KR102366791B1

KR102366791B1 - 산천어 발효액 제조방법

Info

Publication number: KR102366791B1
Application number: KR1020210085887A
Authority: KR
Inventors: 정주용
Original assignee: 화천군
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2022-02-23
Also published as: CN115812070B; CN115812070A; WO2023277328A1

Abstract

본 발명은 산천어를 발효시켜 제조한 산천어 발효액 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 산천어로부터 전당과 단백질을 효율적으로 추출하고, 추출액만을 분리하여 특정 조건에서 발효 및 숙성시킴으로써 발효시간을 효과적으로 단축시키고 발효기간 동안 발생할 수 있는 악취 및 오염을 최소화한 친환경적인 액체 비료를 제조할 수 있다.

Description

산천어 발효액 제조방법 {Manufacturing method of fermented liquor using masou salmon}

본 발명은 산천어를 이용한 발효액의 제조방법에 관한 것으로, 산천어로부터 전당과 단백질을 효율적으로 추출하고 단기간에 발효 및 숙성시켜 죽거나 이용가치가 떨어진 산천어를 친환경적으로 활용하는 방법에 관한 것이다.

우리나라의 겨울 대표 축제인 화천의 산천어 축제가 끝나면 죽거나 이용가치가 떨어진 산천어가 발생하곤 하는데 최근 코로나 19의 영향으로 폐기해야 할 산천어가 기존보다 대량 발생하여 처리에 곤란함이 있어왔다.

산천어(Onchorthynchus masou masou)는 연어목 연어과의 물고기로 각종 요리방법을 개발하여 식용으로 전환하려는 노력이 꾸준히 이루어지고 있으나, 일반적인 연어 조리법으로는 산천어의 독특한 육질과 맛을 이끌어내기가 힘들고, 찾는 이가 한정된 관계로 대중적인 식용 물고기로는 활용이 어려워보이는 실정이다.

한편, 산천어는 타 어종 대비 단백질 함량이 높고 지방 성분이 적은 특징이 있으며, 필수 아미노산 및 필수 지방산을 포함하고 있어 다양한 생리기능에 도움을 줄 수 있고, 각종 비타민들 역시 풍부하게 함유되어 있다.

본 발명에서는 축제 후 버려지는 산천어를 이용하여 발효액을 제조함으로써 처리가 곤란하였던 대량의 산천어를 친환경적으로 활용하고자 하였는데, 본 발명의 방법에 따르면, 20톤의 산천어로 약 60~80톤 가량의 작물 영양제 제조가 가능하여 농가의 작물 영양제 구매 비용을 저감화 할 수 있는 비료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

대한민국 등록특허 제10-0860351호(2008.09.19. 등록)에는, 배스에 발효 미생물과 당밀을 첨가하여 제조한 혼합액을 발효시켜 유기질 비료를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 대한민국 등록특허 제10-1936012호(2018.12.31. 등록)에는, 어류에 유기물질을 혼합 후 추출하고 발효 미생물과 미네랄을 첨가하여 발효시켜 비료를 제조하는 방법이 기재되어 있다.

본 발명은 산천어에 물을 첨가하고 가열하여 수득한 추출물을 단기간에 발효 및 숙성시킴으로써, 종래 수개월에서 최대 2년 정도로 긴 발효 및 숙성기간을 10일 내외로 단축시키고, 발효 및 숙성 기간 동안 발생하는 악취, 발효종균 오염 등의 문제점을 효과적으로 해결하고자 하였다. 또한 우리나라 겨울 대표 축제인 화천의 산천어 축제를 즐긴 후 죽거나 이용가치가 떨어진 산천어로부터 전당과 단백질을 효율적으로 추출한 친환경적인 액상 비료를 제조하여, 농가의 친환경 농업을 육성하고 작물 영양제의 구매 비용을 저감화 할 수 있는 산천어 발효액 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

산천어에 물을 첨가하고 가열하여 전당과 단백질이 포함된 추출액을 수득하는 단계 (a); 상기 단계 (a)를 거쳐 수득한 추출액에 당밀을 첨가하고 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)를 접종하여 발효시키는 단계 (b); 및 상기 단계 (b)의 발효가 끝난 후, 상온에서 숙성하는 단계 (c); 상기 숙성 후, 광합성 미생물을 접종하는 단계 (d); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 산천어 발효액의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 산천어 발효액의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (a)는, 가열 후 35~40℃까지 냉각하고 원심분리하여 추출액을 수득하는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

본 발명의 산천어 발효액의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (b)의 발효는, 38~40℃에서 5~7일 동안 교반시키면서 진행하되, 상기 교반은 분당 60~80회 이루어지는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

본 발명의 산천어 발효액의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (c)의 숙성은, 상온에서 3~5일 동안 교반시키면서 진행하되, 상기 교반은 분당 10~30회 이루어지는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

본 발명의 산천어 발효액의 제조방법에 있어서, 상기 단계 (d)의 광합성 미생물은, 로도박터(Rhodobacter) 속 미생물인 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

발효액을 제품화하는 경우, 자연발효방식은 발효액을 농산물에 살포 시 악취가 소비자에게까지 전달될 수 있는 문제점이 있는데, 본 발명은 발효액 제조 시 가열단계를 거쳐 최종 발효액을 살포하여도 농산물에 생선 발효취가 발생하지 않는다.

또한, 종래의 수개월에서 최대 2년 정도 걸리던 긴 발효 및 숙성기간을 10일 내외로 대폭 단축시켜 발효액을 제조함으로써, 발효액 제조 시 발생하는 악취 및 발효종균 오염 등의 문제점을 해결하였고, 자연발효방식으로 제조할 경우 발생하는 폐기물을 어분으로 활용할 수 있어 부가가치가 크다.

정리하자면, 본 발명은 분쇄한 산천어에 물을 첨가하고 가열하여 전당과 단백질을 효율적으로 추출하고 추출액을 단기간에 발효 및 숙성하여 제품화 시 생선 발효취가 나지 않는 산천어 발효액을 제조함으로써, 종래 긴 발효 및 숙성기간으로 인한 악취, 발효종균이 오염되는 등의 문제점을 효과적으로 해결하고, 우리나라 겨울 대표 축제인 화천의 산천어 축제 이후 죽거나 이용가치가 떨어진 산천어를 친환경적으로 활용하며, 농가의 친환경 농업 육성 및 작물 영양제 구매 비용 저감 효과를 발휘할 수 있다.

도 1은 본 발명의 단계 (a)에서 추출시간에 따른 전당의 추출량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 단계 (a)에서 추출시간에 따른 단백질의 추출량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실험을 위해 준비한 산천어의 사진이다.
도 4는 산천어 잔여물과 분리된 추출액의 사진이다.

산천어(Onchorthynchus masou masou)는 연어목 연어과의 냉수성 어류인 민물고기로 우리나라의 토종 민물고기이다. 산천어는 송어의 육봉형으로 생김새가 송어와 유사하나, 몸길이는 송어의 절반 정도밖에 되지 않고, 물의 온도가 연중 20℃를 넘지 않으며 용존 산소량이 풍부한 하천의 최상류에 서식한다.

한편, 우리나라 화천의 산천어 축제는 2003년 시작하여 한국의 대표적인 축제로 자리매김한 최고의 겨울 축제라고 할 수 있다. 해마다 수많은 사람들이 모여들고 외국인 관광객도 넘쳐나는 우리나라 최대의 축제이지만, 산천어 축제 이후 죽거나 이용가치가 떨어진 대량의 산천어들을 처리하는 데에 적절한 방법이 없어, 산천어를 효과적으로 처리하기 위한 방법의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 산천어는 타 어종 대비 단백질 함량이 높고 지방성분이 적은 특징이 있는데, 국립수산과학원에 따르면 산천어 가식부 100 g 당 단백질 20.3 g 및 지방 3.3 g이 함유되어 있다. 이와 같은 특징이 있는 산천어를 이용하여 산천어 발효액을 제조함으로써, 우리나라 겨울 대표 축제인 화천의 산천어 축제 이후 죽거나 이용가치가 떨어진 산천어를 친환경적으로 활용하고, 농가의 친환경 농업 육성 및 작물 영양제 구매 비용을 저감하는 효과를 발휘할 수 있다.

또한 산천어를 분쇄 후 가열하는 공정을 거침으로써 액비 제조 시 종래의 긴 발효 및 숙성 기간을 단축시키고, 그 기간 동안 발생하는 악취 및 2차 오염 등의 문제를 효과적으로 해결하며 최종 발효액의 품질이 향상되는 효과를 발휘할 수 있다. 가열의 경우 통상적으로는 살균이 수행되는 것이 일반적이나, 본 발명에 의할 경우, 살균 효과 외에 발효 및 숙성기간을 단축시킬 수 있는 효과가 발휘됨을 추가로 확인할 수 있었다.

본 발명은 산천어에 물을 첨가하고 가열하여 전당과 단백질이 포함된 추출액을 수득하는 단계 (a); 상기 단계 (a)를 거쳐 수득한 추출액에 당밀을 첨가하고 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)를 접종하여 발효시키는 단계 (b); 및 상기 단계 (b)의 발효가 끝난 후, 상온에서 숙성하는 단계 (c); 상기 숙성 후, 광합성 미생물을 접종하는 단계 (d); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 산천어 발효액의 제조방법을 제공한다.

이하, 하기에서는 본 발명의 산천어 발효액 제조방법을 각 단계별로 세분화해서 구체적으로 설명하고자 한다.

<단계 (a) : 산천어로부터 전당과 단백질 추출>

본 단계는 산천어에 물을 첨가하고 가열하여 전당과 단백질이 포함된 추출액을 수득하는 과정이다. 바람직하게는 산천어에 물을 첨가하고 100~120℃ 온도에서 90~120분 동안 가열하여 산천어로부터 전당과 단백질을 추출하는 것이 좋다.

산천어를 본 발명에서와 같이 가열하지 않고 바로 사용한다면 생선이 발효되는 기간이 최소 3개월에서 2년 걸리고, 그 기간 동안 악취 및 발효 종균 오염 등의 문제가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 가열 공정을 사용함으로써, 발효 및 숙성을 보름 이내로 단축하고 완제품에서 생선냄새를 거의 제거할 수 있었다. 발효액의 제품화 시에 자연발효방식은 발효액의 악취가 농산물에 살포시 그 냄새가 때로 소비자에게까지 전달될 수 있는데, 본 발명의 가열 방식은 제조 단계부터 냄새의 요인이 제거되어 생선 발효취가 농산물에서 발생하지 않는다. 또한, 본 발명의 가열 후 추출방식은 항상 일정한 양과 시간에 의해 생산되기 때문에 제품이 언제나 균일하고 문제 발생시 어느 단계에서 일어난 문제인지 파악이 쉬운 장점이 있다.

한편, 산천어는 타 어종 대비 단백질 함량이 높고 지방 성분이 적은 특징이 있어, 100~120℃ 온도에서 90~120분 동안 가열하는 것이 좋다. 또한, 본 단계에서는 산천어를 물 100 중량 대비 30~40 중량부 만큼 첨가하는 것이 좋다.

전당(total sugar)은 작물 중에 포함되어 있는 전분, 당류 등 가소화성 탄수화물의 총칭으로 상기 가열을 통해 산천어로부터 이를 효과적으로 추출해낼 수 있다. 이때, 상기 산천어는 분쇄된 것을 이용하는 것이 좋고, 상기 가열은 100℃에서 100분 동안 진행하는 것이 발효의 수율을 높일 수 있어 바람직하다.

한편, 본 단계는 바람직하게 가열 후 35~40℃까지 냉각하고 원심분리하는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 38℃까지 냉각하고 원심분리하며, 원심분리를 통해 수득한 추출액에 분리된 산천어 잔여물의 중량만큼 물을 더 첨가하는 것이 좋다.

본 단계에서는 원심분리를 거침으로써 수용성과 비수용성 물질이 분리되기 때문에, 비수용성 물질은 바로 건조하여 어분으로 활용하거나, 퇴비나 동물 사료의 원료로 활용이 가능하여 그 부가가치가 크다고 할 수 있다. 원심분리하여 추출액을 수득한 후 남은 잔여물은 산천어 무게의 20~30% 정도 되는데, 상기 잔여물의 물기를 최대한 제거한 다음 건조하여 어분 퇴비로 활용이 가능하다. 그런데, 일반 자연발효방식은 이러한 비수용성 물질을 효과적으로 활용하지 못하고 폐기하는 등 그 활용이 매우 제한적이다.

한편, 본 단계에서는 원심분리 외에도 당업계에 널리 알려진 방법이라면 어떠한 분리 방법을 사용하여도 무방하다.

상기 냉각 과정을 거쳐 수득한 추출액을 이용하여 다음 단계 (b)를 진행하면 발효시간을 대폭 단축시킬 수 있다.

<단계 (b) : 당밀과 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis) 첨가하여 발효>

본 단계는 상기 단계 (a)를 거쳐 수득한 추출액에 당밀을 첨가하고 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)를 접종하여 발효시키는 과정이다.

본 단계에서, 상기 당밀 (바람직하게 50~95 brix 짜리를 사용하는 것이 좋음)은 추출액 총량을 기준으로 11~15%(v/v) 첨가하는 것이 좋다. 산천어는 타 어종 대비 단백질 함량이 높고 지방 성분이 적은 특징이 있는바, 탄소원인 당밀을 11~15 %(v/v) 정도 첨가하는 것이 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)의 발효를 최적으로 유도하기에 적절한 배지조성이 된다. 당밀이 너무 적게 들어 가게 되면 액상 발효의 영양원(탄소원)이 적게 되어 발효의 종료 시점에 유기물이 상당량 남게 되는 문제가 발생하고, 당밀이 너무 많이 들어가게 된다면 발효기간이 길어지고 이에 따른 잡균의 오염 가능성이 커지게 된다. 더욱 바람직하게는 상기 추출액 1,400~1,700 중량부, 당밀 180~250 중량부, 바실러스 종균 0.27~0.33 중량부로 혼합하여 발효시키며, 가장 바람직하게는 추출액 1600 중량부, 당밀 220 중량부, 바실러스 종균 0.3 중량부로 혼합하여 발효시킨다.

한편, 상기 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)는 바로 본배양에 투입될 수도 있으나, 바람직하게는 전배양 과정을 거친 것을 사용하는 것이 좋다. 전배양은 제품 제조 및 완료 후 보관시 발생하는 pH 쇼크 및 열 쇼크에 대한 내성을 미리 부여할 수 있기 때문이다. 상기 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)는 다양한 출처 유래의 균주를 사용하여도 무방하나, 바람직하게는 산천어로부터 유래한 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)를 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 단계의 발효는 38~40℃에서 5~7일 동안 교반시키면서 진행하되, 상기 교반은 분당 60~80회 이루어지도록 하는 것이 좋으며, 공기는 2ton 탱크 기준으로 분당 400~600 L 주입하는 것이 바람직하다. 그리고 pH는 5.0~6.0으로 유지시키면서 진행하는 것이 좋은데, 이 조건에서 바실러스 서브틸리스가 유기물을 가장 활발히 분해할 수 있기 때문이다. 더욱 바람직하게는 pH가 5.0 이하로 떨어지면 알칼리를 첨가하여 pH 6.0으로 조절하며 발효시키는 것이 좋다.

<단계 (c) : 숙성>

본 단계는 상기 단계 (b)의 발효가 끝난 후, 상온에서 숙성하는 과정이다. 본 단계의 숙성은 바람직하게 상온에서 3~5일 동안 교반시키면서 진행하되, 상기 교반은 분당 10~30회 이루어지도록 하는 것이 좋다. pH는 4.0~5.0으로 유지시키면서 진행하는 것이 좋다.

<단계 (d) : 광합성 미생물 첨가>

본 단계는 상기 단계 (c)의 숙성 후, 광합성 미생물을 접종하는 과정이다. 본 단계에서 광합성 미생물을 첨가함으로써 본 발명의 숙성된 발효액을 포장한 후 발효액으로부터 발생하는 각종 가스로 인한 팽창을 예방할 수 있고 발효액이 작물에 비료로 사용될 경우, 작물의 성장에 영향을 주는 질소를 고정시킬 수 있다. 이때, 광합성 미생물은 당업계에서 일반적으로 이용하는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하나, 바람직하게는 로도박터(Rhodobacter) 속 미생물을 사용하는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 로도박터 스페어로이디스 (Rhodobacter sphaeroides)를 발효액 100 중량 대비 0.4~0.5 중량부를 첨가한다.

한편, 본 단계에서는 광합성 미생물 접종 후, 바람직하게 당밀을 추가로 넣어줄 수 있고, 더욱 바람직하게 숙성을 거친 발효액 1,000 L당 당밀을 5 L 정도 넣어주는 것이 좋다.

이하, 본 발명의 구상을 하기 실시예를 통해 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.

[실험예 1 : 단계 (a)의 추출 시간에 따른 전당 및 단백질 추출량의 변화 확인]

본 실험은 상기 단계 (a)의 추출 시간에 따른 전당 및 단백질의 추출량의 변화를 확인하고자 하였다. 상기 추출은 다음 단계 (b)에서 진행하는 발효의 수율에 영향을 주어 최종 발효액의 품질에 영향을 끼칠 수 있어 최적의 추출 조건을 확립하는 것이 중요하다.

산천어 400 kg을 잘개 분쇄한 다음 물 1200 kg을 첨가하고 가열하여 추출을 진행하였다. 상기 추출은 1기압 하에서 진행하였으며, 아래 표 1과 같이 30분 단위로 전당 및 단백질의 추출량과 pH를 측정하였다.

시간 (min)	0	30	60	90	120
전당 (mg/ml)	0.022	0.042	0.049	0.054	0.060
protein (mg/ml)	0.37	7.91	8.32	13.7	13.63
pH	7.15	6.72	6.75	6.88	6.63

상기 표 1의 추출 시간에 따른 전당과 단백질의 추출량 변화에 대한 그래프를 각각 도 1 및 도 2에 나타냈다. 도 1 및 도 2에 따르면 1기압 하에서 전당의 경우에는 120분 추출 시까지 추출량이 증가하는 경향을 보이나, 단백질의 경우에는 90분 추출 시에 최대 추출량을 나타내고 그 이상의 추출 시간에서는 오히려 추출량이 감소하는 점을 확인할 수 있었다. 이에, 본 발명에서는 전당과 단백질 모두를 효율적으로 추출하기 위한 최적 추출 시간이 100분임을 확인하였다.

[실시예 1 : 산천어 발효액 제조]

산천어를 상온에서 짚단 내에 방치한 다음 산천어로부터 분리해낸 자연 균주인 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)를 PCS 배지에서 분리한 후, 아가 스톡 (agar stock)에서 보존하여 종균으로 사용하였다. 스톡(stock)은 1차적으로 MRS 배지 (modified MRS broth)에서 리터(L) 단위로 활성화시킨 후, 100 L 단위의 파일럿 배양을 하여 전배양하였다. 파일럿 배양은 제품 제조 및 완료 후 보관시 발생하는 pH 쇼크 및 열 쇼크에 대한 내성을 미리 부여한다. 파일럿 배양 시에는 40℃에서 pH를 4.0~4.5로 유지하면서 배양하였다.

이후 원료로 산천어 400 kg을 분쇄한 다음 물 1200 kg을 첨가하여 100℃에서 100분간 가열하면서 산천어로부터 전당과 단백질을 추출하였다(도 3). 도 3은 실험을 위해 준비한 산천어의 사진이다. 그런 다음 온도를 40℃까지 낮춰주고 메쉬망에 넣어 원심분리하여 산천어의 잔여물과 추출액을 분리하였고 상기 추출액에 총량 1600 L가 되도록 가수하였다 (도 4). 도 4는 산천어 잔여물과 분리된 추출액의 사진이다. 상기 과정을 거쳐 수득한 추출액에 80 brix의 당밀 220 L와 산천어로부터 유래한 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) 0.3 kg을 첨가하여 2ton 발효탱크에서 발효시켰다. 이때, 상기 발효는 38℃에서 분당 80회 교반하며 7일 간 진행하였으며, pH가 5.0 밑으로 떨어지면 알칼리를 첨가하여 pH 6.0으로 맞춰주고 공기는 분당 400 L 주입하였다. 발효가 끝난 후 상기 발효액은 상온에서 pH 4.5를 유지시키면서 4일간 분당 20회 교반하면서 후숙시켰고 5일째에 로도박터 스페어로이디스(Rhodobacter sphaeroides)를 넣고 포장하여 산천어 발효액을 완성하였다. 상기 로도박터 스페어로이디스는 1×10⁹ 기준 발효액 1000 L당 5 L를 첨가하였다.

Claims

산천어에 물을 첨가하고 100~120℃에서 90~120분 동안 가열하여 전당과 단백질이 포함된 추출액을 수득하는 단계 (a);
상기 단계 (a)를 거쳐 수득한 추출액에 당밀을 11~15%(v/v) 첨가하고 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtillis)를 접종하여 5~7일 동안 발효시키는 단계 (b); 및
상기 단계 (b)의 발효가 끝난 후, 상온에서 3~5일 동안 숙성하는 단계 (c);
상기 숙성 후, 광합성 미생물을 접종하는 단계 (d); 를 포함하되,
상기 단계 (d)의 광합성 미생물은, 로도박터(Rhodobacter) 속 미생물인 것을 특징으로 하는 산천어 발효액의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a)는,
가열 후 35~40℃까지 냉각하고 원심분리하여 추출액을 수득하는 것을 특징으로 하는 산천어 발효액의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (b)의 발효는,
38~40℃에서 5~7일 동안 교반시키면서 진행하되, 상기 교반은 분당 60~80회 이루어지는 것을 특징으로 하는 산천어 발효액의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단계 (c)의 숙성은,
상온에서 3~5일 동안 교반시키면서 진행하되, 상기 교반은 분당 10~30회 이루어지는 것을 특징으로 하는 산천어 발효액의 제조방법.
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