섬유성 물질을 자화(資化)하는 미생물을 자연계로 부터 분리하여 효소생산 및 당화조건을 검토하였다. 분리 균주 256주 중 효소생산에 가장 유효하다고 인정되는 Aspergillus fumigatus KC-1을 우수 균주로 선발하였다. 본 균은 alkaline peroxide로 전처리한 현사시 목분 1%를 탄소원으로하여 $45^{\circ}C$에서 진탕 배양시 4~5일째 효소생성(여지, Avicel, 탈지면, CMC, Salicine 및 Xylan 당화활성)이 최고치에 달했다. 효소의 최적 pH는 4.5, 최적온도는 $60^{\circ}C$였다. 본 균의 효소에 의한 현사시 목분의 가수 분해시 1 % NaOH와 20% 과초산으로 탈리그닌한 목분의 가수 분해율이 가장 높았고, 최종 산물로 glucose와 약간의 cellobiose 및 xylose가 검출되었다. 따라서 본균의 cellulase는 cellulose를 쉽게 glucose로 당화하는데 매우 유효한 효소로 판단되었다. 현사시 목분의 효소분해에 대한 탈리그닌 정도, 기질의 크기 및 농도의 영향도 아울러 검토하였다.
LED 광원 종류별로 갈변시킨 톱밥배지에서 발생된 표고버섯의 항산화 활성을 측정하였다. 광원 종류 및 광량 선발에서는 청색LED 200lx에서 갈변 효율이 가장 좋았고, 광원 종류에 상관없이 200lx에서 높은 갈변효율을 보였다. 수량에서도 청색광원이 다른 처리에 비해 우수하였다. 항산화 활성을 확인하기 위한 DPPH radical 소거능 실험에서는 갈변효율과는 달리 적색광원에서 평균적으로 높은 라디칼 소거능을 보였고, 가장 높은 소거능을 보인 처리구로 '농진고'는 적색광원 400lx에서 발생된 자실체가 $34.3{\pm}1.80%$, '산조701호'는 적색광원 300lx에서 $32.99{\pm}1.58%$로 나타났다. DPPH 라디칼 소거능과 상관관계가 있다고 알려진 폴리페놀 함량은 '농진고'에서는 유사한 상관관계를 보이지 않았지만 '산조701호'에서는 유사한 상관관계를 보였다.
표고 톱밥재배용 다수성 품종 육성을 위해 수집균주 중 우량계통의 단포자 교배로 육성한 '다담'의 주요 특성은 다음과 같다. '다담'의 균사생장 적온은 19~22℃, 발이 및 생육온도는 13~20℃, 발생형은 산발형으로 대조품종 '화담'과 유사하였고, 형태는 평편형으로 평반구형인 '화담' 차이가 있었다. 또한, 자실체 갓색은 '화담' 보다 진하고, 갓두께는 얇고, 대길이는 긴 특성을 가졌다. '다담'의 총 재배기간은 135~139일로 '화담'의 138~142과 크게 차이 나지 않았다. '다담'의 3주기까지 수량은 621 g으로 '화담' 371 g 보다 67% 많았다. 주기별 수량 양상을 보면, '다담'과 '화담' 모두 3주기 수량의 80~83%를 2주기 동안 수확할 수 있었다. 특히, '다담'은 1주기 수량비중이 60%로 '화담' 52%보다 1주기에 수량이 집중되는 특성을 보였다. 농가실증시험 결과, '다담'은 농가재배 품종인 'L808' 보다 다소 갓크기는 작고 대길이가 길었고 재배기간과 수량은 큰 차이 없었다. '다담'의 발생한 자실체 개체는 1개 배지에 평균 15개로 'L808'의 47개에 비해 약 3배정도 적어 솎기에 투입되는 노동력을 절감하는 효과가 기대된다.
국내 톱밥재배용 우수 품종을 육성하기 위해 기존의 육성품종과 수집 우수계통으로부터 단포자 교배를 통해 육성한 '자담'의 주요 특성은 다음과 같았다. 균사생장 적온은 22-25℃, 발이 및 생육온도는 13-20℃이었으며, 자실체 형태는 '평반구형', 발생형태는 '산발형'으로 나타났다. '자담'은 배양기간 25일, 갈변기간 86일, 발이기간 4일, 생육기간 7-9일로 첫주기 버섯 수확까지 총122-124일 소요되었고, 대조품종보다 발이기간이 2일 짧았다. '자담'의 3주기 평균 개체중은 44.6 g으로 대조품종과 유사하였고, 평균 유효개체수가 대조품종 보다 2.1개 많아 총수량이 623.8 g으로 대조품종(455.2 g)대비 약 37% 높은 수량을 보였다. '자담'의 자실체는 대조품종 대비 갓 두께는 유사하였으나, 대의 길이와 굵기가 작았다. 실증 결과, '자담'은 배양기간 26일, 갈변기간 84일로 대조품종(L808)에 비해 배양기간이 10일 짧았으며 2주기 총수량이 543.3 g으로 대조품종과 유사한 결과를 보였다.
간버섯 균주의 균사 생장은 PDA와 YMA에서 균사의 밀도와 생장량이 양호하였으나, MEA에서는 균사 생장량과 속도가 저조하였다. 배양 기간 중 광(光)조사는 균사체의 색소 형성과 균사체 밀도에 영향을 주었다. 간버섯은 병 재배와 봉지 재배 모두에서 자실체를 발생시킬 수 있었고 종균 배양과 재배를 위한 가장 적합한 배지 원료는 참나무톱밥으로 밝혀졌다. 톱밥배지를 사용한 인공재배에서 자실체의 발생은 15일째부터 육안으로 확인할 수 있는 정도로 자실체 원기가 생장하였으며 상대습도가 낮은 처리구에서 5일 정도 빠르게 형성되었다. 버섯 발생 40~45일째에는 성숙한자실체를 수확할 수 있었고, 생육실의 상대습도가 낮은 편이 버섯 발생과 생육에 유리하였다. 인공재배에서 수확한 자실체의 항산화 활성을 조사한 결과, 간버섯의 ABTS radical 소거 활성은 병 재배 자실체 추출물과 야생 간버섯 자실체 methanol 추출물이 각각 505㎍/㎖, 515㎍/㎖의 농도로 낮은 활성을 나타내었으나 봉지 재배에서 수확한 자실체는 910㎍/㎖로 높게 나타났다. DPPH radical 소거 활성 결과 모든 추출물이 활성 2,000㎍/㎖ 농도 이상의 IC50값으로 활성을 나타내지 않았다. 간버섯의 ethyl acetate 추출물의 경우 간버섯 병 재배 자실체 추출물이 IC50값 154.5㎍/㎖으로 가장 높은 활성을 보이는 것으로 나타났으며, 간버섯 methanol 추출물은 동일 농도(10mg/㎖)에서 ABTS radical 소거 활성은 야생 간버섯 자실체 추출물이 가장 높은 활성을 보였다.
신품종 개발을 위한 예비조사로써 본 연구는 국립산림과학원에서 보존중인 노루궁뎅이류의 균주를 이용하여 균사생장을 위한 최적온도, 신갈나무에 톱밥재배, 황산화 활성물질인 ergothioneine와 polyphenols에 대해 조사하였다. 노루궁뎅이의 균사생장 최적온도는 $20^{\circ}C$에서 KFRI 842, $25^{\circ}C$에서 5개 균주(KFRI 507, 508, 509, 843, 845), $30^{\circ}C$에서 2균주(KFRI 582, 844) 이었다. 산호침버섯의 균사생장 최적온도는 $25^{\circ}C$ 이었다. 노루궁뎅이류 9개 균주중 4개(KFRI 508, 843, 844, 713)는 $25^{\circ}C$에서 20일내에 직경 85 mm의 페트리디쉬 PDA 배지를 채웠다. 그리고 나머지 균주들은 페트리디쉬를 채우는데 더 많은 시간이 필요하였다. 노루궁뎅이의 버섯 생산량은 $149{\sim}205$ g 범위 이었고 자실체 건물율은 $7{\sim}9%$ 이었다. 산호침버섯은 261 g 이었고 건물율은 10% 이었다. 노루궁뎅이의 ergothioneine과 polyphenols는 $1.6{\sim}3.7$ mg/g과 $5.9{\sim}7.8$ mg/g 이었고, 균주별로 차이가 있었다. 산호침버섯은 1.7mg/g의 ergothioneine과 3.9mg/g의 polyphenols를 함유하고 있었다. Ergothioneine과 polyphenols은 균주 간 두 성분의 함량 차이는 나타났으나 함량비는 차이가 없었다($R^2$= 0.1).
본 연구의 목적은 온도, pH, 탄소원, 질소원 그리고 기질에 따른 아위버섯(Pleurotus ferulae )의 균사 생장 특성을 이해하는 것이었다. 아위버섯의 균사생장에는 MEA(malt extract agar)배지가 가장 효과적이었고, 균사생장에 최적온도 범위는 $25{\sim}30^{\circ}C$, 최적 pH는 6.0~8.0 이지만 균주에 따라 차이가 있었다. 아위버섯 균사 생장에 효과적인 탄소원으로는 arabinose, 질소원으로는 arginine 이었다. 그리고 균사생장에 효과적인 기질은 참나무 톱밥과 면실피를 8: 2의 비율로 섞은 배지였다.
오이(샤프 1호)와 암면, 톱밥, 버미큘라이트+펄라이트+피트모스를 1:1:1(이하 체적비임), 펄라이트+피트모스 1:1, 펄라이트+훈탄 7:3, 왕겨와 10mesh 이하로 분쇄한 왕겨 7:3의 비율로 각각 혼합한 배지를 공시하여 배지의 물리성과 작물의 생육 및 수량을 조사하였다. 함수율은 10 mesh 이하로 분쇄한 왕겨에서 42.5%로써 타 배지에 비하여 높았고, 펄라이트와 훈탄을 7:3으로 혼합한 배지에서 31.8%로써 타 배지에 비하여 낮았다. 초장, 엽수, 생체중 및 건물중 등의 생육은 버미큘라이트+펄라이트+피트모스를 1:1:1로 혼합한 배지에서 왕성하였으며, 상품과율 및 수량도 생육과 같은 경향을 나타내었다. K를 제외한 식물 체내 모든 무기양분의 함량은 버미큘라이트+펄라이트+피트모스를 1:1:1로 혼합한 배지에서 높았으며, K의 함량은 펄라이트+훈탄 7:3에서 타 배지에 비하여 높았다.
Trichoderma sp. FJ1의 cellulase 생산을 위한 배지조성의 검토에서, 질소원으로서 0.1% bacto peptone을 사용하였을 때 생산성이 향상되었으며, 순수 상업용기질인 avicel과 섬유소 폐기물인 볏짚의 혼합배양에서 높은 효소생산성이 얻어졌다. 경제적인 효소생산성을 위한 기질로 섬유소 폐기물의 농도와 혼합비를 검토한 결과, 1%농도에서 볏짚과 펄프를 50:50으로 사용했을시 CMCase, xylanase, ${\beta}-glucosidase$, avicelase는 24.3, 38.7, 1.5, 0.6 U/ml가 얻어졌다. 이러한 효소생산성은 타 보고서의 결과보다 동등이상의 우위를 보여주고 있으며 섬유소 폐기물의 생물학적 당화기술에 크게 기여하리라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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