KR101776919B1 - 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우렁쉥이의 껍질 분말, 유용미생물(EM), 당밀 및 물을 혼합한 혼합원료를 발효시킨 후 숙성시켜 발효액비를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우렁쉥이 껍질에 존재하는 비료에 유용한 성분을 특정 종류의 유용미생물과 특정 양의 당밀과 혼합하여 발효시킨 후 숙성시켜, 우렁쉥이 껍질에서 비료에 유용한 성분을 최적의 상태로 추출할 수 있는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비에 관한 것이다.
또한 본 발명은 우렁쉥이 껍질, 유용미생물 및 당밀을 주원료로 하여 발효액비를 제조하기 때문에, 제조된 발효액비에 농작물에 유해한 각종의 유해균이 포함되지 않는 효과를 얻을 수 있고; 해양생물 중의 하나인 우렁쉥이를 가공 또는 취식한 후 발생되는 부산물 폐기물인 우렁쉥이 껍질에 다량 포함된 질소, 인 및 칼륨 등의 비료 3대요소와 유리아미노산(free amino acid)을 최대한 취득할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며; 특히, 단단한 상태의 우렁쉥이 껍질을 전체를 발효ㆍ숙성시켜 발효액비로 재활용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비{Manufacturing method of organic liquid fertilizer using ascidian tunic and organic liquid fertilizer thereby}

본 발명은 우렁쉥이의 껍질 분말, 유용미생물(EM), 당밀 및 물을 혼합한 혼합원료를 발효시킨 후 숙성시켜 발효액비를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우렁쉥이 껍질에 존재하는 유용한 비료성분을 특정 종류의 유용미생물과 특정 양의 당밀과 혼합하여 발효시킨 후 숙성시켜, 우렁쉥이 껍질에서 비료에 유용한 성분을 최적의 상태로 추출할 수 있는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비에 관한 것이다.

친환경적인 작물재배에서는 기비로 유박을 주로 이용하며 추비의 경우 액비를 주로 이용하고 있으며 액비는 관주나 엽면살포가 가능하고 고체 유기질비료보다 속효성인 점 때문에 작물이 양분부족일 때 쉽게 이용가능하다. 미생물 발효액비는 양분공급 효과뿐만 아니라 다양한 유기물이 미생물에 의해 분해되는 과정에서 생성되는 이차산물 등이 작물의 생육에 직간접적으로 영향을 줄 뿐 만아니라 토양 내 유용미생물의 우점으로 병해저감에 커다란 영향을 미치므로 친환경농업에서 미생물 발효액비의 활용가치는 매우 높다.

우렁쉥이는 생식으로 기호성이 높은 수산 식품원으로 양식기술의 발달과 함께 매년 생산량이 증가하고 있으며 현재 우렁쉥이의 소비형태는 대부분 육만을 생식으로 이용하기 때문에 껍질부분은 대부분 폐기되고 있는 실정이며, 우렁쉥이의 껍질은 쉽게 분해되지 않아 연안환경오염 문제로 까지 대두되고 있다.

이러한 폐자원인 우렁쉥이 껍질은 분해가 어려운 단단한 석세포로 구성되어 있지만 다량의 카르티노이드 색소성분, Ca, P, Mg 등의 무기성분, 다량의 단백질과 타우린이 함유되어 있어, 친환경 농자재로서 작물의 생육에 필요한 다양한 성분을 포함하는 종합영양제로의 개발이 가능하다.

우렁쉥이 껍질에 관한 연구는 식품성분에 관한 연구, 다양한 '생리활성을 가지는 황산다당, 색소 및 효소 가수분해물을 이용한 양식소재 개과 양계에 대한 사료 첨가제(Kim, 2002) 등의 연구가 보고되어 있으나, 농업적 활용에 대한 연구자료는 미비한 실정이며 특히 작물의 생육을 촉진시키는 생장조절제의 연구는 전혀 이루어지지 않고 있다.

따라서 최근에는 폐자원인 우렁쉥이 껍질을 이용한 환경친화형 유기 액비의 개발을 위하여, 유용미생물(EM)을 이용한 우렁쉥이 껍질의 최적 발효조건과 액비의 특성 연구개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 발효액비 제조방법에 관한 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 발효액비 제조방법은 음식물 찌꺼기 또는 폐기되는 음식ㆍ생물의 부산물 등과 같은 물질을 원료를 발효처리하는 형태로 수행되었으나, 상기와 같이 제조된 발효액비는 각종의 유해균이 증식되어 오히려 농작물에 유해한 영향을 끼치는 문제가 발생하였고;

다양한 종류의 해양생물을 가공 또는 취식한 후 발생되는 부산물 폐기물을 이용하여 제조된 발효액비는 각각의 해양생물별로 다양하게 포함된 비료에 유용한 성분을 적절한 방법으로 발효시켜 취득하여야 함에도 불구하고, 일부의 유용 성분만을 취득하는 문제가 발생하였으며;

특히, 우렁쉥이를 가공 또는 취식한 후 발생되는 다량의 우렁쉥이 껍질은 단단하기 때문에, 발효액비로 전혀 이용되지 못한 문제가 발생하였기 때문에, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

건조되어 분쇄된 우렁쉥이 껍질 분말 10~30중량%, 유용미생물(EM) 1~10중량%, 당밀 5~25중량% 및 물 40~70중량%을 혼합하여 혼합원료을 만드는 원료혼합단계; 상기 혼합원료를 발효조에서 15~25일 동안 발효시켜 발효물을 만드는 발효단계; 상기 발효물을 15~25일 동안 숙성시켜 숙성물을 만드는 숙성단계 및; 상기 숙성물을 여과하여 우렁쉥이 껍질 발효액비를 수득하는 여과단계;를 포함하여 구성되는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비를 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법은 우렁쉥이 껍질, 유용미생물(EM) 및 당밀을 주원료로 하여 발효액비를 제조하기 때문에, 제조된 발효액비에 농작물에 유해한 각종의 유해균이 포함되지 않는 효과를 얻을 수 있고;

해양생물 중의 하나인 우렁쉥이를 가공 또는 취식한 후 발생되는 부산물 폐기물인 우렁쉥이 껍질에 다량 포함된 질소, 인 및 칼륨 등의 비료 3대요소와 유리아미노산(free amino acid)을 최대한 취득할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며;

특히, 단단한 상태의 우렁쉥이 껍질을 전체를 발효ㆍ숙성시켜 발효액비로 재활용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 우렁쉥이의 껍질 분말, 유용미생물, 당밀 및 물을 혼합한 혼합원료를 발효시킨 후 숙성시켜 발효액비를 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비에 관한 것으로서, 건조되어 분쇄된 우렁쉥이 껍질 분말 10~30중량%, 유용미생물(EM) 1~10중량%, 당밀 5~25중량% 및 물 40~70중량%을 혼합하여 혼합원료을 만드는 원료혼합단계; 상기 혼합원료를 발효조에서 15~25일 동안 발효시켜 발효물을 만드는 발효단계; 상기 발효물을 15~25일 동안 숙성시켜 숙성물을 만드는 숙성단계 및; 상기 숙성물을 여과하여 우렁쉥이 껍질 발효액비를 수득하는 여과단계;를 포함하여 구성되는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법 및 이에 의하여 제조된 우렁쉥이 껍질 발효액비에 관한 것이다.

우선 본 발명에 의한 우렁쉥이 껍질은 일반적으로 '멍게'라 알려진 해양생물의 껍질로서, 우렁쉥이의 육질을 가공용 또는 취식용으로 취득한 후 남은 부산물이고, 단단하여 취식이 불가능할 뿐만 아니라 본연의 상태대로는 쉽게 썩지 않아 일반적인 비료로서도 이용이 어렵다.

구체적으로, 상기 원료혼합단계는 건조되어 분쇄된 우렁쉥이 껍질 분말 10~30중량%, 유용미생물(EM) 1~10중량%, 당밀 5~25중량% 및 물 40~70중량%을 혼합하여 혼합원료을 만드는 과정으로서, 분말로 만든 우렁쉥이 껍질, 유용미생물, 당밀 및 물을 혼합하는 과정이다.

즉, 상기 우렁쉥이 껍질 분말은 단단한 우렁쉥이 껍질을 건조시켜 일정의 크기로 분쇄된 것이면 다양한 방법으로 준비될 수 있으나, 수세된 우렁쉥이 껍질을 45~70℃의 온도로 3~7일 동안 건조시켜 건조된 우렁쉥이 껍질을 만드는 건조과정; 상기 건조된 우렁쉥이 껍질을 40~60mesh의 평균입자 크기로 분쇄하는 분쇄과정;을 포함하는 과정으로 만들어질 수 있다.

이때, 상기 건조과정은 우렁쉥이 껍질을 분말화하기 이전에 건조시키는 과정으로서, 다소 낮은 온도인 45~70℃로 3~7일 동안 건조시켜 처리하는 것이 바람직하다.

즉, 건조과정 처리온도가 45℃ 미만이면 건조과정이 지나치게 오래 소요되는 문제가 발생하고, 70℃를 초과하면 우렁쉐이 껍질에 포함된 비료에 유용한 일부 유기 성분이 파괴될 수 있는 문제가 발생하므로, 건조과정 처리온도는 상기 온도 범위 내에서 처리하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 분쇄과정은 상기 건조된 우렁쉥이 껍질을 40~60mesh의 평균입자 크기로 분쇄하는 과정으로서, 상기 건조과정 처리된 우렁쉥이 껍질을 40mesh 보다 큰 크기로 분쇄하면 분쇄된 우렁쉥이 껍질 분말이 지나치게 크기 때문에 발효 효율이 다소 떨어지거나 발효 기간이 장시간 소요되는 문제가 발생하고, 60mesh 보다 작은 크기로 분쇄하면 분말의 크기가 지나치게 작아 우렁쉥이 껍질 분말을 관리하기 어려운 문제가 발생하므로, 우렁쉥이 껍질 분말은 상기 범위 내의 크기로 분쇄되는 것이 바람직하다.

더불어 혼합원료에 우렁쉥이 껍질 분말은 10~30중량%의 조성비로 혼합되는 것이 바람직한데, 우렁쉥이 껍질 분말이 10중량% 미만으로 포함되면 우렁쉥이 껍질 분말의 조성이 미흡하여 우렁쉥이 껍질에 의한 비료에의 유용 성분 함량이 다소 미흡해지는 문제가 발생하고, 30중량%를 초과하여 포함되면 우렁쉥이 껍질 분말의 조성이 과다하여 우렁쉥이 껍질에 의한 비료에의 유용 성분의 추출효율이 현저히 감소하는 문제가 발생하므로, 우렁쉥이 껍질 분말은 상기 범위 내의 조성비로 혼합원료에 포함되는 것이 바람직하다.

또한 유용미생물(EM, effective microorganisms)은 유산균과 효모가 혼합되어진 구성으로서, 일반적인 유용미생물을 이용할 수 있고, 유산균인 락토바실러스 플란타륨(Lactobacillus Plantarum)과 락토바실러스 카세이 (Lactobacillus Casei), 효모인 사카로마이세스 세레비시아(Saccharomyces Cerevisiae)를 혼합하여 만드는 것이 보다 바람직하다.

아울러 유용미생물이 혼합된 혼합원료는 각 조성물의 비중이 서로 다르므로 혼합시에 거품이 나지 않도록 잘흔들어주거나 저어주는 것이 바람직하다. 이때 거품이 발생하면 혼합원료 내에 산소가 다량 존재하게 되어 발효보다는 부패가 일어날 확률이 높아지기 때문이다.

더불어 유용미생물은 혼합원료에 1~10중량%의 조성비로 혼합되는 것이 바람직한데, 유용미생물이 1중량% 미만으로 혼합되면 유용미생물에 의한 우렁쉥이 껍질 분말의 발효가 일어나지 않거나, 발효가 일어나도 발효 효율이 다소 미흡하여 발효단계 처리가 장기간 소요되는 문제가 발생하고, 10중량%를 초과하면 유용미생물의 조성이 과다하여 우렁쉥이 껍질에 대한 발효 효율의 감소와 더불어 과다투입에 따른 경제성이 떨어지기 때문에, 유용미생물은 상기 범위 내의 조성비로 혼합원료에 포함되는 것이 바람직하다.

아울러 당밀은 유용미생물의 기질로 사용되는 구성으로서, 우선적으로 유용미생물에 포함된 효모의 먹이로 작용되어 효모의 활동을 활성화시키고, 뒤를 이어 유용미생물에 포함된 유산균의 먹이로 작용되어 유산균의 활동을 활성화시킨다. 상기와 같이 효모와 유산균이 활성화 되면서 우렁쉥이 껍질 분말의 발효가 시작된다.

즉, 상기와 같은 당밀은 유용미생물의 활성화 정도를 결정하고, 활성화된 유용미생물에 의하여 우렁쉥이 껍질 분말의 발효 정도 및 발효된 우렁쉥이 껍질에서의 비료 유용 성분의 추출정도를 결정하기 하기 때문에, 혼합원료에 대한 당밀의 조성비가 매우 중요하다.

상기와 연관하여, 본 발명에 있어서, 당밀은 혼합원료에 5~25중량%의 조성비로 혼합되는 것이 바람직한데, 이에 관한 구체적인 설명은 하기의 실시예를 이용하여 다시 하겠다.

아울러 혼합원료에 혼합되는 물은 혼합원료에 포함되는 우렁쉥이 껍질 분말, 유용미생물 및 당밀을 제외한 나머지 조성비로 포함되고, 바람직하게는 40~70중량%의 조성비로 혼합원료에 포함된다.

또한 발효단계는 상기 혼합원료를 발효조에서 15~25일 동안 발효시켜 발효물을 만드는 과정으로서, 상기 혼합원료를 발효시켜 발효물을 만드는 과정이다.

즉, 상기 발효단계는 우렁쉥이 껍질 분말을 발효시켜 우렁쉥이 껍질 분말에 포함된 비료에 유용한 미생물을 추출할 수 있으면 다양한 방법으로 처리가능하고, 상기 혼합원료의 조성으로는 발효조에서 15~25일 동안처리하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 발효단계의 처리기간이 15일 미만이면 우렁쉥이 껍질 분말의 발효가 미흡하여 유용 성분의 추출 효과가 다소 미흡하고, 25일을 초과하면 우렁쉥이 껍질 분말에 포함된 유용 성분 중 일부 유용 성분의 추출 효과는 우수해지나, 다른 일부 유용 성분은 오히려 감소하는 문제가 발생하여, 발효단계의 처리기간은 15~25일 이내로 처리하는 것이 바람직하다.

상기 발효단계는 혐기 상태를 유지시키는 혐기발효조에서 32~38℃의 온도로 처리되도록 구성되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 혼합원료에 포함된 유용미생물에 포함된 혐기성 미생물군은 산소가 차단된 상태에서 발효되는 것이 바람직하기 때문에 혐기발효조에서 발효되는 것이 바람직하고, 혐기발효조의 상단부에는 기체 배출이 가능한 외부공기 유입차단 장치가 구비되어, 발효과정 중의 혐기성 미생물군의 호흡으로 인하여 생성된 다량의 기체를 혐기발효조의 외부로 배출시키는 것이 바람직하다.

아울러 혐기발효조의 온도가 32℃ 미만이면 온도가 낮아 유용미생물 중에서 특히 유산균의 활성화가 미흡하여 발효가 원활하게 진행되지 않고, 38℃를 초과할 경우 급격한 발효에 의해 산폐가 일어날 수 있기 때문에 혐기발효조의 온도는 32~38℃로 유지되는 것이 바랍직하다.

또한 숙성단계는 상기 발효단계에서 만들어진 상기 발효물을 15~25일 동안 숙성시켜 숙성물을 만드는 과정으로서, 유용미생물로 발효된 발효물의 유용 성분을 안정화시키는 과정이다.

이때, 숙성단계 처리기간은 당업자의 판단에 따라 다양한 기간 동안 처리가능하나, 15~25일 동안 처리하는 것이 바람직한데, 숙성단계 처리기간이 15일 미만이면 숙성기간이 지나치게 짧아 발효물이 불완전하게 되고, 25일이 초과되면 숙성단계 처리기간이 지나치게 길어 생산성이 떨어지는 문제가 발생하므로, 숙성단계 처리기간은 상기 범위 내로 처리되는 것이 바람직하다.

더불어 상기 숙성단계 처리 온도는 당업자의 판단에 따라 자유롭게 설정가능하나, 발효물에 포함된 유용미생물이 더 이상 활성화되지 않도록 13~20℃의 온도로 처리되는 것이 바람직하다.

이때, 숙성단계 처리 온도가 13℃ 미만이면 숙성온도가 지나치게 낮아 발효물의 안정화속도가 늦어져 경제성이 떨어지고, 20℃를 초과하면 일부 유용미생물이 활성화되어 발효물이 부패될 수 있는 문제가 발생하므로, 숙성단계는 13~20℃의 온도로 처리되는 것이 바람직하다.

또한 여과단계는 상기 숙성단계 처리되어 만들어진 상기 숙성물을 여과하여 우렁쉥이 껍질 발효액비를 수득하는 과정으로서, 일반적인 여과망을 구비하는 여과장치를 이용하여 숙성물을 여과하거나, 숙성물이 정치된 정치조에서 액상의 우렁쉥이 껍질 발효액비만을 채취하는 방식으로 처리가능하다.

다음은 본 발명에 의한 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법에 관한 바람직한 시험예 및 제조된 발효액비에 포함된 비료에 유용한 성분을 분석한 결과이다.

[시험]

1. 시료 및 전처리

본 실시예에서 이용하는 발효액비 원료인 우렁쉥이 껍질은 경남 통영 앞바다에서 생산된 것을, 사탕수수 당밀은 친환경 농자재로 공시된 제품(봄맞이)을 사용하였으며, 발효에 사용된 유용미생물은 토양미생물제제로 사용되는 유산균(lactobacillus plantarum, lactobacillus casei)과 효모(saccharomyces cereviseae)로 구성되는 것을 사용하였다. 우렁쉥이 껍질은 수돗물로 세척한 다음 60℃에서 4일 동안 열풍건조 시킨 후, 롤밀(Roll mill)과 분쇄기(Cut mill)로 입도 50 mesh로 잘게 분쇄하여 상온에서 보관하면서 시료로 사용하였다.

본 실시예에 사용된 발효액비 원료인 우렁쉥이 껍질은 수분 8.51%, 총질소 6.23gㆍ100g^-1이었으며 양이온 중에서는 칼슘이 2.80gㆍ100g^{- 1}으로 가장 높은 함량을 나타내었다(표 1). 또한 당밀은 수분이 20.05%이었으며, 비료 3요소 중에서는 칼륨이 2.40gㆍ100g^-1, 양이온 중에서는 칼슘이 2.80gㆍ100g^{- 1}으로 가장 높은 함량을 나타내었다.

2. 시료의 투입비율 및 배양조건

혼합원료에 대하여 우렁쉥이 껍질 20중량%, 유용미생물(EM) 5중량%를 투입한 후 기질로서 사탕수수 당밀을 5중량%, 10%중량, 15중량%, 20중량%로 투입비율을 달리하여 투입조건을 선정하였다(표 2).

발효액비 제조는 상단부에 가스 배출이 가능한 외부공기 유입차단 장치가 부착된 혐기발효기(20L)에 투입조건별 재료 10kg을 잘 혼합하여 넣고 36℃로 설정된 배양실에서 밀봉하여 혐기발효시키며, 발효 5일, 14일, 21일, 28일, 50일에 시료를 채취하여 배양기간에 따른 발효액비의 변화를 3회 반복 분석하였다. 시료 채취시 산소의 접촉방지를 위하여 발효기 하단부에 밸브를 설치하여 시료를 채취하였다.

또한 상기의 시료 채취는 우렁쉥이 껍질이 발효되는 과정 중에 발생하는 비료의 유효 성분의 정확한 분석을 위하여, 숙성단계 이전의 시료를 채취한 것이다.

3. 시료의 분석방법

우렁쉥이 껍질 발효액비의 분석은 농촌진흥청에서 고시한 비료의 품질검사방법(RDA, 2006)을 참고하여 분석하였다.

이때, 발효액비의 pH와 전기전도도(EC)는 시료를 100mL씩 채취하여 No. 2 여과지로 여과 후 pH meter(Mettler, MP 220)와 EC meter(TOA CM-40S)를 이용하여 각각 측정하였다. 총 질소는 황산으로 습식분해한 후 Kjeldahl법으로 측정하였고, 인산, 치환성 양이온, 미량원소는 ICP(Varian 720-ES)를 이용하여 분석하였다. 우렁쉥이 껍질 액비의 유리아미노산 분석은 시료 10mL를 15,000rpm, 15분간 원심분리한 후 상등액을 취하여 0.45㎛ membrane filter로 여과한 후 아미노산 자동분석기(L-8900, Hitachi, Japan)를 이용하여 측정하였다. 아미노산 자동분석기에 사용된 이동상 용매는 lithium citrate buffer를 이용하였고, 유속은 0.35mL/min이었으며 시료는 20μL를 분석기에 주입하였다. 컬럼과 reactor의 온도는 각각 50℃, 135℃로 하여 분석을 수행하였으며, 이때 사용한 유도체 반응 용액으로는 ninhydrin reagent를 사용하였고, 검출 흡광도는 570nm와 440nm로 행하였다.

[시험 결과 및 고찰]

1. 우렁쉥이 껍질 발효액비의 유용미생물(EM) 발효기간 중 pH 및 EC(전기전도도)

우렁쉥이 껍질 액비 제조를 위한 재료의 투입비율별 발효기간에 따른 pH 및 EC의 변화를 표 3에 나타내었다.

재료의 투입비율에 따른 pH는 T1, T2, T3, T4 순으로 낮아져 당밀의 투입량이 증가할수록 낮아지는 경향을 나타내었다. 발효가 진행되는 동안의 pH 변화는 당밀을 5중량% 함유하고 있는 T1에서는 발효 5일차에서 4.76을 나타내었으나 기간이 경과됨에 따라 서서히 증가하여 발효 50일차에서는 6.75를 나타내었고, 당밀이 10중량% 이상 투입된 시험구에서는 발효 5일차 이후의 pH가 일정하게 유지되는 경향을 나타내었다.

유용미생물(EM)을 이용한 발효의 경우 EM내에 존재하는 유산균에 의해 유기물이 분해되는 과정에 유기산이 생성되어 pH가 낮게 유지되는 경향을 나타낸다. 따라서 당밀이 10중량% 이상 투입된 시험구 T2, T3, T4에서는 EM발효가 잘 진행되는 것으로 보여지며, 낮게 유지되는 pH로 인하여 유해균의 생장이 저해되어 액비의 저장성이 증가할 것으로 판단된다.

또한 EM발효 우렁쉥이 껍질 발효액비의 EC는 T1, T2, T3, T4 순으로 높아져 당밀의 투입량이 증가할수록 높아지는 경향을 나타내었다. 발효기간의 경과에 따른 EC 값의 변화는 T1, T2, T3의 경우 발효가 진행됨에 따라 EC 값이 서서히 증가하여 28일차에 최고치를 나타내었으며 그 이후 약간 감소하는 것으로 나타났다.

또한 당밀의 투입비율이 가장 높은 T4의 경우에서는 발효 50일차 까지도 서서히 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 발효과정에서 미생물에 의한 유기물의 무기화작용으로 인해 이온들이 유기물로부터 용액으로 해리되기 때문인 것으로 보여진다.

2. 우렁쉥이 껍질 발효액비의 유용미생물(EM) 발효기간 중 T-N, P 및 K의 변화

우렁쉥이 껍질 발효액비의 재료 투입비율별 발효기간에 따른 T-N, P 및 K 함량을 표 4에 나타내었다.

우렁쉥이 껍질 발효액비의 EM발효에 따른 총 질소 함량은 전 시험구에서 발효가 경과할수록 현저히 증가하였으며, 발효기간에 따른 총 질소 함량의 변화는 발효 초기인 발효 5일차에 비해 50일차에서는 T1의 경우 65.9% 증가한 반면에, T2는 118.5%, T3는 219.7%, T4는 218.7배 증가하여 당밀이 15중량% 이상 투입된 조건에서 총 질소 함량 증가율이 우수한 것으로 나타났다. 또한 발효 50일차에서 각 시험구별 총 질소 함량을 비교해보면 T1과 비교해 T2는 174.5%, T3는 229.4%, T4는 344.1% 증가하여 총 질소 함량은 T4와 같은 투입조건이 가장 효율적인 것으로 나타났다.

우렁쉥이 껍질 발효액비의 EM발효에 따른 인 함량은 전 시험구에서 발효 21일차 까지는 증가하였으나 그 이후에는 급격히 감소하였다. 발효기간에 따른 인 함량의 변화는 인 함량이 가장 높은 발효 21일차와 비교하여 보면 50일차에서 T1은 40.3%, T2는 31.2%의 감소를 나타낸 반면에, T3는 10.9%, T4는 8.0% 감소를 나타내어 당밀이 15중량% 이상 투입된 배합조건에서 감소율이 줄어 더 효율적인 것으로 나타났다. 또한 인 함량이 가장 높은 발효 21일차에서 각 시험구별 인 함량을 비교해보면 T1과 비교해 T2는 176.7%, T3는 271.1%, T4는 341.9% 증가하는 것으로 나타났다.

우렁쉥이 껍질 발효액비의 EM발효에 따른 우렁쉥이 껍질 액비의 칼륨 함량은 전 시험구에서 발효기간이 경과할수록 점진적으로 증가하였으며, 발효 5일차에서 50일차까지 증가율을 보면 T1은 7.5%, T2는 4.5% 증가한 반면에, T3는 26.5%, T4는 39.4% 증가하여 당밀이 15중량% 이상 투입된 배합조건에서 칼륨 함량의 증가율이 우수한 것으로 나타났다. 또한 발효 50일차에서 각 시험구별 칼륨 함량을 비교해보면 T1 과 비교해 T2는 187.3%, T3는 235.6%, T4는 334.7% 증가하는 것으로 나타났다.

3. 우렁쉥이 껍질 발효액비의 유용미생물(EM) 발효기간 중 양이온의 변화

우렁쉥이 껍질의 주요 무기성분인 칼슘, 마그네슘, 나트륨에 대하여 재료 투입비율별 발효기간에 따른 함량 변화를 표 5에 나타내었다.

우렁쉥이 껍질 발효액비의 칼슘 함량은 발효기간이 경과할수록 증가하였으며, 발효 5일차에서 50일차까지 증가율을 보면 T1은 13%, T2는 5.7%, T3는 26.5%, T4는 39.8% 나타내어 당밀이 15중량% 이상 투입된 조건에서 증가율이 우수한 것으로 나타났다. 또한 발효 5일차에서 각 시험구별 칼슘 함량을 비교해 보면 T1과 비교해 T2는 202.6%, T3는 210.3%, T4는 271.2% 높은 함량을 나타내었으며 발효 50일차에서는 T2는 189.6%, T3는 235.6%, T4는 334.7% 높은 함량을 나타내어 발효 5일차 보다 50일차에서 시험구간 칼슘 함량차가 더 큰 것으로 나타났다.

우렁쉥이 껍질 발효액비의 마그네슘 함량은 전 시험구에서 발효기간이 경과할수록 서서히 증가하였으며, 발효 5일차에서 50일차까지 증가율을 보면 T1은 3.3%, T2는 9.0%, T3는 22.6%, T4는 27.4% 증가하여 칼슘의 경우와 같은 당밀이 15중량% 이상 투입된 조건에서 증가율이 우수한 것으로 나타났다. 또한 발효 5일차에서 각 시험구별 마그네슘 함량을 비교해 보면 T1과 비교해 T2는 158.5%, T3는 189.3%, T4는 235.3% 높은 함량을 나타내었으며 발효 50일차에서는 T2는 167.1%, T3는 224.6%, T4는 290.1% 높은 함량을 나타내어 발효 5일차 보다 50일차에서 시험구간 마그네슘 함량차가 더 큰 것으로 나타났으며, 시험구별 발효기간에 따른 마그네슘의 함량은 칼슘에 비해 약 절반정도의 함량을 나타내었다.

우렁쉥이 껍질 발효액비의 발효기간에 따른 나트륨 함량은 T1, T2에서는 발효 28일차에 최고 함량을 나타내었으나 이후 약간 감소하였으며, T3, T4에서는 발효 50일차 까지 변화폭이 적지만 꾸준히 증가하였다. 발효 5일차에서 50일차까지 나트륨 함량 증가율은 T1에서 13.7%, T2는 11.3%, T3는 6.0%, T4는 11.5% 증가를 나타내어 전 시험구 모두 증가율이 미미한 것으로 나타났다. 우렁쉥이 껍질 발효액비의 나트륨 함량은 발효초기에 대부분 용출되어 발효기간 중 차이는 적었는데 이러한 결과는 혼합액비 제조시 발효초기에 나트륨이 모두 용출되는 의미로 판단할 수 있다.

4. 우렁쉥이 껍질 발효액비의 유용미생물(EM) 발효기간 중 유리아미노산 함량

비료의 3요소 및 칼슘, 마그네슘 함량이 가장 높은 배합조건 T4의 재료를 50일간 EM 발효시킨 우렁쉥이 껍질 발효액비의 유리아미노산 분석 결과 총 29종이 검출되었으며, 유리아미노산 총량은 7,080.94mg/L를 표 6에 나타내었다.

유리아미노산 중에서는 과실의 감미와 착색을 증진시키는 알라닌이 656.32mg/L로 가장 높은 함량을 나타내었으며, 비단백태 아미노산으로서 식물세포 내 pH 조절, 질소저장 화합물 및 아미노산 대사산물 합성 등의 기능을 가지는 γ-Aminobutyric acid(GABA), 토양단립효과 및 당도를 증진시키는 아스파르트산, 과실의 색택 개선효과를 가지는 루신, 당도증진 및 내한성을 증가시키는 글리신 순으로 500mg/L 이상의 아미노산 함량을 나타내었으며, 전체 아미노산의 41.25%를 차지하였다. 그 다음으로 발린, 세린, 오르니틴, 페닐알라닌, 라이신, 프롤린, 티로신, 글루탐산 순으로 469.36-207.24mg/L의 함량을 나타내었으며, 트레오닌, 이소루신, 타우린. 메치오닌, 시스타티오린이 189.98-111.58mg/L의 함량을 나타내었다.

상기와 같은 결과, 본 발명에 의한 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조시 당밀의 투입량이 증가할수록 pH는 낮아지며, EC는 높아지는 것으로 나타났으며, pH는 당밀이 10중량% 이상 투입된 시험구에서 일정하게 유지되었다.

또한 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비의 총 질소 함량은 발효가 경과할수록 현저히 증가하였으며, 특히 당밀이 15중량% 이상 투입된 시험구에서 약 220% 증가율을 나타내었다. 인의 함량은 발효 21일차에서 최고치를 나타내었으며, 칼륨의 함량은 발효가 경과할수록 증가하였다.

아울러 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비의 칼슘, 마그네슘, 나트륨의 함량 역시 발효가 경과할수록 증가하였고 당밀이 15중량% 이상 투입된 시험구에서 증가율이 우수한 것으로 나타났으며, 칼슘의 함량이 상대적으로 높은 것으로 나타났다.

더불어 우렁쉥이 껍질 액비의 유리아미노산은 총 29종이 검출되었으며 총량은 7,080.94mg/L를 나타내었고 알라닌이 656.32mg/L로 가장 높은 함량을 나타내었다. 이상의 결과를 미루어 볼 때 우렁쉥이 껍질을 이용한 액비화에는 당밀이 혼합원료에 5~25중량%로 포함될 수 있고, 당밀이 15중량% 이상 투입된 조건이 최적인 것으로 판단된다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

Claims (14)

1. 건조되어 분쇄된 우렁쉥이 껍질 분말 10~30중량%, 유용미생물(EM) 1~10중량%, 당밀 5~25중량% 및 물 40~70중량%을 혼합하여 혼합원료를 만드는 원료혼합단계;
   상기 혼합원료를 발효조에서 15~25일 동안 발효시켜 발효물을 만드는 발효단계;
   상기 발효물을 15~25일 동안 숙성시켜 숙성물을 만드는 숙성단계 및;
   상기 숙성물을 여과하여 우렁쉥이 껍질 발효액비를 수득하는 여과단계;를 포함하되,
   상기 원료혼합단계의 우렁쉥이 껍질 분말은 수세된 우렁쉥이 껍질을 45~70℃의 온도로 3~7일 동안 건조시켜 건조된 우렁쉥이 껍질을 만드는 건조과정; 상기 건조된 우렁쉥이 껍질을 40~60mesh의 평균입자 크기로 분쇄하는 분쇄과정;이 더 포함되며,
   상기 유용미생물(EM)은 유산균인 락토바실러스 플란타륨(Lactobacillus Plantarum)와 락토바실러스 카세이 (Lactobacillus Casei), 효모인 사카로마이세스 세레비시아(Saccharomyces Cerevisiae)가 혼합되는 것을 특징으로 하는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법.
   
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4. 제1항에 있어서,
   상기 발효단계는,
   혐기 상태를 유지시키는 혐기발효조에서 32~38℃의 온도로 처리되도록 구성되고,
   상기 숙성단계는 13~20℃의 온도로 처리되도록 구성되며,
   상기 우렁쉥이 껍질 발효액비는 4.21~4.99의 pH가 되도록 하고,
   19.09~28.50 dS/m의 전기전도도(EC)가 되도록 하며,
   2,225~8,825mg/L의 총 질소 함량을 갖도록 하고,
   923~3,305mg/L의 인 함량을 갖도록 하며,
   2,007~6,533mg/L의 칼륨 함량을 갖도록 하고,
   2,036~6,590mg/L의 칼슘 함량을 갖도록 하며,
   1,00~2,7978mg/L의 마그네슘 함량을 갖도록 하고,
   1,089~2,537mg/L의 나트륨 함량을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 우렁쉥이 껍질을 이용한 발효액비 제조방법.
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