• 제목/요약/키워드: 발효공정

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초고온 호기성 퇴비화의 물리·화학적 인자 평가 (Physicochemical Effect on Ultra Thermophilic Aerobic Composting Process)

  • 박세용;유의상;정대혁;이진;김문일
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제11권11호
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    • pp.27-36
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    • 2010
  • 본 연구는 정읍시에서 배출되는 하수슬러지, 축산 분뇨, 음식물 쓰레기를 대상으로 Pilot-scale($100m^3$) 초고온 호기성 퇴비화 공정에서의 온도, pH, C/N비, 함수율, 유기물 함량, 그리고 부피 등 물리 화학적 영양 인자를 평가하였다. 각각의 대상 물질은 1차 발효(유기성 폐기물+종균)와 2차 발효(유기성 폐기물+종균+반송 퇴비)로 나누어 수행하였다. 퇴비화가 진행됨에 따라 교반과 송풍만으로 열공급 없이 온도는 1,2차 발효에서 최고온도 $90{\sim}105^{\circ}C$가 되었다. pH, $O_2$, $CO_2$, $NH_3$, 농도 변화는 전형적인 미생물에 의한 유기물 분해 양상을 보여주었으며, 다른 모든 물리 화학적 인자들은 일반 호기성 퇴비화의 성능 이상을 보여주었다. 발효가 완료된 후 퇴비의 중금속 농도는 퇴비 비료 규격 기준 농도에 적합한 것으로 나타났다.

양돈농가의 돈분뇨 액비화 처리 우수사례 실태조사 (A Case Study on the Effective Liquid Manure Treatment System in Pig Farms)

  • 김수량;전상준;홍인기;김동균;이명규
    • 한국축산시설환경학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.99-110
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    • 2012
  • 본 연구에서 조사된 일부 선도적인 양돈농가에서는 설치 운영하는 호기적 액상발효 공정은 대부분의 농가가 공정별 설계인자 및 물리 화학적인 성분변화의 특성보다는 경험적인 운영을 토대로 액비를 생산하고 있는 것을 알 수 있었다. 김 등의 조사연구에 따르면 가축분뇨의 발생단계인 분뇨수거방식은 현재 국내 돈사의 70% 이상이 슬러리 형태로 분뇨가 배출되고 있는 것으로 보고되고 있다. 양돈분뇨의 수거방식과 배출형태가 대부분 슬러리라는 사실은 양돈분뇨의 적정처리에 의한 환경오염 차단과 자원화 이용과정에 적용될 각종 공법 및 시스템 적용이 돈사 슬러리부터 집중 관리해야 함을 시사한다. 이처럼 가축분뇨 액비화의 적정처리에 있어서는 발생단계 뿐만 아니라 액비가 토양에 환원되기 직전까지의 모든 과정이 전반적으로 고려되어야 한다. 본 연구의 조사대상 농가의 가축분뇨 액비화 운영에 있어서 핵심적으로 구분 할 수 있는 단계를 주요사항 별로 구분하여 Table 8에 나타내었다. 가축분뇨 액비화 처리에 있어서 고액분리 단계의 경우 고액분리 방식과 효율에 따라 BOD (생물학적산소요구량), COD (화학적산소요구량), VFA (휘발성지방산) 등의 제거율의 차이가 있는 것으로 보고되고 있으며, 이는 후단공정 즉 주발효조에서의 공기주입량의 산정, 공기공급방식, 발효기간 및 2차 발효 등 운영방식 결정에 주요한 요인이 될 수 있다. 이와 같이 액비가 생산되어 토양에 환원되기까지의 과정은 각각의 주요한 요소들이 유기적으로 연계되어 있으며, 농가 현장을 방문조사하고, 생산되는 액비를 비교 분석한 결과 액비화 공정에 있어서 필수적인 핵심적 단계를 도출 할 수 있었다. 이에 대한 주요내용은 다음과 같다. 1. 돈사 슬러리 관리 단계 돈사 슬러리는 혐기부패를 최대한 방지하며, 주요 악취물질인 $H_2S$, $NH_4$, VFAs의 생성을 억제하여야 한다. 돈사환경을 개선하기 위한 방법으로서는 부숙이 완전히 완료되어 유용미생물이 활성화된 액비를 돈사 세척수로 이용하거나, 슬러리 피트에 일부 투입하여 단순 저장일수를 처리일수로의 개념적 전환이 필요하다. 2. 고액분리 단계 일반적으로 BOD의 주요원인인 고농도의 유기물질은 대부분 분뇨의 고형성분에 포함되어 있기 때문에 물리적 처리공정인 고액분리 단계에서 최대한으로 제거하여 후단공정인 주발효조의 부하를 최소화 시킨다. 3. 발효처리-공기공급 단계 축산농가 마다 사료의 종류나 관리방법 등이 각기 다르므로 배출되는 슬러리의 성상을 파악하여 물질수지와 처리일수에 기초한 발효조 용량과 공기주입량의 산정이 필요하다. 또한 공기확산 및 막힘현상을 고려한 자동제어 장치나 발효조의 상태를 감시 제어하기 위한 인자로서 pH 및 산화환원전위 등을 실시간으로 모니터링 하는 것이 중요하다. 4. 발효처리-미생물, 반송 단계 일반점검 (온도, pH, 용존산소, 산화환원전위, 전기전도도 등)과 정밀점검 (BOD, COD, VFAs, SS, N, P 등)의 주기적인 점검을 통하여 미생물 생장에 알맞은 유입농도와 반송량을 결정하고 농가환경에 맞는 발효조 운전방식을 확립 할 필요가 있다. 5. 후숙처리-최종액비 단계 후숙조에서는 공기과잉 투입으로 인한 질소성분의 손실을 방지하고, 유용미생물을 이용하여 토양환원에 적합한 액비를 제조한다. 가스발생에 의한 작물생육 피해를 방지할 수 있는 액비 안정화 운전기술을 확립하고, 살포시기를 대응하여 액비의 유 출입을 집중적으로 관리한다. 6. 액비유통센터 연계-농지환원 단계 제조된 액비는 액비유통센터에 위탁하여 살포하는 체계를 확립하고, 악취 민원의 발생을 최대한 억제한다. 액비유통센터는 철저한 년 중 살포프로그램을 운영하여 원활한 살포조직 체제를 구성하는 것이 중요하다. 축산농가에서 가축분뇨 관리방법은 축사의 입지, 주변 환경 및 각종 환경규제 등 여러가지 여건에 따라 각기 다르며, 다수의 축산농가가 특정한 처리방법을 동일하게 적용하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 본 연구에서 분석된 각 농가의 액비 성상 등은 여러 가지 환경적 요소가 복합적으로 작용하고 있으며, 조사농가 중 일부는 발효과정 중에 있는 액비를 채취하였으므로, 분석결과를 해석하여 가축분뇨 운영관리를 총체적으로 판단하는 것은 다소 무리가 있다. 추후에는 각 공정에 대해 유입되는 슬러리원수에서부터 처리가 완료되는 단계까지의 과정을 일괄적으로 분석하여, 유입 유출농도, 수리학적 체류시간 등 공학적 요소 및 이에 따른 경제성 평가 등을 세밀하게 연구할 필요성이 있다. 이밖에도 가축분뇨의 중요한 관리부분인 병원성미생물과 관련된 위해성 분분을 고려하지 않을 수 없다. 가축분뇨에는 인간에게 직접적인 영향을 미칠 수 있는 Escherichia coli, Campylobacter, salmonella, Listeria 등 다양한 병원성 세균이 발견된다. 최근 전국적으로 발생된 구제역 사태는 우리나라 축산업 자체에 큰 타격을 주었을 뿐만 아니라, 사회 경제적으로도 막대한 손실을 가져왔다. 이 사건을 계기로 국내 축산기반의 전면적 재정비가 불가피하게 되었음은 물론 가축 분뇨에서 유래한 병원성 미생물 및 바이러스 등의 근원적 대처방법 개선과 가축분뇨의 위생적 처리에 대한 안전관리가 시급한 현안이 되었다. 따라서 안전한 경축순환의 액비유통 관리 체계 구축을 위해서는 병원성 미생물, 바이러스 등과 같은 위해요소를 억제 할 수 있는 액비화 처리기술의 표준화 공정 개발 또한 필요하다.

저온저장 중 품질이 저하된 단감을 이용한 식초의 제조 (Production of Vinegar Using Deteriorated Deastringent Persimmons during Low Temperature Storage)

  • 홍정화;이기민;허성호
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.123-128
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    • 1996
  • 저온저장 중 품질 열화가 일어난 단감의 산업적 이용성을 증진하기 위한 감식초의 가공조건을 조사한 결과, 연화된 단감을 폐쇄하여 종초 10%와 알코올 4%를 첨가한 후 발효온도 3$0^{\circ}C$에서 2주 이내에 산도 4%이 상인 감식초가 발효되었으며, 15$^{\circ}C$에서 3주간의 숙성 조건에서 식초 고유의 향미가 형성된 반면 포도당과 초산의 첨가는 최종 제춤의 품질을 저하시키는 결과를 얻었다. 연화된 단감의 열처리 효과는 잡균에 의한 오염 가능성을 제거시킬수 있었기 때문에 품질의 안정화를 위한 필수적인 공정으로 볼 수 있었다. 종초에서 분리된 산생성 균주의 생육과 산생성능을 조사한 결과, AH-1은 발효초기에 증식한 반면 AH-2는 발효 푸기에 증식하면서 산을 생성하였다. 따라서 이런 균주들이 서로 어우러져 최종적인 감식초의 품질을 결정하는 것으로 사료되었다. 감식초의 유기산 성분은 대부분이 acetic acid로 구성되어 있었고, 그 다음은 $\beta$-galac-turonic acid였다. 그리고 tanin 함량은 시판제품에 비하여 16~44mg% 정도 적게 나타났다.

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에타놀 생산을 위한 Semi-batch 발효 공정의 최적화 (Optimization of Semi-Batch Process for Ethanol Production)

  • Lee, Jae-Heung
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제11권1호
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    • pp.33-38
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    • 1983
  • 에타놀을 생산하는 Flocculent 균주는 균체순환을 위한 외부적인 장치 없이도 발효조 내부 자체에서 고농도의 균체를 유지시킬 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 Flocculation 특성을 가지고 있는 Saccharomyces uvarum을 사용하여 Glucose 배지에서 회분식 및 연속식 발효특성을 고찰하였고 에타놀 발효의 수학적 모델을 만들었다. 이를 이용하여 여러 온도 및 pH에 따른 발효특성을 비교 검토한 결과 균체성장과 에탄올 생산의 최적온도는 33~35$^{\circ}C$ 이었고 pH 에 대한 영향은 그리 크지 않았으나 pH5가 최적 조건이었다. 이러한 환경적 최적 조건하에서 Semi-batch 발효에 의한 에타놀 최고 생산성은 12g/$\ell$/h이었다.

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동시당화발효공정을 위한 바이오캡슐 형성 (Bio-capsule Formation for Synchronous Saccharification and Fermentation Process)

  • 신경연;최혜정;강양래;남기두;송주영;주우홍
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제45권2호
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    • pp.162-167
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    • 2017
  • 본 연구에서는 동시당화발효공정으로 바이오에탄올을 생산하기 위하여 바이오캡슐 형성을 시도하였다. 다수의 당화곰팡이 균주들과 발효 효모 균주들이 먼저 탐색되었다. Aspergillus sp. BCNU 6200, Penicillium sp. BCNU 6201 및 P. chrysogenum KACC 44363이 ${\alpha}$-amylase와 glucoamylase와 같은 당화 효소를 우수하게 생산하는 균주이었으며, Saccharomyces cerevisiae IFO-M-07이 조사된 균주 중에서 가장 에탄올 생산능이 높았다. 다음으로 pellet 형성 및 바이오 캡슐 형성을 위한 최적 조건을 평가하였다. 모든 조사된 곰팡이 모두 pellet을 형성하였으며, 바이오캡슐의 최적조건은 $28^{\circ}C$, 120 rpm이었다. 최종적으로 형성된 바이오캡슐을 이용하여 동시당화발효를 수행하여, Aspergillus sp. BCNU 6200의 바이오캡슐(Aspergillus sp. BCNU 6200 + S. cerevisiae IFO-M-07)이 10일간 발효시 $30^{\circ}C$, 120 rpm에서 3.9%의 에탄올을 생산함을 확인하였다. 본 실험 결과는 동시 당화발효 공정으로 바이오에탄올을 생산하는데 있어서 바이오캡슐을 활용함에 관한 유용한 정보를 제공하고 있다.

재조합 효모를 이용한 항혈전 단백질 히루딘 발효 생산공정의 최적화

  • 김명동;강현아;이상기;서진호
    • 한국생물공학회:학술대회논문집
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    • 한국생물공학회 2001년도 추계학술발표대회
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    • pp.99-102
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    • 2001
  • 본 연구에서는 히루딘을 생산할 수 있는 재조합 S. cerevisiae 에서 ‘히루딘 유전자의 copy number 와 히루딘 발현양과의 관계를 규명하였으며 , ${\delta}$ 서열을 이중으로 사용한 히루딘 발현벡터를 제조하여 히루딘 유전자의 효모염색체로의 도입효율을 증가시켰다. 숙주세포인 효모의 GALl 유전자를 파쇄하여 균체에 의한 갈락토스 소모를 방지하여 보다 경제적으로 히루딘을 생산할 수 있는 시스템을 개발하였으며, 재조합 H. polymorpha을 이용한 발효공정에서 히루딘 생산을 위한 최적의 메탄올 농도를 결정하였다.

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바이오 화학산업에서의 분리막 응용 (Membrane Application in Biochemical Industry)

  • 김인철;송두현;엄인용;제갈종건;홍경식;유주현;송봉근
    • 멤브레인
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    • 제24권2호
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    • pp.79-87
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    • 2014
  • 최근 바이오 화학산업, 특히 바이오 리파이너리를 위한 발효공정에서 물질 분리를 위하여 분리막이 적용되고 있다. 이에 본 논문에서는 바이오 화학산업에서 분리막을 응용하고 있는 연구들을 살펴보고자 한다. 특히 전처리로서의 분리막 응용과 발효산물의 분리막 응용을 알아보았다. 다양한 바이오 물질의 분리 및 정제를 위한 공정에서 분리막의 사용을 알아보고 특히 리그노셀룰로스를 이용한 바이오 리파이너리에서의 분리막 사용을 강조하였다.

쌀의 젖산발효 및 발효중 전분가수분해효소 처리에 의한 품질 향상 (Lactic Acid Fermentation of Rice and Quality Improvement by Amylolytic Enzyme Treatment during Fermentation)

  • 목철균;한진숙;김영진;김남수;권대영;남영중
    • 한국식품과학회지
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    • 제23권6호
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    • pp.739-744
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    • 1991
  • 호화시킨 쌀을 액 당화한 후 젖산발효하고 균질화하여 호상 쌀젖산발효물을 제조하였다. 발효시 ${\alpha}$-아밀라제와 글루코아밀라제를 각각 0.02%수준으로 처리하여 2차 당화와 동시에 발효를 진행함으로써 쌀젖산발효물의 품질을 크게 향상시킬 수 있었다. 이들 효소처리에 의하여 쌀젖산발효물의 신맛과 단맛이 증대되었으며 꺼끌꺼끌한 촉감을 주는 불용성 고형물 입자의 크기가 감소하였다. 쌀젖산 발효물의 관능적 품질은 매우 양호하였으며 기호도가 높았다. 최적화된 공정에 의거하여 제조된 쌀젖산발효물의 이화학적 특성을 조사하였다.

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쌀가루 제분용 백미 내 잠재적 위해 세균에 대한 살균 및 세척 효과 (Antibacterial and Rinsing Activities Against Potentially Harmful Bacteria in Rice during Rice Flour Production)

  • 한재광;차민희;김민주;김근성
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제29권2호
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    • pp.117-122
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    • 2014
  • 습식 쌀가루의 제분과정 중에서 유해 미생물의 증식을 억제하기 위하여 침지공정이나 세척공정에 사용되는 물에 천연살균제인 쌀뜨물발효액 혹은 화학살균제인 chlorine dioxide (CD)와 sodium benzoate (SB)를 각각 첨가하여 침지공정이나 세척공정 중 쌀에 잔류 미생물의 증식억제 정도를 파악하였다. 또한 원료 쌀의 잔류 미생물을 제거하기 위하여 침지공정 전과 후 세척 횟수별 잔류 미생물의 제거 정도를 파악하였다. 쌀뜨물발효액, CD, 혹은 SB는 백미 내 잔류 가능성이 있는 잠재적 위해 세균들로 선정된 S. typhimurium, E. coli, 그리고 B. cereus 표준균주들에 대하여 액체배양액 내에서 각각 첨가된 농도가 증가함에 따라서 이들 살균제들의 항균력이 비교적 급격히 증가하는 경향을 나타내었으며, 쌀뜨물발효액이나 SB와 비교하였을 때 CD가 액체배양액 내에서 가장 높은 항균 효과를 나타내었다. 또한 쌀뜨물발효액, CD, 혹은 SB는 침지과정 중에 각각 첨가된 농도가 증가하면서 백미 내 잔류세균에 대하여 이들 살균제들의 항균력이 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 이러한 현상은 위에서 언급한 S. typhimurium, E. coli, 그리고 B. cereus 표준균주들에 대하여 액체배양액 내에서 이들 천연살균제와 화학살균제들이 나타낸 항균력보다 낮게 나타났다. 한편 백미 검체의 침지 전과 후 세척 횟수에 따른 백미 잔류 세균의 제거효과는 백미 검체를 침지하지 않고 세척하였을 때가 가장 높은 효과를 나타내었다. 그리고 세척을 한 후 침지를 시켰을 때는 세척 횟수가 증가하여도 잔류 세균의 수가 비슷한 정도로 나타났다. 그러므로 결론적으로 백미의 살균 및 제균 방법으로는 살균제에 의한 살균방법보다는 물 등으로 세척하여 잔류 세균을 제거하는 것이 보다 안전하고 효율적인 방법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

오미자 발효액의 항산화 및 항균 활성과 미용효과 (Antioxidant and Antibacterial Activities, and Tyrosinase and Elastase Inhibitory Effect of Fermented Omija (Schizandra chinensis Baillon.) Beverage)

  • 조은경;조혜은;최영주
    • Journal of Applied Biological Chemistry
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    • 제53권4호
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    • pp.212-218
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    • 2010
  • 연구는 전통발효공정에 따라 오미자를 발효시켜 제조한 오미자 발효액의 여러 가지 생리활성에 대하여 조사하였다. 우선, 오미자 발효액의 일반성분, 무기질 및 비타민 분석을 시행한 결과에서 발효전의 오미자보다 탄수화물과 비타민 C 함량이 높게 나타났다. 또한, 주요 맛 성분인 유리당 함량을 측정한 결과, 오미자 발효액에서 glucose와 fructose 함량이 발효 전의 오미자 보다 높게 나타났다. 이에 반해, 발효 전 오미자에서 검출되는 sucrose가 오미자 발효액에서는 나타나지 않았다. 오미자 발효액의 항산화 효과를 분석하기 위해 DPPH radical 소거능을 측정한 결과, 4배 희석한 오미자 발효액 (25%)에서 79.7%의 DPPH radical 소거능을 나타내었는데, 0.01%의 BHA와 유사한 항산화력이 측정되었다. 또한 오미자 발효액의 94.7%의 C의 경우 농노 0.1%일 때 98.1%로 보고되어 있어 오미자 발효원액(100%)과 유사한 항산화능을 나타내고 있다. 이것으로 볼 때 오미자 발효액의 항산화 활성이 아주 높은 것으로 항산화력에 관한 높은 이용가치를 의미한다. 또한, 오미자 발효액의 항균활성을 관찰한 결과 오미자 발효원액 (100%)에서 E. coli에 대한 항균효과가 나타났다. Tyrosinase의 저해효과는 사료의 농도가 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었는데 50% 농도의 오미자 발효액에서 82%의 높은 tyrosinase 억제효과를 나타내었다. 오미자 발효액의 피부 주름 예방효과를 측정하기 위하여 elastasc 저해효과 실험을 실시한 결과 전반적으로 농도가 높아짐에 따려 비례적으로 저해활성이 증가하였다. 이상의 결과는 오미자 발효액의 우수한 생리활성을 증명하고 있고, 항산화능, 항균력, 피부미용 효과가 높은 것으로 나타나 기능성 음료의 소재로서 그 활용도가 높을 것으로 판단된다.