커뮤니티 > 미생물이야기



미생물이야기 광합성 매생물의 축산이용
2013-08-06 12:00:21
이엠생명과학연구원

광합성 미생물의 축산이용

 

1. 악취발생기구

양돈, 양계장을 비롯한 사축장 혹은 부엌이나 하수에서는 악취가 발생한다. 광합성미생물은 그와 같은 불쾌한 악취물질을 흡수, 분해, 제거하는 능력을 가지고 있다. 미생물은 단백질 분해효소작용에 의해 단백질을 분해하나, 그때 암모니아나 탄산가스 인돌, 스카톨, 황화수소, 휘발성아민, 메르캅탄, 지방산 등이 생긴다.

단백질이 가수분해되어 생기는 아미노산은, 더욱이 탈아미노 작용을 받아 암모니아와 지방산을 생성하며, 또 탈탄산되어 그 아미노산에 대응하는 맹독성아민(R-CH2-NH2 가령, 카다베린)과 CO2를 생성한다. 이상과 같이 탈아미노, 탈탄산 반응에 따르지 않는 아미노산 가수분해 반응도 있다.

이 반응은 암모니아를 생성하는 점에서 보면 탈아미노 작용이나, 트립토판에 대응하는 α-케토산이나 지방산을 생성하지 않으므로 탈아미노는 아니며 또한 CO2가 생성되지 않는 점으로 보면 탈탄산반응이 아니다. 즉 가수분해인 것이다.

가수분해에 의한 아미노산 분해의 또 한 예로서 아르기닌을 들 수 있는데 아르기닌은 이론적으로는 탈탄산에 의해 그 아미노 즉, 아그마틴과 CO2를 생성하나 실제로는 대부분의 경우 그 최종산물중에는 오르니친, 암모니아 및 CO2를 동시에 포함하고 있다 이 반응은 아르기닌 dehydrolation이라 부르는 가수분해이다.

이상과 같이 아미노산은 여러 가지 형식에 의하여 분해되나 탈아미노와 탈탄산이 동시에 일어나는 경우는 드물며(외형적으로, 가수분해의 경우에는 동시발생인 것처럼 보인다), 배지의 pH에 따라 어느 한쪽 작용이 잘 보이게 된다. 즉 배지가 알칼리성인 경우는 아미노산의 (-COOH)기가 이온화하며, 또한 균으로부터 효소(deaminase)가 생성되어 이온화되지 않는(-NH2)기에 작용하여 탈아미노가 일어나는 것이다.

그렇지만 배지가 산성인 경우에는 (-NH2)기가 이온화하기 때문에 균은 이온화되지 않는 (-COOH)기에 작용하여 탈탄산이 일어난다. 미생물에 의한 단백질분해에 있어서 악취가 강한 황화수소나 인돌을 발생하는 균종이 있는가하면, 악취를 발생하지 않으면서 단백질을 분해하는 균종도 있다.

반응을 할시 크게 2가지의 반응을 일으킨다.

1반응은 효소(Cystein desulphudease)를 가진 프로테우스 몰기니(Proteus morgenii), 대장균 스트렙토코거스(streptococcus)에 의해 진행한다.

2반응은 효소(methioninase)를 가진 대장균이나, 클러스트리디움 스포로지너스(Clostridium sporogenes)에 의해 진행한다.

이상과 같이 단백질 분해과정중에서 악취를 발생하는 물질을 생성하는 미생물 작용에의해 악취가 발생하여 공해문제를 일으키게 되는 것이다.

 

2. 악취를 제거하는 광합성 미생물

한편 자연계에는 악취물질을 좋아하여 그를 이용하여 악취를 제거하는 미생물이 있는데, 그 대표적인 것이 광합성미생물이다. 예를 들어 양돈장에서 발생하는 아세트산, 프로피온산, 락산, 이소락산, 길초산, 이소길초산은 광합성미생물이 존재하면 급속히 제거된다.

불쾌도가 높은 맹독성 2급 아민인 퓨트레신, 카다베린 뿐만 아니라 황화수소까지 제거된다. 더욱이 가장 불쾌도가 높은 메르캅탄류도 제거된다. 빛이 쪼이는 곳에서 그 효과는 더욱 높으나 빛이 통하지 않는 곳에서도 제거능력이 있는 점으로 볼 때 광합성미생물은 가축사육장에서 유용하게 이용될 수 있으며, 악취 공해문제를 해결하는 수단으로 거론되어, 환경정화, 보전에 위력을 발휘하고 있다.

또, 악취중에는 자주 암모니아를 포함하게 되는데 이 암모니아를 산화하여 무취인초산을 생성하는 균종, 즉 암모니아를 아질산으로 산화하는 Nitrosomonas, 또는 아질산을 질산으로까지 산화하는 Nirtobacter등이 존재한다.

질산화작용에 의해 암모니아가 질산이 되는 것은 이제까지 서술했던 산화 반응과는 반대로 환원되는 것으로서 다음과 같이 다시 암모니아가 되어 새로이 균체내로 들어가기도 하고 혹은 탈질균에 의해 N2나 N2O 가스로서 공기중으로 탈질되어간다. 티오바실러스(Thiobacillus denitrificans)에 의한 탈질이 그 한 예이다.

광합성미생물 이외에 악취를 제거하는 균종은 그 외에도 많다. 가령 다음과 같은 반응으로 악취(황화수소)를 제거한다.

2H2S + O2 → 2H20 + 2S(Beggiatoa)

2S + 302 + 2H2O → 2H2SO4(Thiobacillus thioparus)

이 양자는 서로 공존하고 있는 듯 하다. 악취를 미생물로 제거하는 기술은 급속하게 진전되어, 현재 축산용 광합성미생물 제제가 시판되어 좋은 호응을 얻고있다. 더욱이 토양미생물은 폐기물을 분해할 때 상당한 열을 발생하므로 그 열량을 유효하게, 하우스 난방용 등으로 이용할 수 있다.

 

 

3. 가축에 살포하여 악취와 바이러스병을 방지한다.

광합성미생물은 항바이러스 물질을 가지고 있어서, 악취와 더불어 바이러스 병을 방지하는데 유효하다. 예를 들면 자돈생산돈사에서는 여름철, 돈사내 온도조절을 위해 분무장치를 설치하고 있는데 그 장치에 순수 광합성미생물의 생균현탁액을 함께 분무하면 돈사내 악취가 없어질뿐만 아니라, 모돈 자체에도 광합성세균체가 엷게 부착하게된다.

자돈은 보통 12~13두가 동시에 태어나는데 제 1자돈에 비해 최후에 태어나는 2~3마리는 몸도 작고 체력도 약해 자주 바이러스성 설사에 걸려 사망한다.

그러나 이와 같은 광합성미생물 중에는 항바이러스성 물질이 포함되어 있으므로 전혀 사망하는 일없이 건강하게 성장함이 확인되고 있다.

 

4. 닭의 산란율, 계란의 품질이 대폭상승 한다.

산란계로서는 최우량이라 생각되는 사료를 배합하여(탄수화물, 단백질, 비타민, 미네랄 등 최고로 조성), 이것을 갓 태어난 암컷 병아리에게 공급한다.

대조구는 이런 최고의 사료를, 처리구는 이 최고의 사료에 광합성미생물체(R.캡슐라타)인 생균체를 1만분의 1, 5,000분의 1, 2,500분의 1 첨가 혼합했다. 약 6개월후 암컷병아리가 산란을 시작했으며 그 결과를 표 6에 나타냈다.

처리구는 대조구보다 약 1주일간 빨리 산란을 시작했음이 관찰되었다. 산란율은 대조구보다 수십 % 증난하고 있음이 나타났다(이 실험은 각구당 1회째 40마리, 2회째 200마리, 3회째 2,000마리로 3회 반복실험했으나 같은 경향을 나타냈다).

그 다음 란의 품질을 비교해보면, 처리구의 난황의 황색 색도는 카로틴 함량이 증가하는 것이므로 매우 좋아졌으며, 비타민 A함량도 대조구보다 20% 강하게 증가하였다.

재미있는 것은 처리구의 난황(노른자)이 커졌으며(난황지수는 보통난은 0.45이나 대조구에서는 0.45를 좀 웃돌았으며, 처리구는 그보다 더욱 향상되었다), 더욱이 신선도의 양호함을 표시하는 하우유니트계수도 처리구쪽이 꽤 높았다.

이것은 난황 주변에 있는 난백이 싱싱하게 둘러싸고 있기 때문이다. 보존기간이 길어지면 난백은 조금씩 풀어지게 되는데, 난백전체가 흐믈흐믈한 상태로 되면, 결국 난황은 파열하고, 난은 부패하기 시작하는데, 처리구의 난은 난배기 싱싱해있기 때문에 보존기간이 길어지는 것이다.

배합사료에서는 종합 비타민제를 혼합하고 있어서, 난황지수가 일반난보다 좋다는 점을 알수 있듯이 아주 좋은 사료이나, 이보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있었던 것은 광합성미생물 중에는 호르몬 활성 물질이나 그 외의 미지물질이 함유되어 있음을 알 수 있다.

 

사료효율

대조구

처 리 구

처리후 개월 수

(무첨가)

(10,000분의 1 첨가)

(5,000분의 1)

(2,500분의 1)

1개월

17.0±2.2

22.0±4.2

16.5±0.2

23.9±4.3

2개울

32.7±1.6

35.7±2.4

38.1±5.6

39.1±1.6

3개월

34.6±2.6

39.4±0.0

39.8±1.9

40.3±2.8

4개월

36.2±3.1

38.9±1.4

40.3±0.3

36.7±1.1

5개월

34.2±2.2

34.5±1.5

38.4±0.1

37.2±2.1

6개월

34.6±0.6

34.3±5.2

37.3±2.8

36.7±0.7

평균

31.9±0.7

34.6±1.2

35.4±1.0

35.8±1.0

지수

100

108.5

111.0

112.2

평균사료섭취량/일(g)

1개월

74.4±3.0

79.4±2.9

80.3±9.9

77.9±7.3

2개월

95.1±6.6

97.6±3.9

87.5±7.5

96.3±7.7

3개월

103.1±6.1

108.7±8.2

106.4±8.5

107.8±5.6

4개월

104.4±4.4

113.8±6.9

111.5±3.7

107.5±7.0

5개월

121.1±4.4

119.4±11.0

119.6±1.9

115.7±8.0

6개월

113.6±11.4

112.0±11.2

117.3±6.0

117.3±5.4

평균

100.0±4.9

103.8±4.2

101.9±3.9

101.6±7.5

지수

100

103.8

101.9

101.6

평균란중/란(g)

1개월

46.3±2.0

46.4±0.0

46.2±1.6

46.4±1.5

2개월

52.6±1.3

53.3±0.9

52.0±1.0

52.4±1.6

3개월

56.0±0.7

57.3±0.6

56.9±0.0

56.4±2.1

4개월

 



대전광역시 유성구 문지동 KAIST문지캠퍼스강의동L605호 대표이사:(원장)서범구 사업자번호:314-86-01479
전화번호:1800-0250 팩스번호:07074559748 관리자이메일:puom9@naver.com
이엠생명과학연구원. All Rights Reserved