인공(人工)슬러지를 이용하여 혐기성중온소화(嫌氣性中溫消和)의 고온소화(高溫消化)에로의 전환방법(轉換方法)에 대하여 연구하였다. 부하(負荷)를 계속하며 온도증가율(溫度增加率) 2, 1 및 $0.5^{\circ}C/day$로 온도를 상승시킨 결과, 온도증가율(溫度增加率) 이 클수록 메탄발효(醱酵)가 급속하게 악화되었으며, 세경우 모두 고온(高溫)에 도달하였을 때는 메탄발효(醱酵)가 중지되고 산발효(酸醱酵)만이 일어났다. 이러한 산발효상태(酸醱酵狀態)에서 부하(負荷)를 끊고 중화(中和)를 행한 후 6개월간(個月間)의 휴지기간중(休止期間中)에도 메탄발효(醱酵)는 이루어지지 않았다. 이로부터 메탄생성균(生成菌) 온도충격(溫度衝擊)의 크기에 비례하여 급속하게 활성(活性)을 잃는 반면 산생성균(酸生性菌)은 영향을 덜 받아 고온하(高溫下)에서 적응될 수 있다고 판단할 수 있다. 반면에 무부하상태하(無負荷狀態下)에서 온도(溫度)를 상승시켰을 때, 정상적(正常的)인 고온소화(高溫消化)가, 온도증가율(溫度增加率) $1^{\circ}C/day$의 경우 고온(高溫)에 도달한 후 1일(日)의 휴지기간(休止期間)으로도 가능하였고 일시(一時)에 상승시킨 경우도 20일간(日間) 휴지기간(休止期間)으로 가능하였다. 따라서 고온(高溫)에로의 전환(轉換)은 무부하상태하(無負荷狀態下)에서 용이(容易)함을 알 수 있는 동시에, 온도증가율(溫度增加率)이 작은 경우 고온(高溫)도달 후 짧은 휴지기간(休止期間)으로 전환(轉換)이 가능하며, 온도증가율(溫度增加率)이 매우 커서 급격한 온도충격(溫度衝擊)이 발생하는 경우에도 메탄생성균(生成菌)이 산생성균(酸生性菌)과 균형을 이루기에 충분한 휴지기간(休止期間)이 주어지면 고온소화(高溫消化)에로의 전환(轉換)이 가능함을 알 수 있다. 한편 산발효상태(酸醱酵狀態)의 고온소화조(高溫消化槽)에 중온소화(中溫消化)슬러지를 식종(植種)한 결과 신속하게 정상정(正常的)인 고온소화(高溫消化)가 이루어질 수 있었다. 따라서 중온소화(中溫消化)슬러지에 의한 식종(植種)은 고온소화(高溫消化)의 초기운전시(初期運轉時)나 정상정(正常的)인 소화(消化)의 정지시(停止時) 매우 유효(有效)한 전환(轉換) 및 회복방법(回復方法)이 될 수 있을 것이다. 또한 온도상승(溫度上昇) 및 중온(中溫)슬러지식종(植種)에 의한 정상정(正常的)인 고온소화결과(高溫消和結果)로부터 중온하(中溫下)에서도 상당량(相當量)의 고온균(高溫菌)이 존재하고 있음을 알 수 있다.
본 실험은 농가 관행인 굴삭기를 이용한 뒤집기와 교반기 시제품를 이용한 뒤집기와의 비교 시험을 통해 발효단계별 배지의 특성을 조사하였다. 배지내 온도변화는 굴삭기를 이용한 3차 뒤집기까지는 처리간에 온도의 변화 차이가 거의 없었지만, 4차와 5차 뒤집기에서는 교반기 시제품을 이용하여 뒤집기를 한 처리구에서 온도 상승이 빨라지는 경향을 보였다. 야외발효 단계에서 배지에는 고온성 세균 (Bacillus spp.), 방선균, 형광성 Pseudomonas 속, 사상균 등 다양한 미생물들이 분포하였고, 특히 배지발효 과정에서 배지의 분해와 발열에 호기성 세균의 분포는 2차 뒤집기에서 가장 높은 밀도를 보였고, 발효가 진행되면서 밀도는 감소하는 경향을 보였다. 교반기를 활용한 배지의 호기성 세균과 형광성 Pseudomonas 속은 굴삭기 뒤집기와 뚜렷한 차이가 없었고, 고온성 세균과 고온성 방선균은 교반기 뒤집기에서 조금 높은 밀도를 보였다. 처리별 볏짚의 길이는 교반기 시제품을 사용하였을 경우 조금 짧았고, 수분함량도 교반기 시제품을 사용하였을 때 낮았다. pH와 EC는 처리 간에 뚜렷한 차이를 보이지 않았으며, L값과 a, b값은 교반기 시제품으로 뒤집기가 진행될수록 높아지는 경향을 보였다.
MS균을 이용하여 고온숙성에 의해 남은 음식물을 양돈사료로 제조하여 양돈 배합사료의 대체효과 및 사료효율에 미치는 영향을 조사하기 위하여 배합사료 100% 급여 (대조구), 남은 음식물 발효사료 대체율을 배합사료 대비 25%, 50% 및 100% 대체 급여구, 4처리로 설정하여 5반복으로 사양시험을 실시하였다. 남은 음식물 발효사료의 전 시험기간 동안 (10 주령부터 27주령까지) 일당 중체량은 배합사료 100% 급여한 대조구에 비해 남은 음식물 발효사료를 25% 및 50% 대체 했을 때 29.4% 및 13.9%로 높았고, 100% 대체구는 38.2% 감소하였다. 일일사료 섭취량, 사료요구율에 있어서 남은 음식물 발효사료를 50% 대체구에서는 대조구에 비해 다소 떨어지지만 유의적인 차이는 보이지 않아 배합사료를 남은 음식물 발효사료로 대체할 수 있는 수준인 것으로 나타났다. 그러나 100% 대체구에서는 대조구에 비해 유의적으로 차이가 있어 돼지 성장에 문제가 있는 것으로 평가되었다. 1 kg당 증체에 요구되는 사료비는 배합사료만 급여한 대조구에서 690.4원인데 비하여 25% 및 50% 남은 음식물 발효사료 대체구에서는 총 증체량이 대조구보다 높게 유지되면서 28.6% 및 49.4%가 절감되는 높은 경제성을 확인할 수 있었다. 100% 남은 음식물 발효사료 급여구에서는 kg 증체에 요구되는 사료비는 약 32.6% 감소되었으나, 전 육성기간동안의 총 증체량이 26.5 kg으로 시험 종료시 출하체중에 훨씬 못 미쳐 실제사양에 적용 가능성은 매우 어려운 것으로 나타났다.
본 연구는 양송이 배지의 관행적인 발효기술 개선에 대한 기초자료를 제공하기 위하여 배지 발효에 중요한 역할을 하는 다양한 미생물에 대한 밀도변화 및 분류학적인 특징을 밝혔고, 이들 미생물이 분비하는 세포벽 분해 관련 효소활성 변화를 조사하였다. 양송이 배지 발효와 밀접한 관련이 있는 미생물의 밀도 변화를 분석한 결과 고온성 세균, 방선균, 형광성 Pseudomonas spp., 사상균 등 다양한 미생물들이 분포하였으며, 고온성 발효가 진행됨에 유해균은 사멸되는 경향을 보였다. 야외발효 과정에서는 Psychrobacter속, Pseudomonas속, Bacillus속, Pseudoxanthomonas속이 가장 많이 분포하였고, 후발효 완료 배지에서는 Bacillus속, Psychrobacillus속이 우점하였다. 이러한 볏짚 발효 과정 중 분리한 미생물의 효소활성은 발효 초기에 cellulose 분해효소가 먼저 배지에 작용하여 탄소원을 분해한 후 hemicellulose 분해효소가 부차적으로 작용하는 양상을 보였고, 이들 효소를 분비하는 미생물들은 2차와 3차 뒤집기에서 많이 분포하였다.
간장의 속성 발효를 위한 방법으로 간장 발효에 간여하는 Z. rouxii BH-90과 C. versatilis BH-91 혼합 균체를 동시 고정화하여 이를 air bubble column reactor에 충진하여 국 고온 분해액을 주입하면서 연속적으로 발효를 시도하였다. 균체의 고정화 담체로는 실리카겔: 3% 알긴산소다 (1:1의 비율) 혼합액을 사용하여 Z. rouxii BH-90과 C. versatilis BH-91을 동시 고정화하여 air bubble column reactor에 충진하여 발효시킨 결과 발효 96시간 경과시 ethyl alcohol이 2.4% 생성되었으며 4-ethylguaiacol은 18mg/L가 생성되었다. Air bubble column reactor에서 Z. rouxii BH-90과 C. versatilis BH-91 혼합균체의 동시 고정화 beads의 연속적 속성 발효시 시작일로부터 30일까지는 ethyl alcohol이 2.5∼2.8%로 거의 일정하게 생성되었고, 40∼70일에는 약간 감소하였다. 그리고 동시 고정화 균체의 발효에서는 40일까지는 4-ethylguaiacol의 함량이 16∼18mg/L로 거의 일정하게 생성되었으나 발효 45일 이후 70일까지는 약간 감소하였다. 발효종료 후의 제품을 분석한 결과 동시 고정화 균체의 발효액에서는 2.4%의 ethyl alcohol이 생성되었고, 18mg/L의 4-ethylguaiacol이 생산되었다. 유리 아미노산의 함량은 glutamic acid, leucine, arginine, aspartic acid, Iysin 및 valine이 전체 아미노산의 50% 이상을 차지하고 있었다.
본 연구는 음식물쓰레기를 혐기성 소화를 이용하여 중온 및 고온에서의 OLR에 따른 처리효율을 평가하였다. 실험은 중온($35^{\circ}C$) 및 고온($55^{\circ}C$)의 온도조건에서 산발효 회분식 실험, BMP test 그리고 연속식 실험을 실시하였다. 산발효 회분식 실험의 경우 VS 제거효율은 각각의 온도에서 27.3, 30.6%이었으며, $35^{\circ}C$에 비해 $55^{\circ}C$에서 제거효율이 더 높았다. VS와는 반대로 SCOD는 시간이 지남에 따라 농도가 증가하였고, 각 온도의 가용화율은 27.4, 33.4%로 VS가 제거되는 농도와 SCOD가 증가하는 농도가 비슷하였다. BMP test에서 최종 메탄수율 결과 중온 461, 고온 413 $mL{\cdot}CH_4/gVS$가 발생하였다. 산발효조에서 SCOD 가용화율은 고온이 중온에 비해 8~7% 정도 높게 나타났다. 중온메탄발효조의 경우 낮은 유기물 부하에서 고온메탄 발효조에 비해 유기물제거 효율이 높게 나타났지만 높은 유기물 부하에서는 고온메탄발효조가 유리하였다. 고온메탄발효조의 VS제거 효율이 중온에 비해 낮은 경향이었으나, 6 $kgCOD/m^3{\cdot}day$ 고형물 농도에서는 중온소화의 VS제거 효율은 감소하였다. 중온메탄생성조의 유기물 부하에 따른 가스발생량은 12.6, 21.6, 27.4 L/day이었고, 고온의 경우 14.3, 20.6, 25.2 L/day로 중온소화에 비해 각각의 모드별로 약 5~10% 낮은 메탄발생량을 나타내었다.
온도와 식염농도를 달리하여 김치를 발효시키면서 생화학적 및 미생물의 변화를 검토하였다. 김치의 적숙시기는 발효온도와 식염농도에 따라 달랐다. 김치발효는 저온, 고식염농도에서 보다, 고온 저식염 농도에서 더 빨리 진행되었고 김치의 비휘발성 유기산에 대한 휘발성 유기산의 비는 김치 적숙시기에 최대로 되었다가 김치가 시어지면서 감소되었다. 식염농도와 발효온도를 달리 하여 숙성시킨 김치에서 Leu. mesenteroids, Lac. brevis, Lac. plantarum, Ped. cerevisiae, St. faecalis 및 산생성이 낮은 Lactobacilli가 분리되었다. 그러나 김치발효에 관여하는 주 미생물은 Leu. mesenteroides이며, Lac. plantarum은 김치의 숙성보다는 산패와 더 관련이 있는 것으로 추정되었다. 총 생균수는 발효초기에 급증하여 적숙기간에 최대로 되었다가, 그 이후 서서히 감소되었고, 호기성 세균과 사상균수는 발효가 진행되면서 계속 감소하였고, 효모는 $10^{\circ}C$ 전후의 온도와 고 식염농도에서 그 수가 증가하였다가 다시 감소되었다.
This study was conducted to evaluate the characteristics of dark fermentative $H_2$ production from microalgae (Chlorella vulgaris) using batch reactors under mesophilic (25, $35^{\circ}C$) and thermophilic (45, $55^{\circ}C$) conditions. The $H_2$ yield and $H_2$ production rate increased with increasing temperature. The maximum $H_2$ yield and $H_2$ production rate were 56.77 mL $H_2/g$ dcw, 3.33 mL $H_2/g\;dcw{\cdot}h$ at $55^{\circ}C$, respectively. The activation energy calculated using Arrhenius equation was 36.24 kcal/mol, which was higher than that of dark $H_2$ fermentation of glucose by anaerobic mixed culture. Although the concentration of butyrate was maintained, the concentrations of lactate and acetate increased with increasing temperature. The $H_2$ yield was linearly proportional to acetate/ butyrate ratio.
유기질비료(Organic fertilizer)는 천연유기질(Natural organic) 비료와 합성유기질(Synthetic organic) 비료로 구분이 된다(Christians, 2011). 천연유기질비료의 장점은 그동안의 선행 연구를 통해서 많이 보고되어왔다. 그러나 예지물을 이용한 시비효과에 대한 연구결과는 제한적이다. 본 연구는 예지물을 발효시켜 제조된 천연유기질비료로서의 액상비료가 putting green에 많이 사용되고 있는 Creeping bentgrass 생육에 미치는 영향을 알아보기 위해서 수행하였다. 액상비료는 Kentucky bluegrass로부터 수거된 예지물을 모아 부숙 과정 없이 미립자로 분쇄한 후 $28^{\circ}C$에서 약 2개월간 발효시킨 후 생성된 발효액에 유용미생물(Effective Microorganism, EM) 군으로 제조된 활성액을 3% 혼합하여 제조하였다. 잔디에 대한 각 질소의 시비효과는 National Turfgrass Evaluation Program (NTEP)에서 제시한 방법에 준하여 잔디의 품질을 시각적평가를 통해 매 2주마다 조사하였다(1=worst, 9=best, and 6=acceptable). LF와 NO와의 비교에서 고온기간인 8월 20일과 9월 3일에 각각 LF가 NO에 비해 더 좋은 품질을 보여주었다. Urea가 고온기간에 비료피해가 나타난 것에 비교하여 LF의 경우 고온기간동안 비료피해가 나타나지 않았다.
본 연구는 음식물 찌꺼기의 사료화를 목적으로 종균제(YM, 영진환경)와 아프리카산 고온성 효모인 Kl. marxianus를 이용하여 음식물 찌꺼기를 발효시켜 보존성을 연장하기 위해 실시하였다. 6일 동안 발효시, 편성 호기적 또는 혐기적 조건보다는 2일간 호기적 조건으로 발효시킨 뒤 계속하여 4일간 혐기적으로 발효시켰을 때 유기산 생성량이 높았고 생균수도 가장 높았다. 종균제(YM)의 첨가는 무첨가 시료보다 발효 후 잔여 총 생균수를 100배 이상으로 크게 증가시켰으며 여기에 Kl. marxianus 배양액을 추가로 첨가할 경우 총생균수는 더욱 증가시켰으나 효모수를 더 증가시키지는 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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