는 음식물 쓰레기를 1일 오전 및 오후 2회 뒤집어주면서 1개월동안 자연 분해시켰다. 이로부터 얻은 미생물 시료를 생리식염수 (0.8% saline) 상에서 분쇄기로 3～5분 동안 현탁한 후, 상등 액을 생리식염수에서 10-5～10-9으로 희석하고, 각각을 영양한천배지에 도말하여 30℃～37℃에서 배양하면서 생장하는 미생물들을 분리하였다. 모든 미생물들은 3～5회의 계대 배양을 통하여
순수 분리하고, 순수 분리된 균주들은 -80℃에 보관하면서 실험에 사용하였다. 각각의 균주는 HNR001, HNR002, HNR003, 및 HNR004로 명명하였다. 2. 균주의 동정 균주들을 대상으로 Bergey`s Manual에 근거하여 검색표를 작성하여 균주 특성 분석 결과에 따라 동정하였다. 또한 16s rDNA를 분석하여 동정하였다. 2-1. HNR001 HNR001 균주는 간균이며, 그램 양성(Gram positive) 박테리아이다. 내생포자를 관찰할 수 있으며, 글루코스(glucose)에서 산을 생성하였다. 16s rDNA 염기서열의 결과에서 나온 Bacillus megaterium와 98% 상동성을 보여준 결과, Bacillus megaterium와 유사한 균주로 밝혀져 최종적으로 Bacillus sp. HNR001라 명명하였다. 2-2. HNR002 선별 균주 HNR002는 간균이며, 그램 양성 박테리아이다. 카탈라제는 가지나 옥시다제는 없었으며, 글루코스에서 산을 생성하였다. 내생포자를 관찰할 수 있는 것으로 보아 16s rDNA 염기서열의 결과에서 나온 Bacillus pumilus와 유사한 균주로 확인하였다. 최종적으로 Bacillus sp.HNR002라 명명하였다. 2-3. HNR003 HNR003은 그램 음성이며, 간균이었다. 16s rDNA 염기서열 결과와 동일한 Pseudomonas sp . DSM9751과 97% 상동성을 보여준 결과, 최종적으로 확인할 수 있었다. Pseudomonas sp. HNR003로 명명하였다. 2-4. HNR004 HNR004 균주는 통성 혐기성 균이면서, 간균이며, 그램 음성 박테리아이다. 글루코스에서 산을 생성한다. 16s rDNA 염기서열의 결과에서 나온 Lactobacillus acidophilus와 98% 상동성을 보여준 결과, Lactobacillus 와 유사한 균주로 밝혀져 최종적으로 Lactobacillus sp.HNR004라 명명하였다. 이러한 결과를 하기 표 1에 정리하여 기재하였다. Identification of isolates by partial sequencing of 16S rDNA
* 유사성(Similarity)은 BLAST search로부터 얻었다. 3. 실험 결과 균주를 동정한 결과 5～6 종의 균주 중 4 종류의 균주가 동정되었다. 동정한 결과는 HNR001는 Bacillus megaterium과 98% 상동성(Homology)을 갖고 있는 Bacillus 속 균주임이 확인되었고, HNR002는 Bacillus pumilus와 97% 상동성을 갖고 있는 Bacillus 속 균주임이 확인되었다. HNR003 균주는 Pseudomonas sp . 와 97% 상동성을 갖고 있는 Pseudomonas 속 균주임이 확인되었고, 마지막 균주를 동정한 결과는 HNR004는 Lactobacillus acidophilus과 98% 상동성을 갖고 있는 Lactobacillus 속 균주임이 확인되었다. 통상적인 미생물 제제에 흔히 많이 사용되고 있는 Bacillus 속 균주가 동정 되었으며, 이는 모두 산을 생성하는 균주이지만 그 양이 많지는 않았다. 하지만 Lactobacillus 속 균주, 즉, 젖산균과 함께 다양한 Bacillus 속 균주가 존재하는 것은 확인할 수 있었다. 실시 예 2 미강 100중량부에 흑설탕 10중량부 및 분유 2중량부를 혼합하여 얻은 배지 100중량부에 상기 실시 예 1에서 선별된 4종의 미생물 1중량부를 첨가하여 배양조에서 습도 약 50%, 온도는 약 45℃, 교반주기는 1시간에 정회전 5분,
역회전 5분, 및 휴지 50분의 배양조건으로 48시간 배양하여 미생물 제제를 얻었다. 실시 예 3 미강 100중량부에 흑설탕 10중량부, 분유 2중량부, 맥반석 가루 1중량부 및 황토 1중량부를 혼합하여 얻은 배지 100중량부에 상기 실시 예 1에서 선별된 4종의 미생물 1중량부를 첨가하여 산소발생기 장착된 배양조에서 습도 약 50%, 온도는 약 45℃, 교반주기는 1시간에 정회전 5분, 역회전 5분, 및 휴지 50분의 배양조건으로 48시간 배양하여 미생물 제제를 얻었다. 상기 미생물 제제를 약 45℃에서 약 24시간 건조시켜 분말 형태의 음식물쓰레기 분해용 미생물제제를 얻었다. 실시 예 4 및 5 상기 실시 예 2 및 3으로부터 얻은 미생물 제제를 음식물 쓰레기 3㎏이 담겨진 처리장치(시판 제품)에 투입하여 2일간의 분해속도 및 악취 정도를 측정하였다. 대조구로 미생물 제제를 첨가하지 않은 음식물 쓰레기 3㎏(비교 예 1)과 시판되는 미생물 제제가 투입된 음식물 쓰레기 3㎏(비교 예 2)의 분해속도 및 악취 정도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
1)은 Gas tech사의 검지관을 이용한 측정방법으로 측정하였고, 음식물쓰레기 처리 시 발생하는 대표적인 악취인 암모니아를 대상으로 측정하였다. 측정단위는 ppm 단위로 측정되었으며, 측정 범위는 1～100ppm 이다. 상기 표 2에서, 본 발명에 따른 미생물제제는 비교 예에 따른 미생물제제와의 비교 실험에서 볼 수 있듯이, 음식물처리시의 시간의 단축과 분해 소멸량의 증가를 가져 올 수 있으며, 여타 다른 미생물에 비하여 음식물 쓰레기 처리 시에 현저한 악취 저감 효과를 얻을 수 있다. 이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 음식물쓰레기 분해용 미생물의 배양 방법를 실시하기 위한 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허등록청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이
속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. Claims (6)
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