KR102175728B1 - 신규한 지오바실러스속 균주 및 부형제를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제 - Google Patents

신규한 지오바실러스속 균주 및 부형제를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제 Download PDF

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박종훈
정유정
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동의대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 신규한 지오바실러스속 균주 및 부형제를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제에 관한 것으로 보다 상세하게는 유기성 폐기물의 분해 활성이 매우 우수한 신규한 지오바실러스속 균주를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제와 이를 이용한 유기성 폐기물을 분해하는 방법 및 유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법에 관한 것이다. 상기 균주는 단백질, 탄수화물 및 지방 모두를 분해할 수 있으면서 동시에 염분에 대한 내성이 존재하기 때문에 염분이 다량으로 포함되어 있는 음식물 쓰레기 및 분뇨에서도 매우 효과적으로 성장할 수 있고, 나아가 유기물을 분해할 때 악취를 발생시키는 효소가 존재하지 않아 유기성 폐기물 분해를 위해 매우 적합하게 사용될 수 있다.

Description

신규한 지오바실러스속 균주 및 부형제를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제 {MICROBIAL PREPARATIONS FOR THE DECOMPOSITION OF ORGANIC WASTES INCLUDING NOVEL GEOBACILLI STRAINS AND EXCIPIENTS}
본 발명은 신규한 지오바실러스속 균주 및 부형제를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제에 관한 것이다. 보다 상세하게는 토양 등에서 분리한 신규한 지오바실러스속 균주의 유기성 폐기물의 분해 활성을 이용하여 유기성 폐기물을 분해하거나, 유기성 폐기물을 퇴비화할 수 있는 미생물 제제를 제공하고, 유기성 폐기물을 분해하거나 퇴비화시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.
우리나라에서 매일 발생되는 음식물류 폐기물(이하 음폐물이라 한다)은 14,000여 톤(환경부, 2010년 기준)으로 전체 쓰레기 발생량의 28.7%를 차지하고 있으며, 음식문화, 생활수준의 향상, 식생활의 고급화 등으로 매년 3%가량 증가하는 추세에 있다(환경부, 2014). 음폐물은 막대한 경제적 손실을 가져오고 있는데, 매년 처리비용 8천억 원, 연간 20조원 이상의 경제적 손실 (식량자원 가치)을 초래하고 있을 뿐 아니라 온실가스 배출(연간 885만 톤 CO2), 악취 발생, 음식물폐수 (음폐물 중량의 5.8%)로 인한 수질오염 등 주요한 환경오염을 야기시키고있다.
현재 분리 수거되는 음폐물은 자원화(사료화 47.4%, 퇴비화 38.1%), 소각(소각물의 13.2%), 매립(매립물의 9.63%)으로 처리되고 있으나, 종량제의 합리적 운영을 위한 정책적 지원 및 관리체계의 부족, 사회·환경적 문제, 종량제 실시에 따른 각 배출원의 경제적 부담, 처리방법의 편리성에 대한 필요성으로 음폐물을 처리할 수 있는 다양한 기술 개발 및 그 기술의 실생활 적용에 대한 수요가 점점 높아져 가고 있는 실정이다.
이에 다양한 업체에서 가정용 음폐물 처리기를 개발하여 출시하고 있으며, 크게 열풍건조식, 분쇄건조식, 냉동보관방식, 가정용 음식물분쇄기 (디스포저) 방식, 미생물을 이용한 처리방식으로 분류된다. 그러나 미생물을 이용한 처리방식을 제외한 타 처리기술은 그 처리산물을 수거하여 2차 처리나 매립을 해야 하기 때문에 정부의 자원순환형 폐기물관리정책에 부응하지 못한다는 문제점을 갖는다. 따라서 음폐물 처리의 최우선 순위로 미생물을 이용한 처리방식에 의한 음폐물의 분해 또는 퇴비화하는 방안이 각광을 받고 있다.
현재 국내에서 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 처리를 위해 이용되는 미생물로는 방선균류(Antinomycetes), 슈도모나스류(Pseudomonas), 페니실리움(Penicillium), 리조푸스(Rhizopus), 피치아(Pichia) 등이 있으나, 이들 미생물의 경우 물질 분해 능력이 우수하지 않아 처리 효율이 감소하고 악취가 발생될 수 있다는 한계점이 여전히 존재하는 실정이다. 또한, 미생물 각각의 단점을 상호보완하기 위한 하나의 방안으로 다양한 미생물을 포함하는 혼합 미생물 사용하는 방법이 제안되고 있으나, 이는 각 미생물이 배양되는 조건, 예를 들면 pH 및 온도 등이 서로 상이하기 때문에 미생물이 갖는 물질 분해 능력이 충분히 발휘될 수 없다는 한계점이 존재한다. 이런 한계점 극복을 위해, 단일 미생물을 사용한 경우에도 유기물 분해 효율이 충분히 발휘될 수 있는 새로운 균주의 활용이 필요한 실정이다.
관련하여, 선행기술 1(KR10-0424419 B1 (2004.03.12.)에는 '유기물 분해능이 우수한 신규 바실러스 에스피 균주 및 이를 이용한 음식물 쓰레기 처리방법'이 알려져 있으며, 선행기술 2(KR10-0443267 B1 (2004.07.23.)에는 폐유기물 분해활성이 우수한 신규 균주로서 바실러스리케니포미스 H3가 개시되어 있다.
그러나 본 발명에서는 선행기술 1 및 2와 다른 신규한 미생물을 제공하는 것이며, 상기 신규한 미생물에 따라 제공되는 효과 및 그 활성에 차이를 가진다.
KR 10-0424419 B1 (2004.03.12.) KR 10-0443267 B1 (2004.07.23.)
본 발명의 목적은 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는 유기성 폐기물 분해용 및 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미생물 제제를 이용하여 유기성 폐기물을 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 미생물 제제를 이용하여 유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법을 제공하는 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제는 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는 것이다.
상기 균주는 아밀라제(amylase), 프로테아제(protease) 및 리파아제(lipase)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 효소 활성이 있는 것일 수 있다.
상기 균주는 염분 내성이 있는 것일 수 있다.
상기 균주는 최적 생장 온도가 30 내지 80 ℃이고, 최적 생장 pH가 5 내지 9 인 것일 수 있다.
상기 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제에 있어서, 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨인 것일 수 있다. 본 발명에서 상기 분뇨는 인간 또는 동물의 배설물을 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제는 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는 것이다.
상기 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제에 있어서, 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법은 상기 미생물 제제를 유기성 폐기물에 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하는 방법은 상기 미생물 제제를 유기성 폐기물에 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제는 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는 것이다.
본 발명의 상기 균주는 지오바실러스 속 JH-8로서, 수탁번호 KCTC13853BP인 신규한 균주이다.
본 발명의 상기 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주 (수탁번호: KCTC13853BP)는 서열번호 1로 표시되는 16s rRNA를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 신규한 균주는 경상남도 일대의 토양에서 채취한 시료 중에서, 50 ℃ 이상의 고온에서도 잘 성장할 수 있으며, 단백질, 탄수화물 및 지방 모두를 분해할 수 있는 효소를 가지고, 동시에 유기성 폐기물의 분해 과정에서 발생될 수 있는 악취 생성 효소를 포함하지 않는 특징을 가지는 그람 양성 간균으로서, 상기 서열번호 1로 표시되는 16s rRNA의 염기 서열을 이용한 계통 분석을 통해 지오바실러스 속 균주로 동정하였다.
본 발명의 유기성 폐기물의 분해란 유기성 폐기물의 특정 성분, 예를 들면 단백질, 지방 및 탄수화물의 결합을 가수분해 시킴으로써, 그 자체로써 유기성 폐기물을 완전히 분해하는 것뿐만 아니라, 소각 또는 매립이 용이하도록 하는 전처리 과정을 모두 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 상기 유기성 폐기물은 예를 들면, 음식물 쓰레기, 하수도 폐수처리장의 슬러지, 수산물 가공공장의 폐기물, 농축산물 가공공장의 폐기물, 식품제지 공장의 찌꺼기, 도축장의 도축 폐기물, 축산분뇨 및 기타 유기성 물질을 포함하는 폐기물이라면 이에 제한되지 않고 모두 포함될 수 있다. 바람직하게 본 발명의 상기 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 분뇨는 인간 또는 가축의 분뇨일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 미생물 제제는 고체 또는 액상의 형태일 수 있다. 상기 고체 형태의 미생물제제의 경우는 상기 본 발명에 따른 상기 균주를 담체에 부착시킨 후 수분 함량이 0.1 내지 10 중량%가 되도록 건조시키고 비드 형태 제품화하거나, 분쇄하여 분말 형태로 제품화할 수 있다.
상기 미생물 제제가 고체 형태인 경우, 상기 지오바실러스속 JH-8 균주(수탁번호 KCTC13853BP)를 배지에 접종하여 배양하고, 수득된 배양물과 담체를 혼합한 뒤 건조하는 과정을 통해 얻어진 미생물 고정물과 미생물의 먹이 성분인 영양소를 혼합하는 과정을 통해 제조될 수 있다.
본 발명의 상기 배지는 상기 균주의 생장이 가능한 배지라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있고, 물에 통상적으로 포함되는 미생물 영양분, 예를 들면 효모 추출물, 글루코스, 염화나트륨, 소 추출물 등이 첨가된 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 균주의 배양 시간은 12시간 내지 48시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 담체는 미생물 제제를 제조하기 위한 공지의 담체를 모두 사용할 수 있고, 예를 들면 톱밥, 왕겨, 밀기울과 같은 식물성 담체 또는 분 말상의 점토류, 활성탄, 코크스, 화산재 및 연소재로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 상기 점토류로는 제올라이트, 질석, 규조토, 고령토, 옹기토, 장석, 차지토 및 활석으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 같이 무기 담체를 이용하는 경우에는 미생물 제제의 흡착성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, pH에 대한 완충 능력을 가질 수 있고 악취물질에 대한 흡착 효과를 발휘할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 상기 미생물 제제에 사용되는 먹이 성분 영양소는 포도당, 당밀, 콩가루, 깻묵, 어분 등과 같은 다양한 영양소가 사용될 수 있다. 바람직하게 상기 영양소는 상기 미생물 고정물과 0.2~1:10의 부피비로 혼합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 상기 지오바실러스속 JH-8 균주(수탁번호 KCTC13853BP)는 다양한 영양소를 분해하여 성장할 수 있기 때문에 영양소에 제한을 받지 않는다는 장점이 존재한다.
본 발명의 상기 미생물 제제는 부형제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게 본 발명의 상기 부형제는 일라이트, 활성탄 및 맥반석으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱 바람직하게 상기 부형제는 상기 미생물 고정물에 대하여 0.1 내지 5배의 중량비로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 미생물 제제는 동결 보호제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 동결 보호제는 글리세롤, 탈지유, 꿀 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 미생물 제제가 액상인 경우, 미생물의 배양물을 혼합하고 미생물을 안정화시키기 위해 포도당이나 글리세린을 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게 본 발명의 상기 미생물 제제는 식물 혼합제제를 더 포함하는 것이고, 상기 식물 혼합 제제는 오미자 추출물; 창포 추출물; 가지 잎 추출물; 민들레 추출물; 노간주나무 추출물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 식물 혼합제제가 포함되는 경우 상기 미생물의 활성이 증진되어 식품 폐기물, 인간 및 동물의 배설물을 포함하는 분뇨 등 유기성 폐기물에 대한 분해 활성이 높아지고, 악취를 제거하는 효과가 높아질 수 있다.
더 바람직하게 상기 식물 혼합제제는 오미자 추출물을 포함하고 상기 오미자 추출물 100 중량부에 대하여 창포 추출물 1 내지 10 중량부, 가지 잎 추출물 1 내지 10 중량부, 민들레 추출물 0.5 내지 5 중량부 및 노간주나무 추출물 0.1 내지 2 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 범위에 의하는 경우 상기 미생물의 활성을 증진하는 효과가 가장 우수하여 유기성 폐기물의 분해 활성 및 악취를 빠르게 제거하는 효과가 가장 우수할 수 있다.
상기 균주는 아밀라제(amylase), 프로테아제(protease) 및 리파아제(lipase)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 효소 활성이 있는 것일 수 있고, 바람직하게는 아밀라제, 프로테아제 및 리파아제 효소 활성을 모두 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 아밀라제는 전분을 가수분해하는 효소의 총칭으로서, 고등식물부터 미생물에까지 자연계에 널리 분포하며, 녹말의 α-1,4-연결(linkage) 또는α-1,6-연결을 가수분해하는 기능을 갖는다. 구체적으로 본 발명의 상기 아밀라제는 α-아밀라제(α-1,4-글루칸-4-글루카노 하이드로라제), β-아밀라제(α-1,4-글루칸 말토 하이드로라제) 및 γ-아밀라제(아밀로글루코시다제)로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 프로테아제는 단백질이나 펩티드의 펩타이드 결합을 가수분해하는 효소를 총칭하는 것으로서, 단백질 분해 효소라고도 일컫는다.
본 발명의 상기 리파아제는 지질과 물의 현탁액 상태에서 트리글리세리드(triglycerides)를 가수분해하여 모노글리세리드(monoglycerides), 글리세롤(glycerol), 유리 지방산을 형성할 뿐만 아니라 알코올과 지방산으로부터 에스테르(ester) 합성 또는 교환 반응을 촉매하기도 한다. 상기 리파아제는 동물의 췌액에서 처음 발견된 이래, 동물의 기관, 식물의 종자 내에 존재함이 밝혀졌으며, 곰팡이, 세균 등의 미생물로부터 유래된 것도 발견되어 생물계 전반에 널리 분포되어 있음이 확인되었다. 이 중, 미생물이 생산하는 외분비형 리파아제는 동물과 식물 유래의 리파아제 보다 열에 더 안정한 특징이 존재하여 산업용으로 적용될 수 있다.
상기 균주는 염분 내성이 있는 것일 수 있다.
염분 내성을 갖는 경우 매우 높은 염분을 갖는 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물이 존재하는 환경에서 효과적으로 생육될 수 있다.
본 발명의 균주는 단백질, 탄수화물 및 지방 모두를 분해할 수 있으면서 동시에 염분에 대한 내성이 존재하기 때문에 염분이 다량으로 포함되어 있는 음식물 쓰레기 및 분뇨가 존재하는 환경에서도 매우 효과적으로 성장할 수 있다는 장점이 존재한다.
상기 균주는 최적 생장 온도가 30 내지 80 ℃이고, 최적 생장 pH가 5 내지 9 인 것일 수 있다.
바람직하게는 최적 생장 온도가 50 내지 75 ℃이고, 최적 생장 pH가 5.5 내지 7일 수 있으며, 더욱 바람직하게 최적 생장 온도가 70 ℃이고, 최적 생장 pH가 6일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 최적 생장 온도 최저 값 미만인 경우에는 균주가 충분히 성장할 수 없으며, 최적 성장 온도 최대 값을 초과하는 경우에는 고온에 균주가 파괴될 수 있다. 또한, 상기 최적 생장 pH의 최저값 미만 및 최대값을 초과하는 경우에는 균주가 파괴될 수 있다.
본 발명의 상기 균주는 대한민국의 유기성 폐기물의 대부분을 차지하는 음식물쓰레기는 탄수화물, 단백질, 지방 등 많은 유기물로 이루어져 있으며, pH가 pH 4.0 ~ pH 6.5에 해당하기 때문에, 음식물쓰레기 내의 유기물을 매우 효과적으로 분해하여 발효, 소멸화 하는 산업 분야에 매우 효율적으로 적용될 수 있다.
본 발명은 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP)의 배양물을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 배양물이란 미생물을 공지의 액체 배지 또는 고체 배지에서 배양시켜 수득한 산물을 의미하여, 미생물이 포함되는 개념이다.
본 발명에서 배양물은 본 발명의 균주를 배지에서 배양시킨 후 얻어진 산물로서, 상기 배지는 지오바실러스속 균주 배양에 사용되는 공지의 액체 배지 또는 고체 배지에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP)의 배양물로부터 상기 균주가 제거된 배양액을 제공한다.
본 발명에서 사용되는 용어 "배양액"이란 미생물을 공지의 액체 배지 또는 고체 배지에서 배양시켜 수득한 산물을 의미하여, 미생물이 포함되지 않는 개념이다.
본 발명에서 배양물은 본 발명의 균주를 배지에서 배양시킨 후 얻어진 산물로서, 상기 배지는 지오바실러스속 균주 배양에 사용되는 공지의 액체 배지 또는 고체 배지에서 선택될 수 있다
상기 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제에 있어서, 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제는 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는 것이다.
유기성 폐기물의 퇴비화란 유기성 폐기물의 특정 성분, 예를 들면 단백질, 지방 및 탄수화물의 결합을 가수분해 시킴으로써 토양을 비옥하게 할 수 있는 퇴비화하는 것을 의미한다.
상기 유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제에 있어서, 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법은 상기 미생물 제제를 유기성 폐기물에 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 처리하는 방법에서, 상기 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP)에 관한 내용은 상기 균주 및 미생물 제제에서 기재한 바와 동일하여, 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 생략한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유기성 폐기물을 처리하는 방법은 상기 미생물 제제를 유기성 폐기물에 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 퇴비화하는 방법에서, 상기 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP)에 관한 내용은 상기 균주 및 미생물 제제에서 기재한 바와 동일하여, 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 생략한다.
본 발명의 신규한 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주 (수탁번호: KCTC13853BP)는 단백질, 탄수화물 및 지방 모두를 분해할 수 있으면서 동시에 염분에 대한 내성이 존재하기 때문에 염분이 다량으로 포함되어 있는 음식물 쓰레기 및 분뇨에서도 매우 효과적으로 성장할 수 있고, 나아가 유기물을 분해할 때 악취를 발생시키는 효소가 존재하지 않아 유기성 폐기물 분해를 위해 매우 적합하게 사용될 수 있다. 나아가, 이와 같은 균주는 배양 과정 등이 비교적 간단하여 비용을 절감시킬 수 있고, 기존에 사용되는 화학적 분해 방법에 비해 친환경적이라는 장점이 존재한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신규한 균주의 최적 생육 pH 범위를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신규한 균주의 최적 생육 온도 범위를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신규한 균주의 16s rRNA를 이용한 유전형 분석 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1
[실시예 1-1] 유기물 분해능이 우수한 균주의 선별
50 ℃ 이상에서도 활성을 잃지 않는 균주를 아래와 같은 과정을 통해 선별하였다. 구체적으로, 경상남도 일대의 일반토양, 부엽토 및 퇴비 등에서 채취한 각종 균원 시료 1 g을 10 ml의 0.85 % NaCl 용액에 현탁하였다. 그런 다음, 상기 현탁액을 10배, 100배 및 1000배로 희석하여 영양배지(소 추출물(Beef extract) 3%, 효모 추출물(yeast extract) 5%, 아가(Agar) 1.8%, pH 7.0)가 포함된 플레이트에 도말하고, 50 ℃에서 24시간동안 배양하였다. 그런 다음, 상기 플레이트에 생성된 콜로니의 형태를 관찰한 뒤, 육안으로 보았을 때 형태가 서로 다른 콜로니를 구분하여 최종적으로 5종의 균주(이하, 'A-3', 'B-2', 'B-9', 'C-3', 'C-11'라고 함)를 선별하였다.
[실시예 1-2] 선별된 균주의 성장 및 기질 용이도 확인
상기 실시예 1에서 선별된 균주의 기질에 따른 적용 가능성을 확인하기 위하여, 균주의 성장 및 효소(아밀라제(amylase), 프로테아제(protease) 및 리파아제(lipase))의 활성도를 측정하였다.
상기 균주의 성장을 확인하기 위해, 상기 실시예 1의 균주를 영양액(nutrient broth)이 포함되어 있는 플레이트에 도말한 뒤, 50 ℃에서 12시간 배양하고, 콜로니 생성 정도에 따른 성장 속도를 확인하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 영양 평판배지가 포함되어 있는 플레이트에 상기 실시예 1에서 선별된 균주를 접종하고 50 ℃에서 밤새도록 배양하였다. 그런 다음, 상기 배양된 균주가 존재하는 플레이트에 아이오딘(iodine)을 처리하고 투명환(clear zone)의 생성여부를 확인하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 여기서, 상기 영양 평판배지에는 아밀라아제의 경우 1 % 가용성 녹말(soluble starch), 프로테아제의 경우 1 %스킴 밀크(skim milk), 리파아제의 경우 1 % 트리부티린(tributyrin)가 첨가되도록 하였다.
균주 성장 속도 효소 활성도
아밀라제 프로테아제 리파아제
A-3 +++ +++ ++ ++
B-2 +++ - - -
B-9 +++ + ++ -
C-3 +++ ++ - -
C-11 +++ ++ - +
+++ 매우 잘 자람
++ 잘 자람
+ 잘 자라지 않음
- 없음
상기 [표 1]에서 보는 바와 같이, 상기 실시예 1에서 선별된 5종의 균주는 모두 50 ℃에서 매우 잘 자랐다. 그러나, 효소 활성도의 경우에는 5종의 균주 중에서 A-3만이 아밀라제, 프로테아제 및 리파아제 효소의 활성도를 모두 가지고 있는 것을 확인하였다. 상기 결과를 통해, 본 발명에 따른 신규한 균주인 A-3의 경우에는 고온인 50 ℃에서 성장률이 매우 좋을 뿐만 아니라, 탄수화물, 단백질 및 지방을 분해할 수 있는 효소의 활성을 모두 가지고 있음을 알 수 있고, 이에 따라 상기 A-3은 유기성 폐기물을 분해에 적용할 경우 그 효율이 매우 높을 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 1-3] 선별된 균주의 동정
[1-3-1] 균주의 형태, 생리 및 생화학적 특성 확인
상기 실시예 2에서 3종의 효소 활성을 모두 가지고 있는 A-3의 형태 등에 대해 API 키트(Biomerieux, 미국) 및 형태 분석을 수행하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, A-3가 성장할 수 있는 최적의 pH를 확인하기 위해 상기 실시예 1의 배지에서 pH는 5.0 내지 9.0의 범위로, 온도는 30 내지 80 ℃의 범위로 조정하고, A-3를 배양한 뒤에 균체량을 측정하여, 그 결과를 도 2 및 3에 나타내었다.
A-3의 식염에 대한 내성을 확인하기 위하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 배양하되, 7 %의 NaCl을 포함되도록 하여 A-3의 증식 여부를 확인하였다.
특징 결과
최적 온도(Optimum temperature) 70 ℃
최적 pH(Optimum pH) pH 6.5
색상(Pigmentation) 흰색
성장(Growth) at/in
β-갈락토시다제(Beta-galactosidase) +
아르기닌 디하이드롤라제(Arginine dihydrolase) -
리신 디카르복시라제(Lysine decarboxylase) -
오르니틴 디카르복시라제(Ornithine decarboxylase) -
시트레이트 사용 여부(Citrate utilization) -
H2S 생성 -
우레아제(Urease) -
트립토판 디아미나제(Tryptophan deaminase) -
인돌 생성(Indole production) -
아세토인 샌성(Acetoin production) +
젤라티나제(gelatinase) +
글루코스(Glucose) +
만니톨(Mannitol) +
인시톨(Inositol) +
소르비톨(Sorbitol) +
람노스(Rhamnose) +
수크로스(Sucrose) +
메리비오스(Melibiose) +
아미그달린(Amygdalin) +
아라비노스(Arabinose) +
- 음성
+ 양성
상기 [표 2]에서 보는 바와 같이, A-3는 호기성으로서, 고체배지 상에서 콜로니 형태가 원형에 가깝고 색깔은 하얀색에 해당하였으며 표면은 접적하고 매끄러운 상태임을 확인하였다. 또한, 상기 A-3는 그람 양성 간균이고, 편모가 없으며, 내생 포자를 형성하였으며, H2S, 우레아제(Urease) 및 트립토판 디아미나제(tryptophane deaminase) 등을 생산하지 않았고, 글루코스(glucose), 만니톨(mannitol) 및 수크로스(sucrose) 등과 같은 다양한 당을 이용할 수 있었다. 또한, 도 2 및 3에서 보는 바와 같이, A-3의 생육 가능 pH는 5.0 내지 9.0이었으며, 온도는 30 내지 75 ℃이었다.
분석 결과, A-3는 매우 높은 수준에 해당하는 7 %의 식염이 포함되어 있는 배지에서도 A-3는 매우 효과적으로 증식하였다.
상기 결과를 통해 본 발명에 따른 A-3는 유기물을 분해할 때, 악취를 유발할 수 있는 효소를 가지고 있지 않으면서, 다양한 영양원에 의해서도 성장을 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 유기성 폐기물 중에서 특히 음식물 쓰레기와 같이 매우 높은 수준의 식염을 포함하는 경우에도 효과적으로 증식될 수 있기 때문에, 유기성 폐기물 처리 효율을 현저하게 높일 수 있음을 알 수 있다.
[1-3-2] 균주의 유전형 확인
GENExTM 게노믹 키트(General Biosystem, 한국)를 사용하여, 상기 A-3 균주로부터 염색체를 추출하였다. 상기 추출된 염색체와 Taq DNA 폴리머라제(Takara shuzo, 일본) 및 서열번호 2 및 3의 프라이머를 혼합하고 유전자중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction)을 수행하여 A-3 균주의 16s rRNA를 증폭한 뒤, ABI PRISM 310 genetic analyzer(Perkin-Elmer Applied Biosystems, 미국)을 사용하여 염기서열을 분석하였다. 또한, 상동성 분석의 경우에는 NCBI BLAST 프로그램을 이용하여, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
하기의 도 1에서 보는 바와 같이, A-3 균주는 서열번호 1의 16s rRNA 서열을 가지며, 지오바실러스 잘리헤(Geobacillus zalihae) NBRC 101842와 가장 높은 99 %의 서열 상동성을 나타냄을 확인하였다.
상기 [1-3-1] 및 [1-3-2]의 결과를 종합한 결과, A-3는 지오바실러스 속에 속하는 신규한 지오바실러스 속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주로 동정하고, 이를 한국생명공학연구원에 기탁하였다(기탁번호: KCTC13853BP).
실험예 2
[실험예 2-1] 미생물 제제의 유기성 폐기물에 대한 분해 활성 평가 1
상기 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주를 이용하여 유기성 폐기물을 분해하기 위한 미생물 제제(JH8)를 제조하였다. 그에 따른 활성을 평가하기 위하여 하기의 축산분뇨(A), 음식폐기물(B)에 상기 미생물 제제를 처리하고 악취가 제거되는데 소용되는 시간(분해율 1, E1) 및 중량이 절반으로 감소하는데 걸리는 시간(분해율 2, E2)을 평가하였다.
대조군으로는 상기 축산분뇨(A)에 미생물 제제를 처리하지 않는 경우(Con)로 하여 상기 대조군과 비교하여 상기 미생물 제제가 처리된 경우를 비교하여 그 평가결과를 지수로 평가하였다. 해당 지수는 그 숫자가 낮을수록 분해 효율이 우수한 것이다.
이를 하기의 [표 3]에 나타내었다.
Con(A) A+JH8 B+JH8
E 1 10 2 3
E 2 10 4 5
상기 [표 3]을 참조하면, 본 발명에 따른 미생물 제제를 사용하는 경우 분뇨 또는 음식물 폐기물과 같은 유기성 폐기물을 분해하는 활성이 우수하다는 사실을 확인할 수 있다. 특히 염분이 포함된 음식물 폐기물에 대하여 악취 제거 및 분해활성이 우수하다는 점을 알 수 있어, 본 발명에 제시하는 미생물 제제의 미생물은 염분에 대한 저항성이 높다는 점을 알 수 있다.
[실험예 2-2] 미생물 제제의 유기성 폐기물에 대한 분해 활성 평가 2
상기 미생물 제제에 대하여 식물 혼합제제를 혼합함으로서 유기성 폐기물에 대한 분해 활성이 증진 정도를 평가하기 위하여 하기의 [표 4]와 같은 식물 추출물을 제조하였다.
한편, 오미자 추출물(S), 창포 추출물(T), 가지 잎 추출물(U), 민들레 추출물(X), 노간주나무 추출물(Z)는 각 식물 소재를 열수추출 및 여과하여 제조하였다. 또한 상기 식물 추출물을 하기의 [표 4]와 같이 혼합하고 상기 미생물 제제에 혼합하여 유기성 폐기물 분해용 미생물 제제를 제조하였다.
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9
S 100 100 100 100 100 100
T 100 0.1 1 5 10 15
U 100 0.1 1 5 10 15
X 100 0.1 0.5 3 5 7
Z 0.01 0.1 1 2 3
(단위: 중량부)
상기 제조된 미생물 제제를 분뇨(A)에 처리하여 상술한 방법과 마찬가지고 분해율 1(E1) 및 분해율 2(E2)를 평가하였다. 식물 혼합제제에 따른 상승효과를 확인하기 위하여 식물 혼합제제를 사용하지 않고 미생물 제제만 사용한 경우를 대조군으로 하여 10으로 그 지수를 고정하고, 상기 식물 혼합제제가 혼합된 실시예를 비교 평가하여 지수로 그 결과를 나타내었다. 상기 지수는 그 숫자가 낮을수록 효과가 우수한 것이다.
그 결과를 하기의 [표 5]에 나타내었다.
JH8 JH8+M1 JH8+M2 JH8+M3 JH8+M4 JH8+M5 JH8+M6 JH8+M7 JH8+M8 JH8+M9
E1 10 8 10 10 9 9 7 6 6 9
E2 10 9 10 10 10 10 8 7 7 10
(단위: 지수)
상기 [표 5]를 참조하는 경우, 오미자 추출물을 단독으로 사용하는 경우 악취를 제거하는 효과가 빠르게 나타났다. 또한 오미자 추출물과 다른 식물 추출물을 혼합하는 경우 M5 내지 M8의 범위에 의하는 경우 각 식물 추출물의 혼합에 따른 상승효과로서 유기성 폐기물의 분해효과 및 악취제거효과가 높아진다는 사실을 확인할 수 있다.
따라서 상기 미생물에 제제에 대하여 일정한 범위의 식물 추출물을 혼합하여 식물 혼합 제제로 혼합하여 사용하는 경우 미생물의 분해활성을 높일 수 있다는 점을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
한국생명공학연구원 KCTC13853BP 20190603
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Claims (9)

  1. 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는
    유기성 폐기물 분해용 미생물 제제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 균주는 아밀라제(amylase), 프로테아제(protease) 및 리파아제(lipas
    e)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 효소 활성이 있는 것인
    유기성 폐기물 분해용 미생물 제제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 균주는 염분 내성이 있는 것인
    유기성 폐기물 분해용 미생물 제제.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 균주는 최적 생장 온도가 30 내지 80 ℃이고, 최적 생장 pH가 5 내지 9 인 것인
    유기성 폐기물 분해용 미생물 제제.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨인 것인
    유기성 폐기물 분해용 미생물 제제.
  6. 지오바실러스속 JH-8(Geobacillus sp. JH-8) 균주(수탁번호 KCTC13853BP) 및 부형제를 포함하는
    유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유기성 폐기물은 음식물 쓰레기 또는 분뇨인 것인
    유기성 폐기물의 퇴비화를 위한 미생물 제제
  8. 제 6항 또는 제 7항 중 어느 한 항의 미생물 제제를 유기성 폐기물에 처리하는 단계를 포함하는
    유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 미생물 제제를 유기성 폐기물에 처리하는 단계를 포함하는
    유기성 폐기물을 처리하는 방법.
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