1. 개요
□ 연구목적
○ 연구 동기
: 관세청 '2012 커피수입 동향'에 따르면 최근 5년간(2007년~2012년) 커피 수입량은 300% 이상 늘었고 1인당 커피 소비량은 137% 증가한 반면 인스턴트 커피 소비량은 점차 줄어들고 있다. 커피(생두·원두·조 제품 전체) 수입량은 2012년 기준 11만5000t인데, 그중에서 커피 원두의 수입량이 매년 크게 증가하고 있다고 한다. 하지만 여기서 주목해서 보아야 하는 점이 커피 원두의 수입량이 늘어날수록 그에 따라 발생하 는 커피 찌꺼기도 증가하는 것이 문제다. 커피 원두 중 단지 0.2%만 커피 내리는 데 사용되고 99.8%는 찌꺼기로 버려지기 때문이다. 한 해 버려지는 커피 찌꺼기 양은 27만t이나 된다고 한다. 더군다나 커피 찌꺼기는 음식물 쓰레기로 분류되지 않고 일반 생활폐기물로 버려져 매립되는데, 분해되면서 이산화탄소보다 지구온난화에 25배나 안 좋은 영향을 미치는 메탄가스가 다량 발생하는 것이 더 큰 문제점이라고 볼 수 있다. 이런 차류의 폐기물 뿐만 아니라 우리나라의 특성상 오염물 배출 통계도 자세하게 나와 있지 않은 것이 한약재 폐기물이라 볼 수 있는데, 연간 한의원이나 가정에서 배출되는 한약재 폐기물이 수만톤에 이를 것이라 추측된다. 차류의 폐기물과 또 다른 문제점은 한약재 찌꺼기의 경우는 카페인과 같은 약용성분을 다량 함유하고 있거나 강산 성을 띠는 것이 많아 비료로 바로 활용하기가 어렵고 일반 음식물 쓰레 기와 같이 혼합하여 연료화 시키거나 퇴비화 시킬 수가 없으므로 앞서 살펴본 차류의 폐기물보다 더 심각한 문제점을 안고 있는 것으로 판단된다.
이에 STEAM 융합 과학의 목적이 사회가 안고 있는 문제점을 해결하고 더 나은 인류 사회의 건영을 위한 것임을 감안할 때 장차 첨단 과학 분야 연구원으로써 활발한 연구 활동을 함과 진행함과 동시에 리더로서의 성장 할 재원들에게 이런 심적인 마인드와 사람을 향한 과학도로서의 기본 자질 을 터득하는데 프로그램이 일조할 수 있게 되길 바라는 차원에서 연구를 진행함.
○ 필요성 및 목적 가. 필요성
: 사회적으로 이런 처리가 곤란한 일반 폐기물들은 대부분 일반쓰레 기로 분류되어 소각 처리를 밟게 됨. 일부 가정에서는 커피 가루를 이용하여 냄새를 제거하거나 퇴비로 만들어 활용하는 경우가 시도 되고 있으나 구체적인 절차나 방법 등에 대해서는 과학적으로 입증 되거나 일반인들에게 제공된 것이 없음. 몇 개의 벤쳐 기업에서 이를 연구하여 퇴비화에 성공한 것들이 시판되고 있으나 이 또한 내용들에 대해 외부 공개나 영업기밀로 간주되어 일반인들이 접할 수 있는 방법이 없음.
나. 목적
- 일반폐기물로 버려지고 소각되어 환경문제를 야기하는 커피, 한약 재 찌꺼기들이 대한 실태를 현장조사하고 그 심각성을 인식하게끔 한다.
- 최근들어 급속도로 양이 증가하고 있는 커피찌거기의 처리에 있어 서 유용성분(클로로겐산)을 인체에 무해한 약염기성 수용액을 통 해 추출 가능성을 확인하고 정량적인 최적 조건을 탐색한다.
- 대구약령시에서 시판되는 한약재들 중 가장 비율을 차지하고 있는 약재 폐기물들을 선정하고 그에 대한 퇴비화를 진행한다.
- 커피의 원산지별, 추출 용매별, 드립방식별, 퇴비화 효소별에 대한 각각의 독립변인에 대한 커피의 유용성분 추출 조건의 탐색과 퇴비 화에 따른 효과 검증
- 종합적으로 커피찌꺼기와 한약재 폐기물들의 퇴비화 후 원소분석 법을 활용하여 C/N 함량을 조사하고 그에 따른 퇴비화의 성공 여부 판별과 일반화된 자료로서 요약하여 결과물을 산출함.
○ 지역특성 및 학교여건 가. 지역적 특성
: 연구자들이 속한 대구과학고의 인근 대구약령시는 조선 후기 1658년 에 개시되어 현재까지 이어지고 있는 대구의 한약재 시장으로 전국에서 손꼽히는 한약 문화의 중심지로, 발흥 이래 약 300년 동안 온갖 어려움 을 겪으면서 지역과 국가사회 발전에 크게 기여하였다. 그 약령시가 발흥하여 번창함에 따라 국내외 각처에서 모여든 사람과 재화·용역에 의하여 지역사회경제는 크게 발전하였다. 그것은 비단 약령시 자체뿐 만 아니라, 직접 또는 간접으로 관련되는 경제사회를 자극하였기 때문 이다. 이제는 국내에만 국한한 것이 아니라, 멀리 일본·중국·몽고·동남 아 여러 나라·중동 및 서유럽 각국에까지 영향을 줄 만큼 국제화되고 있다. 그에 따라 약령시에서 배출되는 연간 한약재 폐기물의 양은 상당 한 수준에 달하고 있으나 폐기에 대한 별다른 활용은 현재 이루어지고 있지 않은 실정이다. 이런 지역적 사회적 배경을 감안했을 때 추후의 연구의 성과 활용이나 재료의 구입, 관련 조언, 참고 문헌의 종합등에서 유리한 지리적 여건을 갖추고 있음. 또한 학교 인근에는 커피전문점을 비롯한 찻집이 많이 분포하고 있어 시판되는 커피의 생두산지나 커피관 련 통계를 찾기가 상대적으로 용이하였음.
[ 대구약령시의 방문을 통한 자료 수집] [인근 커피 전문점에서의 커피폐기물 현황 조사]
나 학교 여건
: 연구에 참여한 학생들이 속한 대구과학고등학교는 전국에서 가장 우수한 분석 인프라를 갖추고 있으며 특히 천연물의 연구에 있어서 대기업연구소에 준하는 첨단장비를 운영하고 있어 본 연구의 지원에 있어서 가장 최적화된 외적 요건을 구비하고 있음.
또한 대구과학고는 연구 역량 부문에서 최고의 실력을 입증받은 바 있고 지도하는 교사나 보조 인력의 전문성 부분에서도 이에 대한 충분 한 지원 의지와 역량을 지니고 있음.
FE-SEM-EDX Uv-vis 분광기 GC-Ms
[ 실제 연구에 사용된 첨단 분석 장비]
또한 대구과학고에서는 수년전에 커피의 로스팅에 따른 항산화물질의 함량분석에 대한 연구를 학교 자체의 자율연구 프로그램으로 수행한 적이 있기 때문에 기존의 연구에 쓰였던 약 300만원 가량의 커피 로스팅 기계를 보여하고 있으며 연구 분석에서의 노하우가 축적이 되어 있는 것이 큰 강점으로 작용하여 커피 찌거기의 연구에 있어서 큰 보탬이 되었다.
[대구과학고 보유 로스팅머신] [항산화물질 측정 방법 선행연구]
□ 연구범위
○ 연구 분야
- 생활과학과의 융합에 대한 기초 과학
(식품과 관련된 화학, 일반화학적 기초 지식의 기반) - 천연물 화학
(연구 대상인 커피의 원두나 한약재의 경우 천연물의 분석 연구와 밀접한 연관성을 지니고 있음)
- 기기분석
(항산화물질의 분석에 대한 자외선-가시광선 분광법과 크로마토그 래피에 대한 분석, 원소분석에 의한 함량분석에 대한 다양한 기기 의 분석에 기반함.)
○ 연구 진행
주요 활동 시기 세부사항
▸ 현장 조사 및 선행논문 조사 5월
-한약재의 경우 대구 약령시를 직접 방문하여 현장조사 진행, 커피의 경우 인근 커피전문점 방문
▸ 자료 정리 및 연구 방향 설정 - 역할 배정 및 세부 연구 영역 배분 - 연구 자료 수합 계획 및 토의
5월 ~ 6월
-5명이 연구원인 관계로 2명은 커피, 차에 대한 연구 세부영역을 맡고 나머 지 3명은 한약재 찌꺼기 연구를 맡기 로 역할 배정을 함.
-선행논문의 검색과 자료 탐색은 주 로 KISTI의 NDSL과 DBPIA논문 검 색 시스템을 이용하여 수합함
▸ 기초 분석 장비 교육 및 추출 과정 교육 - 추출 기본 교육
- 회전농축감압기 사용법 교육
6월 ~ 7월
-연구에 필요한 기초 분석 장비중 uv-vis분광기는 학교 공동기기센터, 나노특성화연구실 장비를 사용하였 으며 추출에 대한 기초 사용 장비의 사용법에 대해 숙지함.
▸ 커피 찌꺼기의 종류별 찌꺼기 수합 - 커피의 종류, 배전 정도에 따른 찌꺼기
분류
- 원산지, 배전정도를 통제하고 흡광도 측정
7월
-커피의 찌꺼기 연구의 경우 각종 다 양한 염기성 용액을 추출 용매로 하여 클로로겐산의 농도를 측정하고 효율 을 분석하였음.
▸ 다양한 한약재에 따른 분쇄 및 기초 발효
- DPPH 용액에 의한 항산화능력 측정 - 약탕기를 이용하여 약재를 다린 후 찌거기를 얻고 찌꺼기를 기초 발효
8월
-대구 약령시에 얻은 정보를 바탕으 로 한약재를 종류별로 구매하였고 이 에 대한 분쇄, 기초 발효는 경산대학 교 한의과대학에서 자문을 얻어 시행 하였음.
▸ 커피찌꺼기 및 한약재의 성분 분석 법 숙지 및 퇴비화 관련 자료 수합 - 중간발표회를 바탕으로 한 지도 조언 을 바탕으로 연구의 방향을 퇴비화의 진행과 결과 측정에 둠
9월
-중간 발표 당시에 복잡한 첨단기기 의 의존보다는 실험실에서 쉽게 접근 할 수 있는 고교생다운 연구과정에 초 점을 두어 나노과학과의 접목에 대한 연구는 추후 연구할 영역으로 설정하 고 퇴비화에 따른 효율성에 집중하기 로 함
▸ 다양한 재료의 퇴비화진행
- 한약재의 경우 맥문동, 천궁, 당귀에 대해 다양한 조건에서 퇴비화 실험 진행
- 커피찌꺼기의 경우 주로 아프리카산 생두(케냐,에티오피아)를 대상으로 변인통제를 실시하고 퇴비화 진행
10월
- 시중에서 시판되는 다양한 한약재 를 인터넷상에서 구매하고 각각의 약재에 따라 EM 효소를 이용하여 발효를 진행하고, 퇴비화의 정도 측 정은 중간발표 당시의 자문 결과를 바탕으로 측정함.
▸ 각 재료의 퇴비화 효과 측정 - 커피찌거기의 퇴비화 결과에 대한 분
석을 통해 효율성 측정
- 한약재의 퇴비화에 따른 종자발아법 에 의한 효과 분석
11월
- 원소분석기(EDX)를 통한 퇴비화 전과 후의 원소 함량비(탄소/질소) 를 측정하여 퇴비화에 따른 효율적 조건의 탐색
- 종자발아시험법(무를 이용)을 이용 하여 실제 퇴비로 활용했을 때 결과 를 분석
▸ 보고서 작성과 최종발표회
- 최종 결과 발표회 당시의 심사위원 지적에 대한 토론, 개선방안 마련 - 차후의 확장된 연구에서 중점 연구할
항목을 설정
12월
- 최종 결과 발표회 당시에 지적받았 던 변인통제에 대한 개선 방안을 협 의하고 차후 연구에 반영토록함 - 한약재와 커피의 퇴비화에 대한 분
석 자료에서의 정교화 방식에 대한 표현 개선 및 데이터 수집의 다양화 의 대안 마련 토의
- 각 분과별(커피찌거기 재활용, 한 약재 폐기물 퇴비화)로 나누어 보 고서를 작성하고 토의
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
: 이론적 배경은 대학 도서관과 국회도서관, KISTI(한국과학기술정보 연구원)의 논문 검색 시스템, 대구과학고의 학술검색 계약 시스템인 DBPIA등을 사용하여 커피 찌꺼기의 함유 물질과 항산화성분인 클로 로겐산, 카페익산, 폴리페놀에 대한 자료를 수집하고, 녹차 티백의 경 우에는 녹차 고형분 제조원의 자문을 얻어 녹차의 폐기물에 대한 자 료와 선행논문 결과를 수합하였음. 한약재에 대한 정보는 대구의 한 약재 박물관과 정보원을 통하여 우리 나라에서 시판되는 주된 한약 재를 선별하고 그에 대한 선행 논문을 통해 한약재 폐기물에 대한 함 유 물질에 대한 정보를 수집하였고 연구에 대한 적용 기자재에 대하 여 우리 학교에 공동기기실에 비치된 고성능액체크로마토그래피 (LC-QTOF)와 자외선-가시광선 분광기, 기체크로마토그래피-질량분 석 시스템의 활용 가능성에 대하여 검출 한계 등을 확인하였음. 이때 각각의 이론적 배경으로 정리한 목록은 아래와 같다.
▸ 각종 기기의 분석 원리 - UV-vis spectrophotometer- -. FE-SEM, EDX 원소 분석기-
- 발효 (젖산 발효, 알코올 발효, 프리피온산 발효, 메탄발효)
▸ EM 미생물의 발효 메카니즘
▸항산화 효과 측정 실험 기법 - Total polyphenol 함량 - DPPH radical 소거능 - 아질산염 소거능
- Superoxide dismutase(SOD) 유사활성
▸퇴비화 또는 부속도의 확인
▸종자발아시험법
□ 연구주제의 선정
○ 연구 계획 당시의 주제의 선정 과정
· 언론에서 보도되는 다양한 사례들을 수집, 2개조로 나누어 주제 영역 구분
·현재까지 진행된 해결 방안과 고등 학생 수준에서 해결 가능한 주제 탐 색
· 학교에 구비된 나노 합성 장치와 분 석 장비를 이용한 기술, 과학의 접목 을 통해 해결할 수 있는 과제로 집중
·나노 입자 관련 조언 가능 전문가 섭외
·크게 인식되지 않고 있지만 충분한 연구타당성을 가진 해결 과제 선정
·대구의 지역적 특성(대구 약령시)등 을 감안한 지역 사회 기여 방안 고 려
○ 중간 발표회 이후 연구 주제의 선택과 집중
: 중간 발표회 당시의 조언 내용을 바탕으로 했을 때 나노과학과의 접목은 연구의 분량에서 초과하여 실험하기 어려운 여건이므로 일반폐기물들의 퇴비화와 그에 따른 효과 측정에 보다 주안점을 두고 진행할 것을 결정하 였음. 그에 따라 커피에서의 유용성분 추출 조건에 대한 비중을 축소하고 커피 찌꺼기와 한약재 폐기물에서의 각각의 퇴비화를 진행하고 무 종자를 이용한 발아법을 통해 실제 효과를 측정하고 실생활에 밀접하게 접목될 수 있도록 연구의 주제를 구체화 시킴.
○ 최종 발표회 이후 차후 연구의 영역
: 초기의 연구계획서 상에서 확장하기로 했던 나노과학과의 접목을 통해 발효의 효율을 개선하거나 의약품으로 중간생성물로 작용이 가능한 기 능성 항산화물질을 합성하는 데 융합 연구로 연구의 가치가 있음.
□ 연구 방법
○ 연구의 자문
: 커피 찌꺼기의 경우 기존의 선행논문을 참조를 하였고 주로 외국논문을 참조하여 연구를 진행하였으나 한약재 폐기물의 경우 실제적인 지식의 필요성을 느껴 대구한의대의 김봉규 교수님의 조언을 바탕으로 각 종 한약재의 특성과 재활용에 대한 기초 지식을 축적하였음.
○ 연구의 방법 및 과정
: 연구는 연구의 효율성과 교육적 효과를 고려하여 역할분담을 실시사였 으며 2개 소그룹으로 나누어 진행하였다. 커피찌꺼기와 한약재폐기물 의 재활용 팀으로 진행하였는데 최종 각각의 팀에서 20페이지 이상의 연구 보고서를 작성하도록 지도하였다.
가. 커피찌꺼기의 연구 방법
1) 커피 성분 중 재사용 가능한 물질과 항산화 능력이 있는 물질 을 탐색하고 항산화 능력을 측정하기 위한 물질로 클로로겐산 을 정한 뒤 UV-VIS 분광광도계를 이용한 클로로겐산의 특정 흡광 파장을 확인하였다.
[자외선-가시광선 분광법 측정 실험]
2) 커피 생두를 산지별로 변인통제를 실시하여 같은 종류의 커피 찌꺼기를 균일하게 얻어냈으며 핸드드립과 더치법으로 나누고 커피가루 2g과 약염기 50ml를 혼합한 뒤, 15분간 실시하였다.
[다양한 농도의 인산염 추출액 제조]
결정한 추출조건(건조 커피가루 2g, 약염기 50ml, 15min)에 대해 1 차 추출법의 종류를 핸드드립과 더치로 나누고, 약염기의 종류를 탄산염, 인산염으로 나누어서 염기의 농도를 1, 5, 10, 50, 100, 150, 200, 250, 300 mM로 증가시켜가면서 추출한다. 1차 추출법이 란 로스팅한 커피콩에서 처음 커피를 내릴 때 사용한 추출법을 의 미하며, 추출한 클로로겐산이 식용으로 이용될 수 있는 가능성을 갖기 위해서 탄산염, 인산염 등 식용의 염기를 이용한다.
[제조한 다양한 농도의 탄산염 약염기 수용액] [염기의 종류와 농도에 따른 다양한 추출 액]
3) 농도에 따른 흡광도 그래프를 그 려서 4개의 조건(핸드드립/더치, 탄산염/인산염)에 대해 염기농 도와 흡광도에 대한 그래프 및 흡광파장의 Shift 데이터를 추가 한 표를 작성하고, 농도의 증가
에 따른 흡광도의 추이를 확인하고 추출에 가장 적합한 조건 을 찾는다.
4) 추출하고 남은 2차 커피 추출 찌꺼기를 걸러낸 뒤 미생물을 이용한 퇴비화를 실행한다. 건조시킨 찌꺼기를 샬레에 덜어 미생물을 200:1의 비율로 섞고 1달간 숙성시킨다.
[미생물의 배합과정 실험] [시료의 부숙도 측정 실험]
5) 퇴비 부숙도(퇴비로 사용이 가능한지의 여부)를 알아보기 위해서 종자발아 시험법을 이용한다. 퇴비화 된 커피가루 5g에 증류수 100ml를 가하여 70℃의 조건에서 추출한다. 대조군으로 샬레에 여과지를 올리고 증류수로 무 종자를 기르고, 실험군으로 증류수 와 추출액 5ml의 혼합액으로 무 종자를 기르고, 120 시간 후에 무 종자 뿌리길이를 측정해본다. 무 종자는 샬레 1개당 30개, 3 번의 시험을 행한다.
[대조군과 실험군의 설정] [부숙도 측정을 위한 종자발아법]
6) 퇴비로서의 조건인 질소 함량을 알아보기 위해서 EDX 원소분석 기를 이용해서 C/N 비율을 분석한다. 질소의 양이 적당해야 하 기 때문에 C/N 비율은 15~20, 즉 탄소 원소함량이 질소 원소함 량의 15~20 배정도 높아야 한다. 이보다 낮은 C/N 비율은 퇴비 화의 과다진행으로 질소 함량이 너무 높고, 이보다 높은 C/N 비율은 질소 함량이 부족하여 퇴비로 사용하기 부적합하다.
[대구과학고 보유 FE-DEM/EDX] [ 원소분석(EDX) 결과]
나. 한약재폐기물에 대한 재활용 연구
: 한약재폐기물에 대한 연구는 유위백, 김정현, 조현태 학생들이 분담 하여 실험을 진행하였으며 1차적으로 현장답사를 통해 한약재의 시판 현황과 폐기물의 처리 등에 대한 자료를 바탕으로 실험에 대한 타당성 을 확보하였다.
: 연구에 대한 기본 방법과 과정은 한약재 폐기물을 확보하여, 일반 추출물과 아무런 처리를 하지 않은 폐기물, 발효과정을 거친 폐기물 의 항산화 물질 추출 정도를 확인하고, DPPH를 이용해 이를 재검토 한뒤, 최종적으로 퇴비화 과정을 거쳐 친환경적으로 자연에 재환원 될 수 있는 방안을 계획 및 검토하였다.
1) 한약재, 천궁, 당귀, 맥문동, 300g을 각각 덜어서 물 1L와 함께 약탕기에 넣어서 2시간 동안 추출하였다.
2) 발효액을 따로 보관한 다음에 그 찌 꺼기를 300g 취하여 발효를 진행 하였다. 발효는 흑설탕 300g, EM효 소 분말 2g, 한약재 찌꺼기 300g을 플라스틱 통에 넣고 잘 섞어서 2 주정도 진행하였다.
3) 약 2주 정도 발효 한 이후, UV-vis 분광 광도계를 통하여 추출액과 발효액에 대해서 항산화 물질의 양을 측정하였으며 항산화 능력을 측정하기 위해 DPPH법을 사용하 였다.
4) 흡광도 분석을 통해 발효전과 발효 후의 항산화능력 측정 비 교하여 분석하였다.
[한약재 추출물의 제조]
[ 한약재 폐기물의 발효]
[ UV-vis 분광기를 이용한 분석]
5) 대구한의대 교수님으로부터 자문받은 내용을 바탕으로 발효 를 진행하였고 퇴비화에 대한 방법은 선행논문을 바탕으로 시 행하였다.
6) 종자 발아 시험법을 통해서 퇴비로써의 가치를 확인해 보았 다. 우선은 퇴비로써 전체에 골고루 퍼지게 하기 위해서 시료 를 삼각 플라스크에 5 정도를 넣고 물 100와 함께 70℃에서 2시간 정도 놓는다.
7) 그 후 NO.2 여과지를 직경 페트리접시에 넣는다.
8) 무 종자를 30개 정도를 페트리접시에 놓고 여액 5를 뿌린다 음 5일 후에 그 상태를 확인하여 발아한 길이를 측정하였다.
[무 종자를 이용한 종자발아 실험]
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
가. 커피 찌꺼기의 재활용
1) 커피찌꺼기로부터 항산화물질 추출 조건 탐색
[핸드드립방식 커피폐기물 탄산염 약염기 1,5,10,50,100,150mM 추출용액 실험 결과]
[항산화물질(클로로겐산)과 카페인의 함량 분석]
[ 더치방식 커피 탄산염 약염기 50,100,150,200,250,300mM 추 출용액]
[더치 드립 방식의 커피찌꺼기의 탄산염 용액에 대한 흡광도 변화]
[핸드드립 커피 인산염 약염기 100,150,200,250,300mM 추출용 액]
[핸드드립 방식의 인산염 수용액에 의한 클로로겐산 흡광도 측정]
[더치드립 방식의 인산염 약염기 1~300mM 추출용액]
[더치드립 방식의 인산염 수용액에 의한 클로로겐산 흡광도 측정]
2) 커피찌꺼기의 퇴비화에 따른 부숙도 측정
○ 커피 찌꺼기의 재활용에 대한 결론
1) 커피 찌꺼기에서 약염기를 이용한 항산화물질 추출
: 핸드드립과 더치로 나누어 비교해 보았을 때 두드러지는 특징은 1차 추출법이 핸드드립인 경우가 더치인 경우에 비해서 흡광도 그래 프가 더 경향성 있게 나타났고 더치에서는 카페인이 추출되다가 농도 가 증가함에 따라서 추출이 되지 않았다. 실험의 중요한 결론인 추출 정도는 핸드드립이 더치인 경우보다 평균적으로 2배 이상 더 추출이 잘 되는 것이 확인되었다. 인산염과 탄산염에 따른 차이는 핸드드립과 더치에 의한 차이에 비해 두드러지는 특징이 없었다.
2) 커피찌꺼기의 퇴비화 실험
: 커피 찌꺼기의 경우에는 부숙도를 판정해 본 결과 발아율/대조군 발아율(GR) 값이 91.7, 83.3, 75.0, 뿌리길이/대조군 뿌리길이(RE) 값이 91.8, 108.2, 104.7, 따라서
×
÷ 으로 계산되는 발아지수 (GI) 값이 84.2, 90.1, 78.5로 모두 퇴비 부숙 판정 GI 값인 70을 초과하여 커피찌꺼기 퇴비가 완전히 부숙이 완료됨을 알 수 있었다.나. 한약재찌꺼기의 재활용
1) 발효에 의한 항산화능력 측정 실험
: 다양한 한약재의 발효전과 발효후의 항산화능력을 측정하여 발효를 통한 한약재의 항산화능력 향상에 대한 가능성에 대해 분석한 결과는 아래 분석 자료와 같다.
[발효전 천궁] [발효전 당귀] [발효전 맥문동]
[ 발효후 천궁 ] [.발효후 당귀] [ 발효 후 맥문동]
: 추출액과 발효액에서의 항산화 물질의 농도를 비교했을 떄 세가지 경우에서 모두 발효액에서의 항산화 물질의 농도가 더 높게 나타났다 는 것을 UV-vis 분광기를 활용해서 알 수 있었다.
2) 한약재찌꺼기의 퇴비화 결과 분석
대조군(증류수) 맥문동 당귀
set1 set2 set3 set1 set2 set3 set1 set2 set3 발아율(%) 80.0 73.3 87.8 53.3 73.3 53.3 76.7 66.7 56.7
뿌리길이
(cm) 2.33 2.12 2.47 1.11 1.15 1.11 1.14 1.20 0.84 GR
*
66.7 91.7 66.7 95.9 83.3 70.9
RE 48.1 49.8 48.1 49.4 51.9 36.4
GI 32.1 45.7 32.1 47.4 43.2 25.8
[ 종자발아시험결과(GI) ] [퇴비화 후의 C/N 비율과 물질 함량]
: 종자 발아 시험법을 통해 확인했을 때 대조군인 증류수에 비해서 더 잘 자라지 못하다는 결과가 산출되었고 이는 흑설탕의 고농도에 따른 삼투현상으로 인한 것일 가능성이 높았다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 일반인들에게 막연하게 알려있었던 커피와 한약재 찌꺼기에 대한 재 활용방안으로 항산화물질의 추출에 대한 정보를 제공해 줄수 있다고 여겨지며 특히 각종 인터넷 매체로부터 얻을 수 있었던 커피와 한약재 찌꺼기에 대한 퇴비화에 대한 과학적인 분석을 통한 효율적 조건의 제공에 있어서 실생활에 접목되는 성과를 기대할 수 있을 것이라 생각 하고 워낙 실험에 대한 변인과 시간적 소요량이 방대하여 보다 객관적 이고 선택과 집중된 심화 연구로 발전시킬 필요가 있을 것으로 사료된 다. 특히 나노과학과의 접목을 통한 발효와 퇴비화의 증대에 대한 실험을 앞으로 진행해보고 다양한 변인을 통제하여 한약재의 부숙도 의 합리적이고 객관적인 자료를 얻으려 개선해야 할 것으로 판단된다.
5. 참고문헌
□ 각종 천연물 연구와 분석법에 대한 기초 서적 : 발효학원론 - 라이프사이언스
천연물추출 및 분리분석 - 자유아카데미
천연물 화학 - 영림사 일반화학 - 사이플러스
천연물화학연구법 - 서울대출판부
□ 참고 논문 LIST
- 조현석 “수프리모 커피의 추출 조건에 따른 유기산 함량에 관한 연구” (2012) - 박지윤 “아라비카 커피 결점두와 건전생두의 화학성분에 관한 연구” (2011) - 신정화, 안윤경 “원두커피 내 카페인 및 클로로겐산 함량평가를 위한
동시분석법” (2013)
- 조신재 “원두커피의 로스팅 조건과 추출시간에 따른 카페인 및 항산화물질 의 성분 변화 연구” (2014)
- 정동민, 정영철, 전효곤 “Spectrophotometric Assay for Determination of Chlorogenic Acid Using Green Pigment Formation and Quantitative Analysis of Chlorogenic Acid in Blueberry Leaf” (2011)
- Arumuganainar Suresh, 최홍림, Hongqing Yao, Kun Zhu "Assessment of Compost Maturity on Their Different Stages with Microbial and
Biochemical Mass Dynamics" (2009)
- 한효심, 이경동 “토착미생물별 가축분 퇴비화 과정 중 생물화학적 특성 변화” (2012)
- 조은영 “약용식물의 항산화 활성 및 안정성” (2008)
