KR100384284B1 - 당지질을 이용한 적조방지방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물로부터 생산되는 당지질인 소포로리피드, 람노리피드 및 화학적 당지질을 포함하는 생분해성 당지질을 살포하여 적조 원인 생물을 제거함으로써, 자연친화적이고 2차적인 환경오염을 일으키지 않는, 당지질을 이용한 적조 방지 방법에 관한 것이다. 본 발명의 당지질을 이용한 적조 방지 방법에 의하면 저가의 원료를 이용할 수 있으므로 적조 방지제를 대량으로 생산할 수 있으며, 적조 방제시 처리비용을 절감할 수 있고, 당지질의 생분해도가 크므로 해수에 적용시 2차적인 환경오염이 없을 뿐만 아니라, 저농도에서도 단기간에 효과를 나타내므로 적조,예방 차원이 아닌 적조 발생시 빠른 구제에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

당지질을 이용한 적조 방지 방법{Red Tide Preventing Method Using Glycolipid}
본 발명은 미생물로부터 생산되는 당지질인 소포로리피드, 람노리피드 및 화학적 당지질을 포함하는 생분해성 당지질을 살포하여 적조 원인 생물을 제거함으로써, 자연친화적이고 2차적인 환경오염을 일으키지 않는, 당지질을 이용한 적조 방지 방법에 관한 것이다.
적조란 해양에 서식하는 동,식물성 플랑크톤, 원생동물 및 박테리아와 같은 미생물이 일시에 다량으로 증식되거나 또는 생물, 물리적으로 집적되어 해수의 색깔을 변색시키고 해양생물에게 나쁜 영향을 미치는 현상을 말한다. 적조현상은 세계의 모든 연안 수역에서 널리 발생하는데, 최근 우리나라의 남해 연안과 서해 및 동해 남부 연안 수역에서 자주 발생하는 적조현상은 계절에 관계없이 상습적으로 발생하며, 특히 적조생물이 규조류에서 편모조류로 바뀌어 가고 적조 농도가 고밀도화되어 가는 경향을 보이고 있다.
적조를 유발하는 일부 종들은 어류의 아가미 조직 사이에 끼어 조직을 와해시켜 산소 교환을 불가능하게 하거나 아가미의 막으로 뚫고 들어가 모세혈관을 파괴시켜 아가미의 기체 교환 작용의 기능을 저하시키고 상처 부위의 2차 감염을 야기한다. 그리고 수중 용존 산소를 결핍시켜 고착성 저서 생물에게 생리적 스트레스, 공간 경쟁률 및 포식 증가를 유발하는 치명적 영향을 주기도 한다.
또한 적조와 관련되어 빈번히 해양동물과 인간에게 엄청난 경제손실을 주는 것은 이들이 만든 독성물질에 기인한 것으로 유해 조류에서 만들어진 독은 일시적이거나 영구적으로 수산자원의 손실을 초래하여 수산활동의 발전을 저해하고 인류의 건강을 위협한다. 특히 유독성 와편모조류의 발생은 어류와 무척추동물의 치사를 동반하게 되는데 해산 무척추동물의 사망률을 증가시키고 행동을 멈추게 하며 근육제어의 방해, 섭식율과 호흡율의 저하, 그리고 심장박동의 이상 등의 증상을 유발한다.
이러한 적조의 방제를 위하여 식물성 플랑크톤에 대한 동물성 플랑크톤의 포식 원리를 이용한 방법, 적조생물에 특이성이 높은 선택적인 천적 미생물을 이용하여 생태계의 먹이사슬 교란을 최소화하는 해양세균을 이용한 방법, 유독성 적조 원인생물과 영양억제 관계에 있는 무독성 생물을 이용하여 적조의 피해를 최소화하는 경쟁배타에 의한 방법 및 화학약품의 살포, 초음파 처리, 오존처리, 해면 회수, 침강, 점토 살포 등의 화학물질을 이용한 방법 등이 이용되고 있다.
포식 원리를 이용한 방법의 구체적인 예로 대한민국 공개특허 제98-025804호에는 원생생물성 포식자를 이용한 적조 예방 및 처리방법에 관한 것으로 적조원인생물을 잘 포식하면서 이분법으로 분열하여 그 번식속도가 빠른 원생생물성 포식자를 대량 배양하여 적조지역이나 적조 예상지역에 투입하여 적조 원인생물을 포식케하는 방법에 관하여 개시되어 있다.
화학물질을 이용한 방법의 구체적인 예로 대한민국 공개특허 제98-064977호에 소성한 미세분말 황토의 공중살포에 의한 적조방제 방법 및 장치에 관한 것으로 터널킬른을 이용하여 황토를 850∼900℃로 가열한 후 분쇄기를 이용하여 입자의 지름이 10㎛ 이하가 되도록 분쇄한 후 여기에 유기물 분해 박테리아를 0.1% 중량비로 혼합한 분말황토를 공중 살포하는 방법 및 장치에 관하여 개시되어 있다. 또한 대한민국 공개특허 제98-069001호에는 해수로부터 생성된 차아염소산 소다를 이용하여 해수 중의 적조생물을 효과적으로 제거할 수 있는 적조생물 제거장치 및 제거방법에 관하여 개시되어 있다.
그러나, 상기의 포식작용을 이용한 적조 방제 방법은 적조생물의 양적 변동양상에 미치는 포식자의 영향을 규명하기 어렵고, 동물성 플랑크톤의 배양이 까다로우며 많은 시간과 경비가 소모되는 단점이 있다. 또한 상기의 화학적 적조방제 방법은 화학물질 사용에 따른 2차 오염문제, 환경교란 야기 가능성이 있으며 대량생산과 사용, 운송 및 취급에 많은 비용과 시간이 소모되는 문제점이 있다. 이 외에 해양세균에 의한 적조방제 방법은 적조현상의 원인생물의 종류가 많고 종마다 발생조건이 복잡하고 다양하기 때문에 대규모화, 광역화, 고밀도화, 유독화되는 적조마다 적절한 해양생물을 적용하기 어려운 단점이 있다. 또한 경쟁배타에 의한 적조 방제 방법은 유독성 적조원인 생물과 영양 경쟁관계에 있는 무독성 생물의 분리, 동정, 배양에 많은 시간과 비용이 소모되며 효과적인 무독성 생물의 적용에 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 자연친화적이고 2차적인 환경오염을 일으키지 않는 생분해성 당지질을 살포함으로써 적조 원인 생물을 제거하는, 당지질을 이용한 적조 방지 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 당지질을 이용한 적조 방지 방법은, 생분해성 당지질을 살포하여 적조 원인 생물을 제거하는 적조 방지 방법으로서, 상기 당지질은 하기 화학식 1로 표시되는 소포로리피드, 하기 화학식 2로 표시되는 람노리피드, 하기 화학식 3 또는 하기 화학식 4로 표시되는 슈가에스테르, 및 하기 화학식 5로 표시되는 스판계면활성제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 당지질을 이용한 적조 방지 방법에 있어서, 상기의 소포로리피드는 토루롭시스 밤비오콜라(Torulopsis bombiocola), 토루롭시스 아피콜라(Torulopsis apicola), 또는 토루롭시스 페트로피리옴(Torulopsis petrophilum)로부터 배양되고, 배양물로부터 균체를 제거한 후 정제되는 것을 특징으로 한다.본 발명에 따른 당지질을 이용한 적조 방지 방법에 있어서, 상기의 람노리피드는 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa)로부터 배양되고, 배양물로부터 균체를 제거한 후 정제되는 것을 특징으로 한다.
효모로부터 소포로리피드의 제조방법에 대해서 살펴보면 다음과 같다. 사용된 균주는 트루롭시스 밤비콜라(Torulopsis bombicola) ATCC 22214이고 YM 사면배지 형태로 4℃에서 저장, 사용한다. 사용한 배지는 리터당 포도당 10g, 효모추출물 0.5g, 인산칼륨 0.1g, 황산마그네슘 7수화물 0.05g, 염화칼슘 2수화물 0.01g, 염화나트륨 0.01g, 펩톤 0.07g의 조성으로 이루어지며 추가 기질로 카놀라 오일(canola oil)을 10%(wt/vol)씩 사용한다.
48시간동안 100ml 플라스크에 계대 배양한 종균을 고압 멸균한 2.5ℓ발효기에 접종하여 7일 동안 배양하는데 이때 발효기는 실제배양액 1ℓ, 온도 30℃, pH 3∼5, 교반속도 550 rpm, 공기공급속도 1vvm의 조건으로 운전한다. 배양이 끝난 후당지질은 상등액에 포함되어 있거나 하부로 침전되어 있는데 이 중 침전된 것을 분리, 수거한다. 상등액은 배양후 5000rpm으로 30분간 원심분리하여 얻는다. 상등액에 포함된 당지질은 상등액을 1ℓ의 에틸아세테이트로 3회 반복추출하고 추출액을 회전식 증발기에서 증발시켜 용매를 제거하여 미정제 당지질을 얻는다. 상기의 미정제 당지질에 다시 헥산을 첨가하여 잔류오일을 제거하고 클로로포름으로 용액중의 당지질을 추출한 후 화학식 1의 정제된 당지질 혼합물 90-100g/ℓ을 얻는다.
[화학식 1]
람노리피드의 제조방법은 다음과 같다. 사용된 균주는 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa) ATCC 9027이며 사용배지의 조성은 배양액 리터당 포도당 30g, 아질산 나트륨 2.5g, 황산마그네슘 0.4g, 염화칼륨 1.0g, 염화나트륨1.0g, 염화칼슘 2수화물 0.05g, 황산철 7수화물 0.005g, 황산아연 7수화물 0.015g, 황산망간 1수화물 0.015g, 보릭 에시드 0.003g, 염화코발트 6수화물 0.0015g, 황산구리 5수화물 0.0015g, 몰리브산 나트륨 2수화물 0.001g으로 이루어지며 추가기질로는 대두유(soybean oil)를 10%(wt/vol)씩 첨가한다.
48시간동안 100ml 플라스크에 계대 배양한 종균을 고압 멸균한 2.5 ℓ발효기에 접종하여 7일 동안 배양하는데 이때 발효기는 실제배양액 1ℓ, 온도 30℃, pH 3∼5, 교반속도 550 rpm, 공기공급속도 1vvm의 조건으로 운전한다. 배양이 끝난 후 배양액을 10000rpm으로 10분간 원심분리하여 세포를 제거하고, 상등액을 -20℃에 24시간 동안 정치시킨다. 동결된 시료에서 사용되지 않은 잔류 기름을 일차적으로 제거하고, 기름이 제거된 시료에 염산을 첨가하여 pH 2로 조절한다. 이 상태에서 4℃, 5일간 저장하여 람노리피드를 완전히 침전시키고 10000rpm으로 10분간 원심분리하여 미정제 람노리피드를 회수한다. 미정제 람노리피드에 클로로포름과 메탄올이 4:1의 비율로 혼합된 용매를 이용하여 2차적으로 잔류 기름을 제거함으로써 화학식 2의 정제된 람노리피드를 얻는다.
[화학식 2]
화학적으로 합성된 당지질로 화학식 3의 슈크로오스 모노라우레이트(sucrose monolaurate), 화학식 4의 슈크로오스 모노올레이트(sucrose monooleate)등의 슈가에스테르, 화학식 5의 스판계면활성제(span 80)를 사용한다.
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
소포로리피드의 생분해도
소포로리피드의 생분해도 측정은 용존산소소비량으로 측정한다. 용존산소소비량은 적정법과 산소전극법을 병행한다. 시료는 생물학적산소요구량(BOD) 측정방법과 동일하게 준비하며 해수에 소포로리피드가 최종농도 100ppm이 되도록 첨가하여 동일시료병을 여러 개 만든 후 한 개씩 측정하며, 온도는 32℃와 5℃에서 각각 수행한다. 대조구로 국내에서 주로 사용되는 대표적인 계면활성제인 선형 알킬벤젠술포네이트(linear alkylbenzenesulfonate, LAS), 알킬설페이트(alkyl sulfate, AS), 알파올레핀술포네이트(alphaolefinsulfonate, AOS), 그리고 알킬폴리옥시설페이트(alkylpolyoxyethylenesulfate, AES) 등과 병행하여 실험하였다. 생분해도는 다음과 같이 계산되며 시간에 따른 생분해도를 표 1에 나타내었다.
시간＼온도 소포로리피드 선형 알킬벤젠술포네이트 알킬설페이트 알파올레핀술포네이트 알킬폴리옥시에틸렌설페이트
5℃ 32 ℃ 5℃ 32 ℃ 5℃ 32 ℃ 5℃ 32 ℃ 5℃ 32 ℃
12시간 0% 40% 0% 0% 0% 3% 0% 5% 0% 20%
24시간 0% 100% 0% 5% 3% 95% 0% 10% 0% 50%
6일 70% 100% 2% 20% 30% 100% 0% 100% 20% 100%
8일 90% 100% 2% 25% 40% 100% 0% 100% 30% 100%
표 1의 결과로부터, 소포로리피드는 32℃에서 24시간만에, 5℃에서는 8일만에 약 90%의 산소소비량을 나타내며 국내에서 주로 사용되는 여러 종류의 계면활성제에 비해 생분해도가 우수함을 알 수 있다.
<실시예 2>
대표적인 적조 원인 생물중의 하나인 프로로센트륨 미니멈(prorocentrum minimum)의 배양액에 소포로리피드를 1-300ppm의 농도로 첨가하여 일정시간이 경과한 후 프로로센트륨 미니멈의 운동양상을 관찰한다.
프로로센트륨 미니멈의 배양에 사용한 배지의 조성은 다음과 같다. 멸균된 해수에 아질산나트륨 880 μ㏖, 인산나트륨 2수화물 36.2 μ㏖, 산화규소나트륨 5수화물 53.5 μ㏖, 염화코발트 6수화물 0.047 μ㏖, 황산구리 5수화물 0.04 μ㏖, 염화망간 4수화물 0.91 μ㏖, 몰리브산나트륨 2수화물 0.026 μ㏖, 황산아연 7수화물 0.075 μ㏖, 시트르산 21.4 μ㏖, 페릭시트르산 13.45μ㏖, 바이오틴 0.002 μ㏖, 시아노코발아민 0.0004 μ㏖, 티아민 0.3 μ㏖이 되도록 첨가하여 사용한다.
프로로센트륨 미니멈의 배양은 20℃로 조절된 배양기에서 명 12시간, 암 12시간 주기로 배양하며 대수성장기에 이른 프로로센트륨 미니멈 배양액을 슬라이드 글라스 위에 떨어뜨리고 이 배양액에 해수에 현탁시킨 소포로리피드 용액 일정양을 첨가하여 용액의 최종 농도가 각각 1∼300 ppm이 되도록 섞어 준 다음 소포로리피드 처리 전과 후의 프로로센트륨 미니멈의 운동양상 변화를 현미경을 통하여 관찰한다. 표 2에 프로로센트륨 미니멈의 운동성 저해율을(%)을 대조구(별도의 처리를 하지 않음)와 비교하여 나타내었다.
시간(초) 프로로센트륨 미니멈의 운동성 저해율(%)
330ppm 100ppm 50ppm 10ppm 5ppm 1ppm 대조구
0 0 0 0 0 0 0 0
30 100 100 58.7 42.7 26.0 21.9 1.5
60 100 100 85.5 83.3 53.1 39.8 4.8
90 100 100 91.9 93.6 66.0 48.0 6.1
120 100 100 96.8 97.2 76.0 52.5 5.9
180 100 100 100 100 95.9 77.0 3.8
240 100 100 100 100 100 83.7 5.2
프로로센트륨 미니멈에 대한 소포로리피드의 농도별 영향을 조사한 결과, 표 2에 제시된 바와 같이, 100ppm 이상의 농도에서는 처리 후 30초 이내에 운동성을 상실하였으며 50ppm 이하의 농도에서는 약 5분 이내에 운동성을 상실하는 것으로 나타났다.
<실시예 3>
대표적인 적조 원인 생물중의 하나인 프로로센트륨 미니멈(prorocentrum minimum)의 배양액에 람노리피드를 50ppm의 농도로 첨가한 후, 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다. 표 3에 그 결과를 나타내었다.
<실시예 4>
대표적인 적조 원인 생물중의 하나인 프로로센트륨 미니멈(prorocentrum minimum)의 배양액에 슈가에스테르(슈크로오스 모노올레이트, 슈크로오스 모노라우레이트)를 50ppm의 농도로 첨가한 후, 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다. 표 3에 그 결과를 나타내었다.
<실시예 5>
대표적인 적조 원인 생물중의 하나인 프로로센트륨 미니멈(prorocentrum minimum)의 배양액에 스판계면활성제(span 80)를 50ppm의 농도로 첨가한 후, 일정시간이 경과한 후 프로로센트륨 미니멈의 운동양상을 관찰하였다. 표 3에 그 결과를 나타내었다.
시간(초) 프로로센트륨 미니멈의 운동성 저해율(%)
람노리피드50ppm 슈크로오스모노라우레이트50ppm 슈크로오스모노올레이트50ppm 스판50ppm 대조구
0 0 0 0 0 0
30 55.9 30.4 4.2 9.2 1.5
60 82.5 58.3 36.0 33.3 4.8
90 91.1 62.4 48.3 42.6 6.1
120 95.1 66.7 54.2 47.9 5.9
180 100 67.8 61.7 49.6 3.8
240 100 74.8 69.4 48.3 5.2
표 3의 결과로부터, 람로리피드는 처리 후 3분 경과 후 운동성을 모두 상실하였으며 슈가 에스테르인 슈크로오스 모노라우레이트와 슈크로오스 모노올레이트 그리고 스판계면활성제는 각각 처리 1분, 2분, 4분만에 약 50%가 운동성을 상실함을 알 수 있으며 화학합성 당지질에 비해 미생물에서 생산된 당지질의 저해효과가 우수한 것으로 나타났다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 당지질을 이용한 적조 방지 방법에 의하면 저가의 원료를 이용할 수 있으므로 적조 방지제를 대량으로 생산할 수 있어 적조 방제시 처리비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 사용되는 당지질은 생분해도가 크므로 해수에 적용시 2차적인 환경오염이 없으며 저농도에서도 단기간에 효과를 나타내므로 적조예방 차원이 아닌 적조 발생시 빠른 구제에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

  1. 생분해성 당지질을 살포하여 적조 원인 생물을 제거하는 적조 방지 방법으로서,
    상기 당지질은 하기 화학식 1로 표시되는 소포로리피드, 하기 화학식 2로 표시되는 람노리피드, 하기 화학식 3 또는 하기 화학식 4로 표시되는 슈가에스테르, 및 하기 화학식 5로 표시되는 스판계면활성제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 당지질을 이용한 적조 방지 방법.
    [화학식 1]
    [화학식 2]
    [화학식 3]
    [화학식 4]
    [화학식 5]
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기의 소포로리피드는 토루롭시스 밤비오콜라(Torulopsis bombiocola), 토루롭시스 아피콜라(Torulopsis apicola), 또는 토루롭시스 페트로피리옴(Torulopsis petrophilum)로부터 배양되고, 배양물로부터 균체를 제거한 후 정제되는 것을 특징으로 하는 당지질을 이용한 적조 방지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기의 람노리피드는 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa)로부터 배양되고, 배양물로부터 균체를 제거한 후 정제되는 것을 특징으로 하는 당지질을 이용한 적조 방지 방법.
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