• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제28권4호
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• pp.530-537
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• 2015

The objective of this study was to evaluate the in vitro effects of flavonoid-rich plant extracts (PE) on ruminal fermentation characteristics and methane emission by studying their effectiveness for methanogenesis in the rumen. A fistulated Holstein cow was used as a donor of rumen fluid. The PE (Punica granatum, Betula schmidtii, Ginkgo biloba, Camellia japonica, and Cudrania tricuspidata) known to have high concentrations of flavonoid were added to an in vitro fermentation incubated with rumen fluid. Total gas production and microbial growth with all PE was higher than that of the control at 24 h incubation, while the methane emission was significantly lower (p<0.05) than that of the control. The decrease in methane accumulation relative to the control was 47.6%, 39.6%, 46.7%, 47.9%, and 48.8% for Punica, Betula, Ginkgo, Camellia, and Cudrania treatments, respectively. Ciliate populations were reduced by more than 60% in flavonoid-rich PE treatments. The Fibrobacter succinogenes diversity in all added flavonoid-rich PE was shown to increase, while the Ruminoccocus albus and R. flavefaciens populations in all PE decreased as compared with the control. In particular, the F. succinogenes community with the addition of Birch extract increased to a greater extent than that of others. In conclusion, the results of this study showed that flavonoid-rich PE decreased ruminal methane emission without adversely affecting ruminal fermentation characteristics in vitro in 24 h incubation time, suggesting that the flavonoid-rich PE have potential possibility as bio-active regulator for ruminants.

• 농업과학연구
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• 제51권3호
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• pp.283-294
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• 2024

The objective of this study was to investigate the effect of supplementing concentrates in a forage-based diet on methane emissions of pregnant Hanwoo heifers. Twenty-one pregnant Hanwoo heifers (481 ± 42.4 kg) were divided into two groups: 1) a group receiving forage only (control, CON) and 2) the other group receiving forage with 4 kg of a concentrate mix (treatment, TRT). Methane (CH₄) concentration was measured using a laser methane detector, following an 18-d adaptation period, according to previously established protocols. Feed intake was recorded throughout the experimental period. Ruminal fluid was collected and analyzed for pH, ammonia-nitrogen (NH₃-N), and volatile fatty acid (VFA). The TRT exhibited higher dry matter and neutral detergent fiber intake than CON (p < 0.05) with elevated NH₃-N (p < 0.001) and total VFA concentrations (p = 0.013). The proportions of butyrate, valerate, and iso-valerate were higher in TRT than CON (p < 0.05). Notably, CH₄ concentrations per kg dry matter intake was lower in the TRT group, both from respiration and eructation (p < 0.05). In conclusion, supplementing concentrates in a low-quality forage-based diet for pregnant Hanwoo heifers fulfills nutrient requirements and reduces CH₄ emissions, suggesting a potential strategy to reduce environmental impact of Hanwoo production.

• 대한환경공학회지
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• 제39권4호
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• pp.186-193
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• 2017

마이크로웨이브(MW)는 유전가열에 의한 열적, 비열적 그리고 이온성 전도 효과를 가지며 높은 에너지 효율을 보이므로 유기성 폐기물의 가용화에 대해 효과적인 방법이다. 본 연구는 고형물 함량이 높은 우분을 대상으로 MW를 이용하여 가용화 최적 조건을 도출하고 이를 토대로 MW의 유전가열 특성을 향상시키기 위해 화학적 촉매물질인 $H_2SO_4$과 NaCl을 첨가하여 우분의 가용화율과 가용화 방법에 따른 biochemical methane potential (BMP)을 평가하였다. 우분 고형물 농도 12%와 MW 출력 800 W 및 설정온도 $40^{\circ}C$ 조건에서 70.5 mg $SCOD_{increased}/kJ$로 에너지 대비 최대 가용화율을 보여주었으며, 이때의 SCOD 농도는 원시료 대비 53.2% 증가하였다. 가용화 최적 조건에서 화학적 촉매로 $H_2SO_4$를 주입하였을 경우 MW 단독 처리 대비 SCOD 농도는 36% 증가하였으며, NaCl을 주입하였을 경우 22.7% 증가하였다. BMP test에서도 우분 원시료 대비 MW를 이용한 가용화는 메탄 생성량이 6.7%, $H_2SO_4$를 주입한 MW 가용화는 13.3%, NaCl을 주입한 MW 가용화는 11.3% 증가하였다. 따라서 마이크로웨이브는 우분의 가용화 전처리에 효율적인 수단이며, 마이크로웨이브의 가용화 효율을 높이기 위해서는 화학적 촉매를 이용할 필요가 있다.

• 한국작물학회지
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• 제60권2호
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• pp.167-173
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• 2015

농경지의 볏짚 수거량이 증가하면서 부족한 유기물을 공급하기 위하여 녹비작물을 이용하고 있다. 녹비작물은 유기물공급과 화학비료 대체가 가능한 우수한 유기물원이다. 그러나 농경지에서 분해되는 과정에 메탄을 발생시키기 때문에 메탄발생량을 줄이기 위한 노력이 요구된다. 따라서 논토양에서 녹비작물을 이용할 때 메탄발생량을 줄이기 위하여 경운깊이를 달리하여 시험하였다. 벼 생육기간 중 메탄 발생량은 이앙 후 63일, 74일에 가장 많았고 이앙 후 74일 이후부터 감소되었으며 이앙 후 106일에는 거의 발생되지 않았다. 녹비종류에 따른 메탄발생량은 보리환원구에서 가장 많았고, 그 다음은 헤어리베치, 화학비료 순이었다. 경운 깊이에 따른 메탄발생량은 10cm경운보다 20 cm로 경운함으로써 화학비료는 22.5%, 헤어리베치 환원구는 12.4%, 보리환원구는 11.7% 감소되었다. 벼 재배기간 동안 대기온도는 $30{\sim}40^{\circ}C$였고, 지온은 대기온도보다 약 $2{\sim}10^{\circ}C$정도 낮았다. 산화환원전위(Eh)는 이앙 전 관개를 시작하면서 급격히 토양이 환원되어 (-)값을 나타냈다. 작물 재배기간 동안 산화환원전위차는 -300~-500 mV으로 낮았으며 관개가 중단된 이앙 후 106일 이후에는 다시 급격하게 증가되었다. 쌀 수량은 경운깊이에 따른 차이는 없었으나 녹비작물중에서는 헤어리베치 환원구에서 가장 많았다. 논토양에서 헤어리베치를 이용할 때 20cm로 경운하여 메탄발생을 효과적으로 줄일 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권3호
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• pp.264-270
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• 2010

하수 처리장에서 발생하는 폐활성슬러지는 대부분 미생물로 구성되어 있으며, 단단한 세포벽 때문에 혐기성 소화에 의한 안정화가 힘들다. 이를 극복할 수 있는 다양한 전처리 방법 가운데 하나가 벤츄리를 이용한 수리동력학적 캐비테이션 방법 (venturi cavitation system, VCS)이다. 본 연구에서는 VCS을 사용한 전처리가 폐활성슬러지의 소화효율에 미치는 영향을 조사하였다. VCS로 전처리한 슬러지는 대조군에 비하여 전처리 기간에 따라 메탄 발생량, COD 제거효율, VS 제거효율이 각각 41~45%, 36.5~43.1%, 18.4~24.1%가 증가하였다. 또한 전처리에 의하여 SCOD를 증가시켜 투입하였을 때, 증가된 SCOD의 이론적 메탄가스 발생량보다 약 3.3~4.2배 많은 메탄이 발생한 것으로 나타났다. 이는 VCS에 의한 전처리에서 슬러지의 가용화 현상에 의하여 소화효율이 향상되었을 뿐 아니라 가용화가 되지 않은 입자상 부분도 소화에 유리한 상태로 개량되었음을 의미한다. 전처리를 위해 투입한 에너지와 메탄가스의 발생 증가분에 대한 에너지 수지를 계산하였을 때 대부분의 조건에서 에너지 회수가 가능하여, VCS 장치의 현장 적용성이 높을 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권10호
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• pp.15-21
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• 2014

본 연구는 부산시 남부하수처리장의 탈수슬러지를 이용하여 전처리에 따른 분해 및 혐기성 상태에서의 최종 메탄 및 이산화탄소 발생량을 평가하기 위해 Biochemical Methane Potential(BMP) 실험을 실시하였다. 초기 1 % TS 농도의 탈수슬러지를 각각 30분 동안 5M NaOH를 이용하여 알칼리 전처리를 실시하였고 초음파 전처리는 30분 동안 조사밀도를 1.5 W/mL로 조절하여 실시하였으며 알칼리와 초음파 전처리를 병합한 동시 전처리를 시행하였다. 그에 따라 SCOD 값이 초기 33.1 mg/L에서 최대 494 mg/L로 증가하였다. 또한 BMP 실험을 실시한 결과 31.2~84.2 mL $CH_4/g$ VS, 9.2~13.5 mL $CO_2/g$ VS로 나타났다. 영양배지와 상등액 슬러지를 주입여부에 따른 BMP 실험을 실시한 결과 각각 73.1, 73.8 mL $CH_4/g$ VS, 11.2, 13.6 mL $CO_2/g$ VS으로 나타났으며 모델값과는 큰 차이를 보이지 않았다. BMP 실험을 종료 후 VS를 분석한 결과 초기 62 %에서 33.8~45.4 %로 감소하였다. 알칼리, 초음파 전처리보다는 동시 전처리가 메탄발생량과 SCOD 값을 증가시켰으며 VS 감소율이 증가하여 혐기성 소화율이 향상되었다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제13권11호
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• pp.1593-1597
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• 2000

In the quiescent state, cattle-manure slurry stratifies into three discernible layers, namely a floating scum layer, a bottom sludge layer and a watery middle layer. The proportions of top (scum), middle and bottom (sludge) layers were approximately 20, 60 and 20% respectively of the volume of the whole slurry. Particulate matter from the different stratified layers was characterised for particle size distribution and cellulose, hemicellulose and lignin composition. Total solids concentrations of top, middle and bottom layers were 12.7, 2.8 and 7.4% respectively. Larger particles were found in the top layer compared with the bottom. The top layer contained the highest amounts of Neutral Detergent Fibre (NDF), Acid Detergent Fibre (ADF), cellulose and hemicellulose, but the lowest amount of Total Kjeldahl Nitrogen (TKN). The bottom layer contained the highest amounts of Acid Detergent Lignin (ADL) and TKN. With increase in particle size, there were increases in NDF, ADF, cellulose and hemicellulose, accompanied by decreases in ADL and TKN. Biochemical methane potential of the three layers was also measured. The top layer was found to produce the most methane with the middle layer producing the least. Biomethanation rate from the top layer was also the highest. Differences in biomethanation rates and biochemical methane potential were attributed to differences in chemical composition of the particulate matter. About 48%, 23% and 30% of the total chemical oxygen demand (COD) in the top, middle and bottom layers respectively of the slurry was found to be degradable.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권4호
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• pp.739-747
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• 2016

The rational utilization of crop straw as a raw material for natural gas production is of economic significance. In order to increase the efficiency of biogas production from agricultural straw, seasonal restrictions must be overcome. Therefore, the potential for biogas production via anaerobic straw digestion was assessed by exposing fresh, silage, and dry yellow corn straw to cow dung liquid extract as a nitrogen source. The characteristics of anaerobic corn straw digestion were comprehensively evaluated by measuring the pH, gas production, chemical oxygen demand, methane production, and volatile fatty acid content, as well as applying a modified Gompertz model and high-throughput sequencing technology to the resident microbial community. The efficiency of biogas production from fresh straw (433.8 ml/g) was higher than that of production from straw silage and dry yellow straw (46.55 ml/g and 68.75 ml/g, respectively). The cumulative biogas production from fresh straw, silage straw, and dry yellow straw was 365 l^-1 g^-1 VS, 322 l^-1 g^-1 VS, and 304 l^-1 g^-1 VS, respectively, whereas cumulative methane production was 1,426.33%, 1,351.35%, and 1,286.14%, respectively, and potential biogas production was 470.06 ml^-1 g^-1 VS, 461.73 ml^-1 g^-1 VS, and 451.76 ml^-1 g^-1 VS, respectively. Microbial community analysis showed that the corn straw was mainly metabolized by acetate-utilizing methanogens, with Methanosaeta as the dominant archaeal community. These findings provide important guidance to the biogas industry and farmers with respect to rational and efficient utilization of crop straw resources as material for biogas production.

• 유기물자원화
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• 제16권3호
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• pp.83-90
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• 2008

하수슬러지의 초음파 전처리시 용존성 유기물의 증가와 혐기성 생분해도 향상을 평가하였다. 하수슬러지의 초음파에 의한 가용화는 세포벽의 파괴로 인하여 용해성 화학적 산소요구량, 단백질 및 탄수화물의 농도 증가와 입자크기를 감소시켰다. 혐기성 생분해도 측면에서초음파 전처리는 메탄가스 발생량을 증가시켜 혐기성 생분해를 향상시키는 것으로 나타났다. 하수슬러지의 생화학적 메탄 잠재 발생량 실험결과 초음파 전처리 후 슬러지의 최종 메탄 수율은 294.3 ml $CH_4/gVS$로 나타나 전처리를 하지 않은 경우 211.3 ml $CH_4/gVS$에 비해 약 40 % 향상된 값을 보였다. 이와 같은 결과를 고려 시 하수슬러지의 가용화는 혐기성 생분해도 향상에 효과적인 것으로 나타났다.

• Animal Bioscience
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• 제37권1호
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• pp.74-83
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• 2024

Objective: Mitragyna speciosa Korth is traditionally used in Thailand. They have a high level of antioxidant capacities and bioactive compounds, the potential to modulate rumen fermentation and decrease methane production. The aim of the study was to investigate the different levels of microencapsulated-Mitragyna leaves extracts (MMLE) supplementation on nutrient degradability, rumen ecology, microbial dynamics, and methane production in an in vitro study. Methods: A completely randomized design was used to assign the experimental treatments, MMLE was supplemented at 0%, 4%, 6%, and 8% of the total dry matter (DM) substrate. Results: The addition of MMLE significantly increased in vitro dry matter degradability both at 12, 24, and 48 h, while ammonia-nitrogen (NH₃-N) concentration was improved with MMLE supplementation. The MMLE had the greatest propionate and total volatile fatty acid production when added with 6% of total DM substrate, while decreased the methane production (12, 24, and 48 h). Furthermore, the microbial population of cellulolytic bacteria and Butyrivibrio fibrisolvens were increased, whilst Methanobacteriales was decreased with MMLE feeding. Conclusion: The results indicated that MMLE could be a potential alternative plant-based bioactive compound supplement to be used as ruminant feed additives.