KR101842591B1 - Method for microalgae harvesting using Poly-Lysine - Google Patents

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김정민
노원
강창민
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Abstract

The present invention relates to a method for microalgae harvesting using poly-lysine, in which the poly-lysine is applied as a coagulant to effectively coagulate and harvest the microalgae, and to eliminate harmful toxins and prevent microalgae from being biologically contaminated by microorganisms. The method comprises the following steps: preparing a microalgae solution in which microalgae are cultured; introducing poly-lysine into the microalgae solution; inducing flocculation of microalgae with the poly-lysine by agitating the microalgae solution to which poly-lysine is introduced; and precipitating microalgae aggregates flocculated by the poly-lysine.

Description

폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법{Method for microalgae harvesting using Poly-Lysine}[0001] The present invention relates to a method for harvesting microalgae using polylysine,

본 발명은 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세조류를 수확함에 있어서 폴리리신(poly-lysine)을 응집제로 적용함으로써 미세조류를 효과적으로 응집, 수확함과 함께 인체에 유해한 독성이 배제되며 수확된 미세조류가 미생물에 의해 생물학적으로 오염되는 것을 억제시킬 수 있는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for harvesting microalgae using polylysine, and more particularly, to a method for harvesting microalgae using polylysine as a coagulant to effectively collect and harvest microalgae, The present invention relates to a microalgae harvesting method using polylysine capable of inhibiting biological contamination of harvested microalgae by microorganisms.

미세조류 바이오매스를 생산함에 있어서, 미세조류를 수확하는 공정에 소요되는 비용은 전체 생산비용 중 20∼30%를 차지한다. 미세조류를 수확하는 방법으로는 원심분리, 응집, 막여과, 전기분해, 부양, 초음파, pH 조절 등 다양한 방법이 활용되고 있는데, 미세조류 종에 따라 또는 배양조건에 따라 수확 조건이 상이하기 때문에 현재 확립된 최적의 기술은 없다. 이 중, 응집제를 이용한 미세조류 수확방법은 단독으로 활용될 수 있지만 원심분리나 막여과와 같은 방법 전에 전처리 방법으로 활용되면 기존의 물리적 수확방법의 경제성을 향상시킬 수 있다.In producing microalgae biomass, the cost of harvesting microalgae accounts for 20-30% of the total production cost. Various methods such as centrifugation, flocculation, membrane filtration, electrolysis, floatation, ultrasonic wave and pH control are used for harvesting microalgae. Because harvest conditions are different depending on microalgae species or culturing conditions, There is no established optimal technology. Among them, microalgae harvesting method using coagulant can be used alone, but when used as a pretreatment method such as centrifugation or membrane filtration, the economical efficiency of the existing physical harvesting method can be improved.

한편, 미세조류 바이오매스를 생산함에 있어서 미세조류의 화학적, 생물학적 오염은 바이오매스 생산량 및 품질에 큰 영향을 미친다. 화학적 오염은 미세조류 바이오매스 생산 과정에서 투입되는 화학물질에 의한 오염을 의미하며, 대표적으로 미세조류를 응집하기 위한 응집제가 화학적 오염의 대표적인 오염원에 해당된다. 알루미늄, 철 등의 금속 응집제는 저렴하고 효율이 높아 폭넓게 활용되고 있으나, 인체나 환경에 독성을 갖고 있기 때문에 이러한 금속 응집제를 통해 수확된 미세조로 바이오매스를 활용도가 제한적이다. 이러한 금속 응집제의 위험으로부터 벗어나기 위해 다양한 천연 응집제(예를 들어, moringa seed, γ-PGA, starch 등)에 대한 연구가 이루어지고 있다. 다음으로, 생물학적 오염은 동물 플랑크톤이나 박테리아가 미세조류와 함께 자라면서 발생되는 문제로 생산되는 미세조류 바이오매스의 질과 보관성을 저해시킨다. 특히, 개방형 연못에서 배양된 미세조류 바이오매스는 다양한 미생물에 의한 오염을 피할 방법이 없는 것이 현실이다. On the other hand, the chemical and biological contamination of microalgae in the production of microalgae biomass has a great influence on the biomass yield and quality. Chemical contamination means pollution caused by chemicals that are added during microalgae biomass production. Typically, coagulant for flocculating microalgae is a typical source of chemical pollution. Metal coagulants such as aluminum and iron are widely used because they are inexpensive and highly efficient. However, since they are toxic to humans and the environment, there is limited utilization of fine-grained biomass harvested through these metal coagulants. Various natural coagulants (eg, moringa seed, γ-PGA, starch, etc.) have been studied to escape the risk of these metal flocculants. Second, biological contamination inhibits the quality and storage of microalgae biomass produced by zooplankton or bacteria as they grow with microalgae. In particular, microalgae biomass cultivated in an open pond has no way of avoiding contamination by various microorganisms.

Zheng, Hongli, Zhen Gao, Jilong Yin, Xiaohong Tang, Xiaojun Ji, and He Huang. "Harvesting of Microalgae by Flocculation with Poly (γ-Glutamic Acid)." Bioresource Technology 112 (2012): 212-20. Zheng, Hongli, Zhen Gao, Jilong Yin, Xiaohong Tang, Xiaojun Ji, and He Huang. "Harvesting of Microalgae by Flocculation with Poly (γ-Glutamic Acid)." Bioresource Technology 112 (2012): 212-20. Peng, Chengrong, Shuangshuang Li, Jiaoli Zheng, Shun Huang, and Dunhai Li. "Harvesting Microalgae with Different Sources of Starch-Based Cationic Flocculants." Applied Biochemistry and Biotechnology 181 (2017): 112-24. Peng, Chengrong, Shuangshuang Li, Jiaoli Zheng, Shun Huang, and Dunhai Li. "Harvesting Microalgae with Different Sources of Starch-Based Cationic Flocculants." Applied Biochemistry and Biotechnology 181 (2017): 112-24. Rashid, Naim, Saif Ur Rehman, and Jong-In Han. "Rapid Harvesting of Freshwater Microalgae Using Chitosan." Process Biochemistry 48 (2013): 1107-10. Rashid, Naim, Saif Ur Rehman, and Jong-In Han. "Rapid Harvesting of Freshwater Microalgae Using Chitosan." Process Biochemistry 48 (2013): 1107-10.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 미세조류를 수확함에 있어서 폴리리신(poly-lysine)을 응집제로 적용함으로써 미세조류를 효과적으로 응집, 수확함과 함께 인체에 유해한 독성이 배제되며 수확된 미세조류가 미생물에 의해 생물학적으로 오염되는 것을 억제시킬 수 있는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Disclosure of the Invention The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to effectively collect and harvest microalgae by applying poly-lysine as a coagulant in harvesting microalgae, It is an object of the present invention to provide a microalgae harvesting method using polylysine capable of inhibiting biological contamination of harvested microalgae by microorganisms.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법은 미세조류가 배양된 미세조류 용액을 준비하는 단계; 상기 미세조류 용액에 폴리리신(poly-lysine)을 투입하는 단계; 폴리리신이 투입된 미세조류 용액을 교반하여 폴리리신에 의한 미세조류의 플럭화를 유도하는 단계; 및 폴리리신에 의해 플럭화된 미세조류 응집체를 침강시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for harvesting microalgae using polylysine, comprising: preparing a microalgae solution in which microalgae are cultured; Introducing poly-lysine into the microalgae solution; Stirring the microalgae solution to which the polylysine has been added to induce flocculation of microalgae by polylysine; And precipitating microalgae aggregates flushed by polylysine.

상기 폴리리신은 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine) 중 어느 하나이다. 또한, 상기 폴리리신은 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)의 혼합물일 수 있다. The polylysine is any one of? -Poly-lysine and? -Poly-lysine. In addition, the polylysine may be a mixture of? -Poly-lysine and? -Poly-lysine.

α-폴리리신(α-poly-lysine) 또는 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)이 투입되는 경우, 미세조류 용액의 pH는 4 이상으로 조절될 수 있다. When α-poly-lysine or ε-poly-lysine is added, the pH of the microalgae solution can be adjusted to 4 or more.

상기 폴리리신은 α-PLL(α-Poly-L-Lysine), α-PDL(α-Poly-D-Lysine), ε-PLL(ε-Poly-L-Lysine), ε-PDL(ε-Poly-D-Lysine) 중 어느 하나 또는 적어도 두 종류 이상이 혼합된 혼합물이다. The polylysine may be selected from the group consisting of α-PLL (α-Poly-L-Lysine), α-PDL (α-Poly-D-Lysine), ε- -D-Lysine) or a mixture of at least two or more thereof.

본 발명에 따른 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법은 다음과 같은 효과가 있다. The method for harvesting microalgae using polylysine according to the present invention has the following effects.

세포 부착 특성 및 방부 특성을 갖고 있는 폴리리신(poly-lysine)을 미세조류 수확에 적용함에 따라, 미세조류 응집효율을 향상시킴과 함께 미세조류의 화학적 오염 및 생물학적 오염을 최소화할 수 있게 된다. 이를 통해 생산된 미세조류 바이오매스를 고부가가치 원료로 폭넓게 활용 할 수 있다. By applying poly-lysine, which has cell adhesion properties and preservative properties, to microalgae harvesting, microalgae flocculation efficiency can be improved and chemical pollution and biological contamination of microalgae can be minimized. The microalgae biomass thus produced can be widely used as a high value-added raw material.

또한, 폴리리신을 이용하여 미세조류를 응집시킴에 있어서 기존 금속 응집제와 달리 수산화 이온이 소모되지 않아 미세조류 용액의 pH 조절이 요구되지 않으며, 재사용이 가능한 장점이 있다. Unlike the conventional metal coagulant, polyol is used to coagulate the microalgae. Therefore, pH control of the microalgae solution is not required because the hydroxide ion is not consumed and reuse is possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 α-폴리리신의 분자량 및 농도에 따른 미세조류 수확효율을 나타낸 실험결과.
도 3은 α-폴리리신을 이용한 미세조류 수확 후 잔여배지를 이용한 미세조류의 재배양시 미세조류 성장 및 광합성 효율을 나타낸 실험결과.
도 4는 α-폴리리신을 이용하여 수확한 미세조류 바이오매스의 보관시간에 따른 오염 상태를 나타낸 사진.
도 5는 α-폴리리신을 이용하여 수확한 미세조류 바이오매스의 농도별 물벼룩 독성평가 사진.
도 6은 ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확시 교반속도와 ε-폴리리신의 농도에 따른 수확효율의 변화를 나타낸 실험결과.
도 7은 ε-폴리리신을 이용하여 수확한 미세조류 바이오매스의 보관시간에 따른 오염 상태를 나타낸 사진.
도 8은 ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확시 ε-폴리리신의 농도에 대한 미세조류 세포의 광합성효율의 영향을 나타낸 실험결과.
도 9는 α-폴리리신을 이용한 미세조류 수확시 미세조류 용액의 pH에 따른 수확효율을 나타낸 실험결과.
도 10은 ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확시 미세조류 용액의 pH에 따른 수확효율을 나타낸 실험결과.
도 11은 기존의 천연 응집제인 모링가 씨앗 분말, 염화알루미늄, 양이온성구아검을 이용한 미세조류 수확효율을 나타낸 실험결과.
1 is a flow chart for explaining a microalgae harvesting method using polylysine according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 shows experimental results showing microalgae harvesting efficiency depending on the molecular weight and concentration of alpha-polylysine.
FIG. 3 shows the results of microscopic algae growth and photosynthetic efficiency of microalgae cultured using a residual medium after microalgae harvesting using α-polylysine.
FIG. 4 is a photograph showing the contamination state of microalgae biomass harvested using? -Poly-lysine according to the storage time. FIG.
FIG. 5 is a photograph of the evaluation of the toxicity of a flea to a concentration of microalgae biomass harvested using? -Poly-lysine.
FIG. 6 shows experimental results showing changes in harvesting efficiency depending on the stirring speed and the concentration of ε-polylysine in the microalgae harvesting using ε-polylysine.
7 is a photograph showing the contamination state of microalgae biomass harvested with? -Polyisin according to the storage time.
8 shows the results of experiments showing the effect of photosynthesis efficiency of microalgae cells on the concentration of ε-polylysine in microalgae harvesting using ε-polylysine.
FIG. 9 shows experimental results showing pH-dependent harvesting efficiency of microalgae solution when microalgae were harvested using? -Poly-lysine.
FIG. 10 shows experimental results showing pH-dependent harvesting efficiency of microalgae solution when microalgae were harvested using? -Poly-lysine.
FIG. 11 shows experimental results showing microalgae harvesting efficiency using a conventional natural coagulant, Moringa seed powder, aluminum chloride, and cationic guar gum.

본 발명은 미세조류 바이오매스를 생산함에 있어서 폴리리신(poly-lysine)을 응집제로 활용하여 미세조류를 수확하는 기술을 제시한다. The present invention provides a technique for harvesting microalgae using poly-lysine as an aggregating agent in producing microalgae biomass.

앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 미세조류 바이오매스를 생산함에 있어서 미세조류 바이오매스의 생산량 및 품질을 높이기 위해서는 미세조류의 응집효율이 향상되어야 함과 함께 미세조류의 화학적 오염 및 생물학적 오염이 최소화되어야 한다. As mentioned in the Background of the Invention, in order to increase the production and quality of microalgae biomass in the production of microalgae biomass, the coagulation efficiency of the microalgae must be improved, and the chemical pollution of the microalgae And biological contamination must be minimized.

본 발명은 폴리리신(poly-lysine)을 응집제로 적용함으로써 미세조류의 화학적 오염 및 생물학적 오염을 최소화시킬 수 있으며, 인체에 유해한 독성이 거의 없고 이와 함께 미세조류의 광합성 등 미세조류의 활성에 악영향을 끼치는 요인을 배제시킬 수 있다. The present invention can minimize the chemical contamination and biological contamination of microalgae by applying poly-lysine as a flocculant, and it has little harmful toxicity to human body and adversely affects the activity of microalgae such as photosynthesis of microalgae It is possible to exclude the influence factor.

폴리리신(poly-lysine)은 양이온성 폴리머이며, 아미드(amide) 결합에 의해 리신(lysine)이 결합되어 있는 형태를 갖는다. 이와 같은 폴리리신(poly-lysine)은 결합 형태에 따라 PLL(Poly-L-Lysine)과 PDL(Poly-D-Lysine)로 구분된다. 또한, 폴리리신(poly-lysine)은 인공합성에 의해 생성된 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 생물학적으로 존재하는 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)으로 구분된다. α-폴리리신(α-poly-lysine)은 중금속 흡착, 세포 부착 등의 특성이 있으며, ε-폴리리신(ε-poly-lysine)은 천연방부제로 활용되고 있다. 따라서, 폴리리신(poly-lysine)는 결합 형태 및 생성 형태에 따라 α-PLL(α-Poly-L-Lysine), α-PDL(α-Poly-D-Lysine), ε-PLL(ε-Poly-L-Lysine), ε-PDL(ε-Poly-D-Lysine)으로 구분된다. 이와 같은 폴리리신(poly-lysine)은 인체 및 환경에 대한 독성은 없는 것으로 알려져 있다. Poly-lysine is a cationic polymer and has a form in which a lysine is bonded by an amide bond. Such poly-lysine is classified into PLL (Poly-L-Lysine) and PDL (Poly-D-Lysine) according to the binding type. In addition, poly-lysine is divided into α-poly-lysine produced by artificial synthesis and ε-poly-lysine which is biologically present. α-poly-lysine has characteristics such as heavy metal adsorption and cell adhesion, and ε-poly-lysine is used as a natural preservative. Therefore, poly-lysine can be synthesized from α-PLL (α-Poly-L-Lysine), α-PDL (α- -L-Lysine), and ε-PDL (ε-Poly-D-Lysine). Such poly-lysine is known to be toxic to humans and the environment.

본 발명은 폴리리신(poly-lysine)의 상술한 특성 즉, 세포 부착 특성 및 방부 특성에 착안하여 이를 미세조류 수확에 응용하는 기술을 제시한다. 폴리리신(poly-lysine)의 세포 부착 특성을 통해 미세조류를 응집할 수 있으며, 폴리리신(poly-lysine)의 방부 특성을 통해 수확된 미세조류가 생물학적으로 오염되는 것을 방지할 수 있다. The present invention focuses on the above-mentioned characteristics of poly-lysine, that is, cell attachment and preservation characteristics, and suggests a technique for applying this to microalgae harvesting. Micro-algae can be aggregated through the cell attachment properties of poly-lysine, and bio-contamination of harvested microalgae can be prevented by the antiseptic properties of poly-lysine.

폴리리신(poly-lysine)을 이용하여 미세조류를 응집함에 있어서, α-PLL(α-Poly-L-Lysine), α-PDL(α-Poly-D-Lysine), ε-PLL(ε-Poly-L-Lysine), ε-PDL(ε-Poly-D-Lysine) 중 어느 하나가 응집제로 사용된다. In the aggregation of microalgae using poly-lysine, α-PLL (α-Poly-L-Lysine), α-PDL (α-Poly- -L-Lysine) and ε-PDL (ε-Poly-D-Lysine) are used as coagulants.

또한, 폴리리신(poly-lysine)의 세포 부착 특성 및 방부 특성이 효과적으로 발현되도록 하기 위해 세포 부착 특성이 우수한 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 방부 특성이 우수한 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)이 혼합되어 응집제로 투입될 수 있으며, 더 나아가 α-PLL(α-Poly-L-Lysine), α-PDL(α-Poly-D-Lysine), ε-PLL(ε-Poly-L-Lysine), ε-PDL(ε-Poly-D-Lysine) 중 적어도 2개 이상의 폴리리신이 혼합되어 응집제로 투입될 수 있다. In order to effectively exhibit the cell adhesion and preservation properties of poly-lysine, α-poly-lysine having excellent cell adhesion properties and ε-polylysine (ε- poly-L-lysine), ε-PLL (ε-Poly-L-Lysine), and α-PLL L-Lysine), and? -PDL (? -Poly-D-Lysine) may be mixed and injected as a coagulant.

전술한 바와 같이 α-폴리리신(α-poly-lysine)은 상대적으로 세포 부착 특성이 우수하고, ε-폴리리신(ε-poly-lysine)은 상대적으로 방부 특성이 우수한 것으로 알려져 있고 후술하는 실험예를 통해서도 확인되는데, 인공합성을 통해 생성 가능한 α-폴리리신(α-poly-lysine)의 경우 분자량 및 투입농도 조절을 통해 방부 특성을 강화시킬 수 있다. 분자량이 증가함에 따라 방부 효능이 증가되지만 수확을 위해 필요한 농도가 낮을 경우 방부 효과가 효율적으로 발휘되지 않을 수도 있다. 후술하는 실험예에 따르면, 4∼15kDa의 분자량을 갖는 α-폴리리신(α-poly-lysine)은 여타 분자량(1∼5kDa, 30∼70kDa, 70∼150kDa)의 α-폴리리신(α-poly-lysine)에 대비하여 효율적인 방부 특성을 보여줄 수 있는 농도로 투입되어 방부 특성이 우수한 것으로 파악되었으며, 이에 대해서는 후술하는 실험예를 통해 상세히 설명하기로 한다. As described above, it is known that? -Poly-lysine is relatively excellent in cell adhesion property and? -Poly-lysine is relatively excellent in antiseptic properties, In the case of α-poly-lysine, which can be produced by artificial synthesis, preservation characteristics can be enhanced by controlling the molecular weight and the input concentration. As the molecular weight increases, the preservative effect increases, but when the concentration required for harvest is low, the preservative effect may not be efficiently exerted. According to the experimental example to be described later,? -Poly-lysine having a molecular weight of 4 to 15 kDa is? -Polylysine having a different molecular weight (1 to 5 kDa, 30 to 70 kDa, 70 to 150 kDa) -lysine), it has been found that the composition has excellent antiseptic properties, and this will be described in detail with reference to the following experimental examples.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for harvesting microalgae using polylysine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하면, 미세조류가 배양되어 있는 미세조류 용액이 준비된 상태에서(S101), 미세조류 용액에 폴리리신(poly-lysine)을 투입한다(S102). 그런 다음, 폴리리신(poly-lysine)이 투입된 미세조류 용액을 일정 속도로 교반하여 폴리리신(poly-lysine)에 의한 미세조류의 플럭화를 유도한다(S103). 전술한 바와 같이 폴리리신(poly-lysine)은 세포 부착 특성이 있음에 따라 미세조류 용액에 폴리리신(poly-lysine)이 투입되면 폴리리신(poly-lysine)에 미세조류 세포가 부착되어 미세조류 응집체가 형성된다. 폴리리신(poly-lysine)에 의해 플럭화된 미세조류 응집체를 침강시킨다(S104). 이와 같은 상태에서, 침강된 미세조류 응집체를 수거하면 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류 수확방법은 완료된다. 수거된 미세조류 응집체에 대해 원심분리, 막여과 등의 공정을 추가적으로 적용할 수도 있다. Referring to FIG. 1, in step S101, poly-lysine is injected into the microalgae solution in a state in which the microalgae solution in which the microalgae are cultured is prepared (S102). Then, micro-algae solution into which poly-lysine is injected is stirred at a constant speed to induce flocculation of microalgae by poly-lysine (S103). As described above, when poly-lysine is added to a microalgae solution due to its cell attachment property, poly-lysine adheres to micro-algae cells in poly-lysine, . Microalgae flocculated by poly-lysine is precipitated (S104). In this state, the microalgae harvesting method according to one embodiment of the present invention is completed when the precipitated microalgae aggregates are collected. The collected microalgae agglutinates may be further subjected to centrifugation, membrane filtration, and the like.

상술한 미세조류 수확방법에 있어서, 미세조류 용액에 폴리리신(poly-lysine)은 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 즉, α-폴리리신(α-poly-lysine) 또는 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)이 응집제로 투입되거나 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)이 혼합되어 응집제로 투입될 수 있다. In the microalgae harvesting method described above, the poly-lysine may be added to the microalgae solution in any one of α-poly-lysine and ε-poly-lysine, Lt; / RTI > That is, when α-poly-lysine or ε-poly-lysine is added as a flocculant or α-poly-lysine and ε-poly- -lysine can be mixed and injected as a flocculant.

앞서 언급한 바와 같이, 폴리리신(poly-lysine)은 세포 부착 특성 및 방부 특성이 있는데, α-폴리리신(α-poly-lysine)은 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)에 비해 상대적으로 세포 부착 특성이 우수하고 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)은 α-폴리리신(α-poly-lysine)에 비해 상대적으로 방부 특성이 우수하다. As mentioned earlier, poly-lysine has cell attachment and preservation properties, and α-poly-lysine is relatively more soluble than ε-poly-lysine Ε-poly-lysine is superior to α-poly-lysine in terms of preservative properties.

이러한 특성을 고려하여 α-폴리리신(α-poly-lysine) 또는 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)을 단독으로 투입하거나 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)을 혼합하여 투입할 수 있으며, 구체적으로 미세조류의 특성, 미세조류 수확환경, 수확된 미세조류의 보존환경 등을 고려하여 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 응집제로 투입할 수 있다. 보다 구체적으로는, α-PLL(α-Poly-L-Lysine), α-PDL(α-Poly-D-Lysine), ε-PLL(ε-Poly-L-Lysine), ε-PDL(ε-Poly-D-Lysine) 중 어느 하나 또는 적어도 두 종류 이상의 폴리리신(poly-lysine)을 혼합하여 응집제로 투입할 수 있다. Taking these characteristics into consideration, it has been found that when α-poly-lysine or ε-poly-lysine is added singly or α-poly-lysine and ε- (α-poly-lysine) and ε-poly-lysine (ε-poly-lysine) in consideration of characteristics of microalgae, microalgae harvesting environment and preservation environment of harvested microalgae. -Epoly-lysine or a mixture thereof may be added as a coagulant. More specifically,? -Polyl-L-Lysine,? -Poly-Lysine,? -Polyl-Lysine, Poly-D-Lysine) or at least two kinds of poly-lysine may be mixed and added as a coagulant.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The method for harvesting microalgae using polylysine according to an embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples.

<실험예 1><Experimental Example 1>

α-폴리리신(α-poly-lysine)의 분자량에 따른 미세조류 수확효율에 대해 실험을 실시하였다. Experiments were carried out on microalgae harvesting efficiency according to the molecular weight of α-poly-lysine.

미세조류는 Chlorella ellipsoidea (KMMCC-1987)로 한국해양미세조류은행에서 분양받아 사용하였다. Chlorella ellipsoidea는 광합성 무기영양(photoautotrophic) 조건에서 2주동안 배양한 후 사용하였다. 1∼5kDa, 4∼15kDa, 30∼70kDa, 70∼150kDa의 분자량을 갖는 α-폴리리신을 10g/L의 농축용액으로 제조하여 미세조류 수확실험에 사용하였다. Microalgae were used by Chlorella ellipsoidea (KMMCC-1987) from the Korea Marine Microalgae Bank. Chlorella ellipsoidea was used after 2 weeks of culture in photoautotrophic conditions. Α-polylysine having a molecular weight of 1 to 5 kDa, 4 to 15 kDa, 30 to 70 kDa and 70 to 150 kDa was prepared as a concentrated solution of 10 g / L and used for microalgae harvesting experiments.

25ml 미세조류 용액에 농도를 달리함과 함께 상술한 분자량을 갖는 α-폴리리신을 투입한 후 400rpm으로 5분, 80rpm으로 10분을 교반한 후 1시간 동안 침전시킨 후, 수표면에서 1/3지점에서 용액을 샘플링하여 미세조류 수확효율을 계산하였다. 수확효율은 UV-Spectrophotometer를 이용하여 680nm에서 아래 식 1과 같이 계산하였다. Polylysine having a molecular weight as described above was added to the 25 ml microalgae solution and the mixture was stirred at 400 rpm for 5 minutes and at 80 rpm for 10 minutes and then precipitated for 1 hour. The microbial harvesting efficiency was calculated by sampling the solution at the point. The harvesting efficiency was calculated using the UV-Spectrophotometer at 680 nm as shown in the following equation.

(식 1) 수확효율(Harvest efficiency) = (1 - (OD f / OD i )) * 100 (%)(1) Harvest efficiency = (1 - ( OD f / OD i )) * 100 (%)

(OD i : 초기 미세조류 농도, OD f : 응집 후 잔여 미세조류 농도)( OD i : initial microalgae concentration, OD f : residual microalgae concentration after flocculation)

도 2를 참조하면, α-폴리리신의 분자량이 증가할수록 최종 수확효율이 증가됨과 함께 수확에 필요한 폴리리신의 양이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 폴리리신의 분자량이 미세조류 수확에 중요한 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that as the molecular weight of? -Polysin increases, the final harvesting efficiency is increased and the amount of polylysine required for harvesting decreases. It can be seen that the molecular weight of polylysine has an important influence on microalgae harvesting.

<실험예 2><Experimental Example 2>

α-폴리리신을 이용한 미세조류 수확 후, 미세조류 배양액의 재사용 가능 여부에 대한 실험을 실시하였다. After the microalgae harvesting using α-polylysine, experiments were conducted on the possibility of reusing microalgae culture.

실험예 1과 동일한 조건으로 미세조류 및 α-폴리리신을 준비함과 함께 미세조류 수확을 실시하였다. 이어, 미세조류 용액의 상등액을 분리한 다음, 부산물을 제거한 후 부족한 영양분을 보충하여 미세조류 배양액으로 활용하였다. 미세조류 세포의 광합성 효율은 photosystem II의 효율을 측정하여 세포에 대한 독성 변화를 관찰하였다. Microalgae and alpha-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1, and microalgae harvesting was carried out. Next, the supernatant of the microalgae solution was separated, and the byproducts were removed and supplemented with insufficient nutrients to be used as a microalgae culture solution. Photosynthetic efficiency of microalgae cells was measured by measuring the efficiency of photosystem II.

도 3을 참조하면, 가장 긴 사슬길이의 α-폴리리신을 제외하고 나머지 α-폴리리신의 경우 대조군과 동일한 세포 성장을 나타냄을 알 수 있다. 광합성 효율 또한 배양결과와 유사하게 70-150kDa의 α-폴리리신을 제외하고 일정한 값을 보여주었다. 이를 통해 폴리리신으로 수확 후 남은 배지의 재사용이 가능해 경제적인 미세조류 바이오매스 생산공정의 개발이 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, the remaining α-polylysine except the longest chain length α-polylysine shows the same cell growth as the control group. Photosynthetic efficiency also showed a constant value except for α-polylysine of 70-150 kDa similar to the culture results. As a result, it is possible to reuse the medium left after harvesting with polylysine, which makes it possible to develop economical microalgae biomass production process.

<실험예 3><Experimental Example 3>

α-폴리리신의 분자량에 따른 미세조류의 오염 여부에 대해 실험을 실시하였다. The micro-algae contamination of α-polylysine with molecular weight was investigated.

실험예 1과 동일한 조건으로 미세조류 및 α-폴리리신을 준비하였다. Microalgae and alpha-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1.

다양한 분자량의 α-폴리리신으로 수확된 미세조류 바이오매스의 생물학적 오염정도를 확인하기 위하여 400mL의 미세조류 용액에 농도를 달리하여 α-폴리리신을 주입한 후 24시간 동안 침전시켰다. 이후, 원심분리를 통해 상등액을 모두 제거한 다음, 상온에서 보관하며 미세조류의 색과 형태학적 변화를 관찰하였다. In order to confirm the degree of biological contamination of microalgae biomass harvested with α-polylysine of various molecular weights, α-polylysine was injected into 400 mL of microalgae solution at various concentrations and settled for 24 hours. After the supernatant was removed by centrifugation, the color and morphological changes of microalgae were observed at room temperature.

도 4를 참조하면, α-폴리리신 비처리군의 경우 보관 후 약 9일경부터 박테리아와 곰팡이로 추정되는 미생물에 의한 오염이 관찰되었다. α-폴리리신으로 처리한 경우에도 비처리군에 비해 낮은 빈도지만 일부 오염이 관찰되었다. 주목할 점은 4-15kDa 분자량의 α-폴리리신 5mg/L로 수확한 경우 보관 후 40일이 지나서도 오염이 관찰되지 않았다는 점이다. α-폴리리신의 분자량이 클수록 방부효능이 크다는 사실은 알려져 있으며 또한 분자량이 증가함에 따라 미세조류 수확에 필요한 투입량이 적어진다는 사실을 실험예 2를 통해 확인한 바 분자량이 큰 α-폴리리신을 미세조류 수확에 활용시 투입량이 적어 수확된 미세조류에 방부 효과가 발휘되지 않을 수도 있다. 이를 통해 효율적인 수확과 동시에 생산된 바이오매스의 오염저감을 위해서 α-폴리리신을 적용하는 경우 미세조류 종, 배지 특성에 맞는 최적의 분자량을 갖는 α-폴리리신과 응집과 방부 효과를 모두 보여줄 수 있는 투입량을 선정하는 것이 중요하다는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 4, in the case of the α-polylysine-treated group, contamination by microorganisms estimated to be bacteria and fungi was observed from about 9 days after storage. Even with α-polylysine treatment, some contamination was observed at a lower frequency than the untreated group. Notably, no contamination was observed 40 days after storage when harvested with 5 mg / L of α-polylysine with a molecular mass of 4-15 kDa. It is known that the larger the molecular weight of? -Polylysine is, the greater the preservative effect is. Also, as the molecular weight increases, the amount of the feed required for microalgae harvesting is reduced. Experimental Example 2 confirmed that? When applied to the algae harvesting, it is possible that the preservation effect is not exerted on the microalgae harvested because the amount is small. In the case of applying α-polylysine for effective harvesting and reduction of contamination of biomass produced at the same time, α-polylysine having optimal molecular weight suitable for microalgae species and medium characteristics and aggregation and preservation effect It was confirmed that it is important to select the input amount.

<실험예 4><Experimental Example 4>

α-폴리리신 사용에 따른 물벼룩 독성 여부에 대해 실험을 실시하였다. Experiments were conducted on the toxicity of daphnia to α-polylysine.

실험예 1과 동일한 조건으로 미세조류 및 α-폴리리신을 준비함과 함께 미세조류 수확을 실시하였다. 이어, 수확된 미세조류를 동결건조한 후 분말로 만든 다음, 0.1∼100 mg/L의 농도로 물벼룩 배지에 주입한 후, 48시간 동안 유형저해 및 치사를 관찰하여 물벼룩 급성독성을 평가하였다. Microalgae and alpha-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1, and microalgae harvesting was carried out. Then, the harvested microalgae were lyophilized and powdered, then injected into a daphnia culture medium at a concentration of 0.1 to 100 mg / L, and then observed for type inhibition and lethality for 48 hours to evaluate acute toxicity of daphnia.

도 5를 참조하면, 모든 농도, 모든 분자량의 α-폴리리신을 이용하여 수확된 미세조류에서 물벼룩 독성은 관찰되지 않았다. 이를 통해, α-폴리리신을 통해 생산된 미세조류 바이오매스의 낮은 독성을 확인할 수 있었다. Referring to Fig. 5, no dwarf toxicity was observed in the microalgae harvested using alpha-polylysine at all concentrations and all molecular weights. This confirms the low toxicity of microalgae biomass produced via α-polylysine.

<실험예 5><Experimental Example 5>

ε-폴리리신(ε-poly-lysine)의 주입농도에 따른 미세조류 수확효율에 대해 실험을 실시하였다. Experiments were conducted on microalgae harvesting efficiency according to the injection concentration of ε-poly-lysine.

실험예 1과 동일한 조건으로 미세조류를 준비하였다. 3.5∼4.5kDa의 분자량을 갖는 ε-폴리리신을 10g/L의 농축용액으로 제조하여 미세조류 수확실험에 사용하였다. Microalgae were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1. Poly-Lysine having a molecular weight of 3.5 to 4.5 kDa was prepared in a concentrated solution of 10 g / L and used for microalgae harvesting experiments.

ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확시 교반속도 및 ε-폴리리신 농도의 영향을 확인함과 함께 통계학적 분석을 위하여 50∼500rpm 교반속도와 5∼25mg/L의 ε-폴리리신 농도범위에서 반응표면분석법(face-centered central composite design)을 수행하였다. The effects of stirring speed and ε-polylysine concentration on microalgae harvesting using ε-polylysine were confirmed, and for the statistical analysis, the reaction was carried out at a stirring speed of 50~500 rpm and an epsilon-polylysine concentration range of 5~25 mg / L A face-centered central composite design was performed.

25ml 미세조류 용액에 농도를 달리하여 ε-폴리리신을 주입한 후 5분간 교반한 다음, 1시간 동안 침전시킨 후 수표면에서 1/3지점에서 용액을 샘플링하여 미세조류 수확효율을 계산하였다. 수확효율은 UV-Spectrophotometer를 이용하여 680 nm에서 아래와 같이 계산하였다.Polylysine was injected into the 25 ml microalgae solution at different concentrations and stirred for 5 minutes and then sedimented for 1 hour and the solution was sampled at the surface of the water to calculate the microalgae harvesting efficiency. The harvesting efficiency was calculated as follows at 680 nm using a UV-Spectrophotometer.

(식 2) 수확효율(Harvest efficiency) = (1 - (OD f / OD i )) * 100 (%)(Equation 2) Harvest efficiency = (1 - ( OD f / OD i )) * 100 (%)

(OD i : 초기 미세조류 농도, OD f : 응집 후 잔여 미세조류 농도)( OD i : initial microalgae concentration, OD f : residual microalgae concentration after flocculation)

도 6을 참조하면, ε-폴리리신의 주입농도가 증가할수록 수확효율이 증가되었으며 교반속도는 약 250-350 rpm의 범위에서 가장 높은 수확효율을 보여주었다. 통계학적 분석에서도 ε-폴리리신의 농도가 교반속도보다 더 큰 영향을 주는 것을 확인하였으며 통계적으로 약 95%의 수확효율을 예측하였을 때 약 19mg/L의 ε-폴리리신이 필요함을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 6, as the injection concentration of ε-polylysine increased, the harvesting efficiency was increased and the stirring speed showed the highest harvesting efficiency in the range of about 250-350 rpm. In the statistical analysis, ε-polylysine concentration was found to have a greater effect than the stirring speed, and statistically, it was confirmed that ε-polylysine of about 19 mg / L was required when the harvest efficiency of about 95% was predicted.

<실험예 6><Experimental Example 6>

ε-폴리리신의 주입농도에 따른 미세조류의 오염 여부에 대해 실험을 실시하였다. The micro-algae contamination according to the injection concentration of ε-polylysine was examined.

실험예 5와 동일한 조건으로 미세조류 및 ε-폴리리신을 준비하였다. Microalgae and epsilon-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 5.

다양한 농도의 ε-폴리리신으로 수확된 미세조류 바이오매스의 생물학적 오염정도를 확인하기 위하여 400mL의 미세조류 용액에 농도를 달리하여 ε-폴리리신을 주입한 후 24시간 동안 침전시켰다. 이후, 원심분리를 통해 상등액을 모두 제거한 다음, 상온에서 보관하며 미세조류의 색과 형태학적 변화를 관찰하였다.In order to confirm the degree of biodegradation of microalgae biomass harvested at various concentrations of ε-polylysine, ε-polylysine was injected into 400 mL of microalgae solution at various concentrations and then settled for 24 hours. After the supernatant was removed by centrifugation, the color and morphological changes of microalgae were observed at room temperature.

실험 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이 α-폴리리신을 활용한 결과(실험예 3 및 도 4 참조)에 비해, ε-폴리리신은 상대적으로 적은 주입량(2.375 mg/L의 농도)으로 미세조류의 오염을 억제할 수 있음을 확인할 수 있다. ε-폴리리신 비처리군이 약 9일경에 곰팡이 및 박테리아에 의해 많은 오염이 진행된 반면, ε-폴리리신 처리군의 경우 별다른 형태학적(외형 및 색)인 변화가 없었으며, 2.375 mg/L의 농도로도 충분히 생물학적 오염방지가 가능함을 확인할 수 있다.As a result of the experiment, as compared with the results using α-polylysine as shown in FIG. 7 (see Experimental Example 3 and FIG. 4), ε-polylysine has a relatively small injection amount (concentration of 2.375 mg / L) It can be confirmed that the pollution can be suppressed. In the ε-polylysine-treated group, there was no significant morphological change (appearance and color), whereas in the ε-polylysine treated group, 2.375 mg / L It can be confirmed that biological contamination can be sufficiently prevented even by the concentration.

<실험예 7><Experimental Example 7>

미세조류에 대한 ε-폴리리신의 독성 여부에 대해 실험을 실시하였다. The toxicity of ε-polylysine to microalgae was tested.

실험예 5와 동일한 조건으로 미세조류 및 ε-폴리리신을 준비하였다. ε-폴리리신에 대한 조류의 독성을 알아보기 위하여 0∼100 mg/L의 농도로 ε-폴리리신을 미세조류 용액에 주입 후 3, 6, 24시간 후 광합성 효율의 변화를 관찰하여 독성을 확인하였다. Microalgae and epsilon-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 5. To investigate the toxicity of ε-polylysine to algae, ε-polylysine was injected into a microalgae solution at a concentration of 0 to 100 mg / L, and after 3, 6 and 24 hours, Respectively.

도 8에 나타낸 바와 같이, ε-폴리리신은 100mg/L의 농도까지 미세조류의 광합성효율에 아무런 영향이 없음을 확인할 수 있었다. 이를 통해 ε-폴리리신이 안전한 물질이며 ε-폴리리신을 통해 수확된 미세조류 바이오매스 또한 안전하다는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 8, it was confirmed that? -Polyisin had no effect on the photosynthetic efficiency of microalgae up to a concentration of 100 mg / L. This shows that ε-polylysine is a safe substance and microalgae biomass harvested through ε-polylysine is also safe.

<실험예 8><Experimental Example 8>

α-폴리리신을 이용하여 미세조류를 수확함에 있어서, 미세조류 용액의 pH가 수확효율에 미치는 영향에 대해서 실험을 실시하였다. The effect of the pH of the microalgae solution on the harvesting efficiency in the microalgae harvesting using α-polylysine was tested.

실험예 1과 동일한 조건으로 미세조류 및 α-폴리리신을 준비하였다. 미세조류 용액의 pH 2∼12로 변화시키면서 α-폴리리신을 투입하여 미세조류를 수확하였다. 각 α-폴리리신의 농도는 실험예 1을 통해 얻은 수확효율의 최고점을 나타내는 농도를 이용하였다. Microalgae and alpha-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 1. Microalgae were harvested by adding α-polylysine while changing the pH of the microalgae solution to 2-12. The concentration of each α-polylysine was used to indicate the peak of harvest efficiency obtained in Experimental Example 1.

실험 결과, 도 9에 도시한 바와 같이 α-폴리리신의 분자량과 상관없이 pH가 증가할수록 수확효율이 증가함을 알 수 있으며 특히, pH 4 이상에서 1∼5kDa α-폴리리신을 제외하고 나머지 α-폴리리신은 90%이상의 수확효율을 보여주었다. 이러한 넓은 pH 범위에서 높은 수확효율이 유지되는 특징은 α-폴리리신을 활용할 경우 별도의 pH 조절 없이도 수확이 가능하여 경제적인 수확이 가능함을 의미한다. 기존의 금속 응집제는 배지의 수산화 이온과 결합하여 수확이 이루어지기 때문에 pH가 중성영역에서 산성영역으로 변화하는 반면 폴리리신은 수산화 이온의 소모 없이 수확이 이루어지기 때문에 수확 후 pH 변화가 크지 않아 배지 재사용에 있어서도 유리한 점이 있다. As shown in FIG. 9, it can be seen that the harvest efficiency increases with increasing pH regardless of the molecular weight of alpha-polylysine. In particular, except for alpha-polylysine at 1 to 5 kDa at pH 4 or higher, - Polylysine showed a harvesting efficiency of over 90%. The high harvesting efficiency maintained in this wide pH range means that if α-polylysine is used, it can be harvested without any pH adjustment, which makes it possible to harvest economically. Since the conventional metal coagulant is harvested by binding with the hydroxide ion of the medium, the pH is changed from the neutral to the acidic region, whereas the polylysine is harvested without consuming the hydroxide ion, There is also an advantage in that.

<실험예 9><Experimental Example 9>

ε-폴리리신을 이용하여 미세조류를 수확함에 있어서, 미세조류 용액의 pH가 수확효율에 미치는 영향에 대해서 실험을 실시하였다. The effect of the pH of the microalgae solution on the harvesting efficiency in harvesting microalgae using ε-polylysine was tested.

실험예 5와 동일한 조건으로 미세조류 및 ε-폴리리신을 준비하였으며, 15 mg/L의 ε-폴리리신 투입 후 2시간 후 수확효율을 측정하였다. 미세조류 용액의 pH 2∼12로 변화시키면서 ε-폴리리신을 투입하여 미세조류를 수확하였으며, 응집제 투입 후 1시간 후에 수확효율을 측정하였다. ε-폴리리신의 농도는 15mg/L의 농도로 고정하였다. Microalgae and epsilon-polylysine were prepared under the same conditions as in Experimental Example 5, and the harvesting efficiency was measured 2 hours after the addition of 15 mg / L of epsilon-polylysine. The microalgae were harvested by adding ε-polylysine while changing the pH of the microalgae solution to 2 to 12, and the harvesting efficiency was measured 1 hour after the coagulant was added. The concentration of ε-polylysine was fixed at a concentration of 15 mg / L.

실험 결과, 도 10에 도시된 바와 같이 pH 2에서는 78%, pH 4에서는 87%, pH 6 이상에서는 96∼99%의 수확효율을 보여주었다. 이러한 넓은 pH 범위(pH 4∼12)에서 만족할만한 수확효율을 보여주는 특징은 실험예8의 결과와 유사하게 ε-폴리리신을 활용할 경우 별도의 pH 조절 없이 경제적인 수확이 가능함을 의미하며, 수확 후 pH 변화가 크지 않아 배지를 재사용함에도 유리한 점을 보여준다.As shown in FIG. 10, the harvesting efficiency was 78% at pH 2, 87% at pH 4, and 96-99% at pH 6 and above, as shown in FIG. A characteristic showing a satisfactory harvesting efficiency in such a wide pH range (pH 4 to 12) is that when ε-polylysine is utilized similarly to the result of Experimental Example 8, economical harvesting is possible without adjusting pH separately. The pH change is not large and it is advantageous to reuse the medium.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

α-폴리리신을 이용한 미세조류 수확효율(실험예 1 및 도 2 참조)과 기존의 천연 응집제인 모링가 씨앗 분말, 염화알루미늄, 양이온성구아검을 이용하여 미세조류를 수확한 경우(도 11 참조)를 대비하였다. When microscopic algae were harvested using microalgae harvesting efficiency using α-polylysine (see Experimental Example 1 and FIG. 2) and the existing natural coagulant, Moringa seed powder, aluminum chloride and cationic guar gum (see FIG. 11) .

도 2 및 도 11을 참조하면, 가장 낮은 분자량의 α-폴리리신(1∼5 kDa)을 제외하고 나머지 분자량의 α-폴리리신은 기존 응집제에 비해 더 적은 양의 농도로도 미세조류 수확이 가능함을 알 수 있다. 2 and 11, except for the lowest molecular weight α-polylysine (1 to 5 kDa), α-polylysine of the remaining molecular weight is capable of harvesting microalgae even at a lower concentration than conventional flocculants .

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확효율(실험예 5 및 도 6 참조)과 기존의 천연 응집제를 이용한 미세조류 수확효율(아래의 표 1 참조)를 대비하였다. 약 90% 이상의 수확효율의 달성을 위해 필요한 응집제의 양과 초기 미세조류 농도의 비율을 계산하여 응집제 자체의 효율을 평가하였다.The efficiency of microalgae harvesting using epsilon-polylysine (see Experimental Example 5 and Fig. 6) and the efficiency of microalgae harvesting using conventional natural coagulants (see Table 1 below) were compared. The efficiency of the coagulant itself was evaluated by calculating the ratio of the amount of coagulant needed and the initial microalgal concentration required to achieve a harvest efficiency of at least about 90%.

도 6과 표 1을 참조하면, 기존의 천연 응집제에 비해 ε-폴리리신은 2-6배 이상 적은 농도로 만족할 만한 수준의 미세조류 수확이 가능함을 확인할 수 있다. 응집제 효율이 높다는 의미는 응집제의 소모가 적어서 경제적인 수확이 가능하고 또한 최종적으로 생산된 미세조류 바이오매스의 활용에도 영향(성분변화 및 독성 등)이 적다고 할 수 있다. Referring to FIG. 6 and Table 1, it can be seen that epsilon-polylysine can be harvested satisfactorily at a concentration of 2-6 times less than conventional natural flocculants. High coagulant efficiency means that coagulant consumption is low and economic harvesting is feasible. Also, utilization of microalgae biomass that is finally produced is less influential (component change and toxicity).

<ε-폴리리신(ε-PLL) 및 기존 천연 응집제의 응집 특성><Coagulation characteristics of ε-polylysine (ε-PLL) and conventional natural coagulant> 응집제 종류Coagulant Type 대상 미세조류Target microalgae 미세조류 농도 (mg/L)Microalgae concentration (mg / L) 응집제 농도
(mg/L)
Flocculant concentration
(mg / L)
수학효율
(%)
Math efficiency
(%)
응집제 효율Flocculant efficiency ** 참고문헌references
γ-PGAγ-PGA C. vulgarisC. vulgaris 570570 22.0322.03 9191 23.5523.55 [1][One] C. protothecoidesC. protothecoides 600600 19.8219.82 9898 29.6729.67 Cationic wheat starchCationic wheat starch C. pyrenoidosaC. pyrenoidosa 1,0001,000 8989 9191 10.2210.22 [2][2] B. brauniiB. braunii 1,0001,000 119119 9494 7.907.90 Cationic potato starchCationic potato starch C. pyrenoidosaC. pyrenoidosa 1,0001,000 8989 9393 10.4510.45 B. B. brauniibraunii 1,0001,000 119119 9090 7.567.56 Cationic corn starchCationic corn starch C. C. pyrenoidosapyrenoidosa 1,0001,000 8989 9696 10.7910.79 B. B. brauniibraunii 1,0001,000 119119 9393 7.827.82 ChitosanChitosan C. C. vulgarisvulgaris 1,0001,000 120120 9999 8.258.25 [3][3] Cationic guar gumCationic guar gum ChlorellaChlorella spsp . CB4. CB4 780780 4040 9090 18.4318.43 [4][4] ε-PLLε-PLL C. C. ellipsoideaellipsoidea 1,0001,000 1919 9595 5050

(*응집제 효율=미세조류 농도/응집제 농도*수확효율/100)( * Coagulant Efficiency = Microalgae Concentration / Coagulant Concentration * Harvesting Efficiency / 100)

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법의 경제성과 기존의 천연 응집제를 이용한 미세조류 수확방법의 경제성을 비교하였다. The economic efficiency of microalgae harvesting method using ε-polylysine and the economical efficiency of microalgae harvesting method using natural coagulant were compared.

표 2를 참조하면, ε-폴리리신을 이용한 미세조류 수확의 경우 약 1톤의 미세조류 바이오매스를 수확하는데 약 20 US$가 필요함을 확인할 수 있다. 이는 slaked lime을 이용한 방법과 비슷한 수치로 비교한 수확기술 중에서는 가장 경제적인 방법 중 하나라고 할 수 있다.Referring to Table 2, in the case of microalgae harvesting using ε-polylysine, about 20 US $ is required to harvest about 1 ton of microalgae biomass. This is one of the most economical methods among the harvesting techniques compared to the method using slaked lime.

<수확기술에 따른 미세조류 바이오매스 수확비용><Cost of harvesting microalgae biomass according to harvesting technology> 수확기술Harvest technology 대상 미세조류Target microalgae 수학효율 (%)Mathematical efficiency (%) 비용 계산시 포함된 품목1 Items included in cost calculation 1 수확비용Cost of harvest
(US$/바이오매스 ton)(US $ / biomass ton)
참고문헌references
Continuous centrifugationContinuous centrifugation -- -- E, PE, P 119 - 740119 - 740 2,32,3 [5][5] Tangential flow filtrationTangential flow filtration T. suecicaT. suecica ~ 100~ 100 PP 343343 [6][6] High pH by slaked limeHigh pH by slaked lime C. vulgarisC. vulgaris -- MM 1818 [7][7] Low pH by HNO3Low pH by HNO3 C. nivaleC. nivale
C. ellipsoideumC. ellipsoideum
Scenedesmus sp.Scenedesmus sp.
> 90> 90 MM 6161
6262
7272
[8][8]
Electro-coagulation-flotationElectro-coagulation-flotation N. oculataN. oculata 96 - 10096 - 100 PP 68 - 10168 - 101 [9][9] Flocculation by γ-PGAFlocculation by γ-PGA C. vulgarisC. vulgaris
C. protothecoidesC. protothecoides
91
98
91
98
MM 228228
168168
[1][One]
Flocculation by ε-PLLFlocculation by ε-PLL C. ellipsoideaC. ellipsoidea 9595 M, PM, P 2020 44

1E: Equipment, P: Power, and M: Material 1 E: Equipment, P: Power, and M: Material

2배양시설의 종류에 따른 차이 2 Difference according to kind of culture facility

3US$ 1 = € 0.86 3 US $ 1 = € 0.86

4ε-PLL kg 당 가격 = US$ 1, 순도 = 95% 기준 4 ε-PLL Price per kg = US $ 1, purity = 95%

<표 1 및 표 2에 기재된 참고문헌>&Lt; References listed in Table 1 and Table 2 > [1] Zheng, Hongli, Zhen Gao, Jilong Yin, Xiaohong Tang, Xiaojun Ji, and He Huang. "Harvesting of Microalgae by Flocculation with Poly (γ-Glutamic Acid)." Bioresource Technology 112 (2012): 212-20.

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Claims (6)

미세조류가 배양된 미세조류 용액을 준비하는 단계;
상기 미세조류 용액에 폴리리신(poly-lysine)을 투입하는 단계;
폴리리신이 투입된 미세조류 용액을 교반하여 폴리리신에 의한 미세조류의 플럭화를 유도하는 단계; 및
폴리리신에 의해 플럭화된 미세조류 응집체를 침강시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법.
Preparing a microalgae solution in which microalgae have been cultured;
Introducing poly-lysine into the microalgae solution;
Stirring the microalgae solution to which the polylysine has been added to induce flocculation of microalgae by polylysine; And
A method for harvesting microalgae using polylysine, comprising the steps of: precipitating microalgae flocculated by polylysine.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리리신은 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법.
The method for harvesting microalgae according to claim 1, wherein the polylysine is any one of? -Poly-lysine and? -Poly-lysine.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리리신은 α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법.
The method for harvesting microalgae according to claim 1, wherein the polylysine is a mixture of? -Poly-lysine and? -Poly-lysine.
제 2 항에 있어서, α-폴리리신(α-poly-lysine) 또는 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)이 투입되는 경우, 미세조류 용액의 pH는 4 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법.
The method according to claim 2, wherein the pH of the microalgae solution is adjusted to 4 or more when? -Poly-lysine or? -Poly-lysine is added. Microbial harvesting method using lysine.
제 3 항에 있어서, α-폴리리신(α-poly-lysine)과 ε-폴리리신(ε-poly-lysine)의 혼합물이 투입되는 경우, 미세조류 용액의 pH는 4 이상으로 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법.
The method according to claim 3, wherein, when a mixture of? -Poly-lysine and? -Poly-lysine is added, the pH of the microalgae solution is adjusted to 4 or more A microalgae harvesting method using polylysine.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리리신은 α-PLL(α-Poly-L-Lysine), α-PDL(α-Poly-D-Lysine), ε-PLL(ε-Poly-L-Lysine), ε-PDL(ε-Poly-D-Lysine) 중 어느 하나 또는 적어도 두 종류 이상이 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 폴리리신을 이용한 미세조류 수확방법. The polylysine according to claim 1, wherein the polylysine is at least one selected from the group consisting of? -Poly-L-Lysine,? -PDL,? -Poly-Lysine, -PDL (? -Poly-D-Lysine), or a mixture of at least two kinds or more of the polylysine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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