KR100205255B1 - 유기황 화합물이 함유된 화석연료를 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용한 탈황방법 - Google Patents

유기황 화합물이 함유된 화석연료를 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용한 탈황방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기황 화합물을 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca) 균주 및 그를 이용한 탈황방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 석유와 석탄과 같은 화석연료내에 존재하는 황 함유의 유기타소 화합물로부터 황을 제거할 수 있는 신규의 미생물인 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용하여 화석연료내의 황 성분 또는 방향족 화합물을 제거하는 생물학적 방법에 관한 것이다. 본 발명의 분리균주는 고농도의 디벤조티오펜, 예를 들면 헥사데칸/디벤조티오펜 용해계나 유기황 농도가 높은 실제 연료유에 대해서도 효율적인 탈활효과를 나타내고, 종래의 탈황균주와는 달리, 균주생산의 탈황반응시 별도의 첨가물을 요구하지 않아 경제적이며, 바다 신속하게 탈황시킨다는 장점을 가지고 있다. 또한, 전기 분리균주는 유기황 화합물 뿐만 아니라, 기타 방향족 화합물들도 효과적으로 제거한다.

Description

유기황 화합물이 함유된 화석연료를 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용한 탈황방법
제1도는 디벤조티오펜의 구조를 나타낸다.
제2도는 디벤조티오펜을 유일황원으로 한 최소배지에서의 크렙시엘라 옥시토카 A23-3 균주의 성장 정도를 나타내는 그래프이다.
제3도는 디벤조티오펜/에탄올계에서의 크렙시엘라 옥시토카 A23-3 균주에 의한 디벤조티오펜 제거도를 나타내는 그래프이다.
제4도는 디벤조티오펜/헥사데칸계에서의 크렙시엘라 옥시토카 A23-3 균주에 의한 디벤조티오펜 제거도를 나타내는 그래프이다.
제5도는 실제 고유황 유분에서의 크렙시엘라 옥시토가 A23-3 균주에 의한 디벤조티오펜 및 기타 방향족 화합물들의 제거도를 나타내는 고속액체 크로마토그램이다.
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 유기황 화합물이 함유된 화석연료를 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카(Klebsiella olxytocd) 균주 및 그를 이용한 탈황방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 석유와 석탄과 같은 화석연료내에 존재하는 황 함유의 유기탄소 화합물로부터 황을 제거할 수 있는 신규의 미생물인 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용하여 화석연료내의 황 성분 또는 방향족 화합물을 제거하는 생물학적 방법에 관한 것이다.
석유나 석탄과 같은 화석연료내에 포함된 200여종 이상의 많은 유기 및 무기황 화화물들은 연소시 이산화황(SO2)을 생성시켜 대기 오염을 유발할 뿐만 아니라, 산성비의 원인이 되어 생태계에 악영향을 미치기 때문에, 화석연료의 황 함량을 근본적으로 감소시키기 위한 연소전 탈황방법이 사용되고 있다. 화석연료내의 유기황 분자들은 무기황에 비해 상대적으로 제거가 어려운데, 석유류의 경우에는 특히 거의 모든 황 성분이 유기황 형태로 존재한다.
통상적으로, 석유류 제품의 연소전 탈활을 위해서는 온도 300∼360℃, 압력 35℃170기압의 조건하에서 수소를 첨가하는 수첨탈황공정이 사용되고 있지만, 원유와 유분에 따라 차이는 있을지언정, 전체 황의 30%이상을 차지하는 것으로 알려진 디벤조티오펜(dibenzothiophene)과 이보다 복잡한 구조를 가지는 화합물에 대해서는 수첨탈황반응만으로 효율적인 탈황이 어렵고, 고심토 탈황에 의해서만 화의 제거가 가능하다는 단점이 있었다. 고심도 탈화의 어려움, 저유황 원유의 가소 및 보다 강력해진 환경규제 등을 고려할 때, 석유나 석탄 등의 화석연료내 유기황의 제거를 위해서는 저에너지 소비형 석유탈황기술이 사용이 요구되고 있다.
한편, 유기황 화합물을 선택적으로 제거할 수 있는 탈황세균을 이요하는 생물학적 탈황방법은 탈황반응이 상온·상압하에서 수행되므로, 종래의 수소를 사용하는 화학적 탈황방법에 비해 장치설비비와 운전비 등을 절감할 수 있고, 특히 화학적 탈황방법으로는 제거가 어려운 디벤조티오펜 등의 복잡한 구조를 가지는 유기황 화합물까지도 비교적 용이하게 탈황시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
미생물을 이용한 화석연료의 생물학적 탈황법은 일반적으로 호기적인 조건이나 혐기적인 조적에서 이루어진다. 호기성 세균을 이용한 탈황법은 유기황 분자의 탈황반응이 호기적 조건에서 진행되므로, 혐기성 세균을 이용한 탈황법과 비교하여 탈황속도면에서 우수하고, 고가의 수소나 전기적 환원력, 혐기 유지를 위한 첨가물 및 별도의 장치를 필요로 하지 않는 장점을 가진다.
이러한 기술배경하에서, 몇몇의 연구자들은 화석연료의 유기탄소원들과 화학적으로 결합되어 있는 대표적인 유기황 화합물인 디벤조티오펜을 분해할 수 있는 신규의 균주 득, 로도코코스 에리스로폴리스 D-1을 토양으로부터 분리하였고, 그 균주가 0.125mM의 디베조티오펜만을 유일황원으로 하는 배지에서 양호한 성장과 분해능을 나타내며, 또한 휴식세포를 사용하는 경우 뿐만 아니라, 다른 균주와의 혼합배양을 통해서도 디벤조티오펜의 분해가 가능함을 확인하였다. (참조: Izumi, Y., Appl. Environ. Microbiol., 60(1):223-226(1994): Kayser, K.J., J. General Microbiol., 139:3123-3129(1993)). 그러나 이들 문헌에서는 비교적 저농도의 디벤조티오펜을 함유하는 에탄올-용해 시스템을 사용함으로써, 로도코코스 에리스로폴리스 D-1이 저농도의 디벤조티오펜을 용이하게 분해할 수 있음을 입증하였으나, 석유내에 실제 존재하는 고농도의 디벤조티오펜이나 수소화 탈황공정을 거치지 않은 실제 유분에서의 분해능은 아직 밝히지 못하고 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
이에, 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하고자 예의 연구노력한 결과, 상온·상압의 호기적 조건하에서 디벤조티오펜을 선택적으로 제거할 수 잇는 신규 미생물인 크렙시엘라 옥시토카 균주를 토양으로부터 분리하고, 그 균주가 고농도의 디벤조티오펜이나 유기황 농도가 높은 실제 연료유에 대해서도 효율적인 탈황효과를 나타낼 뿐만 아니라, 종래의 탈황균주와는 달리, 균주생산 및 탈황 반응시 별도의 첨가물을 요구하지 않아 경제적임을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다. 또한, 본 발명자들은 전기 크렙시엘라 옥시토카 균주가 유기황 화합물인 디벤조티오펜 뿐만 아니라, 기타 방향족 화합물들도 제거함을 확인하였다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 화석연료내의 유기황을 선택적으로 제거할 수 있는 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 신규의 크렌시엘라 옥시토카 균주를 이용한 호기조건하에서의 유기황 탈황방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주를 이용한 호기조건하에서의 방향족 화합물 제거방법을 제공하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
디벤조티오펜 탈황능을 가진 신규의 균주를 분리하기 위하여, 제1도와 같은 구조를 갖는 디벤조티오펜을 유일황원으로 하는 최소배지에서 성장하는 미생물 균주를 원유로 오염된 토양 시료로부터 분리하고, 버기스 메뉴엘(Bergey`s manual)에 따라 그의 각종 균학적 특성을 조사한 결과, 크렙시엘라 옥시토카 종에 속하는 신규의 균주인 것으로 확인되었다.
전기 분리균주를 탈황에 이용할 시료로 제조하기 위하여, 우선 포도당과 효모 추출액이 첨가된 기본 염배지나 포도당이 첨가된 기본염배지에 유기황 화합물, 예를 들면 디벤조티오펜을 첨가하고, 20∼37℃의 호기적 조건하에서 상기의 분리균주를 접종하여 배양하고, 원심분리하여 세포를 수득한다. 이렇게 수득한 세포를 파쇄하여 세포 파쇄액을 얻거나, 세포 파쇄액으로부터 유기황 화합물을 분해하는 황성을 지닌 효소를 정제한다.
상기에서 얻은 크렙시엘라 옥시토카 분리균주의 전세포(whole cell), 세포 파쇄액 또는 정제효소를, 공기나 산소를 공급하는 호기상태에서 화석연료 또는 유기황 화합물이 함유된 물질과 접촉시키으로써, 유기황 화합물을 산화시켜 탈황시킨다. 또한, 화학적 탈황방법으로 얻은 낮은 황 함량의 화석연료의 고심도 탈황시에, 상기 분리균주의 전세포, 세포 파쇄액 또는 정재효소를 이용할 수도 있다.
아울러, 방향족 화합물을 제거하기 위해서는 상술한 기본염배지에 유기황 화합물 또는 방향족 화합물이 첨가된 배지에서 크렙시엘라 옥시토카 A23-3 균주를 배양하고 그를 수득한 다음, 화석연료 또는 방향족 화합물들이 함유된 물질과 접촉시킨다는 점을 제외하고는, 상기 유기황 탈황방법과 동일한 방법으로 방향족 화합물들을 제거한다. 이때, 유기황 탈황시와 마찬가지로, 크렙시엘라 옥시토카 분리균주의 전세포, 세포 파쇄액 또는 방향족 화합물을 분해하는 활성을 지닌 효소가 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발면을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 다업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
[실시예1]
디벤조티오펜 탈황능을 가진 균주의 분리 및 동정
디벤조티오펜 탈황능을 가진 신규의 균주를 분리하기 위하여, 원유로 오염된 토양 시료들로부터 연속, 집식 배양에 의한 미생물의 선별단계를 거쳐 선정된 균주들을 디벤조티오펜을 유일황원으로 하는 최소배지 즉, 염화나트륨 0.5g/L, 제일인산칼리 0.5g/ L,제일인산암모늄 0.5g/L, 염화마그네슘1g/L 및 염화암모늄2g/L로 구성된 기본염배지에 포도당 10g/L 및 무수에탄올에 용해된 디벤조티오펜 0.184g/L가 첨가된 성장배지에서 배양시킨 다음, 디벤조티오펜 탈황능을 가진 균주를 분리하였다. 이어, 그를 동정하기 위하여 버기스 매뉴얼(Berge`s manual)에 따라 각종 균학적 특성을 조사하였다. 그 결과, 분리 균주는 그람 음성의 단간균으로서, 카탈라제 양성반응 및 옥시다제 음성반응을 나타내며, 세포막 인지질 조성과 퀘논 조성 등의 화학분류학적 분석에서, 균체의 지방산은 탄소수 16개(C16:0, C16:1), 탄소수 17개(C17:0 시클로), 탄소수 18개(C18:1)를 주요 구성성분으로 하고, 퀘논으로는 유비퀘논-8만이 검출되었다. 또한, 보다 구체적인 균학적 성질은 하기 표1에 나타내었다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
상기 표에서 v는 분명치 않음(vague)을 나타낸다.
상술한 균학적 특성으로부터, 분리 균주는 신규의 크렙시엘라 옥시토카인 것으로 확인되었으며, 그를 크렙시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca) A23-3으로 명명하고, 1996년 8월 14일자 국제기탁기관인 한국과학기술연구원 부설 생명공학연구소 유전자은행(KCTC)에 기탁번호 KCTC 0276BP로 기탁하였다.
[실시예 2]
디벤조티오펜을 유일황원으로 한 최소배지에서의 균주 성장 확인
크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주에 의한 디벤조티오펜의 탈황능을 조사하기 위하여, 실시예 1의 기본염배지에 포도당 10g/L가 첨가된 배지 20mL를 250mL 삼각플라스크에 첨가하고 멸균처리한 다음, 무수에탄올에 용해된 디벤조티오펜 용액을 0.184g/L(1 밀리몰) 농도가 되도록 첨가하였다. 여기에 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주를 접종하고, 균주의 성장도를 경시적으로 측정하였다(참조: 제2도). 이때, 대조구는 본 균주를 멸균 증류수에 접종한 경우, 포도당을 포함한 기본염배지에 접종한 경우, 포도당을 포함한 기본염배지에 황산마그네슘1g/L를 첨가한 배지에 접종한 경우의 3가지로 하였다. 상기에서, 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주는 고체 배지에서 형성된 하나의 세포 집락을 회수하고, 그를 살규 증류수에 현타한 다음, 이를 각 배지에 약 0.06g/L의 건조균체량이 되도록 접종하였다.
제2도에서 보듯이, 멸균 증류수와 디벤조티오펜이 제외된 포도당-기본염배지에서는 균체성장이 나타나지 않았으며 황원으로 디벤조티오펜을 첨가한 경우에는 접종 초기의 흡광도(600nm)가 0.078, 7일 배양시 0.232, 14일 배양시 0.44, 21일 배양시 1.097로 나타났는 바, 초기 균체성장은 느릴지라도 시간경과에 따라 양호한 성장을 나타냄을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276bp) 균주는 디벤조티오펜을 유일황원으로 하여 성장가능함을 확인한다.
[실시예 3]
무수에탄올에 용해된 고농도 디벤조티오펜에 대한 균주의 탈황능
실시예 2의 포도당-기본염배지 10mL를 함유한 250mL 삼각 플라스크를 멸균하고, 무수에탄올에 용해된 디벤조티오펜 용액 0.2mL를 첨가하여, 초기 디벤조티오펜 농도가 0.0368증량%(2밀리몰) 되도록 조정한 다음, 탈황균주 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP)를 접종하고 30℃에서 48시간 진탕 탈황반응시킨 후, 제거된 디벤조티오펜의 양을 측정하였다(참조: 제3도). 그 결과, 48시간 탈황반응시 디벤조티오펜의 최종 농도는 약0.011중량%로 감소되었으며, 이는 약 70%의 디벤조티오펜 제거율을 나타낸다.
[실시예 4]
헥사데칸에 용해된 고농도 디벤조티오펜에 대한 규주의 탈황능
디벤조티오펜/에탄올 용해계보다 높은 함량의 디벤조티오펜을 포함하며, 실제 연료유와 보다 유사한 용해계인 디벤조티오펜/헥사데칸 용해계를 사용하여 그에 대한 균주의 탈황능을 알아보고자 하였다. 즉, 실시예 2의 포도당-기본염 배지 9mL를 포함한 250mL 삼각 플라스크를 멸균하고, 순수 헥사데칸에 용해된 200mM 디벤조티오펜 용액 1mL첨가하여, 초기 디벤조티오펜 농도가 3.68중량%(200밀리몰) 되도록 조정한 다음, 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주를 접종하여, 30℃에서 120시간 동안 진탕 탈황반응시킨 후, 제거된 디벤조티오펜의 양을 측정하였다.(참조: 제4도), 그 결과, 120시간 탈황반응시 디벤조티오펜의 최종 농도는 약 0.68중량%로 감소되었으며, 이는 약 80%의 디벤조티오펜 제거율을 나타낸다.
[실시예 5]
고유황 유분에 포함된 디벤조티오펜 및 방향족 화합물에 대한 균주의 제거능
황 함량이 약 1중량%인 고유황 화석연료 MDU Feel(middle distillate unit feed) 1mL와 황 함량이 약 0.7중량%인 LGO(light gas oill) 1mL 각각을 실시예 4와 동일한 방법으로 9mL 포도당-기본염배지에 첨가하고, 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주를 접종한 다음, 30℃에서 120시간 동안 진탕 탈황반응시키고, 반응액을 회수하여 고속액체크로마토그래피(hihg performance liquid chromatogra phy: HPLC)하여, 디벤조티오펜을 포함한 방향족 화합물들의 제거정도를 측정하였다(참조: 제5도). 그 결과, 유기황 화합물인 디벤조티오펜 뿐만 아니라, 대부분의 기타 방향족 화합물이 동시에 제거됨을 알 수 있었다.
[발명의 효과]
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명의 균주는 고농도의 디벤조티오펜, 예를 들면 헥사데칸/디벤조티오펜 용해계나 유기황 농도가 높은 실제 연료유에 대해서도 효율적인 탈황효과를 나타내고, 종래의 탈황균주와는 달리, 균주생산 및 탈황반응시 별도의 첨가물을 요구하지 않아 경제적이며, 보다 신속하게 탈황시킨다는 장점을 가지고 있다. 또한, 전기 분리균주는 디벤조티오펜 등의 유기황 화합물 뿐만 아니라, 기타 방향족 화합물들도 효과적으로 제거한다.

Claims (7)

  1. 유기황 화합물을 유일황원으로 이용하는 크렙시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca) A23-3(KCTC 0276BP) 균주.
  2. 제1항의 미생물 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP)과 화석연료 또는 유기황 화합물이 함유된 물질을 호기상태에서 접촉시킴으로써, 유기황 화합물을 제거하는 유기황 탈황방법.
  3. 제 2항에 있어서, 화학적 탈황방법으로 얻은 낮은 황 함량의 화석연료의 고심도 탈황시, 크렙시엘라 옥시토카 23-3(KCTC 0276BP) 미생물을 이용하는 것을 특징으로 유기황 탈황 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 미생물은 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주의 전세포(whole cell), 세포 파쇄액 또는 전기 균주로부터 얻은 유기황 화합물을 분해하는 활성을 지닌 효소인 것을 특징으로 하는 유기황 탈황방법
  5. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 유기황 화합물은 디벤조티오펜(dibenzothiophene)인 것을 특징으로 하는 유기황 탈황 방법.
  6. 제1항의 미생물 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC0276BP)과 화석연료 또는 방향족 화합물이 함유된 물질을 호기상태에서 접촉시킴으로써, 방향족 화합물을 제거하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 미생물은 크렙시엘라 옥시토카 A23-3(KCTC 0276BP) 균주의 전세포(whole cell), 세포 파쇄액 또는 전기 균주로부터 얻은 방향족 화합물을 분해하는 활성을 지닌 효소인 것을 특징으로 하는 방향족 화합물의 제거방법.
KR1019970009576A 1997-03-20 1997-03-20 유기황 화합물이 함유된 화석연료를 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용한 탈황방법 KR100205255B1 (ko)

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KR1019970009576A KR100205255B1 (ko) 1997-03-20 1997-03-20 유기황 화합물이 함유된 화석연료를 탈황시키는 신규의 크렙시엘라 옥시토카 균주 및 그를 이용한 탈황방법

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KR100800566B1 (ko) 2006-08-22 2008-02-04 식물보호기술(주) 크랩시엘라 옥시토카 ｃ1036 균주 및 이를 이용한 식물의생장 촉진과 식물병 방제 및 환경 스트레스에 대한 피해감소 방법

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KR100800566B1 (ko) 2006-08-22 2008-02-04 식물보호기술(주) 크랩시엘라 옥시토카 ｃ1036 균주 및 이를 이용한 식물의생장 촉진과 식물병 방제 및 환경 스트레스에 대한 피해감소 방법

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