KR101098823B1

KR101098823B1 - 축사 악취 제거용 미생물 제제의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료

Info

Publication number: KR101098823B1
Application number: KR1020080064709A
Authority: KR
Inventors: 구동환; 김명진; 곽민근; 최현식
Original assignee: 강원도 횡성군; 주식회사 에스씨아이
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2011-12-26
Also published as: KR20100004505A

Abstract

본 발명은 축사 악취 제거능을 갖는 신규한 미생물 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis) KJ2(기탁번호 KCTC 11350BP)를 포함하는 미생물 제제의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료에 관한 것이다. 본 발명에 따른 신규한 미생물은 악취 제거 능력이 우수하며, 상기 미생물을 포함하는 제제를 가축에게 급여하거나 축사 주변에 살포하는 경우 축사의 휘발성 지방산 및 암모니아 수치를 감소시킬 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

바실러스 리케니포르미스, 미생물 제제, 악취 제거

Description

축사 악취 제거용 미생물 제제의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료{MANUFACTURING METHOD OF MICROBIAL AGENT FOR REDUCING OFFENSIVE ODOR OF LIVESTOCK FARM AND FEED FOR HOG RAISING INCLUDING MICROBIAL AGENT MANUFACTURED BY THE SAME METHOD}

본 발명은 축사 악취 제거능을 갖는 신규한 미생물 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis) KJ2(기탁번호 KCTC 11350BP)를 포함하는 미생물 제제의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료에 관한 것이다.

근래 가축 사육 농장에서 자연적으로 생성되는 가스로 인한 악취 문제는 농업 환경오염과 함께 사회적 문제로 대두되고 있다. 농경지의 악취의 주원인은 가축 분뇨의 생산, 처리 및 시용 등에 의하며, 이는 사료의 사용과 사양 두수의 증가로 인해 더욱 심각해지고 있다. 악취 가스의 생성은 가축 분의 저장 기간 중 혐기적 발효 과정을 통하여 가축분 속의 섬유소와 황 함유 유기 물질이 분해될 때 생성된다. 따라서 가축 분뇨를 저장, 처리 혹은 시용하는 주위에는 불쾌하게 느껴지는 냄새가 생기게 되며, 때로는 곤충류, 특히 파리, 모기 등과 같은 해충이 번식하여 위생상 좋지 않은 영향을 미치기도 한다.

악취 성분은 주변의 신선한 공기에 순차적으로 희석되어 피해 범위를 확대시키지 않는 것이 일반적이다. 그러나 주변 지형이나 건축물의 배치, 풍속 및 기압 등의 기상 조건에 따라서 상당한 범위로 확산되어 피해가 발생하기도 하는데, 계분 건조기에서 발생한 악취의 경우 7km, 양돈 농가에서 발생한 악취의 경우 5km까지 악취로 인한 피해가 발생했다는 보고도 있다.

가축 배설물과 퇴비화 과정에서 주로 발생하는 악취 가스로는 암모니아를 비롯하여 메틸머캡탄(methylmercaptan), 디메틸설파이드(dimethylsulfide), 디메틸디설파이드(dimethydisulfide) 등의 황화합물, 휘발성 지방산(volatile fatty acids) 및 알콜류 등 여러 가지 화합물들이 알려져 있다.

축사에서 발생되는 악취를 제거하기 위한 방법으로 물리적 방법과 화학적인 방법, 생물학적 방법 등 여러 방법이 활용되고 있다. 그러나 이용 처리 시스템에 따라서는 악취 성분의 다양성으로 인해 효율이 저하될 수 있고, 근원적으로 악취를 제거하지 못할 수 있을 뿐만 아니라 유지를 위한 비용이 많이 들 수 있다. 또한 국내에서 검증되지 않는 생물 제제를 사용함으로써 병원성균 등에 의한 오염을 가져올 수 있으며, 토양시비 경우 가축이나 사람에게도 많은 악영향을 미칠 수 있다.

생물학적 방법 중 미생물을 이용하여 악취를 제어하는 목적은 가축 장기내의 미생물 상중 유익균의 인위적인 우점화를 통한 청정 축사 유도, 육질 개선과 더불어 분뇨 처리시 환경오염을 최소화하기 위한 것이다.

본 발명자들은 축산 폐수, 토양, 분변 등으로부터 분리한 신규한 미생물이 축사 악취의 주요성분인 휘발성 지방산 및 암모니아를 효과적으로 제어하는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 축사 환경 문제를 유발하는 악취를 효과적으로 제거할 수 있는 신규한 미생물을 포함하는 미생물 제제의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 축사의 악취 제거능을 갖는 신규한 미생물 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis) KJ2(기탁번호 KCTC 11350BP)를 포함하는 미생물 제제의 제조방법을 제공한다.

삭제

또한 본 발명은 상기한 방법으로 제조되는 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료를 제공한다.

본 발명에 따른 신규한 미생물은 축사 악취 감소에 뛰어난 효과를 나타낸다.

또한, 상기 신규한 미생물을 포함하는 미생물 제제는 양돈용 사료 첨가제로 사용하는 경우 사료 효율을 개선시킬 수 있고, 양돈 장기내의 미생물 중 유익균의 인위적인 우점화를 통해 청정 축사를 유도할 수 있는 우수한 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 미생물 제제는 축사의 휘발성 지방산 및 암모니아를 제어하는 효과도 갖는다.

본 발명은 신규한 미생물 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis) KJ2(기탁번호 KCTC 11350BP)를 포함하는 축사 악취 제거용 미생물 제제의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 미생물 제제를 포함하는 양돈용 사료에 관한 것이다.

상기 축사 악취 제거용 미생물 제제는 사료 총중량에 대하여 0.2%로 포함되는 것이 바람직하다.

삭제

또한, 본 발명에 따른 축사 악취 제거용 미생물 제제의 제조방법은 MnSO₄ 0.04 g/L, MgSO₄ 0.8 g/L, KH₂PO₄ 4 g/L, CaCO₃ 1 g/L, molasses 20 g/L, CSL(corn steep liquor) 40 g/L를 포함하는 전배양 배지에, 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis) KJ2(기탁번호 KCTC 11350BP) 균주를 접종한 후 12시간 동안 전배양하는 단계; 상기 전배양된 균주를 상기 전배양 배지와 동일한 성분의 생산배지에 접종하여 9시간 동안 37℃에서 1vvm(vessel volume per minute), 250rpm으로 교반하여 통기시키면서 배양하는 1차 본배양 단계; 상기 1차 본배양된 균주를 상기 전배양 배지와 동일한 성분의 생산배지에 접종하여 포자가 형성될 때까지 37℃에서 0.5vvm, 120rpm으로 교반하여 통기시키면서 배양하는 2차 본배양 단계; 및 상기 2차 본배양 단계에서 얻어진 배양 균액을 옥수수분, 탈지강 및 밀기울 중 선택되는 하나 이상의 곡물가루와 4:5의 중량비율로 혼합한 후 수분함량 10중량%까지 45℃에서 열풍 건조하여 미생물 제제를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 미생물 제제의 제조단계에서 얻어진 미생물 제제를 사료 총중량에 대하여 0.2%로 혼합하여 양돈용 사료를 제조할 수 있다.

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예 및 실험예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 신규 미생물의 선발

양돈장의 정화조 폐수로부터 시료를 채취한 후 채취한 시료 1㎖를 TSE-YE(0.6%)에 도말하고 37℃에서 72시간 동안 배양하여 생성된 균락(colony)을 선발하여 분리하였으며, 분리한 균주 중 돼지 분뇨 배지에서 성장하는 균을 1차 선발하였다. 1차 선발된 균이 황산화 배지(표 1 참조), 질산화 배지(표 2 참조) 및 암모니아 산화 배지(표 3 참조)에서 잘 성장하는 경우 2차 선발하였다. 이렇게 선발된 균을 기체 크로마토그래피(GC)를 사용하여 휘발성 지방산을 얼마나 감소시키는지 정량 조사하였다.

돼지 분뇨 슬러리 평판배지에 각각의 균을 접종한 다음 30℃에서 48시간 동안 배양한 후 성장한 균을 1차 선발하였다. 이 균을 황산화 선택 평판 배지, 질소 산화 선택 평판 배지 및 암모니아 산화 선택 평판 배지에 도말하고 30℃에서 48시간동안 배양하여 성장한 균을 2차 선발한 후, 황 산화 broth, 암모니아 산화 broth와 질산화 broth에 접종하여 30℃에서 48시간 동안 배양하였다. 그 후 Optical density(OD)를 측정하여 가장 농도가 짙은 균 2개를 선발하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 나타내었다.

상기 선발된 신규한 미생물 Bacillus licheniformis KJ2 및 Bacillus subtilis SUN2의 당 이용성을 테스트한 결과는 각각 아래 표 5 및 표 6에 나타내었다.

실험예 1: 휘발성 지방산의 감소 효과 실험

돼지 분변에 첨가한 신규 미생물이 휘발성 지방산 감소에 미치는 영향을 조사하기 위하여 분변 10g과 증류수 90㎖을 500㎖의 삼각플라스크에 넣어 혼탁하고, 각각의 균(B. licheniformis KJ2, B. subtilis SUN2)을 접종하여 각각 12시간과 24시간 배양 후 결과를 측정함으로써 지방산의 감소효과를 대조구와 비교하여 검증하였다.

도 1은 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 초산(acetic acid) 감소 효과를 나타낸 그래프이다. 분리한 신규 미생물 접종시 대조구에 비하여 최고 81.3% 감소 효과를 나타냄을 확인하였다.

도 2는 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 프로피온산(propionic acid) 감소 효과를 나타낸 그래프이다. 분리한 신규 미생물 접종시 대조구에 비하여 최고 63.2% 감소 효과를 나타냄을 확인하였다.

도 3은 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 부틸산(butyric acid)의 감소 효과를 나타낸 그래프이다. 분리한 신규 미생물 접종 시 대조구에 비하여 최고 92.7% 감소 효과를 나타냄을 확인하였다.

도 4는 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 발레익산(valeric acid)의 감소 효과를 나타낸 그래프이다. 분리한 신규 미생물 접종시 대조구에 비하여 최고 66.3% 감소 효과를 나타냄을 확인하였다.

도 5는 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 카프로피오닉산(capropionic acid)의 감소 효과를 나타낸 그래프이다. 분리한 신규 미생물 접종시 대조구에 비하여 최고 94.4% 감소 효과를 나타냄을 확인하였다.

실험예 2: 사료 첨가용 미생물 제제(생균제) 제조를 위한 생산 배지 최적화 실험

분리한 균을 산업적으로 대량 배양을 하기 위하여 고가의 TSB 배지를 대체할 수 있는 저렴한 가격의 Corn Steep Liquor(CSL)을 기본으로 한 산업용 배지를 검토하기 위하여 MnSO₄ 0.004%(0.04 g/L), MgSO₄ 0.08%(0.8 g/L), KH₂PO₄ 0.4%(4 g/L), CaCO₃ 0.1%(1 g/L)를 기본으로 함유한 배지에서 CSL 농도와 당밀(Molasses) 농도를 1~4%(10~40 g/L)로 조절하여 24시간 배양하면서 농도별 균의 생육 정도를 비교하였다.

(1) 바실러스 리케니포르미스 KJ2의 생산 배지 최적화

선발된 바실러스 리케니포르미스 KJ2를 사료 첨가용 미생물 제제(생균제)로 제조하기 위하여 질소원으로 Corn Steep Liquor(CSL)과 탄소원으로 당밀(molasses)을 이용하는 산업용 배지로 생산 균수를 최적화 하였다(표 7 참조). 생균수와 열풍 건조 후 회복 생균수는 molasses 3%(30 g/L)와 CSL 4%(40 g/L)일 때 각각 3.55×10⁹ cfu/ml과 1.19×10⁹ cfu/ml으로 가장 높게 나타났지만, 원료비를 고려할 때 molasses 2%(20 g/L)와 CSL 4%(40 g/L)일 때 열풍 건조 후 회복 생균수가 1.12×10⁹ cfu/ml으로 31.5%의 회복율을 보여 가장 적합한 것으로 선택되었다.

(2) 바실러스 섭틸리스 SUN2의 생산 배지 최적화

선발된 바실러스 섭틸리스 SUN2를 사료 첨가용 미생물 제제(생균제)로 제조하기 위하여 질소원으로 CSL과 탄소원으로 molasses를 이용하는 산업용 배지로 생산 균수를 최적화 하였다(표 8 참조). 생균수와 건조 후 생균수는 당성분과 단백질 성분이 가장 많이 들어간 molasses 3%(30 g/L)와 CSL 4%(40 g/L)의 비율이 3.84×10⁹ cfu/ml와 1.29×10⁹ cfu/ml로 가장 높았지만, 이것도 위의 경우와 마찬가지로 원료비를 고려하여 배지 총중량에 대하여 molasses 1%(10 g/L)와 CSL 4%(40 g/L)일 때 건조 후 생균수가 1.04×10⁹ cfu/ml로 36.1%의 생존율을 보여 가장 적합한 생산 배지로 선택되었다. 악취 제거능을 갖는 신규 미생물을 생산하기 위한 molasses와 CSL의 최적 조합 비율은 표 9에 나타내었다. 바실러스와 같은 내생 포자 형성 균은 포자를 형성하기 위해서 당의 양이 제한되어야 하고 질소원의 양이 풍부하게 존재해야 하는 것이 적합한 것으로 나타났다.

실험예 3: 미생물 제제(생균제)의 제조

실험실 수준에서 선발한 산업용 배지를 사용하여 산업화를 위한 생산 시설에 적용하는 실험을 수행하였다. 먼저, 2ℓ flask에 400㎖의 생산 배지에 실시예 1에서 선발한 신규 미생물(B. licheniformis KJ2, B. subtilis SUN2)을 각각 접종 후 12시간 동안 배양하고 20ℓ의 배지를 함유하는 30ℓ 발효기에 접종하여 9시간 동안 37℃에서 1vvm(vessel volume per minute), 250rpm으로 교반하여 통기시키면서 배양하고 3톤의 발효기 1600ℓ배지에 접종하여 포자가 형성할 때(통상 20시간 이내)까지 37℃에서 0.5vvm, 120rpm으로 교반하여 통기시키면서 배양하였다. 배양 균액을 곡물가루(옥수수 분, 탈지강, 밀기울)에 4 : 5의 중량 비율로 혼합한 후 수분 함량이 10중량% 정도까지 케비넷 건조기에서 열풍 건조(45℃)하여 각각의 미생물 제제(생균제)를 제조한 후 20kg 단위로 포장하였다.

실험예 4: 신규 미생물을 포함하는 사료 첨가용 미생물 제제의 ICR 마우스를 이용한 간이 독성 검사

태어난 지 2주령 되는 ICR 마우스를 분양 받아 사육케이지 당 4마리를 넣어 1주일 동안 안정을 취하였다. 사육환경은 21℃±3℃, 상대 습도는 40~60%이었으며, 케이지내의 깔짚은 3일에 한번씩 갈아주었다. 실험 균주(본 발명에 따른 신규 미생물, B. licheniformis KJ2와 B. subtilis SUN2) 접종량은 균주 배양액 1.2㎖을 펠렛 사료 60g에 분주하여 사료 대비 균 접종액의 양이 0.2중량%가 되도록 하여 20분 가량 정치한 후 사료 급여 통에 넣어두었다. 독성 검사는 간접적인 방법으로 각각 개체에 대한 일당 증체량과 사료 효율 및 사료 요구율을 대조구와 비교하였으며, 직접적인 방법으로 각각 개체의 적혈구와 백혈구수를 측정하여 대조구와 비교하여 독성유무를 판단하였다. 표 10은 각각 균주의 급여에 의한 ICR 마우스의 사양 효과를 나타낸 자료이며, 표 11은 각각 균주의 급여에 의한 ICR 마우스의 혈액내의 적혈구 수와 백혈구 수를 나타낸 자료이다. 본 발명에 따른 미생물 제제를 포함하는 사료를 급여시 특이적인 사양 성적의 차이나 혈액 성분 변화를 감지할 수 없었고, 어떤 외형적, 행동적인 변화를 볼 수 없었다.

하기 표 10에 있어서 일당 증체량은 숙주 1마리가 1일당 증체된 량을 계산 측정한 것이며, 사료 효율은 사료 1kg이 숙주의 몸무게를 증가시키는 양을 나타내고, 사료 요구율은 숙주의 체중 1kg을 증가시키는데 필요한 사료의 양을 의미한다.

실험예 5: 미생물 제제가 돼지 사료 효능에 미치는 영향 검토

사료 첨가용 미생물 제제의 투여량은 양돈장에서 일령에 맞추어 급여하는 일반 양돈용 시판 사료에 사료 톤당 2kg(0.2중량%) 용량으로 첨가하여 실험하였다. 본 발명에 따른 사료 첨가용 미생물 제제의 효능 실험을 위한 양돈장은 all in & all out 방식을 통하여 비육 사육하는 약 1,500두의 사육 규모를 가진 경남 산청 소재의 A씨 농장을 선택하여 실시하였다. 시험 개시 돼지수는 각각 20마리씩을 3개 군으로 나누어서 실시하였다. 사료 첨가용 미생물 제제를 양돈용 사료 총중량에 대하여 0.2%로 첨가하여 급여한 결과는 표 12에 나타내었다.

대조구에 비하여 처리구(급여구)에서 약 3.3% 정도의 증체율 증진과 사료 효율 개선 효과를 보여 생산성 증진 효과를 나타내었다.

실험예 6: 미생물 제제의 암모니아 감소 효과 검토

실험예 5와 연관하여 사료 첨가용 미생물 제제를 포함하는 사료를 급여한 결과 도 6과 같은 결과를 얻었다. 급여 시작 전 3주를 control 기간으로 설정하여 측정한 결과를 0일로 계산하였으며, 실험 시작 후 1주일에 한번씩 돼지들의 코 높이(지면에서 30~45㎝ 높이)에서 암모니아 농도를 개스킷(gas kit)으로 측정하였다. control 기간에는 14~16ppm 정도였던 것이 급여 1주일 후 약 7~8ppm으로 감소하여 투여 8주시까지 약 4~6ppm으로 유지되었다. 실험 결과 처리구의 경우 평균 70~80%의 암모니아 감소율을 보였다.

도 1은 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 초산 감소 효과를 나타낸 그래프이다.

도 2는 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 프로피온산 감소 효과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 부틸산의 감소 효과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 발레익산의 감소 효과를 나타낸 그래프이다.

도 5는 바실러스 리케니포르미스 KJ2와 바실러스 섭틸리스 SUN2의 카프로피오닉산의 감소 효과를 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 미생물 제제를 사료에 첨가하여 돼지에 급여한 일수 별로 암모니아의 감소 정도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims

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MnSO₄ 0.04 g/L, MgSO₄ 0.8 g/L, KH₂PO₄ 4 g/L, CaCO₃ 1 g/L, molasses 20 g/L, CSL(corn steep liquor) 40 g/L를 포함하는 전배양 배지에, 바실러스 리케니포르미스(Bacillus licheniformis) KJ2(기탁번호 KCTC 11350BP) 균주를 접종한 후 12시간 동안 전배양하는 단계;

상기 전배양된 균주를 상기 전배양 배지와 동일한 성분의 생산배지에 접종하여 9시간 동안 37℃에서 1vvm(vessel volume per minute), 250rpm으로 교반하여 통기시키면서 배양하는 1차 본배양 단계;

상기 1차 본배양된 균주를 상기 전배양 배지와 동일한 성분의 생산배지에 접종하여 포자가 형성될 때까지 37℃에서 0.5vvm, 120rpm으로 교반하여 통기시키면서 배양하는 2차 본배양 단계; 및

상기 2차 본배양 단계에서 얻어진 배양 균액을 옥수수분, 탈지강 및 밀기울 중 선택되는 하나 이상의 곡물가루와 4:5의 중량비율로 혼합한 후 수분함량 10중량%까지 45℃에서 열풍 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 축사 악취 제거용 미생물 제제의 제조방법.
청구항 4의 방법에 의해 제조되는 축사 악취 제거용 미생물 제제를 포함하는 것을 특징으로 하는 양돈용 사료.
청구항 5에 있어서, 상기 축사 악취 제거용 미생물 제제는 사료 총중량에 대하여 0.2%로 포함하는 것을 특징으로 하는 양돈용 사료.