KR100975312B1

KR100975312B1 - 싹기름채소 재배장치, 싹기름채소 재배용 발효수 제조방법

Info

Publication number: KR100975312B1
Application number: KR1020080013755A
Authority: KR
Inventors: 최경태; 최호상
Original assignee: 최경태
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2010-08-12
Also published as: KR20090088474A

Abstract

본 발명은 싹기름채소 재배용 발효수, 발효수 제조방법, 발효수 제조장치 및 싹기름채소 재배방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기 발효수 재배장치는, 채소가 담지되어 재배되는 복수 개의 재배상(14)이 놓여지며, 상기 재배상(14) 위로 안정조(50)로부터 공급된 발효수가 분사관(12)을 통해 살수되는 재배조(10)와; 발효단(20)에 물을 공급하는 용수 공급조(60)와; 발효단(20)에 발효 미생물의 영양분을 공급하는 원료 공급조(70)와; 발효된 발효액의 슬러지, 고형분 및 부유물을 안정시켜 발효수를 제조하고, 상기 제조된 발효수를 상기 재배조(10)로 공급하는 한편 발효단(20)으로 제공하여 발효수를 강제 순환시키는 안정조(50)와; 상기 안정조(50)에서 공급된 발효수가 재배조(10)로 살수된 후 모아진 여액, 상기 안정조(50)로부터 발효수, 상기 용수공급조(60)로부터 용수, 상기 원료공급부(70)로부터 원료 및 사용자로부터 공급된 미생물이 배양된 배양액을 각각 공급받아 이를 발효시킨뒤 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하는 복수 개의 발효조로 이루어진 발효단(20)으로 구성되며, 상기 발효수 재배장치를 이용한 발효수 재배방법은 원료 충진단계, 혼합단계, 미생물 접종단계, 발효 단계 및 안정화 단계로 구성된다.

상기 발효수를 사용하여 싹기름채소를 재배하면 발효과정에 관여한 미생물들의 호기 발효 대사과정에서 발생한 대사 산물로 인하여 다른 미생물들의 성장 또는 증식이 억제되기 때문에 별도의 항생제 또는 항진균제를 사용하지 않더라도 싹기름 채소의 부패나 세균 감염에 의한 품질 저하를 막을 수 있으며, 싹기름채소의 성장이 촉진되고, 싹기름채소의 기능성이 보강되는 효과가 있다.

싹기름채소, 발효수, 순환, 연속, 재배방법, 재배장치

Description

싹기름채소 재배장치, 싹기름채소 재배용 발효수 제조방법{A vegetable sprouts culture equipment and a fermentation broth production method using former the equipment}

본 발명은 발효수를 이용한 싹기름채소의 재배장치 및 재배방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 보리, 콩, 당근, 호박, 감자, 토마토, 다시마, 뽕잎, 은행잎 또는 찹쌀 등의 재료를 이용하여 호기발효를 한 뒤, 상기 발효 과정의 대사산물을 포함하는 발효수로 싹기름채소를 재배하는 재배장치 및 재배방법에 대한 것이다.

두채류 중 가장 대표적인 음식물인 콩나물은,

1) 콩을 선별하는 단계;

2) 선별된 콩을 물로 세척하는 단계;

3) 콩 내부에 수분을 침투시켜 콩눈의 발아를 촉진시키는 단계;

4) 발아된 콩을 재배용기에 충진하는 단계; 및

5) 일정시간 마다 반복적으로 살수하는 단계로 재배하는 것이 일반적이다.

상기 재배과정에서 종래에는 일반적으로 지하수를 사용하여 재배하였으나, 기업적으로 대량 재배하는 과정에서 속성재배의 필요성과 부패로 인한 문제점을 해결하기 위해 농약, 정균제, 썩음병 방지제, 성장 촉진제 및 비료와 같은 인공영양제 등의 인공 첨가물을 사용하여 재배하고 있는 것이 현실이다.

이러한 과정에서 콩나물에 인체에 유해한 성분이 함유되게 되므로 건강에 미치는 피해가 커지게 될 수 있다. 또한, 인공 첨가물에 의하여 재배된 콩나물은 몸체와 자엽의 결합력이 약하여 단백질, 비타민, 미네랄 및 이소플라본의 함량이 많이 함유된 자엽 부분의 섭취가 감소하게 되는 문제점이 발생하기도 하였다.

또한, 콩나물을 재배하는데 물을 재사용하지 않는 경우 일반적으로 콩나물 무게의 200배에 달하는 물이 필요한 것으로 알려져 있어(공개특허 2004-75602호) 물의 소비가 많다는 점이 큰 문제로 지적되고 있다. 하지만, 재배용수를 재사용 하는 경우 콩나물의 발아 과정 및 성장 과정에서 물질대사 산물에 의하여 재배용수의 pH가 낮아져 산성화되는 경향을 보이고 물질대사 산물이 재배용수에 포함되어 재배용수의 농도가 증가하여 점도가 증가하고 부영양화가 일어나 유해 미생물이 자라게 되며, 상기 미생물로 인한 콩나물의 부패가 일어나게 되고, 또한 콩나물의 물질대사(발아) 과정에서 발생한 열로 인하여 재배용수의 온도가 상승하는 등의 문제점( 공개특허 2005-23818호)이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 367575호에서는 콩나물 재배부로부터 배출된 오염물질 내지 불순물이 포함된 재배수에 응집제를 투입하여 오염물질 내지 불순물을 응집시켜 슬러지가 되게 하는 단계와, 응집된 슬러지를 포함한 재배수를 DAF(용존공기부상)처리하여 슬러지를 제거하는 단계와, 슬러지가 제거된 깨끗한 재배수를 상기 콩나물 재배부로 재공급하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 콩나물류 재배방법과 그를 실현하기 위한 장치를 제공하고 있다. 하지만 상기 재배방법은 재배수를 응집, 여과하는 별도의 장치가 추가로 필요하며, 이산화염소(ClO₂ ), 염소, 오존, 클로르칼키 등의 소독제를 사용하게 되므로 콩나물에 유해성분이 함유될 수 있는 문제점이 있다.

상기 문제점에 대한 대안으로 발효수를 이용하여 재배하는 방법이 제안되고 있는바,

공개특허 2002-75138호에서는 물 5000cc에 콩 발효 엑기스 1cc를 혼합 휘석 시킨 혼성물을 18℃를 유지시켜 3시간 간격으로 주고 5일간 재배하는 콩나물 재배방법이 개시되어 있으며,

공개특허 2004-75602호에서는 두채류 재배시 톱밥 및/또는 우드칩을 발효하여 얻어진 용액을 살수하고 이를 회수하여 재사용하는 방법이 개시되어 있고,

공개특허 1999-15959호에서는 인삼, 쑥, 구기자, 당귀, 도라지, 더덕, 작약, 솔잎, 은행잎, 뽕잎, 칡 등의 약초를 자연발효시킨 용액을 추출하여 살수액으로 사용하는 방법이 개시되어 있으며,

공개특허 1998-64865호에서는 퇴비나 유기물 발효추출액을 첨가한 수침수에서 콩나물을 재배하는 방법을 개시하고 있고,

공개특허 1999-44312호에서는 과실류에 속하는 사과, 감, 바나나, 파인애플, 으름, 개다래, 무화과, 산딸기, 딸기, 산포도, 포도, 산복숭아, 복숭아, 매실, 블루베리, 나무딸기, 감귤류에 속하는 네이블 오렌지, 핫사쿠 오렌지, 만다린 오렌지, 사워 오렌지, 오렌지, 이요칸 오렌지, 금귤, 유자, 카보수 오렌지, 자몽, 뽕깡 오렌지, 레몬, 라임, 근채류에 속하는 우엉, 당근, 마늘, 연근, 백합근으로부터 선택되는 하나 또는 둘 이상의 것, 곡류에 속하는 현미, 찹쌀, 백미, 기장, 옥수수, 밀, 보리, 조, 피, 콩 및 깨류에 속하는 대두, 흑두, 검은 깨, 참깨, 팥, 호두, 해초류에 속하는 다시마, 미역, 녹미채, 파래, 김, 당류에 속하는 흑당, 과당, 포도당, 꿀, 전분, 오이, 차조기, 셀러리를, 발효 및 숙성시킨 것을 이용하여 수분, 단백질, 지질, 탄수화물, 비타민, 무기염류, 아미노산을 함유하는 발효조성물 및 상기 발효조성물을 이용한 생육촉진제를 제공한다.

상기 발효수를 이용한 재배방법은 모두 배치(batch) 형태로 공급되어 연속적인 공정에 사용할 수 없는 문제점이 있다.

이와는 별도로 연속적으로 발효공정을 수행하는 장치로는 대한민국 등록특허 10-0152482호, 공개특허 2001-0050942호, 2003-0013373호, 2004-0022430호 등의 선행기술이 존재하지만, 식물재배용 발효수를 제조하는 공정이 아니라 발효과정에서 증식한 미생물이나 발효 브로스를 정제하기 위한 공정 등에 대한 발명으로 이를 식물 재배에 직접적으로 적용하기에는 부적합한 문제점이 있다.

또한, 상기 방법으로 재배된 콩나물의 경우, 콩나물의 성분 중 리폭시게나제(lipoxygenase)가 불포화 지방산의 산화를 촉진하여 생식하거나 조리과정에서 배출됨으로써 비린내가 나게 되는 문제점이 있다. 이러한 비린내를 제거하는 방법으로 대한민국 공개특허 2005-23818호에서는 클로렐라를 배양한 배양액에 침전시켰다가 미네랄이 용출된 용수를 사용하여 재배하는 방법을 제공하고 있다.

하지만, 상기 방법은 콩나물 재배 장치 외에 클로렐라 재배 장치를 별도로 설치하여 운영해야 하는 단점이 있었다.

본 발명은 싹기름채소의 재배 과정에 사용되는 재배용수를 절약할 수 있는 발효수 제조방법 및 이를 이용한 재배장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 발효수가 싹기름채소의 재배시 첨가되는 농약, 생육촉진제, 항생제를 대치할 수 있는 기능을 갖는 발효수를 제조하고, 상기 발효수를 연속적으로 생산할 수 있는 연속 생산 시스템을 제공하여 싹기름채소 재배에 소요되는 경비를 감소시키는 것이다.

발효수를 순환사용하여 싹기름채소를 재배하는 재배장치는,

채소가 담지되어 재배되는 복수 개의 재배상(14)이 놓여지며, 상기 재배상(14) 위로 안정조(50)로부터 공급된 발효수가 분사관(12)을 통해 살수되는 재배조(10)와; 발효단(20)에 물을 공급하는 용수 공급조(60)와; 발효단(20)에 발효 미생물의 영양분을 공급하는 원료 공급조(70)와;

발효된 발효액의 슬러지, 고형분 및 부유물을 안정시켜 발효수를 제조하고, 상기 제조된 발효수를 상기 재배조(10)로 공급하는 한편 발효단(20)으로 제공하여 발효수를 강제 순환시키는 안정조(50)와;

상기 안정조(50)에서 공급된 발효수가 재배조(10)로 살수된 후 모아진 여액, 상기 안정조(50)로부터 발효수, 상기 용수공급조(60)로부터 용수, 상기 원료공급부(70)로부터 원료 및 사용자로부터 공급된 미생물이 배양된 배양액을 각각 공급받아 이를 발효시킨뒤 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하는 복수 개의 발효조로 이루어진 발효단(20)으로 구성된다.

또한, 상기 싹기름채소 재배장치에서,

상기 재배조(10)는 상기 재배상(14)을 지지하며 상기 살수된 발효수가 흘러내릴 수 있도록 망사구조로 형성된 타공망(16)과, 상기 타공망(16)에서 흘러내린 발효수가 상기 발효단(20)으로 급수될 수 있도록 깔대기 모양으로 형성된 퇴수구(17)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 싹기름채소 재배장치에서,

상기 발효단(20)은 복수 개의 발효조로 이루어지며, 상기 각 발효조는 하부에 공기가 분출되는 산기관(33), 상기 산기관(33) 외부에 블로어와 연결하는 연결관(32), 상기 연결관(32)에 연결되는 블로어(31) 및 다음 발효조와 연결되는 연결파이프(37)를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 싹기름채소 재배장치를 이용한 싹기름채소 재배의 초기 운전(start-up)에 필요한 발효수 제조방법은,

1) 쌀, 흑미, 현미, 조, 기장, 수수, 보리, 녹두, 팥, 옥수수, 귀리, 밀, 콩, 찹쌀, 감자, 고구마, 다시마, 미역, 우뭇가사리, 톳, 매생이, 김, 파래, 모자반, 뽕잎, 은행잎, 솔잎, 녹차잎, 구기자, 오미자, 칡, 대황, 용담, 마, 옻나무, 생강, 표고버섯, 새송이버섯, 양송이버섯 및 느타리버섯으로 이루어진 군에서 하나 이상의 원료를 선택하고 건조하여 분말화하여 원료 공급조(70)에 원료를 충진하는 충진단계;

2) 용수 공급조(60)에서 발효단(20)으로 물을 공급하고, 상기 원료 공급조(70)에서 상기 원료를 0.5 내지 5%의 농도로 공급하고 호기 조건으로 교반하며 혼합액을 제조하는 혼합 단계;

3) 상기 혼합액에 발효용 미생물 또는 미생물을 함유하는 물질을 첨가하는 접종 단계;

4) 상기 3단계의 접종이 끝난 혼합액을 상기 2단계의 발효단(20)에서 호기 발효시켜 발효액을 제조하는 단계; 및

5) 상기 4단계의 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하고 고형물 및 부유물을 안정화시켜 발효수를 얻는 안정화 단계로 구성된다.

상기 1단계의 원료에 당근, 토마토 또는 호박의 건조분말 중 어느 하나 이상을 추가로 혼합할 수 있다.

또한, 상기 싹기름채소 재배장치를 이용한 싹기름채소 재배의 안정상태(steady-state)의 운전에 필요한 발효수 제조방법은,

1) 상기 재배조(10)에 살수된 발효수의 양과 상기 재배조(10)에서 발효단(20)으로 이송되는 발효수의 양의 차이만큼 용수 공급조(60)에서 용수를 발효단(20)으로 공급받는 단계;

2) 상기 1단계에서 공급되는 용수의 양의 10 내지 30%의 원료를 원료 공급조(70)에서 상기 발효단(20)으로 공급하는 단계;

3) 상기 1단계에서 공급된 용수와 상기 2단계에서 공급된 원료를 상기 발효단(20)의 제1발효조(21) 하단에 설치된 블로어(31)에 연결된 산기관(33)에서 폭기된 공기로 혼합시키며 호기 발효시켜 발효액을 생성하는 단계;

4) 상기 제1발효조(21)에서 발효되는 발효액의 수위가 제2발효조(22)와 연결되는 연결파이프(37) 위치보다 높아져 넘치는 발효수를 상기 연결 파이프를 통해 제2발효조의 아랫부분으로 이송하는 단계;

5) 상기 제2발효조(22)의 하단에 설치된 블로어(31)에 연결된 산기관(33)에서 폭기된 공기로 제1발효조(21)로부터 이송된 발효액을 혼합시키며 발효시키는 단계;

6) 최종 발효조(20+n)에 이를때까지 순차적으로 상기 4단계의 발효액 이송과 상기 5단계의 발효액 혼합을 반복하는 단계;

7) 최종 발효조(20+n)에서 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하고 고형물 및 부유물을 안정화시키는 안정시켜 발효수를 제조하는 단계; 및

8) 상기 안정조(50)에서 제조된 발효수 중 일부를 제1발효조(21)로 순환시키고 다른 일부를 재배조(10)로 공급하는 단계로 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 발효수를 제공한다.

또한, 상기 발효수 제조장치 및 상기 발효수 제조방법을 이용하여 제조된 발효수를 이용한 재배방법은,

1) 싹기름채소의 종자를 앞에서 설명한 제조방법으로 제조된 발효수에 침전시키는 단계; 및

2) 재배상(14)으로 이동된 상기 1단계에서 침전되었던 종자에 상기 안정조(50)에서 안정된 발효수를 제조된 발효수를 살수하여 재배하는 단계로 구성된다.

본 발명의 재배방법은 영양소가 풍부한 원료를 식용가능한 미생물이나 식용가능한 식품에 포함되어 있는 미생물을 이용하여 발효시킨 발효수를 이용하는바, 발효과정에 관여한 미생물들의 호기 발효 대사과정에서 발생한 대사 산물로 인하여 다른 미생물들의 성장 또는 증식이 억제되기 때문에 별도의 항생제 또는 항진균제를 사용하지 않더라도 싹기름채소의 부패나 세균 감염에 의한 품질 저하를 막을 수 있다. 또한 발효수를 재사용하게 되므로 재배용수를 획기적으로 절약할 수 있게 되며, 항생제, 항균제, 생장촉진제와 같은 인공적인 첨가물을 사용하지 않아도 되므로 친환경적인 특성을 가진다.

또한, 본 발명의 재배방법은 상기 발효과정에서 바실러스 균주나 기타 미생물들의 대사과정에서 얻어진 무기태 질소 성분을 싹기름채소가 흡수하여 싹기름채소의 성장이 촉진되며, 영양상태가 획기적으로 개선된 싹기름채소를 얻을 수 있다. 또한, 영양상태가 개선된 상기 채소들은 저장기간이 길어지고, 향미가 좋아지며, 항암기능, 소화기능, 간기능 향상 또는 숙취해소 등의 기능성을 가지게 된다. 특히, 상기 재배방법으로 재배된 싹기름채소 중 콩나물은 경우 비린내를 나게 하는 성분인 리폭시게나제의 함량이 현저하게 감소하여 비린 맛이 원천적으로 제거되어 생식이 가능하게 된다.

본 발명에서 사용되는 용어는 다음과 같다.

'싹기름채소'란 수경재배가 가능한 식물로, 채소류나 곡물류의 종자를 파종하여 얻어진 어린 떡잎이나 잎 또는 줄기를 수확하여 신선한 상태로 식용하는 것을 의미한다. 특별한 한정이 없는 경우 본 발명에서 싹기름채소는 콩나물, 숙주나물, 무순 등의 두채류와 유채·메밀·배추·쑥갓·브로콜리·양배추·알팔파(자주개자리)·콩·들깨·완두 등의 종자를 파종하여 얻은 어린 떡잎, 잎 또는 줄기 등을 총칭한다.

'원료'란 발효가 일어나도록 영양분을 공급해주는 식물류로,

쌀, 흑미, 현미, 조, 기장, 수수, 보리, 녹두, 팥, 옥수수, 귀리, 밀, 콩, 찹쌀, 감자, 고구마, 다시마, 미역, 우뭇가사리, 톳, 매생이, 김, 파래, 모자반, 뽕잎, 은행잎, 솔잎, 녹차잎, 구기자, 오미자, 칡, 대황, 용담, 마, 옻나무, 생강, 표고버섯, 새송이버섯, 양송이버섯 및 느타리버섯 중 어느 하나 이상의 식품을 혼합한 혼합물 또는 상기 혼합물에 당근, 호박 또는 토마토를 추가로 혼합한 혼합물을 의미한다.

'호기 발효'란 호기 조건에서 미생물이 특정한 유기물을 불완전하게 산화하여 배양액 속에 그 생성물을 분비하는 일련의 과정을 의미한다.

'초기 운전'이란 연속적으로 이루어지는 재배 공정에서 운전을 시작한 다음부터 안정상태 (steady-state)에 도달할 때 까지 이루어지는 운전 상태를 의미한다.

'안정상태'란 연속적으로 이루어지는 재배 공정이 평형상태에서 지속적으로 운전되고 있는 상태를 의미한다.

'발효액'이란 복수 개의 발효조에서 각각 발효상태에 있는 배양액을 의미한다.

'발효수'란 발효조에서 발효된 발효액이 안정조에서 안정되어 채소의 재배시 살수할 수 있는 상태의 액체를 의미한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 싹기름채소를 재배하는데 사용되는 발효수의 제조방법, 싹기름채소를 재배하는 재배장치 및 상기 발효수 및 재배장치를 이용한 싹기름채소의 재배방법에 관한 것이다.

본 발명은 발효수를 재사용하여 채소를 재배할 수 있는 채소 재배장치를 제공한다. 상기 채소는 수경 재배 가능한 채소가 바람직하며, 상기 수경 재배 가능한 채소 중 싹기름채소가 보다 바람직하다.

상기 발효수를 순환사용하여 식물을 재배하는 재배장치는,

상기 재배조(10)는 싹기름채소가 넣어져 재배되는 복수 개의 재배상(14)과; 재배조(10) 중간높이에 재배상(14)을 위치시키고, 상기 재배상(14)을 지지하며 분사관(12)으로부터 상기 재배상(14)에 살수된 발효수가 흘러내릴 수 있도록 하는 망사구조로 형성된 타공망(16)과; 안정조(50)에서 이송된 발효수를 분배하는 분배기(11)에 연결되며, 재배조(10) 상부에서 상기 재배상(14)에 발효수를 급수하는 분사공(13)이 형성되어 있는 분사관(12); 및 상기 재배상(14)에 급수되고 상기 타공망에서 흘러내린 발효수가 모이는 퇴수구(17)로 구성된다.

상기 재배조(10)는 호퍼(hopper) 형태로 제작되어 타공망(16)을 기준으로 타공망(16) 상부는 직육면체 형상이고, 타공망(16) 하부는 아래로 갈수록 좁아지는 깔대기 형상으로 상기 깔대기 형상 아랫부분에 퇴수구를 형성한다. 상기 분사공(13)은 분사관(12)에 미세한 구멍을 뚫어 분사되도록 하거나, 통상의 스프링 쿨러를 설치하여 분사할 수도 있다. 상기 재배상(14)은 싹기름채소를 재배하고 재배가 완료된 경우 그 상태로 바로 출하할 수 있도록 하는 형태가 바람직하다. 상기 퇴수구(17)에 모인 발효수는 연결파이프(18)를 통하여 중력에 의해 발효단(20) 으로 이송되나, 빠른 이송을 위해 분사펌프(15)를 설치할 수 있고, 연결파이프(18)에는 유량계와 밸브(19)를 설치할 수 있다. 상기 유량계에서 측정된 유량은 재배장치의 자동조절을 위하여 조절박스(90)로 전송될 수 있다. 또한, 재배조(10)의 온도 조절을 위한 온도조절기(80)를 추가로 설치할 수 있다.

발효단(20)은 복수 개의 발효조로 이루어진다. 이를 각각 제1발효조(21), 제2발효조(22), ... , 최종 발효조(20+n, n은 발효조의 갯수)라 칭한다. 상기 발효조의 각 하단에는 산기관(33)이 장치되며, 상기 산기관(33)은 발효조 외부의 연결관(32)과 연결되고 상기 연결관(32)은 발효조 하부의 블로어(blower)(31)에 결합되어 있다. 상기 블로어(31)는 연결관(32)을 통하여 산기관(33)으로 공기가 폭기되도록 하여 각 발효조 내부의 용수와 원료를 혼합시키며 호기 발효 시킨다. 이때, 블로어(31)의 일률은 발효조의 작업부피(working volume) 기준으로 1톤 당 0.8 내지 1.5마력의 규격을 가지는 것을 설치하는 것이 바람직하며, 1톤당 1마력을 규격을 가지는 것이 보다 바람직하고, 블로어의 종류는 루츠(roots) 블로어를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 산기관(33) 상부에는 내부에 5∼20mm 크기의 다수의 화산석이 내장된 상자를 덮어씌워 간접 폭기를 할 수 있다. 이 경우 화산석은 다공성 구조 내부가 발효 미생물이 흡착되어 자랄 수 있는 담체로 제공될 수 있다. 또한 각 발효조의 온도 조절을 위한 온도조절기(80)를 추가로 설치할 수 있다.

상기 발효단(20)은 복수 개의 발효조(21, 22, 23, ... , 20+n)로 구성된다. 제1발효조(21)는 상기 안정조(50)에서 공급된 발효수가 재배조(10)로 살수된 후 모 아진 여액, 상기 안정조(50)로부터 발효수, 상기 용수 공급조(60)로부터 용수 및 상기 원료 공급조(70)로부터 원료를 각 연결파이프(18, 54, 61, 71)를 통하여 공급받는다. 각각의 발효조는 다음 발효조와 연결파이프(37)로 연결되되, 최종 발효조(20+n)는 안정조(50)와 연결되는 연결파이프(37)를 포함한다. 상기 각각의 발효조 사이를 연결하는 연결파이프(37)는 발효액의 발효조 내부에서의 체류시간을 일정 시간 이상 제공하기 위하여 각 발효조의 상부에 위치하고 다음 발효조의 하부까지 연결시키는 것이 바람직하고, 각 발효조 사이의 역류를 방지하기 위하여 제1발효조의 연결파이프(37)의 수위로부터 점진적으로 낮게 위치시키는 것이 좋다. 상기 블로어, 연결관 및 산기관은 각각의 발효조에 독립적으로 설치하는 것이 바람직하다.

상기 안정조(50)는 연결파이프(54)를 통하여 발효수를 발효단(20)으로 이송시키는 순환펌프(53)와, 발효수를 연결파이프(52)를 통하여 재배조(10)로 이송시키는 분사펌프(51)를 포함하여 발효수가 강제적으로 순환되게 한다. 연결파이프(52, 54)에는 밸브(58, 59)를 설치하는 것이 바람직하며, 유량계와 함께 밸브를 설치하는 것이 보다 바람직하다. 상기 밸브와 함께 설치된 유량계에서 측정된 유량은 조절박스(90)로 전송될 수 있다. 또한 상기 안정조(50)의 온도 조절을 위한 온도조절기(80)를 추가로 설치할 수 있다. 상기 안정조(50)에서 발효액의 안정되어 발효수로 사용할 수 있는지 안정여부 판단에 대한 기준은 후술한다.

상기 용수 공급조(60) 및 원료 공급조(70)에는 발효단(20)과 연결되는 연결파이프 (61, 71) 및 상기 연결파이프(61, 71)로 재배용수와 원료를 공급할 수 있도록 하는 펌프(62, 72)로 구성된다. 원료 공급조(70)에서 원료를 공급하는 것은 펌프를 사용할 수도 있으나, 분말 형태의 이송에 사용되는 통상의 스크류나 콘베이어 벨트를 이용하여 공급할 수도 있다.

상기 조절박스(90)에는 상기 안정조(50)로부터 상기 재배조(10)로 급수되는 발효수의 양을 측정하는 유량계(58), 상기 재배조(10)로부터 발효단(20)으로 흘러가는 발효수의 양을 측정하는 유량계(19) 및 상기 안정조(50)로부터 상기 발효단(20)으로 이송되는 발효수의 양을 측정하는 유량계(59)로부터 측정된 유량이 전송되어 급수된 발효수의 양과 발효단(20)으로 순환되는 발효수 량의 차이를 계산하여 상기 부족한 발효수량 만큼의 물을 용수 공급조(60)의 분사펌프(62)를 조절하여 공급하며, 상기 공급되는 물의 양의 따라 원료 공급조(70)의 분사펌프(72)를 조절하여 원료를 공급한다.

또한, 본 발명은 상기 재배장치를 이용한 발효수 제조방법을 제공한다.

본 발명의 식물의 성장을 촉진시키며 재배되는 식물의 부패를 방지하는 기능을 가지는 식물 재배용 발효수의 제조방법은 초기 운전(start-up)에 필요한 발효수를 제조하는 방법과 안정상태(steady-state)에서 발효수를 지속적으로 공급하기 위 하여 제조하는 방법으로 구분된다.

상기 식물은 수경 재배 또는 살수 재배가 가능한 식물이 바람직하며, 수경 재배 또는 살수 재배가 가능한 식물 중에서 싹기름채소인 것이 보다 바람직하다.

상기 싹기름채소의 재배장치를 이용한 싹기름채소의 재배방법에 있어서 초기 운전에 필요한 발효수를 제조하는 방법은,

5) 상기 4단계의 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하고 고형물 및 부유물 을 안정화시켜 발효수를 얻는 안정화 단계로 구성된다.

상기 1단계의 원료에는 당근, 호박 또는 토마토 중 어느 하나 이상을 추가로 혼합할 수도 있다.

상기 3단계의 미생물은 통상 발효에 사용될 수 있는 균주로 인체에 무해한 균주는 어느 것이나 무방하다. 상기 발효에 사용될 수 있는 균주는 바실러스속 균주가 바람직하다. 상기 바실러스속 균주는 바람직하게는 Bacillus licheniformis , B. subtilis , B. coagulans , 또는 B. mesentericus 중 어느 하나 이상의 균주를 투입하며, 보다 바람직하게는 B. subtilis를 투입한다. 바실러스 속 균주의 접종량은 완전 배지(complex broth)에서 배양된 상기 바실러스 균주 배양액을 원료와 물이 혼합된 혼합액의 1 내지 10%로 접종한다.

상기 3단계의 미생물을 함유하는 물질이란 메주가루, 청국장 분말 또는 야쿠르트 등과 같이 발효과정을 거쳐 생산된 식용 제품을 의미하며, 상기 식용 제품에는 발효과정에 이용된 미생물 또는 그 미생물의 포자가 포함되어 있으므로 이를 이용한 발효가 가능하다. 본 발명에서는 미생물을 함유하는 물질로 메주가루, 청국장 분말 또는 야쿠르트 중 어느 하나를 사용하며, 첨가되는 미생물을 함유하는 물질의 양은 2단계에서 첨가되는 원료의 10 내지 30%를 첨가하는 것이 바람직하며, 20%를 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 청국장 분말은 대한민국 등록특허 제10-0744715호의 방법으로 제조한 청국장 분말을 첨가하는 것이 보다 바람직하다.

상기 4단계에서 호기 발효는 발효조 내에 블로어(31)(blower)에 연결된 산기 관(33)(air diffuser)을 설치하여 물 속에 공기를 불어넣어 호기 조건을 형성하며, 발효기간은 보통 3일 내지 7일 정도 소요된다. 상기 블로어(31)의 일률은 발효조의 작업부피(working volume) 기준으로 1톤 당 0.8 내지 1.5마력의 규격을 가지는 것을 설치하는 것이 바람직하며, 1톤당 1마력을 규격을 가지는 것이 보다 바람직하고, 블로어의 종류는 루츠(roots) 블로어를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 5단계에서 발효액이 안정화 되어 발효수로 사용할 수 있는지 여부의 판단은,

발효액 500mL를 1L 메스실린더에 채집하여 30분 동안 안정화시켰을 때,

ⓐ 플럭(flock)화 정도는 180 내지 220mL 정도의 슬러지가 가라앉을 것,

ⓑ 상등액의 탁도는 반대쪽에서 1L 메스실린더의 숫자가 선명하게 보일 것,

ⓓ 물의 색깔은 연한 맥주빛을 띨 것,

ⓔ 생화학적 산소 요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD)은 100 내지 500ppm 이내일 것,

ⓕ pH는 6 내지 8 정도일 것 등 여섯 가지 기준 중 네 가지 이상을 충족하는 경우 안정화된 것으로 판단하게 된다.

상기 회분식 방법으로 초기운전에 사용할 발효수가 제조되면 안정조(50)의 분사펌프(51)를 작동하여 재배조(10)로 발효수를 공급하고, 재배상(14)에 살수된 발효수가 타공망(16)을 거쳐 퇴수구(17)로 발효수가 모이면 발효단(20)으로 이송시 키기 위한 분사펌프(15)를 가동하여 안정상태의 운전을 시작하게 된다.

상기 싹기름채소의 재배장치를 이용한 싹기름채소의 재배방법에 있어서, 안정상태(steady-state)의 운전에서 발효수를 지속적으로 공급하기 위한 발효수의 제조 방법은,

1) 재배조(10)에 살수된 발효수의 양과 상기 재배조(10)에서 발효단(20)으로 이송되는 발효수의 양의 차이만큼 용수 공급조(60)에서 용수를 발효단(20)으로 공급받는 단계;

상기 1단계 및 2단계에서 발효수의 양은 유량계를 이용하여 측정하되, 상기 유량계는 별도로 설치되거나 밸브가 함께 부착된 밸브유량계를 설치할 수 있다. 재배조(10)로 공급되는 발효수의 양은 안정조와 재배조(10) 사이에 연결된 밸브유량계(58)에서 측정하고, 재배조(10)에서 제1발효조(21)로 이송되는 발효수의 양은 재배조(10)의 퇴수구(17)과 발효단(20) 사이에 연결된 밸브유량계(19)를 통해 측정될 수 있다. 측정된 유량은 조절박스(90)로 보내져서 그 차이를 계산한 후 용수 공급조(60)의 용수 급수 펌프(62) 및 원료 공급조(70)의 원료 공급 펌프(72)를 콘트롤하여 필요한 만큼의 용수와 원료를 공급하게 된다. 순환되는 발효수의 양이 변화되는 경우 안정조(50)에서 제1발효조(21) 사이에 연결된 밸브유량계(59)를 통해 그 변화가 조절박스(90)로 보내지며 이를 고려하여 용수 공급조(60)의 용수 급수 펌프(62) 및 원료 공급조(70)의 원료 공급 펌프(72)를 조절하여 전체 시스템의 발효수 유량을 일정하게 조절한다. 초기 운전되는 발효수의 양이 1톤인 경우 그 후 안정상태에서 매일 추가로 공급되는 원료는 250 내지 500g 정도가 소요된다.

상기 3단계의 블로어(31)는 발효단의 외부에 위치하며 발효단 하부의 산기 관(33)에 연결관(32)를 통하여 연결된다. 상기 블로어(31)의 일률은 발효조의 작업부피(working volume) 기준으로 1톤 당 0.8 내지 1.5마력의 규격을 가지는 것을 설치하는 것이 바람직하며, 1톤당 1마력을 규격을 가지는 것이 보다 바람직하고, 블로어의 종류는 루츠(roots) 블로어를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1발효조(21)로 투입된 발효수 및 추가 공급되는 용수와 원료는 산기관(33)에서 발생되는 기포에 의하여 혼합되며 다음 발효조로 overflow 되기 전까지 일정한 체류시간을 가지며 발효가 일어나게 된다. 또한, 다음 발효조로 이송되기 전까지 체류시간을 유지하기 위하여 연결 파이프는 상기 제1발효조(21)의 상부에 위치하게 되며 제1발효조와 연결된 제2발효조 내에서 발효액의 체류시간을 유지하기 위하여 제2발효조의 하부까지 연결되어 있다.

각각의 발효조(21, 22, ... , 20+n) 사이를 연결하는 연결파이프(37)의 높이는 일정하게 형성할 수도 있으나, 발효수의 역류를 방지하기 위하여 점차적으로 낮게 형성되는 것이 보다 바람직하다.

제2발효조(22)로 넘어간 발효수도 제1발효조(21)와 동일한 과정을 거치며 순차적으로 최종 발효조(20+n)까지 이동되게 되며 이 과정에서 충분한 시간동안 발효된 발효액은 안정조(50)에서 고형물, 슬러지 또는 부유물 등을 침전시키고 안정된 이후 상등액인 발효수만 제1발효조로 순환되거나 재배조(10)로 이송되어 살수되게 된다.

또한, 본 발명은 상기 발효수 제조장치를 이용하여 상기 발효수 제조방법으로 제조된 발효수를 이용한 싹기름채소 재배방법을 제공한다.

상기 1단계는 싹기름채소의 종자를 발효수에 20 내지 35℃의 온도에서 18 시간 내지 36시간 정도 침전시키는 것이 바람직하며, 25 내지 30℃에서 24시간 침전시키는 것이 보다 바람직하다.

상기 3단계는 20 내지 35℃에서 1일 2 내지 8회 주기적으로 발효수를 살수하는 것이 바람직하며, 25 내지 28℃에서 1일 3 내지 5회 살수하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 재배방법은 상기 발효가 이루어진 발효수를 사용하는바, 발효과정에 관여한 바실러스 균주, 메주 또는 청국장 분말에 포함되어 있던 미생물들의 호 기 발효 대사과정에서 발생한 대사 산물로 인하여 다른 미생물들의 성장 또는 증식이 억제되기 때문에 별도의 항생제 또는 항진균제를 사용하지 않더라도 싹기름채소의 부패나 세균 감염에 의한 품질 저하를 막을 수 있다.

또한, 본 발명의 재배방법은 상기 발효과정에서 바실러스 균주나 기타 미생물들의 대사과정에서 얻어진 무기태 질소 성분을 싹기름채소가 흡수하여 싹기름채소의 성장이 촉진되며, 영양상태가 획기적으로 개선된 싹기름채소를 얻을 수 있다. 또한, 영양상태가 개선된 상기 채소들은 저장기간이 길어지고, 향미가 좋아지며, 항암기능, 소화기능, 간기능 향상 또는 숙취해소 등의 기능성을 가지게 된다. 특히, 상기 재배방법으로 재배된 콩나물의 경우 비린내를 나게 하는 성분인 리폭시게나제의 함량이 현저하게 감소하여 비린 맛이 원천적으로 제거되어 생식이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 싹기름채소 재배장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: 재배조 11: 분배기 12: 분사관 13: 분사공 14: 재배상

15: 분사펌프 16: 타공망 17: 퇴수구 18: 연결파이프 19: 밸브

20: 발효단 21: 제1발효조 22: 제2발효조 20+n: 최종 발효조

31:블로어 32: 연결관 33: 산기관 34: 밸브 35: 밸브

37: 연결파이프 50: 안정조 51: 분사펌프 52: 연결파이프

53: 순환펌프 54: 연결파이프 59: 밸브 60: 용수 공급조

61: 연결파이프 62: 펌프 63: 밸브 70: 원료 공급조

71: 연결파이프 72: 펌프 73: 밸브 80: 온도조절기 90: 조절박스

Claims

발효수를 순환사용하여 싹기름채소를 재배하는 재배장치에 있어서,

채소가 담지되어 재배되는 복수 개의 재배상(14)이 놓여 지며, 상기 재배상(14) 위로 안정조(50)로부터 공급된 발효수가 분사관(12)을 통해 살수되는 재배조(10)와;

발효단(20)에 물을 공급하는 용수 공급조(60)와;

발효단(20)에 발효 미생물의 영양분이 되는 원료를 공급하는 원료 공급조(70)와;

발효된 발효액의 슬러지, 고형분 및 부유물을 안정시켜 발효수를 제조하고, 상기 제조된 발효수를 상기 재배조(10)로 공급하는 한편 발효단(20)으로 제공하여 발효수를 강제 순환시키는 안정조(50)와;

복수 개의 발효조를 순차적으로 파이프 연결하여서 발효액이 첫번째 발효조로부터 최종 발효조까지 순차적으로 이송되게 하고, 각각의 발효조의 하부에는 외부의 블로어(31)로부터 공급받는 공기를 분출하여 폭기하는 산기관(33)이 장착되는 발효단(20);

으로 구성되며,

상기 발효단(20)은,

상기 안정조(50)의 발효수를 상기 재배조(10)에 살수한 후에 회수되는 여액, 상기 안정조(50)로부터 공급받는 발효수, 상기 용수 공급조(60)로부터 공급받는 용수, 및 상기 원료 공급조(70)로부터 공급받는 원료를 첫번째 발효조에서 공급받도록 배관 연결되고, 복수 개의 발효조를 거치면서 미생물에 의해 발효된 발효액을 최종 발효조에서 상기 안정조(50)에게 공급하도록 배관 연결되되,

상기 재배조(10)에 공급되는 발효수 양과 상기 재배조(10)로부터 회수되는 여액 양의 차이에 해당되는 용수를 상기 용수 공급조(60)로부터 공급받고, 동시에, 원료도 공급받으며,

초기 운전 시에 미생물이 배양된 배양액을 발효조에 투입받는 것임을 특징으로 하는 싹기름채소 재배장치.
제1항에 있어서,

상기 재배조(10)는,

상기 재배상(14)에 살수된 발효수의 여액이 하부로 흘러내릴 수 있도록 망사구조의 타공망(16)으로 상기 재배상(14)을 지지하고,

상기 타공망(16)의 하부측을 아래로 갈수록 좁아지는 깔대기 형상으로 형성하여, 흘러내리는 발효수의 여액이 하단에 구비되는 퇴수구(17)를 통해 상기 발효단(20)의 첫번째 발효조로 공급되도록 구성되는 것임을 특징으로 하는 싹기름채소 재배장치.
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물을 공급하는 용수 공급조(60)와; 발효 미생물의 영양분이 되는 원료를 공급하는 원료 공급조(70)와; 물 및 원료의 혼합액에 미생물을 접종하고 호기 발효시키는 발효단(20)과; 호기 발효시켜 얻는 발효액을 안정화하여 발효수를 제조하는 안정조(50); 를 이용하여 발효수를 제조하는 발효수 제조방법에 있어서,

1) 쌀, 흑미, 현미, 조, 기장, 수수, 보리, 녹두, 팥, 옥수수, 귀리, 밀, 콩, 찹쌀, 감자, 고구마, 다시마, 미역, 우뭇가사리, 톳, 매생이, 김, 파래, 모자반, 뽕잎, 은행잎, 솔잎, 녹차잎, 구기자, 오미자, 칡, 대황, 용담, 마, 옻나무, 생강, 표고버섯, 새송이버섯, 양송이버섯 및 느타리버섯으로 이루어진 군에서 하나 이상의 원료를 선택하고 건조하여 분말화하여 원료 공급조(70)에 원료를 충진하는 충진단계;

2) 용수 공급조(60)에서 발효단(20)으로 물을 공급하고, 상기 원료 공급조(70)에서 상기 원료를 0.5 내지 5%의 농도로 공급하고 호기 조건으로 교반하며 혼합액을 제조하는 혼합 단계;

3) 상기 혼합액에 발효용 미생물 또는 미생물을 함유하는 물질을 첨가하는 접종 단계;

4) 상기 3단계의 접종이 끝난 혼합액을 상기 2단계의 발효단(20)에서 호기 발효시켜 발효액을 제조하는 단계; 및

5) 상기 4단계의 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하고 고형물 및 부유물을 안정화시켜 발효수를 얻는 안정화 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 발효수 제조방법.
제4항에 있어서,

상기 1단계의 원료에 당근, 토마토 또는 호박의 건조분말 중 어느 하나 이상을 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 발효수 제조방법.
물을 공급하는 용수 공급조(60)와; 발효 미생물의 영양분이 되는 원료를 공급하는 원료 공급조(70)와; 복수 개의 발효조를 순차적으로 파이프 연결하여 발효액이 순차적으로 이송되게 하고, 청구항 제 4항의 미생물이 접종된 물 및 원료의 혼합액이 각 발효조에 채워진 상태에서 호기 발효시키는 발효단(20)과; 호기 발효시켜 얻는 발효액을 안정화하여 발효수를 제조하고, 제조한 발효수를 재배조(10)에 공급하여 살수되게 하고 발효단(20)의 첫번째 발효조에 발효수를 공급하도록 연결되는 안정조(50); 를 이용하여 재배조(10)에 공급할 발효수를 제조하는 발효수 제조방법에 있어서,

1) 상기 재배조(10)에 살수된 발효수의 양과 상기 재배조(10)에서 발효단(20)으로 이송되는 발효수의 양의 차이에 해당되는 용수를 용수 공급조(60)에서 발효단(20)으로 공급하는 단계;

2) 상기 1단계에서 공급되는 용수의 양의 10 내지 30%의 원료를 원료 공급조(70)에서 상기 발효단(20)으로 공급하는 단계;

3) 상기 1단계에서 공급된 용수와 상기 2단계에서 공급된 원료를 상기 발효단(20)의 첫번째 발효조(21) 하단에 설치된 블로어(31)에 연결된 산기관(33)에서 폭기되는 공기로 혼합시키며 호기 발효시켜 발효액을 생성하는 단계;

4) 상기 첫번째 발효조(21)에서 발효되는 발효액의 수위가 두번째 발효조(22)와 연결되는 연결파이프(37) 위치보다 높아져 넘치는 발효수를 상기 연결 파이프를 통해 두번째 발효조(22)의 아랫부분으로 이송하는 단계;

5) 상기 두번째 발효조(22)의 하단에 설치된 블로어(31)에 연결된 산기관(33)에서 폭기된 공기로 첫번째 발효조(21)로부터 이송된 발효액을 혼합시키며 발효시키는 단계;

6) 최종 발효조(20+n)에 이를 때까지 순차적으로 상기 4단계의 발효액 이송과 상기 5단계의 발효액 혼합을 반복하는 단계;

7) 최종 발효조(20+n)에서 발효된 발효액을 안정조(50)로 이송하고 고형물 및 부유물을 안정화하여서, 일부를 상기 첫번째 발효조(21)로 순환시키고 다른 일부를 재배조(10)로 공급할 발효수를 제조하는 단계;

로 구성되는 것을 특징으로 하는 발효수 제조방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 발효수.