KR101535080B1 - A method for dehydrating microalgae - Google Patents
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Abstract
본 발명은 효과적으로 젖은 미세조류 균체로부터 바이오디젤을 생산하기 위하여, 미세조류를 1차원심분리하여 젖은 미세조류 균체를 수득하는 젖은 미세조류 균체 수득 단계; 상기 젖은 미세조류 균체에 탄소수 1 내지 3의 저급알코올을 가하고 교반하는 알코올 처리 단계; 및 알코올 처리된 미세조류를 2차원심분리한 후 상등액을 제거하여 탈수된 미세조류를 회수하는 탈수 미세조류 수득단계를 포함하는 미세조류의 탈수방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing biodiesel from wet microalgae cells, comprising the steps of: obtaining wet microalgae cells which obtain wet microalgae cells by one-dimensional segregation of microalgae; An alcohol treatment step of adding a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms to the wet microalgae cells and stirring; And a step of obtaining a dehydrated microalgae by two-dimensional segregation of alcohol-treated microalgae and then removing the supernatant to recover dehydrated microalgae.
Description
본 발명은 미세조류의 탈수방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 두날리엘라 속 미세조류 균체의 탈수방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for dehydrating microalgae, and more particularly, to a method for dehydrating microalgae of the genus Duernalla.
미세조류는 식물과 달리 뿌리, 줄기와 잎이 구별되지 않으면서 광합성을 하는 생물로서, 육안으로 개체가 식별되는 거대조류와 구별되는 현미경상에서 관찰이 가능한 생물로서 지구 전체에 다양하게 2만2천종 이상이 존재하며 아직 밝혀지지 않은 종이 더 많은 것으로 알려져 있지만 지구 생태계 먹이사슬에서 최하위에 위치하여 지구상 생물의 주요 근원적인 먹이이며 광합성을 통해 지구상에 공급되는 산소 양의 약 반 정도를 생산하고 있는 생물군이다. Unlike plants, microalgae are photosynthetic organisms that do not distinguish between roots, stem and leaves. They are microscopically observable organisms distinguishable from macroalgae, which are visually distinguishable from each other. Is known to be more abundant and yet unknown, but is at the bottom of the global ecosystem food chain, a major source of food for Earth's creatures, and is a group of organisms that produce about half the amount of oxygen supplied to the Earth by photosynthesis .
미세조류는 인류 생활과도 직접적으로 밀접한 관계를 가지고 있어서 약 2천년 전에도 중국에서 기근 시 식량으로 사용되었다는 기록과 중남미 아즈텍 문명에서도 식량으로 사용했다는 기록이 있으며 현대에 들어서는 그 완벽한 영양성분으로 인하여 양어장에서 치어의 먹이, 가축의 사료로 사용함은 물론 다양한 건강기능성으로 인체건강기능 식품으로서 각광을 받고 있다.The microalgae are closely related to the life of human beings, and there are records that they were used as food for famine in China about 2,000 years ago, and in the records of Aztec civilization in Central and South America, they were used for food. Due to its perfect nutrition, It is used as a feed for livestock, as a feed for livestock, as well as a variety of health functionalities, and it has been attracting attention as a human health functional food.
미세조류 중에는 건조균체의 70 ∼ 80%의 많은 양의 지질을 생산하는 종이 있으며 지질의 생산 속도도 빨라서 단위 토지당 기름 생산량이 가장 많은 육상 식물인 오일팜나무보다 최소 10배 이상의 생산성을 가지고 있어서 미래에 경제적으로 신재생에너지를 생산할 수 있는 수단으로 인식되어지고 있다. 미세조류를 경제적으로 생산하기 위해서는 수확된 미세조류를 경제적으로 건조하는 기술은 필수 기술로서 미세조류의 입자가 3 · 30 μm로 작아서 일반적인 건조 방법으로는 건조가 잘되지 않아서 에너지와 경비가 많이 드는 동결건조 또는 분무건조 등을 많이 사용하고 있으나 신재생에너지와 같이 가격이 저가인 제품을 생산하기 위해서는 에너지의 사용을 최소화할 수 있는 건조 방법의 사용이 필수적으로, 경제적인 건조 방법인 자연건조방법, 열풍건조, 드럼건조기 및 콘베이어건조기를 이용한 건조방법 등이 이용되고 있다. 이와 관련하여 미국 특허 제6,524,486호는 침전, 부유 및 탈수를 포함하는 3단계 미세조류 수용액으로부터 건조된 농축 바이오매스를 수득하는 방법을 개시하고 있는데, 상기 탈수단계는 통상적인 건조실(drying room)에서 수행된다. 그러나 상기의 방법들의 경우에는 미세조류의 외피의 굳어짐 현상이 발생하여 건조가 잘 안 될 뿐 만 아니라 가장 에너지의 사용이 없는 건조 방법인 자연건조방법의 경우에는 건조기간이 길어져 부패되는 현상이 발생하기 때문에 사용이 불가능하다. 따라서, 보다 효율적인 저에너지 저비용 건조방법의 개발이 필요하다. Among the microalgae, 70 to 80% of the dried microorganisms produce a large amount of lipid, and since the production rate of lipid is fast, the productivity is at least 10 times higher than that of the oil palm, which is the most abundant land oil per unit land, Is recognized as a means to economically produce new and renewable energy. In order to economically produce microalgae, it is necessary to economically dry harvested microalgae. As the microalgae particles have a small size of 3 · 30 μm, they are not dried well by the general drying method, Drying, or spray drying. However, in order to produce a product with a low price such as renewable energy, it is necessary to use a drying method that minimizes the use of energy, and an economical drying method such as a natural drying method, A drying method using a drum drier and a conveyor drier, and the like. In this regard, U.S. Patent No. 6,524,486 discloses a method for obtaining concentrated biomass dried from a three-stage microalgae aqueous solution including sedimentation, floatation and dehydration, wherein the dehydration step is carried out in a conventional drying room do. However, in the case of the above methods, the hardening of the outer shell of the microalgae occurs and the drying is not easy. In the case of the natural drying method, which is the most dry method without energy use, Therefore, it is impossible to use. Therefore, it is necessary to develop a more efficient low-energy low-cost drying method.
특히 해수에서 생존하며 지질 함량이 높고 지질 생산속도가 빨라 신재생에너지 생산에 적합한 미세조류인 두날리엘라 종은 단단한 세포외피가 없고 점액질의 외피로 둘러싸여 있어 통상적으로 비교적 경제적인 건조방법인 자연건조, 열풍건조, 드럼건조기 및 콘베이어건조기를 사용한 건조방법으로는 건조가 어려운 단점이 있어 경제적이며 손쉬운 미세조류의 건조 방법 개발이 필요하다. Dunaeliella species, which are microalgae suitable for the production of new and renewable energy with high lipid content and high lipid content, survive in seawater and are surrounded by a mucous outer shell with no solid cell envelope, Drying method using hot air drying, drum dryer and conveyor dryer is difficult to dry, and it is necessary to develop economical and easy microalgae drying method.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 미세조류를 바이오디젤 제조나 식품 또는 사료의 제조에 이용하는데 있어서 주요한 공정 중의 하나인 탈수 또는 건조공정과 관련하여 에너지를 적게 사용하는 미세조류의 탈수방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been made to solve various problems including the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a process for producing micro-algae, And to provide a method for dehydrating microalgae. However, these problems are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
미세조류의 세포내부와 외부가 물로 채워져 있으며, 건조과정 중에 건조피막이 생겨서 건조가 지연되고, 따라서 자연건조를 사용할 때 미생물에 의해 부패가 발생하기 때문에, 본 발명자들은 기름은 제거하지 않고 선택적으로 수분을 제거하며 미세조류의 상태도 건조가 용이한 형태로 변화 시킬 수 있는 방법으로 수분과 쉽게 용해가 가능한 극성 유기용매를 사용하여 수분을 제거하되 지질은 추출되지 않는 방법을 개발하기 위해 예의 노력을 한 결과, 수분을 제거하고 건조과정 중에도 건조가 빨리 일어나며 유기용매의 작용으로 미생물의 번식이 일어나지 않아 쉽게 건조할 수 있는 방법을 완성하였다.Since the inside and outside of the microalgae are filled with water and the drying is delayed due to the formation of a dry film during the drying process, the microalgae causes decay by using the natural drying. Therefore, In order to change the state of microalgae into a form that is easy to dry, we have made effort to develop a method to remove water using a polar organic solvent which is easy to dissolve in water and not to extract lipid , A method for removing moisture and drying can be carried out quickly during the drying process and the microorganism does not propagate due to the action of an organic solvent.
본 발명의 일 관점에 따르면, 미세조류를 1차원심분리하여 젖은 미세조류 균체를 수득하는 젖은 미세조류 균체 수득 단계; 상기 젖은 미세조류 균체에 탄소수 1 내지 3의 저급알코올을 가하고 교반하는 알코올 처리 단계; 및 알코올 처리된 미세조류를 2차원심분리한 후 상등액을 제거하여 탈수된 미세조류를 회수하는 탈수 미세조류 수득단계를 포함하는 미세조류의 탈수방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing microalgae, comprising the steps of: obtaining microalgae microorganisms obtained by one-dimensional segregation of microalgae to obtain wet microalgae cells; An alcohol treatment step of adding a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms to the wet microalgae cells and stirring; And obtaining a dehydrated microalgae by two-dimensional segregation of alcohol-treated microalgae and then removing the supernatant to recover dehydrated microalgae.
상기 미세조류의 탈수방법에 있어서, 상기 미세조류는 두날리엘라(Dunalliella), 클라미도모나스(Chlamydomonas), 쎄네데무스(Scenedesmus), 클로렐라(Chlorella), 유글레나(Euglena), 테트라셀미스(Tetraselmis), 보트리오코커스(Botryococcus), 난노클로롭시스(Nannochloropsis), 코코믹사(Coccomyxa), 패오닥티룸(Phaeodactylum), 시조키트리움(Schizochytrium) 및 아르스로피라(Arthrospira)로 구성된 군으로부터 선택되는 속 중 하나 이상일 수 있고, 상기 두날리엘라는 두날리엘라 아시도필리아(D. acidophila), 두날리엘라 바르다윌(D. bardawil), 두날리엘라 바이오쿠라타(D. bioculata), 두날리엘라 라테랄리스(D. lateralis), 두날리엘라 마리티마(D. maritima), 두날리엘라 미누타(D. minuta), 두날리엘라 파바(D. parva), 두날리엘라 페어세이(D. peircei), 두날리엘라 폴리모파(D. polymorpha), 두날리엘라 프리모렉타(D. primolecta), 두날리엘라 슈도살리나(D. pseudosalina), 두날리엘라 쿼토렉타(D. quartolecta), 두날리엘라 살리나 테오도르(D. salina Teodor.), 두날리엘라 테티오렉타(D. tertiolecta), 두날리엘라 살리나(D. salina) 또는 두날리엘라 비리디스(D. viridis)일 수 있다.In the dehydration method of the microalgae, it said microalgae are two throwing away Ella (Dunalliella), Chlamydomonas (Chlamydomonas), theta nede mousse (Scenedesmus), Chlorella (Chlorella), euglena (Euglena), tetra-cell Miss (Tetraselmis) , A genus selected from the group consisting of Botryococcus , Nannochloropsis , Coccomyxa , Phaeodactylum , Schizochytrium and Arthrospira . , And the dunalia may be at least one of the following: D. acidophila , D. bardawil , D. bioculata , dunalia elaterratil D. lateralis , D. maritima , D. minuta , D. parva , D. peircei , and C. parrina , D. polymorpha , two D. primolecta , D. pseudosalina , D. quartolecta , D. salina teodor ., Dunalia elathetio , D. tertiolecta , D. salina or D. viridis . ≪ / RTI >
상기 미세조류의 탈수방법에 있어서, 상기 1차원심분리는 2,000 내지 9,000 rpm 또는 4,000 내지 6,000 rpm의 속도로 수행될 수 있다.In the method for dehydrating microalgae, the one-dimensional segregation may be performed at a speed of 2,000 to 9,000 rpm or 4,000 to 6,000 rpm.
상기 미세조류의 탈수방법에 있어서, 상기 저급알코올은 메탄올 또는 에탄올일 수 있고, 상기 저급 알코올은 젖은 미세조류 균체의 0.2 내지 5배 부피 또는 0.5 내지 2배 부피로 처리될 수 있으며, 상기 교반은 15 내지 25℃의 온도로 수행될 수 있다.In the method of dehydrating the microalgae, the lower alcohol may be methanol or ethanol, and the lower alcohol may be treated with 0.2 to 5 times volume or 0.5 to 2 times volume of wet microalgae bacteria, RTI ID = 0.0 > 25 C. < / RTI >
상기 미세조류의 탈수방법에 있어서, 상기 2차원심분리는 5,000 내지 18,000 rpm 또는 8,000 내지 12,000 rpm의 속도로 수행될 수 있다.In the method of dehydrating the microalgae, the two-dimensional seam separation may be performed at a speed of 5,000 to 18,000 rpm or 8,000 to 12,000 rpm.
상기 미세조류의 탈수방법에 있어서, 상기 탈수 미세조류의 수득단계 이후에 상기 탈수 미세조류를 건조하는 건조단계가 추가적으로 포함될 수 있다.In the method of dewatering the microalgae, a step of drying the dehydrated microalgae may be further included after the step of obtaining the dehydrated microalgae.
이때, 상기 건조단계는 자연건조, 온풍건조, 열풍건조 또는 동결건조에 의해 수행될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류의 탈수방법은 건조방법으로 에너지 소모가 적은 자연건조 또는 온풍건조 방법을 사용할 수 있다는 점에서, 식품용, 사료용 또는 바이오디젤 제조용으로 미세조류 시료를 제공하는데 매우 효율적으로 사용될 수 있다.At this time, the drying step may be performed by natural drying, hot air drying, hot air drying or freeze drying. Particularly, in the method of dewatering microalgae according to an embodiment of the present invention, micro-algae samples are prepared for food, feed, or biodiesel production in that natural drying or hot air drying methods with less energy consumption can be used as a drying method Can be used very efficiently.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저급 알코올을 젖은 미세조류 균체와 혼합하면 수분과 기타 불특정한 불순물은 제거가 되나 목적물인 지질은 균체 내에 그대로 남으며 균체도 건조가 용이한 상태가 되어 자연건조 또는 열풍건조 시 용이하게 건조된 균체를 얻을 수 있으며 수분 탈수에 사용한 메탄올은 회수하여 재사용이 가능하다.In addition, according to one embodiment of the present invention, when the lower alcohol is mixed with wet microalgae, water and other undesirable impurities are removed, but the target lipid remains in the microorganism, and the microorganism is also easily dried, Alternatively, the cells can be easily dried in hot air drying, and the methanol used for water dehydration can be recovered and reused.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 미세조류를 1차원심분리하여 젖은 미세조류 균체를 수득하는 젖은 미세조류 균체 수득 단계; 상기 젖은 미세조류 균체에 탄소수 1 내지 3의 저급알코올을 가하고 교반하는 알코올 처리 단계; 알코올 처리된 미세조류를 2차원심분리한 후 상등액을 제거하여 탈수된 미세조류를 회수하는 탈수 미세조류 수득단계; 및 상기 탈수 미세조류균주에 촉매를 가하여 상기 균주 내에 존재하는 지방산 글리세롤을 지방산 에스터로 전환시키는 지방산 에스터 전환단계를 포함하는 바이오디젤의 생산방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing microalgae, comprising: obtaining wet microalgae cells by one-dimensional segregation of microalgae to obtain wet microalgae cells; An alcohol treatment step of adding a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms to the wet microalgae cells and stirring; A step of obtaining a dehydrated microalgae by recovering dehydrated microalgae by removing the supernatant after two-dimensional segregation of alcohol-treated microalgae; And a step of converting a fatty acid ester into a fatty acid ester by adding a catalyst to the dehydrated microalgae strain to convert fatty acid glycerol present in the microorganism to a fatty acid ester.
상기 바이오디젤의 생산방법에 있어서, 상기 미세조류는 두날리엘라(Dunalliella), 클라미도모나스(Chlamydomonas), 쎄네데무스(Scenedesmus), 클로렐라(Chlorella), 유글레나(Euglena), 테트라셀미스(Tetraselmis), 보트리오코커스(Botryococcus), 난노클로롭시스(Nannochloropsis), 코코믹사(Coccomyxa), 패오닥티룸(Phaeodactylum), 시조키트리움(Schizochytrium) 및 아르스로피라(Arthrospira)로 구성된 군으로부터 선택되는 속 중 하나 이상일 수 있고, 상기 두날리엘라는 두날리엘라 아시도필리아(D. acidophila), 두날리엘라 바르다윌(D. bardawil), 두날리엘라 바이오쿠라타(D. bioculata), 두날리엘라 라테랄리스(D. lateralis), 두날리엘라 마리티마(D. maritima), 두날리엘라 미누타(D. minuta), 두날리엘라 파바(D. parva), 두날리엘라 페어세이(D. peircei), 두날리엘라 폴리모파(D. polymorpha), 두날리엘라 프리모렉타(D. primolecta), 두날리엘라 슈도살리나(D. pseudosalina), 두날리엘라 쿼토렉타(D. quartolecta), 두날리엘라 살리나 테오도르(D. salina Teodor.), 두날리엘라 테티오렉타(D. tertiolecta), 두날리엘라 살리나(D. salina) 또는 두날리엘라 비리디스(D. viridis)일 수 있다.In the production method of the biodiesel, the algae are two throwing away Ella (Dunalliella), Chlamydomonas (Chlamydomonas), theta nede mousse (Scenedesmus), Chlorella (Chlorella), euglena (Euglena), tetra-cell Miss (Tetraselmis) , A genus selected from the group consisting of Botryococcus , Nannochloropsis , Coccomyxa , Phaeodactylum , Schizochytrium and Arthrospira . , And the dunalia may be at least one of the following: D. acidophila , D. bardawil , D. bioculata , dunalia elaterratil D. lateralis , D. maritima , D. minuta , D. parva , D. peircei , and C. parrina , D. polymorpha , It has been found that D. primolecta , D. pseudosalina , D. quartolecta , D. salina teodor ., Dunalia elata, It can be D. tertiolecta , D. salina or D. viridis .
상기 바이오디젤의 생산방법에 있어서, 상기 1차원심분리는 2,000 내지 9,000 rpm 또는 4,000 내지 6,000 rpm의 속도로 수행될 수 있다.In the method for producing biodiesel, the one-dimensional segregation may be performed at a rate of 2,000 to 9,000 rpm or 4,000 to 6,000 rpm.
상기 바이오디젤의 생산방법에 있어서, 상기 저급알코올은 메탄올 또는 에탄올일 수 있고, 상기 저급 알코올은 젖은 미세조류 균체의 0.2 내지 5배 부피 또는 0.5 내지 2배 부피로 처리될 수 있으며, 상기 교반은 15 내지 25℃의 온도로 수행될 수 있다.In the method for producing biodiesel, the lower alcohol may be methanol or ethanol, and the lower alcohol may be treated at 0.2 to 5 times the volume or 0.5 to 2 times the volume of the wet microalgae, RTI ID = 0.0 > 25 C. < / RTI >
상기 바이오디젤의 생산방법에 있어서, 상기 2차원심분리는 5,000 내지 18,000 rpm 또는 8,000 내지 12,000 rpm의 속도로 수행될 수 있다.In the method for producing biodiesel, the two-dimensional segregation may be performed at a rate of 5,000 to 18,000 rpm or 8,000 to 12,000 rpm.
상기 바이오디젤의 생산방법에 있어서, 상기 탈수 미세조류의 수득단계와 상기 지방산 에스터 전환단계 사이에 상기 탈수 미세조류를 건조하는 건조단계가 추가적으로 포함될 수 있다.In the method for producing biodiesel, a drying step of drying the dehydrated microalgae may be further included between the step of obtaining the dehydrated microalgae and the step of converting the fatty acid ester.
이때, 상기 건조단계는 자연건조, 온풍건조, 열풍건조 또는 동결건조에 의해 수행될 수 있다. At this time, the drying step may be performed by natural drying, hot air drying, hot air drying or freeze drying.
상기 바이오디젤의 생산방법에 있어서, 상기 촉매는 황산/에탄올 용액 또는 산이 처리된 바이오숯(biochar)일 수 있다.In the method for producing biodiesel, the catalyst may be a sulfuric acid / ethanol solution or an acid-treated biochar.
상기 바이오디젤의 생상방법에 따르면, 저급 알코을을 이용하여 탈수된 미세조류 균체를 별도의 건조 공정 없이 바로 바이오디젤 제조공정에 투입되거나 자연건조나 온풍 건조와 같이 고에너지를 필요로 하지 않는 건조공정을 통해 바이오디젤 제조공정에 투입할 수 있기 때문에, 매우 경제적이고 에너지 투입을 최소화한 채로 바이오디젤을 제조할 수 있다.According to the biodiesel production method, microbial cells dehydrated using a lower alcohol are directly added to a biodiesel production process without a separate drying process, or a drying process that does not require high energy such as natural drying or hot air drying It is possible to produce biodiesel with a very economical and minimized energy input because it can be supplied to the biodiesel manufacturing process.
미세조류 균체를 경제적이며 간단한 방법으로 건조가 가능한 방법으로 건조를 용이하게 하여 미세조류의 이용성을 높여 바이오디젤 제조의 원료, 양어장에서의 먹이 및 건강기능 식품의 원료를 손쉽게 만들 수 있다. 그러나, 이러한 효과에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The microalgae can be dried in a simple and economical manner and can be easily dried to increase the availability of microalgae, thereby making it possible to easily make raw materials for food and health functional foods in raw materials for production of biodiesel, fish farms and the like. However, the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조 세포와 탈수세포의 바이오디젤 전환율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄올 및 에탄올로 젖은 균체 탈수 시 손실되는 지질의 비율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알코올로 젖은 균체 탈수 후 건조된 세포의 무게를 시간에 따라 나타낸 그래프이다.
도 4는 두날리엘라 터티올렉타를 탈수 처리 하지 않고 오븐 건조 시 24시간 후 발견된 균체 오염(상)과 알코올로 젖은 균체 탈수 후 오븐 건조 시 40시간 후의 균체(하) 사진이다.
도 5는 두날리엘라 터티올렉타을 메탄올 1배 부피로 탈수한 후의 건조 전의 균체를 촬영한 사진이다.1 is a graph showing biodiesel conversion rates of lyophilized cells and dehydrated cells according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the ratio of lipids lost in the dehydration of microbial cells wetted with methanol and ethanol according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a time-dependent weight of dried cells after dehydration with an alcohol-wetted microbial cell according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a photograph of the microbial cells (top) found 24 hours after oven-drying without dehydration of Dnaliella elastotyecta and the microbial cells (bottom) after 40 hours of oven-drying after dewatering with alcohol.
FIG. 5 is a photograph of a microbial cell before drying after dehydration of a two-neck elator altioeta with a volume of methanol.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1: 두날리엘라 터티올렉타 LB 999 균체의 제조Example 1: Preparation of Dna nullitratioleta LB 999 cells
2.5 L 원통형 버블컬럼 배양기 2대에 각각 인공해수 및 f/2 배지(표 1 MBL+f/2 배지 조성)를 2 L를 주입하고 f/2 배지에서 유지 배양한 두날리엘라 터티올렉타(Dunaliella tertiolecta) LB 999를 각각 100 ml 접종한 다음 20일간 2% CO2를 포함한 공기를 0.1 vvm으로 공급하며 100 μE/m2/s의 빛을 조사함으로써 20∼25℃에서 종배양을 수행하였으며 70 L를 배양할 수 있는 평판형광생물 반응기(바이오트론사 제조)에 인공해수 및 f/2 배지 60 L를 주입하고 접종농도를 0.3 g/L로 하여 상기 종배양물을 접종한 다음 20일간 2% CO2를 포함한 공기를 0.2 vvm으로 공급하며 광도 100 μE/m2/s의 빛을 조사함으로써 20∼25℃에서 본배양하였다. 그런 다음, 배양액을 125 mm 원심분리관이 장착된 관형 원심분리기(한일과학 J-1250)를 사용하여 7,000 RPM에서 원심분리함으로써 세포를 회수하여 1,021 g의 젖은 두날리엘라 터티올렉타 LB 999 균체를 수득하였다. Two 2.5 L cylindrical bubble column incubators were charged with 2 L of artificial seawater and f / 2 medium (Table 1 MBL + f / 2 medium composition), respectively, and maintained with Dunaliella The cells were cultured for 20 days at 20 ~ 25 ℃ by irradiating with 100 μE / m 2 / s of air with 0.1% vm of air containing 2%
(Trace metal solution)Trace metal solution
(Trace metal solution)
실시예 2: 탈수세포로부터 바이오디젤의 제조Example 2: Preparation of biodiesel from dehydrated cells
상기 실시예 1에서 수득한 젖은 미세조류 균체 1066.9 mg을 5개의 샘플로 나누어 담고 동결건조하여 384.1 mg의 건조세포를 수득하였고 샘플 당 1 ml 씩 3% 황산/메탄올 용액을 넣고 65℃에서 3시간동안 바이오디젤로 직접 전환반응을 하였다. 또한 상기 실시예 1에서 수득한 젖은 미세조류 균체 1058.2 mg을 5개의 샘플로 나누어 담고 0.2 ml의 99.5% 메탄올을 넣은 후 5분간 15~25℃에서 교반(vortexing)하여 수분을 제거한 다음 10,000 RPM, 5분간 원심분리하여 상등액과 탈수 미세조류를 분리하였다. 분리 후 샘플 당 1 ml 씩 3% 황산/메탄올 용액을 넣고 65℃에서 3시간동안 바이오디젤로 직접 전환반응을 하여 건조세포와 전환율을 비교하였다(도 1).1066.9 mg of the wet microalgae cells obtained in Example 1 were divided into 5 samples and lyophilized to obtain 384.1 mg of dry cells. 3 ml of a 3% sulfuric acid / methanol solution was added per ml of the sample, and the mixture was incubated at 65 ° C for 3 hours Direct conversion reaction was carried out with biodiesel. 1058.2 mg of wet microalgae obtained in Example 1 was divided into five samples, 0.2 ml of 99.5% methanol was added, and vortexing was carried out at 15 to 25 ° C for 5 minutes to remove moisture. Then, 10,000 RPM, 5 The supernatant and dehydrated microalgae were separated by centrifugation for a minute. After separation, 3 ml of a 3% sulfuric acid / methanol solution was added to each sample in an amount of 1 ml, and the reaction was directly converted into biodiesel at 65 ° C for 3 hours to compare the conversion rate with dry cells (FIG.
그 결과, 메탄올을 이용하여 얻은 탈수 세포의 전환율은 동결건조 세포와 비교하여 차이가 거의 없었다(100.0%).As a result, the conversion rate of dehydrated cells obtained using methanol was not significantly different from that of lyophilized cells (100.0%).
실시예 3: 알코올 처리를 통한 미세조류의 탈수 및 건조Example 3 Dehydration and Drying of Microalgae by Alcohol Treatment
상기 실시예 1에서 수득한 젖은 균체를 50 mL 튜브 3개에 각각 5.00 g씩 정확히 정량한 후, 1개의 샘플은 비교군으로서 알코올을 첨가하지 않고, 나머지 2개의 샘플에 각각 99.5% 메탄올 5 ml와, 99.9% 에탄올 5 ml를 첨가하고 5분간 교반(vortexing) 한 후 2000 RPM 10분간 원심분리 하여 상등액을 각각 2 개의 50 ml 튜브에 분리한 후 담았다. 상등액의 지질량을 측정하고자 상등액에 1 N HCl을 0.5 ml 넣어 pH 2가 된 것을 확인한 후, 5 ml의 노르말 헥산을 투입 후 마개로 막고 20회 흔들어서 지질을 추출하였다. 노르말 헥산층을 10 ml 유리 바이알에 넣고 40℃에서 농축하여 지질의 무게를 측정한 후 세포내의 지질 양으로 나누어 주어 지질 손실율을 구하였다(도 2). The wet cells obtained in Example 1 were precisely weighed out in 5.00 g of each of three 50 mL tubes. One sample was added with 5 ml of 99.5% methanol to the remaining two samples without adding alcohol as a comparative group , 5 ml of 99.9% ethanol was added, vortexed for 5 minutes, centrifuged at 2000 RPM for 10 minutes, and the supernatant was separated into two 50 ml tubes. To determine the amount of supernatant, 0.5 ml of 1 N HCl was added to the supernatant. After confirming that the pH was 2, 5 ml of n-hexane was added, and the mixture was blocked with a stopper and shaken 20 times to extract lipids. The normal hexane layer was placed in a 10 ml glass vial and concentrated at 40 ° C. to measure the weight of the lipid, which was then divided into the amount of lipid in the cell to determine the lipid loss rate (FIG. 2).
그 결과, 메탄올을 이용하여 수분을 제거한 상등액은 지질 손실율이 0.87%로 에탄올의 지질 손실율 3.35%보다 적어, 효과적으로 지질 손실 없이 수분을 제거 할 수 있었다. As a result, the supernatant obtained by removing water using methanol had a lipid loss rate of 0.87%, which was lower than ethanol lipid loss rate of 3.35%, and was able to effectively remove moisture without lipid loss.
한편, 탈수한 미세조류 균체의 건조속도를 알아보고자 1개의 비교군 샘플 및 2개의 탈수세포가 들어있는 샘플을 40℃ 하에 오븐건조 하여 시간별로 건조속도를 비교하였다(도 3). On the other hand, in order to examine the drying rate of dehydrated microalgae, a sample containing one comparative group sample and two dehydrated cells was oven-dried at 40 ° C and the drying speed was compared with time (FIG.
그 결과, 알코올을 이용하여 얻은 탈수 세포는 40시간 이내에 건조가 되었으나(도 4의 하단), 알코올 처리를 하지 않은 비교군 샘플은 24시간 후에 측정 시 오염이 발견되었으며(도 4의 상단) 70시간이 지난 후에도 완전히 건조되지 않았다.As a result, the dewatered cells obtained by using the alcohol were dried within 40 hours (lower part of FIG. 4), but the samples of the control group without alcohol treatment showed contamination when measured after 24 hours (upper part of FIG. 4) It was not completely dry after this.
실시예 4: 두날리엘라 터티올렉타 젖은 세포의 탈수Example 4: Dehydration of wet cells in Dulnali elatatus oltata
상기 실시예 1에서 수득한 젖은 미세조류 균체 954 g에 1 L의 99.5% 메탄올을 넣은 후 5분간 15~25℃에서 마그네틱 교반기를 사용하여 교반한 다음 4,500 RPM, 20분간 원심분리하여 상등액과 탈수 미세조류를 분리하였다. 탈수한 미세조류 균체의 양은 460 g이었다(도 5). 상등액의 지질량을 측정하고자 상등액에 1 N HCl을 15 ml를 첨가하여 pH 2가 된 것을 확인한 후, 2 L 분액여두에 상등액과 1000 ml 의 노르말 헥산을 투입 후 마개로 막고 분액여두를 뒤집어 흔들어서 지질을 추출하였다. 상층을 라운드 플라스크에 넣고 40℃에서 농축하여 지질의 무게를 측정하였다. 이 때 농축된 상등액의 지질양은 0.48 g로 메탄올 처리에 의해 상등액으로 손실되는 지질의 양은 미미하였다. 1 L of 99.5% methanol was added to 954 g of the wet microalgae cells obtained in Example 1, stirred at 15 to 25 ° C for 5 minutes using a magnetic stirrer, and then centrifuged at 4,500 rpm for 20 minutes to obtain a supernatant and dehydrated fine The algae were separated. The amount of dehydrated microalgae cells was 460 g (Fig. 5). To measure the supernatant volume, 15 ml of 1 N HCl was added to the supernatant to confirm that the pH was 2, and then the supernatant and 1000 ml of normal hexane were added to the 2 L separatory funnel. The supernatant was blocked with a stopper, . The upper layer was placed in a round-bottomed flask and concentrated at 40 ° C. to measure the weight of the lipid. The lipid content of the supernatant was 0.48 g, and the amount of lipid lost to the supernatant by methanol treatment was negligible.
본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, it is to be understood that various changes and modifications may be suggested to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (19)
상기 젖은 미세조류 균체에 탄소수 1 내지 3의 저급알코올을 가하고 교반하는 알코올 처리 단계;
알코올 처리된 미세조류를 2차원심분리한 후 상등액을 제거하여 탈수된 미세조류를 회수하는 탈수 미세조류 수득단계; 및
상기 탈수 미세조류균주에 촉매를 가하여 상기 균주 내에 존재하는 지방산 글리세롤을 지방산 에스터로 전환시키는 지방산 에스터 전환단계를 포함하는 바이오디젤의 생산방법.Obtaining wet microalgae cells by one-dimensional segregation of microalgae to obtain wet microalgae cells;
An alcohol treatment step of adding a lower alcohol having 1 to 3 carbon atoms to the wet microalgae cells and stirring;
A step of obtaining a dehydrated microalgae by recovering dehydrated microalgae by removing the supernatant after two-dimensional segregation of alcohol-treated microalgae; And
And converting the fatty acid ester into fatty acid ester by adding a catalyst to the dehydrated microalgae strain to convert the fatty acid glycerol present in the strain into a fatty acid ester.
상기 미세조류는 두날리엘라(Dunalliella), 클라미도모나스(Chlamydomonas ), 쎄네데무스(Scenedesmus), 클로렐라(Chlorella), 유글레나(Euglena), 테트라셀미스(Tetraselmis), 보트리오코커스(Botryococcus), 난노클로롭시스(Nannochloropsis), 코코믹사(Coccomyxa), 패오닥티룸(Phaeodactylum), 시조키트리움(Schizochytrium) 및 아르스로피라(Arthrospira)로 구성된 군으로부터 선택되는 속 중 하나 이상인, 바이오디젤의 생산방법.11. The method of claim 10,
Wherein the microalgae are two throwing away Ella (Dunalliella), Chlamydomonas (Chlamydomonas), theta nede mousse (Scenedesmus), Chlorella (Chlorella), euglena (Euglena), tetra-cell Miss (Tetraselmis), boat Rio Rhodococcus (Botryococcus), nanno Chloe Rob sheath (Nannochloropsis), nose Comics Inc. (Coccomyxa), lost ohdak tea room (Phaeodactylum), the eponymous kit Leeum (Schizochytrium) and to Ars least one of the speed is selected from the group consisting of Fira (Arthrospira), the method of production of bio-diesel .
상기 두날리엘라는 두날리엘라 아시도필리아(D. acidophila), 두날리엘라 바르다윌(D. bardawil), 두날리엘라 바이오쿠라타(D. bioculata), 두날리엘라 라테랄리스(D. lateralis), 두날리엘라 마리티마(D. maritima), 두날리엘라 미누타(D. minuta), 두날리엘라 파바(D. parva), 두날리엘라 페어세이(D. peircei), 두날리엘라 폴리모파(D. polymorpha), 두날리엘라 프리모렉타(D. primolecta), 두날리엘라 슈도살리나(D. pseudosalina), 두날리엘라 쿼토렉타(D. quartolecta), 두날리엘라 살리나 테오도르(D. salina Teodor.), 두날리엘라 테티오렉타(D. tertiolecta), 두날리엘라 살리나(D. salina) 또는 두날리엘라 비리디스(D. viridis)인, 바이오디젤의 생산방법.12. The method of claim 11,
The dunalia may be selected from the group consisting of D. acidophila , D. bardawil , D. bioculata , D. lateralis , , D. maritima , D. minuta , D. parva , D. peircei , and Dunaalia polyomorpha ( D. maritima ) D. polymorpha , D. primolecta , D. pseudosalina , D. quartolecta , D. salina teodor ., And the like . , D. tertiolecta , D. salina , or D. viridis . The method of producing biodiesel is as follows.
상기 1차원심분리는 2,000 내지 9,000 rpm의 속도로 수행되는, 바이오디젤의 생산방법.11. The method of claim 10,
Wherein the one-dimensional segregation is performed at a rate of 2,000 to 9,000 rpm.
상기 저급알코올은 메탄올 또는 에탄올인, 바이오디젤의 생산방법.11. The method of claim 10,
Wherein the lower alcohol is methanol or ethanol.
상기 저급 알코올은 젖은 미세조류 균체의 0.2 내지 5배 부피로 처리되는, 바이오디젤의 생산방법.11. The method of claim 10,
Wherein the lower alcohol is treated with 0.2 to 5 times the volume of wet microalgae.
상기 2차원심분리는 5,000 내지 18,000 rpm의 속도로 수행되는, 바이오디젤의 생산방법.11. The method of claim 10,
Wherein the two-dimensional segregation is performed at a rate of 5,000 to 18,000 rpm.
상기 탈수 미세조류의 수득단계 이후에 상기 탈수 미세조류를 건조하는 건조단계가 추가적으로 포함되는, 바이오디젤의 생산방법.17. The method according to any one of claims 10 to 16,
Further comprising the step of drying the dehydrated microalgae after the step of obtaining the dehydrated microalgae.
상기 건조단계는 자연건조, 온풍건조, 열풍건조 또는 동결건조에 의해 수행되는, 바이오디젤의 생산방법.18. The method of claim 17,
Wherein the drying step is performed by natural drying, hot air drying, hot air drying or freeze drying.
상기 촉매는 황산/에탄올 용액 또는 산이 처리된 바이오숯(biochar)인, 바이오디젤의 생산방법.11. The method of claim 10,
Wherein the catalyst is a sulfuric acid / ethanol solution or an acid-treated biochar.
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