KR101476135B1 - Method of promoting the culture of algae and microorganism by regulating on pneumatic air and a luminous source - Google Patents
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Abstract
본 발명은 호기성 조류 및 미생물 배양속도를 향상시키는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 또는 기체의 압력조절과 미세분사 방식을 통해 배양체의 응집을 방지하고, 광원의 조도 및 광도조절을 통한 광화학적 기체 생성방법으로 조류 및 미생물 배양에 필요한 최적의 환경을 조성함으로써 미생물의 배양속도를 향상시킬 수 있게 된다. The present invention relates to a method for improving the aerobic algal and microbial culture speed, and more particularly, to a method for improving aerobic algal and microbial culture speed by preventing the agglomeration of a culture medium by controlling the air or gas pressure and micro- By the gas production method, the optimum environment necessary for the culture of algae and microorganisms is established, so that the culture rate of microorganisms can be improved.
Description
본 발명은 호기성 조류 및 미생물의 배양속도를 향상시키는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 또는 기체의 압력조절과 미세분사 방식을 통해 배양체(세포)의 응집을 방지하고, 광원의 조도 및 광도조절을 통한 광화학적 기체 생성방법으로 조류 및 미생물 배양에 필요한 최적의 환경을 조성함으로써 미생물의 배양속도를 향상시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the culture rate of aerobic algae and microorganisms, and more particularly, to a method for controlling the growth rate of aerobic algae and microorganisms by controlling the pressure of air or gas, The present invention relates to a method for producing a photochemical gas through a microorganism and a method for producing microorganisms by cultivating microorganisms.
미생물, 동물 및 식물세포 등을 적당한 배식에 식균하여 온도, 산소 등의 적당한 조건에서 증식시키는 일련의 과정을 배양(培養)이라고 하고 배양의 형식은 액체 배양과 고체배양으로 구분된다. 배양에 있어 중요한 외적조건으로는 온도, 습도, 빛 기체상의 조성(이산화탄소와 산소의 분압)등이 있으며 그 밖에 배양되는 생물체에 가장 중요한 직접적인 영향을 주는 것이 배지(培地)이다. 배지는 배양기라고도 하며 그 생물체에 직접적인 환경인 동시에 생존과 증식에 필요한 각종 영양소의 공급장이다. 배지가 액체인 경우를 액체배지라고 하고, 액체배지에 한천, 젤라틴을 가한 것이 고체배지이다. 액체배지는 미생물이나 동식물의 세포 또는 조직편 등을 배양할 때, 배지 성분과의 접촉면적을 증대시켜 양분이나 산소의 공급이 잘되는 장점이 있어 균체 또는 미생물을 대량으로 얻고자 하는 경우 주로 액체배지를 사용한다.A series of processes in which microorganisms, animal and plant cells are inoculated into a proper diet and grown under appropriate conditions such as temperature and oxygen are referred to as culturing, and the culture is classified into liquid culture and solid culture. Important external conditions for culture include temperature, humidity, composition of light gas phase (partial pressure of carbon dioxide and oxygen), and other important factors that directly affect the organism to be cultivated. The medium is also referred to as an incubator and is a supply environment for various nutrients necessary for survival and proliferation as well as a direct environment for the organism. When the medium is a liquid, it is referred to as a liquid medium. Agar medium and gelatin are added to the liquid medium, which is a solid medium. When a cell or tissue of a microorganism or animal or plant is cultured, the liquid medium is advantageous in that it provides good nutrients and oxygen by increasing the contact area with the medium component. Therefore, when a large amount of cells or microorganisms are to be obtained, do.
일반적으로 액체배지를 이용한 액체배양 상에서는 온도, 조도, 기체 그리고 배지에 포함된 유기물 및 무기물의 포화량 조절을 통한 배양, 즉 영양배양법으로 조류 및 미생물을 배양하고 있으며 일반적으로 조류 및 미생물들의 배양시간이 정해져 있어 이들의 배양속도를 향상시키기 위해 배지의 영양성분을 조절하는 방법이 주로 사용되고 있다. Generally, in a liquid culture medium using a liquid medium, algae and microorganisms are cultured by controlling the saturation amount of organic and inorganic substances contained in temperature, lightness, gas and medium, that is, nutrition culture method. And the nutrient composition of the medium is controlled in order to improve the cultivation speed of the medium.
그런데, 상기와 같은 액체 배양의 경우 배양체의 성장에 비례하여 배양체 세포의 응집현상이 일어나는 문제점이 있다. 이러한 응집현상은 대부분의 조류 및 미생물에서 확인할 수 있으며 세포배양의 속도를 저해하는 원인이 되는 바, 이를 해결하기 위해 종래는 배양기간 동안 지속적인 교반을 수행하여 배양세포의 응집을 방지하고 있다. However, in the case of the above-mentioned liquid culture, there is a problem that the aggregation of the cultured cells occurs in proportion to the growth of the cultured product. This coagulation phenomenon can be confirmed in most algae and microorganisms, and is a cause of inhibiting the speed of cell culture. In order to solve this problem, conventionally, agitation is carried out during the culture period to prevent aggregation of cultured cells.
그러나, 단순한 교반만으로는 응집현상을 해결할 수 없는 경우가 많은데 실험배양이 아닌 지속적인 생산배양 또는 산업활용 물질을 얻고자 하는 경우 장기간 같은 종의 배양체를 담아두고 배양하는 과정에서 주 배양세포의 변의 또는 변화된 형태의 형질전환 세포로 자라게 된다. 이러한 주된 원인 중 가장 큰 이유로 작용하는 것이 세포의 응집현상이고, 이러한 응집현상으로 형성된 플럭(flock)은 각 배양체들의 성장을 저해시킨다. However, it is often the case that agitation can not be solved only by simple agitation. In order to obtain a continuous production culture or industrially useful substance rather than an experimental culture, the cultured cells of the same kind are cultured for a long period, Lt; / RTI > transformed cells. One of the main reasons for this is the aggregation phenomenon of cells, and the flock formed by this aggregation inhibits the growth of each culture.
또한, 배양기 내에서 배양을 촉진하는데 필요한 환경 조건인 수소이온지수와 용존산소(DO), 용존이산화탄소(DCO2)를 적정하게 유지시키기 위해 산소와 이산화탄소 등과 같은 가스를 지속적으로 공급해 주어야 한다. In addition, gas such as oxygen and carbon dioxide must be continuously supplied to maintain the hydrogen ion concentration, dissolved oxygen (DO), and dissolved carbon dioxide (DCO 2 ), which are environmental conditions necessary for promoting culture in the incubator.
그러나, 단순히 외부에서 이들 가스를 주입하는 것만으로는 특정 미생물의 성장에 필요한 용존 오존(O3)을 충분히 생성하기 어렵고 일정하게 유지하는 것 또한 어려운 문제점이 있다. However, there is a problem that it is difficult to sufficiently generate dissolved ozone (O 3 ) necessary for the growth of a specific microorganism and to keep it constant by merely injecting these gases from the outside.
대한민국특허등록 제10-0189574호에 따르면, 액체배지에서 식물조직을 배양함에 있어 공기와의 원활한 접촉을 통하여 배양용기내 조직의 원활한 성장을 도모하고 성장속도를 촉진하는 방법으로 액체 배양액은 미스트 분무하며 배양실내에는 공기펌프를 이용하여 공기를 공급하여 순환시키는 방법이 제시되어 있다. According to Korean Patent Registration No. 10-0189574, in the culturing of a plant tissue in a liquid medium, smooth culture of the tissue in the culture container is achieved through smooth contact with air, and the liquid culture liquid is sprayed with mist In the culture chamber, air is circulated through an air pump.
대한민국특허등록 제10-0930330호는 오폐수처리용 미생물 반응기에 관한 것으로, 배양액내에 균일한 산소공급이 이루어질 수 있도록 설계된 오폐수 처리용 미생물 배양기를 기재하고 있으며 배양기내에 미생물의 배양을 촉진하기 위해 배양액내에 공기를 분사하여 공급하는 방법을 채용하고 있다. Korean Patent Registration No. 10-0930330 relates to a microorganism reactor for treating wastewater. This microorganism reactor is designed to provide a uniform supply of oxygen into a culture medium. In order to promote the cultivation of microorganisms in a culture medium, Is injected and supplied.
그러나 상기의 방법들은 미생물 배양에 따른 응집 현상을 해결하는데 한계가 있거나 조류 및 미생물의 배양속도를 만족스럽게 촉진할 수 없는 문제점이 있다. However, the above methods have a problem in solving the aggregation phenomenon due to the microbial culture or can not satisfactorily accelerate the cultivation rate of algae and microorganisms.
본 발명의 목적은 압력조절에 의한 미세공기분사로 배양체(세포)의 응집을 방지하고 빛의 광도 및 조도 조절로 광화학적 기체를 생성 제공함으로써 배양속도를 촉진할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for promoting a culture speed by preventing coagulation of cultured cells (cells) by micro-air injection by pressure control and generating and providing a photochemical gas by controlling light intensity and light intensity.
본 발명은 압력조절과 미세분사 방식으로 공기 또는 기체를 분사하고, 빛의 조도 및 광도 조절을 통하여 광화학적 기체를 생성하는 단계를 포함하는, 기체의 압력 및 광원조절에 의한 호기성 조류 및 미생물 배양속도 향상 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for controlling aerobic algae and microorganism culture rate by gas pressure and light source control, comprising the step of spraying air or gas with pressure control and fine spraying method, and generating a photochemical gas through light intensity and light intensity control Improvement method.
본 발명은 조류 및 미생물의 배양속도를 촉진할 수 있는 공기 및 기체 분사 단계 및 광도 및 조도 조절 단계를 포함하는 기체의 압력 및 광원조절에 의한 호기성 조류 및 미생물 배양속도 향상 시스템을 제공한다.The present invention provides a system for improving the aerobic algal and microbial culture speed by controlling the pressure and light source of a gas, including air and gas injection steps and light intensity and light intensity control steps capable of promoting the flow rate of algae and microorganisms.
본 발명에 따라 공기 또는 기체를 미세(안개)분사함으로써 조류 및 미생물 배양체의 응집을 방지할 수 있고, 광원의 광도 및 조도 조절에 의해 배지내 용존 산소 또는 용존 이산화탄소량을 조절함으로써 액체배지 상에서 조류 및 미생물의 배양속도를 촉진할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, it is possible to prevent coagulation of algae and microorganism cultures by fine (mist) injection of air or gas, and to control the amount of dissolved oxygen or dissolved carbon dioxide in the medium by controlling the light intensity and the light intensity of the light source, There is an effect that the culture rate of the microorganism can be promoted.
도 1은 본 발명의 방법에 따른 액체배지내의 배양체(세포)의 응집해소 및 배양상태를 나타내는 도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the coagulation dissolution and culture of a culture (cell) in a liquid medium according to the method of the present invention. FIG.
본 발명은 압력조절과 미세분사 방식으로 공기 또는 기체를 분사하고, 광원의 조도 및 광도 조절을 통하여 광화학적 기체를 생성하는 단계를 포함하는, 기체의 압력 및 광원조절에 의한 호기성 조류 및 미생물 배양속도 향상 방법을 제공한다. The present invention relates to a method for producing a photochemical gas by spraying air or gas with pressure control and fine spraying method and generating a photochemical gas by controlling the illuminance and intensity of the light source, Improvement method.
본 발명에 따른 액체 배지 내 배양되는 조류는 남조류 등을 포함하는 통상의 호기성 조류로 본 발명에서 특별히 한정되지 아니하며, 조류 외에도 동일 환경에서 활동하는 세균류(bacteria), 원생동물류(protozoa), 사상균류(fungi), 효모류(yeast), 바이러스(virus) 등의 미생물에도 적용될 수 있다. The algae cultivated in the liquid medium according to the present invention is not particularly limited in the present invention as a common aerobic bird including cyanobacterium and the like. In addition to algae, bacteria such as bacteria, protozoa, filamentous fungi fungi, yeast, viruses, and the like.
본 발명에 따른 공기 및 기체의 미세분사는 조류 및 미생물균사의 응집시점 지수를 감지하는 센서부에 의해 조절되며, 배지내 조류 및 미생물의 배양체 성장에 따라 응집이 형성되는 시점에서 배양기내 배설된 저압 안개분사용 노즐을 이용하여 공기 및 기체를 배지에 확산 분사시킴으로써 응집된 배양체를 분쇄해준다. 본 발명에 따른 노즐의 크기는 0.1 내지 0.5mm로 이를 통하여 분사되는 공기 및 기체로 인하여 배양체의 응집이 깨지게 되고 그 결과 응집 해결지수가 0 내지 1%가 된다. The micro-injection of the air and the gas according to the present invention is controlled by a sensor unit for detecting the agglomeration time index of algae and microbial mycelium, and at the time when agglutination is formed according to the growth of the algae and microorganisms in the medium, The fog spraying nozzle is used to spray the air and gas onto the medium to pulverize the agglomerated culture. The size of the nozzle according to the present invention is 0.1 to 0.5 mm, which causes the agglomeration of the cultured product to be broken due to the air and gas injected through the nozzle. As a result, the flocculation resolution index is 0 to 1%.
본 발명에서 노즐을 통하여 분사되는 기체는 공기 외에 산소, 이산화질소 등이다. In the present invention, the gas injected through the nozzle is oxygen, nitrogen dioxide, etc. in addition to air.
또한, 액체배지 내에서 조류 및 미생물을 잘 배양하기 위해서는 일정량의 용존 산조(DO), 용존이산화탄소(DCO2) 및 오존이 필요한데, 본 발명에서는 광원의 광도와 조도를 조절함으로써 필요한 기체를 생성하는 방법을 채택하고 있다. 즉, 배양기내에 용존산소, 용존이산화탄소 및 오존의 잔존량을 감지하는 센서부를 설치하여 오존함량이 부족한 경우 이산화질소가 투입되게 되고 질소기체의 산화과정에 광도 범위 4000 내지 5000K, 조도범위 6000± 500Lux의 광원을 제공하면 오존이 생성되게 된다. 또한, 용존 이산화탄소가 부족한 경우에는 광도범위 10000 내지 12000K, 조도범위 3000± 500Lux의 적외선 광원이 조사되어 배지내에 용존 이산화탄소가 증가하게 된다. In addition, a certain amount of dissolved oxygen (DO), dissolved carbon dioxide (DCO 2 ) and ozone are required to cultivate algae and microorganisms well in a liquid medium. In the present invention, a method of generating necessary gas by controlling the luminous intensity and illuminance of a light source . That is, a sensor unit for detecting the amount of dissolved oxygen, dissolved carbon dioxide, and ozone in the incubator is installed to introduce nitrogen dioxide when the content of ozone is insufficient, and a light source having a light intensity range of 4000 to 5000K and an illuminance range of 6000 ± 500 Lux The ozone is generated. In addition, when dissolved carbon dioxide is insufficient, an infrared light source having a luminous intensity range of 10000 to 12000 K and an illuminance range of 3000 ± 500 Lux is irradiated to increase dissolved carbon dioxide in the medium.
즉, 본 발명은 액체배지내에서 조류 및 미생물을 배양함에 있어 응집방지를 위해 교반을 행해주는 것 외에 추가로 공기 및 기체를 미세분사하는 수단과 광원의 조도와 광도를 조절하여 배양기내 용존 기체양을 증대시키는 수단을 동시에 수행함으로써 조류 및 미생물의 배양속도를 촉진할 수 있게 되는 것이다. That is, in the present invention, in the cultivation of algae and microorganisms in a liquid culture medium, in addition to agitation for preventing agglomeration, a method of fine spraying of air and gas and a method of adjusting the illuminance and brightness of a light source, The rate of cultivation of algae and microorganisms can be promoted.
본 발명의 일실시태양에 따른 세포배양 방법은 아래와 같다. The cell culture method according to one embodiment of the present invention is as follows.
세포의 응집상태를 확인하기 위하여 호기성 미세조류(1~40㎛) 및 미생물 (0.5~50㎛)의 액체 환경조건에서 순수 배양배지에 필요한 공기와 이산화탄소를 주입한다. 대상균주로는 담자균주는 느타리버섯 균사와 조류로는 스피룰리나(남조류)와 세균류로는 대장균(Escherichia coli)을 선택하여 액체상에서 배양하였다.Air and carbon dioxide are injected into a pure culture medium under aerobic microalgae (1 ~ 40㎛) and liquid environment condition of microorganisms (0.5 ~ 50㎛) to confirm cell aggregation state. Escherichia coli was selected as a target strain, and Spirulina (cyanobacteria) and Escherichia coli were cultured in a liquid phase.
본 발명의 다른 일실시태양은 조류 및 미생물의 배양속도를 촉진하기 위하여, 공기 및 기체를 안개분사용 노즐을 통하여 미세 분사시키는 단계 ;및 광원의 광도 및 조도를 조절함으로써 배지내 배양체의 성장에 필요한 용존 기체를 광화학적으로 생성하는 단계; 를 포함하는 기체의 압력 및 광원조절에 의한 호기성 조류 및 미생물 배양속도 향상 시스템(photo-bioreactor)을 제공한다.Another embodiment of the present invention relates to a method of microinjection of air and gas through a fogging nozzle to promote the rate of cultivation of algae and microorganisms and to control the light intensity and illuminance of the light source Photochemically generating a dissolved gas; And a photo-bioreactor for controlling aerobic algae and microorganisms by controlling the light source.
구체적으로 본 발명에 따른 시스템은 액체배지 내 배양체의 응집 여부를 감지하는 응집감지 센서부; 상기 응집감지 센서부의 감지 결과에 따라 공기 및 기체를 미세분사하는 노즐부; 액체배지 내 용존산소 및 용존 이산화탄소를 감지하는 기체감지 센서부; 상기 기체감지 센서부의 감지 결과에 따라 광원의 광도 및 조도를 조절하는 광원부를 포함하여 구성될 수 있으며 이외에 조류 및 미생물 배양을 위한 영양 배지, 배양체 등이 추가로 구성될 수 있다. Specifically, the system according to the present invention includes: a coagulation detecting sensor unit for detecting whether or not the culture medium is coagulated in a liquid medium; A nozzle unit for finely spraying air and gas according to the detection result of the cohesion detection sensor unit; A gas detection sensor unit for detecting dissolved oxygen and dissolved carbon dioxide in the liquid medium; And a light source unit for controlling light intensity and illuminance of the light source according to the detection result of the gas detection sensor unit. In addition, a nutrient medium and a culture medium for culturing algae and microorganisms may be further included.
Claims (8)
상기 광화학적 기체는 오존으로서 광도범위 4000 내지 5000K, 조도범위 6000± 500Lux로 조사하여 생성하는 것을 특징으로 하는, 기체 압력 및 광원조절에 의한 호기성 조류 및 미생물 배양속도 향상방법. A method for enhancing the aerobic algal and microbial growth rate, comprising spraying air or gas with pressure regulation and micro-injection method, and generating a photochemical gas through light intensity and light intensity control,
Wherein the photochemical gas is generated by irradiating the ozone with a luminous intensity range of 4000 to 5000K and an illuminance range of 6000 to 500 Lux to improve the aerobic algal and microbial growth speed by controlling the gas pressure and the light source.
상기 광화학적 기체는 이산화탄소로서, 광도범위 10000 내지 12000K, 조도범위 3000± 500Lux에서 용존 이산화탄소량을 조절하는 것을 특징으로 하는, 기체 압력 및 광원조절에 의한 호기성 조류 및 미생물 배양속도 향상방법. A method for enhancing the aerobic algal and microbial growth rate, comprising spraying air or gas with pressure regulation and micro-injection method, and generating a photochemical gas through light intensity and light intensity control,
Wherein the photochemical gas is carbon dioxide and the amount of dissolved carbon dioxide is adjusted in a luminous intensity range of 10000 to 12000K and an illuminance range of 3000 占 500Lux to improve the aerobic algal and microbial culture speed enhancement by gas pressure and light source control.
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Legal Events
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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