초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
본 연구에서는 79% 수준의 함수율과 18% 수준의 단백질을 함유하는 도축혈액을 대상으로 5톤/일 처리규모의 아미노산액비 및 단백질사료 동시 생산시스템을 현장에 구축하여 운전한 결과 15.31%의 아미노산을 함유하는 고품질 아미노산액비와 78.08%의 단백질을 함유하는 단백질 건조사료를 생산하였다.
이에 대한 주요 연구개발결과를 다음과 같이 요약하였다.
1. 대상물질의 기초현황 조사
- 도축혈액은 수분(79.14±0.15%)을 제외한 대부분이 유기물(19.40±0.23%)로 구성되어 있고, 유

Ⅳ. 연구개발결과
본 연구에서는 79% 수준의 함수율과 18% 수준의 단백질을 함유하는 도축혈액을 대상으로 5톤/일 처리규모의 아미노산액비 및 단백질사료 동시 생산시스템을 현장에 구축하여 운전한 결과 15.31%의 아미노산을 함유하는 고품질 아미노산액비와 78.08%의 단백질을 함유하는 단백질 건조사료를 생산하였다.
이에 대한 주요 연구개발결과를 다음과 같이 요약하였다.
1. 대상물질의 기초현황 조사
- 도축혈액은 수분(79.14±0.15%)을 제외한 대부분이 유기물(19.40±0.23%)로 구성되어 있고, 유기물의 대부분은 단백질(18.22±0.09%)이 차지하고 있으며, 중금속이나 염분 등은 검출되지 않거나 극미량만을 함유하고 있는 환경적 및 농학적 가치가 매우 우수한 자원임.
2. 초음파 가용화 전처리 시스템 개발
- 초음파에 의한 미생물의 가용화는 공동화현상에 의해 일어나며 초음파 주파수가 낮고 강도가 높을 때 공동화현상의 강도가 커지므로, 낮은 주파수(20∼30 kHz)를 발생하며 scale-up이 용이한 probe type의 랩규모 초음파 반응기를 제작하였음.
- 초음파 전처리의 최적조건은 주파수 20 kHz, 조사밀도 0.5 W/mL, 시간 10∼30분으로 확인되었고, 반응표면분석(RSM) 결과 0.5 W/mL에서 약 22분간 조사할 경우 가용화율은 95.53%로 나타남.
- 최적 전처리 조건에서 가용화율은 97.72%로 GPC분석을 통해 단백질량이 약 4배 정도 증가하였음을 알 수 있었고, 미생물 분석에서 총대장균군이 사멸된 것으로 보아 병원균의 멸균효과도 기대할 수 있음.
- 실규모 초음파 가용화 시스템의 최적조건은 주파수 20 kHz, 조사밀도 0.04 W/mL, 조사시간 30분으로 확인됨.
- 가용화 전처리시 혈구세포의 파괴가 일어나 세포의 입경이 131.16 ㎛에서 44.32 ㎛로 감소되었고, 가용화율은 38.51%에서 97.72%로 증가함.
3. 최적 효소반응 시스템 개발
- 효소분해 반응이 진행되면서 도축혈액의 점도는 점점 낮아지게 되는데, 이에 따라 교반토크에 가해지는 물리적인 힘도 낮아질 것이라는 점에 착안하여, 교반토크 값을 모니터링하여 효소반응 정도를 판단하고 효소반응기의 운전 지표로 삼을 수 있는 방법을 제시하였음.
- 효소반응기의 온도 유지와 원활한 교반을 위하여 반응기 형태별 열전달 특성을 파악하였으며, 이를 통해 baffle이 존재하며 곡면 날개 형태의 임펠러를 가진 효소반응기를 제작하였음.
- 11종의 상용화된 효소를 복합적으로 이용하여 온도와 시간에 따른 최적 효소분해 조건을 선정함. 최적조건인 1wt.% savinase와 0.1wt.% flavorzyme을 사용하여 60℃에서 4시간동안 반응한 경우 단백질의 아미노산 전환율은 81%로 확인됨.
4. 멤브레인 필터프레스 여과탈수 시스템 개발
- 랩규모 장비를 통해 여과포 재질 및 기공 사이즈, 피딩시간 및 압력, 가압 시간 및 압력 등을 최적화하고 이를 바탕으로 실규모 멤브레인 필터프레스를 설계 및 제작함.
- 고액분리 전 여과탈수 효율을 높이기 위해 응집공정을 추가하였으며, 친환경 응집제인 키토산을 효소분해반응 생산물 대비 0.05% 농도로 주입하여 응집반응을 최적화하였음.
- 실규모 시스템의 최적운전조건(피딩 압력 6 kg/cm2, 가압 압력 11 kg/cm2)에서 아미노산 함유량 15.31%의 아미노산 액비 820.63 kg/ton, 탈수케이크(탈수케이크) 179.37 kg/ton 생산 가능함.
5. 저온 마이크로파 살균건조장치 개발
- 4 kW급 랩규모 장비를 이용하여 마이크로파 조사 높이, 조사량, 피건조물의 두께, 건조챔버 형태, 교반 등에 관한 인자를 최적화하고 이를 바탕으로 실규모 마이크로파 건조기를 설계 및 제작함.
- 마이크로파 건조기 내부에 고온발열체를 설치하여 내부 분위기 온도가 상승하는 것을 확인하였음.
- 실규모 시스템의 최적조건으로 함수율 62.62%의 탈수케이크를 함수율 6.97%로 건조하여 단백질 78.08%를 함유하는 건조사료를 생산하였음.
6. 실규모 통합시스템 완성
- 실규모 통합시스템의 설치위치는 도축혈액의 수급이 원활하며 지방자치단체의 기술지원 및 세금 감면 등의 이점이 있는 영월팔괴농공단지로 선정하였음.
- 각 단위 공정의 최적화된 운전조건을 사용하여 연속으로 운전 및 안정화하여 물질수지를 도출하였으며, 5톤/일 도축혈액 처리량에 대하여 12% 이상의 아미노산을 함유하는 아미노산액비 및 단백질사료를 동시 생산하는 시스템을 구축함.
7. 실규모 통합시스템 평가
- 최종 생산물인 아미노산 액비 및 건조 단백질사료에 대하여 각각의 공정규격에 따른 분석을 실시하였으며, 아미노산 액비는 제4종복합비료로서 활용이 가능하며 건조 단백질사료는 수분함량과 단백질함량이 사료 등의 기준 및 규격을 만족하여 단미사료 중 가수분해 및 유도단백질 사료로서 활용이 가능한 것을 확인함.
- 통합시스템이 설치된 공장 및 액비 제품에 대하여 악취 분석을 실시하였으며, 분석 결과 공장과 아미노산 액비 모두 악취에 있어서 안정적임을 확인하였음

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 7
• 표목차 ... 11
• 그림목차 ... 15
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 및 성과목표 ... 22
• 제 1 절 연구개발의 배경 및 필요성 ... 22
• 1. 국내 도축혈액 발생현황 ... 22
• 2. 도축혈액 처리방안 부재 ... 25
• 3. 도축혈액의 우수한 효용가치 ... 27
• 4. 유기질 비료에 대한 수요 증가 ... 28
• 제 2 절 연구개발의 목적 ... 33
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 36
• 제 1 절 관련기술의 국내 개발 현황 ... 36
• 제 2 절 관련기술의 국외 개발 현황 ... 38
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 40
• 제 1 절 대상물질의 기초현황 조사 ... 40
• 1. 도축혈액의 발생원 ... 40
• 2. 도축혈액의 기초 성상 ... 41
• 제 2 절 초음파 가용화 전처리 시스템 개발 ... 49
• 1. 랩규모 초음파 전처리 실험장치 제작 ... 49
• 2. 최적 전처리 조건 도출 ... 57
• 3. 최적 전처리 조건에서의 도축혈액의 전처리 ... 80
• 4. 실규모 초음파 가용화 전처리 시스템 설계 및 제작 ... 88
• 5. 실규모 초음파 가용화 전처리 시스템의 최적 운전조건 확립 ... 91
• 제 3 절 최적 효소반응 시스템 개발 ... 97
• 1. 효소반응기의 설계인자 확보 ... 97
• 2. 효소반응기의 열전달 특성 파악 ... 103
• 3. 최적 반응시간 및 교반방식 결정 ... 116
• 4. 실규모 효소반응기 설계 및 제작 ... 117
• 5. 최적 효소반응 운전조건 확립 ... 120
• 제 4 절 멤브레인 필터프레스 여과탈수 시스템 개발 ... 165
• 1. 멤브레인 필터프레스의 원리 ... 165
• 2. 효소분해반응 생성물의 성상분석 ... 166
• 3. 소규모 멤브레인 필터프레스 제작 및 최적화 ... 168
• 4. 실규모 멤브레인 필터프레스 설계 및 제작 ... 195
• 5. 실규모 멤브레인 필터프레스의 최적 운전조건 확립 ... 198
• 제 5 절 저온 마이크로파 살균건조장치 개발 ... 208
• 1. 마이크로파 건조의 개념 및 원리 ... 208
• 2. 마이크로파-고온발열체를 이용한 건조의 원리 및 특징 ... 215
• 3. 랩규모 4 kW급 마이크로파 건조기 제작 및 최적화 ... 217
• 4. 실규모 마이크로파 건조기 설계 및 제작 ... 235
• 5. 실규모 마이크로파 건조기 최적 운전조건 확립 ... 242
• 제 6 절 실규모 통합시스템 완성 ... 248
• 1. 실규모 통합시스템의 현장 설치 ... 248
• 2. 실규모 통합시스템의 운전 ... 251
• 3. 실규모 통합시스템의 물질수지 ... 257
• 제 7 절 실규모 통합시스템 평가 ... 259
• 1. 고품질 아미노산액비 평가 ... 259
• 2. 건조 단백질사료 평가 ... 263
• 3. 공장 및 제품 내 악취 분석 ... 267
• 4. 실험포 분석 ... 281
• 5. 경제성 평가 ... 282
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 283
• 제 1 절 연구개발목표의 달성도 ... 283
• 제 2 절 관련분야 기여도 ... 284
• 1. 개발기술의 파급효과 ... 284
• 2. 기술적 개선사항 ... 285
• 제 5 장 연구개발 성과 및 활용 계획 ... 286
• 제 1 절 실용화 및 산업화 계획(기술실시) ... 286
• 제 2 절 교육․지도․홍보 등 기술확산 계획 ... 288
• 제 3 절 신기술인증 확보 계획 ... 288
• 제 4 절 연구개발 성과 요약 ... 291
• 1. 산업재산권 ... 291
• 2. 논문게재 ... 292
• 3. 국내 및 국제 학술회의 발표 ... 293
• 4. 교육 및 지도활용 내역 ... 294
• 5. 사업화 ... 295
• 6. 기술 및 제품 인증 ... 295
• 7. 인력활용/양성 ... 295
• 8. 홍보실적 ... 296
• 9. 전시회 등 참여 ... 297
• 10. 포상 및 수상 실적 ... 298
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 299
• 제 1 절 국외의 도축 현황 ... 299
• 1. 미국 ... 299
• 2. 유럽 ... 299
• 3. 중국 ... 300
• 제 2 절 국외의 혈액자원화 시설의 현황 ... 302
• 1. 미국, APC사의 혈액자원화 공장 ... 302
• 2. 유럽의 혈액자원화 시설 ... 305
• 제 7 장 참고문헌 ... 307
• 별첨 1 실증설비 설계도면 및 제작도서 ... 314
• 별첨 2 실증설비 운전 및 유지관리지침서 ... 421
• 끝페이지 ... 449