Hot Tech - 천연물 발효공정을 이용한 사과용 적화제 제조기술
Hot Tech는 기술을 선도하는 혁신기업으로부터 듣는 최신 기술동향입니다.
▲ 손태권 농학박사/대표이사 애플(주)
기술개발 배경
사과 재배에 있어 적과작업은 전체 노동력의 약 20%를 차지하는 극히 중요한 작업 중 하나이다.
하지만 현재 국내 농촌 현실은 젊은 노동인력 부족과 고령화, 적과시기에 있어서 다른 작물과의 노동력 중복 등으로 적과(적화)제의 사용이 갈수록 필수적이다.
사과 과수원의 10a당 개화수는 15∼50만 개 정도이나 10a당 수량을 2톤으로 하게 되면 수확할 때의 착과수는 11,000∼13,000개로 개화한 꽃 수의 수 퍼센트에 지나지 않고 대부분은 적화 또는 적과 되어야 하고, 그 작업에는 많은 노동력이 필요하다.
현재까지 일부 농가에서 적과 작업 생력화를 위하여 살충제 농약을 사용하여 왔지만, 개화시기에 수정활동을 하는 매개충인 벌을 치사시키는 문제점을 가지고 있어 유럽은 등록거부, 일부 나라에서는 생산금지 조치를 취할 움직임을 보이고 있다.
카바릴 이외에는 석회유황합제, 식물생장조절물질 등으로 적화를 시도하고 있으나 동녹 발생, 반복 살포, 효과 미비, 열과 발생, 종자 수 감소 등의 문제점으로 농가에서 사용을 꺼리고 있고, 국내 양봉협회 등에서 카바릴 사용 중단 및 대체 품목 기술개발을 농림부에 요청하기도 하였다.
또한, 국제적으로는 인간 먹거리의 80%의 수분을 담당하고 있는 벌의 소중함을 인식하고, 미국, 일본, 유럽 등에서 벌이 사라지는 현상을 방지하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다.
따라서 카바릴, 석회유황합제 등을 대체하고 매개충인 벌 등에 무해하며 친환경적인 적과(적화)제 개발이 시급한 실정이며, 최근 세계 각국에서 수종의 적화제가 출시되고 있으나 이러한 적과(적화)제는 아직 미개발 상태이다.
애플(주)은 이러한 개발의 필요성을 인식하여 2012년 8월부터 2015년 8월까지 3년간 농림수산식품부 연구개발사업의(과제번호: 112044-03, 적화효과를 나타내는 친환경 식물추출물을 이용한 사과 노동력 절감 기술개발) 수행으로 얻은 결과물을 IPET(농림식품기술기획평가원)로부터 기술이전을 받았으며(특허 등록: 10-1590548, 과실 품질 향상 및 적과용 비료 조성물), 그 내용은 천연물 발효공정을 이용한 과수용 적화제 제조기술이다.
본 기술을 이용하여 적화제 현장 실험을 다년간 수행하여 사용방법, 작용기작, 사과 품질 및 노동력 절감효과, 방화곤충에 미치는 영향 등을 연구한 바 있다.
그리고 그 결과로 2017년 4월 신기술(NET)인증을 획득하고 농림부 사업화 과제(과제번호: 817022-03, 방화곤충에 무해하고 사용 간편한 천연유래물질을 이용한 과수용 적화제 개발 및 사업화)를 통해 기술의 사업화를 진행 중이다.
국내외 적화제 기술개발 현황
사과의 결실관리를 꽃 단계에서부터 약제 사용으로 제어하는 최초 보고는 1933년 Auchter로부터 시작되었으며, 1940년에는 Magness 등이 DONC제, 그 후 일본에서 1951년에 석회유황합제의 적화 효과를 보고하였다.
DN제에 대해서는 1963년에 보고되었고, 그 외에 기계유제 등에 의한 시험도 시작되었으며, 이 중에서 DN제 등은 약해 때문에 없어졌다.
석회유황합제는 효과가 인증되어 현재까지 사용되고 있으나, 적화제로서 정식등록은 1998년에 이루어졌고, 우리나라에서는 2013년에 등록되어 시험 개시 약 반세기 후의 일이다.
또한, 1987년에 레시틴이 수정저해를 일으킨다는 것을 구명하고, 그 실용성에 대해 검토가 이루어졌지만 등록까지는 가지 않았으며, NAA는 적과제로 시험이 이루어져서 일정효과를 얻어 해외에서 사용되고 있지만, 1971년에 등록이 취소되었고, 그 후에 연구대상에서 제외되었다.
그러나 1992년부터 합성 옥신류에 대해서 적화, 적과 효과를 목표로 하여 스크리닝을 진행하였고, 적화효과를 나타내는 제제로서는 에티크로제이트, 메타미트론, 디클로프롭, MCPB에틸, NSK-905를 들 수 있다.
이 중에서 안정성 효과 및 약해 등을 고려하여 에티크로제이트, 디클로프롭, MCPB에틸 세 종류를 검토하였으나, 효과의 안정성 또는 약해 때문에 등록까지는 가지 못하였으며, 칼슘제는 1995년부터 시험이 시작되어 2004년에 제품이 등록되었다.
그 외의 칼슘제로서는 2003년부터 인산칼슘에 레시틴을 첨가한 제제에 대해서 최근에 등록되었으며, 유기산에 대해서는 1996년부터 자스몬산의 검토를 시작했지만 개화시기를 예측하여 사전에 살포하지 않으면 안 되는 것과 효과가 명확하지 않는 것 때문에 등록까지 도달하지 못하였다.
1998년에는 이타콘산의 시험이 시작되었으며, 적화 효과를 보였지만 화총엽이 갈변하는 약해가 있어 등록까지는 도달하지 못하였다.
유럽에서는 NAAm, NPA 등 오옥신 작용이 있는 호르몬제를 적화제로 사용하고 있으며, 예를 들면 카바릴(Carbaryl)(NAC제)은 살충제로 사용되고 있지만 레드 딜리셔스 등의 생리착과를 발생시켰고, 이것을 계기로 1960년 Batjer등의 연구에 의해서 적과제로서의 길이 열렸으며, 일본에서 효과가 높은 것을 보고하였고, NAC제의 적과효과와 과실의 메틸발생 관련성을 밝혀냈다.
이처럼 적화제 이용 가능성을 보여주는 여러 가지 물질에 대해 적화 문제해결을 위하여 많은 연구가 실행되었으나 현재 만족할 만한 결과는 얻지 못하고 있다.
우리나라에서의 적화제, 적과제 시장은 카바릴은 벌치사 문제 등으로 극히 제한적으로 사용되고 있으며, Lime sulphur의 경우 현재까지 전 세계에서 사과적화제로 제한적으로 사용되고 있다.
또한 유럽, 미국 등 국외에서는 6-BA, 메타미트론 등 생장조절제로 만든 제품이 주를 이루고 있으나 온도의 영향을 많이 받아 매년 효과가 일정하지 않아서 안정적 사용에 의문이 가고, 가격이 높게 형성되어 있어 구매효과가 낮게 나타나고 있다.
따라서 사용하기 편리하고, 사과 품질에 영향을 미치지 않으며, 매개충에 무해하고, 효과가 우수한 적화제의 개발과 보급이 절실히 필요한 실정이다.
기술 개요
적화제 작용성은 크게 4가지로 구분된다.
① 주두화주 손상
② 화분 발아 및 화분관 신장 억제
③ 배주기능 저하
④ 호르몬 균형의 방해이다.
적화제의 작용성은 지엽과 과실사이의 오옥신 농도 균배에 따라 이층형성을 촉진하여 낙과를 유발하는데, 이때 이층형성에 관여하는 환경요인은 광부족, 수분 스트레스, 고온 등으로 알려져 있다.
본 기술에서 제시하는 천연유래물질을 이용한 적화제 작용성은 전혀 새로운 방향에서 접근을 시도한 호르몬 균형과 일부 양분흡수 방해에 의한 것으로, 안전하고 사용하기 간편한 새로운 기술의 적화제이다.
기술의 핵심은 천연물 발효공정을 이용한 과수용 적화제 바이오비료 제제 생산기술로(특허 제 10-1590548호, 과실 품질 향상 및 적과용 비료 조성물), 특징으로는 ① 1회 또는 2회 사용으로 60~80% 이상의 적화율 ② 방화곤충에 무해하고(치사율 0%) ③ SS기를 이용하므로 작업이 간편하여 많은 면적의 적화를 짧은 시간에 가능하게 하고 ④ 적과 인건비를 최대 70∼80% 이상 절감 가능하며 ⑤ 기계화에 따른 노동력 절감 효과는 SS기 1대(즉, 사람 1명)가 적화노동인력 140∼200명의 적과작업을 대체할 수 있는 기술이다.
부가적 효과는 적과시기의 농촌 노동력 집중 현상을 분산 가능하게 하여 타작물의 재배생산 경쟁력을 확보할 뿐만 아니라, 대과 비율의 증가로 품질 향상에 따른 생산성 향상으로 수익 증대 및 농업 전반의 경쟁력을 향상시키고 수세조절 및 격년결실 감소로 안정적 사과 재배 시스템 구축을 통한 합리적 농가경영을 가능하게 한다.
친환경 적화제 기술 파급효과 및 향후 전망
친환경 적화제 제조 기술의 개발은 농촌 노동력 고령화 및 노동력 부족에 따른 인력난 해소를 위하여 사과재배 노동력 중 약 20% 내외의 인력이 투입되는 사과 적화 및 적과 인력을 기계화를 통한 약제 적화로 대체하여 투입 노동력 및 농업경영비 절감을 통한 경쟁력 확보를 가능하게 한다.
그리고 농번기 인력 부족의 난제 해결과 안전한 적화제 사용을 위하여 매개곤충에 무해하고 친환경적인 사과 적화제를 개발, 제품화하고, 개발된 제품의 사용에 따른 농가 애로사항 검토, 매개곤충에 미치는 영향 검토 등을 통해 과수농가에서 적화제를 안정적으로 사용·보급할 수 있게 한다.
또한, 과수재배에 있어서 적화 및 적과는 사과, 배, 포도, 복숭아, 자두 등 거의 모든 과수에서 필요로 하며, 망고, 아보카도, 오렌지 등 열대지역 과수작물도 대부분 이러한 적화작업이 필요하지만 적용 가능한 제품은 제한적이다.
따라서 당사는 본 기술의 적용 확대를 위해 배, 포도, 망고, 오렌지 등에 국내외 현장에서 농가실증 실험을 진행하고 있고, 아직 개선되어야 할 부분이 있지만 적화제로서 효과를 확인하였다.
따라서 지속적인 추가 연구를 실시하여 사과 이외의 타 과수에 기술 응용 및 확대가 이루어진다면 전반적인 과수농가의 일손을 덜어주게 될 뿐 아니라 상당한 경제적인 효과의 창출이 가능할 것으로 기대된다.