KR20190133057A - 수생 농업 및 수족관 어류 관리를 개선하는 비용효율적 조성물과 방법 - Google Patents
수생 농업 및 수족관 어류 관리를 개선하는 비용효율적 조성물과 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 미생물계 제품, 및 양식 개선을 위해 사용하는 이의 용도를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 이스트 및/또는 바이오 계면활성제계 조성물을 양식장에 적용함으로써 건강한 고품질의 양식어를 생산하기 위한 물질 및 방법을 제공한다. 일 구현예에서, 본 발명은 어류를 양식하는 환경을 개선한다. 또 다른 구현예에서, 본 발명은 고영양성 어류 사료, 및 저비용으로 어류에게 사료를 공급하는 방법을 제공한다.
Description
본원은 2017년 4월 20일에 출원된 미국 특허 가출원 제 62/487,676호를 우선권으로 주장하며 상기의 내용 전반을 참조로서 수록한다.
양식 (수중 농업 혹은 수생 농업)은 담수나 염수 생물 집단을 통제된 조건하에 배양 혹은 재배하는 것을 수반한다. 더 구체적으로, 양식은 식용이나 관상용 어류 및 기타 수생 생물, 예컨대 새우 및 굴 등을 경작하는 것이다. 수생 생물의 재배는 전형적으로 예를 들어, 집단의 정기적인 비축, 먹이공급 및/또는 포식자로부터의 보호와 같이 배양 과정에 개입하는 어떠한 형태를 통해 생산량을 향상시키는 것을 수반한다. 세계적으로 양식업은 인간이 소비하는 어류와 갑각류의 절반 이상을 공급하는 것으로 보고되었다.
어류군 특히 대규모 양식의 경우에서 사료공급은 양식 관리 비용에서 큰 부분을 차지한다. 어류의 먹이에는 반드시 고소화율 단백질 공급원과 더불어 적절한 영양에 필요한 그 외의 모든 성분들로서, 아미노산, 탄수화물, 비타민, 미네랄, 콜레스테롤 및 필수 지방산 등이 함유되어야 한다. 먹이 공급원은, 예를 들어, 어류분, 새우 혼합물, 오징어분, 대두박, 스피룰리나 및 통밀, 혹은 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
어떤 양식방법은 경우에 따라 어류 양식과 식물 양식을 통합한 다중 시스템을 필요로 하는 고도로 복잡한 아쿠아포닉스(aquaponics)을 포함한다. 또 다른 방법으로서, 예를 들어, 대규모 수산물 양식 공장은 가능한 최대 생산량을 가능한 저렴하게 생산하는 것을 목표로 운영되고 있다. 어류 및 새우는 과밀 조건에서 유지될 수 있으므로, 밀폐 공간 자체와 주변 수역이 모두 오염될 위험이 크다. 수산물 공장은 비위생적일 수 있고, 질병 확산을 통제하기 위해 자주 대량의 항생제, 호르몬 및 기타 농약을 필요로 한다.
양식 운영이 대면하는 또 다른 문제는 이산화탄소 "질식"으로 인한 수산물의 대량 손실이다. 양어지에서 이산화탄소의 주요 원인은 어류의 호흡과 더불어 미세한 동식물이 만들어내는 양어지의 생물상(바이오타)이다. 유기물 분해 또한 이산화탄소의 주요 원인이다. 양어지내 이산화탄소 증가는 어류의 질식과 폐사를 야기하며 또한 분해되는 어류 사체로부터 흘러나온 물도 원인이 된다.
현재 이산화탄소 제거 방법은 양어지내 물을 생석회, 석회수화물 혹은 탄산나트륨 같은 라이밍제(liming agent)로 화학적 처리하는 것을 포함한다. 이러한 작용제는 이산화탄소와 직접 반응하여 이산화탄소량을 감소시키고 알칼리도를 높인다. 그러나, 화학약품을 가하여 과량의 이산화탄소를 처리하는 것은 일시적인 방편일 뿐이며 사용되는 약품의 독성 때문에 한계가 있다. 교반과 혼합 등의 기계적 방법도 이산화탄소 및 용존산소 관리에 사용할 수 있으나, 이 방법은 에너지 소비율이 높다.
양식에 있어서 또 다른 지속적인 문제점은 진액 형성 혹은 양어지 녹조이다. 양어지내 진액 형성은 각종 조류, 진균류 및 어류의 생명 활동의 결과이다. 진액이 축적되는 부분은 보통 악취를 발생하며 이는 어류에게도 이러한 악취를 유발할 수 있다. 또한, 진액을 생성하는 일부의 유기물은 또한 잠재적으로 어류나 심지어 소비자에게 독성을 유발할 가능성이 있는 유해한 부산물도 발생시킬 수 있다.
또한, 양식 산업에서 부딪치는 또 다른 문제는 어류군내 감염 및 기생충 침입이다. 모든 어류는 병원체와 기생충을 갖고 있으며 따라서 어류내 감염성 질병은 양식장 및 수족관 어류와 관련이 있다. 질병은 특히 치어 폐사의 한가지 요인이며, 여러가지 요인들이 상호작용하여 저등급의 감염을 대규모 전염병으로 키울 수 있어 결과적으로 수산물 품질과 상품성을 크게 떨어뜨리게 된다.
제품 품질의 감소 및 대규모 수산물 양식 공장의 환경적 중요성에도 불구하고, 이 산업은 광범위하게 성장을 계속하고 있다. 따라서, 수산물 사료공급 비용을 절감하고, 또한 고 운전비용, 양식되는 수산물의 건강과 품질의 저하을 야기하는 각종 문제점을 감소시킬 수 있는 무독성 및 환경친화적 제품이 요구된다.
본 발명은 미생물계 제품, 및 수생 양식 개선을 위한 이의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 건강하고 우수한 품질의 양식 수산물을 생산하기 위한 물질과 방법을 제공한다. 유리하게는, 본 발명은 예를 들어 독성 화학적 화합물이나 항생제를 사용하지 않고 양식을 개선한다. 따라서, 본 발명의 물질과 방법은 환경친화적, 운영관리 친화적 및 비용효율적이다.
일 구현예에서, 본 발명의 조성물과 방법은 수질과 정화도를 개선하고, 어류의 병원 저항성을 증가시키며 어류의 성장을 촉진하는 데 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명은 미생물계 조성물과 또한 양식 및 수생 농업을 개선하기 위해 상기 조성물을 사용하는 방법을 제공한다. 특정 구현예에서, 본 발명은 생화학물-생산 미생물, 및 이의 성장 부산물로서 예컨대 바이오 계면활성제, 용매 및/또는 효소를 포함하는 조성물을 활용한다. 일 구현예에서, 이 조성물은 미생물 배양의 결과로 나온 발효액을 포함한다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 미생물은 배양된 바이오 계면활성제-, 용매- 및/또는 효소-제조용 이스트이다. 일 구현예에서, 상기 미생물은 예를 들어, 배양된 스타메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola), 칸디다 아피콜라(Candida apicola), 비커하모마이세스 아노말루스(Wickerhamomyces anomalus), 피치아 귀일에르몬디(Pichia guilliermondii), 피치아 옥시덴탈리스(Pichia occidentalis) 및/또는 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis) 등이다. 일 구현예에서, 미생물은 이러한 이스트종 중 어느 것의 배양된 돌연변이체이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명 조성물의 미생물성 성장 부산물은 바이오 계면활성제, 용매, 효소 혹은 기타 대사물이다. 일 구현예에서, 미생물에 의해 생성된 성장 부산물은 서로 상승 작용하여 바람직한 효과를 생성한다.
어떤 구현예에서, 미생물성 성장 부산물은 미생물 성장의 결과로 조성물내 존재한다. 어떤 구현예에서, 정제된 미생물성 성장 부산물, 즉, 하나 이상의 당지질 및/또는 리포펩티드 바이오 계면활성제를 조성물에 첨가할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 미생물계 조성물은 소규모 내지 대규모의 배양 공정을 통해 수득한다. 이러한 배양 공정은 예컨대 침지 배양, 고상 발효(SSF), 및/또는 이의 조합일 수 있다.
어떤 구현예에서, 본 발명의 조성물은 예를 들어, 바이오 계면활성제, 용매 및/또는 효소의 단독 사용시보다 다음 중 하나 이상을 포함하는 장점이 있다: 이스트 세포벽 외측면의 일부인 고농도 만노프로틴(mannoprotein); 이스트 세포벽 내의 베타-글루칸의 존재; 배양시 바이오 계면활성제 및 기타 대사물질 및/또는 용매의 존재 (예, 젖산, 에탄올, 에틸 아세테이트 등).
일 구현예에서, 본 발명은 1종 이상의 미생물 균주 및/또는 미생물성 성장 부산물을 포함하는 미생물계 조성물을 양식장에 가하여 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 일 구현예에서, 본 발명의 조성물은 본 발명의 미생물계 조성물이다.
본 발명의 방법에 따른 "양식의 개선"은, 예컨대, 이산화탄소의 수중 축적을 감소시키고; 양식장내 존재하는 병원체에 의한 감염 혹은 기생충 침입을 방지 및/또는 치료하며; 및/또는 먹이 보조제 및 영양소 흡수율 개선을 통하여 어류 성장을 자극시킴으로써 양식장의 수질과 청정도를 개선하는 것을 의미한다.
바람직한 구현예에서, 양식장에 가하는 미생물은 배양된 바이오 계면활성제-, 용매- 및/또는 효소-제조용 이스트로서, 예를 들어, 배양된 스타메렐라 봄비콜라, 칸디다 아피콜라, 비커하모마이세스 아노말루스, 피치아 귀일에르몬디, 피치아 옥시덴탈리스 및/또는 슈도지마 아피디스 등이다. 일 구현에에서, 미생물은 이러한 이스트종 중 어느 것의 배양된 돌연변이체이다.
어떤 구현예에서, 본 발명의 미생물은 다른 화학적 처리 및/또는 미생물 처리를 병행하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 비커하모마이세스 아노말루스와 슈도지마 아피디스 같이 상이한 종류의 이스트를 함께 사용할 수 있다. 다른 미생물 조합도 생각할 수 있다.
미생물은 적용시에 살아 있거나 (또는 생존 가능하거나) 혹은 비활성 상태일 수도 있다. 본 발명의 방법은 또한 적용시에 미생물 성장을 개선하기 위해 물질을 첨가하는 것을 추가적으로 포함할 수 있다 (예, 영양소를 가하여 미생물 성장을 촉진한다). 일 구현예에서, 이러한 영양소 공급원은 예를 들어 질소 및/또는 탄소의 유기 공급원을 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명의 방법에 따른 미생물성 성장 부산물은 바이오 계면활성제, 용매, 효소 혹은 다른 대사물이다. 일 구현예에서, 미생물에 의해 생성된 성장 부산물은 또 다른 부산물과 상승 작용하여 원하는 효과를 나타낸다.
어떤 구현예에서, 미생물성 성장 부산물은 미생물 성장의 결과로서 존재한다. 어떤 구현예에서, 정제된 미생물성 성장 부산물, 예컨대, 하나 이상의 당지질 및/또는 리포펩티드 바이오 계면활성제를 미생물계 조성물과 함께 적용할 수 있다.
일 구현예에서, 이들 방법은 본 발명의 미생물계 조성물을 이용하여 어류에 대한 사료공급을 수행하기 위해 제공된다. 미생물계 조성물은 어류에 대한 고영양 보조식품 공급원 역할, 및 어류의 먹이가 병원성 미생물에 의해 오염되지 않도록 방지하는 수단이 된다. 일 구현예에서, 어류의 사료공급 방법은 미생물계 조성물을 양어장이나 수족관에 도입하고 어류들이 그것을 섭취하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 유리하게는, 본 발명은 양식어의 사료공급 비용을 절감할 수 있다.
유리하게, 본 발명은 다량의 무기 화합물을 주변 환경으로 배출하지 않고 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물과 방법은 생분해성이며 독성학적으로 안전한 성분들을 활용한다. 따라서 본 발명은 "그린(친환경)" 처리로서 양식의 개선에 이용할 수 있다.
본 발명은 미생물계 제품, 및 어류 양식의 개선을 위한 이의 용도를 제공한다. 특히 본 발명은 건강하고 고품질의 양식어를 생산하는 물질과 방법을 제공한다. 유리하게는, 본 발명은 예를 들어 화학적 독성 화합물이나 항생제를 사용하지 않고도 양식을 개선할 수 있다. 따라서, 본 발명의 물질과 방법은 환경친화적, 운영관리 친화적 및 비용효율적이다.
어떤 구현예에서, 본 발명은 양어장과 수족관을, 예를 들어, 어류의 성장, 수질 개선 및 병원체 저항력 개선 등을 할 수 있는 미생물계 조성물로 처리함으로써 양식을 개선한다. 특히 본 발명의 조성물은, 예를 들어, 어류에 먹이를 공급하고, 어류의 소화관내 영양소 흡수를 개선하며, 양어지와 탱크의 물을 정화하고, 어류를 감염으로부터 보호하며, 및/또는 물속의 이산화탄소 축적을 감소시키는 데 사용할 수 있다.
선택적 정의
여기서 기술하는 "양식", "수중 농업", "수생 농업", "수생 경작" 혹은 "양어" 등은 양어장에서 수생 동물을 번식, 양육 및 수확하는 것을 의미한다. 양식은 집약적이거나 (인공적 울타리 안에서 고밀도로 어류를 키우는 기술을 활용하는) 혹은 광범위한 (바다 혹은 자연적이거나 인공적인 호수, 만, 강, 피오르드, 혹은 기타 저수지에서 수행하는) 특징이 있다. 양식은 울타리 내, 양어지, 탱크, 수족관, 케이지 혹은 수로에서 시판가능한 크기로 성장하는 부화장 어류와 갑각류로부터 해산물을 생산하는 것을 포함한다. 또한, 양식은 바다 양식을 포함하는데, 이는 해양 생물을 개방된 해수나 울타리친 해수 구역에서 양식하는 것을 수반한다. 또한 양식은 어족을 복원하거나 "개량"시키는 것도 포함하는데, 이는 부화장 어류 및 갑각류는 야생 집단 혹은 연안의 서식지를 재구축하려는 노력의 일환으로 야생 방출하는 것이다. 또한 추가적으로, 양식은 수족관 사업을 위한 관상용 어류의 생산 및 수족관에 수용된 관상어의 관리도 포함한다. 양식가능한 어종은 담수어 혹은 해수어 및 갑각류를 포함하며, 관상어, 식용어, 스포츠 피시, 미끼어, 갑각류 동물, 연체동물, 조류, 해양 식물 혹은 어란 등을 포함한다.
여기서 기술하는 "양어장"은 양식이 이루어지거나 수행될 수 있는 수중 환경을 말한다. 본원에서의 양어장은 인공적 혹은 자연 발생적인 장소에 상관없이 모든 종류의 수중 환경이나 수중 환경의 구역을 포함할 수 있으며, 연못, 관주로, 강, 호수, 해양, 피오르드, 탱크, 저수지, 케이지 혹은 수로 등이 여기에 포함된다.
여기서 기술하는 "미생물계 조성물"은 미생물의 성장이나 기타 세포 배양의 결과로서 생성된 성분들을 포함하는 조성물을 말한다. 따라서, 미생물계 조성물은 미생물 자체 및/또는 미생물의 성장 부산물을 모두 포함할 수 있다. 미생물은 생장기, 포자형, 균사 및 기타 다른 형태의 번식체 혹은 이들의 혼합물 형태일 수 있다. 미생물은 플랑크톤이나 생물막 형태, 혹은 이들의 혼합물 형태일 수 있다. 성장 부산물은 예를 들어 대사물질 (e.g., 바이오 계면활성제), 세포막 성분, 발현 단백질 및/또는 기타 세포성 성분들을 포함할 수 있다. 미생물은 있는 그대로 혹은 용해된 형태일 수 있다. 세포는 결핍되거나 혹은 예를 들어 조성물 1 밀리리터당 1 x 104, 1 x 105, 1 x 106, 1 x 107, 1 x 108, 1 x 109, 1 x 1010 혹은 1 x 1011 개의 농도 또는 그 이상의 세포 또는 번식체로서 존재할 수 있다.
여기서 기술하는 번식체는 새로운 및/또는 성숙한 생물로 발달할 수 있는 미생물 부분으로서, 한정되지는 않으나, 세포, 분생자(conidia), 포낭, 포자 (예, 생식 포자, 내생포자 및 외생포자), 균사, 발아체 및 종자 등을 포함한다.
본 발명은 또한 "미생물계 제품"을 제공하며, 이는 원하는 결과를 달성하기 위해 실제로 적용되는 제품을 말한다. 미생물계 제품은 간단히 말하여 미생물 배양 공정에서 수확한 미생물계 조성물일 수 있다. 대안적으로, 미생물계 제품은 여기에 첨가된 추가적인 성분들을 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 성분들은, 예를 들어, 안정화제, 완충제, 물, 염수 같은 담체나 그외의 적절한 담체, 추가적인 미생물 성장을 보조하는 부가 영양소, 식물성 호르몬 같은 비-영양성 성장 개선제, 및/또는 적용되는 환경에서 미생물 및/또는 조성물을 용이하게 추적할 수 있도록 하는 작용제를 포함할 수 있다. 미생물계 제품은 또한 미생물계 조성물의 혼합물을 포함할 수 있다. 미생물계 제품은 또한, 한정되지 않으나, 여과, 원심분리, 용해, 건조, 정제 등의 방식으로 처리된 미생물계 조성물의 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
여기서 기술하는 "수확되는"은 성장 반응기에서 미생물계 조성물을 일부 혹은 모두 꺼내는 것을 말한다.
여기서 기술하는 "생물막"은 박테리아와 같은 미생물의 복합 응집물로서, 세포들이 표면상에 서로 부착되어 있다. 생물막내 세포들은 동 액상 배지 내에서 부유 혹은 떠다닐 수 있는 단일 세포인 동일 유기체의 플랑크톤 세포와는 생리학적으로 구별된다.
여기서 기술하는 "분리된" 혹은 "정제된" 핵산 분자, 폴리뉴클레오티드, 폴리펩티드, 단백질 혹은 소분자 같은 유기화합물(e.g., 후술함) 들은 실질적으로 자연에서 이들과 결합되어 있는 세포성 물질로부터 유리되는 것이다. 본 명세서에서 미생물 균주와 관련하여 기술하는 "분리된"은 균주가 자연 상태로 존재하는 환경으로부터 분리되어 나온 것을 의미한다. 따라서 분리된 균주는, 예컨대, 생물학적으로 순수한 배양액 혹은 담체와 결합된 포자 형태 (혹은 균주의 기타 형태)로 존재할 수 있다. 정제된 혹은 분리된 폴리뉴클레오티드 (리보핵산 (RNA) 혹은 데옥시리보핵산 (DNA))은 자연발생 상태에서 인접하는 유전자 혹은 서열이 없다. 정제 혹은 분리된 폴리펩티드는 다른 분자들 혹은 자연발생 상태에서 인접하는 아미노산 혹은 서열이 존재하지 않는다.
어떤 구현예에서, 정제된 화합물은 대상 화합물의 적어도 60 중량%이다(건조 중량). 바람직하게, 대상 화합물의 적어도 75 중량%, 더 바람직하게는 적어도 90 중량% 및, 가장 바람직하게는 적어도 99 중량%로 조제한다. 예를 들어, 정제 화합물은 대상 화합물의 중량 대비 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 98%, 99% 혹은 100% (w/w)에 해당한다. 순도는 적절한 표준 방법, 예컨대, 컬럼 크로마토그래피, 박막 크로마토그래피 혹은 고성능 액상 크로마토그래피(HPLC) 분석법으로 측정한다.
"대사물"은 대사작용에 의해 생성된 물질 혹은 특정한 대사과정을 수행하는데 필요한 물질을 말한다. 대사물은 대사의 출발 물질(예, 글루코스), 중간물 (예, 아세틸-CoA) 혹은 최종 산물 (예, n-부탄올)인 유기 화합물일 수 있다. 대사물의 예시로서, 한정되지는 않으나, 효소, 독소, 산, 용매, 알코올, 단백질, 탄수화물, 비타민, 미네랄, 미세물질, 아미노산, 고분자 및 계면활성제를 포함할 수 있다.
여기서 기술하는 "조절"은 변동(예, 증가 혹은 감소)과 상호교환적이다. 이러한 변동은 본원에 기술된 것과 같은 표준적인 공지방법에 따라 검출한다.
여기서의 범위는 범위내 모든 값에 대해 축약된 것으로 이해한다. 예를 들어, 1 내지 50의 범위는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 혹은 50으로 이루어진 군에서의 임의의 수, 수들의 조합 혹은 소범위, 또한 상술한 정수값들 사이의 소수점 이하 값들, 예컨대, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8 및 1.9도 포함한다. 소범위에 있어서, 상기 범위의 양쪽 중 어느 종결점으로부터 연장되는 "집합적 소범위"를 구체적으로 고려한다. 예를 들어, 1 내지 50의 예시적인 범위에서 하나의 집합적 소범위는 일방향으로 1 내지 10, 1 내지 20, 1 내지 30 및 1 내지 40, 혹은 역방향으로 50 내지 40, 50 내지 30, 50 내지 20 및 50 내지 10을 포함할 수 있다.
여기서 기술하는, "감소하다"는 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75% 혹은 100%의 음(-)의 변화를 말한다.
여기서 기술하는 "기준"은 표준 조건 혹은 대조 조건을 말한다.
여기서 기술하는 "계면활성제"는 2가지 액체간 혹은 액체와 고체 간의 표면장력 (혹은 계면장력)을 저하시키는 화합물을 말한다. 계면활성제는 세제, 습윤제, 유화제, 발포제, 및 분산제의 역할을 한다. "바이오 계면활성제"는 생물로부터 생성된 계면활성제를 말한다.
전이부 용어 "포함하는(comprising)"은 "포함하는(including)" 혹은 "함유하는"과 동의적인 의미로서 제한이 없는 포괄적인 뜻이며 추가적인 및 열거되지 않은 구성요소나 방법의 단계들을 배제하지는 않는다. 이와 대조적으로, "으로 이루어진(consisting of)"이라는 구문은 해당 청구항에 구체적으로 언급하지 않은 임의의 구성요소, 단계 혹은 성분은 배제한다. 진행적인 구문으로서 "본질적으로...으로 이루어진"은 청구범위의 발명에서 특정의 물질이나 단계 "및 기본적이고 신규한 특징에 실질적인 영향을 미치지 않는 것"으로 청구범위를 한정한다.
명세서에 구체적으로 또는 명확하게 언급하지 않는 한, "혹은(또는)"은 포괄적으로 이해한다. 명세서에 구체적으로 또는 명확하게 언급하지 않는 한 부정 관사로서 "a," "an" 및 정관사인 "the"는 단수 혹은 복수형으로 이해한다.
명세서에 구체적으로 또는 명확하게 언급하지 않는 한, "약"은 당해 분야에서의 통상의 허용범위 이내, 예를 들어, 평균치의 전후 2개의 표준오차 이내를 의미한다. "약"은 명시된 값의 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0.5%, 0.1%, 0.05% 혹은 0.01% 이내를 의미한다.
여기서 변수의 정의에서 화학물질 그룹의 열거는 단일 그룹 혹은 열거된 그룹들의 조합으로서 상기 변수의 정의를 포함한다. 변수에 대한 구현예 혹은 본원의 측면에 대한 언급은 상기 구현예를 단일 구현예 혹은 기타의 구현예 또는 그 일부와의 조합으로서 포함한다.
미생물계 조성물
본 발명은 미생물 및 바이오 계면활성제, 용매 및/또는 효소 같은 이의 성장 부산물을 제공한다. 본 발명은 또한 이러한 미생물 및 그 부산물을 양식 및 수생 농업의 개선에 사용하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 미생물계 조성물, 미생물성 성장 부산물을 제조하는 물질 및 방법을 제공한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 미생물계 조성물은 비독성 (즉, 섭취시 독성은 5 g/kg 이상)이며, 예컨대 피부 등에 자극을 일으키지 않고 고농도로 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 살아있는 유기체, 예컨대, 인간이 소비하기 위해 생산한 어류와 새우의 존재 하에 미생물계 조성물을 적용하는 경우에 특히 유용하다.
일 구현예에서, 본 발명은 미생물계 조성물 및 이 조성물을 양식 및 수생 농업의 개선을 위해 사용하는 방법을 제공한다. 특정 구현예에서, 본 발명은 생화학물-생산 미생물, 및 이의 성장 부산물로서 바이오 계면활성제, 용매 및/또는 효소를 포함하는 조성물을 활용한다. 일 구현예에서, 이 조성물은 미생물 배양의 결과로 나온 발효액을 포함한다.
바람직한 구현예에서, 본 발명 조성물의 미생물은 배양된 바이오 계면활성제-, 용매- 및/또는 효소-제조용 이스트이다.
이들 미생물은 자연 혹은 유전자변형에 의한 미생물일 수 있다. 예를 들어, 미생물은 특정 유전자에 의해 형질전환되어 특정의 성질을 나타낼 수 있다. 미생물은 또한 원하는 균주의 돌연변이체일 수 있다. 여기서 기술하는 "돌연변이체"는 기준 미생물의 균주, 유전자 변이체 또는 서브형(아형)을 의미하며, 여기서의 돌연변이체는 기준 미생물 대비 하나 이상의 유전자 변이체 (e.g., 점 돌연변이, 미스센스 돌연변이, 넌센스 돌연변이, 결실, 중복, 프레임 시프트 돌연변이 혹은 반복 확장부)를 갖는다. 돌연변이체의 제작 절차는 미생물 분야에 널리 공지되어 있다. 예를 들어, UV 돌연변이 유발 및 니트로소구아니딘은 이 결과를 지향하여 널리 사용된다.
본 발명에 따라 사용하기 적합한 이스트 및 진균종은, 예시적으로, 칸디다 (e,g, C. 아피콜라), 사카로마이세스 (e.g., S. 세레비시에, S. 보울라디 세쿠엘라, S. 토룰라), 이사트첸키아(Issatchenkia), 클루이베로마이세스(Kluyveromyces), 피치아(Pichia), 비커하모마이세스(Wickerhamomyces) (e.g., W. 아노말루스), 스타메렐라(Starmerella) (e.g., S. 봄비콜라), 마이코리자(Mycorrhiza), 모르티에렐라(Mortierella), 피코마이세스(Phycomyces), 블라케슬레아(Blakeslea), 트라우스토키트리움(Thraustochytrium), 피티움(Phythium), 엔토모프토라(Entomophthora), 아우레오바시디움 풀루란스(Aureobasidium pullulans), 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis), 아스페르길루스(Aspergillus) 및/또는 리조푸스 spp. 등을 포함한다.
일 구현예에서, 미생물은 킬러 이스트이다. 여기서 기술하는 "킬러 이스트"는 균주 자체가 면역성을 보이는 독성 단백질이나 당단백질의 분비를 특징으로 하는 이스트 균주를 말한다. 킬러 이스트에 의해 분비되는 외독소는 다른 이스트 균주, 진균 혹은 박테리아를 죽일 수 있다. 에를 들어, 킬러 이스트에 의해 제어될 수 있는 미생물은 푸사리움 및 기타 필라멘트형 진균류를 포함한다. 본 발명에 따른 킬러 이스트의 예는, 한정되지는 않으나, 비커하모마이세스 (e.g., W. 아노말루스), 피치아 (e.g., P. 아노말라, P. 귀엘리에르몬디, P. 옥시덴탈리스, P. 쿠드리아브제비), 한세눌라, 사카로마이세스, 한세니아스포라, (e.g., H. 우바룸), 우스틸라고 (e.g. U. 메이디스), 데바리오마이세스 한세니, 칸디다, 크립토코쿠스, 클루이베로마이세스, 토룰롭시스, 윌리옵시스, 자이고사카로마이세스 (e.g., Z.베일리), 및 기타의 이스트를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 미생물은 배양된 킬러 이스트 균주 혹은 이의 돌연변이체로서, 비커하모마이세스 아노말루스 (피치아 아노말라), 피치아 귀엘리에르몬디 및/또는 피치아 옥시덴탈리스 등이다.
어떤 구현예에서, 미생물은 배양된 슈도지마 이스트 예를 들어, 슈도지마 아피디스이다. 또 다른 구현예에서, 미생물은 배양된 스타메렐라 봄비콜라이다. 그 외 또 다른 구현예에서, 미생물은 배양된 칸디다 아피콜라이다.
다른 미생물 균주, 예를 들어, 다량의 바이오 계면활성제를 축적할 수 있는 다른 미생물 균주 역시 본 발명에 따라 사용할 수 있다. 본 발명에서 유용한 바이오 계면활성제는 당지질, 만노프로틴, 베타-글루칸 및, 생체유화성 및 표면/계면장력-감소 성질이 있는 기타의 대사물을 포함한다.
어떤 구현예에서, 본 발명의 미생물은 다른 화학적 처리 및/또는 미생물 처리를 병행하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, 비커하모마이세스 아노말루스와 슈도지마 아피디스 같이 상이한 종류의 이스트를 함께 사용할 수 있다. 다른 미생물 조합도 생각할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명 조성물의 미생물성 성장 부산물은 바이오 계면활성제, 용매, 효소 혹은 기타의 대사물이다. 보다 더 바람직하게는, 미생물성 성장 부산물은 바이오 계면활성제이다. 일 구현예에서, 미생물에 의해 생성된 대사물은 또 다른 대사물과 상승작용하여 원하는 효과를 가져올 수 있다.
본 발명의 미생물 및 미생물계 조성물은 양식 개선에 유용한 다수의 유리한 성질을 갖는다. 예를 들어, 본 발명에 따라 제조한 바이오 계면활성제는 각종 표면에 대한 미생물 접착을 저해하고 생물막 형성을 방지할 수 있으며, 또한 고유화성 및 탈유화성을 가질 수 있다. 추가적으로, 바이오 계면활성제는 예컨대 양어장 및 수족관의 물의 표면장력 및 계면장력을 감소시킬 수 있다.
어떤 구현예에서, 본 발명에 따른 유용한 바이오 계면활성제는 당지질 바이오 계면활성제로 여기에는 만노실에리트리톨 지질 및 소포로리피드가 포함된다. 만노실에리트리톨 지질(MEL)은 예컨대 슈도지마에 의해 대량 생성된 당지질 바이오 계면활성제이다. 소포로리피드(SLP)는 예컨대 스타메렐라, 칸디다 및 비커하모마이세스에 의해 생성된 당지질 바이오 계면활성제이다.
MELs과 SLPs는 탁월한 수표면장력 및 계면장력 감소 성질을 나타내며, 다양한 생화학 및 생리학적 영향을 미친다. 예를 들어, 본 발명의 바이오 계면활성제는 항진균, 항균, 항기생충 및 항바이러스 성질을 갖는다. 또한, 본 발명의 바이오 계면활성제는 높은 효과의 유화성 및 탈유화성을 나타낸다.
또 다른 성분들을 미생물계 조성물에 부가할 수 있으며, 예를 들어, 완충제, 담체, 동일한 시설 혹은 다른 시설에서 제조하는 기타 미생물계 조성물, 점도 조절제, 보존제, 미생물 성장을 위한 영양소, 추적제, 살생물제, 기타 미생물, 계면활성제, 유화제, 윤활제, 용해도 조절제, pH 조정제, 보존제, 안정화제 및 자외선 차단제 등이 여기에 포함된다.
어떤 구현예에서, 본 발명의 미생물계 조성물은 또한 담체를 포함한다. 담체는, 제품이 생존하는 방식으로 혹은 비활성 이스트의 경우 이의 성분들이 유효한 상태를 유지하도록 하는 방식으로, 이스트 혹은 이스트 부산물이 목적하는 물, 표면 및/또는 어류 등에 전달될 수 있도록 하는 당해 분야의 공지된 적절한 담체일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 조성물은 또한 바람직한 pH 값 근처에서 안정화시키는 유기산 및 아미노산이나 이들의 염을 포함한 완충제를 더 포함할 수 있다. 적절한 완충제는 한정되지 않으나, 시트레이트, 글루코네이트, 타르타레이트, 말레이트, 아세테이트, 락테이트, 옥살레이트, 아스파르테이트, 말로네이트, 글루코헵토네이트, 피루베이트, 갈락타레이트, 글루카레이트, 타르트로네이트, 글루타메이트, 글리신, 리신, 글루타민, 메티오닌, 시스테인, 아르기닌 및 이의 혼합물을 포함한다. 인산 및 아인산이나 이들의 염 또한 사용할 수 있다. 합성 완충액이 사용하기 적당하나, 위에서 열거한 유기산 및 아미노산 혹은 이들의 염 등의 천연 완충제를 사용하는 것이 바람직하다.
또 다른 구현예에서, pH 조정제는 수산화칼륨, 수산화암모늄, 탄산칼륨 혹은 중탄산칼륨, 염산, 질산, 황산 혹은 이의 혼합물을 포함한다.
미생물계 조성물의 pH는 대상이 되는 미생물에 적합해야 한다. 바람직한 일 구현예에서, 최종 산물인 미생물계 조성물의 pH는 6.5 내지 7.5의 범위이다.
일 구현예에서, 중탄산나트륨이나 탄산나트륨, 황산나트륨, 인산나트륨, 중인산나트륨 같은 염의 수용액 조제물 등 추가적인 성분을 상기 미생물계 조성물에 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 조성물은 사용 전에 보관할 수 있다. 보관기간은 짧은 것이 바람직하다. 따라서, 보관기간은 60일 미만, 45일, 30일, 20일, 15일, 10일, 7일, 5일, 3일, 2일, 1일 혹은 12시간 미만일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 살아있는 세포들이 제품에 존재하는 경우, 이 제품은 서늘한 온도, 예를 들어, 20 ℃, 15℃, 10℃ 혹은 5℃ 미만의 온도에서 보관한다. 다른 한편, 바이오 계면활성제 조성물은 통상적으로 상온에서 보관할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따른 미생물계 조성물은 소규모 내지 대규모의 공지된 배양 공정을 통해 수득한다. 배양 공정은, 예를 들어, 침지 배양, 고상 발효(SSF) 및/또는 이의 조합일 수 있다.
이 발효 산물을 추출이나 정제 없이 직접 사용할 수도 있다. 필요시, 문헌에 기술된 추출 및 정제는 표준 추출 및/또는 정제 방법이나 기술을 이용하여 용이하게 달성할 수 있다. 어떤 구현예에서, 본 발명의 미생물계 조성물은 살아있거나 및/또는 비활성 배양물을 함유하는 발효액 및/또는, 미생물 및/또는 잔류 영양소에 의해 생성된 미생물성 대사물을 포함할 수 있다.
상기 조성물은 예를 들어 중량 기준으로 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75% 혹은 100% 발효액일 수 있다. 조성물의 바이오매스 함량은 중량 기준으로 예를 들어 0% 내지 100% 사이의 모든 백분율을 포함할 수 있다.
발효액의 바이오매스의 함량은 예를 들어 5 g/l 내지 180 g/l 이상일 수 있다. 일 구현예에서, 발효액의 고형분 함량은 10 g/l 내지 150 g/l이다.
어떤 구현예에서, 본 발명의 조성물은 예를 들어, 바이오 계면활성제, 용매 및/또는 효소의 단독 사용시보다 다음 중 하나 이상을 포함하는 장점이 있다: 이스트 세포벽 외측면의 일부인 고농도 만노프로틴; 이스트 세포벽 내의 베타-글루칸의 존재; 배양시 바이오 계면활성제 및 기타 대사물질 및/또는 용매의 존재 (예, 젖산, 에탄올, 에틸 아세테이트 등).
미생물계 조성물에 함유된 미생물들은 활성 혹은 비활성 형태일 수 있다. 미생물계 제품으로서의 조성물은 활성 및 비활성 미생물들의 조합물을 함유할 수 있다.
미생물계 조성물은 추가적인 안정화, 보존 및 보관처리 없이 사용할 수 있다. 유리하게는, 이들 미생물계 조성물을 직접 사용하는 것이 외부 작용제나 불필요한 미생물로부터 오염 가능성을 감소시키며 따라서 미생물성 성장 부산물의 활성을 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 미생물의 성장
본 발명은 미생물 배양 및 미생물성 대사물 및/또는 기타 미생물성 성장 부산물의 제조를 위한 방법을 활용한다. 본 발명은 또한 원하는 규모의 미생물 배양 및 미생물성 대사물의 제조에 적합한 배양 공정을 활용한다. 이러한 배양 공정은 한정되지 않으나, 침지 배양/발효, 고상 발효(SSF) 및 이의 조합을 포함한다.
여기서 기술하는 "발효"는 통제된 조건하의 세포 성장을 말하며 이러한 성장은 호기성 또는 혐기성일 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명은 바이오매스 (e.g., 살아있는 세포 물질), 세포외 대사물 (e.g., 소분자 및 분비 단백질), 잔류 영양소 및/또는 세포내 성분 (e.g., 효소 및 기타 단백질)의 제조를 위한 물질 및 방법을 제공한다.
본 발명에서 사용하는 미생물 성장 반응기는 산업적 용도의 발효기 혹은 배양 반응기일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 반응기는 기능 조절/센서를 구비하거나 기능 조절/센서에 연결되어 배양 공정에서의 중요한 인자들인, pH, 산소, 압력, 온도, 교반축 전력, 습도, 점도 및/또는 미생물 밀도 및/또는 대사물 농도 등을 측정할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 반응기는 또한 반응기 내부의 미생물 성장을 모니터할 수 있다 (e.g., 세포수 및 성장 단계 측정). 대안적으로, 반응기에서 일일 시료를 취하여 당해 분야의 기술, 예컨대, 희석 평판법 등으로 계산처리할 수 있다. 희석 평판법은 시료내 미생물 수를 산정하는 간단한 기술이다. 이 기술은 또한 상이한 환경 혹은 치료 방식들을 서로 비교할 수 있도록 하는 지표를 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 이 방법은 질소원을 배양과정에 보급할 수 있다. 질소원은, 예를 들어, 질산칼륨, 질산암모늄, 황산암모늄, 인산암모늄, 암모니아, 요소 및/또는 염화암모늄일 수 있다. 이들 질소원은 독립적으로 혹은 2종 이상의 조합 형태로 사용할 수 있다.
이 방법은 성장 배양물에 산소를 공급할 수 있다. 일 구현예는 저속의 공기 거동을 활용하여 저산소 함유 공기를 제거하고 산소화된 공기를 도입한다. 산소화 공기는 액체의 기계적 교반을 위한 임펠러 및 액체 내 산소 용해를 위해 기체 거품을 액체에 공급하기 위한 공기 스파저(sparger)를 포함하는 메카니즘을 통해 매일 보급되는 대기일 수 있다.
이 방법은 또한 탄소원을 배양 과정에 보급할 수 있다. 탄소원은 통상적으로, 예컨대 글루코스, 수크로스, 락토스, 프룩토스, 트레할로스, 만노스, 만니톨 및/또는 말토스 등의 탄수화물; 아세트산, 푸마르산, 시트르산, 프로피온산, 말릭산, 말론산 및/또는 피루브산 등의 유기산; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 이소부탄올 및/또는 글리세롤 등의 알코올; 대두유, 미강유, 올리브유, 옥수수유, 참기름 및/또는 면실유 등의 지방 및 오일 등이다. 이들 탄소 공급원은 독립적으로 혹은 2종 이상의 조합물 형태로서 사용할 수 있다.
일 구현예에서, 미생물을 위한 성장인자 및 미량 영양소가 배지에 포함된다. 이는 실제로 필요로 하는 비타민들을 모두 생성할 수는 없는 미생물들을 성장시킬 때 바람직하다. 미량원소 예컨대 철, 아연, 구리, 망간, 몰리브덴 및/또는 코발트 등을 포함하는 무기 영양소 역시 배지에 포함될 수 있다. 더욱더, 비타민 및 필수 아미노산의 공급원과 미량원소는 예를 들어, 옥수수 분말 같은 분말 혹은 거친 분말 형태나 또는 이스트 추출물, 감자 추출물, 소의 추출물, 콩 추출물, 바나나 껍질 추출물 등의 추출물 형태나 정제된 형태로 포함될 수 있다. 예컨대, 단백질 생합성에 유용한 아미노산 역시 L-알라닌처럼 포함될 수 있다.
일 구현예에서, 무기염류 역시 포함될 수 있다. 유용한 무기염류는 인산2수소 칼륨, 인산수소 2칼륨, 인산수소 2나트륨, 황산마그네슘, 염화마그네슘, 황산철, 염화철, 황산망간, 염화망간, 황산아연, 염화납, 황산구리, 염화칼슘, 탄산칼슘 및/또는 탄산나트륨 등일 수 있다. 이들 무기염류는 독립적으로 혹은 2종 이상의 조합 형태로 사용될 수 있다.
어떤 구현예에서, 배양 방법은 배양 전 및/또는 배양 과정에서 추가의 산 및/또는 항균물질을 액상 배지에 부가하는 것을 더 포함할 수 있다. 항균제나 항생제를 오염으로부터 배양물 보호를 위해 사용할 수 있다. 또한, 항발포제를 더 부가하여 배양시 기체가 생성될 때 거품이 형성 및/또는 축적되는 것을 방지할 수 있다.
혼합물의 pH는 대상 미생물에 적합해야 한다. 탄산염 및 인산염 같은 완충제 및 pH 조정제 등을 사용하여 pH를 바람직한 값에 근접하게 안정화할 수 있다. 배양은 일정한 pH에서 연속으로 수행하거나 혹은 pH를 변화시켜가며 수행할 수도 있다.
금속 이온이 고농도로 존재하면, 액상 배지에 킬레이트제가 필요할 수도 있다.
미생물 배양 및 미생물성 부산물의 생성을 위한 방법과 장치는 뱃치식, 유사-연속식 혹은 연속식 공정으로 수행할 수 있다.
미생물은 플랑크톤형 혹은 생물막 형태로 성장할 수 있다. 생물막의 경우, 반응기에는 기질을 포함시켜 미생물이 생물막 상태로 성장할 수 있도록 할 수 있다. 이 시스템은 또한, 예를 들어, 생물막 성장 특성을 촉진하거나 및/또는 개선하기 위한 자극을 가할 수 있는 (전단 응력 등) 기능을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 미생물 배양 방법은 약 5 내지 100℃, 바람직하게는 15 내지 60℃, 더 바람직하게는 25 내지 50℃ 에서 수행한다. 또 다른 구현예에서, 배양은 일정한 온도에서 연속으로 수행한다. 또 다른 구현예에서, 배양은 온도를 변화시켜가며 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 상기의 배양 방법 및 공정에 사용되는 장치는 멸균형이다. 반응기/반응용기 같은 배양 장치는, 멸균 유닛, 예컨대 오토클레이브와 분리된 상태로서 서로 연결되어 있다. 배양 장치는 또한 접종처리의 개시에 앞서 자체 멸균되는 멸균 유닛을 구비한다. 공기는 공지의 방법에 따라 멸균처리할 수 있다. 예를 들어, 공기는 반응용기에 도입되기에 앞서서 적어도 1개의 필터를 통과할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 배지는 저온살균 처리되거나 선택적으로 전혀 열을 가하지 않고 물의 저활성도 및 저 pH를 활용하여 세균 성장을 제어할 수 있다.
또 다른 구현예에서 배양 시스템은 자체 멸균형일 수 있으며, 이는 배양되는 유기체가 항미생물성 성장 부산물이나 대사물의 생성으로 인해 다른 유기체로부터의 오염을 방지할 수 있는 것을 의미한다.
발효액의 바이오매스의 함량은 예를 들어 5 g/l 내지 180 g/l 이상일 수 있다. 일 구현예에서, 발효액의 고형분 함량은 10 g/l 내지 150 g/l이다.
대상 미생물에 의해 생성된 미생물성 성장 부산물은 미생물 내에 유지되거나 액상 배지 속으로 분비될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 미생물성 성장 부산물의 생성 방법은, 대상 미생물의 성장 부산물을 농축 및 정제하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 액상 배지는 미생물성 성장 부산물의 활성을 안정화하는 화합물을 함유할 수 있다.
일 구현예에서 미생물 제조 방법은 또한 본 발명의 미생물계 조성물에서 사용할 미생물을 비활성화 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 비활성화는 미생물 세포벽 내의 바람직한 성분들을 변성시키지 않는 방법을 통해 수행된다.
일 구현예에서, 바이오 계면활성제는 본 발명의 미생물 균주를 성장 및 바이오 계면활성제 생성에 적합한 조건하에 배양함으로써 생성되며 경우에 따라 이 바이오 계면활성제를 정제한다. 효소나 기타 단백질 역시, 본 발명의 미생물 균주를 성장 및 효소/단백질 발현에 적합한 조건하에 배양함으로써 생성될 수 있으며 경우에 따라 이들 효소 혹은 기타 단백질을 정제한다.
일 구현예에서, 배양이 종료되면 (예, 예컨대 원하는 세포밀도 혹은 발효액내 특정 대사물의 밀도를 달성한 경우 등) 미생물 배양 조성물을 모두 분리 수집한다. 이러한 뱃치식 절차의 경우, 제1 뱃치에서 수확하고 나면 새로운 뱃치를 전면 개시한다.
또 다른 구현예에서, 발효 산물의 일부는 1회 제거한다. 이 구현예에서, 생존세포가 포함된 바이오매스가 반응용기에 남아 새로운 배양 뱃치의 접종원으로 사용된다. 제거되는 조성물은 세포 무함유 배양액이거나 세포를 함유할 수 있다. 이 방식에서 유사-연속식 시스템이 형성된다.
미생물계 제품의 조제
본 발명의 미생물계 제품 중 하나는 미생물, 및/또는 미생물 및/또는 기타 잔류 영양소에 의해 생성된 미생물성 대사물을 함유하는 단순 발효액이다. 이 발효 산물을 추출이나 정제 없이 직접 사용할 수 있다. 필요시, 문헌에 기술된 추출 및 정제는 표준 추출 및/또는 정제 방법이나 기술을 이용하여 용이하게 달성할 수 있다.
미생물계 제품내 미생물은 활성 혹은 비활성 형태일 수 있다. 미생물계 제품은 활성 및 비활성 미생물의 조합물을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 이 미생물은 비활성화되어 있다.
미생물계 제품은 추가적인 안정화, 보존 및 보관 없이 사용할 수 있다. 유리하게는, 이들 미생물계 제품을 직접 사용하여 외부 작용제 및 불필요한 미생물들로 인한 오염 가능성을 감소시키며 미생물성 성장 부산물의 활성을 유지한다.
미생물 성장의 결과로 얻은 미생물 및/또는 발효액은 성장 반응용기로부터 분리하여 예컨대 배관을 통해 운반하여 즉시 사용할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 미생물을 사용 전에 비활성화할 수 있다.
다른 구현예에서, 조성물 (미생물, 발효액, 혹은 미생물과 발효액)은 사용하고자 하는 용도, 계획에 따른 응용 방법, 발효 탱크의 크기 및 미생물 증식 시설에서 사용 장소까지의 운송 방식 등을 고려하여, 적정 크기의 용기에 담을 수 있다. 따라서, 미생물계 조성물을 담는 용기는 예를 들어, 1 내지 1,000 갤런 이상의 용적을 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 용기는 2 갤런, 5 갤런, 25 갤런 혹은 그 이상의 용적을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따르면 미생물계 제품은 미생물이 증식되어 있는 발효액을 포함할 수 있다. 이 제품은, 예를 들어, 중량 기준으로 적어도 1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75% 혹은 100% 발효액일 수 있다. 제품내 바이오매스 함량은 중량 기준으로 예를 들어 0% 내지 100% 사이의 모든 백분율을 포함할 수 있다.
미생물계 조성물을 성장 반응기에서 수확시, 수확된 제품을 용기에 담거나 배관을 통과시킬 때 (혹은 사용을 위해 수송 운반시) 또 다른 성분들을 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제는 예를 들면, 완충제, 담체, 동일한 시설 혹은 다른 시설에서 제조하는 기타 미생물계 조성물, 점도 조절제, 보존제, 미생물 성장을 위한 영양소, 추적제, 용매, 살생물제, 기타 미생물, 및 원하는 용도에 특화된 기타 성분들일 수 있다.
어떤 구현예에서, 바이오 계면활성제는 미생물계 조성물에 첨가할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 바이오 계면활성제는 정제된 형태이다.
바이오 계면활성제는 미생물에 의해 생성된 구조적으로 다양한 종류의 표면작용 물질이다. 바이오 계면활성제는 생분해성이며, 재생형 기질 상의 선택된 유기체를 사용하여 쉽고 저렴하게 제조할 수 있다. 바이오 계면활성제는 모두 양친매성 물질이다. 이는 2개의 부분 즉: 극성(친수성) 부분과 비극성(소수성) 작용기로 구성되어 있다. 이러한 양친매성 구조 때문에, 바이오 계면활성제는 소수성 불수용성 물질의 표면적을 증가시키고, 이러한 물질의 수계 생체이용율(water bioavailability)을 증가시키며 또한 박테리아 세포 표면의 성질을 변화시킨다.
바이오 계면활성제는 저분자량의 당지질 (예, 람노리피드, 소포로리피드, 만노실에리트리톨 지질), 리포펩티드 (예, 수르펙틴, 이투린, 펜지신), 플라보리피드, 포스포리피드, 및 고분자량 중합체로서 리포프로틴, 리포다당류-단백질 복합체, 다당류-단백질-지방산 복합체 등을 포함한다. 바이오 계면활성제의 공통적인 친유성 부분은 지방산의 탄화수소 사슬인 반면에 친수성 부분은 중성 지질의 에스테르나 알코올기, 지방산이나 아미노산 (혹은 펩티드)의 카르복실레이트기, 플라보리피드의 경우에는 유기산의 카르복실레이트기, 혹은 당지질의 경우에는 탄수화물 등에 의해 형성된다.
바이오 계면활성제는 계면 상에 축적되며 따라서 계면장력 감소와 용액내 응집된 미소세포 구조물의 형성을 유도하다. 안전하고 효율적인 미생물 바이오 계면활성제는 액체, 고체 및 기체의 분자들간 표면장력 및 계면장력을 감소시킨다. 기공을 형성하고 생물막을 불안정화게 만드는 바이오 계면활성제의 기능 때문에 항균제, 항진균제 및 용혈제로서 사용할 수 있다. 저독성 및 생분해성의 특징을 조합하면 바이오 계면활성제는 농업에 관련된 광범위하고 다양한 응용분야에서 유리하게 이용할 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명에 따라 사용할 수 있는 바이오 계면활성제는 하나 이상의 당지질 및/또는 리포펩티드를 포함한다. 일 구현예에서, 당지질은 람노리피드(RLP), 소포로리피드(SLP), 트레할로스 지질 및 만노실에리트리톨 지질(MEL) 중에서 선택된다. 일 구현예에서, 리포펩티드는 수르펙틴, 이투린 A 및 펜지신 중에서 선택된다.
바람직한 구현예에서, 이러한 바이오 계면활성제의 조합물을 마생물계 조성물에 응용할 수 있다. 바람직하게는, 조성물내 바이오 계면활성제의 총 농도는 5 g/kg을 초과하지 않는다. 어떤 구현예에서, 바이오 계면활성제의 농도는 조성물 전체 중량에 대해 0.05 내지 90%의 범위, 바람직하게는 0.1 내지 50%, 더 바람직하게는 0.5 내지 2%의 범위이다.
본 발명에 따른 제형에 함유될 수 있는 다른 적절한 첨가제는 이러한 조제물에 통상적으로 사용되는 물질들을 포함한다. 이러한 첨가제의 예를 들면, 계면활성제, 유화제, 윤활제, 완충제, 용해도 조절제, pH 조정제, 보존제, 안정화제 및 자외선 차단제 등을 포함한다.
선택적으로, 상기 제품은 사용 전에 보관할 수 있다. 보관기간은 짧은 것이 바람직하다. 따라서, 보관기간은 60일 미만, 45일, 30일, 20일, 15일, 10일, 7일, 5일, 3일, 2일, 1일 혹은 12시간 미만일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 살아있는 세포들이 제품에 존재하는 경우, 이 제품은 서늘한 온도, 예를 들어, 20 ℃, 15℃, 10℃ 혹은 5℃ 미만의 온도에서 보관한다. 다른 한편, 바이오 계면활성제 조성물은 통상적으로 상온에서 보관할 수 있다.
일 구현예에서, 상이한 미생물 균주를 비활성 미생물계 조성물의 제조 목적으로 상이한 탱크에서 배양한다. 조성물은 배양액을 저온살균 온도 (이스트 세포의 100% 비활성화를 달성하는 데 충분한 기간 동안 최대 65 내지 70 ℃)에서 비활성화 하고 pH 값을 약 10.0 내지 12.0으로 상승시켜 조제한다. 이는 세포의 부분적 가수분해를 유발하며 일부의 영양 성분을 유리시킨다. 다음, 조성물을 약 pH 6.5 내지 7.5로 중화시키고 각종 가수분해 성분들을 혼합한다. 이 결과로 나온 미생물계 제품을 어류 사료 및 수처리제에 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물을 이용한 양식 개선 방법
어떤 구현예에서, 본 발명은 양식 개선을 위한 환경친화적 및 비용효율적 물질과 방법을 제공한다. 특정의 구현예에서, 본 발명은 앙어장에서 생육되는 어류의 건강 및 품질을 개선하는 방법을 제공한다. 또 다른 구현예에서, 양어장에서 생육되는 어류에게 사료공급하는 방법도 제공한다.
여기서 기술하는, 조성물이나 제품을 "적용"하는 것 혹은 양어장을 "처리"하는 것은, 조성물이나 제품이 목표 혹은 부위에 영향을 미칠 수 있는 방식으로 이 조성물이나 제품을 상기 목표 혹은 부위에 접촉시키는 것을 말한다. 이 영향은, 예를 들어, 미생물 성장 및/또는 바이오 계면활성제나 기타 성장 부산물의 작용에 기인할 수 있다. 본 발명에 따르면, 적용 혹은 처리는 예를 들어 조성물을 양어장 내의 수질 환경으로 배관 공급, 펌핑 혹은 유입시키거나 또는 예를 들어 양어장의 다양한 표면, 벽 혹은 울타리에 조성물을 코팅하거나 도포함으로써 달성할 수 있다.
일 구현예에서, 양어장이나 수족관에 1종 이상의 미생물 균주 및/또는 미생물성 성장 부산물을 포함하는 미생물계 조성물을 적용함으로써 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 이 방법은 선택적으로 영양소의 유기 공급원, 예컨대, 탄소나 질소, 및/또는 기타의 작용제를 해당 부위에 부가하여 미생물 성장 (활성 미생물을 사용하는 경우)을 촉진하는 것을 포함한다.
여기서 기술하는 양식의 "개선" 혹은 "향상" 은 양어장에서 생육하는 어류의 건강 및 품질을 개선하는 것을 말한다. 양식의 향상은 간접적으로, 예를 들어, 어류를 생산하는 환경의 품질을 개선함으로써, 혹은 직접적으로, 예를 들어, 영양제 및 건강 증진제를 어류에 공급함으로써 달성할 수 있다.
본 발명의 방법 및 조성물은, 예를 들어, 수질과 청정도를 향상하고 병원체에 대한 저항력을 증가시키며 어류의 성장을 자극할 수 있다. 특히, 본 발명의 조성물은 양어지 및 탱크의 물과 표면을 청소하고, 어류를 감염이나 기생충 침입으로부터 보호하며, 물속의 이산화탄소를 감소시키거나 혹은 어류에 사료공급 및 영양소 흡수를 개선하는 데 사용할 수 있다.
어떤 구현예에서, 본 발명은 예를 들어 조류의 성장으로 인해 양어장이나 수족관에 축적된 점액 혹은 녹조를 제거함으로써 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 본 발명의 미생물계 조성물은, 예를 들어, 양어지, 탱크 혹은 수족관의 물, 바닥, 벽 혹은 기타 표면에 적용할 수 있다. 일 구현예에서, 이 조성물은 점액 성분을 분산시키고 점액를 구성하는 유기체를 없앨 수 있는 생물학적 탈유화제 역할을 한다.
양어지의 점액 혹은 녹조는 일반적으로 물 속의 조류 증식에 따른 것이다. 조류는 자연 발생적이며 자연에 풍부한 수생 유기체이다. 이 복합 유기체는 번식하여 녹조 형태로 전체 수원에 퍼져 악취가 나는 덩어리가 되거나 혹은 물 속이나 표면에 피막을 형성할 가능성이 있기 때문에 수많은 호수, 연못, 석호 및 폐수처리장에 문제를 일으킨다. 조류 덩어리는 종종 수원의 산소를 고갈시켜 어류 폐사를 일으킬 수 있다. 어떤 덩어리는 예를 들어 청록색 조류 덩어리 (남조류)는 독성 부산물을 생성하기 때문에 인체와 수생 유기체 모두에 유해할 수 있다.
양어지 녹조를 형성하는 조류로서 본 발명으로 효과적으로 제어가 가능한 종류의 조류는 한정되지 않으나, 플랑크톤 조류 (e.g., 아나바에나, 클로렐라, 페디아스트룸, 시네데스무스 및 오사이스티스), 미세섬유형 조류 (e.g., 스피로자이라, 클라도포라, 리조클로니움, 모우제오티아, 자이그네마 및 하이드로딕타이온), 및 그 외에도 라인그바이아(Lyngbya), 피토포라 등의 독성 덩어리 형성 조류나 집락형 균조류 등을 포함한다.
어떤 구현예에서, 본 발명은 양식장의 물 전체의 품질을 향상시켜 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 일 구현예에서, 수질 개선은 양식장 물의 이산화탄소의 양을 감소시키는 것을 말한다. 또 다른 구현예에서, 수질 개선은 양식장 물의 황화수소의 양을 감소시키는 것을 말한다. 그외 또 다른 구현예에서, 수질 개선은 양식장 물의 산소 농도를 증가 및/또는 평형화하는 것을 말한다.
구체적으로, 양어장이 밀집한 곳에서 고압, 고용적의 양식을 운영관리할 때 물의 기체 함량이 불균형화 될 수 있으며 이로인해 어류의 생활 조건이 건강하지 못하게 된다. 예를 들어, 밀집된 양어지 내의 어류는 집단의 크기가 큰 탓에 산소 부족을 경험할 수 있다. 이로 인해 이산화탄소의 증가하고 이는 어류의 질식 및 폐사로 이어지게 된다.
이에 더하여, 양식장 바닥에서 양어지의 슬러지가 형성되어 물 속의 산소 농도 고갈 및 황화수소 농도 증가를 가져올 수 있다. 양어지의 슬러지는 각종 유기물질, 예컨대, 죽은 조류, 박테리아, 어류 배설물 및 진흙 등이 바닥에 침전한 결과로 형성된다. 양어지의 슬러지는 일반적으로 산소를 투과시키지 않으므로 황화수소-생성 혐기성 박테리아의 성장을 촉진한다. 황화수소는 타 유기체에 독성이 있으며 또한 강력한 계란 썩은 냄새가 난다. 따라서, 황화수소 및 그 공급원을 제거하는 것이 양식어류의 건강에 필수불가결하다.
어떤 구현예에서, 본 발명을 이용하여 이산화탄소 및/또는 황화수소를 감소시키면, 양식장물의 산소 농도가 증가하므로 수질과 어류의 품질을 향상할 수 있다. 어떤 구현예에서, 물에 추가적으로 산소를 공급해야 할 경우, 상기 방법은 물에 대한 산소화 수단을 응용하는 것, 예컨대, 필터, 공기발생기, 펌프 및/또는 공지의 통기 수단 등을 사용하는 것을 더 포함할 수 있다.
어떤 구현예에서, 본 발명은 양식장 물 속의 이산화탄소 및/또는 황화수소 농도를 감소시켜 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 본 발명의 미생물계 조성물은 물에 적용할 수 있으며, 물의 계면장력을 감소시키는 역할을 함으로써 물에 포집된 이산화탄소 및/또는 황화수소의 방출을 돕는다.
특정의 구현예에서, 이산화탄소 감소는 이산화탄소 질식으로 인한 어류 폐사를 방지함으로써 양식을 개선한다.
또 다른 구현예에서, 본 발명은 양식장 물 속의 황화수소 형성을 방지함으로써 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 본 발명의 미생물계 조성물은 물 또는 양어지 바닥에 적용할 수 있으며, 혐기성의 황화수소-생성 박테리아가 번식하는 양어지의 슬러지를 탈유화 처리하는 작용을 한다. 또 다른 구현예에서, 상기 조성물은 항미생물성에 기인하여 황화수소를 생성하는 혐기성 박테리아를 제어하는 작용을 할 수 있다.
특정의 구현예에서, 황화수소의 감소 및/또는 황화수소 형성의 방지는 황화수소 형성물의 독성 효과로 인한 어류 폐사를 방지함으로써 양식을 개선한다.
어떤 구현예에서, 본 발명은 양어장 집단내 전염을 방지함으로써 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 이에 더하여, 본 발명은 병원체 및 헬민츠(Helminths) 같은 기생충의 침입을 방지하는데 이용할 수 있다. 본 발명의 미생물계 조성물은, 예를 들어, 물이나 양어장내 표면에 적용할 수 있으며 이 조성물의 항균, 항진균, 항바이러스, 항기생충 및 항점착성은 어류가 각종 질병에 접촉하여 병에 걸리거나 폐사하는 것을 억제하고, 또한 질병을 일으키는 유기체가 양식장 환경에 침입하는 것을 방지한다.
본 발명의 방법과 조성물로 대처할 수 있는 병원체의 예를 들면 한정되지는 않으나, 바이러스 (e.g., 아쿠아비르나바이러스, 베타노다바이러스, 오르토마이속바이러스, 알파바이러스, 랍도바이러스 및 라나바이러스), 박테리아 (e.g., 셰도모나스 플루오레센스, 아에로모나스, 에드워드시엘라, 플라보박테리움, 프란시셀라, 포토박테리움, 피스시릭케트시아, 셰도모나스, 테나시바쿨룸, 비브리오, 예르시니아, 락토코쿠스, 레니박테리움 및 스트렙토코쿠스), 진균류 (e.g., 사프롤레그니아, 아스페르길루스, 페니실리움, 엑소피알라, 이치타이오포누스, 브란치오마이세스, 데르모사이스티디움, 프로토테카, 오실라토리아, 포마 헤르바움 및 파에실로마이세스), 물곰팡이 (e.g., 사프롤레그니아 sp.) 및 기생충 (e.g., 선충, 촌충, 회충, 거머리, 이, 요각류 같은 후생성 기생충, 이치타이오피티리우스 물티필리이스 같은 단세포 기생충, 에우스트롱길리데스 같은 헬민츠) 등을 포함한다.
본 발명을 이용하여 완화 혹은 방지할 수 있는 바이러스 질병은 한정되지 않으나, 감염성 췌장괴사, 바이러스성 신경괴사, 살몬 아네미아(salmon anemia) 바이러스, 췌장 질병, 감염성 조혈괴사 바이러스, 바이러스 출혈성 패혈증 바이러스 및 가축 유행병 조혈괴사 바이러스 등을 포함한다.
본 발명을 이용하여 완화 혹은 방지할 수 있는 박테리아 질병은 한정되지 않으나, 지느러미 부패증, 부종, 모타일 에우로모나스 패혈증, 절종증, 크리세오세균증(chryseobacteriosis), 메기의 장 패혈증, 에스워드시엘로시스 혹은 부패병, 콜룸나리스(columnaris), 거짓 콜룸나리스(false columnaris), 플라보박테리오시스 혹은 무지개송어 프라이증후군, 세균성 아가미병, 프랜시스엘로시스, 겨울 궤양병, 파스퇴르엘로시스, 피스시릭케트시오시스 혹은 리케차 패혈증, 셰도모나드 패혈증 혹은 적반증, 테나시바쿨로시스, 비브리오증, 예르시니아증 혹은 장 레드마우스병, 연쇄구균, 노카르디아증, 박테리아성 신장병, 포도상구균, 연쇄상구균 및 용혈성 패혈증 등을 포함한다.
본 발명을 이용하여 완화 혹은 방지할 수 있는 기타의 질병이나 침입으로는 아가미 부패증, 이치타이오포누스병, 사프롤레그니아시스, 벨벳병, 머리천공 및 회전병을 포함한다. 유리하게는, 본 발명은 방법은 독한 화학약품이나 항생제를 사용하지 않고도 양식어의 병원체 방어력을 향상시킬 수 있다.
어떤 구현예에서, 본 발명은 양식어의 소화관내 영양소 흡수율을 향상시켜 양식을 개선하는 방법을 제공한다. 구체적으로, 어류가 섭취시 본 발명의 미생물계 조성물내 바이오 계면활성제가 어류의 소화관내 지용성 비타민을 포함한 영양소 흡수율 (즉, 생체이용율)을 향상시켜 양식어의 전체적인 건강 및 품질을 높이는 데 기여한다.
상기 조성물은, 예를 들어, 액체 혹은 무수 분말, 거친 분말, 플레이크, 과립 혹은 펠릿 형태로서 양식장 물에 적용될 수 있다. 종래의 사료를 공급한 어류와 비교시 본 발명의 조성물을 섭취한 어류는 체중이 더 증가하며 이러한 체중 증가는 대부분 저체지방 백분율을 수반하여 체내 단백질 백분율이 증가한 결과이다
또 다른 구현예에서, 본 발명은 어류 사료공급을 보충하는 방법 및 사료비용을 절감하는 방법을 제공한다. 본 발명의 미생물계 조성물은 이스트 세포 및 선택적으로는 정제 바이오 계면활성제를 포함한 단세포 단백질 공급원으로서 양식장 물에 적용될 수 있다. 이스트 세포는 예를 들어 풍부한 단백질, 탄수화물, 지질, 지방산, 미네랄 및 비타민을 농축량 형태로 제공할 수 있다.
어떤 구현예에서, 상기 조성물은 종래의 과립형 어류 사료와 더불어 어류에게 공급할 수 있도록 과립형으로 제형화한다. 어떤 구현예에서, 상기 조성물은 종래의 어류 사료의 성분들과 조합하여 이 조합물을 과립체 조제에 사용한다. 그밖의 또 다른 구현예에서, 상기 조성물은 종래의 어류 사료 대신 그 자체를 어류에게 공급한다. 유리하게는, 어류의 영양소 흡수율을 높이는 것과 더불어 본 발명의 조성물은 이 조성물의 항미생물성에 기인하여 바이러스, 곰팡이 및 박테리아체에 의한 어류 사료의 오염을 방지할 수 있다.
종래의 어류- 및 어유-유래의 사료 비용이 증가하는 탓에, 다수의 양식업에서는 곡물계 사료를 어류 사료공급 용도로 활용하기 시작했다. 옥수수, 콩 및 당밀 등의 성분들을 현재 어류 사료 제조에 사용하고 있다. 곡물계 식이를 했을 때의 어류의 건강에 미치는 영향에 대해서는 아직 정확하게 알려진 바가 없으나, 장기간 사용하기에는 바람직하지 않을 가능성이 있다.
또한, 해산물 산업의 성공은 높은 고함량의 오메가-3 지방산 같이 해산물이 인체 건강에 유익하여 관심을 끌고 있다는 사실에 어느 정도 의지하고 있다. 양식어를. 육식성 혹은 잡식성 식단에서 엄격한 식물성 식단으로 변경함으로써 최종 어류 산물의 영양소 함량이 변화할 수 있으며, 예를 들어, 최종 제품의 지방산 함량이 감소할 수 있다. 이러한 해산물 산업에서의 변화에 따른 효과는 인체의 영양과 더불어 광범위할 수 있다.
그러므로, 기존 어류 사료에 대한 보조제로서의 역할을 함으로써 본 발명은 종래의 어류-유래의 어류 사료를 사용할 때의 높은 비용을 절감하는데 이용할 수 있다. 본 발명은 어류 사료공급 비용을 낮추는 한편, 양식어의 건강과 품질에 지장을 주지 않으면서 종래의 어류-유래의 사료로 복귀하는 것도 가능하게 한다.
미생물계 제품의 지역(현장) 제조
본 발명의 어떤 구현예에서, 미생물 증식 설비에서 새로운 고농도 미생물 및/또는 미생물성 성장 부산물을 원하는 규모로 제조한다. 미생물 증식 설비는 적용할 장소 혹은 그 인근에 위치할 수 있다. 설비에서 고농도 미생물계 조성물을 뱃치식, 유사-연속식 혹은 연속식 배양으로 제조한다.
본 발명의 미생물 증식 설비는 미생물계 제품이 사용될 장소 (예, 양식장)에 설치할 수 있다. 예를 들어, 미생물 증식 설비는 사용 장소로부터 300, 250, 200, 150, 100, 75, 50, 25, 15, 10, 5, 3 혹은 1 마일 미만의 거리에 위치할 수 있다.
본 발명의 미생물계 제품은 기존의 제조 시스템의 안정화, 보존, 장기간 보관 및 장거리 운반 공정이라는 필요조건 없이 지역적으로 응용 장소 혹은 그 인근에서 제조하므로, 훨씬 고농도의 살아있는 미생물을 생성할 수 있다. 따라서, 응용 장소에서 사용하기 위해서는 더 작은 부피의 미생물계 제품이 필요하다. 이러한 제품은 크기를 축소한 바이오 반응기 (e.g., 소형 발효탱크, 출발물질, 영양소, pH 조정제 및 소포제 등의 소량 공급 등)에 사용할 수 있으며, 따라서 효율적인 시스템을 제작할 수 있다. 또한, 지역 생산은 제품의 휴대성을 높인다.
미생물계 제품의 지역 제조는 또한 성장 발효액을 제품에 봉입하기 편리하다. 발효액은 발효과정에서 생성된 것으로서 지역 사용에 특히 적합한 작용제들도 함유할 수 있다.
지역 제조된 고농도 미생물 배양물은 식물성 세포의 안정화를 거치거나 혹은 필요시 공급하도록 설정된 제품보다 현장에서 더욱 효율적이다. 본 발명의 미생물계 제품은, 세포들이 발효 성장 배지에 존재하는 대사물 및 영양소로부터 분리되어 있는 전통적인 제품과 대비하여 특히 유리하다. 이송 시간이 단축되므로 지역의 수요에 부응하는 시간과 용량적으로 미생물 및/또는 이의 대사물을 담은 신선한 뱃치를 제조 및 운반할 수 있다.
본 발명의 미생물 증식 설비는, 미생물 자체, 미생물성 대사물 및/또는 미생물이 성장하는 발효액내 기타 성분들을 포함하는 신선한 미생물계 조성물을 제조한다. 필요한 경우, 이 조성물은 식물성 세포, 비활성화 세포, 또는 식물성세포, 비활성화 세포, 생식 포자, 균사체 및/또는 기타 미생물성 번식체의 혼합물을 고농도로 함유할 수 있다. 유리하게는 이 조성물은 특정 장소에서 사용하도록 주문 제조할 수 있다. 일 구현예에서, 미생물 증식 설비는 미생물계 제품을 사용하게 될 장소 혹은 인접한 장소에 위치한다.
유리하게는, 이 같은 미생물 증식 설비는 광범위한 산업적 규모의 제조 생산자에 의존하는 현재의 문제점, 구체적으로는 상류공정의 지연, 공급 체인의 정체, 부적절한 보관 및, 예를 들어, 살아 있는 다수의 세포 및/또는 번식체를 함유하는 제품 및 이들 세포가 최초로 성장한 관련 발효액과 대사물을 제 시간에 운반 및 적용하는데 방해가 되는, 기타의 접근 방식 탓에 제품의 품질이 영향을 받는다는 문제점을 해소할 수 있는 방안을 제공한다.
유리하게는, 바람직한 구현예에서, 본 발명의 시스템은 자연발생적인 지역 미생물 및 이의 대사성 부산물의 효능을 이용하여 식물 병원성 박테리아를 처리할 수 있다. 지역의 미생물은 예를 들어 내염성 및 고온에서의 성장력에 근거하여, 또한 유전적 서열 동정법을 이용하여 동정할 수 있다. 또한, 미생물 증식 설비는 미생물계 제품을 주문 생산하는 기능을 통해 제조 다양성을 제공함으로써, 목적지의 지리적 특징과의 상승효과를 향상시킬 수 있다.
각 반응용기의 배양시간은 예를 들어 1일 내지 2주일 혹은 그 이상일 수 있다. 배양 산물은 다수의 상이한 방식 중 어느 것으로든 수확할 수 있다.
예를 들어 발효 후 24시간 이내의 지역 제조 및 운반을 통해 순수한 고농도 미생물의 조성물 및 실질적으로 저운송비를 달성할 수 있다. 더 효율적이고 우수한 미생물 접종원의 개발 분야에서 앞으로 급속한 발전이 전망되며, 미생물계 제품을 신속하게 운반하는 이러한 능력에 근거하여 소비자는 큰 이익을 누릴 수 있다.
본 발명의 미생물계 제품은 다양하고 특이적인 설정 조건으로 사용할 수 있는데 이는, 예를 들어: 1) 활성 대사물을 함유한 신선한 발효액; 2) 미생물과 발효액의 혼합물; 3) 살아있는 세포, 포자, 균사체, 분생자 혹은 기타 미생물성 번식체를 함유한 조성물; 4) 살아있는 세포 및/또는 포자, 균사체, 분생자 혹은 기타 미생물성 번식체를 포함한 고농도 미생물 함유 조성물; 5) 즉석형 미생물계 제품; 및 6) 원거리용 미생물계 제품 등을 효율적으로 운반할 수 있는 능력 때문이다.
본원에서 제공하는 조성물 혹은 방법은 역시 본원에서 제공하는 다른 조성물 및 방법 중 하나 이상과 조합할 수 있다.
본 발명의 기타 특징과 장점은 하기의 바람직한 구현예에 대한 설명 및 특허청구범위에서 더욱 명확해질 것이다. 여기에서 언급된 모든 참고 문헌들은 본원에 참조로서 수록된다.
실시예
실시예 1 -
비커하모마이세스 아노말루스
및
슈도지마 아피디스
의 배양
비커하모마이세스 아노말루스 이스트를 비살균 조건에서 바이오매스 및 소포로리피드 제조를 위한 800 L 작업 용적의 반응기에서 성장시킨다. 비어있는 반응기는 위생처리하며, 구체적으로는 내부 표면을 2 내지 3%의 과산화수소로 처리한 다음 표백제와 고압 열수로 헹군다. 모든 필요성분들이 함유된 배지 성분을 85 내지 90℃의 온도에서 탈오염처리하거나 3%의 과산화수소에 용해한다. 발효온도를 25 내지 30℃으로 유지한다. pH는 5.0 내지 5.5에서 시작하여 3.0 내지 3.5로 낮춘 후 이 상태로 안정화시킨다. 약 48시간 동안 발효하여 바이오매스를 제조한다.
소포로리피드 축적은 발효 7일 내지 9일 후에 일어날 수 있다. 발효가 완료되면, 바이오매스 및 응용 가능할 경우 저농도의 소포로리피드를 함유하는 배양액을, 예를 들어, 양어지 혹은 어류가 들어있는 탱크에 적용할 수 있다.
슈도지마 아피디스를 상기와 동일한 조건하에 동일한 반응기에서 성장시키되 다음과 같은 2가지 예외사항을 수반한다: 최적의 pH는 5.0 내지 5.5 에서 유지하며 7일 내지 12일 이내에 바이오매스 및 만노실에리트리톨 지질(MELs)가 제조된다.
실시예 2 - 어류 사료용 조성물 및 양어장 처리제
글루코스, 카놀라유, 이스트 추출물, NH4Cl, KH2PO4.H2O 및 MgSO4.7H2O을 함유하는 배지를 이용하여 처리제와 사료 제품을 모두 수득한다. 초기 pH는 KOH를 이용하여 약 5.5로 조정한다. 배양액을 별도의 안정화 처리 없이 약 25 ℃에서 성장시킨다.
비커하모마이세스 아노말루스 및 슈도지마 아피디스를 각각 다른 탱크에서 배양한다. 발효 공정이 완료되면, 조성물은 배양액을 저온살균 온도 (이스트 세포의 100% 비활성화를 달성하는 데 충분한 기간 동안 최대 65 내지 70 ℃)에서 비활성화 하고 pH 값을 약 10.0 내지 12.0으로 상승시켜 조제한다. 이는 세포의 부분적 가수분해를 유발하며 일부의 영양 성분을 유리시킨다. 다음, 조성물을 약 pH 6.5 내지 7.5로 중화시키고 각종 가수분해 성분들을 혼합한다.
이 결과로 나온 미생물계 제품을 어류 사료 및 수처리제로 사용할 수 있다.
실시예 3 - 어류 먹이
어류 먹이의 대부분 혹은 전체를 본 발명의 조성물로 대체하기 위한 것이다. 일 구현예에서, 이스트 바이오매스 (e.g., W. 아노말루스, P. 아피디스, S. 봄비콜라 및/또는 C. 아피콜라) 및 선택적으로는 정제된 바이오 계면활성제를 포함하는 조성물을 100 내지 150 ℃의 가열 공기로 건조시켜 과립형 어류 사료를 제조할 수 있다. 이 과립체를 종래의 어류 사료와 예컨대 1:1, 2:1 혹은 1:2의 비율로 혼합할 수 있다. 필요하다면 이 과립체는 또한 종래의 어류 사료를 온전히 대체하는 데 사용할 수 있다. 본 발명의 미생물계 및 바이오 계면활성제계 식품 조성물은 미생물성 병원체로부터 사료의 오염 및 이로 인해 생길 수 있는 사료를 섭취한 어류의 병을 방지할 수 있다. 상기 조성물은 또한 이를 섭취한 어류에서 영양소의 생체이용성을 증가시킬 수 있으므로, 전반적으로 건강한 어류를 수득한다.
어분 대신 50% 이스트 단세포 단백질을 포함하는 먹이는 체중증가 백분율에 있어서 최적의 성장 반응을 제공한다. 몸체에서 뼈대의 조성에 대한 근사 실험 결과, 종래의 사료를 공급한 어류와 비교하여 50% 이스트 단세포 단백질을 공급한 어류가 더 높은 체단백질 백분율 및 낮은 지방 함량을 갖는 것으로 나타났다.
Claims (29)
- 양식의 개선을 위한 조성물로서, 배양된 생화학물-생산 이스트 중의 하나 이상의 균주 및/또는 하나 이상의 미생물성 성장 부산물을 포함하는 것인 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 이스트는 바이오 계면활성제-생산 이스트인 것인 조성물. - 제2항에 있어서,
상기 이스트는 스타메렐라 봄비콜라(Starmerella bombicola), 칸디다 아피콜라(Candida apicola), 슈도지마 아피디스(Pseudozyma aphidis), 비커하모마이세스 아노말루스(Wickerhamomyces anomalus), 피치아 귀일에르몬디(Pichia guilliermondii), 피치아 옥시덴탈리스(Pichia occidentalis) 및 이들 종 중의 어느 것의 돌연변이체 중에서 선택되는 것인 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 이스트는 비활성 형태인 것인 조성물. - 제1항에 있어서,
하나 이상의 이스트 균주를 더 포함하는 것인 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 하나 이상의 이스트는 각각 개별적으로 배양된 후 조합하여 조성물을 형성하는 것인 조성물. - 제1항에 있어서,
성장 부산물은 바이오 계면활성제인 것인 조성물. - 제1항에 있어서,
이스트가 배양된 발효액을 더 포함하는 것인 조성물. - 제8항에 있어서,
성장 부산물은 발효액 내에 존재하는 것인 조성물. - 제7항에 있어서,
상기 바이오 계면활성제는 정제된 형태의 조성물에 첨가하는 것인 조성물. - 제7항에 있어서,
상기 바이오 계면활성제는 당지질과 리포펩티드 중에서 선택되는 것인 조성물. - 제11항에 있어서,
상기 당지질은 소포로리피드, 만노실에리트리톨 지질, 트레할로스 지질 및 람노리피드 중에서 선택되는 것인 조성물. - 제11항에 있어서,
상기 리포펩티드는 수르펙틴 및 이투린 중에서 선택되는 것인 조성물. - 생화학물-생산 이스트의 하나 이상의 균주 및/또는 미생물성 성장 부산물을 포함하는 조성물을 물이 포함된 양어장에 적용하는 것을 포함하는 양식 개선 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 조성물은 제1항 내지 제13항 중 어느 항의 조성물인 것인 방법. - 제14항에 있어서,
상기 조성물은 양어장의 물에 적용되는 것인 방법. - 제14항에 있어서,
상기 조성물은 양어장 내부의 벽 및/또는 바닥을 포함한 표면들에 적용되는 것인 방법. - 제14항에 있어서,
상기 양어장은 연못, 호수, 해양, 피오르드, 수로, 강, 수족관, 탱크 혹은 케이지인 것인 방법. - 제14항에 있어서,
상기 방법은 어류를 양식하는 환경의 품질을 향상시키는데 이용되는 것인 방법. - 제19항에 있어서,
상기 방법은 점액이나 양어지 녹조를 양어장으로부터 제거하는데 이용되는 것인 방법. - 제19항에 있어서,
상기 방법은 양어장의 물의 황화수소 및/또는 이산화탄소 농도를 낮추는데 이용되는 것인 방법. - 제19항에 있어서,
상기 방법은 양어지 바닥의 슬러지를 감소시키는데 이용되는 것인 방법. - 제19항에 있어서,
상기 방법은 양어장에 병원체가 침입하는 것을 방지하는데 이용되는 것인 방법. - 제14항에 있어서,
상기 방법은 양식어의 건강 및 품질을 향상하는데 이용되는 것인 방법. - 제24항에 있어서,
상기 방법은 어류가 박테리아, 바이러스, 진균 혹은 기생충성 질병에 감염되는 것을 방지하는데 이용되는 것인 방법. - 제16항에 있어서,
상기 방법은 어류의 소화관내 영양소 흡수를 개선하는데 이용되는 것인 방법. - 비활성 미생물 및/또는 이의 성장 부산물을 포함하는 조성물을 양어장에 적용하여 어류가 이 조성물을 섭취하도록 하는 것을 포함하는 어류 사료 공급방법.
- 제27항에 있어서,
상기 조성물은 무수 분말, 굵은 분말, 펠릿, 과립 혹은 플레이크 형태인 것인 방법. - 제27항에 있어서,
상기 방법은 종래의 어류 사료를 보충하기 위해 이용되는 것인 방법.
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