KR20090109246A

KR20090109246A - 악취저감 효과를 갖는 신규한 슈도모나스 스튜즈제리ｎｉｓｔ―１ 균주

Info

Publication number: KR20090109246A
Application number: KR1020080034591A
Authority: KR
Inventors: 유재홍; 이상범; 고현관; 이윤정; 류갑희
Original assignee: 대한민국(관리부서:농촌진흥청)
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-20
Also published as: KR101011392B1

Abstract

본 발명은 악취저감 효과를 갖는 신규 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주에 관한 것으로, 상세하게는 축사에서 소, 돼지의 분변으로부터 발생하는 암모니아 가스를 저감시키는 활성을 갖는 신규한 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주에 관한 것이다.

본 발명에 따른 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주 및 상기 균주를 액체 배지에 배양하여 얻은 배양액은 악취를 발생하는 가축의 분비물에 처리시 암모니아성 냄새에 대해 우수한 저감 활성을 나타낸다.

축분, 암모니아성 냄새, 유기축산, 경종축산, 액체비료, 유기농자재

Description

악취저감 효과를 갖는 신규한 슈도모나스 스튜즈제리 ＮＩＳＴ―１ 균주{DIMINISH OF OFFENSIVE ODOR BY PSEUDOMONAS STUTZERI NIST-1}

본 발명은 악취저감 효과를 갖는 신규한 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대해 우수한 저감 활성을 나타내는 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri .) NIST-1 균주에 관한 것이다.

악취의 원인은 주로 가축의 분과 뇨이고, 돈사에서 발생하는 악취의 성분으로는 암모니아와 휘발성지방산이 주체가 되며, 이밖에 황화수소, 이황화메틸, 트리메틸아민, 스틸렌, 아세트알데하이드 등의 복합취로 구성되어 있다.

미생물을 이용한 악취가스 분해는 호기성 분해와 혐기성 분해로 나눠지는데, 일반적으로 NH₃을 비롯한 악취가스 이용 균주는 산소를 전자 수용체로 사용하는 호기성 분해가 대부분이며 이 경우 분해효율도 높다는 장점을 가진다. 이러한 필요에 의해 악취가스를 분해하는 미생물이 분리되어 현재 30개 속 100여 종의 균주가 보고되고 있다. 이들 균주는 주로 슈도모나스 푸티드(Pesudomonas putida)와 같은 슈 도모나스(Pesudomonas)속이 많으며, 간혹 마이코박테리아(Mycobacterium)과 같은 다른 속의 미생물이 보고된 적도 있다. 한편, 백색부후균(Phanerochaete chrysosporium)과 같은 곰팡이들이 악취가스를 포함한 몇몇 방향족 화합물을 분해한다는 연구가 보고 된 바 있으나 이는 매우 낮은 기질농도를 대상으로 한 것이었다. 이들 대부분의 미생물들은 제한된 종류의 화합물만을 분해할 수 있으며 일정한 기질 농도이상에서는 분해 활성과 균체 증식의 저하가 일어난다. 그러나 다양한 화합물을 동시에 처리할 수 있는 효율적인 대사 활동을 가지는 미생물은 지금까지 보고된 적이 없어 NH₃를 비롯한 악취가스의 생물학적 처리를 위해서는 각각의 악취가스에 활성을 갖는 미생물들에 의한 혼합배양에 요구되며, 혼합 배양 시 조합을 이루는 균주들에 대한 이해를 필요로 한다.

따라서 혼합 배양에 투입되는 미생물의 선택이 악취가스의 분해에 중요한 역할을 수행하게 된다. 그 동안 수행되어 온 미생물학적 연구를 살펴보면 1차적으로 단일 균주의 분리 및 특성 조사, 또한 분리한 균주의 플라스미드 분리 및 유전적 조작에 의한 균주 개량, 분해 경로의 규명 및 효소의 정제를 비롯하여 지방산 분석을 통한 내성 기작과 같은 생리적 연구가 주를 이루었다.

바이오필터나 생물반응기 분야에서는 토착 미생물군이나 우수 균주 1 ~ 2종을 사용하여 악취를 분해한 많은 연구가 되어왔으나, 이는 대부분 수학적 모델링이나 반응기 가동에 대한 공학적 접근이 대부분으로 미생물은 도구적 역할을 수행할 뿐, 투입된 미생물군 내부를 조사한 생물, 생태학적 연구는 거의 이루어지지 않은 실정이다.

시판제품인 악취억제 미생물제제는 우분, 돈분, 계분에서 생성되는 암모니아 및 황화수소의 생성억제에 현저한 효과를 보이지 못했다고 보고하였다. 그 외 많은 시판제품에도 효과 검증, 미생물의 분류 및 동정 등의 과학적 연구들이 부족하여 이에 대한 대책이 절실히 요구되고 있다. 또한 퇴비화 과정은 부산물 중의 유기물 성분인 질소성분(아미노산)은 암모니아 및 시안화합물, 황 성분(시스테인, 메티오딘)은 황 화합물(H₂S, CH₃S 등), 당과 지방산은 휘발성 지방산(VFA)으로 전환이 되어 NH₃와 같은 악취를 발생하여 피해를 입히게 된다. 또한 퇴비화 과정에서의 온도상승, 미생물의 대사활동과 부산물 특유의 냄새 등으로 인한 악취유발물질(암모니아, 황화수소, 메르캅탄류 등) 발생은 민원발생 등으로 인한 농민피해 우려, 혐오감으로 인한 청정농업 불신, 악취 발생에 따른 법적 규제, 관광객 감소 등 지역 경제 타격 우려 등 피해를 유발할 수 있다.

NH₃를 비롯한 여러 악취물질은 감각적이고 주관적인 오염물질로 상황에 따라 또는 개인의 성향에 따라 문제의 심각성 여부 또는 정도가 판단되기 때문에 정량적인 측정이 어려운 물질이다. 그러나 이러한 악취로 인한 민원은 발생건수가 계속 증가하는 추세에 있고, 쾌적한 대기질을 원하는 요구가 점점 커지기 때문에 이를 충족하기 위해서는 반드시 악취문제를 해결해야만 된다. 과거 악취는 대기오염물질로 일부분 관리되어 왔으나 최근에 들어 국민들의 생활수준향상과 높은 수준의 자연환경을 요구하게 되었다.

「우사, 양계사 등에서 발생되는 악취배출 특성과 저감방안에 대한 연구」중 퇴비처리장에서의 악취물질 농도를 측정한 결과, 주요 악취성분이 NH₃로서 H₂S, 메르캅탄류, 부틸산, 발레르산, 이소발레르산 보다 매우 높은 값을 나타냈다. NH₃의 측정평균치는 73.2ppm으로써 이는 국립환경연구원 NH₃배출허용기준인 1ppm 내지 2ppm 보다 70배 초과하는 수치이다. 결국 축분을 대상으로 한 퇴비화 과정 중 NH₃를 저감하거나 무취형태로 전환을 시킨다면 악취저감에 매우 큰 도움이 될 수 있을 것이라고 사료된다. 현재 악취발생으로 의한 사회적 관심 증가, 피해사례 증가에 대해 과학적 저감기술이 요구되나 확실한 악취저감 기술의 미흡과 악취저감용 처리제의 기초평가자료가 부족한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명자들은 자연친화적인 미생물의 생리·생태학적 조건에 입각하여 짧은 시간 내에 효과적으로 미생물을 분리하였으며, 종래의 보고되어진 균주와는 비해 높은 온도에서도 생육이 가능하고 활성이 높은 미생물을 개발할 필요가 있다고 판단하여 축분으로부터 발생되는 악취물질(NH₃)을 저감 시키는 미생물을 선별하고, 또한 이 미생물의 악취저감효과를 기기분석하여 본 발명을 완성하게 되었다.

이에 따라 본 발명은 축분에서 발생하는 악취, 특히 암모니아성 가스에 대해 우수한 저감 활성을 나타내는 신규한 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri.) NIST-1 균주를 제공한다.

본 발명은 또한 상기 균주가 생산하는 배양액을 포함하는, 축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대한 저감제, 및 이를 이용한 축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대한 저감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 축산업, 특히 축산분비물인 축분에 많이 발생되는 악취성분, 특히 암모니아 가스성분에 대하여 저감 효과를 나타내는 신규 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri) NIST-1 균주(수탁번호 KACC 91343P)를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 미생물 균주로부터 생산되는 배양액을 포함하는 축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대한 저감제, 및 상기 저감제를 축분에 처리하여 축분에서 발생되는 암모니아 가스 성분을 감소시키는 암모니아 가스 저감 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 슈도모나스속 NIST-1 균주 또는 이의 배양액을 소분변, 돼지분변에 처리함으로서 자연 발생적인 악취(암모니아성분)를 감소시켜 축산에 발생하는 악취로 인한 문제점을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 균주는 생육환경이 불량한 곳에서 분리한 우리나라의 토착 미생물로서 특히 축분에서 발생되어지는 암모니아 성분을 감소시켜 새로운 친환경 농자재로 사용할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 균주 또는 그 배양액을 축분에 친환경 농자재로서 사용하면, 축분을 이용한 바이오 비료 생산시 발생되는 악취성분을 감소시켜 양질의 바이오 비료를 생산할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 균주 및 그 배양액은 대량 배양이 가능하며, 직접 축사나 축분에 처리하여 악취성분을 저감시키는 방법으로 처리비용절감 및 화학처리제로 인한 2차 환경오염문제를 해결할 수 있다.

상기와 같은 이유로 본 발명은 시장성이 넓고 환경친화적인 안전한 농자재로 안전한 축산물을 생산하는데 기여할 수 있다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 악취저감 효과를 갖는 신규 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri.) NIST-1 균주에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가축분에서 발생되어지는 악취, 특히 암모니아성 가스를 저감시키는 미생물을 축분으로부터 분리하여 균주의 동정 및 그의 악취저감효과에 관한 것이다.

상세하게는 상기 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주는 축분에서 악취를 유발하는 암모니아성 성분에 대하여 강력한 감소 효과를 나타내는 유익미생물을 가축분변으로부터 분리, 동정한 것으로, 축분처리시 발생하는 악취성분중 특히, 특히 암모니아성분에 대하여 강력한 감소효과를 나타낸다.

상기 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주의 균주 분리 및 증식은 통상의 방법으로 실시할 수 있다.

바람직하게는 본 발명에 따른 슈도모나스 스튜즈제리 NIST-1 균주는 축분퇴적지에서 채취한 축분을 증류수에 현탁시킨 후 NB 평판배지(육즙 0.3%, 펩톤 0.5%, 한천 1.2%)에 도말하고 30℃에서 1-2일 배양하여 균주를 분리하고, 분리한 균주를 영양 액체 배지(NB배지) 10ml에 분리한 균주를 백금이로 1회 접종하여 30℃에서 76시간 동안 진탕 배양하였다. 이후 분리 균주들 중에서 암모니아가스 가스 저감율이 가장 좋은 균주를 선별하여 동정하였다.

그 결과 본 발명자들은 본 발명에 따른 미생물 균주가 신규 미생물임을 확인하고, 상기 균주를 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri) NIST-1라 명명하고, 상기 균주를 2007년 12월 14일자로 한국농용미생물 센타(KACC)에 기탁하여 수탁번호 KACC 91343P를 부여받았다.

본 발명자들은 본 발명에 따른 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri) NIST-1 균주의 암모니아가스 제거 활성을 확인하기 위하여, 상기 균주를 액체배지에 배양하여 얻은 배양액에 대하여 암모니아 가스 저감 효과를 NO₃-N의 성분 변화량을 기기분석하여 검정하였다.

그 결과 상기 균주 및 상기 균주를 액체배지에 배양하여 얻은 배양액은 축분처리시 발생하는 악취성분중 특히, 특히 암모니아성분에 대하여 강력한 감소효과를 나타내었다.

이에 따라 본 발명은 또한 상기 균주의 배양액을 포함하는 축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대한 저감제, 및 이를 이용한 축분에서 발생하는 암모니아 가스 저감 방법을 제공한다.

상기 균주 또는 상기 균주의 배양액을 포함하는 축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대한 저감제를 이용한 암모니아 가스 저감 방법은 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri.) NIST-1 균주 또는 이로부터 생산되는 배양액을 포함하는 상기 저감제를 축분에 살포 또는 혼합함으로써 실시될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 미생물 균주의 선별

경기도 양평의 한우사육농가의 축분퇴적지에서 채취한 축분을 증류수에 일백 금이 현탁시킨 후 NB 평판배지(육즙 0.3%, 펩톤 0.5%, 한천 1.2%)에 도말하고 30℃에서 1-2일 배양하여 균주를 분리하였다. 영양 액체 배지(NB배지) 10ml에 분리한 균주를 백금이로 1회 접종하여 30℃에서 76시간 동안 진탕 배양하였다. 그 배양액을 12,000×g에서 20분간 원심분리하고 축분에 첨가하여 10일동안 30℃ 항온기에서 배양한 후 가스관을 사용하여 암모니아가스의 감소율을 측정하였다. 분리 균주들 중에서 암모니아가스 가스 저감율이 가장 좋은 균주를 선별하여 동정하였다.

그 결과 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri)와 유사하지만 성장 온도 아르기닌 디하이드로 제네이즈 생성 차이를 보여 신규 미생물임을 확인하였다. 이것을 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri) NIST-1이라 명명하고, 이 균주를 2007년 12월 14일자로 한국농용미생물 센타(KACC)에 기탁하여 수탁번호 KACC 91343P를 부여받았다.

실시예 2 : 슈도모나스속 균주의 동정

본 발명의 슈도모나스속 NIST-1 균주의 동정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 행하는 동정법에 따라 수행하고, 슈도모나스속 NIST-1 균주의 형태학적 특성, 및 생리학적 특성을 각각 평가하였다. 그 결과를 하기 표 1 및 2에 각각 나타내었다.

형태	단간균
세포크기	1.1 x 2.5 ㎛
운동성	-
그람염색	-

상기 표 1에서 +는 양성을 -는 음성을 나타낸다.

상기 표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 슈도모나스속 NIST-1 균주는 단간균의 형태를 나타내었다.

특성	슈도모나스 스튜즈제리 (Peudomonas stutzeri)	슈도모나스 스튜즈제리 (Peudomonas stutzeri) NIST-1
젤라틴분해	-	-
에스큘린(Esculin) 가수분해	-	-
NO₃→NO₂	+	+
4℃ 생육	NR	NR
41℃ 생육	V	+
녹말(starch) 가수분해	+	+
리파아제(lipase) 생성	-	-
아르기닌 디히드로라아제(arginine dehydrolase) 생성	-	+

* 상기 표에서 NR은 무반응(no reaction)을, V는 가변성 반응(variable reaction)을, +는 양성을, 그리고 -는 음성을 나타낸다.

상기 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 슈도모나스 균주는 전분 가수분해 양성, 라이페이즈 생성 음성등 전형적인 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri)의 특성을 나타내었으나 41℃에서의 생육가능, 아르지닌 디하이드로레이즈 생성 양성 등의 특성이 나타나 새로운 균주로 동정하였다.

또한, 슈도모나스속 NIST-1 균주의 배양학적 특성을 측정한 결과, 영양 액체 배지에서 30℃에서 1-2일간 배양 생육이 좋고 펠리클을 형성하지 않으며 균체의 침전현상은 나타나지 않았다.

시험예 1 : 슈도모나스속 NIST-1 균주의 악취저감효과 검정

상기와 같이 분리 동정된 슈도모나스속 NIST-1 균주를 100ml 삼각 플라스크에 20ml 분주한 영양 액체배지(Nutrient broth)에 백금이로 1회 접종한 후 30℃에서 48시간 진탕배양하고, 정지기에 도달한 균주를 본 발명의 종균으로 사용하였다.

본 발명의 슈도모나스속 NIST-1 균주의 암모니아가스의 감소효과의 측정은 1차적으로 관능적인 방법(흡입법)으로 수행하였다.

또한 1차 검증결과 분리한 유익미생물을 배양하여 다음과 같은 방법으로 수행하였다. 우분에 영양 배양액체(Nutrient broth)을 첨가하여 슈도모나스 NIST-1 종균배양액을 처리, 30℃에서 10일동안 배양한 후 GC-Mass로 기기분석을 하여 NO₃-N의 성분 변화량을 측정하였다. 그 결과를 표 3 및 도 1에 나타내었다.

<분석 조건>

컬럼: IonPac AS 12A

이동상: 12.5mM Na₂CO₃+17.5mM NaHCO₃

유속: 1.2ml/min

검출기: suppressed conductivity

검출기 SRS 전류 : 100mA

시료 주입량: 25㎕

시료(Sample)	농도 (ng/kg-ppt)
대조구(처리전)	596.13
균주-6(Bacillus sp.) 처리구	202.12
슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri)-NIST 1 처리구	34.48
균주-11(Bacillus sp.) 처리구	363.2

상기 표 3 및 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri .) NIST-1 균주 처리구는 처리전의 대조구에 비교하여 1/17 수준으로의 암모니아 가스 저감 효과를 나타내었다. 또한 다른 암모니아 가스 저감 효과를 갖는 균주-6 및 균주-11을 처리한 처리구와 비교해서도 가장 우수한 암모니아 가스 저감 효과를 나타내었다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri .) NIST-1 균주의 배양액을 축분에 처리하였을 때의 NO₃-N의 감소효과를 나타낸 그래프이다.

Claims

축분에서 발생하는 암모니아 가스에 대한 저감 활성을 갖는 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri .) NIST-1 균주(수탁번호 KACC 91343P).
제1항에 따른 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri .) NIST-1 균주(수탁번호 KACC 91343P)의 배양액을 포함하는 축분중의 암모니아 가스 저감제.
제1항에 따른 슈도모나스 스튜즈제리(Pseudomonas stutzeri .) NIST-1 균주(수탁번호 KACC 91343P)의 배양액을 포함하는 축분 악취 저감제를 축분에 살포 또는 혼합하여 암모니아 가스를 저감시키는 축분중의 암모니아 가스 저감 방법.