음식물 쓰레기의 고온 퇴비화 과정에서 종균 첨가가 미생물의 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 실험실용 소형 퇴비화 장치에 선발한 고온성 세균, 효모 및 고온성 세균, 효모 복합종균을 첨가하여 $50^{\circ}C$에서 분해시키면서 고온성 세균과 효모의 생육 및 pH의 변화를 측정한 결과, 모든 실험구에서 효모가 우선적으로 생육하였으며 고온성 세균은 그보다 1일 또는 2일 후에 생육하였다. 종균으로 고온성 세균만 사용한 경우는 효과가 거의 없었으나 고온성 세균과 효모의 복합 종균을 첨가한 경우에는 고온성 세균의 생육이 현저히 촉진되었다. 특히 효모 종균을 단독으로 첨가한 경우에도 고온성 세균의 수가 반응 시작부터 급속히 증가하였다. 이러한 결과는 음식물 쓰레기의 분해시 고온성 세균의 증식에는 효모의 역할이 필수적인 것으로 나타났으며 그 이유는 효모가 세균의 생육을 저해하는 유기산을 제거하기 때문으로 밝혀졌다.
고온성 및 초고온성 세균과 고세균 13종 모두에서 관찰되는 167종류 총 16,299개의 보존적 유전자들에 대한 분석을 수행하였다. 단백질대사 관련 유전자들이 80개로 전체 보존적 유전자의 $47.9\%$였으며, 중온성 세균을 제외하고 고온성과 초고온성 세균들에서만 관찰되는 공통유전자는 없어 열 안정성은 특정 단백질의 유무에 따라 이루어지지 않는 것을 알 수 있었다. 하지만 초고온성 세균들은 reverse gyrase를 공통적으로 가지고 있어 고온에서의 DNA의 열안전성에 중요한 역할을 하는 것으로 생각되었다. 유전자보유 계통수와 165 rRNA 유전자 계통수의 비교결과 초고온성 진정세균과 고온성 고세균인 Methanobacterium thermoautotrophicum의 분포 양상이 서로 다르게 나타났다. 167개의 공통 유전자가 한 유전체에서 보이는 distance value들의 평균과 분산에서는 초고온성 진정세균, 초고온성 고세균, 고온성 고세균들끼리 유사한 값을 갖는 것으로 나타났다.
벼의 산지 및 품종별로는 중온 및 고온성 세균의 분포에 큰 차이가 없었으며, 도정도가 낮을수록 저장기간이 길수록 각각의 균들이 많이 존재하였다. 전기밥솥에서 고온성 세균의 증식은 75$^{\circ}C$이하에서 보온온도가 낮을수록 빠르게 나타났으며, 보온 초기에는 나타나지 않았으나 18∼24시간 사이에 증식속도가 빨라지는 경향을 나타내었다. 전기밥솥 밥의 고온성 세균수와 이상취 발생의 상관성은 있었으며, 고온성 세균수는 오븐내 밥의 표면중앙이 중심이나 밑바닥에 비하여 약간 많게 나타났다. 백미밥의 휘발성 성분은 보온초기에는 쌀로부터 유래되는 hexanal이 주성분이었으며, 장시간보온 후는 이상취를 나타내는 furan을 포함한 고비점 물질이 많았다.
이중벽의 퇴비화 용기를 사용하여 가정 생활쓰레기의 현장에서의 미생물상의 변동을 조사하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 중온성 세균은 다소 완만한 변화를 보였다. 고온성 세균은 봄철을 제외하면 감소하는 경향을 보였고 중온균과 고온성 세균의 동시 증감도 관찰되었다. 2. 중온성 방선균은 겨울철 퇴비화 초기 증가하였고 봄철 퇴비화에서는 완만하게 감소하였으나 여름철에서는 다소 감소하였다. 고온성 방선균도 퇴비화 초기에 감소하였다. 3. 중온성 사상균은 퇴비화 중기 여름철에는 감소하였으나, 봄과 겨울철에는 완만한 증가를 보였고, 고온성 사상균은 전체적으로 감소하였다. 4. 암모늄 산화세균, 아질산 산화세균은 다른 보고에서보다 상당히 많이 관찰되었다.
본 연구에서는 음식물 찌꺼기를 원료로 생균 발효사료를 생산하기 위해 단시간 호기적 발효에 필요한 고온성 균주를 개발하고자 하였다. 폐기물 처리장이나 경작연수가 10년 이상 경과된 농경지 야산의 토양 등 유기물질이 많은 장소에서 채취한 토양은 종균원으로 이용하였다. 1차 Screening을 통해 재배지(B group), 폐기물 처리장(F group), 야산(W group)에서 채취한 토양과 시판 발효용 종균제로부터 고온성 세균들을 분리한 뒤 고온.호기적 속성 발 효에 적합한 균주를 가려내기 위해 발효실험을 통한 2차 screening을 실시하였다. 그 결과, 재배지 토양으로부터 Bl, B2, B3, B4, B6, 폐기물 처리장으로부터 Fl, F2, 야산으로부터 W1, W3, W4 등의 세균이 선발되었다. 이들 중 특히 B6는 발효개시 4시간만에 생균수가 1.3$\times$$10^{9}$m1에 이르러 높은 중식속도를 나타냈고, 8시간만에 최고치인 7.5$\times$$10^{9}$ml까지 증가하여 호기적 고온성 속성 발효에 적합한 균주로 사료되었다.
주택용 소형 퇴비화용기(type 3과 type 4)를 제작하였다. 두 가지 용기의 구조는 다같이 용기의 벽을 이중으로 하였으며 type 4는 보온을 하였고 type 3은 보온을 하지 않았다. 실험실 실험을 통하여 퇴비화하는 과정에서 다음과 같은 미생물의 변동상이 조사되었다 1. 겨울철에는 중온성 세균이 감소하면, 고온성 세균이 증가하였으나 봄철과 여름철에는 퇴비화 초기 중온성 세균과 고온성 세균이 동시에 증가와 감소를 하는 경향이 있었다. 2. 겨울철에는 중온성 방선균과 고온성 방선균이 퇴비화 1주째 함께 감소하였다. 봄철에는 고온성 방선균은 급격하게 증가하였으나 여름철에는 고온성 방선균이 완만한 증가를 보였다. 3. 사상균에서도 겨울 1주 째 까지를 제외하고는 퇴비화 초기에 중온성 사상균과 고온성 사상균이 동시에 증가와 감소를 하였다. 4. 중온성 세균, 방선균, 사상균은 균수에서 차이가 없었으나 봄철에만 사상균의 균수가 적었다. 5. 퇴비화 말기 중온성 균류가 겨울철, 여름철에는 감소하였으나 봄철에는 증가하였다.
톱밥발효를 이용한 표고버섯의 지면재배방법은 적은 노동력을 소요하고 표고의 생산력을 증대시킬 수 있는 방법이다. 이 방법은 미생물에 의한 참나무 톱밥의 발효과정과 표고균사를 접종하고 생장시키는 과정의 두 단계로 나누어진다. 본 연구에서는 참나무 톱밥을 이용한 표고 지면재배과정의 각 단계에서 우점하는 주요 미생물을 확인하고 효율적인 표고버섯 재배를 위한 정보를 제공하고자 하였다. 발효과정이 진행되며 온도가 상승함에 따라 톱밥의 고온 세균의 비율은 10%에서 80%까지 증가하여 중온성 세균에서 고온성 세균으로 군집의 천이가 확인되었다. 16S rRNA 유전자를 이용한 T-RFLP 방법과 염기서열 분석 방법으로 참나무 톱밥 지면재배과정의 단계별 미생물 군집의 변화를 확인했다. 발효 전 참나무 톱밥시료에서는 중온성 세균인 Enterobacteriaceae 과의 세균이 우점(100%)하였고, 발효가 진행되며 Amycolatopsis (49.0%), Saccharopolyspora (26.5%) 등의 고온성 방선균으로 미생물 군집의 천이가 발생되었다. 특히, Amycolatopsis 속이 최고온도가 유지되는 발효과정 중에도 항상 우점한 결과를 고려하면 발효를 주도하는 미생물이라고 생각된다. 균사생장시기에서는 저온성 세균인 Leuconostoc이 우점(75.0%)하였다. 표고 균사의 활발한 성장을 위해서는 참나무 톱밥의 발효과정이 매우 중요하기 때문에 발효과정에서 우점한 고온성 방선균인 Amycolatopsis 속에 관한 다양한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
중온성과 고온성인 황산염 환원세균들을 사용하여 dibenzothiophene, 원유 및 Bunker C 유의 탈황실험을 하여 중온성인 분리균주 Desulfovibrio desulfuricans M6는 dibenzothiophene, crude oil를 42, 17 까지 탈황시켰으며, 고온성은 Desulfovibrio thermophilus에서 dibenzothiphene Bunker C 유를 각각 68, 33 탈화시켜, 황산염 환원세균에 의한 석유의 탈황 가능성을 보였다. 또한 Desulfovibrio 속과 Desulfotomaculum 속의 탈황 능력의 차이로부터 탈황기작이 hydrogenase와 환원력 원인 수소가 관련이 있다는 것을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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