< 연구결과 요약 >
과 제 명 균사체와 커피찌꺼기를 이용한 생분해성 스티로폼 대체재 제작
연구목표
먹지 않고 버려지는 균사체와 커피찌꺼기를 이용하여 스티로폼의 대용품 을 제작한다. 버섯배지에서 커피찌꺼기가 톱밥, 미강과 어떤 비율로 섞였을 때 스티로폼을 대체할 수 있는 최적의 효과를 낼 수 있는지 알아보았다.
스티로폼처럼 사용할 수 있고 잘 분해되며 버섯도 얻을 수 있는 구조물을 만드는 목표를 세웠다.
연구방법
커피찌꺼기가 함유된 버섯배지에 균사가 자라게 하여 만들어진 균사체를 이용하면 스티로폼과 비슷한 기능을 하는 생분해성 대체품을 제작할 수 있을 것이라고 생각하여 먼저 커피, 미강, 톱밥으로 이루어진 혼합물에 균사 를 배양하여 표본을 만든다. 이때 고체 배지에서 커피찌꺼기의 함유량을 변화시키면서 여러 종류를 만들고 15일, 30일, 45일 동안 균사체를 키워서 시기별 특성도 비교하였다. 이 표본으로 스티로폼 가지고 있다고 생각되는 주요 특성인 단열, 탄성, 방음, 강도 4가지 측면에서 실험을 설계하고 실험하 여 특성을 비교해 보았다. 단열 실험에서는 드라이기를 이용하여 열을 가한 쪽과 가하지 않은 쪽의 온도를 비교하여 단열효과에 대해 알아본다. 탄성 실험에서는 탁구공을 같은 높이에서 떨어뜨려 튀어 오르는 높이를 측정하여 탄성 정도를 측정한다. 방음 실험은 방음 측정을 위한 스티로폼 박스를 제작하여 내부를 흡음제로 처리하고 위에 표본과 같은 트기의 구멍을 뚫어 표본을 순서대로 바꿔 끼워가면서 발생시킨 소리에 대해 각각의 방음 정도 를 확인했다. 강도는 광물 강도 측정기를 이용하여 균사체가 깨지지 않고 버티는 정도를 확인하였다. 균사체가 특정 모양으로 자랄 수 있는지 다양한 형태의 균사체를 만들어보았다.
연구성과
표본을 스티로폼의 주요 특성인 단열, 탄성, 방음, 강도 4가지 측면에서 실험을 설계하고 진행하여 비교해 보았다. 비교해 본 결과 4가지 측면에서 전체적으로 스티로폼과 비슷한 성능을 가지고 있었으며 단열 측면에서는 성능이 더 좋았다. 그 중에서 커피찌꺼기가 없이 톱밥과 미강만으로 구성된 경우가 성능이 가장 좋았지만, 커피찌꺼기의 재활용 측면을 고려했을 때, 커피찌꺼기 함량이 전체 표본의 질량의 15%가 되는 것의 성능이 가장 좋았 다. 따라서 커피찌꺼기 함량이 15%인 표본을 사용하는 것이 스티로폼을 대체하기에 가장 좋다고 결론지었다. 스티로폼처럼 다양한 형태의 균사체를 만들어 보았고 그 활용도에 대해 생각해 보았다.
주요어
(Key words) 균사체, 커피찌꺼기, 스티로폼
1. 개요
□ 연구 동기 및 목적
○ 시중에 판매되는 식용 버섯을 보면 자실체 부분만을 따로 잘라서 판매하고 있다. 하지만 버섯을 먹기 위해 균사체를 기른 뒤 자실체를 자르고 버리는 부분이 적지 않기 때문에 이것을 활용할 수 있지 않을 까 하는 생각을 해보게 되었다. 그러기 위하여 버섯의 아래쪽을 이용 해 보기 위해 버섯을 직접 키워 보았다. 키워본 결과 균사체가 뻗어있 는 흙이 단단하다는 것을 알아내었다. 그리하여 이 성질을 이용한 것이 있는지에 대해 알아보던 중 한 회사(ecovative)에서 균사체의 생장을 활용하여 완충재를 만드는 것을 볼 수 있었다. 그 회사에서는 균사체의 배지를 버려지는 곡물의 껍데기를 이용했다고 했는데, 우 리가 주변에서 곡물껍데기를 얻기는 어려웠다. 그렇게 하여 다른 재료를 찾아보았다.
찾아본 결과 교무실에서 많은 양이 버려지는 커피찌꺼기를 사용하 면 좋겠다는 생각이 들었다. 그래서 균사체를 이용하여 커피찌꺼기 를 배지로 사용한 스티로폼 대체재를 만들어 기존의 스티로폼과 달리 분해가 빨라 사용과정과 분해과정에서 발생하는 환경오염을 줄일 수 있는 스티로폼 대체재를 제작하기로 했다.
□ 연구범위
○ 현재 연구 분야는 버섯 균사체를 이용하여 스티로폼의 대체재를 제작 하는 것이며, 이를 제작한 이후에 만들어진 표본의 성능을 비교하기 위하여 여러 가지 성능과 관련된 실험을 한다. 이 때 방음, 방열, 강도, 탄력성과 같은 성능들에 대해 실험을 진행하므로 만들어진 표본에 대해 물리적인 관점에서 비교를 진행한다. 이 표본을 제작하 기 위해서는 일단 커피찌꺼기를 활용하여 커피찌꺼기의 양을 조절하 여 여러 가지 배지를 제작하여 그곳에 균사체를 접종한다. 이 방법을 통해 균사체를 활용한 표본을 제작하고, 이 표본을 이용하여 여러 가지 성능 실험을 진행함으로서 앞으로 스티로폼의 대체재로서의 활용 가능성에 대해 이야기한다.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○버섯
버섯은 우리 주위에서 흔히 볼 수 있는 생물자원으로, 세계 어느 지역에서나 산과 들에 자생한다. 버섯은 학술적으로 한마디로 정의 하기가 어렵다. 버섯은 식물도 아니고 동물도 아닌 미생물 중에서 곰팡이(균계; Fungi)에 속한다. 버섯은 육안으로 볼 수 있고 손으로 만질 수 있을 정도로 큰 곰팡이다. 곰팡이 중에서도 대부분의 버섯은 담자균류(담자균문; Basidiomycota)에 속하며 일부는 자낭균류(자낭 균문; Ascomycota)이다. 그렇다고 모든 버섯이 담자균류나 자낭균류 도 아니다. 버섯은 독특한 자실체를 가지며 자실체는 생식 기관으로 씨앗인 유성포자를 가진다. 우리가 먹고 재배하고 버섯이라 부르는 것이 바로 자실체이다. 대부분의 버섯은 나무와 땅에서 발생한다.
그러나 일부 버섯은 땅속에서 자란다. 생태계에서 버섯은 청소부이 다. 식물은 엽록소로 광합성을 하여 유기물을 만드는 생산자이고 동물은 이 유기물을 먹이로 하는 소비자이며, 버섯은 식물이 만든 유기물인 나무, 풀을 분해하여 물과 가스로 변화시키는 분해자 또는 환원자이다.
선행 조사활동에서는 균사체를 사용한 물품에 대해 조사를 진행하 여 Echovative라는 회사에서 균사체를 이용한 완충제 제작을 한다는 사실을 알 수 있었다.
○균사
관상 세포로 구성된 균류의 영양체를 균사라고 한다. 다세포인 것과 다핵체인 것이 있다. 자낭균류, 담자균류 등에는 관상구조에 격벽이 있다. 자낭균류에서 핵은 그 격벽을 통과할 수 있고 핵상은 n이다. 담자균류에서는 포자의 발아로 발생한 1핵균사(1차균사)와, 교배형이 다른 1핵균사가 융합한 2핵균사(2차균사)의 2종이 있다.
클램프형성을 하여 신장한다. 협구 형성 담자균류의 2차 균사, 즉 1차 균사의 체세포접합에 의해 생긴 2핵성의 균사에서 볼 수 있는 특수한 세포분열 및 핵분열의 양식. 분열을 위해 형성되는 소돌기를
‘클램프(clamp)’라하고, 쌍핵이 동시에 분열하는 공역핵분열이다.
또한 세포 사이에 생기는 이와 같은 특수한 기구를 클램프연결(clamp connection)이라고 한다. 담자는 2핵균사로부터 형성하고, 2핵은 융 합 후 감수분열하여 4개의 담자포자를 만든다. 자낭균류에는 2핵균 사로 조낭사가 있다. 분지된 균사의 집단을 균사체라고 한다. 배지의 표면 또는 내부로 들어가 신장하는 기질균사와, 공중으로 뻗는 기균 사가 있다. 기균사로부터 분생자병을 형성하여 분생자(무생포자의 1형)가 생긴다.
□ 연구주제의 선정
○우리 생활에서 편리하게 사용하는 스티로폼이 재활용이 어렵고 분해 되기까지 너무나 많은 시간이 필요하다는 사실과 분해되는 과정에서 도 생태계에 좋지 않은 영향을 준다는 사실을 알게 되었고, 교무실 청소를 하던 중 교무실에서 원두커피를 내리고 난 뒤에 매일 많은 커피 찌꺼기가 나온다는 사실을 알게 되었고, 이 커피 찌꺼기를 사용 해서 무엇인가를 만들면 쓰레기양을 더 많이 줄일 수 있을 것이라고 생각하게 되었다. 꼬마 농부라는 회사에서 식물이나 다른 동물들이 잘 이용하지 못하는 커피찌꺼기를 이용해서 버섯의 재배를 하고 있다 는 사실을 알게 되었다. 이 사실을 통해 커피찌꺼기를 이용해 균사체 가 자라서 버섯도 이용할 수 있고 남은 균사체로 스티로폼 대용품을 만들 수 있는 방법을 찾아보기로 하였다. 균사체만으로 스티로폼 대체재를 만들었을 때보다 커피 찌꺼기를 넣으면 비린내가 줄어들어 비위가 약한 사람들 까지도 사용할 수 있을 것을 예상하였다. 또한 냄새의 문제가 해결된다면 균사체 스티로폼을 좀 더 효율적으로 사용 할 수 있고 분해도 잘 될 것 같아 생분해성 스티로폼 대체품을 만들어 보기로 하였다.
□ 연구 방법
○커피 찌꺼기와 톱밥, 미강이 함유된 혼합물에 균사가 자라게 하여 만들어진 균사체를 이용하면 스티로폼과 비슷한 기능을 하는 생분해 성 대체품을 제작할 수 있을 것이라고 생각하여 먼저 커피, 미강, 톱밥으로 이루어진 혼합물에 균사를 배양하여 표본을 만든다. 이때 혼합물에서 커피찌꺼기의 함유량을 변화시키면서 여러 개를 만든다.
그리고 이 표본을 스티로폼이 가지는 주요 특성인 단열, 탄성, 방음, 강도 4가지 측면에서 실험을 설계하고 진행하여 비교해본다. 단열 실험에서는 드라이기를 이용하여 열을 가한 쪽과 가하지 않은 쪽의 온도를 비교하여 단열효과에 대해 알아본다. 탄성 실험에서는 탁구 공을 같은 높이에서 떨어뜨려 튀어 오르는 높이를 측정하여 탄성 정도를 측정한다. 방음 실험은 방음 측정을 위한 스티로폼 박스를 제작하여 내부를 흡음제로 처리하고 위에 표본과 같은 트기의 구멍을 뚫어 표본을 순서대로 바꿔 끼워가면서 각각의 방음 정도를 확인했 다. 강도는 광물 강도 측정기를 이용하여 버티는 정도를 확인하였다.
균사체는 종균배양소에서 구해왔다.
□ 연구 활동 및 과정 ○가정
원래 버섯을 키울 때 사용하는 톱밥과 미강 이오에 버려지는 커피 찌꺼기를 섞은 혼합물에 균사가 자라게 하여 만들어진 균사체를 이용 하면 스티로폼과 비슷한 기능을 하는 생분해성 대체품을 제작할 수 있을 것이다. 스티로폼이 생활에서 사용될 때 가지는 특성인 단열, 탄성, 방음, 강도 4가지 측면에서 스티로폼과의 성능을 비교해 본다면 커피찌꺼기 함유량에 따른 균사체의 성능을 비교할 수 있을 것이고, 최종적으로 가장 성능이 좋을 때 혼합물의 커피 함유량을 알 수 있을 것이다. 균사체가 자라는 기간을 정해서 비교해본다면 특성들이 어 떻게 달라지는지 알 수 있을 것이다.
○실험 설계
먼저 톱밥/미강/커피찌꺼기 고체배지의 톱밥 함유량에 변화를 주면 서 커피찌꺼기 농도가 다른 다양한 표본 만든다. 농도가 다른 표본을 15일, 30일, 45일간 배양하고 2일간 40℃에서 건조 후 단열 실험, 탄성도 실험, 방음 실험, 강도 실험을 했다. 먼저 단열실험을 위해서는 드라이기를 이용해 각 표본의 시간에 따른 온도 변화율을 측정해보 고, 탄성도 실험을 위해서는 같은 높이에서 탁구공을 떨어뜨려 튀어 오르는 높이를 측정한다. 방음 실험에서는 스피커로 같은 주파수의 소리를 내었을 때 방음이 되는 정도를 비교해 보고, 강도실험에서는 표본 위에 아크릴판을 올려놓고 견딜 수 있는 힘을 측정했다.
○실험 과정
1)표본 제작하기
<1> 톱밥/미강/커피찌꺼기 혼합물
균사체가 자랄 수 있게끔 하는 영양분인 미강을 20g/100g으로 일정 하게 넣고 나머지 80g을 톱밥과 커피찌꺼기의 비율을 조절해 가면서 넣었다. 균사체가 자라기 위한 미강의 비율이 약 15%에서 25%사이라 고 했기 때문에 20g/100g으로 미강을 넣게 되었다. 나머지 80g을 톱밥 과 커피찌꺼기로 채우면서 톱밥과 커피찌꺼기가 각각 0g일 때와 각각 의 양을 조금씩 증가시켜 표본을 만들기로 했다. 비율을 고려하던 중 사용할 수 있는 페트리 접시 및 균사체, 커피찌꺼기의 양, 준비된 미강의 양 등을 고려했을 때 15g씩 변화를 주는 것이 가장 합리적이었 고, 중간에 톱밥과 커피의 비율이 1:1로 넣은 표본을 만드는 것이 가장 합리적이라고 판단하여 아래와 같은 비율로 혼합물 표본 7가지 종류를 각각 페트리 접시에 넣어서 같은 모양으로 제작하기로 했다.
이때 균사체라면 세 번에 걸쳐서 건조시킬 예정이었기 때문에 각 비율 당 세 개의 표본을 만들어서 총 21개의 표본이 만들어졌다.
성분 비
톱밥 80 65 50 40 30 15 0
미강 20 20 20 20 20 20 20
커피 0 15 30 40 50 65 80
<표1. 제작 표본의 성분비>
<2>살균과정
오토클레이브에 <1>과정에서 만든 톱밥/미강/커피찌꺼기 혼합물과 물을 넣고 섭씨 121도에 90분 돌려서 고온 고압으로 살균 처리했다.
<3>균사 접종
종균을 전문적으로 배양하여 공급하는 종균배양소에서 구한 균사 체를 각각의 살균 처리된 표본에 균사체를 1cm×1cm의 크기로 잘라 서 표본의 가운데 두었다. 이때 사용한 매스는 균사체를 한번 옮길 때 마다 알코올 램프에 소독했다. 균사체를 옮긴 후 한 세트의 뚜껑 페트리접시로 덮은 후 비닐봉지에 각각의 표본을 넣어서 끝을 살짝 돌려놓았다. 산소가 조금씩 공급될 수 있도록 비닐봉지를 밀봉하지 않았다.
<그림1. 느타리 종균을 톱밥에 접종하는 모습>
<4>배양
버섯이 자라는데 20~25℃의 일정한 온도가 필요하여 식물 배양기에 서 키우면서 검정색 비닐봉지로 표본들을 밀봉하지 않고 싸서 산소가 공급되도록 하여 두었다. 9월 12일에 균사를 접종하고 일정 기간인 15일 경과 표본, 30일 경과, 45일 경과에 배양기에서 꺼냈다.
<5>표본제작
15일, 30일, 45일 배양 후 40℃ 건조기에 48시간 동안 건조 후 각 특성을 실험했다.
2)단열실험
열 실험을 위하여 우선 실험 장치를 제작하였다. 우선 스티로폼에 구멍을 뚫은 뒤 구멍을 뚫은 스티로폼을 스탠드와 클램프를 이용하여 고정시켰다. 그 후에 한쪽에 드라이기를 표본의 위치에 맞추어 배치 하였다. 드라이기는 표본으로부터 4cm 떨어진 곳에 설치하였다. 그 리고 실험 전의 표본 온도를 측정한 후 드라이기를 켜는 것과 동시에 타이머를 시작하여 2분간 30초 간격으로 드라이기의 바람을 쐬고 있는 쪽(열O)과 그 반대쪽의 표본(열
X)의 온도를 각각 측정하여 기록하 였다. 단, 이때 커피찌꺼기와 톱밥의 비율이 각각 40:40, 50:30, 65:15, 80:0 인 경우에는 균사체의 성장이 느려 제대로 그 형태를 유지할 수가 없어 실험에 사용하지 않았다. 단 30일 경 과 이후의 표본에서는 커피찌꺼기와 톱밥의 비율이 40:40인 경우도 사용
이 가능하여 사용하였다. <그림2. 단열실험 장치>
3)탄성 실험
표본들의 탄성 정도를 비교해 보기 위해서 측정하기 위한 장치를 만들어 사용하였다. 우선 일정 높이에서 탁구공을 떨어뜨려 아래에 위치한 표본에 맞아 튕겨 올라가는 높이를 측정하였는데, 그를 위하 여 스탠드에 클램프를 이용하여 구멍을 뚫은 스티로폼 판을 140cm 높이에 고정시킨다. 그리고 미리 탁구공을 떨어뜨려 그 위치를 확인 한 다음 탁구공이 떨어지는 위치에 실험할 표본을 두고 그 표본으로 부터 수직 거리를 잴 수 있도록 자를 붙인다. 그리고 슬로우 모션 기능을 활용하여 탁구공이 튕겨나가는 것을 동영상으로 찍은 다음 탁구공이 튀어 오른 최대 높이를 동영상을 통해 측정한다.
4)방음 실험
스티로폼이 방음기능을 할 수 있듯이 표본들도 방음기능을 할 수 있을 것이라 생각하여 실험을 하였다. 27cm×27cm×27cm의(스티로 폼의 두께 23cm) 뚜껑이 있는 스티로폼 박스의 내부를 블록 방음재로 처리하여 실험 도구를 만들었다. 뚜껑의 가운데 표본과 같은 크기의 구멍을 만든 다음, 그 구멍에 각각의 표본들을 넣어보면서 방음효과 를 측정하였다. 이때 스티로폼 박스 내부에는 스피커를 넣어두었다.
그리고 음원은 NCH Software사의 Tone Generator 프로그램을 작동 시켜 293.7Hz의 주파수로 하였다. 그리고 소음을 측정할 때는 표본이 뚜껑과 함께 위치해 있기 때문에 표본 위 2cm 위에서 PASCO사의 850Universal interface기계와 소음 측정 센서를 이용해 측정하였다.
측정 장소는 조용한 교실로 다른 소음의 방해를 최대한 받지 않도록 했다.
5)강도 실험
강도 실험을 하기 위해 만들어진 표본에 대해 다른 실험들을 진행한 후에 마지막으로 광물 강도측정 실험에 사용되는 HR-150A Rockwell
Hardness Tester 장비를 이용하였다. 광물의 강도를 측정하는 기계에 서 가해지는 힘이 매우 크기 때문에(MIN 98N) 정확한 강도를 측정하 는 것이 어려웠다. 따라서 아크릴판을 위에 두고 압력을 가해 제작한 표본이 어느 정도의 압력에서 부서지는지를 측정하였다.
○시행착오
실험을 시작할 때는 버섯을 키워서 포자를 얻고 균사를 키워내려고 하였다. 처음에는 느타리버섯을 키워내기 위해서 4 종류의 다른 회사 에서 느타리 종균병을 사서 키웠었는데, 버섯을 키워내는 것이 많이 어려웠다. 거의 50% 정도의 확률로 버섯이 자랐으나 시중에 파는 것과는 다르게 한 두 개만 크게 자랐다. 그 후에 어느 정도 버섯을 키우는 방법을 알고 느타리 종균병 50개, 노랑 느타리 종균병 50개, 노루궁뎅이 종균병 50개로 총 150개의 종균병을 키웠는데, 포자를 얻어내는 것은 실패하였다. 결국 8월 달에 종균 배양소를 찾아가서 느타리 균사체를 얻어왔다. 균사체를 얻어온 후에 액체 배지, 고체 배지 등에 옮겨서 균사체를 더 키워내 보려고 했지만, 배지를 만드는 과정에서 잘못 된 것이 있었는지 균사가 잘 자라지 않았었다. 이때까 지 한 실험은 아직 본론에 들어오지도 않았는데 시간을 많이 써서 받아온 균사를 바로 우리가 만든 톱밥 배지에 접종을 하였다. 시간이 지나서 실험을 할 때는 가장 먼저 단열 실험을 하였다. 단열 실험을 처음 시작 할 때는 드라이기를 손으로 들고 있었고, 표본과 드라이기 사이의 거리도 정확히 측정하지 않아서 많은 오차가 생겼었다. 그래 서 다시 드라이기를 같은 높이와 같은 거리만큼 떨어진 곳에 고정해 놓고 실험을 하였다. 다음으로 탄성 실험을 할 때는 핸드폰으로 동영 상을 찍을 때, 핸드폰은 공을 아래에서 위로 보는 각도여서 실제로는 30cm도 넘어가지 않는 높이가 핸드폰에서는 30cm를 넘어가게 보였 다. 따라서 카메라의 각도를 잡는 것이 힘들어서 결국에는 튀어 오른 높이를 측정하는 것이 아니라 같은 각도에서 비교하는 것으로 실험을 진행 하였다. 세 번째로 방음 측정을 할 때, 처음에는 데시벨 측정기로
했다가 너무 편차가 크고 정밀하지 않아서 학교 물리실에 있는 정밀 한 기계를 사용하여 다시 실험을 하였다. 마지막으로 강도측정을 하는 것에서 처음 고안한 방법은, 면적이 좁은 막대를 매스실린더 바닥에 연결하여 표본위에 올려놓고 메스실린더에 물을 채워가면서 표본이 부서질 때의 물의 양을 측정하기로 했는데, 해보니 균사체가 많이 단단하여 메스실린더에 채운 물로는 부서지지가 않았다. 그래 서 보다 센 기계를 찾다가 지구과학실에 있는 암석 강도 측정계로 했는데, 그것은 너무 강해 측정값이 0이 나왔다. 따라서 최종적으로 고안한 방법은 표본위에 두꺼운 아크릴 판을 놓고 그 위를 강도계로 누르면 좁은 면적을 누르는 것이 아니라 넓은 면적을 누르게 되어 버틸 수 있을 것 같은 생각에 실험을 해보니, 모두 기계가 측정할 수 있는 최대치를 버텨내었다. 100kg이상의 중량을 견딜 수 있었다.
○월별 연구 추진 실적
7월
l 버섯 종균병 구입 후 버섯 배양을 통한 버섯의 생태 관찰 l 버섯이 잘 자랄 수 있는 온도와 습도 조건, 환경 연구 l 버섯의 종류(느타리, 노랑 느타리, 노루궁뎅이 버섯)에 따
른 차이 관찰
l 종균병에 있는 균사체를 건조시켜보고 균사체가 가질 수 있는 특징 조사
8월
l 종균을 이용하여 버섯을 키우는 방법 탐색
l 종균을 이용하여 액체로 만든 배지(Potato dextrose broth)
l 톱밥과 미강으로 만든 고체배지에서의 균사체 생장정도 관찰
l 액체 배지에 카페인을 넣고 농도별 균사체 성장 속도 비 교
9월 l 미강, 톱밥, 커피찌꺼기의 비율에 따른 균사체 성장 속도 관찰
l 실험에 적당한 강도가 되는 날짜 연구
l 균사체 건조 및 각 실험 항목의 장치 구상 및 제작 l 스티로폼 박스를 이용한 소음 측정 장치 제작
10월
l 스티로폼과 비교하여 드라이기를 이용한 단열 실험 l 탁구공을 이용한 탄성 실험,
l 기기 장치를 이용한 방음 실험 및 강도 실험
l 생활에 사용이 가능한 틀을 이용하여 균사체 배양
11월
l 각 실험 자료 처리 및 실험 보강 l 실험 결과 정리 및 보고서 작성 l 차트 작성
○시설 활용실적
논공농산 : 균사체를 이용한 생분해성 스티로폼 대체품 제작하기 위해 균사체가 자라있는 배지를 쉽게 어디서나 구할 수 없어서 종균 을 전문적으로 배양하여 공급하는 종균배양소인 논공농산에서 균사 체가 자라있는 배지를 공급받아 2차례 공급받아 실험을 진행하였다.
○외부 전문가 자문내역
1차 자문 내역 : 종균병을 구입했을 때 있는 구멍은 표면적을 위한 것으로 물이 고여 있지 않도록 해야 함. 곰팡이가 생기는 경우 버섯이 자라지 않음. 느타리버섯의 경우 포자체가 형성되기 전까지는 포자 가 날리지 않으므로 오염의 걱정은 없으나 다른 사람의 실험을 위해 서는 클린벤치를 이용하고 깨끗이 정리하여야 함.
2차 자문 내역 : 곰팡이가 문제가 되는 경우 종균병을 이용할 때는 그냥 뚜껑이 있는 체로 키우는 것도 하나의 방법임. 균사체가 자라는 데 적은 양이지만 산소가 필요하므로 산소를 공급해줘야 함. 틀을 만들어 균사체를 키우는 경우 비닐 봉지를 묶으면 안 됨. 액체 배지에 키우는 경우 실리스토퍼가 일정량의 산소를 공급할 수 있으며 균사체 가 떠 있는 경우는 위에서부터 가라앉으면 아래에서부터 자람. 위아 래 어디서나 자라든 무관함. 틀을 만들 때는 종균으로 키우는 것보다 는 종균병을 이용하여 틀을 만드는 것이 더 나음. 카페인의 경우 균류에게는 양분으로 작용할 수 있음.
3. 연구 결과 및 시사점
□연구 결과 ○단열실험 결과
<그림3. 15일 경과 표본 단열 실험 결과> <그림4. 30일 경과 표본 단열 실험 결과>
<그림5. 45일 경과 표본 단열 실험 결과>
시간 0초 30초 60초 90초 120초
위치 열X 열O 열X 열O 열O 열O 열X 열O 열X 열O
톱밥80 22 22 22.7 68 25 73 25 70 25.6 73
톱밥65 20.4 21 24 68 27.2 73 28.5 77 30.1 84
톱밥50 21.8 21.8 23.2 69 23.6 77.3 25.5 78.4 28.7 81.5
스티로폼 21 21 25.3 68 38 74 39.7 73.6 46 71.5
<표2. 15일 경과 표본 단열 실험 결과>
시간 0초 30초 60초 90초 120초
위치 열O 열X 열O 열X 열O 열X 열O 열X 열O 열X
톱밥80 22 22.2 22.7 60 23.6 64.6 23.8 66 24.5 67.7 톱밥65 20.8 21.3 21.7 60 23 63 23.5 63.3 24 68.2 톱밥50 20.4 20.7 21.3 53 22 60.1 23 61.8 24 63.6 톱밥40 20.3 20.1 24.3 57.2 26.5 59.2 29.7 65.8 28.8 64.3
<표3. 30일 경과 표본 단열 실험 결과>
시간 0초 30초 60초 90초 120초
위치 열O 열X 열O 열X 열O 열X 열O 열X 열O 열X
톱밥80 21.8 20.5 23.5 65 24 70.1 23.7 75.7 24.6 70 톱밥65 20.7 21 23.3 60.5 24.1 62.2 24.6 61.5 24.6 61.1 톱밥50 21 21 23 58.2 23.4 59 23.6 60.8 24.7 61.4 톱밥40 21.5 21.8 23.5 57 24.5 59.2 25 63.3 26.5 63.2
<표4. 45일 경과 표본 단열 실험 결과>
○탄성실험 결과
<그림6. 15일 경과 표본 탄성 실험 결과> <그림7. 30일 경과 표본 탄성 실험 결과>
<그림8. 45일 경과 표본 탄성 실험 결과> <그림9. 탄성 실험 >
15일 경과 30일 경과 45일 경과
커피 0% 15% 30% 0% 15% 30% 40% 0% 15% 30% 40%
1차 14 15.5 10 24.5 24 28.5 24 7 20.5 32 35
2차 16 12.5 12 26.75 28.25 21.5 14.5 6.5 17 32.5 35 3차 16 13 11.5 17.25 27 26 14.5 8 23.5 29.25 35 평균 15.33 13.66 11.16 22.83 26.42 25.33 17.67 7.17 20.33 31.25 35
<표5. 표본 탄성 실험 결과>
○방음실험 결과
<그림 10. 15일 경과 표본 방음 실험 결과> <그림 11. 30일 경과 표본 방음 실험 결과>
<그림 12. 45일 경과 표본 방음 실험 결과> <그림 13. 방음 실험>
○강도실험 결과
그 결과 표본들 모두 측정의 최댓값인 1470N까지 버티는 것으로 측정 되었다.
<그림 14. 강도 측정 결과> <그림15. 강도 측정 실험>
커피 찌꺼기가 함유된 혼합물에 균사가 자라게 하여 만들어진 균사체 를 이용하면 스티로폼과 비슷한 기능을 하는 생분해성 대체품을 제작 할 수 있을 것이라고 생각하여 커피, 미강, 톱밥으로 이루어진 혼합물 에 균사를 배양하여 표본을 만들었다. 그리고 이 표본을 스티로폼의 주요 특성인 단열, 탄성, 방음, 강도 4가지 측면에서 실험을 설계하고 진행하여 비교해 보았다. 비교해 본 결과 4가지 측면에서 전체적으로 스티로폼과 비슷한 성능을 가지고 있었으며 단열 측면에서는 성능이 더 좋았다. 그 중에서 커피가 첨가되지 않은 표본의 성능이 가장 좋았지만, 커피가 들어간 것을 고려했을 때, 커피의 함량이 전체 표본 의 질량의 15%가 되는 것의 성능이 가장 좋았다. 따라서 커피의 함량 이 15%인 표본과 배양기간이 15일인 경우를 사용하는 것이 좋다.
<그림17. 농도에 따른 단열효과> <그림18. 배양기간에 따른 단열효과>
<그림19. 농도에 따른 방음효과> <그림20. 배양기간에 따른 방음효과>
<그림21 농도에 따른 탄성효과> <그림22. 배양기간에 따른 탄성효과>
특성순위
배양기간 단열 탄성 방음
15일 1 1 4
30일 2 2 2
45일 3 3 1
스티로폼 4 4 3
<표6. 커피찌꺼기 함량에 따른 순위 비교> <표6. 배양기간에 따른 순위 비교>
□시사점
실험 과정을 보면, 단열, 탄성, 방음, 강도 순서로 했는데, 이 실험 순서가 약간 잘못 된 것 같아 아쉬웠다. 단열 실험을 제일 먼저 하게 되면서 70도 이상의 열을 표본에 가하게 되었는데, 나머지 3개의 실험도 잘 되었지만, 단열 실험을 좀 나중에 하였다면 다른 실험에서 표본에 변화가 전혀 일어나지 않아 좀 더 정확한 실험을 할 수 있었을 것 같다. 이번 실험을 하면서 표본에 최대한 영향을 주지 않는 실험부 터 시작해야 한다는 사실을 깨닫게 되었다.
4. 홍보 및 사후 활용
□ 커피찌꺼기에서 균사를 키워 만든 이 생분해성 물품은 단열, 탄성, 방음, 강도 측면에서 스티로폼과 비슷한, 또는 더 좋은 성능을 띄고
<그림23. 농도에 따른 강도>
특성순위 커피찌꺼기
함량 (%)
단열 탄성 방음
0 1 1 1
15 2 2 2
30 3 3 5
45 4 4 4
스티로폼 5 5 3
있으며, 균사체로 이루어져 있기 때문에 생분해성 물질로 친환경적 이다. 또한 학교 교무실이나 사무실 등 커피 찌꺼기가 많이 나오는 곳에서 커피 찌꺼기를 그냥 쓰레기로 버리는 것이 아니라, 재활용 할 수 있어 일석이조의 효과를 누릴 수 있다. 또한 강도도 스티로폼만 큼 단단하므로 야외 구조물로는 탁월한 기능을 할 수 있다고 생각한 다. 허나, 이번 실험에서 균사체를 만들면서 가장 문제였던 점은 냄새 였던 것 같다. 커피찌꺼기를 사용해서 냄새가 나지 않을 것으로 생각 했으나, 균사체의 냄새가 완전히 제거되지 않았다. 앞으로 이런 냄새 를 없애기 위해서 균사체에 다른 물질을 첨가하는 방향을 연구를 더 진행해 보고 싶다. 액체배지에서 키운 균사체가 카페인의 농도에 반비례해서 증가하는 것이 아닌 것으로 보여 그 영향에 대한 연구도 하면 좋을 것 같다.
5. 참고문헌
Ÿ 1. 유영복(2015). 버섯학, 교학사
Ÿ 2. 최호필(2015). 버섯大도감, 아카데미북 Ÿ 3. 한국균학회(2013). 한국의 버섯 목록
