1. 서 론

김은 우리나라에서 산업적으로 가장 비중이 높은 해조 류로서 2022년 생산량은 약 55만 톤, 생산액은 4,748억으 로 전체 해조류 생산액의 64.7%를 차지하며, 수출금액은 6.56억 달러로 수산물 중에 가장 높은 수출량을 나타냈다. 우리나라 김 양식은 1980년대 부류식 양식기술이 개발되 면서 생산량이 향상되었다 (NIFS 2018). 그러나 계속 바다 에 잠겨 있는 부류식의 경우 파래류, 규조류, 뻘 입자 등이 부착되어 생산성과 품질을 저하시킬 수 있으며 이를 제거 하기 위한 인위적인 노동력이 필요하다 (Song et al. 1993). 이러한 파래류 및 규조류 제거와 김 품질향상을 목적으로 산처리를 사용하기 시작하였으나, 해양생태계에 영향을 미 칠 수 있다는 우려가 제기되어 1994년부터 무기산 이용을 규제하고 식품 첨가물로서 승인된 유기산을 주성분으로 하는 김활성처리제를 고시로 지정하였으며, 2008년에는 산처리제를 활성처리제로 용어를 변경하여 “김 양식어장 활성처리제 사용기준”으로 개정하였다.

유기산활성처리 방법은 활성처리를 위한 선박의 수조 내에 해수와 활성처리제를 첨가하여 김 세포에 영향을 미 치지 않는 pH 농도로 조절하고, 일정 시간 김발을 침지시 켜 김발과 김 엽체에 부착된 다른 생물 (파래류, 규조류, 요 각류 등)을 제거하거나 병해 발생을 억제하는 것이며, 김 의 품질과 생산성을 향상시키는 목적으로 사용되고 있 다 (Fuseya et al. 1980;Kang and Shin 2002;Akizuki et al. 2009;Kim 2010). 2019년에는 소금을 주성분으로 하 는 고염수활성처리제를 고시에 추가하였는데 Kwon et al. (2018)은 고염수활성처리제에 차아염소산, 염화칼슘 및 인 산 첨가를 통해 방사무늬김의 생장과 창자파래 제거 효과 를 조사한 바 있다. 그러나, 최근에는 김 생산량 증대를 위 해 밀식하거나 불법으로 김 양식장을 시설하고 하고 있어 파래류 및 규조류의 생물량이 증가하고 갯병 발생 빈도가 높아졌으며, 이를 저감시키기 위해 김활성처리제를 남용하 는 악순환으로 연결되고 있다 (Lee et al. 2019).

이러한 문제들을 해결하기 위해서 김활성처리제 사용 을 줄이고자 활성처리제의 재사용에 관한 시도가 병행되 고 있으나 (Kotani 2006;Akizuki et al. 2009) 활성처리제 의 효과와 활용도를 높이기 위해 활성처리제 사용과 함께 물리적 부가장치를 활용한 연구는 전무한 실정이다. 최근 버블 기술을 이용하여 식품과 과일, 채소 등을 세척하여 위 생안전성과 저장성을 높이는 연구가 수행되고 있다 (Lee et al. 2009;Kang et al. 2011;Kim et al. 2018). 일반적으로 공 기방울은 센티미터 단위의 기포로 파열되며, 마이크로공 기방울은 50 μm 이하의 미세한 기포로 생성되어 파열된다. 이러한 공기방울을 이용한 세척은 친환경적이고 위생적인 세척기술로 사용되고 있으며, 일반적으로 사용되는 용액 침지 방법으로는 세척하기 어려운 부분까지 세척 가능하 다는 장점이 있다.

본 연구에서는 김활성처리제의 사용량과 횟수를 저감하 기 위해 공기방울처리장치를 개발하였으며, 유기산활성처 리제와 고염수활성처리제에 공기방울처리를 혼합하여 김 양식망에 부착하는 파래의 구제와 부착 이물질 세척에 대 한 효과를 구명함으로써, 양식장 환경을 보호하고 김의 품 질 향상에 기여하고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 시료 및 처리 조건

활성처리제와 공기방울처리장치의 효과를 조사하기 위 해 전남 고흥군 도화면 구암리 김 양식장에서 방사무늬김 (Pyropia yezoensis) 양식망에 파래망 (해남군 송지면 통호 리 양식장에서 잎파래 (Ulva linza)가 부착된 망 구매)을 겹 쳐 설치한 후 2회에 걸쳐 (2022년 3월, 2023년 2월) 활성 처리를 실시하였다. 파래 제거 및 이물질 세척 실험을 위 해 현재의 활성처리제 고시기준을 준용하여 유기산활성처 리제는 구연산 (C₆H₈O₇, 수화물) 10%와 염산 (HCl) 9.5% 로 구성하고 고염수활성처리제는 소금 10%와 염산 9.5% 로 구성하여 제조 후 사용하였다. 공기방울처리장치는 Fiber reinforced plastics (FRP)로 제작된 활성처리제 수 조의 바닥에 50 cm 간격으로 4개의 사각형 스테인리스관 (길이 4.5 m, 폭 3.5 cm, 높이 2.5 cm)을 매립하여 제작하 였다 (Fig. 1). 사각형 스테인리스관에 공급되는 공기는 외 부 전기를 이용하는 공기펌프 (220 V, 0.75 kW)를 사용하 였고 4개의 스테인리스관은 25 cm 간격으로 2 mm의 구멍 을 뚫어 FRP 활성처리제 수조에 공기방울이 고르게 분사 되도록 제작하여 실험에 사용하였다. 활성처리제와 공기 방울장치처리 조건은 대조구 (control), 공기방울 처리 (air bubble device), 유기산활성처리제 (organic acid activating treatment agent), 유기산활성처리제와 공기방울장치 혼합 처리 (organic acid activating treatment agent+air bubble device), 고염수활성처리제 (highly saline solution), 고 염수활성처리제와 공기방울장치 혼합처리 (highly saline solution+air bubble device) 조건으로 수행하였으며 각각 의 활성처리제 농도는 20배 희석 조건으로 20초 동안 침지 하여 처리하였으며 공기방울장치는 동일한 조건에서 혼합 하여 처리하였다.

2.2. 사세포율 및 부착 이물질 세척 효과

각 조건별로 처리된 잎파래의 사세포율을 측정하기 위 해 조건별 무작위로 5~20 cm 크기의 파래 엽체를 10개 씩 채취하였으며 0.1% 에리트로신 (erythrosine) 염색용 액으로 1분간 염색하고 멸균해수로 3회 세척한 후 건조표 본으로 만들었다. 건조된 개체들을 디지털카메라로 촬영 한 후 염색부위 면적을 Image J 영상처리분석 (National Institutes of Health, Bethesda, USA) 프로그램으로 측정 하였다. 사세포율은 영상처리분석 프로그램으로 측정한 각 시료의 전체 면적과 사세포 면적 (사세포 면적/전체 면적 ×100)을 분석하여 백분율 (%)로 표시하였다.

이물질 세척 효과를 측정하기 위해 각 조건별로 처리된 해수 1 L를 채수하였으며, 여과 전 각각의 필터 무게를 측 정하고 상기 조건별 해수를 여과한 후 오븐에서 24시간 건 조하였다. 건조된 필터의 중량에서 여과 전 필터의 중량을 빼고 이물질 (규조류, 뻘 입자 등)의 건중량 (mg L^-1)을 3반 복 측정하여 세척 효과를 확인하였다.

2.3. 통계분석

대조구와 처리 조건에 대한 관계를 파악하기 위하여 SPSS (ver.20) 프로그램을 이용하였다. 활성처리제와 공기 방울장치 후 사세포율과 세척 효과에 대한 유의차 검정은 일원분산분석 (one-way ANOVA)을 이용하였으며 사후 검 정은 Tukey’s HSD test로 확인하였다.

3. 결과 및 고찰

2회에 걸쳐 활성처리제와 공기방울장치 혼합처리에 대 한 잎파래 사세포율을 조사하기 위해 염색한 결과는 Fig. 2와 같다. 조건별 처리된 잎파래 엽체의 사세포율을 측정 한 결과 (Fig. 3), 2022년 (1차) 조사에서 대조구는 11.1%, 공기방울만 처리 시 8.56%, 유기산활성처리제만 처리 시 71.7%, 유기산활성처리제와 공기방울 혼합처리 시 77.4%, 고염수활성처리제만 처리 시 53.5%, 고염수활성처리제와 공기방울 혼합처리 시 68.0%로 나타났다. 2023년 (2차) 조 사에서 대조구는 13.5%, 공기방울만 처리 시 13.1%, 유기 산활성처리제만 처리 시 69.3%, 유기산활성처리제와 공 기방울 혼합처리 시 82.8%, 고염수활성처리제만 처리 시 75.0%, 고염수활성처리제와 공기방울 혼합처리 시 83.1% 로 1차 조사와 유사한 결과를 나타냈다. 1, 2차 현장 조사 후 통계 분석한 결과 대조구와 공기방울만 처리 시 유의적 인 차이는 없었으며 (p>0.05), 대조구와 활성처리제 및 공 기방울 혼합처리구 간에는 차이를 나타냈다 (p<0.001). 그 러나 활성처리제에 공기방울을 혼합처리하였을 때 파래의 사세포율은 유의적인 차이를 나타내지 않았다 (p>0.05).

pH는 조류의 생장에 큰 영향을 미칠 수 있는 중요한 환 경 요인으로 작용하며 (Agrawal and Singh 2000;Dnailov and Ekelund 2001), 낮은 pH 조건은 녹조류의 광합성과 관련된 효소 활성이 감소시켜 녹조류를 제거할 수 있는 중 요한 요소로 알려져 있다 (Zhao and Gao 1987;Xu et al. 2011). Park and Kim (2013)의 연구에서는 2010년 활성 처리제 고시 기준 (유기산 15%, 무기산 8.0~9.5%)에 맞춰 생육시기별 방사무늬김과 참홑파래에 유기산 활성처리 제를 처리하였을 때 김은 대조구와 유의적인 차이가 없었 으나, 참홑파래의 경우 모든 처리구에서 90% 이상 사멸하 였다. 또한 파래 제거율은 유기산활성처리제 종류에 따라 88~93%의 제거 효과가 나타난다고 보고되어 있다 (Kang and Shin 2002). Park and Kim (2013)은 실내에서 참홑파 래에 활성처리제를 40배 희석 후 1분 침지 시 90% 이상 사 멸한다고 보고하였으며, Kwon et al. (2018)의 연구에서는 10배와 40배 희석된 고염수활성처리제를 창자파래에 처 리 시 유엽기에는 각각 52.4%와 7.2%, 성엽기에는 80.2% 와 37.9%로 사세포율이 나타났다. 본 연구에서 잎파래에 유기산활성처리제와 고염수활성처리제 처리 시 이전 연구 결과와 유사한 수준의 사세포율을 나타냈으나 공기방울을 혼합처리 시 유의적인 차이는 보이지 않았다. 이는 현장 조 사시기에 따른 잎파래의 활성에 따라 차이가 있을 수 있어 추가적인 조사가 필요하다고 판단된다.

김 양식망에 부착된 이물질 세척 효과를 위해 활성처리 제와 공기방울장치를 혼합처리한 해수를 필터하여 대조 구 대비 차이를 비교하였다 (Fig. 4). 2022년 (1차) 조사에서 는 대조구의 부유물질 건중량은 4.7 mg L^-1였고 공기방울 만 처리 시 13.3 mg L^-1, 유기산활성처리제만 처리 시 25.2 mg L^-1, 유기산활성처리제와 공기방울 혼합처리 시 30 mg L^-1, 고염수활성처리제만 처리 시 24.7 mg L^-1, 고염수활성 처리제와 공기방울 혼합처리 시 33.9 mg L^-1로 측정되었 으며 (Fig. 5) 활성처리제만 처리하였을 때보다 공기방울을 혼합처리하였을 때 유의적으로 높게 나타났다 (p<0.001). 2023년 (2차) 조사에서는 대조구의 부유물질 건중량은 5.6 mg L^-1였고 공기방울만 처리 시 20.7 mg L^-1, 유기산활성 처리제만 처리 시 29.4 mg L^-1, 유기산활성처리제와 공기 방울 혼합처리 시 36.6 mg L^-1, 고염수활성처리제만 처리 시 23.3 mg L^-1, 고염수활성처리제와 공기방울 혼합처리 시 29.8 mg L^-1로 2022년 (1차) 조사 결과와 유사한 경향을 나 타냈으며 (p<0.001) 대조구와 처리구 간에도 유의적인 차 이를 확인하였다 (p<0.001). 활성처리제만 처리하였을 때 보다 공기방울을 혼합처리하였을 때 더 세척 효과가 높음 을 알 수 있었으며, 세척 시 이물질 정도의 차이는 양식시 기별 해수 내 부유물과 규조류의 농도에 따라 차이가 있을 것으로 판단된다. Kang and Kim (2022)은 HCl의 농도 (0, 2, 4, 6, 8, 10%)와 처리시간 (5, 10, 15, 20 sec)에 따라 방사 무늬김 (Pyropia yezoensis), 규조류 (Navicula sp.), 잎파래 (U. linza)의 영향을 조사한 결과 김은 모든 처리 구간에서 영향이 없었으나 규조류는 HCl 6%에서 15초 이상, 파래는 4%에서 10초 이상 처리구부터 사멸하는 것으로 나타났다. 또한 Park and Kim (2013)의 연구에서는 김 양식장에서 고염수활성처리제를 처리하였을 때 규조류 탈락률은 60% 이상으로 나타났다. 본 연구 결과에서는 유기산활성처리제 와 고염수활성처리제 처리 시 이물질 중량은 대조구 대비 약 1.89배, 1.85배 증가하였으며 공기방울을 혼합처리하면 2.25배, 2.54배로 더 증가하여 세척 효과가 높은 것으로 확 인되었다. Kang et al. (2014)은 공기방울세척 시 오디의 일 반세균과 효모 및 곰팡이가 30~40% 저감되었다고 보고하 였으며, Kim et al. (2018)은 들깨 세척 시 일반 침지보다 공 기방울세척 시 미생물 저감 효과가 높다고 보고하였다.

본 연구 결과를 통해 활성처리제만 처리할 때보다 활성 처리제에 공기방울처리장치를 혼합처리할 경우 파래 제거 효과는 유의적인 차이가 없었으나 규조류, 뻘 입자 등 이물 질 제거율을 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 공기방울장 치는 친환경적으로 활성처리제의 효과를 높이는 한편 활 성처리제의 사용량을 줄이기 위한 물리적인 부가장치로 활용 가능성이 높을 것으로 판단되며 향후 파래의 생장 단 계, 침지 시간 등을 고려하여 실내 및 현장실험들이 추가적 으로 필요할 것으로 사료된다.

적 요

본 연구에서는 김활성처리제와 부가장치인 공기방울처 리장치의 효과를 검증하고자 양식현장에서 잎파래 제거와 부착 이물질 세척 효과를 조사하였다. 그 결과 김활성처리 제만 처리하였을 때보다 물리적 처리방법인 공기방울처리 장치를 혼합하여 처리하였을 때 잎파래 제거에 유의적인 영향을 미치지는 않았으나 김 양식망의 이물질 세척 효과 는 향상되었다. 이러한 연구 결과를 통해 공기방울처리장 치를 혼합 사용한다면 김활성처리제의 사용량을 줄일 수 있으며 친환경적으로 이물질을 제거하여 김의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.