KR101120093B1 - 거품포집 배양시스템 - Google Patents

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KR101120093B1
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장치호
오병준
김홍기
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에이엠팜(주)
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Abstract

본 발명은 미생물이나 종균의 배양시에 발생하는 거품을 활용하여 배양효율이 높고 연속배양이 가능한 거품포집 배양시스템에 관한 것으로서, 미생물 또는 종균을 배양하는 배양조와, 상기 배양조에 연결되어 상기 미생물 또는 종균의 배양시에 발생하는 거품을 저장하는 거품저장조와, 상기 배양조 및 상기 거품저장조에 연결되어 상기 거품이 이동하는 연결관과, 상기 거품저장조에 연결되어 상기 거품에 함유된 대사산물과 상기 거품에 함유된 미생물 및 불순물을 분리정제하는 분리정제부를 더욱 구비하며, 거품저장조의 압력은 상기 배양조 내의 압력과 동일하거나 낮은 압력으로 제어되어 상기 배양조 내의 거품이 상기 거품저장조로 용이하게 이동하도록 구성되어, 미생물이나 종균의 배양시에 발생하는 거품을 소포제 등을 사용하여 제거하지 않고 배양조로부터 거품저장조로 이동시켜 거품저장조에 저장하여 활용함으로써, 배양조 내에서는 미생물 배양에 의한 대사산물의 농도를 저감시켜 자가독성에 의한 미생물이나 종균의 소멸을 방지함과 동시에 거품저장조에서는 거품에 함유된 대사산물을 낭비함이 없이 활용할 수 있고, 배양효율이 향상될 뿐만 아니라, 배양조 내에서의 연속배양이 가능한 이점이 있다.

Description

거품포집 배양시스템{FOAM CAPTURING CULTIVATION SYSTEM}
본 발명은 미생물 배양시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미생물이나 종균의 배양시에 발생하는 거품을 활용하여 배양효율이 높고 연속배양이 가능한 거품포집 배양시스템에 관한 것이다.
일반적으로 농업용이나 축산용으로 사용되는 비료나 발효 생산물을 얻기 위하여 미생물을 활용하는 방안이 제안되고 있다. 미생물을 활용하여 발효생산물을 얻기 위해서는 미생물을 넣고 배양하는 미생물 배양기가 필요하여, 각각의 배양목적에 필요한 온도, 공기, 물의 유동성을 적절하게 이루기 위한 다양한 미생물 배양기가 제안되고 있다.
종래의 미생물 배양기로서는, 한국특허 제884938호에 기재된 미생물 복합 배양장치가 있다. 상기 종래기술은 도 1에 나타낸 바와 같이, 배양조와, 모터의 블레이드가 부착된 회전축이 배양조 내부에서 회전되게 하는 교반부와, 기포를 발생시키는 기포발생부와, 내면에 광합성을 위한 조사등을 구비한 광조사부와, 배양조의 내부 온도를 센싱하고 각각의 구성품을 제어하는 제어부로 구성된 배양장치가 개시되어 있다.
또한, 한국특허 제353893호에는 파이롯 규모 미생물 배양기의 자동제어시템이 기재되어 있다. 상기 종래기술은 도 2에 나타낸 바와 같이, 파이롯 규모로 미생물을 배양할 때 배양기내의 온도, 용존 산소 농도, PH 및 압력을 적절하게 유지시켜 줄 수 있도록 실시간으로 측정하여 자동 제어하며 실시간 모니터링을 가능하게 한 미생물 배양기의 자동제어시스템에 관한 것으로서, 배양기와 연결된 제어판넬에는 수동제어시 사용되는 각각의 제어기와 함께 디지털 입출력모듈과 아날로그입출력모듈 및 통신모듈이 부착된 PLC와 터치모니터를 구비하고 있고, 배양기제어동작부는 배양시 거품이 소정이상 발생되었는지를 검출하는 거품 센서와, 배양실에 소포제를 투입하기 위한 제4밸브를 구비한 것이 기재되어 있다.
상기 종래기술에서와 같이 종래의 미생물의 배양에 있어서는, 배양을 활성화하기 위하여, 배양조를 가열하거나 공기의 주입 및 배양을 위한 교반 등을 수행하는 바, 이로 인하여 배양조 내에 거품이 발생하게 되는데, 이러한 거품의 발생으로 인해 거품이 각종 센서에 부착되어 배양기의 오작동을 불러일으키거나, 배양조 내의 배지의 오퍼플로우를 발생시킬 염려가 있다.
따라서, 상기 종래기술들에 있어서는, 이러한 거품을 소포제 등을 이용하여 제거하고 있는 바, 거품의 제거를 위하여 소포제를 투입하는 경우 거품에 함유된 대사산물도 함께 소멸하기 때문에 최대의 대사산물을 얻기 위하여는 거품의 제거와 배양의 실행을 복수 반복하여야 하므로 배양에 많은 비용과 시간이 소요될 뿐만 아니라 배양의 효율이 떨어진다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 최대최적량의 대사산물을 얻기 위하여 배양조 내에 대사산물을 축적하는 경우, 미생물이나 종균이 생성시킨 대사산물이 가지고 있는 독성으로 인하여 미생물이나 종균의 일부가 소멸되어 버리는 자가독성의 문제점을 가지고 있다.
또한, 상기 종래기술들에 의하면, 일회의 배양이 완료되면 배양조 내의 배지를 걷어낸 후 배양조 내부를 세척하여야 하므로, 배양이 단발성으로 종료되어 후속 배양공정과의 사이에 많은 시간이 소요된다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 미생물이나 종균의 배양시에 발생하는 거품을 제거하지 않고 활용함으로써 배양의 효율이 높고 비용을 절감할 수 있는 거품 포집 배양시스템을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 배양시에 발생하는 거품을 별도의 공간에서 농축시키거나 분리정제함으로써 거품에 함유된 대사산물을 활용함으로써 배양효율이 높을 뿐만 아니라 배양조 내에서의 연속배양이 가능한 거품포집 배양시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 거품포집 배양시스템은, 미생물 또는 종균을 배양하는 배양조와, 상기 배양조에 연결되어 상기 미생물 또는 종균의 배양시에 발생하는 거품을 저장하는 거품저장조와, 상기 배양조 및 상기 거품저장조에 연결되어 상기 거품이 이동하는 연결관을 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 거품저장조에 연결되어 상기 거품에 함유된 대사산물과 상기 거품에 함유된 미생물 및 불순물을 분리정제하는 분리정제부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 거품저장조의 압력은 상기 배양조 내의 압력과 동일하거나 낮은 압력으로 제어되어 상기 배양조 내의 거품이 상기 거품저장조로 용이하게 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 거품저장조는 이동된 거품을 상기 거품저장조 내에서 농축시켜 저장하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배양조는 미생물이 함유된 배지를 가열하는 히터와, 상기 배지를 교반하는 교반날개를 구비하며, 상기 배양조에는 미생물 또는 종균이 함유된 배지를 저장하는 배지공급조와, 상기 배양조에 물을 공급하는 물공급조와, 상기 배양조에 공기를 공급하는 공기공급조가 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 거품포집 배양시스템에 의하면, 미생물이나 종균의 배양시에 발생하는 거품을 소포제 등을 사용하여 제거하지 않고 배양조로부터 거품저장조로 이동시켜 거품저장조에 저장하여 활용함으로써, 배양조 내에서는 미생물 배양에 의한 대사산물의 농도를 저감시켜 자가독성에 의한 미생물이나 종균의 소멸을 방지함과 동시에 거품저장조에서는 거품에 함유된 대사산물을 낭비함이 없이 활용할 수 있기 때문에, 배양의 효율이 높고 비용을 절감할 수 있다.
또한 배양시에 발생하는 거품을 거품 저장조에서 농축시키거나 분리정제조에 의하여 분리정제함으로써 거품에 함유된 대사산물을 활용할 수 있기 때문에 배양효율이 향상될 뿐만 아니라, 배양조 내에서의 거품의 과다로 인한 기기의 오작동이나 오버플로우를 방지할 수 있고, 거품으로 인한 기기의 오염때문에 기기 내부를 세척하거나 할 필요없이 배지공급부로부터 연속적으로 배지를 공급하여 배양조 내에서의 연속배양이 가능한 이점이 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 의한 미생물 배양시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 미생물 배양시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 미생물 배양시스템의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 미생물 배양시스템의 제어를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 거품포집 배양시스템에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 미생물 배양시스템을 나타내는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 거품포집 배양시스템은, 배양조(10)와, 거품저장조(20)와, 연결관(30)과, 분리정제부(40)를 구비한다.
상기 배양조(10)는 미생물이 함유된 배지를 수용한다.
상기 배양조(10)에는 히터(14)와, 교반날개(15)가 설치되어 있고, 상기 히터(14)는 후술하는 제어부(50)의 제어에 의해 전원공급(14a)로부터 전원을 공급받아 상기 배양조(10)내에 수용된 배지의 미생물이 최적의 대사활동을 할 수 있도록 상기 배지를 가열하며, 상기 교반날개(15)는 중심샤프트의 주위로 나선형상의 날개가 부착되어 형성되며, 상기 제어부(50)의 제어에 의해 교반모터(도시하지 않음)의 구동에 의해 회전구동되어 상기 배양조(10)내에 수용된 배지를 교반시켜 배지의 미생물이 최적의 대사활동을 할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 배양조(10)의 내부에는 상기 배양조의 내부온도를 검출하는 온도센서(16)와, 상기 배양조의 내부압력을 검출하는 제 1 압력센서(17)가 각각 설치되어 있다. 상기 온도센서(16)와 제 1 압력센서(17)에서 검출된 온도값과 압력값은 상기 제어부(50)로 송신되어, 미생물의 최적 배양을 위하여 적절한 온도와 압력으로 제어되도록 구성된다.
본 실시예에 있어서는, 상기 배양조(10) 내에 온도센서와 압력센서를 설치한 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, pH센서, 수위센서, 거품센서 등 미생물 배양조건에 따라 적절한 센서를 추가적으로 설치할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 배양조(10)에는 물공급조(11), 공기공급조(12), 배지공급조(13)가 각각 연결되어 있다.
상기 물공급조(11)는 내부에 물을 수용하며 상기 제어부의 제어에 의해 상기 배양조와의 연결라인에 설치된 밸브의 개폐에 의해 상기 배양조에 물을 공급하며, 상기 공기공급조(12)는 내부에 압축공기를 수용하고 상기 제어부의 제어에 의해 상기 배양조와의 연결라인에 설치된 밸브의 개폐에 의해 상기 배양조에 공기를 공급하며, 상기 배지공급조(13)는 미생물 또는 종균이 함유된 배지가 저장되어 있고 상기 제어부의 제어에 의해 상기 배양조와의 연결라인에 설치된 밸브의 개폐에 의해 상기 배양조에 배지를 공급한다.
여기서, 상기 배지공급조(13)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 5ton 용량의 배지공급탱크를 복수 개 배치한 후, 각각의 배지공급탱크를 연결관과 밸브를 통해 서로 병렬로 연결하여 상기 배양조 내의 일차 배양이 완료된 후에, 병렬로 연결된 다른 배지공급탱크로부터 배지를 공급할 수 있도록 구성하여, 연속적인 배양이 가능하도록 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 상기 배양조(10)에는 상기 물공급조와 상기 배지공급조로부터 공급된 물과 배지에 의해 상기 배양조 내부에는 미생물 배양액이 공급되어 저장되며, 상기 배양조내에 설치된 온도센서와 제 1 압력센서로부터 측정한 온도와 압력값에 기초하여 상기 교반날개의 회전구동과 상기 히터에 의해 상기 배지를 적절하게 교반하면서 가열하여 미생물의 배양이 최적이 되도록 제어된다.
한편, 상기 배양조(10)의 상부에는 연결관(30)이 상기 배양조 내부와 연통되도록 체결되어 있다. 상기 연결관(30)은 일끝단이 상기 배양조의 내부에 연통되고 타끝단이 후술하는 거품저장조(20)의 내부에 연통되도록 설치되어 있다.
또한, 상기 연결관(30)의 중간에는 밸브(31)가 형성되어 있고, 상기 제어부(50)의 제어에 의해 상기 밸브가 개폐되어 상기 배양조와 상기 거품저장조를 상호 연결하거나 차단하도록 구성되어 있다. 상기 밸브(31)는, 예를 들면 체크밸브 등으로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않고 연결관의 개폐를 원활하게 달성할 수 있으면 족하다.
상기 연결관(30)의 타끝단에 연결된 거품저장조(20)에는 상기 배양조(10)에서 발생한 거품이 이동되어 공급된다.
상기 거품저장조(20)의 외측에는 상기 거품저장조를 둘러싸는 냉각수관(21)이 형성되어, 상기 거품저장조(20) 내로 공급된 거품을 냉각시켜 액적이나 액상으로 농축시키도록 구성되어 있다.
본 실시예에 있어서는, 상기 냉각수관이 상기 거품저장조를 둘러싸도록 형성되어 있으나 반드시 이에 한정되지 않고 상기 거품저장조 내부로 삽입되는 봉형상으로 구성하여 상기 거품에 맞닿아 거품을 액적이나 액상으로 농축시키도록 구성할 수 있고, 상기 거품저장조 내에 가압수단을 형성하여 거품을 액적이나 액상으로 농축시키도록 구성할 수도 있으며, 상기 냉각수관을 생략하여 상기 거품이 상기 거품저장조의 내부면에 맞닿아 액적이나 액상으로 농축되도록 구성할 수도 있다.
상기 거품저장조(20)의 내부에는 수위센서(22)를 설치하여 상기 거품으로부터 형성된 액적의 수위를 측정하고, 측정된 수위값을 상기 제어부로 송신하여 상기 제어부의 제어에 의해 상기 연결관의 밸브를 개폐하여 상기 거품저장조로 공급되는 거품의 양을 제어하여 상기 거품저장조내의 수위를 적절하게 유지하도록 구성된다.
또한, 상기 거품저장조(20의 내부에는 제 2 압력센서(23)를 더욱 설치할 수 있다. 상기 제 2 압력센서(23)는 상기 거품저장조의 내부의 압력을 측정하며, 상기 제 2 압력센서(23)에서 측정된 값은 상기 제어부로 송신되고, 상기 제어부는 송신된 값에 따라 상기 배양조 내에 설치된 제 1 압력센서로부터의 측정된 값과 비교하여 상기 배양조 및 상기 거품저장조의 내부압력을 조절하도록 구성된다.
본 실시예에 있어서, 상기 배양조(10)와 상기 거품저장조(20)의 내부압력은 동일하게 형성하거나 상기 거품저장조의 압력의 상기 배양조의 압력보다 낮게 형성하는 것이 바람직하다. 상기 거품저장조의 압력을 상기 배양조의 압력과 동일하거나 낮게 유지함으로써 상기 배양조 내에서 발생한 거품이 별도의 수단이 없이도 상기 거품저장조로 원활하게 이동할 수 있도록 구성된다.
한편, 상기 거품저장조의 압력조절에 의해 상기 거품의 원활한 이동을 이룰 수 있지만, 이에 더하여 상기 거품저장조의 일측에 흡입펌프(도시하지 않음)를 설치하여 상기 배양조로부터 상기 거품저장조로의 이동이 더욱 원활하게 이루어지도록 구성할 수도 있다.
상기 거품저장조(20)로 이동된 상기 거품은 상기 냉각수관 또는 가압수단에 의해 액적이나 액상으로 변화되어 상기 거품저장조의 하부에 수용된다. 상기 거품에는 상기 배양조에서 배양된 미생물이나 종균의 대사산물이 90%이상의 높은 함유율로 함유되어 있으므로 상기 거품저장조의 하부에 수용된 거품의 액적이나 액상에는 높은 농도의 대사산물로 구성되어 있다.
상기 거품저장조(20)의 하부에는 제 1 배출밸브(24)를 구비하여 상기 제 1 배출밸브의 개폐에 의해 상기 거품저장조의 하부에 수용된 높은 농도의 대사산물을 배출시켜 별도의 제품으로 포장 및 반송하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 거품포집 배양시스템은 상기 거품저장조에 연결되는 분리정제부(40)를 더욱 구비할 수 있다.
상기 분리정제부(40)는 상하부 덮개를 갖는 원통형상으로 형성되어 있고, 연결공급라인(41)과 필터부(42)를 구비한다. 상기 연결공급라인(41)은 상기 거품저장부의 하부에 연결되어, 상기 거품저장조(20)의 하부에 저장된 거품의 액적이나 액상을 상기 분리정제부로 이송 및 공급하도록 구성된다. 상기 연결공급라인(41)의 중간에는 개폐밸브(42)가 형성되어, 상기 개폐밸브(42)의 개폐에 의해 상기 거품의 액적이나 액상의 공급 및 차단을 조절하도록 구성된다.
또한, 상기 분리정제부(40) 내부에는 필터부(43)가 구비되어, 상기 분리정제부내로 공급된 거품의 액적이나 액상으로부터 미생물이나 불순물을 제거하여 높은 농도의 대사산물만을 걸러내도록 구성된다.
또한, 상기 분리정제부(40)의 하부에는 제 2 배출밸브(44)를 구비하여 상기 제 2 배출밸브의 개폐에 의해 상기 분리정제부의 하부에 수용된 높은 농도의 대사산물을 배출시켜 별도의 제품으로 포장 및 반송하도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 거품포집 시스템의 작동에 대하여 설명한다.
상기 물공급조와 상기 배지공급조 및 상기 공기공급조로부터 공급된 물과 미생물 또는 종균과, 공기에 의해 상기 배양조의 내부에는 미생물 배양액이 수용되어 저장된다. 상기 미생물 배양액을 상기 온도센서 및 제 1 압력센서에 의해 측정된 값에 따라 상기 제어부의 제어에 의해 상기 배양 상기 히터에 의해 가열하여 소정 온도와 소정압력으로 유지하면서, 상기 교반날개에 의해 교반하여 상기 미생물의 배양을 최적화한다. 이로써 상기 배양조(10) 내에서의 배양에 의해, 상기 미생물 또는 종균은 대사산물을 생성하며 이러한 과정에서 거품이 발생하게 된다.
상기 발생된 거품에는 미생물의 대사산물이 다량으로 함유되어 있으므로, 상기 거품이 상기 배양조를 가득 채우게 되면 상기 배양조 내부의 센서나 배양조의 내부벽면에 달라붙어 기기를 오염시키거나 오작동이 발생하게 되고 거품이 많아질수록 대사산물의 농도가 축적되어 상술한 자가독성에 의해 미생물 또는 종균이 소멸하게 된다.
따라서, 상기 거품을 제거하여야 하는데, 본 실시예에 있어서는 상기 배양조에 연결된 연결관으로 상기 거품을 이동시켜 상기 배양조내에 거품이 채워지지 않도록 구성한다.
상기 연결관을 통해 상기 거품저장조로 이동된 상기 거품은 상기 냉각수단 또는 가압수단에 의해 액적이나 액상으로 농축되어 거품저장조의 하부에 수용 및 저장된다. 이로써, 상기 배양조 내에서는 미생물 배양에 의한 대사산물의 농도를 저감시켜 자가독성에 의한 미생물이나 종균의 소멸을 방지함과 동시에 거품저장조에서는 거품에 함유된 대사산물을 낭비함이 없이 활용할 수 있다.
한편, 거품저장조의 하부에 저장된 거품의 액적이나 액상을 분리정제조로 이동 및 공급하고 상기 분리정제조에 마련된 필터부에 의해 상기 액적이나 액상에 함유된 미생물 또는 불순물을 제거하여 높은 농도의 대사산물만을 추출하여 별도의 제품으로 활용할 수 있다.
이로써, 발생한 거품을 제거하기 위하여 소포제를 사용하기 때문에 거품에 함유된 대사산물도 소멸되는 일이 없이, 배양조내에서 생성된 거품을 거품저장조로 이동시켜 활용할 수 있으므로 소포제를 이용하여 거품을 제거하는 공정을 생략할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 배양조에 물과 배지를 계속 공급하고, 병렬로 연결된 복수의 배지공급조로부터 배지를 연속적으로 공급할 수 있으므로 하나의 배양조에서 계속하여 배양시키더라도 생성된 거품을 거품저장조로 이동시키기만 하면 되므로, 공정의 단락이 없이 연속적인 배양이 가능하고, 거품에 의해 배양조가 오염되는 일이 없으므로 배양조의 세척을 위한 공정의 단락을 방지할 수 있다.
본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형에와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.
10 : 배양조
20 : 거품저장조
30 : 연결관
40 : 분리정제조

Claims (5)

  1. 미생물 배양시스템에 있어서,
    미생물 또는 종균을 배양하는 배양조와,
    상기 배양조에 연결되어 상기 미생물 또는 종균의 배양시에 발생하는 거품을 저장하는 거품저장조와,
    상기 배양조 및 상기 거품저장조에 연결되어 상기 거품이 이동하는 연결관을 구비하는 것을 특징으로 하는 거품포집 배양시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 거품저장조에 연결되어 상기 거품에 함유된 대사산물과 상기 거품에 함유된 미생물 및 불순물을 분리정제하는 분리정제부를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 거품포집 배양시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 거품저장조의 압력은 상기 배양조 내의 압력과 동일하거나 낮은 압력으로 제어되어 상기 배양조 내의 거품이 상기 거품저장조로 용이하게 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 거품포집 배양시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 거품저장조는 이동된 거품을 상기 거품저장조 내에서 농축시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 거품포집 배양시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양조는 미생물이 함유된 배지를 가열하는 히터와, 상기 배지를 교반하는 교반날개를 구비하며,
    상기 배양조에는 미생물 또는 종균이 함유된 배지를 저장하는 배지공급조와, 상기 배양조에 물을 공급하는 물공급조와, 상기 배양조에 공기를 공급하는 공기공급조가 각각 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 거품포집 배양시스템.


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