KR20180000103A - 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 속 mj-c1 균주 및 이의 용도 - Google Patents
섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 속 mj-c1 균주 및 이의 용도 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180000103A KR20180000103A KR1020160077836A KR20160077836A KR20180000103A KR 20180000103 A KR20180000103 A KR 20180000103A KR 1020160077836 A KR1020160077836 A KR 1020160077836A KR 20160077836 A KR20160077836 A KR 20160077836A KR 20180000103 A KR20180000103 A KR 20180000103A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- strain
- streptomyces
- activity
- degrading
- culture
- Prior art date
Links
- 241000187180 Streptomyces sp. Species 0.000 title claims abstract description 41
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 239000010794 food waste Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 241000187747 Streptomyces Species 0.000 claims description 18
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 13
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 11
- 230000003480 fibrinolytic effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000003527 fibrinolytic agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000004382 Amylase Substances 0.000 claims description 9
- 102000013142 Amylases Human genes 0.000 claims description 9
- 108010065511 Amylases Proteins 0.000 claims description 9
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 claims description 9
- 239000004365 Protease Substances 0.000 claims description 9
- 102100037486 Reverse transcriptase/ribonuclease H Human genes 0.000 claims description 9
- 235000019418 amylase Nutrition 0.000 claims description 9
- 235000019419 proteases Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 9
- 102000004882 Lipase Human genes 0.000 claims description 8
- 239000004367 Lipase Substances 0.000 claims description 8
- 108090001060 Lipase Proteins 0.000 claims description 8
- 235000019421 lipase Nutrition 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 claims description 4
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 claims description 3
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims description 2
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 13
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 abstract description 13
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 abstract description 13
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 26
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 21
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 20
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 16
- UYXTWWCETRIEDR-UHFFFAOYSA-N Tributyrin Chemical compound CCCC(=O)OCC(OC(=O)CCC)COC(=O)CCC UYXTWWCETRIEDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 16
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 13
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 13
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 13
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 13
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 description 11
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 description 11
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 11
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 11
- 235000010980 cellulose Nutrition 0.000 description 10
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 10
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 10
- 235000020183 skimmed milk Nutrition 0.000 description 10
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 9
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 9
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 9
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 8
- 108010059892 Cellulase Proteins 0.000 description 8
- 229940106157 cellulase Drugs 0.000 description 8
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 7
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 7
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 7
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 7
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 7
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 6
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 6
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 6
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 5
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 4
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 4
- 235000019626 lipase activity Nutrition 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 4
- 241000194108 Bacillus licheniformis Species 0.000 description 3
- 102000009123 Fibrin Human genes 0.000 description 3
- 108010073385 Fibrin Proteins 0.000 description 3
- BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N Fibrin monomer Chemical compound CNC(=O)CNC(=O)CN BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 229950003499 fibrin Drugs 0.000 description 3
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 3
- 239000004006 olive oil Substances 0.000 description 3
- 235000008390 olive oil Nutrition 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101150026476 PAO1 gene Proteins 0.000 description 2
- 241000193390 Parageobacillus thermoglucosidasius Species 0.000 description 2
- 241001148470 aerobic bacillus Species 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 238000004177 carbon cycle Methods 0.000 description 2
- 108010085318 carboxymethylcellulase Proteins 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 239000002361 compost Substances 0.000 description 2
- 238000009264 composting Methods 0.000 description 2
- 238000012136 culture method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000012137 tryptone Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091032973 (ribonucleotides)n+m Proteins 0.000 description 1
- HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]-2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)ethanone Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)N1CCN(CC1)C(CN1CC2=C(CC1)NN=N2)=O HMUNWXXNJPVALC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001495178 Acetivibrio Species 0.000 description 1
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 244000291564 Allium cepa Species 0.000 description 1
- 235000002732 Allium cepa var. cepa Nutrition 0.000 description 1
- 241000186063 Arthrobacter Species 0.000 description 1
- 241000193755 Bacillus cereus Species 0.000 description 1
- 241000193399 Bacillus smithii Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 241000605902 Butyrivibrio Species 0.000 description 1
- 241000178334 Caldicellulosiruptor Species 0.000 description 1
- 241000222120 Candida <Saccharomycetales> Species 0.000 description 1
- 241000186321 Cellulomonas Species 0.000 description 1
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 1
- 240000008067 Cucumis sativus Species 0.000 description 1
- 235000010799 Cucumis sativus var sativus Nutrition 0.000 description 1
- 241000605056 Cytophaga Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 241001240958 Pseudomonas aeruginosa PAO1 Species 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 241000192031 Ruminococcus Species 0.000 description 1
- 241000235070 Saccharomyces Species 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- 241000607720 Serratia Species 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 241000190870 Sporocytophaga Species 0.000 description 1
- 241001647802 Thermobifida Species 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 125000002057 carboxymethyl group Chemical group [H]OC(=O)C([H])([H])[*] 0.000 description 1
- 235000021403 cultural food Nutrition 0.000 description 1
- HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N d-xylitol Chemical compound OC[C@H](O)C(O)[C@H](O)CO HEBKCHPVOIAQTA-NGQZWQHPSA-N 0.000 description 1
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000007952 growth promoter Substances 0.000 description 1
- 235000021478 household food Nutrition 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000002772 monosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 102000042567 non-coding RNA Human genes 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 239000006916 nutrient agar Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical group 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 241001148471 unidentified anaerobic bacterium Species 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B2101/00—Type of solid waste
- B09B2101/018—Animal meals
-
- B09B2220/04—
-
- C12R1/465—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/465—Streptomyces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Virology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
Abstract
본 발명은 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종 MJ-C1 균주 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 분해활성 및 고분자 유기탄소화합물 분해효소 활성이 높고 특히 섬유소를 효과적으로 분해할 수 있는 MJ-C1 균주 및 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 MJ-C1 균주는 음식물 분해활성 및 고분자 유기탄소화합물 분해효소 활성이 매우 높은 특징이 있으며 특히 섬유소를 효과적으로 분해할 수 있다. 또한 높은 염분 농도에서 성장할 수 있는 균주인 바, 염분도가 높은 한국형 음식물 쓰레기 처리용 균주로 매우 경쟁력이 있다. 아울러 종이 분해능을 가지는 바, 음식물 쓰레기 성분 중 분해가 용이하지 않은 식물성 섬유소 분해를 촉진시킬 수 있으며, 음식물 쓰레기와 종이류를 혼합하여 분해시키는 공정에 활용 가능하다.
본 발명에 따른 MJ-C1 균주는 음식물 분해활성 및 고분자 유기탄소화합물 분해효소 활성이 매우 높은 특징이 있으며 특히 섬유소를 효과적으로 분해할 수 있다. 또한 높은 염분 농도에서 성장할 수 있는 균주인 바, 염분도가 높은 한국형 음식물 쓰레기 처리용 균주로 매우 경쟁력이 있다. 아울러 종이 분해능을 가지는 바, 음식물 쓰레기 성분 중 분해가 용이하지 않은 식물성 섬유소 분해를 촉진시킬 수 있으며, 음식물 쓰레기와 종이류를 혼합하여 분해시키는 공정에 활용 가능하다.
Description
본 발명은 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종 MJ-C1 균주 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 분해활성 및 고분자 유기탄소화합물 분해효소 활성이 높고 특히 섬유소를 효과적으로 분해할 수 있는 MJ-C1 균주 및 이의 용도에 관한 것이다.
우리나라에서 매일 발생되는 음식물쓰레기는 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). 음식물쓰레기는 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 CO2e), 악취 발생, 음식물폐수 (음식물쓰레기 중량의 5.8%)로 인한 수질오염 등 주요한 환경오염을 야기시키고 있다.
정부는 2010년 2월부터 '음식물쓰레기 줄이기 종합대책'을 추진하고 있으며, 이를 위해서 발생 억제를 통한 음식물쓰레기 감축으로 그 관리체계를 전환하고 있지만 아직까지는 수집, 운반, 음식물쓰레기 자원화시설에서의 처리, 재활용 등 사후처리에 집중되어 있다.
현재 분리 수거되는 음식물쓰레기는 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 음식물쓰레기를 처리할 수 있는 다양한 기술 개발 및 그 기술의 실생활 적용에 대한 수요가 점점 높아져 가고 있는 실정이다.
2013년 환경부는 자원순환사회로의 전환을 위한 '2020년까지 재활용자원 매립 제로화' 정책을 발표함으로써 발생하는 모든 음식물쓰레기의 자원화는 의무사항이 되었고, 이에 다양한 업체에서 음식물쓰레기 처리기를 개발하여 출시하고 있으며, 크게 열풍건조식, 분쇄건조식, 냉동보관방식, 가정용 음식물분쇄기 (디스포저) 방식, 미생물발효소멸방식으로 분류된다. 그러나 미생물발효소멸방식을 제외한 타 처리기술은 그 처리산물을 수거하여 2차 처리나 매립을 해야 하기 때문에 정부의 자원순환형 폐기물관리정책에 부응하지 못한다는 문제점을 갖는다. 따라서 지속가능한 폐기물 관리 전략에 있어서 발생량 감소와 재활용을 제외한다면 최우선 순위는 미생물발효소멸을 이용한 퇴비화라는 것을 알 수 있다.
그러나 미생물 발효소멸방식 음식물쓰레기 처리기의 장점에도 불구하고 아직 그 이용률은 미미한 수준에 머물고 있는데 이는 현재까지 개발된 음식물쓰레기 처리기용 미생물제제는 극히 초보적 수준으로 음식물쓰레기 분해가 불완전하게 이루어지고 있기 때문이다. 이를 단적으로 증명하는 것은 발효소멸과정에서 발생하는 극심한 악취로, 악취발생은 음식물쓰레기의 완전한 분해가 이루어지지 않고 건조가 진행됨에 따른 현상이다.
따라서 음식물쓰레기의 성공적인 발효소멸은 음식물쓰레기를 완전하게 발효소멸 시킬 수 있는 미생물의 확보가 가장 중요한 요인임을 알 수 있다. 음식물쓰레기 처리에 바람직한 미생물이 갖추어야 할 필수조건으로는 첫째, 음식물을 구성하는 탄소원인 탄수화물, 지질, 단백질 고분자화합물을 분해할 수 있는 체외효소(extracellular enzyme)인 아밀라아제(amylase) 및 셀룰라아제(cellulase), 리파아제(lipase), 프로테아제(protease) 활성도가 높아야 하며, 둘째, 이러한 효소 활성에 의해 생산된 분해산물인 단당류, 글리세롤(glycerol) 및 지방산, 아미노산을 이산화탄소와 물로 완전히 분해할 수 있는 높은 활성을 가져야 한다.
현재까지 음식물쓰레기의 발효소멸용 미생물로 개발된 다양한 미생물들의 특성을 살펴보면, 먼저 분류학적으로 세균계의 바실러스(Bacillus), 락토바실러스 (Lactobacillus), 세라티아 (Serratia), 카모박테리움 (Camobacterium), 아트로박터 (Arthrobacter), 방선균 (anctinomycetes) 속 등, 그리고 진핵생물계의 효모 (Candida, Saccharomyces 속) 등이 있으며 가장 많은 비중 (70% 이상)을 차지하는 국내 특허 미생물은 바실러스 속이다.
그러나 음식물쓰레기 성분 중 발효소멸이 가장 어려운 성분은 셀룰로오스(cellulose)로, 셀룰로오스 분해가 저조할수록 음식물쓰레기의 발효소멸 감량율은 감소하게 된다. 셀룰로오스의 분해는 한정된 종의 혐기성 및 호기성 곰팡이(anaerobic and aerobic fungi), 혐기성 박테리아(fermentative anaerobic bacteria: Clostridium, Ruminococcus, Caldicellulosiruptor, Butyrivibrio, Acetivibrio 속으로 에탄올, 유기산, CO2, 및 H2가 산물), 호기성 박테리아(aerobic bacteria: Bacillus, Cellulomonas and Thermobifida, Cytophaga, Sporocytophaga, Streptomyces 속으로 CO2, H2O, biomass가 산물)에 의해 이루어지는 것으로 알려져 있으며, 이들 중 음식물 쓰레기의 발효소멸에 적용할 수 있는 미생물군은 호기성 박테리아(aerobic bacteria)로 국한된다.
셀룰로오스(Cellulose)를 분해할 수 있는 미생물군 중 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속은 식물성 고분자화합물의 분해를 통하여 지구의 탄소 순환에 기여하는 바기 매우 큰 것으로 널리 알려져 있으나 셀룰로오스를 효과적으로 분해하는 호기성 스트렙토마이세스(aerobic Streptomyces) 균주에 대한 연구는 극히 한정적이다 (Book et al., 2014). 국내외 특허 조사 결과, 글루카네이즈를 생산하는 스트렙토마이세스 속 Y9343 (출원번호 특19940003357), 자일로 올리고사카라이드 생산을 위한 자일란 분해효소를 생산하는 Streptomyces 종 CS624 (출원번호 1020130088031), 자일라나제를 생산하는 Streptomyces 속 HY-14 균주 (출원번호 1020140038465) 만이 비전분성 다당류를 분해하는 Streptomyces 균주에 관한 특허로 분석되었으며 세 경우 모두 다 셀룰로오스와는 다른 다당류에 대한 분해력을 가진 Streptomyces 균주였으며, 셀룰로오스를 분해할 수 있는 특정 스트렙토마이세스(Streptomyces) 균주 확보 및 그 특성에 관한 연구는 부족한 실정이다.
본 발명은, KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주와 이의 용도를 제공한다.
본 발명은, KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 제공한다.
상기 균주의 16s rRNA은 서열번호 1의 염기서열을 가질 수 있다.
상기 균주는 고분자 유기탄소 화합물 분해 효소 활성을 가질 수 있다.
상기 고분자 유기탄소 화합물 분해 효소는 아밀라아제, 프로테아제 및 리파아제로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 균주는 종이 분해능을 가질 수 있다.
또한 본 발명은, 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 배지에 접종한 후 배양하는 단계를 포함하여 구성되는, 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 배양액 제조방법을 제공한다.
상기 배양은 pH 5 ~ 10의 조건에서 이루어질 수 있고, 더욱 바람직하게는 pH 6 ~ 9의 조건에서 이루어질 수 있다.
또한 상기 배양은 NaCl 농도 2 ~ 9 %(w/v)의 조건에서 이루어질 수 있다. 상기 MJ-C1 균주는 높은 염분도에 저항이 강한 특성이 있는 바, 이러한 특성은 염분도가 높은 한국형 음식물 쓰레기 처리용 균주로 매우 경쟁력 있는 특성이다.
또한 본 발명은, KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는 음식물 쓰레기 처리제를 제공한다.
또한 본 발명은, KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는 종이 분해제를 제공한다.
또한 본 발명은, KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 음식물 쓰레기에 접종하는 단계를 포함하는 음식물 쓰레기 처리방법을 제공한다.
상기 방법은 MJ-C1 균주를 음식물 쓰레기에 접종한 후 30~45℃에서 40 ~ 60 시간 동안 배양하는 단계, 더욱 바람직하게는 40℃에서 50시간 배양하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 종이류에 접종하는 단계를 포함하는 종이 분해방법을 제공한다.
상기 방법은 MJ-C1 균주를 음식물 쓰레기에 접종한 후 30~45℃에서 40 ~ 60 시간 동안 배양하는 단계, 더욱 바람직하게는 40℃에서 50시간 배양하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 MJ-C1 균주는 음식물 분해활성 및 고분자 유기탄소화합물 분해효소 활성이 매우 높은 특징이 있으며 특히 섬유소를 효과적으로 분해할 수 있다. 또한 높은 염분 농도에서 성장할 수 있는 균주인 바, 염분도가 높은 한국형 음식물 쓰레기 처리용 균주로 매우 경쟁력이 있다. 아울러 종이 분해능을 가지는 바, 음식물 쓰레기 성분 중 분해가 용이하지 않은 식물성 섬유소 분해를 촉진시킬 수 있으며, 음식물 쓰레기와 종이류를 혼합하여 분해시키는 공정에 활용 가능하다.
도 1은 온도 변화와 관련된 MJ-C1 균주의 성장 조건을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 pH 변화와 관련된 MJ-C1 균주의 성장 조건을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 염분 변화와 관련된 MJ-C1 균주의 성장 조건을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 MJ-C1 균주(실시예, 도 4a)와 KHNS-1 균주(비교예 1, 도 4b)의 전분 분해능을 분석한 그래프이다.
도 5는 MJ-C1 균주(실시예, 도 5a)와 KHNS-1 균주(비교예 1, 도 5b)의 섬유소 분해능을 분석한 그래프이다.
도 6은 MJ-C1 균주(실시예, 도 6a)와 KHNS-1 균주(비교예 1, 도 6b)의 음식물 분해능을 분석한 그래프이다.
도 7은 MJ-C1 균주의 탈지유 및 지질 분해능을 분석한 그래프이다: 도 7a. 탈지유-탈지유 분해 클리어존 40mm, 도 7b. 지질(트리부티린)-지질 분해 클리어존 15mm, 도 7c. 지질(올리브 오일)-지질 분해에 따른 형광 반응
도 8은 실시예와 비교예 균주의 종이 분해능을 분석한 결과이다: 도 8a. 비교예 10(PAO1), 도 8b. 비교예 2(KHNS-1), 도 8c. 실시예 (MJ-C1)
도 2는 pH 변화와 관련된 MJ-C1 균주의 성장 조건을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 염분 변화와 관련된 MJ-C1 균주의 성장 조건을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 MJ-C1 균주(실시예, 도 4a)와 KHNS-1 균주(비교예 1, 도 4b)의 전분 분해능을 분석한 그래프이다.
도 5는 MJ-C1 균주(실시예, 도 5a)와 KHNS-1 균주(비교예 1, 도 5b)의 섬유소 분해능을 분석한 그래프이다.
도 6은 MJ-C1 균주(실시예, 도 6a)와 KHNS-1 균주(비교예 1, 도 6b)의 음식물 분해능을 분석한 그래프이다.
도 7은 MJ-C1 균주의 탈지유 및 지질 분해능을 분석한 그래프이다: 도 7a. 탈지유-탈지유 분해 클리어존 40mm, 도 7b. 지질(트리부티린)-지질 분해 클리어존 15mm, 도 7c. 지질(올리브 오일)-지질 분해에 따른 형광 반응
도 8은 실시예와 비교예 균주의 종이 분해능을 분석한 결과이다: 도 8a. 비교예 10(PAO1), 도 8b. 비교예 2(KHNS-1), 도 8c. 실시예 (MJ-C1)
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
실시예: 신규 미생물 MJ-C1 균주의 분리 및 동정
1. 균주의 분리 및 배양
가정용 음폐물 처리기에 코코피트 2 kg (함수율 40%)과 용인시 하수처리장의 활성오니 500 g을 첨가한 후 37-40 ℃에서 교반하였다. 2일차부터 매일 혼합물 1 kg (밥 300 g, 오이, 감자, 양파 각 50 g씩, 생선 50 g으로 총 건조중량은 307 g)을 첨가하며 30일간 운전하면서 음폐물 처리기에 잔류하는 퇴비를 주기적으로 시료로 채취하여 균주 분리를 시도하였다. 채취한 퇴비시료를 멸균수로 단계별로 희석한 후 0.1 ml을 한천(nutrient agar) 배지 (0.5% peptone, 0.3% beef extract, 1.5% agar, pH 7.0) 및 CMC(carboxymethyl cellulose) 배지에 도말하여 35 ℃에서 배양하였다. 배양 후 1일차부터 균주의 성장 및 형태를 관찰하면서 성장이 빠른 균주를 선택하여 동일 배지에 계대 배양하는 방법을 통하여 MJ-C1 균주 등 다양한 세균의 순수분리를 수행하였다.
분리된 균주들은 음식물 분해능을 확인하기 위한 배지 (상기 음식혼합물 3 g + 인산 완충액(phosphate buffer) 10 ml, KH₂PO₄ 0.01%, MgSO4ㅇ7H2O 0.05%, KCl 0.01%, (NH4)2SO4 0.01%, pH 7.0)에 접종하여 음식물 소멸정도를 비교, 평가하였다. 또한 고분자 유기탄소화합물에 대한 효소활성을 확인하기 위하여, 아밀라아제 배지 (peptone 0.05%, MgSO4ㅇ7H2O 0.05%, KCl 0.01%, (NH4)2SO4 0.01%, NaH2PO4 0.01%, starch 2%, agar 1.5%, pH 7.0), 셀룰라아제 배지 (KH₂PO₄ 0.01%, MgSO4.7H2O 0.05%, NaCl 0.05%, FeSO4.7H2O 0.001%, MnSO4.7H2O 0.001%, NH4NO3 0.03%, CMC 1%, agar 1.5%, pH 7.0), 리파이제 배지 (tributyrin 1%, peptone 0.5%, yeast extract 0.3%, agar 1.2%, pH 7.5), 프로테아제 배지 (skimmed milk 0.5%, peptone 0.6%, beef extract 0.3%, agar 1.5%, pH 7.0)에 각각 접종하여 45℃에서 1일 배양한 후, 균 성장부위 주변에 형성되는 클리어 존(clear zone)의 지름을 측정, 비교하여 분해활성을 평가하였다.
상기 방법으로 분리된 세균 중 MJ-C1 균주가 음식물 분해활성 및 고분자 유기탄소화합물 분해효소 활성이 매우 높은 것으로 확인되었고, 이는 음식물 분해활성이 좋은 세균으로 널리 알려져 있는 바실러스(Bacillus) 속 세균이 아닌 것으로 분석되었는 바, 신규한 균주로 선별되었다.
선별된 MJ-C1 균주는 16S rRNA 염기서열(서열번호 1) 분석결과 몇 종의 Streptomyces sp.의 16S ribosomal RNA gene, partial sequence (GenBank accession KM999987, KX279638, KU953961, KP998450, KT717919 등)와 99% 유사성을 갖는 것으로 분석되었으며 미생물자원센터 (기탁명칭 Streptomyces sp. MJ-C1, 기탁번호 KCTC 18470P)에 기탁되었다. 유사성을 갖는 Streptomyces sp. 균주들의 분리 목적은 제시되지 않은 경우가 많았고 제시된 용도는 항생제 활성, 신물질 생산, 식물 성장촉진제 등으로써 본 발명에서와 같이 대표적인 유기화합물군의 분해활성을 갖는 균주는 확인되지 않았다.
실험예 1: MJ-C1의 성장 조건 분석
MJ-C1 균주 성장에 있어서 최적 온도 및 pH 범위를 측정하기 위하여, 영양배지(nutrient broth, agar 0.1%)에 MJ-C1 균주를 접종하고 20 ~ 50 ℃, pH 4 ~ 10, NaCl 농도 0 ~ 8% 조건에서 성장을 비교 분석하였다.
도 1에서 나타내는 바와 같이, MJ-C1 균주는 40, 45℃에서 20시간 배양 후 정지기 (stationary phase)에 도달하였으며 20, 30℃에서는 각각 70, 38 시간 배양 후 최대 흡광도에 도달하였다. 50℃에서 균주는 성장하지 않았으며, 지수성장기의 세균 농도는 40℃에서 가장 높게 관찰되었다(최적 온도 40℃).
도 2에서 MJ-C1 균주 성장에 있어서의 pH 조건을 분석한 결과를 나타내었다. 도 2에서 나타내는 바와 같이, MJ-C1 균주의 성장은 pH 6, 7, 8, 9에서 약 5시간 정도의 지연기(lag phase)를 거쳐 빠르게 성장기가 일어나는 것으로 관찰되었다. 지수성장기에 이르기까지 소요되는 시간이나 최대 세균 농도는 pH 6 ~ 9 범위에서 전체적으로 유사하게 나타났다. pH 5, 10에서는 약 12시간의 지연기를 거친 후 성장이 일어났으나 pH 5는 10시간, 최대 세균의 농도는 pH 6 ~ 9에서의 농도보다 반으로 현저히 낮았고 pH 10에서는 지수성장기에 이르기까지의 시간은 20시간이었지만 최대 세균 농도는 pH 6 ~ 9에서의 농도와 큰 차이가 없었다. 그러나 pH 4에서는 성장이 관찰되지 않았다. MJ-C1 균주의 성장 가능 pH 범위를 타 연구에 제시된 바실러스(Bacillus) 속 계통의 음식물 분해세균의 pH 범위와 비교하고 그 결과를 표 1에 나타내었다. 도 2 및 표 1에서 나타내는 바와 같이, MJ-C1 균주는 성장 가능한 pH 범위가 매우 넓고 성장 또한 우수한 것으로 확인되었다.
| pH | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 참고문헌 (특허공개번호) |
|
| 실시예 | MJ-C1 (Streptomyces sp. ) |
+ | ++ | +++ | +++ | +++ | +++ | ++ | 본 발명 |
| 비교예1 | KHNS-1 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KCTC 12737BP) |
- | +++ | +++ | +++ | +++ | +++ | 본 발명자 보유 균주 |
|
| 비교예2 | Bacillus licheniformis (기탁번호: KCCM 11560) |
- | ++ | ++ | +++ | ++ | - | - | 2011-0060052 |
도 3에서 MJ-C1 균주 성장에 있어서의 염분 조건을 분석한 결과를 나타내었다. MJ-C1 균주는 염분 농도 6% 범위 내에서 약 8시간의 유도기 (lag phase)를 거쳐 성장이 빠르게 일어나는 것으로 관찰되었다. 염분농도 8%를 제외하고 지수성장기에 이르기까지 소요되는 시간은 전체적으로 유사했고 최대 세균 농도는 NaCl 농도 0 ~ 6% 범위에 따라 점차 줄어드는 것을 나타났다. NaCl 농도 8%에서는 지수 성장기에 이르는 시간이 약 35시간이고 최대성장이 가장 낮은 수준인 것으로 관찰되었다. MJ-C1 균주의 성장 가능 염분 농도범위를 타 연구에 제시된 바실러스(Bacillus) 속 계통의 음식물 분해세균의 활성과 비교하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
| NaCl 농도 (%) | ≤2 | 4 | 6 | 8 | ≥10 | 참고문헌 (특허 공개번호) |
|
| 실시예 | MJ-C1 (Streptomyces sp. ) |
+++ | +++ | +++ | ++ | - | 본 발명 |
| 비교예1 | KHNS-1 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KCTC 12737BP) |
+++ | +++ | ++ | + | 본 발명자 보유 균주 |
|
| 비교예2 | Bacillus licheniformis (기탁번호: KCCM 11560) |
+++ | ++ | - | - | 2011-0060052 | |
| 비교예3 | KB-68 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KFCC 11325) |
+++ | +++ | ++ (7%) | - | 2005-0038663 | |
| 비교예4 | AF-333 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KCCM-10658P) |
+++ | +++ | ++ (7%) | - | 2007-0006440 | |
| 비교예5 | Geobacillus thermoglucosidasius (기탁번호: KCCM 41418) |
+++ | ++ | + | - | 2011-0011061 | |
| 비교예6 | Bacillus cereus ENB-02 (기탁번호: KACC 9131P) |
+++ (3%) |
+++ (5%) |
+ | - | ||
| 비교예7 | Bacillus smithii (기탁번호: KACC 1161P) |
+++ (0%) |
++ | + | - | 2005-0094769 | |
상기 표 2에서 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 MJ-C1 균주는 매우 높은 염분 농도에서 성장을 할 수 있는 상위 그룹의 균주라는 것을 확인할 수 있었으며 이는 염분도가 높은 한국형 음식물 쓰레기 처리용 균주로 매우 경쟁력 있는 특성이다.
실험예
2: MJ-C1 균주의 효소활성도 평가
MJ-C1의 아밀라아제(amylase), 셀룰라아제(cellulase), 리파아제(lipase), 프로테아제(protease) 효소활성을 평가하기 위하여, 각각의 고체배지로 아밀라아제 배지 (peptone 0.5%, yeast extract 0.3%, starch 0.2%, agar 1%, pH 7.0), cellulase 배지 (KH₂PO₄ 0.1%, MgSO4.7H2O 0.05%, NaCl 0.05%, FeSO4.7H2O 0.001%, MnSO4.7H2O 0.001%, NH4NO3 0.03%, Carboxymethyl celluose 1%, agar 1.2%, pH 7.0), 리파아제 배지 (tributyrin 4%, tryptone 1%, yeast extract 0.5%, agar 1.2%, pH 7.0), protease 배지 (skimmed milk 0.5%, peptone 0.6%, beef extract 0.3%, agar 1.5%, pH 7.0)를 이용하여 실험을 수행하였다.
MJ-C1 균주의 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 활성을 각각 전분(starch), 섬유소(cellulose), 탈지유(skim milk), 트리부티린(tributyrin)을 유일 탄소원으로 하는 상기 한천(agar) 배지에 접종하여 40℃에서 1일간 배양한 후 형성되는 클리어 존(clear zone)의 지름을 측정하여 평가한 후, 그 결과를 타 연구에 제시된 바실러스(Bacillus) 속 계통의 음식물 분해세균의 활성과 비교 분석한 자료를 표 3에 나타내었다. 표 3에서 나타내는 바와 같이, MJ-C1 균주는 아밀라아제, 셀룰라아제, 프로테아제 및 리파아제 활성이 모두 우수한 것으로 확인되었다.
| Amylase | Cellulase | Protease | Lipase | 참고문헌 (특허 공개번호) |
||
| 실시예 | MJ-C1 (Streptomyces sp. ) | 20 | 15 | 40 | 15 | 본 발명 |
| 비교예1 | KHNS-1 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KCTC 12737BP) |
> 50* | > 26* | 26.0 | 17.0 | 본 발명자 보유 균주 |
| 비교예2 | Bacillus licheniformis (기탁번호: KCCM 11560) |
16 | 19 | 13 | 11 | 2011-0060052 |
| 비교예3 | KB-68 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KFCC 11325) |
21.3 | - | 18.2 | 13.9 | 2005-0038663 |
| 비교예4 | AF-333 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KCCM-10658P) |
35.4 | - | 15.7 | 20.3 | 2007-0006440 |
| 비교예5 | Geobacillus thermoglucosidasius (기탁번호: KCCM 41418) |
29 | 22 | 18 | 14 | 2011-0011061 |
| 비교예8 | N0701-5 (Bacillus subtilis) (기탁번호: KFCC 11346P) |
12.3 | 10.7 | 12.7 | 12.7 | 2005-0025118 |
| 비교예9 | Bacillus subtilis (한국미생물보존센터 균주 KCCM 11316) |
+ | 9 | + | 8.3 | 2005-0025118 |
*, 배지 위로 퍼져 자라며 넓은 부위에 clear zone이 형성됨
+, 미미한 효소활성
실험예 3: MJ-C1 균주에 의한 고분자 유기탄소화합물의 분해능 평가
스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.)은 식물성 고분자화합물의 분해를 통하여 지구의 탄소 순환에 기여하는 바가 매우 큰 것으로 널리 알려져 있으나 셀룰로오스(cellulose)를 효과적으로 분해하는 호기성 스트렙토마이세스(aerobic Streptomyces) 균주에 대한 연구는 극히 한정적이다 (Book et al., 2014). 일반적으로 스트렙토마이세스 속 (Streptomyces sp.) 세균은 탄수화물, 핵산, 단백질, 지질 등과 같은 고분자 화합물을 분해할 수 있는 체외효소를 분비하여 당이나 아미노산 같이 용이하게 분해할 수 있는 기질로 전환하는 능력을 가지고 있다 (Madigan 등, 2012). 그러나 이 과정을 통해 고분자 화합물이 세균에 의해 모두 에너지원이나 탄소원으로 이용되거나 CO2로 완전히 분해되는 것이 아니므로 고분자화합물을 유일 탄소원으로 하는 조건에서 세균의 성장이 일어나는 동시에 CO2가 최종분해산물로 발생되는지를 평가할 필요가 있다. 따라서 본 실험예에서는 전분 (soluble starch 2%), 섬유소(Carboxymethyl celluose 1%), 음식물 혼합물(2.5%)을 유일 탄소원으로 하는 배지에서 MJ-C1 균주의 성장 및 CO2 발생 여부를 조사하였다. 전분, 섬유소, 음식물 혼합물을 유일 탄소원으로 하는 배지로는 '균주의 분리 및 배양'에 기술된 아밀라아제 배지, 셀룰라아제 배지, 음식물 분해능을 확인하기 위한 배지가 사용되었으며, CO2 발생을 정량적으로 분석하기 위해 127 ml 세럼 보틀(serum bottle)에 배지 20 ml을 첨가한 후 그레이 러버 스토퍼(grey rubber stopper)와 알루미늄실(aluminum seal)을 이용하여 완전히 밀봉한 후 40℃에서 배양하며 배양용기의 헤드스페이스(head space) 내의 CO2 농도 변화를 분석하였다. CO2 농도 측정은 TCD가 장착된 가스 크로마토그래피(gas chromatography, HP 6890, Agilent)를 이용하여 수행하였다.
MJ-C1 균주의 효소활성을 보다 정량적으로 분석하기 위하여 인산 완충액(phosphate buffer) 액체배지에 전분(starch), 셀룰로오스(cellulose)를 유일 탄소원으로 첨가한 후 각 고분자유기물 분해효소 활성을 평가하였다. 기존 특허에서는 시도되지 않은 CO2의 발생량으로 활성을 평가하는 방법을 사용하였기 때문에 기존 특허균주와의 활성비교가 불가능한 관계로 본 연구에서 분리된 Bacillus subtilis KHNS-1 균주(비교예 1)의 활성과 비교한 결과를 제시하였다
실험예 3-1: 스트렙토마이세스 종(
Streptomyces sp
.) MJ-C1 균주의 전분(starch) 분해능 분석
가용성 전분(Soluble starch) 2%가 첨가된 인산 완충액(phosphate buffer)에 MJ-C1 균주를 접종한 후 40℃에서 50시간 동안 배양액에 존재하는 전분(starch)이 분해되는 과정에서 발생되는 CO2의 양을 측정하였다. 도 4에서 나타내는 바와 같이, MJ-C1 균주의 전분(starch) 활성은 배양을 시작한 지 약 10시간 후부터 촉진되어 CO2의 활발한 발생이 측정되었으며 배양 후 24시간이 지나 최고에 도달하는 것으로 분석되었다. MJ-C1 균주(실시예)는 약 1400 ml/L의 CO2를 발생하였고 KHNS-1 균주(비교예 1)는 약 1200 ml/L의 CO2를 발생하였는바 그 효과는 MJ-C1 균주가 더 우수한 것으로 확인되었다.
실험예 3-2: 스트렙토마이세스 종(
Streptomyces sp
.) MJ-C1 균주의 섬유소(cellulose) 분해능 분석
카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose, CMC) 1%가 첨가된 인산 완충액(phosphate buffer)에 MJ-C1 균주를 접종한 후 40℃에서 50시간 동안 배양액에 존재하는 CMC가 분해되는 과정에서 발생되는 CO2의 양을 측정하였다. MJ-C1 균주의 CMCase 활성은 배양을 시작한 지 약 10시간 후부터 측정이 되었으며 배양 후 24시간이 지나 최고에 도달하는 것으로 분석되었다. 이 때, CMCase의 활성에 의해 생산된 글루코오스(glucose)는 MJ-C1 균주에 의해 CO2로 완전히 분해되는 것으로 확인되었다. MJ-C1 균주는 약 600 ml/L의 CO2를 발생하였고 KHNS-1 균주는 약 500 ml/L의 CO2를 발생하였는데 그 효과는 MJ-C1 균주가 더 우수 하였다 (도 5).
실험예 3-3: 스트렙토마이세스 종(
Streptomyces sp
.) MJ-C1 균주의 음식물 분해능 분석
음식혼합물 2.5%가 첨가된 인산 완충액(phosphate buffer)에 MJ-C1 균주를 접종한 후 40℃에서 50시간 동안 배양액에 존재하는 음식물이 분해되는 과정에서 발생되는 CO2의 양을 측정하고 그 결과를 도 6에 나타내었다. MJ-C1 균주의 음식물을 분해하는 활성은 배양을 시작하면서 지연기 없이 개시되었으며 배양 후 24시간이 지나 최고에 도달하는 것으로 분석되었다. MJ-C1 균주는 약 1400 ml/L의 CO2를 발생하는 것으로 확인되었고, KHNS-1 균주 역시 유사한 결과를 나타내었다.
실험예 3-4: 스트렙토마이세스 종(
Streptomyces sp
.) MJ-C1 균주의 탈지유(skim milk) 및 지질(lipid) 분해능 분석
MJ-C1 균주가 탈지유(skim milk), 지질(lipid)을 유일 탄소원으로 하여 성장하는 것은 프로테아제(protease) 배지 (skimmed milk 0.5%, peptone 0.6%, beef extract 0.3%, agar 1.5%, pH 7.0)와 리파아제(lipase) 배지 (tributyrin 4%, tryptone 1%, yeast extract 0.5%, agar 1.2%, pH 7.0)에 배양하여 확인하였다.
리파아제(lipase) 활성을 조사하는 방법으로 트리부티린(tributyrin, C15H26O6)을 기질로 하는 트리부티린 한천(tributyrin agar) 배지법이 널리 사용되고 있다. 그러나 트리부티린(tributyrin)은 글리세롤(glycerol) 한 분자에 부티르산(butyric acid) 3 분자가 에스터 결합에 의해 연결되어 있는 구조를 가지고 있는 매우 간단한 지질에 해당되기 때문에 음식폐기물에 주로 존재하는 지질류를 대표하는 물질로는 부족한 부분이 존재한다. 따라서 본 발명에서는 일차적으로 트리부티린 한천(tributyrin agar) 배지를 이용한 리파아제(lipase) 활성 평가 외에 올리브 오일(olive oil)을 유일 탄소원으로 하는 고체배지 (ROA 배지 : pepton 0.5%, beef 0.3%, NaCl 0.4%, pH 7, Agar 2%, 3.125% olive oil, 1% rhodamineB (0.1%))를 이용하여 리파아제(lipase)를 이용한 활성 평가를 실시하였다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 각각의 배지에서의 클리어 존을 통해, MJ-C1 균주의 탈지유, 지질의 분해능을 확인하였다.
실험예 3-5: 스트렙토마이세스 종(
Streptomyces sp
.) MJ-C1 균주의 펄프(종이) 분해능 분석
MJ-C1 균주의 CMC 분해능이 우수한 것으로 분석되어 CMC에 비해 분해가 어려운 종이류 분해활성을 평가하기 위하여, 와트만 필터 페이퍼(Whatman filter paper no. 1, 1 cm X 3 cm)가 유일탄소원으로 첨가된 phosphate buffer에 MJ-C1 균주를 접종한 후 필터 페이퍼(filter paper)의 분해를 관찰하였다. 대조균주로 슈도모나스 에루지노사(Pseudomonas aeruginosa) PAO1(비교예 10), 바실러스 서브틸러스(Bacillus subtilis) KHNS-1(비교예 1)을 사용하였으며 3주 후 결과를 나타내었다 (도 8). PAO1과 KHNS-1 균주는 종이 분해활성을 보이지 않았으나 MJ-C1 균주는 높은 종이 분해능을 보임에 따라 음식물쓰레기 성분 중 분해가 용이하지 않은 식물성 섬유소 분해를 촉진시킬 수 있을 뿐 아니라 음식물쓰레기와 종이류를 혼합하여 분해시키는 공정에 활용할 수 있는 잠재력이 높은 것으로 평가된다.
<110> MYONGJI UNIVERSITY INDUSTRY AND ACADEMIA COOPERATION FOUNDATION
<120> Streptomyces sp. MJ-C1 STRAIN HAVING CELLULOSE-DEGRADING ACTIVITY
AND USE THEREOF
<130> P16-0160/MJU
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 940
<212> RNA
<213> Streptomyces sp.
<400> 1
tcccacaagg ggttgggcca ccggcttcgg gtgttaccga ctttcgtgac gtgacgggcg 60
gtgtgtacaa ggcccgggaa cgtattcacc gcagcaatgc tgatctgcga ttactagcga 120
ctccgacttc atggggtcga gttgcagacc ccaatccgaa ctgagaccgg ctttttgaga 180
ttcgctccac ctcgcggtat cgcagctcat tgtaccggcc attgtagcac gtgtgcagcc 240
caagacataa ggggcatgat gacttgacgt cgtccccacc ttcctccgag ttgaccccgg 300
cggtctcccg tgagtcccca gcaccacaag ggcctgctgg caacacggga caagggttgc 360
gctcgttgcg ggacttaacc caacatctca cgacacgagc tgacgacagc catgcaccac 420
ctgtacaccg accacaaggg gggcaccatc tctgatgctt tccggtgtat gtcaagcctt 480
ggtaaggttc ttcgcgttgc gtcgaattaa gccacatgct ccgccgcttg tgcgggcccc 540
cgtcaattcc tttgagtttt agccttgcgg ccgtactccc caggcggggc acttaatgcg 600
ttagctgcgg cacggacgac gtggaatgtc gcccacacct agtgcccacc gtttacggcg 660
tggactacca gggtatctaa tcctgttcgc tccccacgct ttcgctcctc agcgtcagta 720
tcggcccaga gatccgcctt cgccaccggt gttcctcctg atatctgcgc atttcaccgc 780
tacaccagga attccgatct cccctaccga actctagcct gcccgtatcg actgcagacc 840
cggggttaag ccccgggctt tcacaaccga cgtgacaagc cgcctacgag ctctttacgc 900
ccaataattc ccggacaacg ctcgcgccct acgtattacc 940
Claims (13)
- KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주.
- 청구항 1에 있어서,
상기 균주의 16s rRNA는 서열번호 1의 염기서열을 갖는 것을 특징으로 하는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주.
- 청구항 1에 있어서,
상기 균주는 고분자 유기탄소 화합물 분해 효소 활성을 갖는 것을 특징으로 하는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주.
- 청구항 3에 있어서,
상기 고분자 유기탄소 화합물 분해 효소는 아밀라아제, 프로테아제 및 리파아제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주.
- 청구항 1에 있어서,
상기 균주는 종이 분해능이 있는 것을 특징으로 하는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주.
- 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 배지에 접종한 후 배양하는 단계를 포함하여 구성되는, 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 배양액 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 배양은 pH 5 ~ 10의 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 배양액 제조방법.
- 청구항 6에 있어서,
상기 배양은 NaCl 농도 2 ~ 9 %(w/v)의 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 배양액 제조방법.
- KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는 음식물 쓰레기 처리제.
- KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주 또는 이의 배양물을 유효성분으로 포함하는 종이 분해제.
- KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 음식물 쓰레기에 접종하는 단계를 포함하여 구성되는 음식물 쓰레기 처리방법.
- 청구항 11에 있어서,
상기 MJ-C1 균주를 음식물 쓰레기에 접종한 후 30 ~ 45℃에서 40 ~ 60 시간 동안 배양하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 처리방법.
- KCTC 18470P로 기탁된, 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 종(Streptomyces sp.) MJ-C1 균주를 종이류에 접종하는 단계를 포함하여 구성되는 종이 분해방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160077836A KR101817538B1 (ko) | 2016-06-22 | 2016-06-22 | 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 속 mj-c1 균주 및 이의 용도 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160077836A KR101817538B1 (ko) | 2016-06-22 | 2016-06-22 | 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 속 mj-c1 균주 및 이의 용도 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180000103A true KR20180000103A (ko) | 2018-01-02 |
| KR101817538B1 KR101817538B1 (ko) | 2018-02-21 |
Family
ID=61004385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160077836A KR101817538B1 (ko) | 2016-06-22 | 2016-06-22 | 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 속 mj-c1 균주 및 이의 용도 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101817538B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114480170A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-05-13 | 鞍钢集团矿业有限公司 | 一种杆状链霉菌及其使用方法 |
-
2016
- 2016-06-22 KR KR1020160077836A patent/KR101817538B1/ko active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114480170A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-05-13 | 鞍钢集团矿业有限公司 | 一种杆状链霉菌及其使用方法 |
| CN114480170B (zh) * | 2021-12-24 | 2023-11-14 | 鞍钢集团矿业有限公司 | 一种杆状链霉菌及其使用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101817538B1 (ko) | 2018-02-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hussain et al. | Optimization and molecular identification of novel cellulose degrading bacteria isolated from Egyptian environment | |
| Aulitto et al. | Bacillus coagulans MA-13: a promising thermophilic and cellulolytic strain for the production of lactic acid from lignocellulosic hydrolysate | |
| Gautam et al. | Optimization for the production of cellulase enzyme from municipal solid waste residue by two novel cellulolytic fungi | |
| JP6120955B2 (ja) | バイオメタン製造のための方法および組成物 | |
| Lisdiyanti et al. | Isolation and characterization of cellulase produced by cellulolytic bacteria from peat soil of Ogan Komering Ilir, South Sumatera | |
| Sreedevi et al. | Cellulase producing bacteria from the wood-yards on Kallai river bank | |
| Rathnan et al. | Isolation, screening, identification and optimized production of extracellular cellulase from Bacillus subtilis using cellulosic waste as carbon source | |
| Nkohla et al. | Optimization of growth parameters for cellulase and xylanase production by Bacillus species isolated from decaying biomass | |
| Thomas et al. | Production, optimization, and characterization of organic solvent tolerant cellulases from a lignocellulosic waste-degrading actinobacterium, Promicromonospora sp. VP111 | |
| Chantarasiri | Novel halotolerant cellulolytic Bacillus methylotrophicus RYC01101 isolated from ruminant feces in Thailand and its application for bioethanol production | |
| El-Naggar et al. | Bioconversion process of rice straw by thermotolerant cellulolytic Streptomyces viridiochromogenes under solid-state fermentation conditions for bioethanol production | |
| Kanchana et al. | Native feather degradation by a keratinophilic fungus | |
| KR101817538B1 (ko) | 섬유소 분해능이 있는 스트렙토마이세스 속 mj-c1 균주 및 이의 용도 | |
| Sadhu et al. | Characterization of a Bosea sp. strain SF5 (MTCC 10045) isolated from compost soil capable of producing cellulase | |
| Jabir et al. | A study of biodegradation of paper wastes by using bacteria isolated from the soil | |
| Alam et al. | Isolation, identification and characterization of four cellulolytic actinomycetes and their cellulases | |
| KR20160089221A (ko) | 음식물류 폐기물에 대한 분해능이 우수한 신규한 미생물 균주 | |
| Bakare et al. | Regulatory mutations affecting the synthesis of cellulase in Pseudomonas fluorescens | |
| Fatma et al. | Co-production of thermostable, calcium-independent α-amylase and alkali-metallo protease from newly isolated Bacillus licheniformis DV3 | |
| Fatema et al. | Isolation, identification and cellulase production by Bacillus brevis from the Acacia forest soil | |
| Niranjan et al. | Isolation, characterization and identification of cellulase (Endo-β-1, 4-glucanase) producing bacteria from diverse locations | |
| Belal et al. | Utilization of Paper Wastes for Cellulolytic Enzyme Production by Aspergillus niger Strain 13A and Using the Bioorganic Materials in the Biocontrol of Fusarium Wilt of Cucumber (Cucumis sativus L.) | |
| De et al. | An Insight into the Celluloytic Potential of Three Strains of Bacillus Spp. Isolated from Benthic Soil of Aquaculture Farms in East Kolkata Wetlands, India. | |
| Sohair et al. | Cellulase production by local bacteria isolated from Taif in Saudi Arabia | |
| Yousef et al. | Optimization of the cellulase enzyme production by Brevibacterium Halotolerans isolated from Wadi El-Natrun, Egypt |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |