Surface culture of yeast on the supernatant from anaerobically fermented pig waste was attempted. The utilization of the yeast biomass produced from the supernatant as feed additives has been also studied.
Volatile fatty acids (VFA) concentrations of supernatants after anaerobic fermentation at 30°C for 4 days were 6.16, 9.24 and 14.63 g/l when the pig wastes contained 5.3, 8.2 and 14.3% w/w solids, respectively. VFA composition of supernatant was acetic 43%, propionic 15%, butyric 23%, valeric 9%, isovaleric 6% and isobutyric 4% on the weight basis. VFA production rate increased about two times as the temperature rose by 10°C from 20°C to 40°C The pH value of supernatant decreased from neutral region to 6.3 during anaerobic fermentation irrespective of dilution ratio of pig waste and temperature.
A yeast strain, growing rapidly into stable thick pellicle on the supernatant with pH lowered by adding sulfuric acid, was isolated and identified as $\underline{Schizosaccharomyces}$ Sp. HL. $\underline{Schiz.}$ sp. HL was close to $\underline{Schiz.}$ $\underline{japonicus}$ by the characteristics to form true septate hyphae and asci containing six to eight globose ascospores, but there were considerable differences between two yeasts in cell size and carbon compounds that can be fermented or assimilated. The yeast pellicle in non-wrinkled phase was good as inoculum in the surface culture using the supernatant as medium. The yeast grew in dispersed state throughout the nonwrinkled phase.
The growth of contaminated bacteria in the supernatant could be inhibited by lowering pH with sulfuric acid. The yield of yeast dry matter (DM) and that per gram VFA tended to increase as pH decrease to the value higher than the critical pH below which growth of the yeast was strongly inhibited. The minimum pH of supernatant at which the yeast can grow without inhibition rose as VFA concentration of the supernatant increased. When the pH values of the supernatants with 4.2-9.3g/l VFA were lowered to the minimum values corresponding to VFA concentrations, all the VAF were utilized by the surface culture of the yeast for 24 hr at 30°C, In the surface culture on 9.3g/l VFA supernatant with pH 5.3 at 30°C, the yield of yeast DM was maximum as 5.8g/l and growth yield was 0. 63g DM per g VFA assimilated. The doubling time was estimated as 3.0 hr in the exponential phase. By the yeast growth, 92% COD of supernatant was removed. The optimum temperature in the surface culture of the yeast was about 29°C.
The yeast biomass harvested from the surface culture using the supernatant as medium was mixed with ground corn for broiler ration to have 20% solids. The mixture was vaccum-dried at 37°C for 5 hr. In the chicks fed the diet with 0.30% active dry yeast mixture for a 4-week period, body weight gain and feed conversion was significantly improved (p<0.05). In the chicks fed the diet with 0.30% yeast culture, Schiz. sp. HL multiplied vigorously in intestine, lactobacilli level in intestine was considerably higher (p<0.05) than the controls, and coliform counts in intestine and cecum was reduced. Ammonia concentration in cecum was also reduced by feeding yeast culture but no significant differences were observed. The harvested pellicle dried at 60°C could replace equal amounts of soybean meal without significant differences in the performance of chick fed the diet with 5-10% yeast biomass.
대규모 양돈장에서 생산되는 많은 양의 돈분은 환경오염의 중요한 요인 중의 하나로 지적되고 있다. 정부 당국의 규제와 함께 대부분의 양돈장에서 활성오니법을 쓰는 정화조를 설치하여 놓고 있으나 이의 운영에 소요되는 비용이 너무 커서 잘 가동되지 않는 형편이다. 따라서 본 연구는 돈분을 원료로 하여 효모를 배양함으로서 폐수처리의 효과를 얻음은 물론 양질의 사료첨가제를 생산하는 방법을 개발하기 위하여 수행되었다.
돈분을 물에 희석하여 고형물 함량이 무게비로 5.3-14.3 %가 되게 한 뒤 30°C에서 4일간 혐기발효를 시키면 6.16-14.4 g/l의 휘발성 지방산이 생성되었다. 휘발성 지방산의 조성은 무게비로 acetic 43 %, propionic 15 %, butyric 23 %, valeric 9%, isovaleric 6 % 그리고 isobutyric 4 %였다. 휘발성 지방산의 생성속도는 발효온도가 20 °C에서 40 °C까지 10 °C 증가할 때마다 2배씩 증가했다. 발효과정중 돈분의 pH는 돈분의 희석비나 발효온도에 관련없이 발효전의 중성 pH에서 6.3까지 떨어졌다.
황산을 첨가하여 pH를 낮춘 발효액에서 두껍고 안정된 피막을 형성하면서 빠른 속도로 자라는 1종의 효모를 분리하여 동정한 결과 진균사를 형성하며 6-8개의 ascospore가 들어 있는 ascus를 만드다는 점에서 Schizosaccharomyces japonicus와 가까우나, 세포의 크기나 발효 또는 동화할 수 있는 당의 종류에서 상당한 차이가 있어 Schiz. sp. HL이라 명명하였다. 이 효모를 돈분의 혐기발효액을 배지로 하여 표면배양시, 주름지지 않은 초기 피막을 접종할 경우 잘 자랐으며 nonwrinkled phase 동안 분산된 상태로 성장하였다.
발효액 속에 오염되어 있는 세균의 성장은 황산을 첨가하여 pH를 낮추어줌으로서 완전히 저지시킬 수 있었으며 효모의 성장을 허용하는 범위 내에서 발효액의 pH를 최저로 할 때 가장 많은 양의 효모를 수확할 수 있었다. 효모의 성장을 저해시키지 않고 낮추어줄 수 있는 최저 pH는 휘발성 지방산의 농도가 높을수록 높은 값을 보였으며, 발효액의 pH를 이 최저치에 맞출 경우 4.2-9.3 g/l의 휘발성 지방산을 30 °C에서 24시간의 효모 표면배양에 의하여 거의 다 제거시킬수 있었다.
9.3 g/l의 휘발성 지방산을 함유하는 발효액의 pH를 5.3으로 낮추어 30 °C에서 효모를 배양할 경우 exponential phase에서의 doubling time은 3.0시간이었고, 수확된 효모 피막의 양이 가장 많아서 상등액 1리터당 5.8g의 건조효모가 생산되어 휘발성 지방산 1 g당 0.63 g의 건조효모를 얻을 수 있었다. 이때 효모 성장의 최적온도는 29 °C였으며 발효액의 COD를 92 % 감소시킬 수 있었다.
위와 같이 표면배양된 효모피막을 skimming하여 수확하면 수분함량이 약 85%가 되는데 여기에 broiler 사료용 옥수수 가루를 넣어 고형물 함량이 20 %가 되게 하고 37 °C에서 5시간 진공건조하여 병아리에게 4주간 급여한 결과 증체량과 사료효율이 상당히 개선되었다. 이때 Schiz. sp. HL은 병아리의 intestine 에서 왕성하게 증식하였으며, 장속의 lactobacilli수를 늘리고 coliform수는 감소시켰다. 또한 맹장속의 ammonia 농도를 감소시켰으나 유의차는 없었다.
수확된 효모 피막을 60 °C에서 건조시켜 5-10 % 수준에서 대두박을 대신하여 병아리에게 급여한 결과 사양성적면에서 별다른 차이가 없었다.
