음식물 쓰레기의 젖산발효Ⅰ. 자연발효 및 저장성에 관한 연구

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동물자원연구

12 :

2001

Annals of Animal Resources Science 12 60~73. 2001

음식물 쓰레기의 젖산발효

I .

정일구

·

·

·

강원대학교 동물자원과학대학 축산가공학과

* 강원대학교 동물자원공동 연구소

Lactic acid Fermentation

Food Wastes

1. Studies on Fermentation and Preservation

ll-Goo Jeong, Gur-Yoo Kim, Jae-In Pak, Chang-Hyeug Kim* and Il I-Kyong Kwon

Dept. of Animal Food Science & Technology. Kangwon National

*Institute of Animal Resources. Kangwon National

ABSTRACT

Change of microbial flora during the fermentation of food wastes were investigated to estab1ish a optimum fermentation condition and lactic acid bacteria were screened for the fermentation. Total bacterial counts , lactic acid bacteria , yeast and mould , and coliform counts of food wastes were varied from the beginning according to samples and showed highest increase at 35

C.

The pH of food wastes were varied 4.09 to 5.30 , but those were decreased to 4 .1 9 , 3.99 , and 3.98 after 24hr fermentation at 15 , 25 , and 35"C , respectively. 31 colonies were isolated after fermentation of food wastes , and most of them were Gram positive , rods , homofermentative.

Keywords Food wastes , Lactic acid bacteria , Fermentation , Acid-tolerance , Salt-tolerance 1)

1 .

우리나라 총 인구의 75% 이상이 농민이었 던 1960년대까지만 해도 음식물 쓰레기는 버

려지지 않고 가축의 사료나 퇴비로 쓰이는 등 우리생활에 유효한 구실을 하였다. 그러 나 급격한 산업발달로 인해 인구의 이동이 도시로 집중되었으며， 생활수준의 향상과 더 불어 소비 패턴도 변화함에 따라 음식물 쓰

※ 본 연구는 강원대학교 기성회 일반연구비 지원으로 수행되었음

- 60-

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음식물 쓰레기의 젖산발효-

1.

레기의 발생량이 증가하였다. 1997 년 환경부 에 조사한 바에 의하면 음식물 쓰레기의 발 생원은 음식점

42% ,

41% ,

13% ^,

1998) ,

53 .1 %,

18.6% ^,

1999).

이러한 음식물 쓰레기는 매년 감소 추세에 있어 1994년 18， 055( 톤/일) 였던 것이 1997년 에 는 13， 063( 톤/일 )으로 약 5 ， 000톤 정 도 감 소한 것으로 집계되었으나， 생활 폐기물 중 에 차지하는 양은 1994년

2 1. 1

음식물 쓰레기는 수분함량이 매우 높아

(80-85% )

음식물 쓰레기의 처리방법에는 크게 사료화， 퇴 비화， 가스연료화의 자원재생 방법과 매립 및 소 각방법 둥이 있으며， 이외에도 메탄발효에 의한 화석원료의 대체에너지원으로 이용， 소각열 회수，

알콜 발효 빛 식용재배 등이 있다(박종문，

1998:

정재춘，

1995).

경쟁력이 약하여 업계에서 호응을 받지 못하였다.

사료화 방법에는 건조 사료화， 발효 사료화(축산 기술연구소

1999) ,

1998).

1998).

따라서 본 연구는 음식물 쓰레기의 자연발 효 과정 (15⁰C ，

25

c ^,

내염성에 강한 균주를 선발하는데 있다.

II. 재료 및 밤법

1.

(1)

자연발효상태의 젖산균을 분리하기 위하여 음식물 쓰레기는 단체 급식을 실시하는 강원 대학교 구내식당 및 기숙사 8개소， 그리고 일반 음식점 3개소에서 수거하여 사용하였 다. 이 음식물 쓰레기는 당일 수거하여 실험 에 사용하였다 (Table

1).

- 61-

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동물자원 연구 (2001)

Table 1. Dumping place of food wastes m -

m-A

B C D E F G H I J K

현

dumping place

collective supplying A collective supplying B collective supplying C collective supplying D collective supplying E collective supplying F collective supplying G collective supplying H

restaurant A restaurant B restaurant C

(2)

단체 급식소 및 일반 음식점에서 수거 해 온 117}지의 음식물 쓰레기는 분쇄기를 사용 하여 완전히 분쇄하였다. 분쇄된 음식물쓰레 기 는 직 경

10cm x

-20

c

2.

(1)

1 5

C ^, 25

C ^,

( 2)

시료를 24시간동안 자연 발효시키며， 총균 수 (Total

bacterial count , TBC) ,

(Lactic acid bacterial count , LAB) ,

& Mold count)

bacterial

0 .1 %

희석한 후 사용하였다.

가. 총균수 (Total

bacterial count , TBC)

희석된 시료를 평판법으로

plate count agar( D ifco , Cu)

30

C

나. 젖산균수 (Lactic

acid bacterial count ,

LAB)

MRS aga r( Difco ,

0.02%

0.002 % bromophenol

BPB

다. 효모 및 곰팡이

(Yeast & Mold count) Potato dextrose agar( Difco , Cu)

10%

L ( + ) -Tartaric

라. 대장균군수 (Col표orm

bacterial count)

희 석 된 시 료를 평 판법 으로

Violet red bile agar( VRBA , D ifco , Cu)

3Tc

(3)

pH

2 5

C , 35

C)

magnetic stirre r( RC-2 ,

pH meter( Mettler toledo

( 4)

균주의 저장성 조사

가. 젖산균 분리

각 각의 발효온도에서 성장한 젖산균을 각

- 62-

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음식물 쓰레기의 젖산발효-

r.

시간대에서 분리하였다. BPB 배지상의 접락 형태 벚 색깔이 서로 다른 집락을 취하여

MRS

MRS

나. BPB 배지상의 집락관찰

젖산균의 선별배지인 BPB 배지상의 접락 의 색깔， 형태， 광택여부 등을 비교 관찰하 였다.

다. 분리 균주의 확인

분리한 균주를

Gram

·

라. 분리 균주의 젖산발효 형태비교

분리한 균주를 MRS액체 배지에서 활성화시 켜

HHD (Homofermentative-heterofermentative differen tial)

1%

30

c

에 서 48-72시 간동안 배 양한 후 배 양액 과

pellet

의 색 변화를 통하여 젖산발효 형태를 비교하 였다.

(5)

분리 균주의 저장성 효과를 보기 위해 내 산성과 내염성 효과를 살펴보았다. 분리 균 주를 MRS 액체배지， 항온배양기에서

3TC 24

시간 배양하여 사용하였으며， 활성화된 분리 균주를 내산성과 내염성 실험에 사용하였다.

분리 균주는 시료무게의

1. 5%

1996) ,

(SP-20 +, Spectronic

Optical

density) 값을 측정하였다.

가. 분리 균주의 MRS 액체배지상의 내산 성 ·내염성 효과

분리 균주의 내산성 실험은 MRS 액체배지 를

12fc ,

O .1 N NaOH

pH(6 , 5 ,

16mm X

185mm test

15

C , 25

C ,

분리 균주의 내염성 실험은 MRS 액체배지 를

121

C ,

1% , 2% ,

16mm X 185mm test

20ml

15

C , 25

C ,

배양시간은 24시간이었다. 각 온도에서 배양 하면서 3 시간 간격으로 시료를 취하여

660nrn

에서 흡광도를 측정하여 성장특성을 조사하 였다.

ill.

1.

11개소에서 수거한 음식물 쓰레기 시료를

15

C , 25

C

2 , 3 , 4 , 5).

각 온도별 총균수， 젖산균수， 효모 및 곰팡이 수， 대장균군수의 변화를 보면 15⁰C 에서 발 효시킨 음식물 쓰레기는 총균수 변화가 거의 없었으며，

25

C ,

25

C.

35⁰C 에서는 시간이 경과할수록 증가하는 경 향을 나타내였다. 대장균군수의 변화는

15

C

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동:물자원 연 구 (2001)

에서는 초기

10 ⁴

10 ⁴

10 ⁴

³

(Table 2. 3. 4. 5).

Table 2. Changes of total bacterial count in food wastes during fermentation period at different temperature( Log No. cfu/ g)

15

C 25

C 35

C

Ohr 24hrs Ohr 24hrs Ohr 24hrs

A 7 .4 1 7.25 7.20 5.90 5.79 6.86

B 8.69 7.60 8.30 8.04 7.34 8.32

C 7.69 7.74 7.55 7.65 5.68 7.89

D 7.05 6.69 6.84 7.07 5.79 7.35

E 7.33 7.10 7.27 6.89 6.51 7.92

F 6.85 5.30 6.50 7.11 4.90 7 .4 2

G 8.56 7.60 7.74 7.53 7.11 8.81

H 7.68 6.85 6.84 7.92 7.07 8.23

7 .4 5 7.35 6.95 7.82 7.30 8.19

J 7 .4 5 7.01 7.86 8.04 7.20 8.85

K 7.20 7.30 7 .1 4 7.67 7.27 8.14

Table 3. Changes of lactic acid bacterial count in food wastes during fermentation period at different temperature(Log No. cfu/g)

15

C 25

C 35

C

Ohr 24hrs Ohr 24hrs Ohr 24hrs

A 6.07 <6.0 <5.0 <5.0 4.77 <4.0

B 8.04 7 .1 2 7 .1 6 7 .1 6 7 .1 3 7 .1 4

C 6.58 6.76 6.34 6.34 4.0 7.32

D 6.69 5.30 6.04 6.04 4.0 6.86

E 4.0< 5.60 6.23 6.23 5.74 <6.0

F 5.77 <5.0 5.0 5.0 <4.0 5.77

G 7.23 5.77 7 .4 0 7 .4 0 6 .4 7 7.73

H 6 .4 9 5 .4 7 7 .1 8 7 .1 8 6.98 6.67

6.90 7 .1 3 9 .4 8 9 .4 8 7 .1 0 8 .4 1

J 6 .3 0 6.81 7 .1 9 7 .1 9 6.58 8.01

K 6.62 7.29 8.03 8.03 7.61 8.62

-64-

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음식물 쓰레기의 젖산발효-

1.

Table 4. Changes of yeast & mold count in food wastes during fermentation period at different temperature( Log No. cfu/g)

15

C 25

C 35

C

Ohr 24hrs Ohr 24hrs Ohr 24hrs

A 4.81 4 .4 7 5.09 5.0 4.0 <4.0

B 4.81 <5.0 4.0 4.77 4.0 <4.0

C 4 .3 0 4.95 4.30 5 .3 6 4.0 5.93

D 5 .1 7 4.0 5.55 5.89 4.0 4.60

E 4.77 <5.0 5.95 6.06 4.0 <4.0

F 4 .3 0 <4.0 4.0< 5.65 4.0< 6.52

G 7.0 6.0 5 .4 9 8.59 4 .4 7 6.64

H 4.74 4.0 5 .4 1 <6.0 4.0 <4.0

6.27 6 .7 2 5.25 6.68 5 .3 0 5.83

J 4.0< 4.60 5 .4 8 5.56 4.0< 5.92

K 6.68 6.82 5.57 6 .3 3 4.0 6.39

Table 5. Changes of coliform bacterial count in food wastes during fermentation period at different temperature( Log No. cfu/ g)

15

C

Ohr 24hrs

A <3 .0 <3 .0

B 4.54 <3 .0

C <3 .0 <3 .0

D 4 .3 0 <3 .0

E 4.0 3.0

F 3.30 <3 .0

G 4.72 4.57

H 4.77 4.51

4.54 4 .3 2

J <3 .0 3. 90

K 4 .3 6 3.0

2.

음식물 쓰레기를

15

C. 25

c

24시간 동안 자연 말효시키는 동안

pH

Ohr

<3 .0

<3 .0

<3 .0

<3 .0

<3 .0

<3 .0 4.69 4 .1 7 4 .1 1 4.07 3.84

25

C 35

C

24hrs Ohr 24hrs

<3 .0 <3 .0 4 .4 7

<3 .0 <3 .0 3.30

<3 .0 <3 .0 4.0

3.0 <3 .0 3 .3 0

<3 .0 <3 .0 <3 .0

<3 .0 <3 .0 5 .1 6

3.60 3.0 3.0

<3 .0 3.30 <3 .0

3.30 <3 .0 3 .3 0

<3 .0 3.0 <3 .0

<3 .0 <3 .0 <3 .0

를 살펴보면 다음과 같다 (Table

6).

15

C. 25

C

-65-

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동물자원연구 (2001

)

F

h

Table 6. Changes of pH in food wastes during fermentatiom period at 15

C. 25

C and 35

C

aν

B C D E F G H I J K

nb Ohr

4.27 4.63 4 .4 6 4.31 4.35 4.32 4.82 5 .1 4 4.69 4.99 5.30

15

C

12hr 4 .4 1 4.58 4.29 4 .1 7

4.15 4.23 4.62 4.61 4.50 4 .3 8

4.49

24hr 4.36 4 .4 6 4.43 4.34 4 .3 6 4.30 4.63 4.51 4.50 4 .1 9 4.28

Ohr 4.24 4.45 4.23 4 ^.1 9

4.15 4 .1 2 4.64 4.88 4.51 4.54 5 .1 0

25

C 12hr 4.21 4.38 4.23 4.18 4.16 4 .1 0 4.43 3.95 4.33 4.08 4.04

24hr 4 .3 6 4.24 3.98 4.15 4.06 4.21 4.09 3.98 4 .1 7 3.99 3.67 35

C

12hr 4.22 4.25 4 .3 1 4 .1 9 4 .1 7 4 .1 2 4.38 4.02 4 .3 3 4.23 3.88 24hr

4.45 4.54 4 .4 4 4 .4 2 4.43 4 .4 1 4.52 3.99 4.35 4.19 4.09

Ohr 4.20 4 .4 9 4.24 4 ^.1 7

4.18 4.09 4.70 4.79 4.49 4.51 4.68

지고 있었다. 15⁰C 의 경우 발효시킨 후

12hr

까지 급속히 떨어지는 경향을 보였으며， 그 이후 점차적으로 높아지는 경향을 보였다.

그러나 증가폭은 코지 않았다. 음식물 쓰레 기 내에 김치류의 혼엽이 있어 초기 pH가 낮은 것으로 사료되어진다. 25⁰C 경우도

15

C

와 비슷하였으며， 특히 G ， H ，I， J， K 의 시료만이 18hr까지 급속히 떨어졌다. 35⁰C 에서는 B ， G ， H ，I，J ， K의 시료만이 발효시킨 후 12hr까 지 pH 가 떨어졌으며， 나머지 시료는 별 차 이가 없었다 (Table

6 ),

3.

(1)

각 각의 음식물 쓰레기 시료에서 성장한 젖산균을 발효온도와 시간대별로 분리하였으 며， BPB 배지 상에서 형태 빛 색깔이 서로 다른 31개의 집락을 취하였다. 각 접락의

Gram

HHD

액체배지에서 pellet의 색 변화를 보면 발효형 태가 homo 일 때에는 blue에서 green으로 변하 였고， hetero 일 때는 색 변화가 일어나지 않았 다. 집락형태， 분리형태 빛 젖산발효형태는 다 음과 같다 (Table

7).

7).

Table 7. Differentiation on HHD medium of homo fermentative and hetero fermentative selected lactic acid bacteria strains

COCCI

rod

fermentation type Homo Fermentation Hetero Fermentation

Homo Fermentation Hetero Fermentation

strain No.

9. 13 , 16. 18 , 24. 28 10 , 1 1. 17. 29 , 30

7 ^, 8. 15. 19. 21. 22. 23. 25. 26. 27. 31 1. 2. 3. 4. 5 ^, 6. 12. 14 ^, 20

- 66-

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1.

pH 4.0 ^, 5.0 ^,

15

C , 25

C ,

15

C , pH

O.D

pH

0.02-0.04 ^, pH 6.0

은 0.01-0.05정도로 전체적으로 성장이 미미 하였다.

25

C , pH

O.D

값 (strain

N o. 18 ^, 28 ^, 30 ^, 31)

0.68 ^, 0 ^.4 9 , 0.8 ^,

1. 2였으며， 24hr에는

No.

No.

후 온도별， pH별， 염 농도별로 배 양하면서 살 펴본 결과 15개의 균주를 선발하였으며， 15개 의 분리 균주에서 다시 4개의 균주 (strain

No.

18 ^, 28 ^, 30 ^,

가. 내산성 효과

Fig. 1. 2 ^, 3

(2)

pH5 pH4

0.5

(。@@

<)

@QZ 얘 a 」 ()ma 〈

0.5

(。@m

<)

@QZ@a 』。” ai ‘

~

./"、」

-얘=

-=.

0.0 o

옳{

0.0αε끓

6

21 24 18

12 15

Incubation time (hrs) 21 24

18

12 15

Incubation time (hrs)

-0- Strain No, 31 -<• Strain NO.18 -C• Strain No.28

Stra;n No. 30

~StrainNo.31

-<• StrainNo.18 -C• StraÎnNo.28

Strain No. 30

pH6

0.5

(g@

<)

ωuZ 애끝。” ai ‘

0.0 o 12 15 18 21 24

Incubation time (hrs)

-<• StrainNo, 31

Fig. 1. Growth(A660) of selected lactic acid bacteria strains at various pH values( pH4 , 5 , 6) at 15"C - 67-

~

Strain No. 18 -0- Strain No. 28 -l::r- Strain No. 30

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c(

훌 은

1.5

을 0.5

0.0

2.0

1.5

:$. ..

0.5

0.0 0

o

pH4

12 15 18 21

Incubation time (hrs)

-0-

rain No. 18

Strain No. 28

Strain No

-Ô- strainNo , 31

pH6

12 15 18 21

Incubation time (hrs)

-c• Strain No. 18 --0- Strain No. 28 •‘- Strain No. 30 ~← StrainNo.31 24

24 c(

@

용

을

2.0

1.5

0.5

0.0 o

pH5

12 15 18 21 24

Incubation time (hrs)

-0- Strain No. 18 -0-

NO. 28 --I:!r-

rain NO. 30 --<>- 5train No , 31

Fig. 2. Growth(A660) of selected lactic acid bacteria strains at various pH values( pH4 , 5 , 6) at 25

C

장 높았다.

pH

o. 18 , 30 ,

35

C ^, pH

18 , 28 ,

O.D

pH

1

이상이 되었다.

pH

분리 균주의 내산성 효과는

pH

1. 2 , 3).

나. 내염성 효과

Fig. 4. 5 ,

NaCl

0 , 1. 2.

15

C ,

25

C ,

- 68-

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1.

‘ ¹

‘

2.0

1.5

s::: 1.0

용

m

”

a ‘ t 0.5

0.0 o

2.0

1.5

0.5

0.0 o

pH4

12 15 18 21 24

Incubation time (hπ)

-0- Strain No. 18 --0- Strain No. 28 -t:::- Strain

-<>- 5train No , 31

pH6

12 15 18 21 24

Irκubatiα1 time (hrs)

<• 5train No .16 권-st며in No. 28 -δ- strain 뻐 30 ‘ :>-strain 뼈， 31

2.0

1.5

‘ t

용

^1.0

애

E

을 ”

0.5

0.0 o

pH5

12 15 18 21 24

. Incubation time (hrs)

-0- Strain No. 18 -0- Strain NO. 28 -t:- Strain No. 30 --<>- Strain No , 31

Fig. 3. Growth(A660) of selected lactic acid bacteria strains at various pH values(pH4.5.6) at 35'C

으며， 24hr에 모든 분리 균주의

O.D

15⁰C 에서

NaCl

1. 2 ^,

NaCl 1 %

일 때

O.D

No.

25⁰C 의 경우 0%는 9hr에

O.D

No.

28 (0.27) 을 제외하고， 나머지는 균주들은 1 이상 이 넘었다. 1% 일 때는

No.

2% 일 때는 12hr에

No.

,

No.

,

- 69-

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것으로 사료된다. 1% 일 때 배양 후 6hr에

No. 28 ^,

0.54) ^,

N o. 18 , 30 , 3 1, 28

, No.

5 ^, 6).

0.9- 1. 5

25

c ^, NaCl

35⁰C 의 경우 0%는 배양 9hr 일 때

O.D

15

c ,

O.D

0010 1%

1.0 1. 5

0.0 o

0.0 o 12 15 18 21 24

Incubation time (hrs) 21 24

12 15 18 Incubation time (hrs)

-0- str퍼n No. 18 -0- Slrain No. 28 -b- str허n No.30 ~ str허n No, 31 -0- 않

in No. 18 -0- Stra in No. 28 -b- 않

'n 뻐.30 ~ Stra in No, 31

3%

2%

0. 5

(용

〈

〈

• O

o o 9 12 15 18 21 24

Incu밟tiontime(뼈'5) 6

21 24

• 8

9 12 15

!πubation time (hrs) 6

녁)-Str갱‘nl“10.18 •}- Slrain No. 28 -b- 않

in No. 30 ~ Stra in No, 31

Fi g, 4. Growth(A660) of selected lactic acid bacteria strains at various concentration of sodium chloride(O. 1. 2 and 3%) at lS

C

-70 -

-0- 없in No.18 -0- Slrain 뻐 28 -b- Stra in No. 30 ~ Stra in No, 31

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음식물 쓰레기의 젖산발효-

1.

0% 2%

2.0 2.0

1.5 1.5

。:g 용

< ‘ 1

0.5 0.5

0.0 0.0

o 12 15 18 21 24 o 12 15 18 21 24

Incubation time (hrs) Incubation time (hrs)

녁)- 5train 뼈 18 •}- Strain No. 28 -l::r- Strain 뼈 30 ‘>- strain No. 31 -0-

28 -"- strain No. 30 -0-

1% 3%

2.0 2.0

1.5 1.5

。않

<l: ‘ 1

0

5 0.5

0.0 0.0

o 12 15 18 21 24 o 12 15 18 21 24

Incubation time (hrs) Incubation time (hrs)

~strain 뼈 18 -0- strain No. 28 -"- strain No. 30 -0- strain 뼈， 31 -0- Strain No. 18 -0- 5train

28

strain No. 30 -0- 5train

Fi g, 5. Growth(A660) of selected lactic acid bacteria strains at various concentration of sodium chloride(O , 1 , 2 and 3%) at 25'C

-71-

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동‘물자원연구 (2001)

0% 1%

20 20

1. 5 1. 5

용 용

<‘ ... <

0.5 0.5

O. O.Q

o 6 9 12 15 18 21 24 o ⁶ 12 15 18 21 24

Incut빼m 엔n홉 (hrs) Incubatlon 허me(hrs)

•}- 않-ain No.18 카}-str밍n No.28 -b- str혀n No.30 ‘>- Strain No. 31 녁>-str잉n No.18 낸}- Strain No. 28 -b- Strain No. 30 -<>- Strain No, 31

2% 3%

20 20

1. 5 1. 5

용 용

<

0.5 0.5

o 0.0

6 9 • 2 15 18 21 24 o 3 6 12 15 18 21 24

Incut빼m 쉰me(hrs) Incu밟tion time (hrs)

+ ^않~in No. 18 -0- 없n No. 28 →~str밍nl“10.30 -<>- ^{뼈n 뼈， 31} 녁}- 않ain No. 18 낸}- Strain No.28 •‘- 않밍n No.30 →rstr밍n No, 31

Fig. 6. Growth(A660) of selected lactic acid bacteria strains at various concentration of sodium chloride(O , 1 , 2 and 3%) at 35'c

IV.

15

C , 25

C ,

꺼 ι

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음식물 쓰레기의 젖산발효-

1.

산성， 내염성에 강한 균주를 선발하고자 시 험하였다.

1.

대장균군수는 시료에 따라 다양하게 나타났 으며. 35⁰c 에서 높은 증가를 보여주었다.

2.

4.0-5.3

24hr

15

c.

25

C.

4 ^.1 9. 3.99 ^, 3.98

로 감소하였다.

3.

형태확인， 발효형태를 비교한 결과 31 개의 집락를 취하였으며， 각 접락은

Gram

참고문헌

1.

1998.

Workshop

-액상 소멸화 기술. 포항공대.

p13-20

2.

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3.

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환경

. Vo l.1. No .1. p83-102

4.

1998.

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심포지움. 남은 음식물 사료화 연구회

6.

1998.

7.

1998.

{

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