초록 ▼

황토와 가성소다를 일정비율로 혼합한 후 전기로를 이용하여 1200℃에서 용융시킴으로써 다음 반응식처럼 황토의 SiO₂ 성분을 Na₂SiO₃(규산나트륨)으로 전환시켰다: SiO₂+2NaOH→ Na₂SiO₃+H₂O↑. 이렇게 가공된 황토를 사료에 첨가하기 위하여 pH 6-7 정도로 산처리하였고 이때 구성물은 SiO₂ 성분이 제거된 황토와 규산 및 황토가공소재로부터 추출된 여러 미네

황토와 가성소다를 일정비율로 혼합한 후 전기로를 이용하여 1200℃에서 용융시킴으로써 다음 반응식처럼 황토의 SiO₂ 성분을 Na₂SiO₃(규산나트륨)으로 전환시켰다: SiO₂+2NaOH→ Na₂SiO₃+H₂O↑. 이렇게 가공된 황토를 사료에 첨가하기 위하여 pH 6-7 정도로 산처리하였고 이때 구성물은 SiO₂ 성분이 제거된 황토와 규산 및 황토가공소재로부터 추출된 여러 미네랄 성분으로 이루어진다. 황토가공소재 제조시 입도크기별로 가공에 대한 경제성을 비교분석한 결과 나노사이즈보다 마이크로사이즈가 규소 추출수율 및 제조단가에서 유리하였다. 실험실 규모의 사육실험에서 황토가공소재 첨가구에서 증체율, 성장률, 사료효율, 생존율 모두 대조구 대비 유의적으로 증가하였다. 대량사육시스템에서의 실용성 평가를 조사하기 위한 현장사육실험에서도 황토가공소재 첨가구에서 성장률 과 사료효율이 대조구 대비 유의적으로 증가하였다. 잔류량 및 인체유해성 평가에서도 규소(Si)성분에 대한 인체 유해성 규정은 없으나 알루미늄의 섭취허용량 (2000μg/kg body weight/week) 대비 약 0.66% 정도를 나타내어 인체유해성은 크게 작용하지 않을것로 사료된다. 항생제 대체물질의 경쟁력을 비교분석한 결과 황토가공소재를 첨가한 경우가 가장 우수하였고 대조구 대비 약 14.1%, 항생제 옥시테트라사이클론 대비 약 3.3%의 생산이윤이 증가하였다. 세균배양배지 조건 하의 황토가공소재는 5% 이상의 고농도에서 어병 감염세균 Aeromonas salmonicida, Vibrio alginolyticus에의 성장을 저해시켰다. 반면 양식수 조건에서는 어병감염세균인 Aeromonas salmonidica, Streptococcus equinus, Vibrio alginolyticus의 생장을 모두 저해하는 것으로 나타났다. 시중 시판되고 있는 항생제 대체 유기 및 무기물질인 프로폴리스와 맥반석과의 항균력을 비교분석한 결과 세 가지 어병감염세균을 대상으로 황토가공소재의 항균력이 가장 높았다. 황토의 입자 크기에 따른 항균력을 비교분석한 결과 500nm 와 20μm 에서 유사하게 확인하였다. 전자현미경 관찰결과 황토가공소재에 의해 두 세균의 세포벽이 손상되는 것을 확인하였으며 NBT assay로 황토가공소재 처리에 의해 산화적 스트레스가 발생하는 것을 확인하였다. Streptococcus equinus는 그람 양성 세균이 가지는 세포벽 구조의 차이점 때문에 황토가공소재로부터 독성 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 또한 S. equinus는 황토가공소재 처리 조건에서 세포막 지방산의 조성을 변화시켜 투과율을 조정하는 생리적 적응 현상을 보였다. 황토가공소재가 처리된 양식장의 수중 세균 군집을 분석한 결과 oxytetracycline 처리구와 유사한 군집 구조를 확인하였다. 즉, 황토가공소재는 고농도에서 세포벽 손상과 산화적 스트레스 발생을 주요 기작으로 하는 독성을 가지며 양식 수중의 군집 수준에서도 동일한 효과를 가지는 것을 볼 때 항생제 대체제로서 활용될 가능성이 높다. 단, 세균 종류 별로 나타날 수 있는 독성의 차이는 고려해야할 점으로 생각된다.

Abstract ▼

The mixture of red clay and sodium hydroxide was melted at 1200℃ using an electrical furnace, and the SiO₂ component of red clay was converged to Na₂SiO₃ as the following reaction equation: SiO₂+2NaOH→ Na₂SiO₃+H₂O↑. The pr

The mixture of red clay and sodium hydroxide was melted at 1200℃ using an electrical furnace, and the SiO₂ component of red clay was converged to Na₂SiO₃ as the following reaction equation: SiO₂+2NaOH→ Na₂SiO₃+H₂O↑. The processed red clay was crushed to average particle size of 20 μm in a ball mill by wet grinding and treated to pH 6 or 7 by the sulfuric acid. The acid-treated processed red clay consists of the red clay removing SiO₂ , silicic acid, and the various minerals extracted from the processed red clay. In the investigation of the efficacy of antibiotic substitutes through the growth experiment of rainbow trout in lab-scale, the growth rate, feed efficiency, and survival rate were significantly increased by the addition of the processed red clay. Field test for the practical application also showed a significant increase in the growth rate and feed efficiency. Accumulated antibiotic substitute in trout were gradually reduced after 8 weeks and total weekly intake was 13.3 μg/kg body weight/week. So, the human risk is considered almost never although PTWI (Provisional Tolerable Weekly Intake) was not specified for silicon (Si) component. The analysis for the trout production cost by the addition of the processed red clay showed the increase of 14.1% than that of control group and 3.3% than that of oxytetracycline added group. High concentration red clay (5% v/v, HCRC) inhibited the growth of fish pathogens, Aeromonas salmonicida and Vibrio alginolyticus in bacterial culture media condition. In farming water condition, however, the processed red clay effectively inhibited growth of fish pathogenic bacteria including Aeromonas salmonicida, Streptococcus equinus and Vibrio alginolyticus. Comparative analysis of antibacterial function of processed red clay and other alternative materials revealed that processed red clay has high antimicrobial activity. Also, 500nm and 20μm size of processed red clay showed similar antibacterial activity. Scanning electorn microcopy and NBT assay confirmed the damage on the cell wall and the generation of oxidative stress by HCRC treatment. Streptococcus equinus was not affected from the toxicity of HCRC probably due to the structural difference in Gram-positive cell wall. S. equinus also adjusted membrane fatty acid compositio to alter membrane permeability as a physiological adaptation under HCRC condition. Bacterial community structure of an HCRC-treated water from a rainbow trout fish farm was similar with oxytetracycline-treated water. Taken together, HCRC has a toxic effect on fish pathogenic bacteria by damaging cell wall and generating oxidative stress and showed a similar effect on bacterial community level. Therefore, HCRC has a great potential as a antibiotics-alternative in a fish farm with consideration of a species-dependent toxicity