고랭지농업은 고도가 높은 지대에서 이루어지는 농업을 총칭하는데, 상대적으로 낮은 연평균 기온과 높은 강수량 등의 환경적 특성으로 인하여 독특한 농업 해충군을 가지고 있다. 강원도를 중심으로 재배되는 씨감자와 고랭지 배추 등이 대표적인 작목인데, 최근 엽채류, 아마란스 등 신소득 작물과 과수까지 그 범위가 점차 넓어지고 있다. 이러한 고랭지농업 해충은 기후변화에 매우 민감한데, 고령지농업연구소에서는 그에 대응하는 방제 전략을 개발, 연구하고 있다. 살충제 저항성 관리 및 돌발해충 방제, 기후 변화에 따른 해충군의 분포 확산, 개체군의 변화 등은 물론 고랭지농업만이 갖는 여러 유용 곤충, 미생물 자원에 대해서도 연구하고 있다. 이러한 연구 분야와 관련 성과물, 앞으로의 연구 방향에 대하여 논의하고자 한다.

대표적인 산업곤충에는 장수풍뎅이(Allomyrina dichotoma), 흰점박이꽃무지(Protaetia brevitarsis seulensis), 쌍별귀뚜 라미(Gryllus bimaculatus), 갈색거저리(Tenebrio molitor) 등이 있으며 식용, 약용, 학습애완용 등 다양한 용도로 이용되고 있다. 곤충 산업의 발달로 인한 산업곤충의 집단사육은 곤충을 시간적 제약 없이 대량으로 공급할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 밀폐된 공간에서 대량사육은 질병 발생 시 집단 감염 확률이 높고 결국 농가의 소득감소로 이어진다. 산업곤충 유충에서 주로 발생하는 곰팡이병과 세균병, 바이러스병은 유충의 성장을 방해하며 유충이 죽을 때 까지 감염 여부를 알기 어렵다. 따라서 이 연구는 곤충 질병 발생 조기 진단방법 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 수행되었다. 장수풍뎅이를 대상으로 질병 감염이 의심되는 유충과, 감염되지 않은 건강충의 장내 미생물 군집에 차이가 나타나는지 비교하였다. 병사충과 건강충의 장내 미생물 군집 구조 차이 구명을 통해 병원성 미생물 감염여부를 조기에 진단하고, 질병의 대량 발생을 예방 할 수 있을 것으로 기대한다.

해충방제용 미생물 선발을 위해 2018년도에 공원·산림·유기농 근권 토양 87지점을 수집하여 갈색거저리를 이용한 insect-bait법 및 자연조건에서의 감염사충으로부터 곤충병원성 곰팡이를 132균주 분리하였다. 분리된 균주는 점박이응 애, 복숭아혹진딧물에 대한 살충활성 스크리닝을 통하여 각 해충별 살충활성을 보이는 56균주를 선발하였다. 선발된 균주들은 rDNA의 ITS영역을 이용하여 분류동정 하였다. 추가 적용범위 확대를 위해 무잎벌(종령 유충), 거세미나방류 (3~6령 유충)와 같은 지하부 이동성 해충의 방제 가능성을 탐색하기 위해 선발 곤층병원성 곰팡이의 포자 현탁액의 관주처리 방법으로 살충활성을 검정 중이다.

아보카도는 에콰도르에서 경제적으로 중요한 과수이다. 건강한 종묘 생산은 아보카도 식물의 생산에서 중요한 단계이며 유익한 미생물의 처리는 식물체의 영양을 향상 시키는데 사용 될 수 있다. 아보카도 묘목에 처리한 미생물의 효과를 검정한 결과, 묘목의 뿌리부분과 지상부의 양분 흡수를 증가시켰다. T. harzianum은 뿌리에서 N과 Mg의 흡수를 유의적으로 증가시켰으며, 지상부에서는 N, Ca, Mg, Mn 및 Cu의 흡수를 증가시켰다. 반면에, G. iranicum var tenuihypharum은 뿌리에서 Ca와 Fe의 흡수를 유의적으로 증가시켰으며, 지상부에서는 N흡수를 증가시켰다. 또한, mycorrhiza의 접종으로 아보카도 묘목의 뿌리 부분과 지상부에서 P 양을 증가시키는 경향이 긍정적으로 나타났다. 두 미생물 모두 S의 흡수에 영향을 미치지 않았는데, 이는 식물 전체에서 균일한 비율을 나타냈다. 또한 인산질 비료(일인산 칼륨)의 시용은 미량 영양소의 흡수에 긍정적인 영향을 미쳤다.

농축산미생물배양실은 농축산미생물을 지자체에서 안전하게 관리하고 지원하기 위해 설립되었으며, 현재 전국에 130개소 이상 분포하고 있다. 주로 배양되는 미생물은 고초균, 광합성균, 유산균, 효모균, 질소고정균 등이다. 농축산미생물배양실의 종균관리, 오염등 품질관리에 대한 조사 연구가 수행되지 않아, 본 연구에서 농축산미생물배양실의 질적, 양적 오염 현황을 조사하였다. 조사결과 배양실에서는 공기 중에서 높은 농도의 세균(104CFU/m3)과 진균(104CFU/m3)이 검출되어 오염에 취약하였으며, 또한 배양실에서 보유 중인 종균이 다른 균주로 규명되는 경우도 조사 되었다. 효모 종균이 식중독균으로 동정되는 결과도 관찰되었다. 대부분의 농축산미생물배양실에서 미생물의 특성을 고려하지 않고 혼합하여 배양하였으며, 기업으로부터 납품받은 일부 배지에서는 미생물이 생육하지 못하는 현상도 조사 되었다. 또한, 인체병원균으로 분류되는 황색포도상구균, Bacillus cereus 병원성대장균등이 농민들에게 나누어 주는 미생물배양액에서 검출되었다. 이러한 문제점들은 배양 업무 담당자와 농민, 나아가 국민의 건강 을 해치고, 농업 경제에 악영향을 줄 수 있다.

유해 미생물에 오염된 농업용수는 배추의 재배기간 동안 지속적인 식중독세균 오염의 주원인이 될 수 있다. 농업용수는 야생동물 및 가축의 분변에 의해 오염되고 있다. 따라서 본 연구는 야생동물의 출입이 농업용수의 미생물학적 안전성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수행하였다. 이를 위하여 산악지대에 위치한 배추 재배농가에 사용되는 농업용수의 상류에서부터 하류까지 시기별 위생지표세균 오염도와 수원 상류의 야생동물의 출입 빈도를 조사하였다. 배추를 재배하는 기간 동안 멧돼지, 고라니 등 총 37회의 야생동물들이 농업용수 수원 근처에서 관찰되었다. 농업용수의 위생지표세균을 조사한 결과, 3종의 위생지표세균 모두 사람의 출입이 없는 상류에서부터 검출 되었으며 대장균군, 대장균, 장구균의 오염도는 각각 2.13~4.32 log MPN/100mL, 0.26~2.03 log MPN/100mL, 1.43~3.49 log MPN/100mL 수준이었다. 대장균군과 대장균의 오염수준은 배추 이식기 보다 수온이 낮은 수확기에 낮았으나 장구균은 시기별로 큰 차이가 없었다. 본 연구의 결과로 미루어 볼 때 농업용수의 오염은 야생동물의 출입과 관련이 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 오존화 올리브오일이 독성이 적으면서 다양한 종류의 미생물을 치사시킬 수 있으나 경우투여나 복강투여에도 인체에 해가 없는 것으로 알려져 있다. 그리고 국내에서는 아직 동물에 대한 안정성 실험이 없었다. 그래서 본 연구에서는 오존화 올리브오일을 사용하여 동물의 안구를 통한 안정성 실험을 하였다. 구체적인 연구에서는 rabbit에서 오존화오일(고농도)의 동물 눈 안점막 자극을 평가하기 위해 실시하였고, 시험물질 처치부위를 관찰한 결과, 비세척군 및 세척군 모두에서 안점막 자극이 관찰되지 않았다.

박테리오신은 미생물이 생산하는 단백질성의 항균물질이다. 본 연구에서는 Enterococcus faecium CJNU 2008 균주로부터 생산되는 박테리오신에 대한 일부 특성을 규명 하였다. 부분 정제 박테리오신은 열처리(100℃ 30분, 121℃ 15분) 및 유기용매(메탄올, 에탄올, 아세톤, 아세토니트릴, 클로로포름)에 대한 안정성이 우수하였으며 효소처리의 경우 Lipase와 α-Amylase에 대해서는 안정하였으나 Protease 처리에서 활성이 소실되었다. 이는 E. faecium CJNU 2008 균주가 생산하는 항균물질이 단백질성의 박테리오신임을 추가적으로 증명하는 것이다. 병원성 세균인 Listeria monocytogenes 균주를 지시균으로 사용했을 때 박테리오신은 살균(bactericidal)의 작용양상을 보였다. Tricine-SDS-PAGE를 이용한 박테리오신의 분자량은 6.5 kDa 이하로 확인되었다. 부분 정제된 박테리오신을 이용하여 HPLC법을 활용한 정제를 수행하였으며 크로마토그램 상에서 단일 피크를 얻었을 수 있었다. 앞으로 정제된 박테리오신은 생화학적 분석 등에 활용할 계획이다.

후춧가루에 존재하는 식중독 균을 저감화시키기 위한 방법으로 UV-C와 mild heat를 병합 처리 가능성을 타진하였다. Escherichia coli O157:H7 (ATCC 35150)와 Salmonella Typhimurium (ATCC 19585)를 후춧가루에 각각 106, 107 CFU/g 수준으로 인위접종하여 2.32 W/cm2의 UV-C와 60℃ 의 mild heat을 10분에서 70분 동안 처리하였다. 그 후 미생물 분석 및 후춧가루의 품질변화를 측정하였다. UV-C를 단독으로 70분 동안 처리했을 때 E. coli O157:H7과 S. Typhimurium는 각각 1.89, 2.24 log CFU/g 수준으로 감소하였지만, UV-C와 mild heat을 70분 동안 병합처리 했을 때는 각각 2.46, 5.70 log CFU/g으로 감소하였다. E. coli O157:H7 보다는 S. Typhimurium의 저감효과가 더 컸다. 색도는 모든 처리구에서 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 UV-C와 mild heat 병합처리는 후춧가루에 존재하는 식중독 균을 사멸시키는 데 효과적이기 때문에 산업적인 살균처리 기술로 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.

식품생산과정에서 발생하는 유기성폐기물인 골분, 유박, 굴 패화석을 토양에 투입한 결과 일부 처리구에서 토양생물과 화학성이 영향을 받았다. 골분은 토양의 질산태질소를 일시적으로 증가시켰고, 패화석은 pH를 증가시켰다. 골분은 느티나무 생장을 증진시키는 효과가 있었기 때문에 이차적으로 토양생태계에 영향을 미칠 수 있다. 미생물 PLFA는 패화석에 의해 증가하였으며 환경스트레스를 나타내는 지표도 낮은 경향이 있었다. 이것은 패화석이 양분 증가보다는 pH 증가를 통해 미생물의 서식환경을 개선하는 효과가 있다는 것을 보여준다. 토양미소동물 중에는 세균섭식성 선충만이 유박과 골분 처리구에서 증가하였다. 이들 밀도와 세균 PLFA 간에 상관관계는 없었다. 다만 식물생장과 식물섭식성선충의 유의적 상관관계는 유기물투입이 식물을 통해 이차적으로 토양생태계에 영향을 줄 수 있다는 것을 부분적으로 보여준다. 따라서 유기성폐기물 처리는 토양화학성 변화를 통해 일차적으로 미생물 군집에 영향을 주지만, 미생물을 섭식하는 생물군에게 상향식의 양적인 연쇄반응을 일으키지 않을 수 있다는 것을 시사한다.

유버섯자원 개발을 위한 기초자료를 확보하 기 위해용 용 흰가시광대버섯(A. virgineoides)의 정점조사지역 내 발생양상과 기온의 변화양상을 조사하였다. 버섯발생전 60일간의 기온변화는 조사지역에 따라 다르게 나타났으며, 특히 발생전 20일간의 기온분포는 발생여부와 조사지역에 따라 상반되는 양상을 보였다. 흰가시광대버섯은 활물 공생균으로 기온, 강수량, 상대습도 등과 같은 기상환경뿐만 아니라, 식물분포, 토양미생물, 토양유기물 등 다양한 환경요인이 자실체의 발생에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 기온변화 양상만을 분석한 결과, 흰가시광대버섯의 발생과 기온과의 관련성은 조사지역별로 다른 양상을 보였으며, 흰가시광대버섯의 재배생산기술을 개발하기 위해서는 식물상과 토양환경에 대한 정밀한 조사분석을 통해 자실체발생을 좌우하는 요인의 구명이 필요하다.

본 연구는 아미노산과 질소원이 증진된 수확후배지를 재사용하고, 느타리에서 영양원으로 사용되는 면실박의 사용을 줄이기 위해 수행되었다. 수확후배지의 질소원 증진을 위해 두 가지의 세균이 사용 되었으며, GM20-4는 느타리버섯의 수확후배지부터 분리되었고, Rhodobacter sphaeroides는 광주시농업기술센터로부터 분양받았다. 처리구에 사용된 수확후배지는 건조 후 사용했으며, 위의 2가지의 미생물 처리에 의해 수확후배지의 총질소 함량은 0.34% 증가되었다. 8% DSMS 가진 T1처리구와 18% D-SMS가 첨가된 T2가 대조와 T3처리구보다 발이율이 높았으며, 생물학적 효율은 대조 110%, T1이 114%, T2가 112%, T3가 79%로 조사되었다. 경제성, 수량 및 생물학적 효율을 고려해볼 때 18% 건조 수확후배지를 사용한 T2가 느타리 재배배지로 가장 효율적인 것으로 조사되었다.

Effects of a commercial scale intervention system combining ultraviolet (UV)-C and plasma treatments on the microbial decontamination of black pepper powder were investigated. The process parameters include treatment time, time for plasma accumulation before treatment, and water activity of black pepper powder. A significant reduction in the number of indigenous aerobic mesophilic bacteria in black pepper powder was observed after treatments lasted for ≥ 20 min (p<0.05) and the reduction was differed by powder manufacturer. The microbial reduction rates obtained by individual UV-C treatment, individual plasma treatment, and UV-C/plasma-combined treatment were 0.2, 0.5, and 1.0 log CFU/g, respectively, suggesting that the efficacy of the microbial inactivation was enhanced by treatment combination. Nonetheless, neither plasma accumulation time nor powder water activity affected the microbial inactivation efficacy of the combined treatment. The UV-C/plasma-combined treatment, however, decreased lightness of black pepper powder, and the decrease generally increased as operation time increased. The plasma accumulation time of 20 min resulted in significant reduction in both lightness and brown color. The results indicate that the commercial-scale intervention system combining treatments of UV-C and plasma has the potential to be applied in the food industry for decontaminating black pepper powder.

정삼투 여과막(FO) 기술 분야는 해수 담수화에서 이미 다양한 연구가 진행되었으나, 하폐수 처리 분야의 적용에서는 상대적으로 많은 연구가 필요한 상황이다. FO 기술은 비 다공성 특성막과 각 용액 사이의 삼투압 차이를 이용하여 원폐수로부터 수분을 비롯하여, 질소-인과 같은 이온성 물질까지 분리할 수 있다. 본 연구에서는 FO 막을 혐기성 유동상 미생물반응기(AFBR)를 통해 처리된 처리수 내 존재하는 질소(주로 암모니아성 질소)를 제거하기 위해 적용되었다. 유도용액(Draw Solution, DS)의 종류(NaCl, CaCl2, Na2CO3)에 따라 투과량은 NaCl, CaCl2, Na2CO3 순으로 높게 나타났으며, 암모니아성 질소의 배제율은 각각 42.25%, 78.83%, 70.35%으로 나타났다.

본 연구에서는 하수처리유출수의 유기물 성상을 제어하기 위해 서로 다른 흡착제를 적용하여 역삼투막의 막오염 경향성을 관찰하였다. 실험실 규모에서 역삼투막 운전결과, 다중벽탄소나노튜브 (5%), 팽창흑연 (21%), 하수처리유출수(25%), 활성탄 (26%) 순서로 초기대비 투과수량이 감소하였다. 형성된 막오염 물질의 FEEM 분석결과, 활성탄의 경우 팽창흑연, 다중벽탄소나노튜브, 하수처리 유출수에 상대적으로 높은 미생물유래물질에 의한 막오염이 존재하였다. 더 나아가, 분자량 분석 결과를 통해 고분자 미생물유래물질(>15K Da)의 영향이 큰 것을 확인하였다. 결과적으로, 하수재이용공정에서 고분자 미생물유래물질이 역삼투막 효율저하의 주요한 역할을 하며, 이를 저감시키기 위한 방안마련이 필요하다고 판단되었다.

분리막 공정의 효율적인 운전을 위해서는 막오염 원인물질의 파악과 전처리 단계에서의 제어가 필요하며, 막해체를 통한 막오염 물질의 특성 분석은 막오염 원인물질에 대한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 1.7 m3/day 규모의 파일럿 나노여과막을 약 60일 동안 운전 후 해체하여 막오염 특성을 평가하였다. 막오염 물질의 대부분(69.7±1.5wt.%)은 미생물에서 유래한 저분자(< 0.5 K Da) 유기물질로 밝혀졌다. 무기 막오염 물질은 알루미늄이 대부분(60% 이상)을 차지하였으며, 이는 정수처리 공정에서 응집제로 사용되는 잔류 폴리염화알루미늄의 영향으로 판단된다. 그러므로 나노여과막 장기운전을 위해서는, 미생물에 의한 막오염 저감 방안과 잔류 응집제를 제거하기 위한 전처리 방안이 마련돼야 한다.

하폐수처리를 위한 분리막 생물반응기에서 막오염을 유발시키는 원인물질로 알려진 정족수감지 신호분자인 AHL과 AI-2를 동시 억제하는 연구를 하였다. AHL 분해 효소를 생산하는 BH4와 AI-2 불활성 물질을 분비하는 DKY-1를 각각 하이드로겔 담체에 고정시켜 분리막 생물반응기에 적용시킴으로써 막오염을 효과적으로 제어하고자 한다. 주기적으로 반응기의 신호분자 농도를 LC/MS/MS로 측정하였으며, 막투과 압력 증가 데이터를 바탕으로 막오염의 완화 정도를 살펴보았다. 이외에 총질소, 화학적 산소요구량, 미생물 플록 크기, 미생물 농도 등을 측정하여 반응기의 상태와 폐수의 처리효율을 비교 고찰하였다. 본 연구는 연구재단 이공분야 기초연구사업(NRF-2016R1A2B2013776)의 지원을 받아 수행되었습니다.

본 연구에서는 우리나라의 전통메주의 품질관리 및 표준화를 위한 기초자료로 제시하고자 전국적으로 수집한 전통메주 18종(TM1~TM18)의 이화학적 및 미생물 분포의 특성을 조사하였다. 메주의 외관은 시료에 따라 색, 곰팡이 생성 양상 등이 다르게 나타났으며, 형태는 사각형으로 무게는 약 0.84~2.04 kg 정도로 나타났다. 이화학적 특성으로 pH, 적정산도, 수분함량 및 조단백질 함량을 측정한 결과, pH는 5.31~ 8.21, 적정산도는 0.91~2.74% 수준으로 시료 간의 차이를 보였다. 수분함량은 4.79~42.16%로 시료에 따라 약 8.8배, 조단백질 함량은 41.37~23.48% 수준으로 1.7배의 차이를 나타내었다. 색도를 측정한 결과, L값의 경우 39.07~67.92, b값 및 a값은 각각 3.57~8.87, 7.48~20.67 수준으로 조사되었다. 메주의 발효정도를 알 수 있는 아미노태 질소 함량은 시료에 따라 257.29~839.58 mg%로 유의적으로 큰 차이를 보였고(p<0.05), TM13이 839.58 mg%로 가장 높았으며, TM3가 257.29 mg%로 가장 낮은 함량을 나타내었다. 미생물의 분포 특성으로 총균수, 효모 및 곰팡이수를 측정한 결과, 총균수는 8.43~ 5.91 log cfu/g 수준이었고, 효모는 2.48~5.19 log cfu/g, 곰팡이수는 3.42~7.48 log cfu/g 수준으로 시료에 따라 미생물의 분포가 다양하게 나타났다. 이와 같은 결과로 부터 메주를 생산하는 지역 및 산업체의 메주 제조방법, 메주의 발효기간 및 온도 등의 발효조건, 사용되는 원료 콩의 품종 등에 대한 품질기준 및 관리가 마련되어야 할 것이다.

고추는 한국의 식생활에서 필수적인 향신료로서 대부분 이 건조 보관되면서 소비되고 있으며 식품 제조용 및 조미료로써 광범위하게 활용되고 있다. 고추와 고추 재배 토양에서 미생물 오염도를 확인하고자 본 연구에서는 고추 재배 농가(I, II, III, IV, V)에서 시료를 채취하여 일반세균 수, 대장균군, 대장균은 정량적 분석을 수행하였고, Salmonella spp., E. coli O157:H7, L. monocytogenes, B. cereus는 정성적 분석을 수행하였다. 고추 63점과 재배 토 양 54점의 일반세균수는 각각 2.97~8.13 log CFU/g, 5.91~ 7.65 log CFU/g이었고 재배 토양이 고추보다 좀 더 높은 미생물 분포를 보였다. 대장균군은 고추에서, 그 범위가 1.87~6.71 log CFU/g 수준으로 나타났고 재배 토양에서, 그 범위는 0.67~6.16 log CFU/g 수준으로 나타났다. 대장균은 고추에서는 전혀 검출되지 않았고 토양 시료 54점 중3점 (6%)에서 0.83~4.36 log CFU/g 수준으로 검출되었다. 5개 농가의 고추, 재배 토양 시료에서 Salmonella spp., E. coli O157:H7, L. monocytogenes등은 검출되지 않았고, B. cereus는 고추 63점 중 3점(5%)에서 검출되었고 재배 토양 54점 중 53점(98%)에서 검출되었다. 농산물에서의 미생물 오염은 생산, 가공, 유통의 전 과정에서 일어날 수 있으므로 각 단계에서의 철저한 위생관리가 요구된다.