KR100752158B1 - Culture method of photosynthetic bacteria include bacteriochlorophyll using infrared led as luminous source - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 삼파장 램프의 스펙트럼 분포도1 is a spectral distribution diagram of a three wavelength lamp
도2는 LED의 대표적인 스펙트럼 분포도 2 is a representative spectral distribution diagram of an LED.
도3은 본 발명에 사용되는 LED의 스펙트럼 분포도Figure 3 is a spectral distribution diagram of the LED used in the present invention
도4는 본 발명의 실시예 1및 비교 실시예 1,2에 의한 색소의 농도 변화 패턴 도표Figure 4 is a concentration change pattern diagram of the pigments according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention
도5는 본 발명의 실시예 1및 비교실시예 1,2에 의한 광합성 세균이 분비하는 색소의 변화패턴을 보인 사진Figure 5 is a photograph showing a change pattern of the pigment secreted by photosynthetic bacteria according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention
도6은 본 발명의 실시예2 및 비교실시예1,3에 의한 색소의 농도 변화 패턴 도표Figure 6 is a pattern change pattern of the pigment according to Example 2 and Comparative Examples 1, 3 of the present invention
도7은 본 발명의 실시예2 및 비교실시예 1,3에 의한 광합성 세균이 분비하는 색소의 변화패턴을 보인 사진Figure 7 is a photograph showing a change pattern of the pigment secreted by photosynthetic bacteria according to Example 2 and Comparative Examples 1, 3 of the present invention
본 발명은 적외선 LED를 광원으로 하는 광합성 세균의 배양방법에 관한 것으로 특히 적외선 LED를 사용하여 수질정화기능과 종자의 발아율 향상, 잡균오염 방지, 일조량 부족 해소등에 탁월한 효과가 있는 로도박터스페이로이드를 비롯한 광합성세균을 배양시키기 위하여 적외선 LED를 광원으로 이용하는 박테리아 클로로필을 함유하는 광합성 세균의 배양방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for culturing photosynthetic bacteria using an infrared LED as a light source, in particular, using an infrared LED, including Rhodobacteroid, which has an excellent effect on water purification function, improving germination rate of seeds, preventing bacterial contamination, and eliminating lack of sunshine. The present invention relates to a method for culturing photosynthetic bacteria containing bacterial chlorophyll using an infrared LED as a light source for culturing photosynthetic bacteria.
주지하는 바와 같이 광합성세균에는 홍색황세균, 녹색세균의 클로로비움(Chlorobium), 황홍색세균의 크로마튬(Chromatium), 비유황홍세균의 로도스피릴륨(Rhodospirillum), 로도박터(Rhodobacter) 등이 있다. 로도박터 속에는 로도박터 캡슐라타 (Rhodobacter capsulata), 로도박터 스페로이드 (R. sphaeroides), 로도박터 루범 (R. rubrum) 등이 있다. 특히 로도박터 캡슐라타(Rhodobacter capsulata.)와 로도박터 스페로이드 (Rhodobacter sphaeroides)는 농수산업 및 수질 정화 분야에서 폭넓게 사용되는 미생물 중의 하나로서 농업에서는 종자의 발아율 향상, 잡균의 오염방지, 일조량의 부족해소, 뿌리의 부패방지, 유기물의 공급촉진효과를 기대할 수 있다. 한편, 과수농가에서는 뿌리의 성장촉진, 토양내의유해가스 제거, 병원균 증식억제, 과일의 다도, 중량 및 착색도를 향상시키는 효과가 있다. 이외에도 단세포 단백질, 양식, 축산사료의 첨가제, 유용물질 생산 등에 광범위하게 이용되고 있다.As is well known, photosynthetic bacteria include red bacterium, green bacterium Chlorobium, yellow bacterium Chromatium, non-sulfur bacterium Rhodospirillum, and Rhodobacter. Among the Rhodobacters are Rhodobacter capsulata , R. sphaeroides , and R. rubrum . In particular, Rhodobacter capsulata and Rhodobacter sphaeroides are one of the microorganisms widely used in agriculture and water purification and water purification. It can be expected to prevent root rot and promote the supply of organic matter. On the other hand, fruit farms have the effect of promoting root growth, removing harmful gases in the soil, inhibiting pathogen growth, and improving the tea ceremony, weight, and coloration of fruits. In addition, it is widely used in the production of unicellular proteins, aquaculture, animal feed additives, and useful materials.
이러한 비유황홍세균을 광합성하기 위하여 농가나 수질 관리 회사에서 일반 배양기를 이용하여 배양할 시 통상 6-10일의 배양 기간이 소요된다. In order to photosynthesize these non-sulfur bacteria, the culture period of 6-10 days is usually required in a farm or a water quality management company when cultured using a general incubator.
이러한 광합성 세균 배양 소요 기간을 단축시키기 위하여 고려할 수 있는 요소는 적절한 배지, 빛 그리고 적절한 온도이다. 이러한 요소중 적절한 배지의 확보와 온도 유지는 기본적인 요소이고, 빛은 광원의 종류에 따라 선택폭이 넓으므로 중요 고려사항으로 볼 수 있다.Factors that can be considered to shorten the duration of photosynthetic bacterial culture are appropriate media, light and appropriate temperature. Of these factors, securing the proper medium and maintaining the temperature is a basic factor, and light can be considered as an important consideration because there is a wide selection depending on the type of light source.
현재 사용중인 광원은 형광등이나 백열등 그리고 삼파장 전구 및 LED가 사용되고 있다. 먼저, 백열등의 경우를 살펴보면 이는 전력 소모가 많고 전구 자체에서 나오는 열을 분산시키기가 어려운 문제점이 있다.Currently used light sources include fluorescent, incandescent, three-wavelength bulbs and LEDs. First, in the case of an incandescent lamp, this is a problem in that it consumes a lot of power and it is difficult to dissipate heat from the bulb itself.
또 다른 광원으로 형광등도 이용되고 있으나 이는 단일파장이므로 이보다는 자연빛에 가까운 삼파장 램프를 선호하는 경향이 있다. 그러나 삼파장 램프의 경우 형광 분광광도계 (Fluorescence spectrophotometer)로 전구의 파장을 측정해보면 도1로 보인 바와 같이, 440nm, 550nm, 630nm 영역대의 스펙트럼 분포를 나타내고 있어 bacteriochlorophyll을 가지고 있는 광합성 세균이 가지는 흡수극대와는 차이가 있으며, 이로 인하여 광합성 세균의 효율적인 배양이 어렵게 되는 문제점이 있는 것이다.Fluorescent light is also used as another light source, but since it is a single wavelength, it tends to prefer a three-wavelength lamp closer to natural light. However, when measuring the wavelength of a light bulb with a fluorescence spectrophotometer, the three-wavelength lamp shows a spectral distribution in the 440 nm, 550 nm, and 630 nm ranges, as shown in FIG. There is a difference, which makes it difficult to efficiently cultivate photosynthetic bacteria.
또한, LED를 광원으로 이용하기도 하며, 이는 첨가되는 불순물에 따라 파장이 달라지게 되며, 대부분의 경우 도2로 보인 바와 같이 710nm에서 최대 강도를 보이는 것이어서, 이 역시 광합성 세균이 가지는 흡수극대와 상당한 차이가 있으며, 이로 인하여 광합성 세균의 효율적인 배양이 어렵게 되는 문제점이 있는 것이다. In addition, the LED is also used as a light source, and the wavelength varies depending on the impurities added, and in most cases, the maximum intensity is shown at 710 nm as shown in FIG. 2, which is also a significant difference from the absorption maximum of photosynthetic bacteria. There is a problem that makes it difficult to cultivate photosynthetic bacteria.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 광합성세균의 박테리아크로로필(bacteriochlorophyll)이 광합성에 이용되는 흡수극대가 890nm임을 착안하여 광합성반응 광원으로 스펙트럼 분포 (Spectral distribution)의 최대치가 이에 근접된 구득이 용이하며, 전력 소모가 적고, 발열량이 최소화될 수 있는 적외선 LED를 광원으로 이용하는 박테리아 클로로필을 함유하는 광합성 세균의 배양방법을 제공함에 있다.The purpose of the present invention is to solve the problems described above, the bacteriochlorophyll of the photosynthetic bacterium (Bacteriochlorophyll) is used for photosynthesis, the absorption maximum is 890nm, the maximum value of the spectral distribution (Spectral distribution) to the photosynthesis reaction light source The present invention provides a method for culturing photosynthetic bacteria containing bacterial chlorophyll using an infrared LED as a light source, which is easy to obtain close, low power consumption, and minimizes the amount of heat generated.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 박테리아크로로필의 흡수극대 파장이 대략 ch/Eg(c 는 광속 h 는 플랑크 상수 Eg 는 금지띠의 에너지폭)와 같으며 첨가 불순물이 비소화갈륨의 경우에 약 900nm에서 최대 강도의 적외광이 되며, 이는 광합성 세균이 가지는 흡수극대와 거의 동일하여 광합성 세균을 효율적으로 배양할 수 있도록 한 적외선 LED를 광원으로 이용하는 박테리아 클로로필을 함유하는 광합성 세균의 배양방법을 제안함에 있다.In order to achieve this object, the present invention provides that the maximum absorption wavelength of the bacterial chlorophyll is approximately equal to ch / Eg (c is the luminous flux h is Planck's constant Eg is the energy band of the forbidden band) and the addition impurity is gallium arsenide. Infrared light of maximum intensity at about 900nm, which is almost the same as the absorption maximum of photosynthetic bacteria, suggests a method for culturing photosynthetic bacteria containing chlorophyll-containing bacteria using an infrared LED as a light source to efficiently cultivate photosynthetic bacteria. It is in a ship.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail with reference to the accompanying drawings as follows.
본 발명은 LED를 가로와 세로상 일정 간격으로 배치하고, 그 LED 판넬을 제작하며, 이에 사용되는 LED는 적외선인 840nm ∼900nm 사이에서 최고치의 빛 강도 (Luminous intensity)를 보이는 것이며, 이를 도3으로 보였다.The present invention is to arrange the LED at a predetermined interval horizontally and vertically, to manufacture the LED panel, the LED used in this is to show the highest light intensity (Luminous intensity) between 840nm ~ 900nm, which is infrared, which is shown in Figure 3 Seemed.
아울러, 배양에 사용되는 배지는 물과 KH2PO4 , MgSO4.7H2O, NaCl, NH4Cl, CaCl2.2H2O, Sodium succinate, 이스트 추출물로 조성된 것이며, pH 는 6.8-7.2로 조정하였다. 이러한 배지를 고압습멸균한 후 배양튜브에 넣고 종균(광합성 세균, Rhodobacter sp .)을 접종한다.In addition, the medium used for culture will the composition in water and KH 2 PO 4, MgSO 4 .7H 2 O, NaCl, NH 4 Cl,
본 발명에서 배양에 사용되는 광합성 세균은 혐기성 조건을 필요로 하므로 모든 광합성 세균 배양은 혐기적인 조건하에서 이루어 지게 되는 것이며, 상기 배양 튜브에 전술한 바와 같이 준비된 LED 패널에 전원을 공급하여 적외선 광을 조사하거나, LED와 함께 삼파장램프등을 함께 조사하여 시간의 경과에 따른 균체의 증식정도를 분광광도계 (Spectrophotometer)으로 측정하였다.Since the photosynthetic bacteria used for the cultivation in the present invention require anaerobic conditions, all photosynthetic bacteria are cultured under anaerobic conditions, and irradiated with infrared light by supplying power to the prepared LED panel as described above in the culture tube. Or, the three-wavelength lamp and the like irradiated with the LED was measured with a spectrophotometer (Spectrophotometer) of the proliferation of the cells over time.
그 결과, 본 발명에 의하여 LED 패널에 의한 적외선 조사 결과 배양이 가장 신속하게 광합성 세균이 배양되는 결과를 얻었다.As a result, according to the present invention, as a result of infrared irradiation with the LED panel, the photosynthetic bacteria were cultured most quickly.
이러한 본 발명을 첨부된 실시예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.When the present invention is described in detail according to the attached embodiment as follows.
실시예1Example 1
본 실시예에서는 배양에 사용된 광원으로 12 × 16개의 LED로 이에서 발광되는 에너지의 세기는 6.0mW/㎠로 공급하였으며, 배양온도는 30± 1℃로 유지하고 배지는 물 100중량부를 기준으로 하여 KH2PO4 와, MgSO4.7H2O, NaCl 각각 0.033중량부, NH4Cl 0,05중량부, CaCl2.2H2O 0.005중량부, Sodium succinate 0.1중량부, 이스트 추출물 0.002 중량부로 하여 조성된 것이며, pH 는 6.8-7.2로 조정된 것이다.In this example, 12 × 16 LEDs were used as the light source used for the culture, and the intensity of energy emitted therefrom was 6.0 mW /
이러한 배지에 종균(광합성 세균, Rhodobacter sp.)을 접종하고, 이에 전술 한 바와 같은 다수의 LED 단독사용의 경우 36시간만에 목표하는 광합성 세균의 농도(OD600 2.1; 이하 "목적 농도"라 함)에 도달하였음을 분광광도계 (Spectrophotometer, Optizen 2120UV)를 통하여 확인하였다.The medium is seeded with a seed (photosynthetic bacteria, Rhodobacter sp. ), And the target concentration of photosynthetic bacteria in 36 hours in the case of multiple LED alone use as described above (OD 600 2.1; hereafter referred to as "purpose concentration"). ) Was confirmed by a spectrophotometer (Spectrophotometer, Optizen 2120UV).
이 결과는 농가에서 본 발명에 의한 파장 범위인 840 ∼ 900nm의 적외선 LED가 부착된 배양기를 사용함으로써 유지비 부담도 덜고, 품질면에서도 우수한 광합성 세균을 짧은 시간에 배양할 수 있다는 것을 나타내고 있다. These results indicate that the use of a cultivator equipped with an infrared LED of 840 to 900 nm, which is a wavelength range according to the present invention, enables farmers to cultivate photosynthetic bacteria in a short time, which is less expensive to maintain and excellent in quality.
실시예 2Example 2
본 실시예에서는 전술한 실시예1과 동일한 광원을 사용하고, 동일한 배양온도 및 동일한 배지에 동일한 광합성 세균을 접종하되, 12 × 16개의 LED로 6.0mW/㎠의 에너지를 공급함과 동시에 2025 Lux 의 3파장 램프를 추가로 복합 사용하였던바, 이경우에도 48시간만에 목표하는 광합성 세균의 목적 농도에 도달하였다.In this embodiment, using the same light source as in Example 1 described above, inoculated the same photosynthetic bacteria in the same culture temperature and the same medium, but 12 x 16 LEDs supplying 6.0mW / ㎠ energy and 3 of 2025 Lux The wavelength lamp was further used in combination, in which case the target concentration of the photosynthetic bacteria was reached in 48 hours.
이 결과는 농가에서 적외선 (840 ∼ 900nm) LED에 추가하여 삼파장 램프를 사용하더라도 배양 속도를 증가시킬 수는 있다는 사실을 확인하였다.The results confirm that farming can increase the incubation rate by using a three-wavelength lamp in addition to the infrared (840-900 nm) LED.
비교실시예1Comparative Example 1
본 비교 실시예에서는 전술한 실시예1과 동일한 배양온도 및 동일한 배지에 동일한 광합성 세균을 접종하되, 이를 2025 Lux의 3파장 램프만으로 조사하였던바, 이경우에는 155시간 후에야 광합성 세균의 목적 농도에 도달하였다.In the present comparative example, the same incubation temperature and the same medium inoculated with the same photosynthetic bacteria in Example 1, but irradiated with only 3 wavelength lamp of 2025 Lux, in this case, after 155 hours to reach the target concentration of photosynthetic bacteria .
이러한 결과는 전술한 실시예1, 2와 대비하여 배양 속도가 2배 이상 현저하게 낮은 수준이며, 이에 따라 각종 비용 부담이 증가하게 되는 불이익이 발생되었 다.These results are significantly lower than the culture rate compared to the above-described Examples 1 and 2, more than two times, resulting in a disadvantage that increases the cost burden.
비교실시예2Comparative Example 2
본 비교 실시예에서는 전술한 실시예1과 동일한 광원을 사용하고, 동일한 배양온도 및 동일한 배지에 동일한 광합성 세균을 접종하고, 이에 12 × 16개의 LED로 6.0mW/㎠의 에너지를 공급하되, 파장이 630nm인 LED를 사용하였던 바, 72시간이 경과된 후 목적 농도에 도달하였으며, 이러한 결과는 실시예1, 2에 비하여 저조한 효율인 것을 확인할 수 있다.In this comparative example, using the same light source as Example 1 described above, inoculating the same photosynthetic bacteria in the same culture temperature and the same medium, and supplies the energy of 6.0mW / ㎠ to 12 × 16 LED, the wavelength is When the 630nm LED was used, the target concentration was reached after 72 hours, and these results can be confirmed to be inferior in efficiency compared with Examples 1 and 2.
비교실시예3Comparative Example 3
본 비교 실시예에서는 전술한 실시예1과 동일한 광원을 사용하고, 동일한 배양온도 및 동일한 배지에 동일한 광합성 세균을 접종하고, 이에 12 × 16개의 LED로 종전의 경우보다 50% 증가된 9.0mW/㎠의 에너지를 공급하되, 파장이 630nm인 LED를 사용하고, 아울러, 1800Lux의 삼파장 램프를 사용하여 조사하였던 바, 56시간이 경과된 후 목적 농도에 도달하였으며, 이러한 결과는 실시예1, 2에 비하여 저조한 효율인 것을 확인할 수 있다.In the present comparative example, using the same light source as Example 1 described above, inoculating the same photosynthetic bacteria in the same culture temperature and the same medium, this was increased by 9.0% W / ㎠ by 12 × 16 LED 50% than before Supplying energy, but using an LED having a wavelength of 630nm, and using a three-wavelength lamp of 1800Lux, the target concentration was reached after 56 hours, these results compared to Examples 1 and 2 It can be confirmed that the efficiency is low.
이러한 실시예 1 및 비교실시예 1,2 에 의한 결과를 도4로 도시하였다.The results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIG. 4.
이러한 840 ∼ 900nm 파장 범위의 LED 및 630nm를 중심으로 한 파장범위의 LED그리고, 통상 사용되는 2025 Lux의 삼파장 램프를 사용한 조건하에서 광합성 세균이 분비하는 색소의 변화패턴은 도 5로 보인 바와 같은 결과를 나타내고 있다. The change pattern of the pigments secreted by photosynthetic bacteria under the conditions using the LED of the 840-900 nm wavelength range, the LED of the wavelength range centering on 630 nm, and the 2025 Lux three-wavelength lamp which are used normally shows the result as shown in FIG. It is shown.
도 5의 결과에서 보듯이 본 발명의 적외선 (840 ∼ 900nm) LED의 효과가 광합성 세균을 짧은 시간에 효과적으로 배양한다는 것을 알 수 있다. As shown in the results of FIG. 5, it can be seen that the effect of the infrared (840-900 nm) LED of the present invention effectively incubates photosynthetic bacteria in a short time.
아울러, 실시예2 및 비교실시예 1, 3에 의한 실험결과를 도6으로 도시하였다. 이에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예2의 적외선 (840 ∼ 900nm) LED와 삼파장 램프의 경우 접종 후 약 48시간이 되었을 때 목적 농도(OD600 2.1)에 도달하였고, 비교실시예 의 상대적으로 더 센 빛의 세기로 배양한 630nm LED와 삼파장 램프의 경우는 접종 후 약 56시간이 되었을 때 목적 농도를 달성하였으나 비교실시예 1의 삼파장 램프 단독 사용의 경우에는 접종 후 약 155시간 후에야 목적 농도에 도달하였다.In addition, the experimental results of Example 2 and Comparative Examples 1, 3 are shown in FIG. As can be seen from this, in the case of the infrared (840-900 nm) LED and the three wavelength lamp of Example 2, the target concentration (OD 600 2.1) was reached at about 48 hours after inoculation, and the comparative example was relatively more. In the case of 630 nm LED and three wavelength lamp incubated with strong light intensity, the target concentration was achieved when 56 hours after inoculation, but the target concentration was not reached after about 155 hours after inoculation when using the three wavelength lamp alone of Comparative Example 1. It was.
이 결과는 적외선 (840 ∼ 900nm) LED가 부착된 배양기를 사용함으로써 단시간에 광합성 세균을 배양할 수 있으며, 필요에 따라서는 적외선 (840 ∼ 900nm) LED와 삼파장 전구를 조합하여 사용함으로써 배양 소요 기간을 연장하여 배양시간을 조절시킬 수 있으며, 아울러 농가에서 이미 사용하고 있는 배양기를 활용할 수 있는 가능성을 나타내고 있다.This result can be used to incubate photosynthetic bacteria in a short time by using an incubator with an infrared (840-900 nm) LED. If necessary, the combination of infrared (840-900 nm) LED and a three-wavelength bulb can be used to increase the incubation period. It can be extended to control the incubation time, and also shows the possibility of utilizing the incubator already used in farms.
이러한 실시예2와, 비교실시예 1,3에 의한 광합성 세균이 분비하는 색소의 변화패턴은 도7과 같다.The change pattern of the pigment | dye secreted by the photosynthetic bacteria by Example 2 and Comparative Examples 1 and 3 is shown in FIG.
도 7의 결과에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 의한 적외선 840 ∼ 900nm 파장 범위의 LED가 광합성 세균을 짧은 시간에 목적 농도로 배양할 수 있는 것이다.As can be seen from the results of Figure 7, the LED of the infrared wavelength range of 840 ~ 900nm according to the present invention is capable of culturing photosynthetic bacteria at a desired concentration in a short time.
아울러, 본 발명에 적용 가능한 미생물은 박테리아클로로필을 함유하고 있어 대사 활동에 빛이 필요한 모든 광합성 미생물이며, 본 발명에서 예시한 특정 미생물에 국한되는 것은 아니다.In addition, the microorganisms applicable to the present invention are all photosynthetic microorganisms which contain bacteria chlorophyll and require light for metabolic activity, and are not limited to the specific microorganisms exemplified in the present invention.
이와 같이 하여 본 발명은 박테리아크로로필이 특정파장에서 흡수극대를 나타내며 광합성을 하는 특징에 부합되도록 광합성반응 광원으로 스펙트럼 분포 (Spectral distribution)가 840 ∼ 900nm의 특성을 나타내고 있는 적외선 LED를 사용함으로써, 기존의 배양기간을 2배 이상 단축시키면서 단시간에 효과적으로 고농도 광합성 세균을 배양을 실시할 수 있다.As such, the present invention uses an infrared LED having a spectral distribution of 840 to 900 nm as a photosynthetic reaction light source so that the bacterial chlorophyll exhibits an absorption maximum at a specific wavelength and meets the characteristics of photosynthesis. It is possible to effectively cultivate high concentration photosynthetic bacteria in a short time while reducing the existing culture period more than two times.
이는 농수산업 및 수질 정화 분야에 840 ∼ 900nm 파장대의 적외선 LED가 부착된 광합성 세균 배양기를 사용함으로써 미생물배양에 숙련되지 않은 수요자들도 오염의 위험부담과 유지비 부담을 줄이면서 품질면으로도 우수한 광합성 세균을 효과적으로 배양하여 사용할 수 있다. 또한 수요자의 형편에 따라 기존의 배양기에 부착하여 적외선 LED만을 사용하거나 삼파장 램프와 조합 사용하여 배양시간을 조절할 수도 있는 유용한 효과가 있다.By using photosynthetic bacteria incubator with infrared LED in the wavelength range of 840 ~ 900nm for agriculture and water purification, even those unskilled in microbial culture can reduce the risk of pollution and the burden of maintenance cost. Can be effectively cultured and used. In addition, there is a useful effect that can be used to adjust the incubation time by using an infrared LED or in combination with a three-wavelength lamp attached to the existing incubator according to the circumstances of the consumer.
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| CN102992894A (en) * | 2012-11-20 | 2013-03-27 | 蒋常德 | Preparation method for high-concentration photosynthesis bacterial manure |
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2006
- 2006-07-04 KR KR1020060062377A patent/KR100752158B1/en not_active IP Right Cessation
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