Spirulina platensis NIES 39의 최적 배양 조건을 확립하고자 본 연구에서는 여러 광원에 따른 균체의 생장양상을 확인하여 보았다. 이를 기반으로 형광등 및 LED 광생물반응기를 개발하여 균체농도 증가, 이산화탄소 고정화속도 및 효율, 클로로필 생산에 대한 연구를 수행하였다. 배양에 공급되는 이산화탄소 농도 및 유속은 명 조건에서 약 4 h 주기로 10 min간 5% $CO_2$, 0.1 vvm임이 확인되었다. 내부조사형 형광등 광원 및 저전력형 SMD 타입 적색광 LED 광생물반응기는 최대 배양 건조 균체량이 1.411 g/L를 넘지 못하였지만, 조도를 높인 파워형 적색광 LED (색온도 12000 K)에서는 최대 건조 균체량이 1.758 g/L가 되었다. 이 경우 이산화탄소 고정화 속도 및 효율 또한 증가되었다. 총 클로로필 생산량은 균체량 증가에 비례하여 증가하였지만, 건조균체질량당 생산량은 청색광 LED조건(색온도 7500 K)에서 더 높은 수치를 보여주었다. 그리고 최대 균체생장조건(DCW)에서 이산화탄소 농도는 주입량(5% $CO_2/Air$, v/v) 대비 유실률은 0.15% 이내로 확인되었다.
아스파라거스의 기능성을 향상시키기 위하여 처리 전 그리고 12시간 암상태로 저장한 아스파라거스를 대조구로 하여 백색(색온도 45,000 k), 청색(peak 450 nm), 적색(peak 660 nm)의 발광다이오드(light-emitting diode, LED)를 이용하여 수확한 아스파라거스 순을 광합성유효광양자속밀도(photosynthetic photon flux density, PPFD) $200{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$의 광으로 12시간 처리하고, UV-B(280 nm)를 0.5kJ 또는 1.0kJ로 처리하여 원예적 특성, 비타민C(total ascorbic acid), 루틴(rutin), 총 페놀(total phenolics) 및 총 플라보노이드(total flavonoids) 함량과 자유기 소거능에 미치는 영향을 조사하였다. 이들 처리는 아스파라거스 순의 생체중, 길이, 직경 등에 변화를 초래하지 않았으며, UV-B0.5kJ에서는 당도와 엽록소 함량이 각각 9%와 41% 증가하였다. 비타민 C, 루틴, 총 페놀 및 총 플라보노이드 등 항산화 성분 중에서 비타민 C 함량은 대조에 비하여 백색광(114%), 적색광 (137%) 및 UV-0.5 kJ(127%) 처리에서 크게 증가하였다. 반면 루틴, 총 페놀 및 총 플라보노이드 함량은 적색광이나 UV-0.5 kJ 처리에서만 대조구에 비하여 증가하였다. 또한 DPPH라디컬 소거능으로 측정한 항산화 활성은 대조구에 비하여 백색광, 적색광 및 UV-0.5kJ 처리구에서 각각 43, 41 및 43% 증가하였다. 이상의 결과는 적색광 12시간 처리나 UV-B 0.5kJ 처리로 아스파라거스 순의 원예적 특성의 변화가 초래되지 않는 상태에서 비타민 C, 루틴, 총 페놀, 총 플라보노이드 등의 함량이 증가되고 자유기 소거능도 향상됨을 의미한다. 따라서 수확한 아스파라서스의 순에 적색광 12시간 또는 UV-B 0.5kJ을 처리하면 채소 또는 음료의 원료로 사용되는 아스파라거스 순의 기능성 품질을 증진시킬 수 있을 것으로 생각된다.
분무열분해법을 이용하여 서브 미크론 크기의 $CeO_2:Er^{3+}/Yb^{3+}$ 상향 변환 형광체 입자를 합성하고 $Er^{3+}$ 및 $Yb^{3+}$ 농도 변화에 따른 발광특성을 조사하였다. 합성한 $CeO_2:Er^{3+}/Yb^{3+}$는 $Er^{3+}$ 활성이온의 $^4S_{3/2}/^2H_{11/2}{\rightarrow}^4I_{15/2}$ 및 $^4F_{9/2}{\rightarrow}^4I_{15/2}$ 전이에 기인한 강한 녹색 및 적색 발광을 보였다. 가장 높은 발광을 보이는 활성제 농도는 Er = 1.0% 그리고 Yb = 2.0%이며, 농도소광 현상은 쌍극자-쌍극자 상호작용을 통해 일어남이 확인되었다. 레이저 다이오드 여기 광 세기에 대한 발광강도 의존성을 활성이온 농도에 따라 조사하였고, 발광 중간 에너지 레벨의 주 소멸과정을 고려하여 발광 메커니즘을 조사하였다. $Yb^{3+}$에서 $Er^{3+}$으로 에너지 전달은 바닥 상태 흡수(ground state absorption, GSA)에 기여하고, $Yb^{3+}$ 도핑은 $^4I_{11/2}{\rightarrow}^4I_{13/2}$ 전이를 가속화시켜 적색/녹색 발광세기 비를 상승시킨다. 최종적으로 분무열분해법으로 제조된 $CeO_2:Er^{3+}/Yb^{3+}$ 형광체의 발광은 선형 감쇠가 중간 에너지 레벨의 고갈을 지배하는 2 광자 프로세스에 의해 일어남을 확인하였다.
건고추에 존재하는 미생물은 세균 3종(S. aureus, B. amyloliquefaciens, L. crispatus), 곰팡이 2종(I. lacteus, T. crustaceus)이 동정되었고, 그 중 인체 유해성이 있는 S. aureus를 대상으로 대기압 유전체장벽방전 플라즈마를 이용한 미생물 사멸효과와 건고추의 품질변화에 미치는 영향을 조사하였다. S. aureus의 사멸율은 플라즈마 처리를 위한 전력과 노출시간의 증가에 따라 증가하였고, 노출거리 증가에 따라 사멸율이 감소하였다. 한편, 다양한 전력, 노출시간, 노출거리 범위에서 건고추에 플라즈마를 처리한 결과, 건고추의 ASTA value 및 경도는 영향을 받지 않았고, 관능 특성(향, 맛, 색, 전체적 기호도)에서도 유의적 차이가 관찰되지 않았다. 최종적으로, $25^{\circ}C$에서 12주 동안 플라즈마 처리된 건고추의 저장성을 평가한 결과, 건고추의 ASTA value, capsaicin 농도, 경도가 일정하게 유지됨으로 인해 대기압 유전체장벽방전 플라즈마기술이 농 식품산업에 적용될 수 있는 유용한 살균기술임을 확인하였다.
광환경은 식물의 생체중, 건물중, 초장, 엽면적 등과 관계되는 광합성 작용과 화아형성, 발근, 종자발아, 잎의 전개 등과 관계 있는 광형태형성에 커다란 영향을 미친다. 식물생산 시설에 사용되는 형광등, 고압나트륨등, 메탈할라이드등, 백열등과 같은 인공광원에는 다양한 파장 영역들이 포함되어 있으므로 특정 파장의 선택적인 조사가 불가능하다. 최근 들어 식물의 생장 및 광형태형성 제어를 목적으로 소형의 단색광원인 발광다이오우드(light-emitting diode, 이하 "LED"로 표시함)에 대한 관심이 증대되고 있다. (중략)
본 연구는 상추((Lactuca sativar L.)의 3가지 품종에 대해서 RGB LEDs의 각각의 다른 비율과, 듀티비 50% 조건의 RB LEDs를 이용한 여러 가지 주파수를 가지는 펄스광 조사가 상추의 생장과 형태형성에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 수행되었다. 파종 후 육묘 기간을 거쳐 유사한 외형을 갖는 묘를 선발하여 재배 룸의 온도와 습도, $23{\pm}1^{\circ}C/50-60%$(주간)과 $18{\pm}1^{\circ}C/70-85%$(야간) 조건에서 담액수경재배로 4주간 재배하였다. 광합성유효광량자속밀도(PPFD)는 재배베드 위에서 $110{\pm}3{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$, RGB 비율은 6:3:1, 5:2.5:2.5, 3:3:4, 2:2:6, 1:1:8 이었다. 50% 듀티비를 갖는 펄스광은 RB LEDs로 구성되었고 설정된 주파수는 50, 100, 500, 1,000, 5,000, 10,000, 25,000Hz(20, 10, 0.1, 0.04ms) 이었다. RGB 비율 6:3:1에서 적축면 상추의 생체중은 다른 RGB 처리구와 비교하여 유의적으로 높은 값을 보였으나, 대조구인 형광등 처리구와는 유의적 차이가 발생되지 않았다. RGB 비율 1:1:8의 조건에서, 롤로로사는 생체중, 그랜드 래피드는 엽수와 생체중이 다른 RGB 처리구와 비교하여 유의적으로 낮았다. 청색광의 비율이 증가할수록, 3개 품종 모두에서 엽장이 감소하면서 엽형이 둥근 형태로 발달하였다. RB LED로 구성된 LED 광조건 하에서 50% 듀티비 조건과 처리된 여러 주파수의 증가 또는 감소에 따른 상추의 생육 및 형태형성에 미치는 경향성을 발견하기 힘들었다.
생육 시 사용하는 LED 조명색이 느타리류의 갓색과 수량, 형태에 어떤 영향을 미치는지 알고자 하였다. 주요결과는 다음과 같다. 자실체의 전체적인 형태는 LED 조명색별로 차이를 보였는데, 청색과 자색이 일반적으로 생산하는 버섯 형태와 유사하였고 녹색은 조명이 없거나 약한 곳에서 자란 버섯형태를 보였다. 전체 품종의 청색, 녹색, 자색 LED에서 키운 버섯의 갓명도의 평균은 각각 57.0, 57.4, 59.4였다. 원형1호와 황금산타리를 제외하고는 세가지 LED 색에 따라 갓 명도의 평균이 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 갓의 적색도는 LED 조명과 품종에 따라 많은 차이가 관찰되었다. 청색, 녹색, 자색에서 생육한 자실체의 갓색이 모두 음의 값을 나타낸 품종은 곤지7호의 갓색돌연변이인 곤지7호M이 유일하였다. 곤지7호를 제외한 8개 품종에서 청색에서 갓의 적색도가 가장 높았다. 전체 품종의 LED 조명색별 평균 수확량은 자색이 68.0 g, 청색 58.3 g, 녹색 50.1 g 이었다. 청색에서 가장 수확량이 많은 품종은 곤지7호로 92.8 g이었고 같은 품종의 녹색 처리구에서는, 77.1 g, 자색에서는 98.6 g이 수확되었다. 발이소요일수는 자색에서 생육한 버섯의 평균값이 5.3일로 가장 짧고, 청색에서 5.8일, 자색에서 5.8일 순이었다. 자색에서 가장 짧은 발이소요일수를 보인 품종은 6개, 녹색에서는 3개, 청색에서는 2개였다. 자실체의 길이는 생육 시 조사한 LED 조명색에 따라 녹색(66.4 mm) > 자색(51.8 mm) > 청색 (46.8 mm)의 순으로 나타났다. 본 연구결과가 시장에서 요구하는 형질을 갖춘 버섯을 생산하는 기초가 될 것으로 사료한다.
포장의 약제저항성 변동요인을 조사하기 위하여 복수아혹진딧물의 Carboxyl esterase(CE) 활서측정에 의한 저항성도의 변동상황을 조사하였다. 비닐하우스에서 고추육묘중 발생한 복수아혹진딧물의 CE활성 측정 결과 약제저항성도는 무처리구가 40이였으나 아세페이트를 처리한구는 78로 약제처리로 인한 저항성도가 38이 증가하였다. 또한 노천망실에서 약제처리를 하지 않고 재배한 케일에 발생한 복숭아혹진딧물의 CE활성에 의한 저항성도는 7월이 24이었으나, 8, 9월의 활성이 계속 증가하여 10월이 83으로서 최고에 달하였다가 11월에는 다시 81에서 79로 약천 떨어지고 있어 약제이외에 저항성도의 자연변동요인이 있음을 확인하였다. 전국적으로 18개장소에서 채집한 진딧물의 CE활성을 측정한 결과 저항성도의 평균이 여름은 50$\pm$14였으며 늦가을인 11월은 82$\pm$10으로서 여름보다 늦가을인 11월이 32가 높았으며 그중에도 약제를 살포사지 않은 곳 보다 약제살포 회수가 많은 곳일수록 높았다.
This study aimed to investigate growth rate and nutrient consumption of Chlorella vulgaris according to different light irradiation interval. Applied light irradiation intervals were 12 hr, 4 hr, 1 hr, and 1 min. The light source was flexible LED(Blue:Red=1:1), light intensity was 200 PPFD and Light/Dark cycle was 1:1. As a result, growth rate and nutrient removal efficiencies showed no significant differences depending on the light irradiation interval. Considering the reproduction characteristics of applied microalgae cultures of this study, this is thought to be one of the possible reasons of above results. Because Chlorella vulgaris performs an asexual reproduction and it is known that there is no significant relationship between light irradiation interval and growth rate, including nutrient consumption in case of asexual reproduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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