초록 ▼

Ⅰ. 제목 폐유기성자원의 발효사료화를 위한 복합미생물제제 개발 및 발효공정의 최적화 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 다량으로 발생하고 있는 폐유기성자원중 극히 일부는 재활용(사료화, 퇴비화 등)되고 있지만 대부분 매립에 의존하고 있고, 이로 인한 환경오염문제는 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 특히, IMF시대를 맞이하여 산업체 중심으로 퇴비화와 사료화에 대한 장치개발 위주로 기술이 개발되기 시작하여 현재는 폐유기성자원의 재활용 관련 프로세스가 장치화되어 생산되고 있으나, 폐유기성자원의 재활용에 있어 체계적인 기술개발과

Ⅰ. 제목 폐유기성자원의 발효사료화를 위한 복합미생물제제 개발 및 발효공정의 최적화 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 다량으로 발생하고 있는 폐유기성자원중 극히 일부는 재활용(사료화, 퇴비화 등)되고 있지만 대부분 매립에 의존하고 있고, 이로 인한 환경오염문제는 심각한 사회문제로 대두되고 있다. 특히, IMF시대를 맞이하여 산업체 중심으로 퇴비화와 사료화에 대한 장치개발 위주로 기술이 개발되기 시작하여 현재는 폐유기성자원의 재활용 관련 프로세스가 장치화되어 생산되고 있으나, 폐유기성자원의 재활용에 있어 체계적인 기술개발과 현장적용에 의한 효과 및 효능이 검증된 기술의 부재로 실용화에 많은 어려움이 있다. 폐유기성자원의 가축사료로의 재활용은 원료의 96%를 수입에 의존하고 있는 배합사료의 수입대체에 의한 외화절약과 함께 축산업의 생산비절감과 환경오염문제 등을 동시에 해결할 수 있는 중요한 수단으로 생각되어 진다. 남은음식물과 같은 폐유기성자원을 축돈의 사료로서 이용할 경우 미생물에 의한 발효사료화가 사료로서의 가치를 극대화 시킬 수 있으나, 발효에 이용하는 미생물의 특성 및 이용기술 등이 아직 체계화되지 않은 단계에서 실용화가 시도됨으로서 축산농가에 경제적 손실을 끼친 예가 많아 현시점에서는 아직 활성화 되어있지 못한 것이 현실이다. 따라서, 폐유기성자원을 사료로서의 가치성과 안전성이 확보된 기술을 시급히 개발하여 배합사료원료의 수입대체 효과와 환경적 문제해결에 일익을 담당할 수 있는 노력이 필요하다. 이에 본 연구에서는 사료로서의 가치성은 발효에 이용하는 미생물의 종류 및 특성에 따라 좌우될 수 있기 때문에 사료화 목적에 맞는 미생물만을 선별하여 폐유기성자원의 습식발효사료화를 통해 탄수화물, 조단백, 조지방, 조섬유 등의 고분자물질이 수용성 저분자물질화 되어 가축의 소화흡수율을 향상시켜주고, 이때 작용하는 미생물의 생육과정에서 합성되는 2차대사산물 및 미생물균체 등이 가축의 면역력 증강 및 영양원으로 이용됨으로서 사료로서의 가치를 극대화 시킬 수 있는 복합미생물제제의 개발과 습식발효사료화를 위한 발효공정의 최적화를 목표로 한다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 1) 사료화 균주의 분리 및 특성규명 폐유기성 자원의 습식발효 사료화를 위한 미생물은 토양, 축분 및 곡물부산물 등을 균원시료로 하여 생육이 왕성하고, 효소활성 및 길항능이 우수한 미생물균주를 선별하였다. 선별된 사료화 균주는 형태학적, 생리학적 그리고 생화학적 특성 조사를 통하여 동정을 실시하였다. 2) 발효사료화용 복합미생물제제 생산방법 선별된 사료화 미생물의 고정화 담체를 선정하였으며, 사료화용 미생물 제제는 종균배양액을 일차 액체배지에서 배양한 후, 선정된 담체를 이용하여 고상배양을 통하여 복합미생물제제를 생산하였다. 종균의 액상배양을 위한 배지의 조사가 이루어졌으며, 담체를 이용한 고상배양 조건을 조사하였다. 3) 습식발효사료 현장적용 시험 참여기업에서 제공한 농장에서 비육돈을 대상으로 사육실험을 수행하였다. 사육실험은 습식발효사료 공정중 저장조에 생산된 복합미생물제제를 첨가하고, 발효조 및 숙성조를 통해 제조된 습식발효사료를 직접 축돈에 급이하여 실험하였다. 4) 습식발효사료의 고기능화 양돈의 경우 이유돈에서 자돈으로 옮겨질 때와 자돈에서 비육돈으로 옮겨질 때 설사가 발생하여 양돈의 증체율이 저하되는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제점 해결을 위해 미생물 유래 다당류에 의한 설사억제 및 항생물질 대체효과를 얻기 위하여 연구를 수행하였으며, 습식발효사료의 기호성 개선효과는 습식 발효공정 단계별로 효소의 활성 및 유기물의 변화 등을 조사하여 검토하였다. 5) 복합미생물제제의 효과 및 효능 검증 사료화 복합미생물제제의 효과 및 효능의 검증을 위해 발효공정 단계별로 미생물상의 변화를 조사하였으며, 각각의 미생물 효소활성 및 길항능을 조사하여 효능을 검토하였고, 경구독성 검사를 통해서 안전성을 확인하였다. 6) 복합미생물제제 대량생산기술 개발 Pilot plant용 fermentor (50-L)를 이용하?산을 위한 생산공정을 개발하였다. Ⅳ. 연구개발결과 1) 사료화 균주의 분리 및 특성규명 사료화균주로서 높은 생육속도, 효소활성, 길항능 등을 갖는 12 균주를 최종 선별하여 본 연구에 이용하였다. 선별된 12 균주의 형태학적, 생리학적, 생화학적 특성 조사를 통해 동정한 결과, 9 균주가 효소생산의 보고로 알려져 있는 그람양성인 Bacillus sp. 의 토착미생물로 동정되었으며, 그외에 Cellulomonas sp., Alcaligenes sp.의 균주 등으로 밝혀졌다. 2) 발효사료화용 복합미생물제제 생산방법 탈지강이 사료화에 있어서 기질, 수분조정, 안정적 확보, 경제적 경쟁력 등의 다양한 장점이 있어 이 연구의 미생물제제화를 위한 담체로 사용하였다. 미생물제제의 생산공정은 액상배지에 각각의 사료화균주를 배양한 후, 고정화 담체에 흡착시켜 2차 배양을 하였다. 2차 배양 과정에서 내부온도가 60℃이상 증가하면 탈지강 내부에 산소를 공급하여 주었으며, 배양 4-5일 지난 후 온도가 상온으로 일정하게 유지되면 건조하여 미생물제제를 생산하였다. 상기와 같은 방법으로 미생물제제를 생산한 결과, 미생물 생균수가 3.0 × 1010 CFU/g 으로 나타났다. 3) 습식발효사료 현장적용 시험 복합미생물제제의 발효사료화 현장적용실험은 저장조에 복합미생물제제를 첨가하여 습식발효사료를 제조하여 직접 축돈에 급이실험하여 수행하였다. 시험돈의 체중과 일령에 큰 차이가 없었으며, 도체등급 및 육질 등을 검사한 결과, 배합사료로 사육한 축돈과 커다란 차이가 없음이 확인되었고, 배합사료만으로 사육한 축돈에 비하여 출하일까지는 20일정도 늦어지는 것으로 나타났으나, 경제성을 비교해 보면 두당 16,000원 정도의 비용절감 효과가 있는 것으로 확인되었다. 4) 습식발효사료의 고기능화 습식발효사료의 기능성 개선을 위하여 미생물 유래 다당류에 의한 설사억제 및 항생제 대체효과를 조사하였다. 미생물 유래 다당류를 투여한 결과, 대조구에 비해 높은 증체율 및 설사억제 효과를 확인하였다. 기호성 개선효과는 발효공정 단계별로 효소활성 및 유기물의 변화 등을 조사하였다. 제조된 습식발효사료에서 amylase, protease, cellulase, lipase 활성을 나타내었으며, 남은음식물의 발효 전과 발효 후의 유기물의 변화를 조사한 결과, 수용성 조단백질, 조지방, 조섬유질의 양이 모두 증가하였다. 이것은 첨가된 복합미생물제제의 효소활성에 의하여 고분자의 물질이 수용성의 저분자물질로 전환되었음을 나타내는 것이다. 최종적으로 발효사료화 후 칼로리가 약 850 칼로리에서 약 1,350 칼로리로 증가하여 남은 음식물 사료의 식이성이 개선된 것으로 판단된다. 5) 복합미생물제제의 효과 및 효능 검증 남은 음식물 사료화에 첨가되는 재료와 발효공정 단계별 미생물상의 변화 및 생균수 측정으로 복합미생물제제의 사료화미생물 균주가 고온에서 생육정도가 높은 특성이 있어 남은 음식물 발효과정 중에도 생육하고, 효소를 충분히 생산하여 사료화 미생물로서 그 효과 및 효능이 있는 것으로 판단되었다. 저장조, 발효조 그리고 숙성조에서 채취한 시료가 Salmonella 속 균주와 E. coli에서 높은 길항능을 보여주었으며, 이러한 결과로부터 미생물제제에 의한 남은 음식물의 발효는 다른 미생물에 의한 음식물의 부패를 막아주고, 악취제거 및 양돈의 병원성 미생물에 의한 병을 방지할 수 있고, 남은 음식물 사료의 보존성을 높여주는 것으로 판단되었다. 사료화 복합미생물제제에 대한 급성경구독성 실험을 실시한 결과, 독성이 없는 안전한 가축 사료화제제로서 사용 가능성을 확인하였다. 6) 복합미생물제제 대량생산기술 개발 최종 선별된 4종의 사료화 균주를 이용하여 복합미생물제제를 생산하였다. 각 각의 사료화 균주를 50-L fermentor를 이용하여 액상배양 하였고, 각 배양액 30 L를 탈지강 300 kg에 접종하여 48시간동안 고상배양을 수행하였다. 각 각의 균주를 위와 같이 고상배양한 후 고상배양물을 같은 중량비로 혼합하여 1,200 kg의 복합미생물제제를 대량생산하였다. Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 ․축산농장 및 지방자치단체 위주의 사료화 플랜트 설228;기타 어류사료용으로의 용도개발 ․폐유기성자원의 사료화 복합미생물제제의 산업적 생산에 의한 시장창출 ․폐유기성자원의 발효소멸화용(가정용, 업소용) 장치 및 관련 미생물제제의 상용화

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...14
• 제 2 장 국내 외 기술 개발 현 황...18
• 제 1 절 국외 기술개발현황...18
• 제 2 절 국내 기술개발현황...18
• 제 3 장 연구 개발수 행 내용 및 결과...20
• 제 1 절 연구수행방법...20
• 1. 사료화 균주의 분리...20
• 2. 균주의 동정...22
• 3. 급성 경구독성실험...23
• 4. 사료화 미생물제제 제조방법...24
• 5. 습식발효사료 현장적용 시험...24
• 6. 습식발효사료의 기능성 개선(설사억제)...25
• 7. 복합미생물 제제의 효과 및 효능 검증...25
• 8. 복합미생물제제의 대량생산...25
• 제 2 절 연구개발결과...27
• 1. 사료화 미생물의 선별...27
• 2. 선별 사료화 미생물의 동정...31
• 3. 사료화 복합 미생물의 고정화 기본기술...52
• 4. 복합미생물제제의 생산조건 최적화...53
• 5. 복합미생물제제의 발효사료화 현장적용실험...54
• 6. 습식발효사료의 고기능화를 위한 미생물이용...64
• 7. 복합미생물제제의 효과 및 효능 검증...25
• 8. 복합미생물제제의 경구독성...70
• 9. 복합미생물제제의 대량생산...71
• 제 4 장 연구 개발목 표 달성 도 및 대 외기여 도...73
• 제 1 절 연구개발목표 달성도...73
• 제 2 절 대외기여도...74
• 제 5 장 연구 개발결 과의 활 용계획...75
• 제 6 장 참고 문헌...76