• 유기물자원화
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• 제26권4호
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• pp.53-61
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• 2018

혐기성소화(AD)는 폐활성슬러지의 유기물함량을 바이오가스로 전환할 수 있는 가장 널리 이용되는 공정 중 하나이다. 그러나 현재 전통적인 혐기성소화에 의한 실제 메탄수율은 이론적인 최대 메탄수율에 미치지 못하기 때문에 메탄수율을 높일 수 있는 방안의 지속적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐활성슬러지로부터 메탄수율을 높이기 위해 생물전기화학 혐기성소화조를 이용하여 혐기성소화슬러지와 생슬러지의 혼합비율(3:7, 5:5)에 따른 메탄수율 및 유기물제거 효율에 미치는 영향에 관하였다. 그 결과 생물전기화학 혐기성소화 슬러지의 혼합비가 3:7과 비교하여 5:5일 때 가장 높은 메탄수율 294.2 mL $CH_4/L$(0.63배 증가)과 52.5%(7.5% 증가)로 유기물제거효율을 가지는 것으로 나타났으며 pH, 알칼리도와 VFAs의 농도도 안정적으로 유지되었다. 이러한 결과는 혐기성소화 슬러지의 혼합비의 증가는 생물전기화학 혐기성소화조의 안정적인 성능유지를 위해 효과적인 것으로 나타났다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제22권6호
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• pp.819-826
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• 2009

An in vitro study was conducted to investigate the effect of malate or fumarate on fermentation characteristics, and production of conjugated linoleic acid (CLA) and methane ($CH_4$) by rumen microbes when incubated with linolenic acid (${\alpha}-C_{18:3}$). Sixty milligrams of ${\alpha}-C_{18:3}$ alone (LNA), or ${\alpha}-C_{18:3}$ with 24 mM malic acid (M-LNA) or ${\alpha}-C_{18:3}$ with 24 mM fumaric acid (F-LNA) were added to the 150 ml culture solution consisting of 75 ml strained rumen fluid and 75ml McDougall's artificial saliva. Culture solution for incubation was also made without malate, fumarate and ${\alpha}-C_{18:3}$ (Control). Two grams of feed consisting of 70% concentrate and 30% ground alfalfa (DM basis) were also added to the culture solution of each treatment. In vitro incubation was made anaerobically in a shaking incubator up to 12 h at $39^{\circ}C$. Supplementation of malate (M-LNA) or fumarate (F-LNA) increased pH at 6 h (p<0.01) and 12 h (p<0.001) incubation times compared to control and linolenic acid (LNA) treatments. Both malate and fumarate did not influence the ammonia-N concentration. Concentration of total VFA in culture solution was higher for M-LNA and F-LNA supplementation than for control and LNA treatments from 6 h (p<0.040) to 12 h (p<0.027) incubation times, but was not different between malate and fumarate for all incubation times. Molar proportion of $C_3$ was increased by F-LNA and M-LNA supplementation from 6 h (p<0.0001) to 12 h (p<0.004) incubation times compared to control and LNA treatments. No differences in $C_{3}$ proportion, however, were observed between M-LNA and F-LNA treatments. Accumulated total gas production for 12h incubation was increased (p<0.0002) by M-LNA or F-LNA compared to control or LNA treatment. Accumulated $CH_4$ production for 12 h incubation, however, was greatly reduced (p<0.0002) by supplementing malate or fumarate compared to the control, and its production from M-LNA or F-LNA treatment was smaller than that from LNA treatment. Methane production from LNA, M-LNA or F-LNA treatment was steadily lower (p<0.01 - p<0.001) from 3 h incubation time than that from the control, and was also lower for M-LNA or F-LNA treatment at incubation times of 6 h (p<0.01) and 9 h (p<0.001) than for LNA treatment. Methane production from LNA, however, was reduced (p<0.01 - p<0.001) from 3 h to 9 h incubation times compared to the control. Both malate and fumarate increased concentration of trans11-$C_{18:1}$ from 3 h to 12 h incubation (p<0.01), cis9,trans11-CLA up to 6 h incubation (p<0.01 - p<0.01), trans10,cis12-CLA at 3 h (p<0.05) and 12 h (p<0.01), and total CLA for all incubation times (p<0.05) compared to corresponding values for the ${\alpha}-C_{18:3}$ supplemented treatment (LNA). In conclusion, malate and fumarate rechanneled the metabolic $H_2 pathway to production of propionate and CLA, and depressed the process of biohydrogenation and methane generation. Linolenic acid alone would also be one of the optimistic alternatives to suppress the $CH_4$ generation.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제44권5호
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• pp.549-560
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• 2002

본 시험은 패스틴$^{(R)}$ 을 첨가하였을 때, in vitro 상에서 단백질 fraction과 분해율에 미치는 영향과, in vivo 상에서 반추위 성상, 미생물 군집, 암모니아태 질소 농도 및 영양소 소화율에 미치는 영향을 구명하고자 실시하였다. In vitro 실험에서는 1mm로 분쇄된 대두박을 기질로 하여 패스틴$^{(R)}$ ((주)은진인터내셔날)을 첨가하여 borate-phosphate buffer와 중성세제에서의 조단백질 분해율을 측정하였으며, exogenous enzyme (Streptomyces griseus 유래 protease)를 이용하여 39$^{\circ}C$에서 0, 2, 4, 8, 12, 48 시간동안 배양 후 조단백질 분해율을 측정하였다. 반추위 발효성상과 영양소 소화율은 반추위 fistula가 부착된 평균체중 300kg의 홀스타인 수소 4두를 이용하여 무첨가구, 패스틴$^{(R)}$ 첨가구의 두개 처리구에 2마리씩 4마리를 배치하여 측정하였다. Buffer Soluble Protein fraction은 패스틴$^{(R)}$ 첨가 수준별로 차이가 없었으나, 무첨가구에 비해 패스틴$^{(R)}$ 첨가구에서 감소하는 경향을 보였다. 단백질 분해율은 배양 0 시간대에서 4시간대까지는 처리구간 유의성이 없었지만, 12 h과 48 h에서는 패스틴$^{(R)}$ 첨가로 시험구에서 감소되었다. 용해 단백질 분해율 ‘a’는 패스틴$^{(R)}$ 시험구에서 경미하게 높은 수치를 나타내었지만, 소화 가능한 단백질 분해율 ‘a+b’는 패스틴$^{(R)}$ 시험구에서 낮은 경향을 보였다. 패스틴$^{(R)}$ 첨가로 pH와 $NH_3$- N 농도는 증가하는 경향이었으며 휘발성지방산, 미생물 수 및 enzyme activity는 감소하였고 영양소 소화율은 높았으나 유의적인 차이는 없었다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제48권4호
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• pp.503-512
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• 2006

본 시험은 육성돈 사료내 생균제 (Lactobacillus brevis, 3.4×108 CFU/g)의 첨가, 급여가 생산성, 건물과 질소 소화율, 혈구수 및 분 내 악취 발생 물질에 미치는 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 개시시 체중 24.60±1.28kg의 3원교잡종 [(Landrace×Yorkshire)×Duroc] 육성돈 96두를 공시하여 42일간 사양시험을 실시하였다. 시험설계는 옥수수－대두박 위주의 사료내 생균제를 첨가하지 않은 CON (basal diet), 생균제를 0.2% 첨가한 LB1 과 생균제를 0.4% 첨가한 LB2의 3개 처리구로 하여 처리당 8반복, 반복당 4두씩 완전임의 배치하였다. 전체 시험기간동안의 일당증체량, 일당사료섭취량 및 사료효율에서 있어서는 처리구간 유의한 차이를 나타내지 않았다(P<0.05). 질소 소화율에서 LB1 과 LB2 처리구가 대조구와 비교하여 유의적으로 증가하였다(linear effect, P<0.05). 그러나 건물 소화율에 있어서는 처리구간에 유의적인 차이를 보이지 않았다(P>0.05). 혈액내 WBC, RBC 및 lymphocyte 함량에 있어서는 처리구간에 유의적인 차이를 보이지 않았다(P>0.05). 분내 암모니아태 질소 및 황화수소의 함량은 LB2 처리구가 대조구와 비교하여 유의적으로 감소하였다(linear effect, P<0.05). 분내 acetic acid 와 propionic acid 함량에서는 BMS2 처리구가 대조구와 비교하여 유의적으로 감소하였다(linear effect, P<0.05), butyric acid 에서는 각 처리구간 유의적인 차이는 없었다(P>0.05). 결론적으로, 육성돈 사료내 0.4%의 Lactobacillus brevis (3.4×108 CFU/g) 첨가는 질소 소화율 향상 및 분내 악취 발생 물질 함량을 감소 시키는 것으로 사료된다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제46권4호
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• pp.625-634
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• 2004

본 연구는 미생물 유래 lactate dehydrogenase(LDH)를 이용하여 반추위내에 lactate 축적을 예바하기 위한 기능성 검증을 목적으로 수행되었다. 미생물의 효소활성에 영향을 주는 많은 반추위내 요인들 중 대표적인 것들 즉, 온도, pH, 휘발성지방산(VFAs) 그리고 금속이온들이 Lactobacillus sp. FFy111-1의 LDH 효소활성에 미치는 영향과, 반추위액내 축적된 lactate에 대한 LDH 작용을 평가하였다. Lactobacillus sp. FFy111-1의 LDH는 각각 pH 7.5와 40$^{\circ}C$에서 가장 좋은 효소 활력을 보였다. 온도 안정성은 30$^{\circ}C$에서 가장 좋게 나타났으며 30${\sim}$50$^{\circ}C$의 온도 범위에서는 80% 이상의 활성을 유지하였다. 그리고 pH 안정성은 pH 7.0과 8.0에서 모두 가장 좋은 결과를 나타냈으며 pH 6.1과 6.5에서 64% 이상의 효소활성을 유지하였다. VFAs와 금속이온이 LDH에 미치는 영향을 측정하였을 때, VFAs 처리는 LDH 효소활성을 억제하였으나, NaCl과 $CuSO_4$를 제외한 금속 이온 처리에서는 LDH 효소활성이 증가되었다. 특히 2mM $BaCl_2$와 $MgSO_4$로 처리 하였을 때 가각 비처리 효소활성의 127과 124% 수준까지 효소활성이 증진되었다. 반추위액내 축적된 lactate에 대한 LDH 작용을 보기 위하여 Lactobacillus sp. FFy111-1의 효소를 산중독 반추위액에 처리하였을 때 lactate의 농도가 무처리 반추위액내 lactate 농도의 78% 수준으로 감소하였다(P<0.05). 이와 같은 lactate 감소는 LDH의 작용에 의해 나타난 현상으로 정제된 D,L-LDH를 첨가한 실험결과(34% lactate)에서 입증되었다(P<0.05). 이상의 연구 결과들을 고려하여 볼 때 미생물이 생성한 LDH는 반추위내 축적된 lactate를 감소시킬 수 있는 충분한 가능성을 갖고 있다고 사료된다. 또한 더 좋은 미생물의 발굴과 반추위 환경에서 LDH 활성을 높이기 위한 기술개발이 LDH 효소의 실제적 응용을 위하여 필수적이다.

• 한국초지조사료학회지
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• 제34권2호
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• pp.129-140
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• 2014

본 연구는 농 식품부산물 중 비지박, 사자발약쑥 그리고 커피박의 유효미생물 (L. acidophilus ATCC 496, L. fermentum ATCC 1493, L. plantarum KCTC 1048, L. casei IFO 3533) 발효 사료원이 젖소 급여용 TMR (대조구) 중 대두박을 주로 대체한 각 비지박 (SC), 발효 비지박 (FSC), 발효 비지박+발효 사자발약쑥 부산물 (1:1, DM basis, FSCS) 3, 5, 10% 그리고 발효 비지박 + 발효 커피박 (1:1, DM basis, FSCC) 3, 5, 10%의 반추위 내 미생물 발효특성을 알아보기 위해 9처리구를 이용하여 3반복으로 in vitro 시험이 실시되었다. 배양 6~8시간대에 FSCS와 FSCC 처리구는 SC와 FSC 처리구에 비해 높은 pH 수준을 유지하였고, 대조구에 비해 낮은 pH 수준을 유지하였다 (p<0.05). 또한 배양 24시간대 FSC와 FSCC 3% 처리구는 가장 높은 pH를 유지하였다 (p<0.05). Gas 생성량은 배양 4~10시간대까지 FSCS와 FSCC 처리구가 대조구 보다 유의적으로 높았으나 SC와 FSC 처리구 보다 낮은 결과를 나타내었다 (p<0.05). 건물소화율은 배양 12시간대까지 FSC 처리구에서 유의적으로 높았고 (p<0.05), 24시간대에는 FSCS 10% 처리구가 가장 높은 결과를 나타내었다 (p<0.05). $NH_3-N$ 함량은 배양 4시간대까지 대조구에서 가장 낮았고 (p<0.05), 24시간에서는 FSC 처리구가 가장 높은 결과를 나타내었다 (p<0.05). 미생물단백질 합성량은 배양 시작 시 FSC, FSCS 그리고 FSCC 처리구가 4종의 Lactobacillus spp.에 의한 발효 때문에 대조구와 SC 처리구에 비해 높았으며 (p<0.05), 배양 10시간대 FSC 처리구 보다 SC, FSCS 그리고 FSCC 처리구에서 유의하게 높은 결과를 나타내었다 (p<0.05). Total VFA 농도는 배양 6~12 시간대에는 FSC 처리구에 유의하게 높았고(p<0.05), 배양 24시간대에는 FSCS 처리구에서 가장 높았다 (p<0.05). Acetate 농도는 배양 0~12 시간대에 FSC 처리구에서 가장 높았으며 (p<0.05), 24시간대에는 FSCS 5, 10% 처리구에서 가장 높은 결과를 나타내었다 (p<0.05). Propionate 농도는 FSC 처리구가 배양 0~10시간대까지 가장 높았으며 (p<0.05), 전체 배양기간 동안 FSCS 5, 10% 처리구와 FSCC 처리구에 비해 높은 경향을 나타내었다. Acetate/Propionate 비율은 배양 12시간대에 SC 처리구에서 가장 높았으며, 배양 24시간대에는 FSCS 3% 처리구가 가장 낮은 결과를 나타내었다 (p<0.05). $CH_4$ 가스 생성량은 FSC 처리구에서 배양 0~10시간대까지 가장 높았으며 (p<0.05), 24시간대에는 가장 낮은 결과를 나타내었다 (p<0.05). 배양 4~10시간대까지 FSCS와 FSCC 처리구는 SC와 FSC 처리구에 비해 유의하게 낮은 $CH_4$ 가스 생성량을 나타내었고 (p<0.05), 사자발약쑥과 커피박 함량이 증가할수록 $CH_4$ 가스 생성량은 배양 종료 시까지 낮은 경향을 나타내었다. 따라서, 본 in vitro 시험에서 젖소 급여용 TMR에 SC, FSC, FSCS 그리고 FSCC의 대체효과는 FSC 처리구에서 배양 초기부터 12시간대까지 반추위 내 미생물 발효 특성이 가장 높았다. FSCS와 FSCC 처리구는 배양 6~8시간대 부터 반추위 내 미생물 작용이 높아지는 특징을 나타내었으나, 배양 시작 후 6~8시간대까지 gas 생성량 및 $CH_4$ 가스 발생량은 낮아지는 특징을 나타내었다. 이와 같은 결론은 FSC는 젖소용 TMR 사료원 대체 효과가 높으며, TMR 사료원 중 FSCS와 FSCC 대체효과는 배양 초기 다소 낮은 반추위 내 미생물 발효 특성을 나타내었으나 $CH_4$ 저감효과를 나타내었다. 또한 배양 후기에는 SC와 FSC의 반추위 내 미생물 발효 특성과 비슷한 경향을 나타내어 TMR 사료원으로써 이용 가치가 높을 것으로 사료된다.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.5-13
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• 2022

현대의 환경문제는 다량의 폐기물의 발생과 무분별한 에너지의 소비로 인한 환경오염이 가속화 되고 있다는 것이다. 대표적인 에너지 생산 연료인 화석연료는 에너지를 생산하는 과정에서 연소가 이루어져 다량의 온실가스가 발생하고 최종적으로 기후변화를 야기한다. 또한 전 세계적으로 발생하는 폐기물의 양도 지속적으로 증가하고 있으며 처리하는 과정에서 환경오염이 발생하고 있다. 이와 같은 문제들을 동시에 해결하기 위한 방법 중 하나는 유기성 폐기물의 에너지화 및 감량화이다. 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지는 해양매립이 전면 금지된 이후로 다양하게 처리되고 있으나, 그 발생량은 지속적으로 증가하는 추세이다. 하수슬러지는 유기물을 다량 함유하고 있어 혐기소화를 통하여 하수슬러지를 에너지화 하고 최종 배출되는 폐기물을 감량화 하는 것이 바람직하다. 하지만, 잉여슬러지의 경우 대부분이 하수처리에 이용되었던 미생물 덩어리로써 잉여슬러지가 혐기성소화 되기 위해서는 먼저 미생물의 세포벽이 파괴되어야 하는데 세포벽 파괴에는 많은 시간이 요구되기 때문에 혐기성 소화 과정만으로는 높은 바이오가스 생산율이나 폐기물 감량율을 달성할 수 없다. 따라서 잉여슬러지를 가용화하는 전처리 공정이 필요하며, 여러 가지 가용화 공법 중에서 열적 가용화 공정이 가장 효율적인 것으로 검증되었고, 혐기성소화 공정의 전처리 과정으로써 열적가용화 공정을 이용하여 잉여슬러지에 포함된 세포벽을 파괴한 후 전처리 된 잉여슬러지를 혐기성소화 함으로써 높은 바이오가스 생산율과 폐기물 감량율을 달성할 수 있다. 본 연구에서는 열적 가용화장치를 통하여 TS 10%의 농축 잉여슬러지를 전처리하는데 있어서 체류시간 및 운전온도 변수에 따른 가용화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 열적 가용화장치의 체류시간에 대한 실험변수는 운전온도를 160 ℃로 고정한 상태에서 각각 30분, 60분, 90분, 120분이었다. 실험 결과로 도출된 TCOD와 SCOD를 통해 계산된 가용화율은 각각 12.11%, 20.52%, 28.62%, 31.40% 순으로 증가하였다. 또한, 운전온도에 따른 변수는 반응시간을 60분으로 고정한 상태에서 각각 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 200℃였으며 가용화율은 각각 7.14%, 14.52%, 20.52%, 40.72%, 57.85% 순으로 증가하였다. 이 외에 TS, VS, T-N, T-P, NH₄⁺-N, VFAs를 분석하여 농축 잉여슬러지를 대상으로 하는 열적 가용화 특성에 대한 평가를 수행 했으며, 그 결과 TS 10%의 농축 잉여슬러지에 대한 열적 가용화를 통하여 30% 이상의 가용화율을 얻기 위해서는 운전온도를 160℃로 고정할 경우 120분의 체류시간이 필요하며, 운전시간을 60분으로 고정할 경우 170℃ 이상의 운전온도가 요구되어 진다.

• 농업과학연구
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• 제9권1호
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• pp.284-302
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• 1982

식량(食糧)으로서 단백질자원(蛋白質資源)의 개발문제(開發問題)는 동남(東南)아시아에 있어서 특(特)히 중요(重要)하며 한국(韓國)에 있어서도 섭취량(攝取量)이 부족(不足)한 현상(現狀)이다. 이 문제(問題)를 개선(改善)하는 방법으로 특(特)히 영양가(營養價)가 높은 동물성(動物性) 단백질(蛋白質)의 증산(增産)을 목적(目的)으로 한국재래산양(韓國在來山羊)의 사육(飼育)에 관(關)해서 연구(硏究)를 행하였다. 이 실험(實驗)은 우선 한국고유(韓國固有)의 재래산양(在來山羊)을 육자원(肉資源)으로 개발(開發)할 가치(價値)가 있는가를 확인(確認)하기 위해서 소형(小型) 제(第)1위법(胃法)으로 탄수화물(炭水化物)과 휘발성지방산(揮發性脂肪酸)의 흡수(吸收)를 실험(實驗)하였고 한편 in vivo법(法)에 의해서 제(第)1위(胃)의 아미노산 흡수(吸收)에 관해서 실험(實驗)을 했다. 이와 같은 실험(實驗) 결과(結果)에서 한국재래산양(韓國在來山羊)의 사육(飼育) 개선(改善)에 관해서 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 소형(小型) 제(第)1위법(胃法)에 의해서 재래산양(在來山羊)의 영양흡수(營養吸收)에 관하여 실험(實驗)한 결과(結果)는 영양소(營養素)를 주입(注入) 한 후 0.5, 1, 2시간(時間)의 간격(間隔)으로 측정(測定)한 V F A의 흡수율(吸收率)이 푸로피온산 70~86%, 초산 74~87%, 낙산 76~89%였다. 유기물(有機物)의 흡수율(吸收率)은 0.5%의 에칠 알콜이 29~89%였으며, 0.1M의 젖산이 12~27% 흡수(吸收)되었다. 2. 제(第)1위내(胃內)에 유리(遊離) L형(型) 아미노산을 투여(投與)하고 그 흡수(吸收)를 측정(測定)한 결과(結果)는 제(第)1위(胃) 정맥(靜脈)의 아미노산 함량(含量)에 있어서 전요(全要)아미노산구(區)에 비하여 메치오닌 결핍구(缺乏區)의 흡수율(吸收率)이 적었고 메치오닌 3배구(倍區)와 요소첨가구(尿素添加區)의 아미노산 흡수율(吸收率)이 높고 특(特)히 메치오닌을 결핍(缺乏)시켜도 점막층(粘膜層)의 함량(含量)에는 변화(變化)가 없었다. 3. 제(第)1위내(胃內)에 근육층(筋肉層)의 아미노산 흡수(吸收)도 점막(粘膜)과 같은 경향(傾向)을 보였으며 메치오닌 결핍(缺乏)에 의한 영향은 없고, 메치오닌을 3배(倍)로 첨가(添加)하면 전요(全要)아미노산구(區)에 비(比)하여 메치오닌과 글루타민의 함량이 147.44배(倍) 이상으로 증가(增加)되며 또 요소첨가구(尿素添加區)는 글루타민, 프롤린, 발린의 흡수율(吸收率)이 증가(增加)되었다. 4. 제(第)1위(胃) 정맥혈장(靜脈血漿) 중의 아미노산 농도(濃度)는 제(第)1위(胃) 점막(粘膜) 중이나 근육(筋肉) 중에서 보다 일반적(一般的)으로 낮으며 메치오닌의 결핍(缺乏)에 의해서 아미노산의 흡수율(吸收率)이 저하(低下)되고 메치오닌 3배구(倍區)나 요소첨가구(尿素添加區)는 아미노산 흡수(吸收)를 증가(增加)시키는 등 아미노산 조성분(組成分)에 따라서 그 흡수상태(吸收狀態)에 변화가 생긴다. 5. 요소첨가구(尿素添加區)는 제(第)1위(胃) 근육층(筋肉層)의 암모니아태질소(態窒素)와 아미노태질소(態窒素) 및 요소(尿素)의 함량(含量)을 증가(增加)시켰다. 재래산양(在來山羊) 제(第)1위(胃)안을 완전(完全)하게 깨끗이 할 수 없으므로 남아있는 세균(細菌)을 조사(調査)하였으며 암모니아태질소(態窒素)의 변화(變化)는 이러한 조건(條件)의 영향을 받았다. 6. 아미노산의 흡수차(吸收差)에 의한 제(第)1위(胃) 조직(組織)의 변화(變化)를 일반(一般) 현미경(顯微鏡)과 형광(螢光) 현미경(顯微鏡)으로 관찰(觀察)한 결과(結果)는 메치오닌 3배구(倍區)에 있어서 점막(粘膜)의 단층엔주상피(單層円柱上皮)와 고유층(固有層)이 약간 엷어졌으며 요소첨가구(尿素添加區)는 두껍게 변화(變化)하였는데 점막하조직(粘膜下組織)이나 근층(筋層)에 있어서는 각(各) 구간(區間)에 큰 차이(差異)가 인정(認定)되지 않았다.