KR100226128B1 - 광을 필요로 하는 미생물의 광조사 면적을 넓힌 배양기 - Google Patents

광을 필요로 하는 미생물의 광조사 면적을 넓힌 배양기 Download PDF

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Abstract

[청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야]
본 발명은 광을 생장조건으로 하는 미생물을 생산할 수 있는 미생물 배양기에 관한 것이다.
[발명이 해결하고자 하는 기술적 과제]
본 발명은 미생물 배양탱크의 내부에 광원을 설치하여 미생물에 공급되는 광조사 면적을 증가시키므로써, 미생물의 생산성을 향상시킬 수 있는 미생물 배양기를 제공한다.
[발명의 해결방법의 요지]
제3a도 및 제3b도에 도시된 바와 같이 배양탱크(15)의 외부에는 배양탱크의 내부로 광을 조사할 수 있도록 외부 광원(17)을 설치하며, 배양탱크의 내부에는 내부 광원(20)을 설치한다.
[발명의 중요한 용도]
토양과 공기 및 수질을 오염시키는 가축의 분뇨 및 폐기물을 분해 시키는데 유용한 미생물을 대량생산하여 환경오염을 방지할 수 있도록 한다.

Description

광을 필요로 하는 미생물의 광조사 면적을 넓힌 배양기
본 발명은 광을 생장조건으로 하는 미생물의 배양을 촉진하여 미생물을 대량으로 생산할 수 있도록 하는 미생물 배양기에 관한 것이다.
최근 가축의 분뇨 및 폐기물은 토양, 공기 및 수질을 크게 오염시켜 자연환경을 파괴시키고 있다. 이에 대한 해결책으로 광합성 미생물을 이용하여 가축의 분뇨 및 폐기물을 분해하여 자연환경을 보존할 수 있는 방안이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
상기의 광합성 미생물로는 일반적으로 홍색무유황세균(Rhodospirillaceae), 홍색유황세균(Chlomatiaceae),녹색유황세균(Chlorobiaceae),녹색무유황세균(Chloroflexaceae)의 4가지 과(Family)로 분류되는데, 이들 중 홍색무유황세균은 자연에 폭넓게 존재하면서 질소 고정 및 이산화탄소 동화에 중요한 역할을 한다. 특히 홍색무유황세균에 속한 로도슈도모나스 캅셀레타(R.Capsulata)는 혐기적 광합성 조건이나 호기적 광합성 조건 및 암소와 명소 모두에서 생존하고, 당과 피루브산 및 지방산과 디카르복실산 등의 많은 유기물질을 지지하며, 환경을 정화하는데 유용한 미생물로 사용한다.
상기한 캅셀레타를 가축의 분뇨 및 폐기물에 공급하면 생물체에 유독한 물질의 발생없이 안정한 유기물로 전환시킬 수 있으며, 분뇨 및 폐기물의 악취와 수분을 줄여 폐기물의 2차 처리를 용이하게 하므로써, 폐기물의 처리시간 및 처리규모를 축소할 수 있다. 따라서 캅셀레타를 비롯한 광합성 미생물의 수요가 증대되어 대량생산의 필요성이 절실하게 되었다.
본 발명은 이러한 광을 생장조건으로 하는 미생물을 대량으로 생산할 수 있는 배양기에 관한 것이다.
종래의 미생물 배양기는 제1도에 개략적으로 도시한 바와 같이 투명재질의 배양탱크(15) 내에 저장된 배양액(16)은 모우터(10), 풀리(11) 및 벨트(12)에 의하여 구동되는 배양액 교반 스크류(14a)에 의하여 교반되며, 배양탱크의 외부에 설치된 외부 광원(17)으로부터 광이 조사된다. 이와같은 종래의 미생물 배양기는 외부 광원으로부터만 광이 조사되므로 배양탱크의 크기가 증대되면 외부에서 공급하는 광원의 광량에 한계가 있으므로 광합성 미생물의 생산량이 감소하는 문제점이 있다.
상기한 미생물의 생산량 감소에 대한 실예를 실시한 실험을 통하여 설명하면 다음과 같다.
채취한 캅셀레타 균주를 탄수화물, 알코올, 유기산, 지방질, 무기물 및 유기화합물이 함유된 한천 배지에 도말하여 적정 PH로 유지시킨 후 30-50℃의 온도에서 7-10일간 인큐베이트하여 얻은 미생물 종균을 준비하며, 외부 광원이 장착된 반경이 90㎜인 원통형 배양탱크 내에 배양액을 5ℓ정도 채운 후 준비된 미생물 종균을 투입한다. 이어서 자연광과 유사한 할로겐, 형광등, 백열등중에서 선택한, 바람직하게는 백열등을 조사하면서 100-150rpm의 속도를 가진 교반 스크류에 의하여 교반을 행한다. 상기의 배양조건하에서 배양하면 미생물에 조사되는 광면적은 약 277㎠/ℓ로서 미생물은 3일만에 대수 성장기에 접어들었다. 또한 상기와 동일한 형태의 배양기를 사용하되 반경을 300㎜로 늘리고, 배양액을 200ℓ정도 채운 후 상기와 동일한 방법으로 외부 광원장치에서 광원을 공급하며, 200rpm의 속도로 교반하면 미생물에 조사되는 광면적은 약 80.9㎠/ℓ로서 3일만에 미생물이 대수 성장기에 접어들었다. 또한 상기와 동일한 형태의 배양기를 사용하되 반경을 350㎜로 늘리고, 배양액을 500ℓ정도 채운 후 동일한 방법으로 광원을 조사하면서 약 200rpm의 속도로 교반하여 배양하면, 미생물에 조사되는 광면적은 약 64.7㎠/ℓ로서 미생물이 대수 성장기에 접어드는 시간은 약 7-10일이 소요되었다. 따라서 그 원인을 추적 조사한 결과 배양액의 ℓ당 광면적이 엄청나게 많이 줄어들어 있음을 알았다. 즉 배양기의 크기를 증가시킬수록 미생물에 조사되는 광면적이 감소되어 미생물의 대수 성장기까지 소요되는 시간이 더 늘어나게 된다. 따라서 교반기를 제어하는데 따르는 시간과 공급되는 원료 및 배양환경 조성에 대한 조절 등이 어렵게 되므로 미생물의 배양 촉진성 및 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 미생물 배양기의 광조사 장치를 개량하여 미생물에 조사되는 광조사 면적을 확대시키므로써 단시간에 많은 양의 미생물을 얻을 수 있도록 한다.
본 발명의 목적은 외부에 장착한 광원 이외에 배양탱크 내에 광원을 추가로 장착하여 미생물의 광조사 면적이 확대되도록 하는 미생물 배양기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 광원이 장착된 미생물 배양탱크와 보조 배양탱크를 연결하여 배양액을 순환시켜 미생물에 조사되는 광조사 면적을 확대시키므로써, 미생물의 배양이 촉진되어 생산성이 향상될 수 있는 미생물 배양기를 제공하는 것이다.
제1도는 종래의 유광 미생물 배양기를 나타낸 종단면도.
제2a도 및 제2b도는 본 발명의 내부 광원이 장착된 미생물 배양기의 횡단면도 및 종단면도.
제3a도 및 제3b도는 본 발명의 다른 내부 광원이 장착된 미생물 배양기의 횡단면도 및 종단면도.
제4a도 및 제4b도는 본 발명의 다른 내부 광원이 장착된 미생물 배양기의 횡단면도 및 종단면도.
제5a도 및 제5b도는 본 발명의 보조 배양탱크와 연결된 미생물 배양기의 평면도 및 정면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 모우터 14a : 배양액 교반 스크류
15 : 미생물 배양탱크 16 : 배양액
17, 53 : 외부 광원 20 : 내부 광원
40 : 배양액 연통구멍 50 : 보조 배양탱크
51 : 배양액 순환펌프 52 : 배양액 이동 파이프
본 발명의 미생물 배양기는 제2a도 내지 제4b도에 개략적으로 도시한 바와 같이 광투과성의 투명재질로 이루어진 원통형 배양탱크(15)와, 배양탱크의 외부에 설치되어 배양탱크의 내부로 광을 조사하는 외부 광원(17) 및 배양탱크의 내부에 설치되어 배양액(16)에 광을 조사하는 내부 광원(20)으로 이루어지며, 각각의 광원(17,20)은 자연광과 같은 파장을 갖는 광원, 즉 백열등 또는 할로겐등 같은 광원을 장착하여 구성한다. 상기한 내부 광원은 배양탱크의 본체와 동일하거나 또는 유사한 광투과성 재질로 이루어진 원통형의 용기(33) 내에 백열등 또는 할로겐등과 같은 광원(20)을 장착하여 구성한다. 상기 구성의 미생물 배양기는 배양탱크의 내부 및 외부의 광원에서 각각 광을 조사하므로 배양액(16)에 조사되는 광면적이 확대되어 미생물의 번식이 활발하게 이루어진다.
제5a도 및 제5b도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 것으로서, 배양탱크(15)의 상하에 배양액 이동 파이프(52)를 개재하여 배양탱크의 본체와 동일 또는 유사한 소재로 형성된 다수의 보조 배양탱크(50)를 연결하며, 배양탱크 및 보조 배양탱크의 외부에는 배양탱크 및 보조 배양탱크의 내부로 광을 조사하는 외부 광원(53)을 설치한다. 상기한 구성의 미생물 배양기의 배양탱크 내부 배양액(16)은 배양액의 레벨차 또는 순환펌프(51)의 작동에 의하여 이송 파이프(52)를 통해 보조 배양탱크로 순환되므로 각각의 보조 배양탱크(50) 외부에 설치된 외부 광원(53)으로부터 배양액에 조사되는 광면적이 확대되어 미생물의 번식이 활발하게 이루어진다.
이하에서 도면과 함께 실시예를 통하여 본 발명의 미생물 배양기를 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
2중 광원으로 된 내부 광원장치를 장착한 미생물 배양기.
제3a도 및 제3b도에 도시한 미생물 배양기를 사용하여 미생물 배양을 실시하면 다음과 같다.
직경이 1,400㎜, 높이가 1,000㎜ 이상인 광투과성 재질로 이루어진 배양탱크(15)의 외부에 광 공급용 백열등(17)을 배양탱크의 외부 벽면을 따라 다수 설치하고, 배양탱크 내부에는 직경이 700㎜인 광투과성 재질의 원통형 용기(33)를 장착하며, 원통형 용기(33) 내에는 내부 광원(20)을 장착하여 2중으로 광을 조사할 수 있도록 구성한다. 상기 구성의 미생물 배양기의 배양탱크에는 PH 8-9, 30-50℃도의 온도 범위로 유지된 통상의 탄소원, 질소원 및 무기영양원이 함유된 배양액을 1,000㎜ 정도 채우고, 배양액 내부에는 캅셀레타균을 2x10^10cell/ml 밀도로 넣은 후 광원(17, 20)으로부터 광을 조사하면서 200rpm 이상의 속도를 가진 교반 스크류(14a)에 의하여 배양액(16)을 교반한다. 상기 실험에서 미생물에 조사되는 광이 균일하다고 가정하면 광면적은 하기의 [표 1]과 [표 2]와 같이 얻을 수 있다.
배양탱크의 높이를 H, 배양탱크 본체의 직경을 R, 배양탱크 내부의 광원 직경을 R1, 배양탱크 내부의 광원속에 장착되는 광원의 직경을 R2라 할 때, H=1,000㎜, R=1,400㎜, R1=700㎜, R2=500㎜이면, R이 1,400㎜일 때 광표면적은 74,732㎠, 배양액 용량은 1,540ℓ, R1이 700㎜일 때 광표면적은 25,827㎠, 배양액 용량은 385ℓ, R2가 500㎜일 때 광표면적은 17,633㎠, 배양액용량은 196ℓ이므로 전체의 광표 면적은 R+R1+R2=(74,732+25,827+17,633)㎠=118,222㎠가 되며, 전체 배양액 용량은 R-(R1-R2)에 따라 1540ℓ-(385ℓ-196ℓ)=1351ℓ가 된다.
따라서 미생물에 조사되는 전체 광표면적은 배양액 용량에 대하여 전체 광표면적을 나눈값(㎠/ℓ)이므로 87.5㎠/ℓ가 된다.
Figure kpo00002
Figure kpo00003
[주] [표 1], [표 2]에서 R은 배양탱크 직경, H는 배양탱크 높이, R′은 광원의 직경, H′은 광원의 높이를 나타낸다.
[비교예 1]
외부 광원만을 독립적으로 장착한 미생물 배양기.]
제1도에 도시한 미생물 배양기를 사용하여 미생물의 배양을 실시하면 다음과 같다.
상기의 실시예 1과 동일한 크기의 원통형 배양탱크(15)에 동일한 배양조건을 조성하여 얻은 미생물을 넣고, 200rpm 이상의 속도를 가진 교반 스크류(14a)에 의하여 배양액(16)을 교반하면서 외부 광원(17)에서 광을 공급하여 배양한다. 상기의 표 1 및 표 2를 참고로 하여 실시예 1과 동일한 방법으로 균체량을 계산하면 다음과 같다.
전체 광표면적은 74,732㎠, 총 배양액 용량은 1,540ℓ이므로 미생물에 조사되는 전체 광표면적은 48.5㎠/ℓ가 된다.
따라서 실시예 1과 비교예 1의 광표면적을 비교해 보면 동일한 배양조건이라도 내부 광원을 장착한 미생물 배양기의 전체 광표면적이 외부 광원만을 장착한 미생물 배양기의 전체 광표면적의 약 2배가 되므로 미생물에 공급되는 광량도 2배로 증가되어 미생물의 증식속도가 빨라져 생산량이 증가한다.
[실시예 2]
미생물 보조 배양탱크를 설치하여 외부 광조사 면적을 증가시킨 미생물 배양기.
제5a도 및 제5b에 도시한 미생물 배양기를 사용하여 미생물 배양을 실시하면 다음과 같다.
실시예 1에서 사용한 배양기와 동일한 소재인 광투과성 투명재질로 구성한 배양탱크(15)의 옆에 배양탱크(15)와 동일한 소재로 구성한 상자형의 미생물 보조 배양탱크(50)를 평행하게 다수개 배열하고, 배양탱크의 상하에 개재된 배양액 이동 파이프(52)로서 미생물 보조 배양탱크를 서로 연결하며, 배양액 이동 파이프의 한쪽에는 배양액 순환펌프(51)를 설치하여 배양액의 흐름을 원활하게 한다.
배양탱크 및 복수개의 미생물 보조 배양탱크의 외부 벽면을 따라 광 공급 장치인 백열등(53)을 다수개 설치하고, 배양탱크에는 실시예 1과 동일한 배양환경으로 조성된 배양액 및 미생물을 공급하며, 200rpm 이상의 속도를 내는 교반 스크류(14a)로서 배양액(16)을 교반한다. 배양액이 교반되면 배양액 이동 파이프를 통해 미생물 보조 배양탱크로 배양액이 순환된다. 따라서, 동일 용량에 부가되는 광표면적이 보조 배양탱크의 표면적만큼 배가되므로 미생물의 배양속도는 증가한다.
본 발명의 미생물 배양기의 배양탱크(15) 내부에 광원(20)을 별도로 부가하여 설치함에 따라 광조사 면적이 증대되어 미생물의 배양속도를 증가시키고, 본 발명의 다른 실시예인 제5b도에서와 같이 배양탱크 이외에 다수의 보조 배양탱크(50)를 사용함에 따라 외부 광원(53)만으로도 광조사 면적을 증대시켜 미생물의 배양속도를 증가시킬 수 있으며, 미생물의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 광투과성의 투명재질로 이루어진 배양탱크의 외부 벽면을 따라 복수개 설치된 광원 이외에 추가적으로 배양탱크의 내부에 광원이 복수개 설치되어 배양탱크의 내외부에서 배양액으로 광을 조사하여 미생물의 광조사 면적을 넓힌 미생물 유광 배양기에 있어서, 광투과성의 투명재질로 이루어진 원통형 배양탱크 및 배양탱크와 동일한 소재로 구성된 복수개의 미생물 보조 배양탱크가 배양액 이동 파이프를 통하여 서로 연통되어 배양액의 레벨차 및 배양액 이동 파이프의 한쪽에 설치된 순환펌프에 의하여 배양액이 서로 순환되며 상기 보조 배양탱크의 외부에 각각 복수개의 외부광원이 설치되어 미생물의 광조사 면적을 넓힌 것을 특징으로 하는 미생물 배양기.
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