바이오매스 자원으로서의 Lemna Paucicostata의 인공배양조건과 이화학적 특성에 관한 연구 = Conditions for Artificial Culture of Lemna Paucicostata and Potentiality as an Alternative Biomass Source

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 Lemna P.의 인공배양 조건을 파악하고 생산된 바이오매스의 영양적 가치에 관하여 조사하였다. Lemna P.의 배양을 위해 총용적 $2,630\;cm^3$, 유효용적 $2,240\;cm^3$의 생물배양조를 이용하였으며 인공광원 6,250 lux, 평균온도 $28^{\circ}C$ 조건에서 인공폐수를 이용하여 배양하였다. 물 유동여부가 Lemna P.의 생장에 미치는 영향을 분석한 결과 하부층의 물 유동이 없는 경우 일일 1.1 이상의 성장률을 보인반면 하부층 물 유동이 있는 경우에는 단지 $0.15\;d^{-1}$의 생장률을 보였다. 또한 인공 폐수내 $NH_4$-N 농도변화와 광 조사시간이 Lemna P. 성장에 마치는 영향을 분석한 결과 광주기 $16h\;d^{-1}$에서의 생장률이 8h 및 $24h\;d^{-1}$에서 보다 높았으며 Lemna P.의 생장은 초기 $NH_4$-N의 농도에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 초기 $NH_4$-N의 농도가 낮을수록 Lemna P.의 생장률은 높았으나 조단백질 함량은 초기$NH_4$-N 농도에 비례하였다. $NH_4$-N의 농도 2, 10, 50, $100\;mg\;L^{-1}$에서 배양한 후의 Lemna P.의 조단백질 함량은 각각 18, 24, 37, 43%로 50과 $100\;mg\;L^{-1}$ 농도에서 생장한 Lemna P. 바이오매스의 조단백질함량은 현재 단백질원으로 이용되고 있는 아마박(조단백질 함량 35%), 면실박(38%), 대두박(45%)과 비슷한 수준으로 나타났다. 광주기 $16h\;d^{-1}$ 초기 $NH_4$-N 농도 $2\;mg\;L^{-1}$ 이하에서 매우 높은 생장률로 증식한 Lemna P.의 조지방, 조단백질, 조섬유, 조회분, NDF 및 ADF 함량이 각각 2.77, 18.03, 27.02, 20.01, 41.00, 65.68%로 밝혀짐에 따라 우수한 단백질 또는 섬유질 대체자원의 대량 생산이 가능함을 알 수 있었다. 특히 Lemna P.는 식물성 지방보다 동물성 지방에서 검출되는 단일 및 다중 불포화 지방산들을 함유하고 있으며, 가능성 지방산으로 알려진 C18:1n9c, C18:2n6c, C20:5n3 및 C22:2 들을 지나고 있어 가축의 가능성 사료자원으로 활용가치가 높을 것으로 판단되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Conditions for artificial culture of Lemna Paucicostata and its nutritional values were examined in this study. Lemna P. was cultured using artificial wastewater and a bioreactor (total volume $2,630\;cm^3$, working volume $2,240\;cm^3$) was operated at conditions of 6,250 lux and $28^{\circ}C$. Water flow affected the growth of Lemna P.: growth rate was very high (more than $1.1\;d^{-1}$) at a condition of no-water movement, but it was very low (less than $0.15\;d^{-1}$) when water moved slowly. The growth of Lemna P. was higher in $16h\;d^{-1}$ light cycle than in Sand $24h\;d^{-1}$, and it was also severely affected by the initial $NH_4$-N levels of wastewater. The growth rate of Lemna P. was high in lower $NH_4$-N level, indicating that the growth rate is in inverse proportion to $NH_4$-N concentration in wastewater. However, the contents of crude protein (CP) of Lemna P. were proportional to the initial $NH_4$-N concentration. The CP contents of Lemna P. cultured at 2, 10, 50 and 100 $NH_4$-N mg $L^{-1}$ was 18, 24, 37, 43%, respectively, showing the Lemna P. cultured at 50 and $100\;mg\;L^{-1}$ had similar protein contents to linseed (CP 35%), cottonseed (CP 38%) and soybean (CP 45%). Fat, protein, fiber, NDF and ADF contents of Lemna P. harvested at conditions of $16h\;d^{-1}$ light cycle and less than $2\;mg\;L^{-1}$ of $NH_4$-N level was 2.8, 18, 27, 20, 41 and 65.7%, respectively. Since the growth rate of Lemna P. was very high (more than $1.1\;d^{-1}$) at those conditions, it was convinced that mass production of valuable protein and fiber sources are feasible. In particular, since the Lemna P. has unsaturated fatty acids found mainly in animal fat as well as beneficial fatty acids to health such as C18:ln9c, C18:2n6c, C20:5n3 and C22:2, the Lemna P. biomass would be a highly valuable alternative feed source to grains.

참고문헌 (Reference)

• 1 김병욱, "혐기성소화와 수생식물을 이용한 고농도 돈사폐수 처리" 23 (23): 911-920, 2001
• 2 정연숙, "양어장 배출수의 수처리를 위한 수생관속식물의 적용:Ⅰ. 부엽식물인 부레옥잠 및 좀개구리밥의 생장과 영양염류의 흡수력" 한국생태학회 25 (25): 6-44, 2002
• 3 하봉석, "수산물의 지질에 관한 연구(제3보). 해조류 지질의 지방산 조성에 대하여" 10 : 199-, 1977
• 4 박미란, "생물학적 처리공정을 거친 돈사폐수의 영양염류 제거를 위한 Duck wedd(Lemna Species)의 이용 및 생장특성(I)" 16 (16): 685-693, 2000
• 5 라창식, "동물산업에서의 바이오매스 생산 및 이용기술" 81-102, 2009
• 6 Robinson, H. R., "Use of duckweed in diets of channel catfish" 108-114, 1980
• 7 Jarrige, R., "The voluntary intake of forage" Plant husbandry 98-106, 1974
• 8 Mbagwu, I. G., "The nutritional content of duckweed (Lemna paucicostata Hegelm.) in the Kainji Lake area, Nigeria" 29 : 357-366, 1988
• 9 Hodgson, J., "The influence of herbage characteristics on the herbage intake of grazing calves" 89 : 743-750, 1977
• 10 Sukhija, P. S., "Rapid method for determination of total fatty acid content and composition of feedstuffs and feces" 36 : 1202-1206, 1988
• 11 AOAC, "Official Methods of Analysis, 16th Ed" Association of Official Analytical Chemist 1995
• 12 Oron, G., "Nitrogen removal and conversion by duckweed grown on wastewater" 22 : 179-184, 1988
• 13 Tayler, R. W., "Hay sampling and grading" University of Delaware 1995
• 14 Hertampf, J. W., "Handbook on Ingredients for Aquaculture Feeds" Kluwer Academic Publications 2000
• 15 Dyerberg. J., "Eicos- apentaenoic acid prevention of the thrombosis and atherosclerosis" 117 : 1978
• 16 Haustein, A. T., "Duckweed, a useful strategy for feeding chickens: Performance of layers fed with sewage grown Lemnaceae species" 69 : 1835-1844, 1990
• 17 Skillicorn, P., "Duckweed Aquaculture. A new aquatic farming system for developing countries" The World Bank 1993
• 18 Monselise, E. B. I., "Different ammoniumion uptake, metabolism and detoxification efficiencies in two Lemnaces" 189 : 167-173, 1993
• 19 Fletcher, A., "Consumption of fresh and decomposed duckweed Spirodela sp. By Redclaw crayfish, Cherax quadricarinatus(von Martens)" 28 : 379-382, 1997
• 20 Hammouda, O., "Assessment of the effectiveness of treatment of wastewater- contaminated aquatic systems with lemna gibba" 17 : 317-324, 1995
• 21 Folch, J., "A simple method for the isolation and purification of total lipid from animal tissue" 226 : 497-509, 1957