KR101796380B1

KR101796380B1 - 인공 반추위 모델 장치

Info

Publication number: KR101796380B1
Application number: KR1020160047496A
Authority: KR
Inventors: 현영; 김용호; 김지희; 김관후
Original assignee: 주식회사 이지바이오
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-11-09
Also published as: KR20170119460A

Abstract

본 발명은 인공 반추위 모델 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메인 발효조와 상기 발효조 내부 수면 높이에 맞추어 배출되는 연결관, 상관과 연결된 실린더 및 실린더 브러쉬를 포함하며, 상기 발효조 내 실린더와 연결된 자동화된 사료투입구를 포함하는 인공 반추위 연속배양 시스템에 관한 것이다. 특히, 투입되는 사료는 조사료를 포함하는 펠렛 형태로 성형되며, 상기 사료가 투입구에 수직 탄착식으로 저장되어 시간에 따라 자동 공급되는 자동공급장치를 포함한다. 본 발명에 따르면 반추위 발효성상 및 사료 및 사료 원료, 사료첨가제에 대한 반추위 소화율 및 영양학적 가치를 평가할 수 있으며, 추가적으로 사료 급여장치의 자동화, 온도 및 pH의 자동 기록 및 샘플 채취 자동화를 통해 노동력 절감 및 연구자의 복지를 향상하고 연구 결과의 재현성을 높일 수 있게 개발한 시스템을 제공한다.

Description

인공 반추위 모델 장치{Artificial rumen model equipment}

본 발명은 인공 반추위 모델 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메인 발효조와 상기 발효조 내부 수면 높이에 맞추어 배출되는 연결관, 상관과 연결된 실린더 및 실린더 브러쉬를 포함하며, 상기 발효조 내 실린더와 연결된 자동화된 사료투입구를 포함하는 인공 반추위 연속배양 시스템에 관한 것이다.

반추동물은 단위동물과 달리 반추위 내에서 미생물이 분해한 VFA(volatile fatty acid)를 에너지원으로 이용하기 때문에 반추위 내 발효성상이 축우의 생산성에 큰 영향을 미친다. 따라서 반추동물의 반추위 내 발효성상 및 사료이용율을 확인하기 위해서 반추위액을 이용한 다양한 in vitro 연구 및 in vivo 연구가 진행되고 있다. 반추위액을 이용한 in vitro 실험은 주로 serum bottle 내에 artificial saliva인 McDougall's buffer와 동물의 혼합액 내에 반추위액을 접종하여 혐기적으로 배양하는 방법(Miler and Wolin, 1974)인 in vitro 회분배양(batch culture)등이 많이 이용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 실제 반추위 내에서 일어나는 in vivo 발효성상과 상이한 점이 있어 실질적인 반추위 내 영양소 소화율 및 가치평가가 어려운 점이 있다. 또한 in vivo 방법은 직접 동물에서 사료의 영양소 소화를 측정하기 때문에 시간과 비용 등이 많이 소요된다(Van Straalen and Tamminga, 1990). 따라서 in vitro 상에서 진행하는 batch culture의 단점과 in vivo 실험의 단점을 극복하기 위해 반추위 연속배양장치에 관한 다양한 연구가 진행되고 있다.

반추위 연속배양장치는 Muetzel 등이 기존에 개발한 모델을 사용하고 있으나, 상업적으로 시판되는 모델이 없고 lab scale 모델로 연구 장비 운영 및 관리의 어려움이 있다. 특히, 기존의 장치들은 자동화가 되어 있지 않아 실험용 사료 투입, 연구진행, 시료 채취 등에 많은 노동력이 필요하다.

한국등록특허 제1449144호에는 반추위 모형 연속배양 시스템이 개시되어 있으나, 본 발명의 자동화된 사료투입장치와 배출구 막힘 방지 장치를 포함하는 인공 반추위 모델에 대해서는 기재된 바가 없다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

사료공급장치와 버퍼공급장치를 자동화하여 기존의 수동식 인공 반추위 모델의 단점을 보완하였으며, 온도 및 pH의 자동 기록 및 배출구 막힘 현상을 방지하는 시스템을 통해 노동력 절감 및 연구자의 복지를 향상하고 연구 결과의 재현성을 높일 수 있는 시스템을 개발하였으며, 원료 사료 및 사료첨가제의 반추위 내 발효성상 변화, 반추위 내 소화율 및 영양적 가치 평가를 확인하기 위한 인공 반추위 모델 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 일측에 배출구가 형성되고, 타측에는 사료 투입구가 형성되는 발효조와;

상기 발효조의 배출구에 연결되어 상기 배출구의 내부가 막히는 것을 방지하는 전자동 실린더 브러쉬 장치와;

상기 발효조의 사료 투입구에 연결되어 발효조의 내부에 사료를 투입하는 자동 사료투입장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 발효조는 상부가 개구되도록 내부가 중공되고, 상기 개구된 상부에는 중공된 내부를 개폐하는 뚜껑이 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 뚜껑에는 발효조의 내부까지 형성된 교반봉과 직접 연결되는 교반기가 설치되고, 상기 뚜껑의 일단면에는 버퍼투입구, 가스투입구, pH 측정기 투입구, D.O.센서 투입구, 온도계투입구, 가스 배출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 배출구는 상측 대각 방향으로 경사지게 형성되어 끝단부에 전자동 실린더 브러쉬 장치가 연결되고, 상기 배출구의 일단부에는 하측 대각 방향으로 분기되는 하관이 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 배출구의 하관에는 발효조에서 오버 플로워(overflow)된 반추위 소화물이 이송되어 저장되는 샘플 저장장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 샘플 저장장치는 외주연에 재킷으로 둘러쌓여 있고, 상기 재킷의 내부에 냉각수가 순환되며, 상기 냉각수를 순환시키는 항온수조와 연결되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 버퍼투입구는 유동관에 의해 버퍼가 담긴 bottle과 연결되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 가스 배출구는 발효조 내부에서 발효에 의해 생성되는 가스가 배출되는데, 유동관에 의해 테틀러 백과 연결되어 발생된 가스가 테틀러 백에 포집되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 전자동 실린더 브러쉬 장치는, 상기 발효조의 배출구에 탈부착이 가능하도록 형성되는 브러쉬 실린더와;

상기 브러쉬 실린더의 일측에 연결되어 발효조의 배출구 내부에 구비되고, 상기 브러쉬 실린더에 의해 피스톤 운동을 하여 발효조의 배출구 내부를 청소하는 청소 브러쉬와;

상기 브러쉬 실린더의 타측에 형성되어 브러쉬 실린더를 설정조건에 맞춰 작동시키는 모터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 자동 사료투입장치는, 상기 발효조의 사료 투입구에 수직으로 연결되고, 내부에 펠렛형태의 사료가 저장되어 있는 사료저장부와;

상기 발효조의 사료 투입구와 연결되는 사료투입 실린더와;

상기 사료투입 실린더의 일측에 연결되어 발효조의 사료 투입구 내부에 구비되되, 상기 사료저장부의 하단부에 위치하여 사료저장부에서 낙하된 사료가 받쳐주도록 받침홀이 형성되고, 상기 사료투입 실린더에 의해 피스톤 운동을 하여 받침홀이 발효조의 내부까지 이송됨과 동시에 받침홀에 위치한 사료가 발효조의 내부에서 탈거되는 사료전달부와;

상기 사료투입 실린더의 타측에 형성되어 사료투입 실린더를 설정조건에 맞춰 작동시키는 모터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 인공 반추위 모델 장치는 반추위에서 생성되는 발효물을 획득하여 발효 성상을 확인할 수 있으며, 추가적으로 사료 급여장치의 자동화, 온도 및 pH의 자동 기록 및 샘플 채취 자동화를 통해 노동력 절감 및 연구자의 복지를 향상하고 연구 결과의 재현성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 모델들의 단점인 사료투입구 막힘 및 배출구 막힘 현상을 자동 사료투입장치 및 실린더 브러시를 통하여 개선하여 in vitro 상에서 반추위의 기능적인 측면을 보다 손쉽게 연구할 수 있는 시스템을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 발효조를 나타낸 정면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발효조의 뚜껑을 나타낸 평면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 사료투입장치가 부착된 발효조를 나타낸 정면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 사료투입장치의 작동을 나타낸 개략도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자동 실린더 브러쉬 장치를 나타낸 정면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 샘플 저장장치를 나타낸 정면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 반추위 모델 장치를 나타낸 정면도이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 인공 반추위 모델 장치는 일측에 배출구(200)가 형성되고, 타측에는 사료 투입구(130)가 형성되는 발효조(100)와; 상기 발효조(100)의 배출구(200)에 연결되어 상기 배출구(200)의 내부가 막히는 것을 방지하는 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)와; 상기 발효조(100)의 사료 투입구(130)에 연결되어 발효조(100)의 내부에 사료를 투입하는 자동 사료투입장치(500)와, 인공 반추위 샘플 저장장치(600) 및 제어부(700)로 구성된다.

상기 발효조(100)는 도 1 내지 도 3 및 도 7에 도시한 바와 같이, 발효조(100) 관리가 쉽고 파손을 막기 위해 스테인레스 재질로 제작하며, 외부에서 내부 상태 관찰이 가능한 관찰창(110)을 설치한다. 여기서, 상기 발효조(100)는 스테인리스 재킷(120)타입으로 외부에 설치된 항온수조를 통해 열수 순환식으로 온도를 유지하며, 상기 발효조(100) 자체의 세척과 멸균을 위해 모든 부품은 분리가 가능하게 설계된다. 이때, 상기 발효조(100)의 배양용량은 1.5L 이며 총 용량은 3L이다.

그리고, 상기 발효조(100)에 연결된 배출구(200)는 배양용량인 1.5L에서 버퍼의 공급에 의해 발효물이 overflow될 수 있도록 제작한다. 또한, 상기 배출구(200)는 조사료 함량이 높은 반추위 특성상 발생할 수 있는 배출구(200) 막힘 현상을 해결하기 위해 자동 사료투입장치(500)에 사용되는 브러쉬 실린더(250)를 적용하여 막힘 방지 장치를 설치한다.

또한, 상기 배출구(200)는 상측 대각 방향으로 경사지게 형성되어 끝단부에 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)가 연결되고, 상기 배출구(200)의 일단부에는 하측 대각 방향으로 분기되는 하관(220)이 돌출 형성된다. 이때, 상기 배출구(200)의 하관(220)에는 발효조(100)에서 오버 플로워(overflow)된 반추위 소화물이 이송되어 저장되는 샘플 저장장치(600)와 연결된다.

여기서, 상기 발효조(100)는 상부가 개구되도록 내부가 중공되고, 상기 개구된 상부에는 중공된 내부를 개폐하는 뚜껑(300)이 형성되는데, 상기 발효조(100)의 뚜껑(300)은 교반기(400)가 상부에 설치되는데, 즉, 인공 반추위 내부 교반기(400)는 발효조(100) 내부에서 저속으로 교반이 원활하게 이루어지기 위한 스크류 타입의 교반기(400)가 발효조 뚜껑(300)이 부착되어 전동으로 교반되며, pH 측정봉 투입구(350)과 용존산소량 측정봉 투입구(340), 버퍼투입구(360), 이산화탄소 및 질소 가스 투입구(380), 온도계 투입구(370), 가스배출구(320) 등이 형성된다. 이때, 상기 발효조 뚜껑(300)에 부착된 교반기(400)의 회전을 위한 모터를 조립식 형태로 발효기 상단에 포함하며, 상기 교반기(400)는 상기 교반봉(310)의 회전속도를 0~120rpm까지 제어한다.

또한, 상기 버퍼투입구(360)는 버퍼가 담긴 bottle(760)과 연결되어 있으며, bottle(760) 발효조(100)는 유동적인 관으로 연결되며, 연동펌프(750)를 통해 투입속도가 조절되고, 상기 연동펌프(750)는 0.75~2.5ml/분의 양으로 상기 버퍼를 공급한다.

그리고, 상기 가스배출구(320)는 발효조(100) 내 수분 증발을 막기 위해, 콘덴서(420)가 설치되어 외부에 설치된 냉수 순환식 항온수조에 의해 설정온도로 온도가 유지된다. 발효조 뚜껑(300)의 재질도 스테인리스로 제작되었으며, 모든 장치는 분리가 가능하다. 발효조 뚜껑(300)에는 pH 측정봉, 용존산소량 측정봉, 버퍼투입관, 가스투입관 및 가스배출구, 온도계 등이 모두 탈착이 가능하도록 설계된다.

또한, 상기 발효조(100)는 메탈 재킷(120)으로 보온되며, 내부에 온수가 순환될 수 있도록 하는 항온수조와 연결되고, 상기 발효조(100)와 연결된 항온수조는 37~39℃로 온도가 유지된다.

그리고, 상기 가스투입구(380)를 통해 들어오는 가스는 유동적인 관에 의해 발효조(100) 내부와 연결되어 있으며, 상기 가스는 가스 투입량 조절 밸브(미도시)와 연결되고, 상기 가스는 이산화탄소 또는 질소로 가스통(미도시)에 연결된다.

한편, 상기 발효조(100) 내부에서 발효에 의해 생성되는 가스는 가스배출구(320)를 통해 배출되며, 유동적인 관으로 테들러 백과 연결되어 발생되는 가스를 포집한다.

상기 자동 사료투입장치(500)는 도 3 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 발효조(100)의 사료 투입구(130)에 수직으로 연결되고, 내부에 펠렛형태의 사료가 저장되어 있는 사료저장부(510)와; 상기 발효조(100)의 사료 투입구(130)와 연결되는 사료투입 실린더(520)와; 상기 사료투입 실린더(520)의 일측에 연결되어 발효조(100)의 사료 투입구(130) 내부에 구비되되, 상기 사료저장부(510)의 하단부에 위치하여 사료저장부(510)에서 낙하된 사료가 받쳐주도록 받침홀(560)이 형성되고, 상기 사료투입 실린더(520)에 의해 피스톤 운동을 하여 받침홀(560)이 발효조(100)의 내부까지 이송됨과 동시에 받침홀(560)에 위치한 사료가 발효조(100)의 내부에서 탈거되는 사료전달부(550)와; 상기 사료투입 실린더(520)의 타측에 형성되어 사료투입 실린더(520)를 설정조건에 맞춰 작동시키는 모터(530)로 구성된다.

여기서, 자동 사료투입장치(500)는 펠렛형태로 가공된 사료를 수직 탄착식으로 투입하여 일정시간에 일정한 양의 사료가 공급되도록 설계된다. 또한, 상기 투입장치(500)는 사료투입 실린더(520)가 제어부(700)에 연결되어 있어 메인 컨트롤러에 입력하는 원하는 시간과 양을 입력하도록 설계되었다. 발효기로 투입되는 사료는 조사료와 농후사료의 형태를 가공하는 압착식 스테인리스 틀을 포함한다. 조사료와 농후사료를 분쇄 후 일정비율로 배합하여 수분을 첨가하여 가공한 후, dry oven에서 건조하여 자동 사료저장부(510)에 투입한다.

미부호 530은 모터, 540은 전기연결선이다.

상기 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)는 도 1 및 도 5에 도시한 바와 같이, 발효조(100)의 배출구(200)에 탈부착이 가능하도록 형성되는 브러쉬 실린더(250)와; 상기 브러쉬 실린더(250)의 일측에 연결되어 발효조(100)의 배출구(200) 내부에 구비되고, 상기 브러쉬 실린더(250)에 의해 피스톤 운동을 하여 발효조(100)의 배출구(200) 내부를 청소하는 청소 브러쉬(240)와; 상기 브러쉬 실린더(250)의 타측에 형성되어 브러쉬 실린더(250)를 설정조건에 맞춰 작동시키는 모터(260)로 구성된다.

여기서, 상기 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)는 실린더(250) 앞부분에 브러시(240)가 설치되어 있으며, 설정 시간에 따라 자동적으로 피스톤 운동을 통해 발효조(100)와 배출구(200)를 청소하도록 설계되어 있다. 즉, 브러시(240)는 배출구(200)에서부터 발효조(100) 내부까지 움직이며 내부를 청소한다.

상기 샘플 저장장치(600)는 도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 뚜껑(610)을 통해 개폐되며, 모든 공기의 유입을 차단할 수 있다. 샘플 저장장치(600)의 뚜껑(610)은 스테인리스로 제작될 수 있다. 샘플 저장장치(600)는 유리로 되어있으며, 재킷(620)으로 둘러싸여 내부에 냉각수가 순환되며, 냉각수를 순환시키는 항온수조와 연결되어 있다.

여기서, 상기 샘플 저장장치(600)와 연결된 항온수조는 3-4℃로 온도가 유지되고, 상기 샘플 저장장치(600)는 뚜껑(610)을 포함하며, 모든 공기의 유입을 차단할 수 있다.

미부호 631은 냉각수 순환연결구1, 632는 냉각수 순환연결구2, 640은 개폐 나사, 650은 샘플링 port, 660은 샘플 저장장치 연결부위, 670은 샘플링 연결관이다.

상기 제어부(700)는 도 7에 도시한 바와 같이, 발효조(100)에 연결되고, 상기 제어부(700)에 의해 투입되는 버퍼의 양, 사료의 양, 배출구(200)에 연결된 실린더 브러쉬(240)의 삽입횟수, 교반기의 rpm 및 기기의 전체적인 on/off를 조절한다.

여기서, 상기 제어부(700)는 기기에 부착된 모니터(710)를 통해, pH, D.O., 발효조 내부온도, 샘플 저장장치 내부온도 및 교반기 rpm을 수시로 확인할 수 있고, 상기 제어부(700)는 USB port를 포함하며, 자동으로 pH, D.O., 발효조 내부온도, 샘플 저장장치 내부온도 및 교반기 rpm을 모니터링하고 그 자료를 USB 내에 저장할 수 있다. 이때, 상기 제어부(700)는 기기의 전체적인 자동 또는 수동 조작을 설정할 수 있다.

한편, 본 발명의 인공 반추위 모델 장치는 도 7에서처럼, 발효조(100) 내 연속으로 투입되는 버퍼는 발효조(100) 외부 측면에서 연결관을 통해 공급되며, 연결관은 인공 반추위 기기에 설치된 펌프(750)에 의해 버퍼를 발효조(100) 내부로 투입되게 한다. 인공 반추위 기기에는 총 3개의 버퍼투입 펌프(750)가 설치되어 있으며, 펌프는 모두 본체 제어부(700)와 연결되어 투입량을 설정할 수 있으며, 자동으로 투입된다. 투입된 버퍼는 발효조(100) 내부의 소화된 발효물을 overflow 시켜 배출구(200)를 통해 샘플 저장장치(600)에 저장되도록 하며, 발효조(100) 내부의 pH를 조절하는 역할을 한다. 버퍼의 저장은 유리로된 샘플 bottle(760)이 될 수 있으며, 상기 bottle(760)과 발효조(100)를 연결하는 연결관은 실리콘 관이 될 수 있다. 기기의 좌측 상단에 위치한 제어부(700)에 배양조건을 입력하여 자동으로 작동이 가능하며, 배양의 모든 정보는 자동 저장되며, 본체의 터치식 액정 화면(710)을 통해 인공반추위 운용 및 실시간 모니터링이 가능하다. 또한 저장된 배양정보는 본체에 설치된 USB port를 통해 USB와 연결될 수 있으며, 저장되어 외부의 제어부(700)에서 결과를 확인할 수 있다. 모든 작동이 제어부(700)로 조작되어 보다 정확하고 편리하게 작동이 가능하다.

미부호 720은 pH / D.O. 센서 패널, 730은 기기전원, 740은 가동 표시등, 770은 내부 보관장이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 인공 반추위 모델 장치를 이용한 실험방법 및 실험결과를 기술하도록 한다.

먼저, 실험에 사용될 버퍼 및 사료 펠렛의 제조 방법을 설명하도록 한다.

실험에 사용되는 버퍼는 McDougall's buffer(McDougall, 1948)로 artificial saliva라 칭한다. 1L 기준으로 첨가성분 및 양은 아래의 [표 1]과 같다.

성분	첨가량(g)
NaHCO₃	9.8
Na₂HPO₄7H₂O	7.0
KCl	0.57
NaCl	0.47
MgSO₄7H₂O	0.12
CaCl₂	0.04

위의 성분을 모두 첨가한 후 충분히 교반하여 완전히 녹인 후, buffer의 pH를 7.0으로 맞추고 이산화탄소 및 질소가스를 주입하여 혐기화 시킨다.

사료펠렛은 조사료와 농후사료를 1mm로 분쇄하여 건조시킨 후, 일정비율로 섞는다. 이후, 수분을 첨가하여 사료 고정틀에 넣고 압착시켜 펠렛형태를 만든다. 성형이 완료된 펠렛은 60의 dry oven에서 수분이 완전히 제거될 때까지 건조시켜 사용한다.

초기 배양물의 제조방법은 먼저 cannular가 장착된 소의 반추위 내에서 직접 채취한 위액을 4겹의 cheese cloth으로 거른 후 발효기(100) 내부로 투입되기 전에 다시 한 번 4겹의 cheese cloth으로 걸러 39℃에서 이산화탄소 및 질소가스를 충분히 주입하여 혐기상태를 유지하였다. 멸균한 발효조(100)를 설치한 후, 자동 사료투입장치(500)를 발효조(100)에 연결하고, 배출구(200) 및 샘플 저장장치 연결관(670) 샘플 저장장치(600)등을 설치한다. 샘플 저장장치(600)는 뚜껑(610)에 의해 공기의 유입이 모두 폐쇄되어 있으며, 항온수조를 이용해 미리 4℃로 온도를 설정해 놓는다. 이후, 미리 준비해둔 artificial saliva와 cheese cloth으로 거른 반추위액을 1:1의 비율(750ml : 750ml)로 섞어서 발효기(100) 내로 혐기상태를 유지하면서 투입한다. 발효조의 뚜껑(300)을 닫고 pH 측정봉, 용존산소량 측정기, 온도계, 버퍼투입관, 가스투입관을 연결하고 가스배출구(420)에 테들러 백(Tedlar bag)을 연결하여 발생하는 가스를 포집하도록 준비한다. 이후, 제어부(700)에서 배양조건을 입력한다. 먼저, 30분에서 1시간가량 혐기상태를 유지하기 위해 이산화탄소 및 질소를 주입한 후, 모든 장치에 공기가 유입되지 않도록 닫은 후 가스주입을 멈추고 미생물의 안정화를 위해 12시간 정도 기질의 투입 및 버퍼의 투입 없이 39~40℃에서 120rpm이하의 교반속도에서 배양을 실시한다. 배양개시 12시간 이후부터 앞서 펠렛형태로 가공된 사료 15~30g을 발효조 내로 투입하고 39℃에서 10~ 120rpm의 교반속도로 가스주입을 멈추고 통기를 시켜주지 않는 혐기적 발효조건에서 배양을 진행한다. 사료는 1일 2회 12시간간격으로 1회 7~15g을 투입하였고, 버퍼는 1분당 약 0.75~1ml (1080~1440ml/day)로 투입하였다. 이후, 총 9일 동안 배양을 실시하였고, 24시간간격으로 샘플 저장장치(600)에서 4로 저장된 샘플을 채취하여 분석을 실시하였다. 발효기(100) 내에서 미생물에 의해 발생된 총가스량은 가스배출구(420)에 연결된 테들러 백(Tedlar bag)에 포집하여 유리 실린지를 이용하여 가스량을 측정하였고, 포집된 가스를 glass 컬럼과 TCD 검출기가 설치된 GC를 이용하여 메탄가스와 이산화탄소 가스 발생량을 측정하였다.

상기 방법으로 실험한 결과는 아래와 같다.

A. pH : 초기 반추위액 pH 6.51에서 총 배양기간 9일의 pH는 6.22~6.54 로 유지되었다. 사료투입 후 초기 2~3시간 사이에 pH가 감소하는 경향을 보였고, 이후 다시 회복되는 양상을 반복하였다.

B. 온도 : 총 배양기간 9일간 배양액 내부의 온도는 39~40℃로 일정하게 유지되었으며, 샘플 저장장치 내의 저장된 샘플은 3~4℃의 온도를 유지하였다.

C. 용존산소량 : 총 배양기간 내 용존산소량은 0~1% 사이로 일정하게 유지되어, 전반적인 배양이 혐기화가 잘 이루어진 것을 확인할 수 있었다.

D. 총 가스발생량 : 초기 1일 가스발생량 500ml에서 배양 5일 이후, 1100~1190ml/day 의 양으로 발생하는 것을 확인하였다.

E. 메탄가스 발생량 : GC를 이용하여 측정한 메탄가스의 발생량은 초기배양 1일차에는 거의 발생하지 않았으나, 2일차 이후부터 94.3~475.7ml/day 로 크게 늘어나는 것을 확인할 수 있었다. 반추위 내의 메탄가스는 메탄생성균에 의해서 생성되며, 대부분의 메탄생성균은 혐기적인 상태에서 생장한다. 따라서 인공 반추위 기기내의 혐기적 발효가 비교적 잘 유지된 것을 확인할 수 있다.

F. 이산화탄소가스 발생량 : GC를 이용하여 확인한 이산화탄소 가스발생량은 배양기간 총 9일 중 375.8~1043.9ml/day로 발생하는 것을 확인하였다.

G. 반추위 미생물단백질 함량 변화 : 샘플 저장장치에서 채취한 발효물의 반추위 미생물단백질 함량을 측정하였다. 초기 단백질 함량에서 2.86 g/l, 배양기간 중 1.44~2.11 g/l을 유지하여 발효기 내에서 반추위 미생물이 안정화된 것을 확인할 수 있었다.

100: 발효조 110: 내부 관찰창
120: 메탈 재킷 130: 사료 투입구
200: 배출구 210: 실린더 연결관
220: 하관 230: 전자동 실린더 브러쉬
240: 청소브러쉬 250: 브러쉬 실린더
260: 모터 270: 전기연결선
300: 뚜껑 310: 교반봉
320: 가스배출구 330: 손잡이 홀
340: D.O. 센서투입구 350: pH 측정기 투입구
360: 버퍼투입구 370: 온도계 투입구
380: 가스투입구 390: 예비용 port
400: 교반기 410: 교반봉 연결부위
420: 콘덴서
500: 자동 사료투입장치 510: 사료저장부
520: 사료투입 실린더 530: 모터
540: 전기연결선 550: 사료전달부
560: 받침홀
600: 샘플 저장장치 610: 뚜껑
620: 냉각수 재킷 631: 냉각수 순환연결구1
632: 냉각수 순환연결구2 640: 개폐 나사
650: 샘플링 port 660: 샘플 저장장치 연결부위
670: 샘플링 연결관
700: 인공반추위 제어부 710: 모니터
720: pH / D.O. 센서 패널 730: 기기전원
740: 가동 표시등 750: 연동펌프
760: 버퍼 bottle 770: 내부 보관장

Claims

일측에 배출구(200)가 형성되고, 타측에는 사료 투입구(130)가 형성되는 발효조(100)와;
상기 발효조(100)의 배출구(200)에 연결되어 상기 배출구(200)의 내부가 막히는 것을 방지하는 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)와;
상기 발효조(100)의 사료 투입구(130)에 연결되어 발효조(100)의 내부에 사료를 투입하는 자동 사료투입장치(500);를 포함하여 구성되고,
상기 발효조(100)는 상부가 개구되도록 내부가 중공되고, 상기 개구된 상부에는 중공된 내부를 개폐하는 뚜껑(300)이 형성되며, 상기 뚜껑(300)에는 발효조(100)의 내부까지 형성된 교반봉(310)과 직접 연결되는 교반기(400)가 설치되고, 상기 뚜껑(300)의 일단면에는 버퍼투입구(360), 가스투입구(380), pH 측정기 투입구(350), D.O.센서 투입구(340), 온도계투입구(370), 가스 배출구(320)가 각각 형성되며,
상기 배출구(200)는 상측 대각 방향으로 경사지게 형성되어 끝단부에 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)가 연결되고, 상기 배출구(200)의 일단부에는 하측 대각 방향으로 분기되는 하관(220)이 돌출 형성되며,
상기 전자동 실린더 브러쉬 장치(230)는, 상기 발효조(100)의 배출구(200)에 탈부착이 가능하도록 형성되는 브러쉬 실린더(250)와;
상기 브러쉬 실린더(250)의 일측에 연결되어 발효조(100)의 배출구(200) 내부에 구비되고, 상기 브러쉬 실린더(250)에 의해 피스톤 운동을 하여 발효조(100)의 배출구(200) 내부를 청소하는 청소 브러쉬(240)와;
상기 브러쉬 실린더(250)의 타측에 형성되어 브러쉬 실린더(250)를 설정조건에 맞춰 작동시키는 모터(260);로 구성되고,
상기 자동 사료투입장치(500)는, 상기 발효조(100)의 사료 투입구(130)에 수직으로 연결되고, 내부에 펠렛형태의 사료가 저장되어 있는 사료저장부(510)와;
상기 발효조(100)의 사료 투입구(130)와 연결되는 사료투입 실린더(520)와;
상기 사료투입 실린더(520)의 일측에 연결되어 발효조(100)의 사료 투입구(130) 내부에 구비되되, 상기 사료저장부(510)의 하단부에 위치하여 사료저장부(510)에서 낙하된 사료가 받쳐주도록 받침홀(560)이 형성되고, 상기 사료투입 실린더(520)에 의해 피스톤 운동을 하여 받침홀(560)이 발효조(100)의 내부까지 이송됨과 동시에 받침홀(560)에 위치한 사료가 발효조(100)의 내부에서 탈거되는 사료전달부(550)와;
상기 사료투입 실린더(520)의 타측에 형성되어 사료투입 실린더(520)를 설정조건에 맞춰 작동시키는 모터(530);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치.
제 1항에 있어서,
상기 배출구(200)의 하관(220)에는 발효조에서 오버 플로워(overflow)된 반추위 소화물이 이송되어 저장되는 샘플 저장장치(600)와 연결되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치.
제 2항에 있어서,
상기 샘플 저장장치(600)는 외주연에 재킷(620)으로 둘러쌓여 있고, 상기 재킷(620)의 내부에 냉각수가 순환되며, 상기 냉각수를 순환시키는 항온수조와 연결되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치.
제 1항에 있어서,
상기 버퍼투입구(360)는 유동관에 의해 버퍼가 담긴 bottle(760)과 연결되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가스 배출구(320)는 발효조(100) 내부에서 발효에 의해 생성되는 가스가 배출되는데, 유동관에 의해 테틀러 백과 연결되어 발생된 가스가 테틀러 백에 포집되는 것을 특징으로 하는 인공 반추위 모델 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제