1. 서 론
목조 건조물은 재료의 특성상 비와 눈, 그리고 다수의 곤충 및 미생물 등과 같은 다양한 환경 인자들에게 노출되기 쉽다. 특히, 미생물의 번식은 상대습도 및 함수율에 직접적인 영향을 받기 때문에 생물인자는 기후인자와 높은 관련성을 가지고 있다. 따라서 목조 건조물에 사용되는 재료는 이러한 생물 피해를 예방하기 위한 방안으로, 방제 처리된 목부재를 사용하고 있으며 사용되는 방충방부제는 목재보존제의 성능시험 방법(KS M1701:2018) 통칙(부속서 A)과 목재 보존제의 방부효력 시험방법(부속서 B)의 기준에 적합해야한다. 동시에 무처리 시험체에서 백색 부후균과 갈색 부후균에 의해 각각 15%와 30% 이상의 중량 감소율을 나타내야 보존제를 처리한 시험체의 방부효력을 신뢰할 수 있다.
국내 KS 규격서에는 해사를 기질로 하여 백색 부후균과 갈색 부후균을 각각 한 종씩 진탕 배양한 액체 배양액을 접종하도록 되어 있고 이후 20 mm의 정사각형의 목재 시편을 균체 위에 놓음으로써 강제 부후 시킨다. 이와 같은 국내 규격서의 내용은 일본의 목재보존제-성능 기준 및 그 시험 방법(JIS K 1571, 2004)과 유사하다. 단 일본의 경우에는 한 가지의 접종방식을 제시하는 국내 규격과는 다르게 다양한 접종 방식을 제시하고 그 중에서 한 가지를 선택해서 배양하도록 하고 있다. 한편, 미국의 방부목재 시험방법(AWPA, American Wood Protection Association) E 10(Standard method of testing wood preservatives by laboratory soil-block cultures)에는 토양을 기질로 사용하도록 되어 있고, 시험균주의 액체 배양액이 아닌 한천 배지상의 균체를 feeder strip에 접종하여 배양하도록 명시되어 있으며, 좀 더 다양한 균주를 이용하도록 권고한다. 이처럼 나라마다 시험에 사용되는 수종 및 시편의 크기와 시험균의 종류 및 방식이 다른 이유는 각 나라의 지역적인 특성을 이용하여 결정된 것이라 볼 수 있다. 그럼에도 불구하고 산림청에서는 미국의 규격 사례와 비교했을 때 국내 규격에 명시된 사항 중 고려해야할 부분이 있다고 보고한 바 있다(Korea Forest Service, 2012). 우선, 갈색 부후 공시균으로 사용되는 Fomitopsis palustris에 대한 적합성 문제를 제기하였고 부후효력 평가방법 중 2개의 부후균과 소나무만을 대상으로 한 결과로 성능을 평가하기 어려울 수 있다는 의견을 제시하였다. 또한, 목재 보존제를 처리하지 않은 무처리 시험체의 중량 감소율이 기준에 미치지 못하는 경우가 종종 있기 때문에 좀 더 개선된 방법이 필요한 상황이다. 한편, 미국의 soil block test의 경우도 몇몇 연구자들이 보완하고 개선해야할 점들에 대해 다양한 실험을 통해 제시하고 있다 (Archer et al., 1995; Castillo-Monroy et al., 2014; Littke et al., 2010).
이에 본 조사에서는 목재 보존제를 처리하지 않은 무처리 시험체에 대한 시험 방법에 대해 미국의 AWPA 규격을 일부 적용하여 비교하였다. 그 중에서 시험 균주의 접종 방법을 교차 적용하여 무처리 시험체의 중량 감소율을 높일 수 있는 방안과 시험 균주의 개수를 늘려서 균주 간의 부후 능력을 비교해 보았다. 이를 통해 평가 과정을 일부 간소화시키고 동시에 시험균주의 활력을 검증하여 무처리 시험체의 중량 감소율을 보편적으로 증가시키고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1. 시험균주
시험 균주는 각각 4점의 백색 부후균과 갈색 부후균을 부후 시험에 이용하였으며, 백색부후균은 한국생명공학연구원 생물자원센터에서 분양받은 Trametes versicolor KCTC46439와 농촌진흥청에서 분양받은 T. versicolor KACC42260, T. versicolor KACC54382, T. versicolor KACC54448이며 갈색부후균은 충남대학교에서 분양받은 Tyromyces palustris와 농촌진흥청에서 분양받은 Fomitopsis pinicola KACC52426, F. pinicola KACC53387, F. pinicola KACC53409이다.
2.2. 기질 선택
배양병 안에 첨가되는 기질은 배양액을 첨가한 해사(sea sand, junsei, Japan)와 부엽토(태흥 F&G, Korea)가 혼합된 모래, 두 종류로 선택하였다. 해사를 이용한 기질은 250 g의 해사에 80 ml의 배양액(glucose 40 g, peptone 3 g, malt extract 15 g/1L, pH 5.5∼6.0)을 첨가하여 제조하였다. 모래를 이용한 기질은 모래와 부엽토를 3:1로 혼합한 토양으로 이용하였으며 증류수를 첨가하여 제조하였다. 이때 부엽토는 채(1.0 mm, 18 Sieve)에 걸러 고운 입자만을 사용하였다. 두 기질에 대해 모두 500 ml의 유리병을 배양병으로 이용하였으며 기질을 첨가한 후 121℃에서 30분간 고압 멸균하여 이용하였다.
2.3. 접종 방식
1차 평가에서 균주의 접종은 2가지 방식으로 진행하였다. 우선, 국내 목재 보존제의 방부 효력 시험방법 중 B.2.4에 명시된 대로 시험균을 1주일간 진탕 배양한 후 배양액 3 ml을 균사체와 함께 기질에 살포하는 방식으로 접종하였다. 그리고 AWPA의 soil block test에 따라서 평판 배지상의 균사체를 feeder strip위에 두 블록씩 접종하여 배양하는 방식(AWPA, 2009)으로 진행하였으며 두 가지 기질에 2가지의 접종 방식을 교차하여 강제 부후시켰다(Table 1). 1차 평가에서는 T. versicolor KCTC46439와 T. palustris만을 사용하였으며 2차 평가에서는 2.1에 명시된 모든 균주를 이용해 1차 평가로 선택된 기질과 접종방식으로 진행하였다. 진탕배양에 이용된 배양액은 위에 언급한 배양액과 동일하며 두 가지 방식 모두 28℃의 조건에서 3주 동안 배양하였다.
2.4. 강제 부후시험
목재 시험체는 10㎜ 크기의 정사각형 소나무를 제작하여 60℃에서 48시간 건조시키고 데시게이터에서 30분간 방랭 시킨 후 중량(w1)을 측정한 다음, 121℃에서 30분간 고압멸균을 하였다. 준비된 배양병에 각각의 부후균이 기질 표면을 모두 덮을 만큼 번식하면 배양병 당 3개의 시험체를 넣어 강제 부후시켰으며 3회 반복하였다. 이때 뚜껑은 살짝 풀어서 28℃의 배양기에 넣고 배양기 내부에 증류수를 넣어서 상대습도가 약 50% 정도 유지될 수 있도록 하였다. 12주 후, 배양병에서 시험체를 꺼내고 표면에 묻은 균사와 기타 부착물들을 완전히 제거하여 약 24시간 동안 기건 시킨 다음, 60℃에서 48시간 건조시켰다. 그 후 방랭 시킨 다음, 중량(w2)을 측정하여 다음과 같은 식으로 중량 감소율 (%)을 산정하였다.
3. 결 과
3.1. 기질과 접종 방식
Table 1에 나타낸 바와 같이 4가지의 배양 방식으로 시험균주의 활력을 평가하였다. 그 결과, 배양액을 첨가한 해사와 feeder strip 접종법에서 시험체의 중량 감소율이가장 높은 것으로 나타났다(Figure 1, A and B). 그러나 시험체의 중량 감소율은 Trametes versicolor와 Tyromyces palustris에 의해 각각 11.1%와 18.3%로 확인되어 유효성 판정 기준에는 미치지 못하였다. 그 다음으로 시험균의 활력이 높은 배양병은 해사에 진탕 배양액으로 접종한 경우인데 T. versicolor는 3.46%, T. palustris는 9.98%의 중량 감소율을 만들었다(Figure 1, C and D). 단, T. palustris는 동일한 배양병내 목재 시편마다 부후 활성의 편차가 매우 큰 것으로 나타났으며 B type의 기질에서 최소 6.5%, 최대 68.05%의 중량 감소율을 나타내었고 D type에서도 큰 편차를 보였다. 4가지의 배양 방식 중 시험균의 활력이 가장 낮게 나타난 실험군은 토양에 feeder strip으로 접종하여 배양한 경우로 확인되었다(Figure 1, E and F). 따라서 이들 중에서 시험균의 활력을 가장 높이 끌어올렸던 기질과 접종법으로 다른 시험 균주들을 추가하여 2차 평가하였다.
3.2. 시험균
공시균이 가장 높은 활력을 보였던 시험 방법을 사용하여 다양한 시험균들을 추가함으로서 무처리 시험체의 중량 감소율을 조사하였으며 그 결과는 Figure 2에 나타내었다. 백색 부후균 중에서 T. versicolor KACC54448는 무처리 시험체의 중량을 34.1%로 감소시켰으며 KCTC46439가 22.6%, KACC54382가 20.0%의 중량 감소율을 나타내었다. 또한, 갈색 부후균 중에서 T. plaustris는 63.9%, F. pinicola KACC52426, KACC53387, KACC53409는 각각 50.0%, 58.0%, 30.8%의 중량 감소율을 나타내었다. 이 중에서 T. palustris는 하나의 배양병내 목재 시편에서 부후 과정이 관찰되지 않아 (Table 2) 결과에서 제외시켰으며 3개를 제외한 6개의 시편에 대한 평균값을 제시하였다. 사용된 시험균 중에서 3점의 백색 부후균과 4점의 갈색 부후균이 평가 기준을 만족시키는 것으로 확인되었다. 이들 중에서 T. versicolor KCTC46439와 T. palustris는 1차와 2차 평가에 함께 사용되었지만 이들에 의한 중량 감소율의 격차는 2배 이상 크게 나타났다. T. versicolor KCTC46439는 11.1%에서 22.5%로, T. plaustris는 18.3%에서 63.9%로 큰 폭으로 증가하였으며 이러한 격차는 배양 환경 내 상대습도 때문일 것으로 판단된다. 1차 평가 시에는 별도의 수분 제공 없이 28℃의 배양기에서 배양했던 반면 2차 평가에서는 증류수를 배양기 내부에 놓아 줌으로서 50% 내외의 상대습도를 유지하였다. 50% 정도의 상대습도를 유지시켜 주는 것만으로도 부후균의 번식과 부후 활동에 도움이 되는 것으로 확인되었다. 12주 동안 각각의 시험균주로 목재 시편을 부후시킨 배양병의 내부 사진은 Table 2에 나타내었다. T. versicolor KACC42260은 목재시편을 부후시키는데 매우 약한 활성을 보였으며 Figure 2의 결과(3.34%)가 이를 뒷받침한다. 반면, T. versicolor KACC54448은 배양병내 균주의 활력이 약한 것으로 관찰되었지만 목재시편의 중량을 약 34%를 감소시켰는데 이는 시편의 내부를 보다 집중적으로 부후시켰을 것으로 판단된다. 또한, 1차 실험에서와 마찬가지로 T. palustris는 큰 편차를 보였고 3개의 배양병중에서 하나의 배양병내 모든 시편에 부후 과정이 잘 관찰되지 않았다.
3.3. 수분량과의 연관성
부후과정이 끝난 시험체가 보유하고 있는 수분량이 부후과정에 어떠한 영향을 끼치는지에 대해 조사하고자 부후과정이 끝난 무처리 시험체들을 하나씩 꺼내어 기건과 건조 과정을 거치기 전에 중량을 측정하였다. 곰팡이의생장과 번식은 수분과 밀접한 관련이 있기 때문에 시험체의 함수율이 높으면 부후균의 작용이 활발할 것으로 기대하였지만 Figure 3에 나타낸 바와 같이 중량 감소율은 시험체 내의 수분량에 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 이처럼 시험체 내의 수분량과 중량 감소율과의 연관성에 대해서Castillo-Monroy et al.(2014)도 조사한 바 있지만 두 요소 간의 관련성은 없었다고 보고한 바 있어 우리의 결과를 뒷받침하였다.
4. 결 론
목재 보존제(KS M 1701, 2018) 규격서 중에서 목재보존제의 방부 효력 시험방법 (부속서 B)에는 보존제를 처리한 시험체 뿐만 아니라 무처리 시험체에 대한 부후 조작을 통해 시험균의 활력에 대한 검증을 동시에 진행한다. 부후 조작을 통해 목재 보존제가 방부 성능에 효과적이라는 판정은 목재 시험체의 중량 감소율을 기준으로 하는데, 여기에는 무처리 시험체의 중량 감소율을 확인하여 시험균의 활력이 충분할 때 신뢰한다. 무처리 시험체의 중량 감소율이 백색부후균과 갈색부후균에 의해 각각 15%와 30% 이상이 되어야 하며 이 기준에 만족하지 않으면 재시험을 해야 하는 번거로움이 있다. 따라서 시험균의 활력을 우선적으로 확인해 보는 것이 재시험으로 인한 번거로움을 피할 수 있을 것으로 생각된다. 또한 국내 규격에 명시된 방법은 시험균의 부후 활성이 기준을 만족시키지 못하는 몇몇 비공식적인 사례가 확인되었다. 따라서 국내와 해외의 규격을 접목하여 시험균의 부후 활성을 최대로 끌어올릴 수 있는 방안을 모색하였으며 그 결과, KS 규격에 명시된 공시균의 진탕 배양액의 접종법 보다는 AWPA(American Wood Protection Association)에 명시된 feeder strip 접종법이 균주의 번식과 목재시편을 부후시키는데 더 효과적이었다. 진탕 배양액의 접종은 균사체를 포함한 배양액을 기질에 살포하는 방법으로, 균사체와 배양액을 포함한 농도는 매번 다를 수 있다. 곰팡이는 세균과는 다르게 포자가 동글게 뭉치며 배양되기 때문이며 배양액 대신 한천 배지상의 동일한 크기의 균사체를 기질에 접종하는 것이 일정한 접종량을 제공할 수 있을 것이며 동시에 진탕배양 과정을 생략하여 전반적인 과정을 간소화시킬 수 있다. 기질의 경우, 부엽토가 혼합된 모래보다는 배양액을 첨가한 해사(sea sand)에서 더 높은 중량 감소율 (%)이 관찰되었다. 모든 부후 과정은 12주 동안 항온⋅항습기 대신에 28℃의 저온 배양기에서 배양하였으며 이때 배양기 내부에 증류수를 놓음으로서 50% 내외의 상대 습도를 제공할 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해, 번거로울 수 있는 공시균의 진탕배양 과정을 생략하고 배양액이 첨가된 해사 기질에 feeder strip 접종 방법을 접목하였을 때 공시균의 활력이 증가되는 것을 확인하였다. 이러한 방법은 방부효력 시험 시 가장 빈번하게 발생되고 있는 중량 감소율 기준의 부적합 빈도를 낮출 수 있을 것이다.
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