Abstract
In this work, to develop soil inoculant which maintains stable viable cells and normalized quality, studies on micro-encapsulation with bacteria and yeast cells were performed by investigating materials and methods for micro-encapsulation as well as variation and stability of encapsulated cells. Preparation of capsule was conducted by application of extrusion system using micro-nozzle and peristaltic pump. K-carragenan and Na-alginate were selected as best carrier for gelation among K-carageenan, Na-alginate, locust bean gum, cellulose acetate phthalate (CAP), chitosan and gelatin tested. Comparing the gels prepared with Bacillus sp. KSIA-9 and carriers of 1.5% concentration, although viable cell of K-carragenan and Na-alginate was six times higher than those of other, Na-alginate was finally selected as carrier for gelation because it is seven times cheaper than K-carragenan. The gel of 1.5% Na-alginate was also observed to have the best morphology with circular hardness polymatrix and highest viable cell. When investigating the stability of encapsulated cells and the stabilizer effect, free cells were almost dead within 30 or 40 days whereas encapsulated cells decreased in 10% after 30 days and 15-30% even after 120 days. As stabilizer for maintaining viable cell, both 1% starch and zeolite appeared to possess the level of 70-80% cell for bacteria and yeast until after 120 days.
본 연구에서는 농업용 미생물제 수요의 증가에 따른 보다 안정한 미생물제 공급과 규격화된 품질 보증 및 미생물제 생산성 확대를 위하여 식품 산업에서 활용되고 있는 미생물제의 미세캡슐화 기술을 응용하여, 농업용 미생물제 캡슐화 소재선발 및 캡슐화 최적조건을 조사하고 생산된 미생물 캡슐제의 생균력과 안정성에 관하여 검토하였다. 본 실험의 캡슐화 장치는 extrusion 기법에서 주로 사용되고 있는 air atomizing device 대신 저속의 연동펌프를 이용한 micro-nozzle 방식을 설계하여 수행하였다. 농용 미생물의 캡슐화 소재선발을 위해 bead 형성이 용이하며 생균력을 안정적으로 유지할 수 있고 저렴한 비용으로 구입이 가능한 캡슐제를 조사한 결과 Na-alginate와 K-carragenan은 bead 형성이 우수하게 나타났으며 캡슐내 생균수는 $5.3-7.4{\times}10^7cfu\;g^{-1}$로 gellan gum과 locust bean gum 등에 비하여 6배 이상 높은 생균수를 나타냈다. Na-alginate의 경우 캡슐이 매우 단단하고 매끄러웠으며, K-carragenan보다 7배 이상 저렴한 것으로 조사되었다. 이상 농업용 미생물제의 캡슐화 소재로서 Na-alginate를 사용하는 것이 가장 효율적이고 경제적이라 판단되었다. 농업용 미생물제의 캡슐화를 위한 최적의 캡슐화 소재로 1.5% 농도의 Na-alginate에 1.0% starch와 같은 안정제를 혼합하여 사용할 경우 생균력을 유지하는 데 보다 안정적이었다. 최적조건에서 형성된 캡슐의 형태를 관찰한 결과 캡슐의 표면구조는 매끈하고 규칙 바른 구형을 나타내었으며, 내부 구조는 비교적 균일한 polymatrix를 형성하였 으며 부분적으로 큰 공극을 형성하였다. 미세 캡슐 내 미생물 생존력을 유지하기 위한 캡슐막의 효과를 나타낼 수 있는 안정제로 저렴한 가격으로 구입이 용이한 starch와 zeolite를 이용하여 생균력 증진효과를 검토하였다. 세균을 이용한 미생물 캡슐체의 경우 starch와 zeolite 모두 약 70-80% 생균력을 나타내었으며, 효모의 경우 starch를 안정제로 이용한 경우 67%의 생균력을 나타내었으나 zeolite를 안정제로 첨가한 경우 80% 이상의 높은 생균력 증진을 나타내었다. 이상의 결과로부터 미생물을 캡슐화 할 경우 무기재료인 zeolite를 첨가할 경우 장기간 생균력 안정성이 유지되는 것으로 나타났다.
