본 연구는 배양초기 pH 조건이 F. succino- genes의 섬유소 부착과 섬유소 소화에 미치는 영향을 보고자 실시하였다. 선정된 specific primer를 이용하여 F. succinogenes의 genomic DNA로부터 445bp의 16S rDNA 절편을 증폭하여 205bp의 internal control을 제작하였고, cPCR 결과로부터 박테리아 수를 계산할 수 있는 표준곡선의 회귀식($r^2$>0.99)을 얻을 수 있었다. In vitro 배양초기 pH에 따른 F. succ- inogenes의 cellulose 부착을 cPCR로 모니터링한 결과, 발효과정 전 기간동안 초기 pH가 6.8과 6.2일 때 cellulose 건물 g당 부착 균주의 수가 pH 5.6일 때 보다 높았으나, pH 6.8과 6.2 사이에서는 큰 차이는 없었다(p>0.05). Cellulose 분해는 배양시간이 진행됨에 따라 증가 되었으며, 분해 정도는 pH가 증가함에 따라 더 높았다. 배양초기 pH가 6.8, 6.2 그리고 5.8일 때 48시간동안 감소한 pH는 각각 0.24, 0.58 그리고 0.16 이었다. 가스 생산량은 발효 시간이 경과함에 따라 pH가 높을수록 더 많았다. 결론적으로 발효 초기 pH는 F. succinogenes에 의한 cellulose 소화, 가스 생산, pH 변화 및 cellulose 부착에 큰 영향을 주었으며, 특히, 낮은 pH(5.8)에서는 섬유소 소화 및 박테리아 부착을 현저한 감소 시켰다.
섬유소 폐기물의 생물학적 당화를 위해 분리한 사상균 FJ1은 섬유소 분해효소의 생산성이 뛰어난 신규의 유망한 셀룰라아제 생산균주로 잠정적으로 평가되었다. 사상균 FJ1의 셀룰라아제 생산을 위한 배지조성은, 질소원으로서 0.1% peptone을 사용하였을 경우와, avicel 및 섬유소 폐기물인 볏짚을 혼합하여 사용한 경우 높은 효소생산성을 나타냈다. 경제적인 효소생산을 위한 기질로 섬유소 폐기물의 농도와 혼합비는 1%(w/v)농도에서 볏짚과 펄프를 각각 0.5%(w/v)와 0.5%(w/v)으로 사용하였을 경우 CMCase, xylanase, $\beta$-glucosidase, avicelase의 효소 활성은 각각 24.3, 38.7, 1.5, 0.6 unit/ml 이었다. 이러한 효소생산성은 섬유소 폐기물의 생물학적 당화기술에 크게 기여할 수 있으리라 사료된다.
본 연구는 SCB저농도액비의 기능성향상을 위한 섬유소분해 미생물균주를 탐색하고 선발하기 위해 수행되었다. 예초물 퇴비에서 섬유소분해 미생물균주는 배양 및 형태적 특성에 따라 5개의 균주를 선발하였다. 선발된 섬유소 분해 미생물균주의 배지에 따른 균생장은 TSB배지에서 배양할 때 균의 생장속도가 가장 높게 나타났다. 섬유소분해 미생물균주를 SCB저농도액비에 접종한 결과, 접종 후 18시간에는 균생장이 거의 이루어지지 않다가 24시간이 지나면서 급격히 증가하여 36시간 후에 균생장이 최고조를 이룬 뒤 48시간 이후에는 사멸기가 시작되는 것으로 조사되었다. NB배지에서 보다 TSB배지에서 CDMs의 생장속도가 빠른 것으로 조사되었다. 주요 잔디병원균에 대한 항균력을 검정한 결과 Sclerotinia homoeocarpa, Rhizoctonia solani AG2-2(IV)와 Pythium spp.에서 CDMs을 첨가한 SCB 저농도액비는 각각 14.1, 11.0, 26.8% 균사생장이 억제되었다. 통계적인 유의차는 없었으나, 잔디 퇴비에서 선발된 CDMs을 배양한 SCB저농도액비를 지속적으로 코스관리에 이용한다면 일부 잔디병원균에 효능이 있을 것으로 기대된다.
Pleurotus spp.중 섬유소(纖維素) 분해효소(分解酵素) 생산력(生産力)이 가장 강한 Pleurotus sajor-caju JAFM 1017을 합성배지(合成培地) 상에서 vitamin류(類), 무기염류(無機鹽類)와 배양조건(培養條件)의 영향을 검토(檢討)한 결과(結果)는 다음과 같다. 섬유소(纖維素) 분해효소(分解酵素) 생산(生産)은 folic acid와 thiamine-HCI에 의해 촉진되었고 $KH_2PO_4$와 $MgSO_4$의 최적농도(最適濃度)는 각각 0.2%, 0.04%(w/v)이었으며 그 밖의 무기염류(無機鹽類)는 효과(效果)가 없었다. 효소생산(酵素生産)에 최적(最適)인 배양온도(培養溫度)와 배지(培地) pH는 avicelase가 $25^{\circ}C$, 5.5이었고, CMCase는 $30^{\circ}C$, 5.0이 였으며, ${\beta}-glucosidase$는 $30^{\circ}C$, 6.5이었다.
본 연구는 청보리와 트리티케일에 L. plantarum, L. plantarum과 L. buchneri가 혼합된 접종원을 각각 첨가한 사일리지에 섬유소 분해효소를 첨가하여 사일리지 품질, 반추위 발효 패턴 및 소화율을 조사하였다. 두 초종의 사일리지 건물함량과 조단백질 함량은 전반적으로 청보리 사일리지가 높게 조사 되었으며(p<0.01), 트리티케일 사일리지 처리구에서는 섬유소 분해효소의 첨가가 유의적으로 낮은 NDF 함량을 나타내었다(p<0.01). 청보리와 트리티케일 사일리지에서 유기산 (젖산 및 초산)의 함량은 대조구에 비해 타 처리구들이 유의적으로 높았으며(p<0.01), L. plantarum을 접종균주로 사용한 처리구에서 유의적으로 높은 젖산 함량을 나타내었다(p<0.01). 사일리지 내 lactic acid bacteria는 두 초종 모두 섬유소 분해효소를 첨가한 처리구에서 높게 나타났으며, mold 생성량은 무첨가 대조구에 비해 처리구에서 낮게 조사되었다. 반추위 발효 패턴 및 소화율의 결과에서, 반추위 내 암모니아태 질소생성량은 청보리 사일리지에 L. plantarum과 L. buchneri를 혼합하여 접종한 처리구가 유의적으로 가장 높은 생성량을 나타냈다(p<0.01). 총 가스 생성량은 처리구별 유의적 차이는 없었으나, 효소첨가에 의해 증가하였다(p=0.003). 반추위 내 건물소화율은 청보리 사일리지 처리구에서 유의적으로 높게 조사되었으며(p<0.01), 트리티케일 사일리지는 혼합균주 L. plantarum과 L. buchneri에 섬유소 분해효소의 첨가한 처리구가 타 처리구 대비 유의적으로 높은 소화율을 보였다(p<0.01). 반추위 내 초산 생성량은 L. plantarum과 L. buchneri 를 접종한 처리구와 섬유소 분해효소를 첨가한 트리티케일 처리구에서 유의적으로 높게 조사되었다(p<0.01). 또한 총 휘발성 지방산은 청보리 사일리지 처리구의 균주 및 효소를 혼합 첨가한 처리구가 유의적으로 높았다(p<0.01). 본 연구를 통해 homofermentative LAB 보다 heterofermentative LAB가 안정적인 사일리지 발효에 기여하는 것을 확인 할 수 있었다. 그러나 반추동물의 사료효율 증대를 위한 대안으로 사용된 섬유소 분해효소를 이용한 효과는 초종에 따라 다양한 결과를 가지며, 효소의 적용에 대한 연구 및 균주와 효소의 상관관계에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
세계적인 자원고갈과 지구온난화와 같은 환경문제가 발생됨에 따라 대체에너지 개발에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 섬유소 기질을 이용한 바이오에탄올 생산은 세계적으로 막대한 자원이 있으며 광합성에 의해 재생산되는 무한한 재원으로서 환경적으로도 대기오염물질을 적게 배출하여 유용한 에너지원으로 각광받고 있다. 하지만 섬유소 기질은 cellulose, hemicellulose, lignin과 같은 고분자 화합물이 유기적으로 결합된 단단한 결정구조로 이루어져 있어 이를 분해하여 원하는 물질을 얻기 위해서는 전처리 과정이 필요하다. 전처리 공정은 바이오에탄올을 생산하는 당화 및 발효공정의 효율 및 반응시간 단축에 기여하며, 특히 섬유소 기질일 경우에는 필수불가결한 공정이다. 전처리 공정은 물리적, 화학적, 생물학적 방법으로 나누어지며, 이러한 방법들 중 기질의 특성과 처리효율에 따라 기술들을 병합하여 사용하기도 한다. 이에 본 연구에서는 산 처리, 암모니아 처리, 과산화수소 처리 및 효소를 이용한 생물학적 처리를 단독 또는 병행하여, 전환된 당 성분 및 함량을 조사함으로서 섬유소계 기질인 채소 음식물류 쓰레기를 대상으로 바이오에탄올을 경제적으로 생산하기 위한 적합한 전처리법을 검토하였다. 전처리 방법별 당화율을 살펴보면, 산 처리와 암모니아-과산화수소-계면활성제 처리가 각각 65.3 % 및 65.7 %로 가장 높았으며, 과산화수소 처리는 16.2 %로 가장 낮았다. 반면 전처리 공정 없이 효소를 이용한 당화만을 실시한 경우에는 4.3 %의 낮은 당화율을 나타내었다. 섬유소계 기질의 전처리 효율을 향상시키기 위해 첨가하는 계면활성제의 효과는 암모니아-과산화수소 및 암모니아-과산화수소-계면활성제 처리의 당화율을 비교한 결과, 뚜렷한 효과를 확인할 수 없었다. 전처리 방법별 당의 성분 및 함량을 비교한 결과 육탄당은 암모니아-과산화수소-계면활성제 전처리에서 가장 많이 검출되었다. 오탄당은 산 처리 후 그 함량이 현저히 높았으며, 오탄당 중 xylose의 함량이 60.49 mg/g로 가장 많이 차지하고 있었다. 이 결과로부터 전처리 방법에 관계없이 당화율은 유사한 수준을 보이지만, 당화된 당의 성분 및 함량에는 큰 차이가 있음을 알 수 있었다. 이당류의 경우 과산화수소 및 암모니아-과산화수소 처리를 제외한 나머지 전처리 방법에서 유사한 수준을 나타내었다. 암모니아 처리 및 과산화수소 처리를 순차적으로 병행한 암모니아-과산화수소 처리에서는 각각의 처리시보다 육탄당의 함량은 증가하였으나 암모니아 처리시보다 이당류의 함량은 감소한 것으로 나타났다.
한지의 원료가 되는 닥섬유의 펄프화를 위해 인피부에 목질 분해균을 처리하여 인피섬유의 단섬유화를 위한 미생물의 분해특성과 처리시간별 인피섬유의 분리에 대하여 검토하였다. 판막버섯이나 구름버섯으로 20일간 처리시 중량감소율이 약 50%에 이르러 오히려 이용 가능한 섬유소의 분해도 함께 초래하는 것으로 추정할 수 있다. 그러나 꽃구름버섯이나 벽돌빛뿌리 버섯은 인피섬유의 제일 외피에 존재하는 흑청색 부분을 잘 본해시키고 섬유소 손상을 적게하는 특성을 가진 것으로 나타났다. 꽃구름버섯은 처리 10일째가지 78.9%의 셀룰로오스 함량을 유지하고, 리그닌은 7.2%를 나타내어 제일 양호한 분해 양상을 보였다. 현미경적 관찰의 결과에서는 느타리버섯의 경우 처리 30일부터 인피부의 섬유가 분리되어 단섬유화 되며, 50일간 장기간 처리하여도 섬유표면의 손상은 발견되지 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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