본 논문에서는 딥러닝 예측 결과 정보를 적용하는 복합 미생물 배양기를 위한 딥러닝 구조를 개발한다. 제안하는 복합 미생물 배양기는 수집한 복합 미생물 데이터에 대해 복합 미생물 데이터 전처리, 복합 미생물 데이터 구조 변환, 딥러닝 네트워크 설계, 설계한 딥러닝 네트워크 학습, 시제품에 적용되는 GUI 개발 등으로 구성된다. 복합 미생물 데이터 전처리에서는 미생물 배양에 필요한 당밀, 영양제, 식물엑기스, 소금 등의 양에 대해 원-핫 인코딩을 실시하며, 배양된 결과로 측정된 pH 농도와 미생물의 셀 수에 대해 최대-최소 정규화 방법을 사용하여 데이터를 전처리한다. 복합 미생물 데이터 구조 변환에서는 전처리된 데이터를 물 온도와 미생물의 셀 수를 연결하여 그래프 구조로 변환 후, 인접 행렬과 속성 정보로 나타내어 딥러닝 네트워크의 입력 데이터로 사용한다. 딥러닝 네트워크 설계에서는 그래프 구조에 특화된 그래프 합성곱 네트워크를 설계하여 복합 미생물 데이터를 학습시킨다. 설계한 딥러닝 네트워크는 Cosine 손실함수를 사용하여 학습 시에 발생하는 오차를 최소화하는 방향으로 학습을 진행한다. 시제품에 적용되는 GUI 개발은 사용자가 선택하는 물 온도에 따라 목표하는 pH 농도(3.8 이하) 복합 미생물의 셀 수(108 이상)를 배양시키기 적합한 순으로 나타낸다. 제안된 미생물 배양기의 성능을 평가하기 위하여 공인시험기관에서 실험한 결과는, pH 농도의 경우 평균 3.7로, 복합 미생물의 셀 수는 1.7 × 108으로 측정되었다. 따라서, 본 논문에서 제안한 딥러닝 예측 결과 정보를 적용하는 복합 미생물 배양기를 위한 딥러닝 구조의 효용성이 입증되었다.
국내에서 사용되고 있는 친환경유기농자재 7종에 대하여 꿀벌(Apis mellifera)과 무당벌레(Harmonia axyridis)에 대한 독성영향평가를 실시하였다. 친환경유기농자재로는 식물 추출물을 활용한 자재 3종(왕중왕에코$^{(R)}$, 보검에코$^{(R)}$, 베스탑에코$^{(R)}$)과 미생물을 활용한 자재 4종(월드스타에코$^{(R)}$, 굿모닝$^{(R)}$, 블루칩$^{(R)}$, 카멜레온$^{(R)}$)을 이용하였다. 꿀벌에 대한 영향을 평가한 결과 식물 추출물을 활용한 자재 3종에서는 $RT_{25}$값이 1일~3일로 분석되어 친환경유기농자재 살포 1~3일 경과 후 꿀벌 방사가 필요하였으나, 미생물을 활용한 자재 4종은 아무런 영향을 미치지 않았다. 무당벌레의 성충 및 유충에 대한 영향 평가에서는 식물 추출물을 활용한 자재와 미생물을 활용한 자재 7종 모두 아무런 영향을 미치지 않았다.
이 연구는 콘크리트구조물의 유지관리 및 보전활동의 절력화와 콘크리트구조물의 장기 수명화를 목적으로 번잡한 검사나 보수작업을 필요로 하지 않고, 콘크리트에 발생하는 미세한 균열에도 수시의 점검 등이 필요 없이 미생 물의 생체광물형성작용을 이용하여 콘크리트 그 자체에 자기치유 기능을 부여하는 것에 관한 내용이다. 이 논문은 콘 크리트에 자기치유 기능을 부여하는 것에 관한 연구 중 지금까지와는 완전히 다른 방법으로 미생물의 생체광물형성작 용(biomineralization)을 이용한 자기치유 콘크리트 개발에 관한 기초적 연구로서, Sporosarcina pasteurii가 탄산칼슘을 석 출시키는 biomineralization을 이용하여 미생물이 신진대사 작용을 할 때의 탄산칼슘 석출 반응에 의한 세포 외에 다른 화합물의 생성, 탄산염광물의 석출 및 모래표면을 고화시켜 모래의 입자를 접착하는 바인더로서의 이용을 검토 하였다. 그 결과 새로운 광물 형성 및 모래표면의 고화가 어느 정도 가능한 것이 확인되었으며, 또한 유기(미생물)·무기(CaC$O_3$) 복합 구조를 가진 calcite에 의해 균열의 보수도 어느 정도 가능한 것이 기초실험을 통해 확인할 수 있었다. 따라서 콘 크리트구조물에 이러한 미생물의 신진대사 작용에 따른 생체광물형성작용의 이용은 미생물과 같이 완성된 진정한 의미 의 자기치유 콘크리트가 될 것으로 사료되며, 이러한 미생물의 적용에 따른 효과는 보수 기능뿐만 아니라 환경 문제를 배려한 새로운 재료로서의 개발로 이어져 향후 더욱 더 중요한 연구주제의 하나가 될 것이다.
유기농업은 지속가능한 농업을 위해서 필요하며, 생물 다양성 유지를 위해 필수적인 경작 방법으로 전 세계적으로 성장하고 있는 농업 분야 중 하나이다. 유기농업은 인류의 건강과 환경에 유해한 영향을 끼질 수 있는 화학적 제재의 사용을 줄이고, 친환경적 동·식물성 비료, 식물 추출물, 미생물 제재 등이 사용되기 때문에 소비자에게 안전한 농산물을 제공할 수 있다. 노지 고추를 대상으로 3년간 유기농업 환경과 관행농업 환경에서 주요 병해 발생과 토양 미생물상의 조사하였다. 토양 미생물상의 차이는 차세대 염기서열 분석 기법을 활용하여 조사하였으며, 유기농업에 사용되는 제제의 종류에 따라 토양 미생물상이 다르게 형성되었다. 바이러스, 탄저병에 대해서는 관행농업에서의 병 발생률이 낮았으나, 청고병은 미생물 제재 사용에 의해 병 발생률이 낮게 나타났다. 미생물 제재를 사용한 토양에서 투입된 미생물이 토양 미생물에서 검출되었으며, 이는 미생물이 실제 토양에 정착했음을 시사한다.
건강한 성인 한사람은 하루에 약 $3\ell$의 물을 외부로부터 섭취하여야 한다고 한다. 이중 약 $1-2\ell$의 물은 음료 즉, 먹는물의 형태로 외부로부터 섭취하게 되는데, 이러한 음료의 형태로 섭취되는 먹는 물이 우리의 건강을 좌우하게 된다는, 물은 많이 마실수록 건강에 좋고, 깨끗한 생수를 마시는 것이 건강의 비결이라는 말을 많이 듣게 된다. 또 환경오염으로 인한 식수의 오염문제가 심각하게 대두되고 있어 많은 사람들은 오염되지 않은 깨끗한 물, 생수 등을 찾고 있는 실정이다. 이러한 한국의 현실에서 1995. 5. 1. 부터 환경부의 "먹는물 관리법"이 새롭게 시행되기 시작하여 지금까지 사용되어오던 "광천음료수"가 "먹는샘물"이라는 용어로 변경이 되고 몇가지 품질규격에 있어 더욱 엄격하게 규제가 되기 시작하였다. 따라서 새롭게 시작되는 "먹는물 관리법"의 "먹는샘물"의 정의와 먹는샘물의 미생물학적인 품질의 설명이 필요하고, 또 "먹는물", "먹는샘물"이 환경쪽에서만 다루어야 할 문제가 아니라 먹는 물은 항상 식품과 함께 취급되기 때문에 식품연구의 일환으로서도 취급되어져야 함을 강조하고자 이글을 쓰게 되었다.
쑥과 솔잎 분말을 물과 에탄올로 각각 추출하여 유화형 소시지 제조 시 첨가한 후 냉장온도($4{\pm}1^{\circ}C$)에서 30일간 저장하면서 pH, TBARS, 아질산염잔존량, 총 미생물수 및 육색을 조사하였다. 시험구는 쑥과 솔잎 추출물을 첨가하지 않은 대조구, 쑥 물 추출물첨가구는 T1, 쑥 에탄올 추출물 첨가구는 T2, 솔잎 물 추출물 첨가구를 T3, 솔잎 에탄올 추출물 첨가구를 T4 등 5개 처리구로 나누어 실험하였다. pH는 저장기간이 경과하면서 모든 처리구에서 감소하는 경향으로 대조구보다 쑥과 솔잎 추출물 첨가구에서 다소 낮았다(P<0.05). TBARS는 저장기간 동안 증가하였으며, 쑥과 솔잎 분말 추출물을 첨가한 유화형 소시지는 대조구보다 낮아 쑥과 솔잎의 첨가는 지방산화를 지연시켰고, 특히 솔잎 에탄올 추출물 첨가구인 T4에서 TBARS 값은 다소 낮았다(p<005). 아질산염잔존량은 저장기간이 경과하면서 감소하였고, 쑥 보다는 솔잎 첨가구가, 물 추출물보다 에탄올 추출물 첨가구에서 유의하게 감소하였다. 총 미생물수는 저장기간이 지나면서 모든 처리구에서 증가하였고, 저장 0일과 10일에는 처리구간 유의성이 없었으며, 처리구간에는 대조구보다 쑥과 솔잎 추출물 첨가구에서 유의하게 낮은 미생물수를 나타내었다. 육색은 저장기간이 지나면서 CIE $L^*$ 값과 $b^*$ 값은 감소하였고, CIE $a^*$ 값은 증가하였다. 처리구간 CIE $L^*$값은 쑥과 솔잎 분말 추출물 첨가구에서 낮아 쑥과 솔잎 분말 추출물의 첨가는 소시지 색을 어둡게 하는 경향이었다. 이상의 결과를 종합적으로 고찰해 보면 솔잎 분말 에탄올 추출물 첨가는 지방의 산화와 미생물 성장 억제 및 아질산염잔존량 감소에 효과적인 첨가방법이라 생각된다.
본 연구는 한약재박의 효율적 처리를 위한 실험의 일환으로 한약재박으로부터 유용미생물을 분리하고 이들 미생물로부터 작물생육촉진미생물을 선발하여 한약재박에 적용한 한약재박 미생물제제를 만들어 친환경농업에 이용하고자 실시하였다. 한약재박은 유기물 함량이 93.0%로 높고 조단백질 함량이 11.3%, 조지방 함량이 5.1%, NDF 함량이 49.7% 및 ADF 함량이 33.8%로 나타나 미생물제제의 원료로서도 이용 가치가 높았다. 한약재박으로부터 약 35종의 미생물이 검출되었고, 이들 중 13종이 한약재박 이용성이 높았으며, 작물생육촉진미생물 BL-333 균주를 선발하였다. 선발균주 BL-333을 Bergey's Manual of Systematic Bacteriology 및 16S rDNA 염기서열(589 bp)로 상동성을 조사한 결과 Paenibacillus marcerans로 추정되었다. P. marcerans BL-333 균주는 각종 진균에 대해 대부분 높은 항진균 활성을 나타내었으며, 특히 Fusarium 속과 Collectotrichum 속 등의 진균에 대해 높은 항진균 활성을 나타내었다. P. marcerans BL-333 균주와 한약재박 분쇄물 등으로 제조한 미생물제제는 10종의 작물의 생육조사에서 무처리구보다 $3{\sim}24%$ 증수되는 효과를 나타내었으며, 특히 상추, 무, 배추 및 오이 등에서 생육촉진효과가 우수하였다. 따라서 한약재박 및 한약재박으로부터 얻은 미생물은 퇴비나 미생물제제를 위해 효과적인 재료로서의 활용 가치가 있다고 본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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