KR101568566B1 - Novel strain Chlamydomonas mexicana YSL008 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신균주 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP]에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008는 CO2와 영향물질의 최적 함유 배양에 따라, 고농도 탄수화물 함량을 가지고 있어 바이오에탄올 생산에 매우 효과적이고, 효소 가수분해를 추가하여 에탄올 생산용 탄수화물 내 글루코오스 함량을 증가시킨다. 또한 폐수 내성이 강하여 폐수 내 질소와 인을 제거할 수 있으므로 폐수 처리와 동시에 바이오 에너지 생산에 좋은 에너지 원료로 사용 가능하다.The present invention relates to a novel strain Clamidomonas Mexicana YSL008 [KCTC12343BP], more particularly, Clamidomonas mexicana or YSL008 has a high concentration of carbohydrate according to the optimal content culture of CO 2 and an influent substance, And adds enzymatic hydrolysis to increase the glucose content in carbohydrates for ethanol production. In addition, since the wastewater resistance is strong, it is possible to remove nitrogen and phosphorus in the wastewater, and thus it can be used as a good energy source for producing bio energy simultaneously with wastewater treatment.

Description

신균주 클라미도모나스 멕시카나 YSL008{Novel strain Chlamydomonas mexicana YSL008}Novel strain Chlamydomonas mexicana YSL008}

본 발명은 탄수화물 함량이 높은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008(Chlamydomonas mexicana YSL008)[KCTC12343BP] 균주에 관한 것이다.
The present invention relates to a strain of Chlamydomonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP] having a high carbohydrate content.

바이오에탄올은 바이오디젤과 더불어 대표적인 재생자원 에너지로 각광받고 있으며, 휘발유와 혼합하거나 단독으로 연료로 사용될 수 있어 뿐만 아니라 곡물/목질/식물계 물질에서 추출이 가능하여 그 자원의 한계성도 넓다. 각 국에서는 화석 연료 고갈 사태, 온실가스 규제 강화를 배경으로 대체에너지 개발이 세계 이슈로 부상하고 있으며, 미국은 2017년까지 석유소비를 20% 줄이는 대신 바이오에탄올 등 대체에너지 이용 확대와 일본, 중국 등 국가도 바이오에탄올 생산 정책을 추진 중이다. 그러나, 바이오에탄올을 주로 생산하는 곡물계는 식량 보급의 시각과 맞물려 더 이상의 개발이 어려운 시점이며, 목질계 물질은 리그닌 성분을 많이 함유하고 있어 이를 해결하기 위한 전처리에 많은 문제를 가지고 있다. 이러한 문제로 최근, 바이오에탄올의 원료로 사용되는 에너지원으로 국내ㆍ외 연구 그룹에서는 탄수화물 및 당질이 풍부한 미세조류로부터 바이오에탄올을 얻는 기술을 연구 중에 있다. 대부분의 미세조류는 약 35% 이상의 탄수화물을 저축하고 있으며, 구성 성분은 성장 환경에 따라 변화한다. 또한 조류내 탄수화물 물질은 대부분 글루코오스로 구성되어 있어 당발효과정으로 에너지 생산이 쉽다. 이러한 탄수화물의 구성을 변화하기 위해서는 미세조류 성장 시 주변환경 변화에 따라 진행된다.Bioethanol is in the spotlight as a representative renewable resource energy in addition to biodiesel. It can be mixed with gasoline or used as a fuel alone, and it is also possible to extract it from grains / woody / vegetable materials. In each country, alternative energy development is emerging as a global issue based on exhaustion of fossil fuels and strengthening of greenhouse gas regulations. In addition to reducing petroleum consumption by 20% by 2017, the United States will expand use of alternative energy such as bioethanol, The country is also pursuing bioethanol production policy. However, the grain system that mainly produces bioethanol is at a time when it is difficult to further develop due to the viewpoint of food supply, and the woody material contains a lot of lignin components, and thus, it has many problems in the pretreatment to solve this problem. Recently, as a source of energy for bioethanol, domestic and foreign research groups are studying the technology for obtaining bioethanol from microalgae rich in carbohydrates and saccharides. Most microalgae consume about 35% or more carbohydrates, and the constituents vary depending on the growth environment. In addition, most of carbohydrate substances in algae are composed of glucose, so it is easy to produce energy by sugar fermentation process. In order to change the composition of such carbohydrates, microbial growth proceeds according to changes in the surrounding environment.

미세조류는 탄수화물, 단백질, 지질 등으로 형태를 구성하고 있으며, 효율적으로 탄수화물을 이용하게 되면 다량의 에탄올을 쉽게 얻을 수 있다. 바이오에탄올 생산용 조류를 배양하기 위해서는 온도, 탄소원, 미네랄 원소의 구성이 중요하며 폐수에 내성을 가지는 조류는 성장이 빠르고, 탄수화물 함량이 높아 발효 시 에탄올로 전환될 가능성이 높다.Microalgae are composed of carbohydrates, proteins, lipids, etc., and when a carbohydrate is used efficiently, a large amount of ethanol can be easily obtained. In order to cultivate algae for bioethanol production, the composition of temperature, carbon source, and mineral element is important, and algae resistant to wastewater are likely to be converted to ethanol upon fermentation because of their rapid growth and high carbohydrate content.

그러나, 조류는 구조물이 단단한 세포벽을 지니고 있어, 세포벽을 파괴하는 전처리가 요구되며, 추출된 탄수화물을 발효균 사용하기 좋도록 가수분해를 진행하여야 한다. 이러한 공정을 거치게 될 경우 탄수화물 구성 성분들인 만노오스(Mannose), 갈락토오스(Galactose), 글루코오스(Glucose)를 얻을 수 있게 되며, 그 중 글루코오스를 약 60%로 증가시킬 수 있다[비특허문헌 1].
However, the algae have a rigid cell wall, requiring pretreatment to destroy the cell wall, and hydrolysis of the extracted carbohydrate should be carried out in order to use the fermenting bacteria. In this process, mannose, galactose, and glucose, which are carbohydrate constituents, can be obtained, and the glucose can be increased to about 60% (Non-Patent Document 1).

R. Harun, M.K. Danquaha, Chemical Engineering Journal 168 (2011) 1079-1084R. Harun, M.K. Danquaha, Chemical Engineering Journal 168 (2011) 1079-1084

이에, 본 발명자들은 바이오에탄올의 생산효율을 증대하기 위한 새로운 미세조류 배양 연구를 개발하던 중 폐수에 대해 내성 및 이산화탄소를 빠르게 섭취하며, 또한, 탄수화물 함량이 높아 바이오에탄올 생산용 미세조류를 선별함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the inventors of the present invention have developed a new microalgae culture study for increasing the production efficiency of bioethanol, and have been studying resistance to wastewater and rapidly ingesting carbon dioxide, and by selecting microalgae for bioethanol production by high carbohydrate content Thereby completing the invention.

따라서, 본 발명은 폐수 처리에 사용하여 환경오염 문제를 해결하고, 그 과정에서 탄수화물 생산에 적합한 배양 조건을 적용하여 미세조류를 바이오에탄올 생산용으로 활용할 수 있는 신균주 클라미도모나스 멕시카나 YSL008{Novel strain Chlamydomonas mexicana YSL008를 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention relates to a novel strain Clamidomonas mexican or YSL008 {Novel} which can be used for the treatment of wastewater to solve the environmental pollution problem and to apply the microalgae to the production of bioethanol by applying culture conditions suitable for carbohydrate production in the process. strain Chlamydomonas mexicana I would like to provide YSL008.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 (Chlamydomonas mexicana YSL008)[KCTC12343BP] 균주를 제공한다.
As a means for solving the above problems, the present invention is Chlamydomonas Mexicana YSL008 (Chlamydomonas mexicana YSL008) [KCTC12343BP].

상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 폐수 처리용 미생물제제를 제공한다.
As another means for solving the above problems, the present invention provides a microorganism preparation for treating wastewater comprising Clamidomonas mexican or YSL008 [KCTC12343BP] strain or a culture thereof.

상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명은 폐수에서 상기 신균주를 배양하는 방법을 제공한다.
As another means for solving the above problems, the present invention provides a method for culturing the new strain in wastewater.

상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명은 초음파로 전처리하여 세포벽이 파쇄된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주를 효소로 가수분해 한 후, 혐기균으로 산발효시켜 바이오에탄올을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오에탄올의 제조방법을 제공한다.
As another means for solving the above problems, the present invention provides a method for producing a microorganism which comprises hydrolyzing a strain of Clamidomonas mexican or YSL008 [KCTC12343BP], which has been pretreated with an ultrasonic wave, with an enzyme and then fermenting it with anaerobes to obtain bioethanol Wherein the bio-ethanol is produced by a method comprising the steps of:

본 발명은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주를 이용하여 폐수 내성과 바이오에탄올 생산원인 탄수화물 및 탄수화물 내 글루코오스 함유량을 검토하여 바이오에탄올 생산용 신균주로서의 가능성을 확보하였다. The present invention has investigated the wastewater resistance and the content of glucose in carbohydrates and carbohydrates, which are the producers of bioethanol, by using Clamidomonas mexican strain YSL008 [KCTC12343BP], and secured the possibility as a new strain for bioethanol production.

본 발명의 신균주는 폐수 내성이 강하며, 폐수에 함유된 N, P 및 이산화탄소의 직접 적용이 가능하여 배양의 경제성을 크게 향상시키는 효과를 가진다.The new strain of the present invention has a strong resistance to wastewater, and it is possible to directly apply N, P and carbon dioxide contained in wastewater, thereby greatly improving the economical efficiency of culture.

또한, 성장된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주는 균주 내 50 중량%의 탄수화물을 지니며, 탄수화물 내 글루코오스(60% 이상)를 함유하고 있어 바이오에탄올 생산에 기여토록 하는 효과를 가진다.
In addition, the grown Clamidomonas mexican strain YSL008 [KCTC12343BP] has 50% by weight of carbohydrate in the strain and contains glucose (more than 60%) in the carbohydrate, thereby contributing to the production of bioethanol.

도 1은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주의 사진이다.
도 2는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주의 계통수를 나타낸 것이다.
도 3은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주로 폐수 내 질소, 인 제거를 나타낸 것이다.
도 4는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 중량당 균주의 탄수화물, 지질, 단백질 분포를 나타낸 것이다.
도 5는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주의 배양 조건에 따른 탄수화물 농도를 나타낸 것이다.
도 6은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주에 함유된 탄수화물 구성 분포를 나타낸 것이다[[E]: 효소; [S]: 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 바이오매스].
도 7은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주에서 발생된 탄수화물에 효소 가수분해를 하여 글루코오스 농도 변화를 나타낸 것이다. 계통수를 나타낸 것이다.
도 8은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008[KCTC12343BP] 균주에서 발생된 탄수화물을 혐기 발효하여 에탄올 생산을 나타낸 것이다[FB: 혐기성 미생물; DW: 증류수; Glu: 글루코오스, MB: 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 바이오매스, SB: 초음파 전처리된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 바이오매스, En: 효소 전처리].
1 is a photograph of a strain of Clamidomonas mexicanus YSL008 [KCTC12343BP].
Fig. 2 shows the phylogenetic tree of the Clemimonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP] strain.
Figure 3 shows the removal of nitrogen and phosphorus in the wastewater with Clamidomonas mexicana strain YSL008 [KCTC12343BP].
Figure 4 shows the carbohydrate, lipid and protein distribution of the strain per weight of Clamidomonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP].
Figure 5 shows the carbohydrate concentration according to the culture conditions of Clamidomonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP] strain.
Figure 6 shows the composition of carbohydrate constituents contained in Clamidomonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP] strain [[E]: enzyme; [S]: Clamidomonas Mexicana YSL008 Biomass].
FIG. 7 shows changes in glucose concentration by enzymatic hydrolysis of carbohydrates generated from Clamidomonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP] strain. This is the system tree.
FIG. 8 shows the production of ethanol by anaerobic fermentation of carbohydrates generated from Clamidomonas mexicana YSL008 [KCTC12343BP] strain [FB: anaerobic microorganism; DW: distilled water; Glu: glucose, MB: Clamidomonas Mexicana YSL008 Biomass, SB: Ultrasonically pretreated Clamidomonas mexican YSL008 Biomass, En: Enzyme pretreatment].

본 발명의 클라미도모나스 멕시카나 YSL008(Chlamydomonas mexicana YSL008)[KCTC12343BP] 균주는 본 발명자들에 의해 최초로 분리 동정된 것으로서, 하ㆍ폐수 처리장에서 이산화탄소 조건 하에서 BBM 배지를 이용하여 균주를 분리하였으며, 분리한 균주를 28s rDNA 시퀀싱 서열 검색에 의해 분자 유전학적인 방법으로 분석한 결과, 표준 균주인 클라미도모나스 멕시카나 AF395501.1와 98% 유사한 신균주임을 확인하였다.The inventors of the present invention identified the first strain of Chlamydomonas mexicana YSL008 (Chlamydomonas mexicana YSL008) [KCTC12343BP] according to the present invention. The strains were isolated using a BBM medium under carbon dioxide conditions at the wastewater treatment plant, Molecular genetic analysis of the strain by 28s rDNA sequencing showed that it was 98% similar to the standard strain, Clamidomonas mexicana AF395501.1.

본 발명자들은 상기 분리 동정된 신균주를 클라미도모나스 멕시카나 YSL008라 명명하였으며, 2012년 12월 28일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁하여 수탁번호 KCTC12343BP를 부여받았다.The present inventors have named the new strain identified above as Clamidomonas Mexicana or YSL008, and deposited it on December 28, 2012 at the BRC of Korea Research Institute of Bioscience and received the accession number KCTC12343BP.

상기 클라미도모나스 멕시카나 YSL008는 탄수화물 함량이 50 중량%으로 이상(바람직하게는 50 내지 60 중량%)으로, 다른 조류에 비해 1.5 내지 2 배 탄수화물 성분이 다량 함유된 새로운 균종이며, 탄수화물 내 글루코오스 함량이 전체 탄수화물 대비 60 중량% 이상(바람직하게는 60 내지 70 중량%)이다. 구체적으로, 클라미도모나스 멕시카나 YSL008은 균체 건조 중량 1g당 0.5 g/L 이상(바람직하게는 0.5 내지 1.0 g/L)의 탄수화물을 포함할 수 있다.The Clamidomonas mexicana YSL008 is a new species having a carbohydrate content of 50% by weight or more (preferably 50 to 60% by weight) and containing a large amount of carbohydrate components 1.5 to 2 times as much as other algae, and the content of glucose in carbohydrates Is 60% by weight or more (preferably 60 to 70% by weight) based on the total carbohydrate. Specifically, Clamidomonas mexicana YSL008 may contain a carbohydrate of 0.5 g / L or more (preferably 0.5 to 1.0 g / L) per 1 g of the cell dry weight.

또한, 상기 클라미도모나스 멕시카나 YSL008는 폐수에서 배양이 가능하며, 특히, 25 내지 35 ℃(보다 바람직하게는 27 내지 32 ℃), pH 7.0 내지 8.0(보다 바람직하게는 pH 7.2 내지 7.6)에서 배양하는 것이 바람직하다. 또한, BBM 배지(KH2PO4, CaCl2ㆍ2H2O, MgSO4ㆍ7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl, H3BO3 및 미량원소를 함유하는 배지)에서 배양하는 것이 보다 바람직하다. 상기 미량원소는 ZnSO4ㆍ7H2O, MnCl2ㆍ4H2O, MoO3, CuSO4ㆍ5H2O 및 Co(NO3)2ㆍ6H2O로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The abovementioned Clamidomonas mexicana YSL008 can be cultivated in wastewater and is cultivated at a pH of from 7.0 to 8.0 (more preferably from pH 7.2 to 7.6) at 25 to 35 캜 (more preferably 27 to 32 캜) . In addition, culturing in a medium containing BBM medium (KH 2 PO 4 , CaCl 2 .2H 2 O, MgSO 4 .7H 2 O, NaNO 3 , K 2 HPO 4 , NaCl, H 3 BO 3 and trace elements) More preferable. The trace element may be at least one selected from the group consisting of ZnSO 4 .7H 2 O, MnCl 2 .4H 2 O, MoO 3 , CuSO 4 .5H 2 O and Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O.

본 발명에 따른 클라미도모나스 멕시카나 YSL008는 질소, 인(20 mg/L, 4 mg/L) 조건 하에서도 생육이 가능하므로 폐수의 희석 배율을 크게 낮추지 않고도 배양이 가능하다.The climidomonas mexican or YSL008 according to the present invention can be grown under the conditions of nitrogen, phosphorus (20 mg / L, 4 mg / L), so that culture can be performed without greatly diluting the dilution ratio of wastewater.

또한, 폐수 내 오염원인 질소, 인 제거 효과를 나타내므로 폐수 처리에 활용 가능하다.Also, since it shows the effect of removing nitrogen and phosphorus, which are pollutants in the wastewater, it can be used for wastewater treatment.

상기와 같이, 본 발명은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP] 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 폐수 처리용 미생물제제를 제공할 수 있다.As described above, the present invention can provide a microorganism preparation for treating wastewater comprising Clamidomonas mexican strain YSL008 [KCTC12343BP] or a culture thereof.

폐수를 활용하여 배양시킨 본 발명에 따른 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP] 균주는 빠른 성장 속도와 동시에 탄수화물이 풍부한 종(균체 건조 중량의 탄수화물 함유량 70% 이상)으로서, 탄수화물 추출로 인한 바이오에탄올을 생산할 수 있는 성분 제공 요소로 사용 가능하다.The cultivar Clamidomonas mexican YSL008 [KCTC12343BP] according to the present invention cultivated by using wastewater has a high growth rate and a high carbohydrate-rich species More than 70% carbohydrate content), which can be used as a component for producing bioethanol from carbohydrate extraction.

본 발명은, 또한 초음파로 전처리하여 세포벽이 파쇄된 미세조류를 효소로 가수분해 한 후, 혐기균으로 산발효시켜 바이오에탄올을 수득하는 단계를 포함하는 바이오에탄올의 제조방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a method for producing bioethanol comprising hydrolyzing microalgae having cell walls broken by pretreatment with ultrasonic waves with an enzyme, followed by acid fermentation with anaerobic bacteria to obtain bioethanol.

본 발명에 따른 바이오에탄올의 제조방법은 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The method for producing bioethanol according to the present invention will be described in more detail as follows.

먼저, 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP]를 전처리시켜 세포벽을 파쇄하여 당화시킨다. First, the cell wall is disrupted by pretreating Clamidomonas mexican or YSL008 [KCTC12343BP] and glycosylated.

클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP]를 초음파 처리로 세포벽 파괴를 시도하여 조류 내 탄수화물(carbohydrate) 또는 당류(saccharide)의 단당이 쉽게 용존되도록 한다. 용존된 탄수화물은 글루코오스 함량을 증가시키기 위해 효소로 가수분해를 진행한다. Clomidomonas Mexicana YSL008 [KCTC12343BP] is attempted to destroy cell walls by sonication so that the monosaccharide of carbohydrate or saccharide in the algae is easily dissolved. Dissolved carbohydrates undergo hydrolysis with enzymes to increase the glucose content.

상기 효소는 셀룰로오스 계열의 링크(link)를 끊을 수 있는 조건이라면 모두 적용 가능하며, 본 발명의 실시예에서는 트리코데르마 리세이(Trichoderma reesei)를 사용하였다. The enzyme is applicable to any condition capable of breaking the link of the cellulose series, and in the embodiment of the present invention, Trichoderma reesei ) was used.

특히, 초음파를 5 내지 30분 동안 처리하여 미세조류 내 함유된 당 성분을 50% 이상 추출 가능하다.In particular, by treating the ultrasonic waves for 5 to 30 minutes, it is possible to extract more than 50% of sugar components contained in the microalgae.

상기 초음파는 20 내지 60 kHz, 1.0 내지 5.0 Kw의 세기로 처리하는 것이 바람직하다. The ultrasonic waves are preferably processed at an intensity of 20 to 60 kHz and 1.0 to 5.0 Kw.

상기에서 세포벽이 파쇄되고 가수분해 처리된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP]가 기질로 사용되어 혐기균에 의해 산발효되어 바이오에탄올을 얻을 수 있다. In the above, the cell wall is disrupted and hydrolyzed Clamidomonas mexican or YSL008 [KCTC12343BP] is used as a substrate and anaerobically fermented by anaerobic bacteria to obtain bioethanol.

즉, 전처리되어 용존된 단당(파쇄된 미세조류)은 혐기 산발효 과정에서 에탄올로 전환되며, 산발효 공정의 선택은 당류가 빠르게 전환되어 에탄올 생성이 가능한 이유에서이다. That is, pretreated monosaccharide (crushed microalgae) is converted into ethanol in anaerobic acid fermentation process, and the selection of acid fermentation process is because sugar is rapidly converted and ethanol production is possible.

상기 산발효는 30 내지 40 ℃(보다 바람직하게는 33 내지 37 ℃)와 pH 5.0 내지 7.0(보다 바람직하게는 pH 5.5 내지 6.5)의 조건 하에서 수행하는 것이 바람직하다.The acid fermentation is preferably performed under the conditions of 30 to 40 캜 (more preferably 33 to 37 캜) and a pH of 5.0 to 7.0 (more preferably, a pH of 5.5 to 6.5).

상기에서 발생된 바이오매스(파쇄된 미세조류)에는 다량의 탄수화물이 포함되어 있어, 차세대 발효 공정 에너지원으로 활용 가능하며, 폐 바이오매스 활용 가치가 있어 상용화 가능성은 매우 높다.Since the biomass (crushed microalgae) generated above contains a large amount of carbohydrate, it can be utilized as an energy source for the next generation fermentation process, and it is very likely to be commercialized because of its utilization value of pulmonary biomass.

또한, 혐기 산발효의 기질로 활용되는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 [KCTC12343BP]는 탄수화물 추출이 가능하므로 에탄올을 생산할 수 있는 성분 제공 요소로 사용될 수 있다.In addition, Clamidomonas mexican YSL008 [KCTC12343BP], which is used as a substrate for anaerobic acid fermentation, can be extracted as a carbohydrate and thus can be used as a component for producing ethanol.

이렇게 분리한 탄수화물 내 글루코오스를 분석한 결과, 전체 탄수화물에 대하여 60 중량% 이상으로 글루코오스를 포함되어 있음을 확인하였고, 이를 이용하여 바이오에탄올을 생산할 수 있다.
As a result of analyzing the glucose in the separated carbohydrate, it was confirmed that glucose was contained in an amount of 60% by weight or more based on the whole carbohydrate, and bioethanol can be produced using the glucose.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예 1: 신균주의 분리 및 배양Example 1: Isolation and culture of new strain

강원도 원주 지역의 하ㆍ폐수처리장 주변에서 시료를 채취하였다. 채취 시료는 200 mL 시험관에 다음 표 1에 나타낸 바와 같은 BBM 액체 배지와 15% CO2를 넣고 약 2주간 정치 배양하였다. 폐수의 농도는 질소와 인이 각각 20 mg/L, 4 mg/L로 공급하며 형광등을 광원으로 하여 배양 시험관 표면에서 조도를 약 24 watt로 조절한 후 직접 배양하였다. 예비 배양한 시료 1 mL를 10 mL의 멸균 증류수가 포함된 30 mL시험관에 넣고 잘 혼합하여 미세조류 세포를 분산시켰다. 이로부터 마이크로 피펫을 사용하여 0.1 mL의 시료를 취한 후 멸균 증류수가 포함된 시험관에 넣고 혼합하였다. 이러한 조작을 5회 반복한 후 각각의 시험관에서 약 0.1 mL의 시료를 취하고, 이를 다음 표 2에 나타낸 바와 같은 조성의 BBM 배지가 놓인 페트리디쉬(Petri dish)에 접종한 다음, 온도 30 ℃ 및 조도 40 μmol/㎡-sec의 배양기에서 2~3주간 정치 배양하였다. 미세조류의 군락(Colony)이 나타나면 현미경으로 확인하면서 백금이를 사용하여 각각의 군락을 웰 세포 배양 플레이트(well cell culture plate)에 옮겨 분리를 시작하였다. 각각의 홀에는 조류군락과 BBM 배지를 1:1로 하여 5% CO2를 10시간마다 20분 투여 후 10 내지 14일간 배양하였다. 일부 미생물의 성장을 억제하게 위해 본 실시예에서는 항생제 스트렙토마이신을 사용하여 조류만을 성장하도록 하였다. 이때, 사용된 항생제의 양은 배지 1L 당 0.15 μm/mL를 사용하였다. 일정 기간 후 각각의 홀에 배양된 군락을 현미경 관찰하였다. 이때, 대부분의 홀에서는 특성 미세조류만 성장하며, 같은 모양을 지닌 종을 BBM 배지로 준비된 페트리디쉬에서 배양을 하였다. 일정 기간 후 배양된 조류 군락은 한 종류의 군락으로 우세하게 배양되며, 이 군락을 채취하여 100 m의 BBM 배지가 들어있는 250 mL 삼각 플라스크에 이식하여 본 배양을 시작하였다. Samples were collected from the wastewater treatment plant in Wonju, Gangwon Province. The collected samples were incubated in a 200 mL test tube with BBM liquid medium and 15% CO 2 as shown in Table 1 for about 2 weeks. The concentration of wastewater was 20 mg / L and 4 mg / L of nitrogen and phosphorus, respectively, and the irradiance was adjusted to about 24 watts on the surface of the culture tube using a fluorescent lamp as a light source. 1 mL of the pre-incubated sample was added to a 30 mL test tube containing 10 mL of sterilized distilled water and mixed well to disperse the microalgae cells. From this, 0.1 mL of sample was taken using a micropipette and placed in a test tube containing sterile distilled water. After repeating this operation 5 times, about 0.1 mL of each sample was taken from each test tube, and the sample was inoculated into a Petri dish having a composition of BBM medium as shown in the following Table 2, And cultured in a 40 [mu] mol / m < 2 > -sec incubator for 2 to 3 weeks. When colonies of microalgae were observed, each group was transferred to a well cell culture plate using platinum under microscope and separation was started. In each hole, 5% CO 2 was added every 10 minutes for 20 minutes at a ratio of 1: 1 to the avian community and BBM medium, followed by incubation for 10 to 14 days. In order to suppress the growth of some microorganisms, only antibiotic streptomycin was used to grow algae in this example. At this time, the amount of antibiotic used was 0.15 μm / mL per 1 L of medium. After a period of time, the cultures in each hole were observed under a microscope. At this time, only the characteristic microalgae grew in most holes, and the same shaped seeds were cultured in petri dishes prepared with BBM medium. After a certain period of time, the cultivated algae community was predominantly cultivated with one kind of community, and this community was collected and transplanted into a 250 mL Erlenmeyer flask containing 100 m of BBM medium.

미세조류 배양용 액체 배지(BBM)의 조성Composition of liquid medium (BBM) for microalgae culture 성분ingredient 함량 (per liter)Content (per liter) KH2PO4 KH 2 PO 4 17.5 g17.5 g CaCl2ㆍ2H2OCaCl 2 .2H 2 O 2.5 g2.5 g MgSO4ㆍ7H2OMgSO 4 .7H 2 O 7.5 g7.5 g NaNO3 NaNO 3 25 g25 g K2HPO4 K 2 HPO 4 7.5 g7.5 g NaClNaCl 2.5 g2.5 g H3BO3 H 3 BO 3 11.42 g11.42 g 미량원소 모액Trace elementary mother liquor ZnSO4ㆍ7H2OZnSO 4 .7H 2 O 8.82 g8.82 g MnCl2ㆍ4H2OMnCl 2 .4H 2 O 1.44 g1.44 g MoO3 MoO 3 0.71 g0.71 g CuSO4ㆍ5H2OCuSO 4 .5H 2 O 1.57 g1.57 g Co(NO3)2ㆍ6H2OCo (NO 3 ) 2 .6H 2 O 0.49 g0.49 g 용액 (1)Solution (1) Na2EDTANa 2 EDTA 50 g50 g KOHKOH 3.1 g3.1 g 용액 (2)Solution (2) FeSO4 FeSO 4 4.98 g4.98 g H2SO4 H 2 SO 4 1 mL1 mL

미세조류 배양용 배지(BBM) 아가의 조성Composition of microbial culture medium (BBM) agar 성분ingredient 함량 (per liter)Content (per liter) KH2PO4 KH 2 PO 4 17.5 g17.5 g CaCl2ㆍ2H2OCaCl 2 .2H 2 O 2.5 g2.5 g MgSO4ㆍ7H2OMgSO 4 .7H 2 O 7.5 g7.5 g NaNO3 NaNO 3 25 g25 g K2HPO4 K 2 HPO 4 7.5 g7.5 g NaClNaCl 2.5 g2.5 g H3BO3 H 3 BO 3 11.42 g11.42 g 미량원소 모액Trace elementary mother liquor ZnSO4ㆍ7H2OZnSO 4 .7H 2 O 8.82 g8.82 g MnCl2ㆍ4H2OMnCl 2 .4H 2 O 1.44 g1.44 g MoO3 MoO 3 0.71 g0.71 g CuSO4ㆍ5H2OCuSO 4 .5H 2 O 1.57 g1.57 g Co(NO3)2ㆍ6H2OCo (NO 3 ) 2 .6H 2 O 0.49 g0.49 g 용액 (1)Solution (1) Na2EDTANa 2 EDTA 50 g50 g KOHKOH 3.1 g3.1 g 용액 (2)Solution (2) FeSO4 FeSO 4 4.98 g4.98 g H2SO4 H 2 SO 4 1 mL1 mL 아가Baby 아가 분말Agar powder 15 g15 g

실시예Example 2: 분리 균주 배양 2: Culture of isolated strains

상기 표 1의 BBM 배지에 15% CO2를 이용하여 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 균주를 30 ℃, pH 7.2 내지 7.6에서 250 mL 삼각플라스크에 10 mL의 상기 균주를 넣고 형광 교반 배양기에서 약 14일간 배양을 하였다. 교반은 150 rpm으로 유지하였으며, 조도 40 μmol/㎡-sec를 유지하였다. 도 1은 분리 균주인 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 균주를 나타낸 것이다. 폐수에 적응한 뒤 성장에 저해를 받지 않고 원형의 모습을 유지하는 것으로 나타났다. 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 균주에는 다량의 탄수화물이 함유되어 있으며 미세조류의 생산성이 다른 조류에 비해 빠르게 나타났다.
10 ml of the above strain was added to a 250 ml Erlenmeyer flask at 30 ° C and pH 7.2 to 7.6 at 30 ° C using 15% CO 2 in the BBM medium shown in Table 1 for about 14 days in a fluorescent stirring incubator Respectively. Stirring was maintained at 150 rpm and the illuminance was maintained at 40 μmol / m 2 -sec. Figure 1 shows the isolated strain, Clamidomonas mexicus or YSL008 strain. After adapting to wastewater, it was shown to maintain its original shape without being hindered by growth. The climidomonas Mexicana strain YSL008 contained a large amount of carbohydrates and showed that the productivity of microalgae was faster than other algae.

실시예Example 3: 분리 균주의 동정 3: Identification of isolated strains

상기 실시예 1의 분리 균주의 염기서열 분석은 28s rDNA 염기서열 시퀀스분석법으로 분석하였다. 샘플의 상태는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 집락이 있는 평판배지 상태로 의뢰하였으며, 의뢰 내역으로는 추출-gDNA, PCR 증폭에 의한 PCR 생성물을 시퀀싱(sequencing) 반응을 통해 분석하였다. 분석에 사용된 프라이머는 다음과 같다.The nucleotide sequence analysis of the isolated strain of Example 1 was analyzed by 28s rDNA sequence sequencing analysis. The state of the sample was requested in the state of a plate culture with the colonies of CML or YSL008, and PCR products by extraction-gDNA and PCR amplification were analyzed through sequencing. The primers used in the analysis are as follows.

정방향 프라이머: 5'-AGCGGAGGAAAAGAAACTA-'3 (서열번호 2)Forward primer: 5'-AGCGGAGGAAAAGAAACTA-3 (SEQ ID NO: 2)

역방향 프라이머: 5'-TACTAGAAGGTTCGATTAGTC-'3 (서열번호 3)Reverse primer: 5'-TACTAGAAGGTTCGATTAGTC-3 (SEQ ID NO: 3)

28s rDNA 염기서열 분석 결과를 첨부된 서열번호에 기재하였으며, 계통학적 결과는 쥬크-캔터(Jukes-Cantor) 모델을 적용한 네이버-조이닝(Neighbour-joining) 방법에 따라 계통수(phylogenetic tree) 결과를 도 2에 나타내었다.28s rDNA sequence analysis results are shown in the attached SEQ ID NOs and phylogenetic results are shown in the phylogenetic tree results according to the Neighbor-joining method using the Jukes-Cantor model Respectively.

분리 균주의 염기서열[서열번호 1]은 NCBI에서 상동성을 조사한 결과, 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 클라미도모나스 멕시카나 AF395501.1로 분류되었다.The nucleotide sequence of the isolated strain [SEQ ID NO: 1] was classified as CLAMIDOMONUS MICKERA AF395501.1 as shown in the following Table 3 as a result of homology in NCBI.

조류Birds 근연종Relative species 상동성Homology Chlamydomonas Mexicana YSL008 Chlamydomonas Mexicana YSL008 ChlamydomonasChlamydomonas MexicanaMexicana
(( AccessionAccession NumberNumber : : AF395501AF395501 .1) .One)
98%98%

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 분리한 미세조류균은 형태 및 최적 온도, pH 등의 특성을 종합 고려할 때 클라미도모나스 멕시카나에 속하는 것으로 밝혀졌다.As described above, the microalgae isolated in the present invention were found to belong to Clamidomonas mexicanus when the characteristics such as shape, optimum temperature and pH were taken into consideration.

이에, 본 발명에 따른 신균주를 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 라 명명하였으며, 2012년 12월 28일 자로 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁하여 수탁번호 KCTC12343BP를 부여받았다.
Accordingly, the new strain according to the present invention was named as Clamidomonas mexicella or YSL008, and was deposited with the KRC Biotechnology Center on Dec. 28, 2012 and received the accession number KCTC12343BP.

실시예Example 4: 폐수 내성 및 폐수  4: Wastewater resistance and waste water 내 인My inn , 질소 제거 확인, Nitrogen removal confirmation

MF(Micro Filtration)을 거친 가축 폐수[질소, 인(20 mg/L, 4 mg/L) 함유]에 상기 실시예1에 의해 확보된 조류 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 (Chlamydomonas Mexicana YSL008)에서 질소와 인의 제거를 검토하기 위하여 조류를 씨딩(seeding)하였다. 각각의 반응조는 20 내지 22 ℃의 실내 온도를 유지하였으며, pH는 7.7 내지 7.9로 자연 상태로 유지하였고 500 mL병에 초기 조류 농도 0.5 g/L를 넣은 회분 실험 형태로 진행하였다. 반응기간 동안 공기 폭기를 진행하였으며, 24W의 백색 전구를 설치하여 일정하게 빛을 조사하였다. 처음 식종 후 조류가 적응하는 데까지 걸리는 시간은 5일 내외로 그 이후 폐수와 BBM의 초기 농도에 관계없이 질소와 인의 제거가 발생되었다. Nitrogen in MF (Micro Filtration) the rough livestock wastewater [N, P (20 mg / L, 4 mg / L) contained] The embodiment of birds Chlamydomonas Mexicana YSL008 (Chlamydomonas Mexicana YSL008) obtained by Example 1 and Algae were seeded to examine removal of phosphorus. Each of the reactors was kept at a temperature of 20 to 22 ° C, pH was maintained at 7.7 to 7.9 in a natural state, and a 500 mL bottle was subjected to an ash experiment with an initial algae concentration of 0.5 g / L. During the reaction period, air aeration was carried out, and a 24 W white bulb was installed to constantly irradiate the light. The time it takes to adapt to the first post-breeding birds was about 5 days, and then the removal of nitrogen and phosphorus occurred regardless of the initial concentration of wastewater and BBM.

도 3에서는 조류 적응이 진행된 후로 7 ~ 10일 내로 질소와 인의 저감이 빠르게 진행되었고, 반응기에 정상 상태(steady-state)의 조류를 적용시 빠른 인, 질소의 제거가 발생될 것으로 판단된다.
In FIG. 3, the reduction of nitrogen and phosphorus rapidly proceeded within 7 to 10 days after the adaptation of the algae, and it is considered that rapid phosphorus and nitrogen removal will occur when a steady-state algae is applied to the reactor.

실시예Example 5: 균체 구성 성분 확인 5: Identification of cell components

상기 실시예 1의 분리 균주인 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 (Chlamydomonas Mexicana YSL008)는 건조 균체 중량의 50% 이상이 탄수화물로 구성되어 있으며, 각 부분의 분석은 탄수화물의 경우 phenol-sulfuruc acid방법으로, 단백질의 경우 bradford assay로, 지질의 경우 Lowry Assay로 실시하였으며, 동일 미세조류 1g에 대한 성분 분석을 실시한 결과 탄수화물은 전체 중량의 50 중량% 이상으로 확인되었다[도 4]. 그러나 전처리를 하지 않은 경우의 물 속에 용존된 탄수화물은 1%(중량 기준 0.01g)로 아주 미량의 탄수화물만이 존재한다.The isolated strain of Example 1, Clamidomonas Mexicana or YSL008 ( Chlamydomonas Mexicana YSL008) was composed of carbohydrates in more than 50% of the dry cell weight. Analysis of each part was carried out by phenol-sulfuric acid method for carbohydrate, bradford assay for protein and Lowry Assay for lipid. Composition analysis of 1 g algae revealed that the carbohydrate was more than 50 wt% of the total weight (Fig. 4). However, in the case of not pretreating, only 1% (0.01 g by weight) of dissolved carbohydrate is present in water and only trace amounts of carbohydrate are present.

클라미도모나스 멕시카나 YSL008에 함유된 탄수화물의 분포 결과를 조사하기 위해 조류 1g의 펠렛(pellet) 상태의 샘플을 전처리하여 전처리에 대한 탄수화물 분포 영향을 검토하였다. 샘플 분석은 Bio-LC(ICS-5000)를 사용하였으며, 사용된 컬럼은 CarboPac PA1 (Dionex)을 이용하여 샘플을 분석하였다. 분석 결과, 탄수화물의 약 65%가 글루코오스 성분으로 나타났으며, 에너지 전환에 용이하게 사용될 수 있는 용존 탄수화물의 양은 전처리에 따라 증가하였다[표 4]. In order to investigate the distribution of carbohydrates contained in Clamidomonas mexicana YSL008, a pelleted sample of 1 g algae was pretreated to examine the effect of carbohydrate distribution on the pretreatment. The sample was analyzed using Bio-LC (ICS-5000) and the column used was CarboPac PA1 (Dionex). As a result, about 65% of the carbohydrates appeared as glucose components, and the amount of dissolved carbohydrates that could be easily used for energy conversion increased with pretreatment [Table 4].

Figure 112014001468985-pat00001
Figure 112014001468985-pat00001

실시예Example 6: 미세조류 성장 조건에 따른 탄수화물 변화 확인 6: Identification of carbohydrate changes according to microbial growth conditions

도 5는 배양조건에 따른 클라미도모나스 멕시카나 YSL008의 탄수화물 농도 변화를 나타낸 것이다. FIG. 5 shows changes in carbohydrate concentration of Clamidomonas mexicana and YSL008 according to culture conditions.

조류의 성장은 빛과 탄소원 농도에 따라 달라지며, 조류를 구성하고 있는 탄수화물, 단백질, 지방의 구성 또한 공급되는 외부 조건의 영향을 받는다. 조류가 성장하기 위해 필요한 유기원소로 만들어진 BBM 배지과 유기원소가 풍부하게 함유된 폐수 및 이산화탄소로부터 탄소원이 첨가한 BBM 배지로 배양 결과 조류 내 탄수화물 분포는 5~10%의 차이를 나타내었다. 상기 사용된 폐수는 실시예 4와 동일하며, 상기 BBM 배지는 표 1과 같다.
Algae growth depends on light and carbon source concentrations, and the composition of the carbohydrates, proteins, and fats that make up the algae is also affected by the external conditions supplied. The distribution of carbohydrates in the algae showed 5 ~ 10% difference between the BBM medium made of the organic elements required for the growth of algae, the wastewater containing abundant organic elements and the carbon source from carbon dioxide. The wastewater used was the same as in Example 4, and the BBM medium was as shown in Table 1.

실시예Example 7: 효소 가수분해에 따른 탄수화물 변화 확인 7: Identification of carbohydrate changes by enzymatic hydrolysis

상기 실시예 6에서 확인하였듯이, 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 경우 균체 건조 중량을 기준으로 50 중량%의 높은 탄수화물 함량 및 탄수화물 구성 성분 중60 중량% 이상이 글루코오스를 형성하였으며, Trichoderma reesei 효소로 pH 6을 유지하여 약 18시간 미세조류를 가수분해한 뒤, 탄수화물 구성의 변화를 확인할 수 있었다.As confirmed in Example 6 above, in the case of Clamidomonas mexicana or YSL008, a high carbohydrate content of 50 wt% based on the dry weight of the cells and at least 60 wt% of the carbohydrate constituents formed glucose, and Trichoderma Hydrolysis of the microalgae was carried out for about 18 hours at pH 6 with reesei enzyme, and the changes in carbohydrate composition were confirmed.

도 6은 효소 주입량에 따른 가수분해 결과를 나타낸 것이다. [E]는 효소인 Trichoderma reesei를, [S]는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 바이오매스로 주입 비율에 따라 표기하였다. FIG. 6 shows hydrolysis results according to the amount of enzyme injected. [E] is the enzyme Trichoderma reesei , and [S] is the rate according to the injection rate with Clamidomonas mexicana or YSL008 biomass.

효소 가수분해로 표 4와 같이 탄수화물 구성성분 중 글루코오스의 함량 변화와 동시에 도 6과 같이 효소 최대 주입량을 검토하기 위해 효소 주입량 별 최대 탄수화물 전환율을 검토하여 미세조류를 이용한 바이오 에너지 적합형 에너지원을 확보하고자 하였다. pH별 효소 가수분해 최적 조건을 검토하여 도 7에 나타내었다. pH 범위는 3-9로 산, 염기 조건에서 진행되었다. 효소 가수분해의 최적 pH 조건은 5.5이며, 이 조건은 효소 처리 후 바로 혐기 발효공정(pH)에 적용하여도 크게 영향이 작용하지 않는 범위이다.  As a result of enzyme hydrolysis, as shown in Table 4, in order to examine the change of glucose content in the components of carbohydrate and the maximum amount of enzyme to be injected as shown in FIG. 6, the maximum carbohydrate conversion rate by enzyme injection amount was examined and a bio- . The optimal conditions for hydrolysis of the enzyme by pH were examined and shown in FIG. The pH range was 3-9 in acid and base conditions. The optimal pH condition for the hydrolysis of the enzyme is 5.5, which does not greatly affect the anaerobic fermentation process (pH) immediately after the enzyme treatment.

따라서, 바이오에탄올 적합형 미세조류 클라미도모나스 멕시카나 YSL008을 효소 가수분해시켜 글루코오스 함량을 증가시킨 후 별도의 처리 없이 발효공정을 진행할 수 있는 pH 조건이기 때문에 별도의 공정 없이 바로 에너지원으로 적용할 수 있다.
Therefore, it can be applied as an energy source without additional process because it is a pH condition that can ferment the fermentation process without increasing the glucose content by enzymatic hydrolysis of the bio-ethanol compatible microalgae Clamidomonas mexicana or YSL008 have.

실시예Example 8: 바이오에탄올 제조 8: Manufacture of bioethanol

1) 탄수화물 추출(전처리 과정)1) Carbohydrate extraction (preprocessing)

배양된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008의 고형물을 1% 회수한 뒤 증류수로 희석하여, 40 kHz, 2.2 Kw의 초음파로 15분 동안 처리하여 세포벽을 60% 이상 파쇄시켰다. 이후 효소(Trichoderma reesei)로 가수분해하여 탄수화물 중 글루코오스 함량을 60 중량% 이상으로 증가시켰다.1% of the cultured Clamidomonas mexicana YSL008 was recovered, diluted with distilled water, and treated with ultrasonic waves of 40 kHz and 2.2 Kw for 15 minutes to break the cell wall by 60% or more. The enzyme, Trichoderma Reesei ) to increase the glucose content in the carbohydrate to 60% by weight or more.

파쇄 후 가수분해된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 (이하, 파쇄조류)는 용존 탄수화물이 균체 건조 중량1g당 약 0.6 g /L 용출되어 있음을 확인하였다. 이는 파쇄 전 측정된 용존 탄수화물에 비해 전체 중량에 대하여 용존 탄수화물이 19-21% 증가되었다.It was confirmed that the dissolved carbohydrate was eluted at about 0.6 g / L per 1 g of the dry weight of the cells after hydrolysis of hydrolyzed Clamidomonas mexicana YSL008 (hereinafter referred to as crushed algae). This increased the dissolved carbohydrate by 19-21% over the total weight compared to the dissolved carbohydrate measured before shredding.

클라미도모나스 멕시카나 YSL008 전처리 전 후 용존 탄수화물 함량 비교Comparison of dissolved carbohydrate content before and after pretreatment of Clavidomonas Mexicana YSL008 구분division 파쇄 전 용존 탄수화물 농도
(mg/g)
Concentration of dissolved carbohydrate before crushing
(mg / g)
파쇄 +가수분해 후 용존 탄수화물 농도 (mg/g)Dissolved carbohydrate concentration after crushing + hydrolysis (mg / g) 용존 탄수화물 증가율(%)Dissolved carbohydrate growth rate (%)
클라미도모나스 멕시카나 YSL008Clamidomonas Mexicana YSL008 10-1410-14 188-204188-204 19-2119-21

2) 혐기 산발효2) Anaerobic acid fermentation

상기 1)의 파쇄조류를 혐기균인 클로스트리디움 속(Clostridium sp.)이 들어 있는 산발효조에 투입시켰다. 혐기균은 글루코오스 10,000 mg/L; NH4HCO3, 4,700 mg/L; K2HPO4, 125 mg/L; MgCl2ㆍ6H2O, 100 mg/L; MnSO4ㆍ6H2O, 15 mg/L; FeSO4ㆍ7H2O, 25 mg/L; CuSO4ㆍ5H2O, 5 mg/L; CoCl2ㆍ5H2O, 0.1 mg/L; NaHCO3, 2,000 mg/L를 이용하여 배양하였으며, 이때 체류시간(HRT)은 12 시간으로 조절하였다. 클로스트리디움 속으로 안정화된 반응조는 기질로 클라미도모나스 멕시카나 YSL008을 이용하여 발효과정을 거쳐 고품질의 바이오에탄올을 회수하며, 이때 파쇄조류와 혐기균은 50:50의 중량비로 35 ℃와 pH 5.5 내지 6.0로 운전되는 산발효조 내 포함되었다.The crushed algae of 1) above is mixed with the anaerobic bacteria Clostridium sp.) was added to the fermenter. Anaerobic bacteria were glucose 10,000 mg / L; NH 4 HCO 3 , 4,700 mg / L; K 2 HPO 4 , 125 mg / L; MgCl 2 .6H 2 O, 100 mg / L; MnSO 4 .6H 2 O, 15 mg / L; FeSO 4 .7H 2 O, 25 mg / L; CuSO 4 .5H 2 O, 5 mg / L; And CoCl 2 5H 2 O, 0.1 mg / L ; NaHCO 3 , 2,000 mg / L, and the retention time (HRT) was adjusted to 12 hours. The reaction tank stabilized with Clostridium was fermented using Clamidomonas Mexicana or YSL008 as a substrate and recovered high quality bioethanol. At this time, the shredded algae and anaerobic bacteria were treated at 35 ° C and pH 5.5 Lt; RTI ID = 0.0 > to 6.0 < / RTI >

기존 물질인 사탕수수, 옥수수에 비해 34~43% 이상 효율이 좋았다. The efficiency of 34 ~ 43% more than the conventional materials such as sugar cane and corn was better.

산발효조에서 발생된 바이오 에탄올은 바이오매스 당 발생된 에탄올로 추후 증류법을 적용하면 순수 바이오 에탄올을 획득할 수 있다. The bioethanol generated in the acid fermentation tank is ethanol produced per biomass, and pure bioethanol can be obtained by the subsequent distillation.

도 8은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 바이오매스에 따른 에탄올 생산량을 나타낸 것이다. 에탄올 생성 시 초음파를 이용한 전처리인 경우 약 0.3 g/L의 에탄올이 생성되었으며 효소 전처리(18시간)를 추가하였을 경우 약 0.33 g/L 가 생성되는 것을 확인하였다. 이는 전체 바이오매스 1g/L 중 0.5g/L의 탄수화물에 약 67%가 에탄올로 전환된 것이다. 효소 전처리를 후 혐기성 박테리아가 섭취할 수 있는 용존 탄수화물이 증가하였으며[도 6], 에탄올이 생산 lag time이 다른 전처리 조건보다 약 4일 정도 빨라졌다. 미세조류 전처리 시 용존 탄수화물 농도가 높을수록 에탄올 생성속도는 빠르게 나타남을 확인하였으며, 전처리되지 않은 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 보다 전처리된 클라미도모나스 멕시카나 YSL008가 약 7배 높은 에탄올 생산을 보였다.
FIG. 8 shows ethanol production according to Clamidomonas mexicana and YSL008 biomass. Ethanol production was about 0.3 g / L in the case of pretreatment using ultrasound in the production of ethanol and about 0.33 g / L in the case of adding enzyme pretreatment (18 hours). This is the conversion of 0.5 g / L of carbohydrate to about 67% of ethanol in 1 g / L of total biomass. After pretreatment of the enzyme, the amount of dissolved carbohydrate that the anaerobic bacteria could ingest was increased (Fig. 6), and the production lag time of ethanol was about 4 days faster than the other pretreatment conditions. The ethanol production rate was found to be faster as the concentration of dissolved carbohydrate was higher in pretreatment of microalgae. The level of ethanol production was about 7 times higher than that of untreated Clamidomonas Mexica or YSL008.

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC12343BPKCTC12343BP 2012122820121228

<110> Yonsei University Wonju Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Novel strain Chlamydomonas mexicana YSL008 <150> 1020130002096 <151> 2013-01-08 <160> 3 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 870 <212> DNA <213> Chlamydomonas mexicana YSL008 <400> 1 agcggaggaa aagaaactaa ccaggawagc cctagtaacg gcgagtgaag cggctatagc 60 ccaacttgaa aatctccctc tggagaattg tagtctatag aagtgccctc tgtatcgggc 120 ggagctcaag tccactggaa agtggcgtca gagagggtga gaaccccgtc ggctcctgct 180 tcgatgctcc acgaggtact ttccacgagt cgggttgttt gggaatgcag ccctaatttg 240 gtggtaaatc ccatctaagg ctaaatactg gcgagagacc gatagcgaac aagtaccgtg 300 agggaaagat gaaaagaact ttgaaaagag agtcaaaaag tgcttgaaat tgttgagggg 360 gaagcgattg gatgccgtgt gtgcgcccag gctcaagcgg ttctaacgag ccgttgaatg 420 tgctgggtgc tggtcaactc gggttgcttt ggcgggataa cagtcgggaa cgtaggtagc 480 ctggccgatg ccgccgaagc gaccaaggcg tgatgggcgc tccgtccttc gggaactgcg 540 tccaaaagga gttggcagaa ggctttcaat cggcccgtct tgaaacacgg accaaggagt 600 ctaacatgta tgcgagttgg cgggtggcaa acccgtaagc gcaagtaacc tgactggtgg 660 gatggcgtaa gcctgcacca tcgaccgacc atgagcttct gcgaaaggtt tgagtgcgag 720 catacctgtt gggacccgaa agatggtgaa ctatgcctga gcagggtgaa gccagaggaa 780 actctggtgg aggctcgtag atgtgctgac gtgcaaatcg cttwtcggac ttgggtgata 840 ggggcgaaag actaatcgaa ccttctagta 870 <210> 2 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 2 agcggaggaa aagaaacta 19 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer <400> 3 tactagaagg ttcgattagt c 21 <110> Yonsei University Wonju Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Novel strain Chlamydomonas mexicana YSL008 <150> 1020130002096 <151> 2013-01-08 <160> 3 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 870 <212> DNA <213> Chlamydomonas mexicana YSL008 <400> 1 agcggaggaa aagaaactaa ccaggawagc cctagtaacg gcgagtgaag cggctatagc 60 ccaacttgaa aatctccctc tggagaattg tagtctatag aagtgccctc tgtatcgggc 120 ggagctcaag tccactggaa agtggcgtca gagagggtga gaaccccgtc ggctcctgct 180 tcgatgctcc acgaggtact ttccacgagt cgggttgttt gggaatgcag ccctaatttg 240 gtggtaaatc ccatctaagg ctaaatactg gcgagagacc gatagcgaac aagtaccgtg 300 agggaaagat gaaaagaact ttgaaaagag agtcaaaaag tgcttgaaat tgttgagggg 360 gaagcgattg gatgccgtgt gtgcgcccag gctcaagcgg ttctaacgag ccgttgaatg 420 tgctgggtgc tggtcaactc gggttgcttt ggcgggataa cagtcgggaa cgtaggtagc 480 ctggccgatg ccgccgaagc gaccaaggcg tgatgggcgc tccgtccttc gggaactgcg 540 tccaaaagga gttggcagaa ggctttcaat cggcccgtct tgaaacacgg accaaggagt 600 ctaacatgta tgcgagttgg cgggtggcaa acccgtaagc gcaagtaacc tgactggtgg 660 gatggcgtaa gcctgcacca tcgaccgacc atgagcttct gcgaaaggtt tgagtgcgag 720 catacctgtt gggacccgaa agatggtgaa ctatgcctga gcagggtgaa gccagaggaa 780 actctggtgg aggctcgtag atgtgctgac gtgcaaatcg cttwtcggac ttgggtgata 840 ggggcgaaag actaatcgaa ccttctagta 870 <210> 2 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer <400> 2 agcggaggaa aagaaacta 19 <210> 3 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer <400> 3 tactagaagg ttcgattagt c 21

Claims (12)

탄수화물 함량이 균제 건조 중량에 대하여 50 중량% 이상이며, 수탁번호가 KCTC 12343BP인 클라미도모나스 멕시카나 YSL008(Chlamydomonas Mexicana YSL008) 균주.
A Chlamydomonas Mexicana YSL008 strain with a carbohydrate content of at least 50% by weight based on the dry weight of the composition and having a deposit number of KCTC 12343BP.
제 1 항에 있어서,
서열번호 1의 염기서열을 가지는 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 균주.
The method according to claim 1,
A clamidomonas mexican strain YSL008 having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
삭제delete 청구항 1의 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 폐수 처리용 미생물제제.
A microorganism preparation for treating wastewater comprising the Clamidomonas mexicana strain YSL008 of claim 1 or a culture thereof.
청구항 1의 클라미도모나스 멕시카나 YSL008 균주를 폐수에서 배양하는 방법.
A method for culturing Clamidomonas mexican or YSL008 strain of claim 1 in wastewater.
제 5 항에 있어서,
상기 균주를 25 내지 35 ℃, pH 7.0 내지 8.0 하에서 배양하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the strain is cultured at 25 to 35 占 폚 and at a pH of 7.0 to 8.0.
제 5 항에 있어서,
상기 균주를 KH2PO4, CaCl2ㆍ2H2O, MgSO4ㆍ7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl, H3BO3 및 미량원소를 포함하는 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. The method of claim 5,
Characterized in that the strain is cultured in a medium containing KH 2 PO 4 , CaCl 2 .2H 2 O, MgSO 4 .7H 2 O, NaNO 3 , K 2 HPO 4 , NaCl, H 3 BO 3 and trace elements Way.
제 7 항에 있어서,
상기 미량원소는 ZnSO4ㆍ7H2O, MnCl2ㆍ4H2O, MoO3, CuSO4ㆍ5H2O 및 Co(NO3)2ㆍ6H2O로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the trace element is at least one selected from the group consisting of ZnSO 4 .7H 2 O, MnCl 2 .4H 2 O, MoO 3 , CuSO 4 .5H 2 O and Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O .
초음파로 전처리하여 세포벽이 파쇄된 수탁번호가 KCTC 12343BP인 클라미도모나스 멕시카나 YSL008(Chlamydomonas Mexicana YSL008) 균주를 효소로 가수분해한 후, 혐기균으로 산발효시켜 바이오에탄올을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오에탄올의 제조방법.
Hydrolyzing a strain of Chlamydomonas Mexicana YSL008 with KCTC 12343BP, which has been pretreated with an ultrasonic wave and having a cell wall disrupted, with an enzyme, followed by fermentation with anaerobic bacteria to obtain bioethanol &Lt; / RTI &gt;
제 9 항에 있어서,
상기 초음파는 20 내지 60 kHz, 1.0 내지 5.0 Kw, 5 내지 30분 동안 처리하는 것을 특징으로 하는 바이오에탄올의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the ultrasonic waves are treated at 20 to 60 kHz, 1.0 to 5.0 Kw, and 5 to 30 minutes.
제 9 항에 있어서,
상기 효소는 트리코데르마 리세이(Trichoderma reesei)인 것을 특징으로 하는 바이오에탄올의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the enzyme is Trichoderma reesei.
제 9 항에 있어서,
상기 산발효는 30 내지 40 ℃와 pH 5.0 내지 7.0의 조건 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 바이오에탄올의 제조방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the acid fermentation is carried out at 30 to 40 DEG C and at a pH of 5.0 to 7.0.
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