김치 유산균 배양액과 간수를 활용한 친환경 제설제 개발 :

박지윤

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박지윤 (목포대학교, 목포대학교 대학원)

지도교수: 김인철

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

유산균 배양액과 간수를 활용한 친환경 제설제 개발

박지윤 , 배은진 , 김인철 한국지역사회생활과학회지 2020.11 학술저널

김치 유산균 배양액과 간수를 활용한 친환경 제설제 개발

박지윤 식품공학과 2020.01 학위논문

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세계적으로 염화물계 제설제를 많이 사용하고 있지만, 강한 부식성과 환경 문제가 심각하다. 이를 해결하기 위해 대체 제설제로 유기산 계열 제설제가 개발되고 있다. 유산균은 호모 발효인 경우는 유산을, 헤테로 발효인 경우에는 유산 외 초산 등을 생성하는 것으로 알려져 있다. 이는 유산균 발효액이 다량의 음이온 관련 물질을 생성하며, 이때 발생한 음이온이 양이온과 결합할 수 있음을 시사한다. 본 연구에서는 이러한 기본적인 개념으로 김치에서 분리된 유산균 배양액과 간수를 이용하여 친환경 제설제를 개발하였다. 김치에서 분리한 유산균을 API test와 16S rRNA 동정한 결과 Lactobacillus plantarum과 99% 유사성을 보여 Lb. plantarum FMRG1으로 명명하였다. Lb. plantarum FMRG1의 산업용 배지를 개발하기 위해 CSL, molasses와 같은 식품 부산물과 yeast extract, salt stock을 사용하였으며, 최적 배지 조성은 1% CSL, 15% molasses, 0.6% yeast extract, 1.0X salt stock이다. 간수의 NaCl과 CaCl2의 함량은 줄이고 MgCl2 함량은 높이기 위해 간수를 농축한 결과, Na 함량은 3.217±0.068%에서 0%로, SO4의 함량은 6.172±0.052%에서 2.902±0.003%로 감소했고, Mg 함량은 4.354±0.287%에서 8.155±0.526%로, Cl 함량은 13.543±0.091%에서 22.617±0.134%로 증가했다. 제설제 제조 조건을 최적화하기 위해 배양액과 농축 간수를 여러 비율로 혼합하였을 때, 배양액과 농축 간수가 3:7 비율로 배합된 혼합액에서 ?51.4±1.71℃로 가장 낮은 값을 나타내 제설제의 최적 제조 조건으로 선정하였다. 이의 Ca, K, Mg, Na, Cl 및 SO4 함량은 각각 0.012±0.001%, 1.145±0.022%, 4.135±0.218%, 0.584±0.005%, 12.966±0.215%, 3.494±0.020%를 나타냈다. 개발 제설제를 희석하여 어는점을 측정하였을 때, 제설제의 농도가 높아질수록 어는점은 낮아지는 경향을 보였으며, 60% 수용액에서 ?27.4±3.99℃로 급격히 낮아졌다. 제설제의 성능 평가를 위해 ?7℃와 ?12℃에서 얼음 용융 시험을 진행하였을 때, -7℃에서는 30분부터 기준 물질 대비 약 106%를 나타냈고, -12℃에서도 30분부터 기준 물질 대비 약 135%를 나타냈다. 도로 및 시설 구조물의 강재 부식에 미치는 영향을 5주 동안 평가하였을 때, 개발 제설제의 강재 부식량은 NaCl 용액의 약 62%였으며, NaCl과 CaCl2 혼합 용액의 약 56%를 나타냈다.

In many countries, chloride-deicer such as calcium chloride(CaCl2) and sodium chloride(NaCl) are used. However, the corrosion and environmental problems of chloride-deicer are serious. In order to solve this problem, as an alternative deicing agent, a deicing agent using an organic acid is being developed. Lactic acid bacteria are known to produce lactic acid in the case of homo fermentation and acetic acid in addition to lactic acid in the case of hetero fermentation. This suggests that the lactic acid bacteria could be used for a large amount of anion-related substances, and the anions produced at this time may bind to cations. This study is based on these basic concepts. This study developed an eco-friendly deicing agent using nutrient medium as lactic acid bacteria isolated from kimchi and bittern. Lactic acid bacteria isolated from kimchi was identified as Lactobacillus plantarum as a result of 16S rRNA identification and was named Lb. plantarum FMRG1. In this study, food by-products such as CSL and molasses were used as basic materials to develop industrial medium for Lb. plantarum FMRG1. The developed medium contains 1% CSL, 15% molasses, 0.6% yeast extract and 1.0X salt stock. The bittern was concentrated to reduce the NaCl and CaCl2 contents and to increase the MgCl2 content. The content of Na and SO4 were reduced from 3.217±0.068% to 0%, and from 6.172±0.052% to 2.902±0.003%. The content of Mg and Cl were increased from 4.354±0.287% to 8.155±0.526%, and from 13.543±0.091% to 22.617±0.134%. When optimizing the manufacturing conditions of the deicing agent by mixing nutrient medium of latic acid bacteria and concentrated bittern, the 3:7 ratio of the nutrient medium and concentrated bittern mixture showed the lowest value ?51.4±1.71℃. Therefore, the 3:7 ratio was selected as the optimum manufacturing conditions of the deicing agent. Ca, K, Mg, Na, Cl and SO4 contents of mixed solution showed 0.012±0.001%, 1.145±0.022%, 4.135±0.218%, 0.584±0.005% and 12.966±0.215%, respectively. The freezing point of the developed deicer diluted solution tended to be decreased as the concentration of deicer increased, and rapidly decreased to ?27.4±3.99℃ in 60% diluted solution. Ice melting capacities at ?7℃ and ?12℃ were about 106% and 135% of the reference material since 30 minutes, respectively. When the effects on the steel corrosion were evaluated for 5 weeks, the steel corrosion of the develeped deicer was about 62% of NaCl solution and about 52% of NaCl and CaCl2 mixed solution.

국문초록
제1장 서론 1
제2장 실험재료 및 방법 4
제1절 배지 조건 최적화 4
1. 균주 선정 4
2. 유산균 동정 4
3. 배지 제조 및 균주 배양 조건 5
4. 복합탄소원에 따른 최적화 배지 조건 7
5. 질소원에 따른 최적화 배지 조건 7
6. 미네랄 성분에 따른 최적화 배지 조건 7
7. Scale-up 9
제2절 배지 및 배양액 성분 분석 10
1. 유리당 분석 10
2. 유기산 분석 11
제3절 간수 농축 및 성분 분석 13
1. 농축 간수 제조 13
2. 간수 성분 분석 15
(1) 염도 15
(2) 음이온(Cl, SO4) 15
(3) 양이온(Ca, K, Mg, Na) 17
제4절 제설제 성능 평가 19
1. 어는점 19
2. 얼음 용융 시험 19
3. 강재 부식 영향 시험 20
제3장 결과 및 고찰 21
제1절 배지 조건 최적화 21
1. 복합탄소원 유리당 분석 21
2. 균주 선정 23
3. 복합탄소원에 따른 배지 최적화 25
4. 유산균 동정 28
5. 질소원에 따른 배지 최적화 31
6. 미네랄 성분에 따른 배지 최적화 33
제2절 제설제 제조 조건 최적화 35
1. 간수 성분 분석 35
2. 농축 횟수에 따른 간수의 어는점 분석 38
3. 제설제 제조 조건 최적화 40
4. 개발 제설제의 성분 분석 42
제3절 제설제 성능 평가 44
1. 어는점 측정 44
2. 얼음 용융 시험 47
3. 강재 부식 영향 시험 51
제4절 생산 단가 비용 분석 54
제4장 결론 56
참고문헌 59
ABSTRACT 64

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