KR101861972B1 - 부착성 규조류 배양장치 및 이를 이용한 배양방법 - Google Patents

부착성 규조류 배양장치 및 이를 이용한 배양방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가로부재와 세로부재 및 기둥이 연결되어 내부에 일정 공간을 형성하는 배양프레임, 상기 배양프레임에 의해 형성된 내부 공간에 규조류를 부착할 수 있는 부착기질을 가지며 지면에 대하여 수직으로 복수개 배치된 배양유닛 및 상기 배양유닛 하부에 지면과 평행하게 형성되어 배양유닛에 기체를 공급하는 기체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부착성규조류 배양장치를 제공함으로써 용암해수와 함께 취수되는 부착성 규조류를 대량배양장치를 통하여 대량 배양시켜 사료로 이용가능하고, 더 나아가 부착성 규조류의 주성분인 규소를 분리/정제하여 의약품,화장품 및 산업소재 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

Description

부착성 규조류 배양장치 및 이를 이용한 배양방법{Aquaculture apparatus for attached microalgae and aquaculture method using same}
본 발명은 제주도 용암해수로부터 부착성 규조류를 부착시켜 대량배양할 수 있는 부착성 규조류 배양장치 및 이를 이용한 배양방법에 관한 것으로, 수조 내에 제주도 용암해수가 소통하면서 지속적으로 미세조류가 부착하고 양성될 수 있는 부착기질을 효율적으로 형성한 부착성 규조류 배양장치에 관한 것이다.
미세조류는 일반적으로 해양에서 태양에너지를 이용하여 무기물로부터 유기물을 생산하는 생산자로서 동물성 플랑크톤이나 어류 등 해양의 1차 소비자의 먹이가 되며, 광합성을 통하여 해중 용존산소를 높이는 등, 해양 생태계에 중요한 위치를 차지하고 있다. 미세조류는 함유하고 있는 엽록소의 종류 등에 따라 녹조류에서 홍조류, 시아노박테리아까지 매우 다양하다. 우리나라에서는 1960년대 후반부터 식물플랑크톤을 포함하는 미세조류에 대한 연구가 활발해지기 시작하여 1980년대 후반부터 생리생태학, 생화학, 유전공학 및 생물공학적인 연구로 확산되었다. 이후 환경 및 생명산업 등의 응용분야로 확대되고 있다.
미세조류 중 규조(Diatom)는 바다와 강에서 자라는 조류의 일종으로 그 규각은 실리카로 이루어져 있고 다공성의 기공을 가진 것이 특징이다. 단세포성 광합성 조류이며, 규산질을 포함하는 세포벽이 있어 강한 압력에 버틸 수 있는 독특한 구조를 가진다. 해양 또는 호수에 주로 분포하는 식물성 플랑크톤이며, 군체를 형성하기도 한다. 엽록소 a, c와 황갈색의 규조소를 포함한다. 홍조류의 2차 세포 내 공생 결과 형성되었고, 기름의 형태 혹은 라미나린으로 물질을 저장한다고 알려져 있다. 규조류는 또한 모양이 다른 2개의 편모로 구성된 부등편모를 가지며, 이 구조는 깃편모와 채찍편모로 이루어진다. 유사 분열로 무성 생식하거나 불리한 환경에서는 증대 포자를 생성하는 유성 생식을 한다.
종래에 규조류는 댐과 호수 등에서 남조류와 녹조류가 번식하기 전에 대량 증식하여 물에 이취미를 생기게 하거나, 상수원수에 유입되어 여과폐색, 여과수의 누출 등의 나쁜 영향을 일으키기도 하였으며, 상수도시설의 여과지를 단시간에 폐색시키는 등 나쁜 영향을 초래하는 경우가 많았다. 그러나 최근 규조류의 일정한 규각이나 박막을 이용하여 칩, 고효율 태양전지를 개발하는 등 규조류에 대한 연구가 활발하다.
수산양식업에서는 해수에 풍부하게 서식하는 부착성의 규조류를 부착판에 부착시켜 자연증식된 규조류를 전복 등의 먹이로 이용함으로써 경비와 인력을 절감하고 있다. 그러나 해수에는 6,000에서 약 10,000종에 이르는 규조류가 존재하고 있으며, 종류에 따라 규각의 모양과 배양특성이 매우 다양하기 때문에 배양생산물을 콘트롤하기에 어려움이 있다.
현재 상업적으로 생산되고 있는 미세조류들은 주로 고밀도로 배양할 수 있는 광생물 반응기를 이용하여 배양된다. 일반적인 광생물 반응기는 일정한 부피의 수조에 배양하려는 미세조류의 종류에 따라 배양액을 공급하고, 미세조류를 접종한 후, 미세조류의 성장에 유해한 원생동물 및 곰팡이의 유입을 차단하여 순수배양이 이루어지도록 배양액을 여과, 살균 공급하게 된다.
또한 충분한 광합성이 이루어지도록 이산화탄소 등의 탄소원이 포함된 기체를 배양액 내에 폭기시키고, 이를 통해 주입되는 기체 및 배양액 내의 영양물질이 균일하게 분산될 수 있도록 교반시키게 된다. 효율적인 광합성을 위하여 배양하는 미세조류의 특성에 따라 LED 등을 이용하여 일정한 파장의 빛을 조사하게 된다. 특히, 광반응기는 일정한 성장효율을 갖고 미세조류를 대량배양하기 위해서는 배양액을 일정 온도로 유지하는 것이 필요하기 때문에 계절에 따라 가온장치, 열교환장치 등을 설치하여 배양하게 된다.
따라서, 배양액의 공급과 폭기, 광원을 통한 빛의 조사 및 수온 조절 등의 문제로 미세조류의 대량배양에는 많은 에너지가 소모되는 문제가 있고, 특히 사계절이 뚜렷한 우리나라의 경우, 일년내내 미세조류를 대량으로 생산하는 일은 에너지 효율 상의 어려움이 있다.
한편 용암해수란 제주도의 현무암층을 뚫고 육지 지하로 흘러 들어온 바닷물이다. 용암해수는 제주도의 서부 일부지역과 동부지역을 중심으로 발견되며 고농도의 미네랄을 함유하고 있다. 또한 일반해수는 생활하수, 산업폐수, 항만오염 등의 불안정한 환경에 노출되어 산업화 소재 가공에 많은 비용이 소요되는 반면, 용암해수는 화산암반층에 의한 자연정화와 여과를 거쳐 중금속 흡착 및 유해물질을 차단하기 때문에 안전성과 안정성, 경제성을 확보하고 있고, 깊은 바다에서 취수하는 해양심층수에 비해서 비교할 수 없을 정도로 취수비용이 저렴하다.
본 출원의 발명자는 제주 용암해수를 이용하여 양식을 하는 과정에서 용암해수와 함께 부착성 규조류가 취수되는 것을 확인하고, 이들 부착성 규조류를 우점시켜 대량 배양하는 방법을 확립하였다. 본원 발명에서 분리 확인된 부착성 규조류는 양식 산업의 사료 대체 에너지원으로서 또는 의학, 환경, 생명산업 등 여러 산업분야의 기초재로서 가치가 높은 자원으로 활용가능하다.
대한민국 등록특허 제10-1366431호에서는 해수와 영양 배지를 혼합하여 공급하는 이송수단과, 상기 이송수단을 통해 공급되는 배양수를 이용하여 내부에 수용되는 부착규조를 증식하는 배양장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 부착규조류 배양방법 및 장치를 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 10-1278146호에서는 발전소나 공장으로부터 온배수를 배출하기 위한 온수배출관, 상기 온수배출관과 연결되어 온수를 이송하는 온수관, 상기 온수관이 일측에 연결되고 내부에 해조류 및 미세조류를 배양하기 위한 하나 이상의 수조장치, 및 상기 수조장치로부터 냉각수를 이송하기 위하여 상기 수조장치의 타측에 연결되는 냉각수관을 구비하는 배양시스템을 개시하고 있다. 대한민국 등록특허 10-1241393호에서는 배양공간이 마련된 배양패널본체를 갖는 광생물 반응기와, 배양패널 본체내로 배지를 공급할 수 있도록 된 배지 공급부와, 배양패널 본체로부터 배양액을 인출하여 희석액과 희석시킬 수 있도록 된 희석부와, 희석부에 의해 희석된 희석 배양액의 농도를 측정하는 농도검출부 및 희석부 및 농도검출부를 제어하여 희석 배양액의 농도 정보를 수신하고, 수신된 희석 배양액의 농도가 설정된 목표농도 이상이면 배양패널본체에 저수된 배양액을 저장라인을 통해 배출되게 하고, 배지공급부를 제어하여 배지가 배양패널본체에 공급되게 제어하면서 미세조류의 생산을 제어하는 제어유니트를 구비하는 미세조류 배양을 위한 광생물반응기 배지 공급 자동화 시스템을 개시하고 있다. 대한민국 공개특허 10-2012-0095826호에서는 세네데스무스(Scenedesmus sp.), 클로렐라(Chlorella sp.), 스피룰리나(Spirulina sp.)등과 같은 이산화탄소의 처리와 동시에 바이오디젤, 사료첨가제, 건강보조식품 등의 생산에 유용한 미세조류의 저비용, 고품질, 대량생산을 실현시킬 수 있는 미세조류 고밀도 배양용 광생물 반응기와, 이를 이용한 미세조류 배양 및 수확 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 발명들은 다시마 양식 시, 조류 및 파고에도 해상에서 굵기가 다른 로프간 체결을 견고히 하면서도 분리와 재연결을 용이하게 할 수 있는 본 발명의 다시마 양식용 체결구와는 그 구성 및 효과에서 차이를 보인다.
본 발명은 제주 용암해수 내에서 분리되는 부착성 규조류를 효율적으로 대량 배양할 수 있는 부착성 규조류 배양장치 및 이를 이용한 부착성 규조류 배양방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 가로부재와 세로부재 및 기둥이 연결되어 내부에 일정 공간을 형성하는 배양프레임, 상기 배양프레임에 의해 형성된 내부 공간에 규조류를 부착할 수 있는 부착기질을 가지며 지면에 대하여 수직으로 복수개 배치된 배양유닛 및 상기 배양유닛 하부에 지면과 평행하게 형성되어 배양유닛에 기체를 공급하는 기체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 부착성규조류 배양장치를 제공한다.
본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치 및 이를 이용한 부착성 규조류 배양방법을 이용하여 제주 용암해수와 함께 취수되는 부착성 규조류를 용이하게 부착 및 대량 배양시켜 회수할 수 있는 부착성 규조류의 친환경적인 대량배양방법을 제공함으로써 본원 발명에서 분리 확인된 부착성 규조류를 양식산업의 사료 대체 에너지원으로서 또는 의학, 환경, 생명산업 등 여러 산업분야의 기초재로서 가치가 높은 자원으로 활용할 수 있다.
도 1은 제주도에 분포하는 용암해수의 분포 위치 및 일반적 설명을 나타낸다.
도 2은 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치의 사시도이다.
도 3는 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치의 배양유닛을 나타낸 그림이다.
도 4는 배양유닛의 체결방법을 보여주는 사시도이다.
도 5은 배양유닛프레임 상부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 6은 배양유닛프레임의 구성형태의 일실시예를 나타낸 분해사시도이다.
도 7는 기체공급부의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치를 야외수조에 적용하는 모습을 나타낸 사진이다.
도 9는 제주도 용암해수에서 분리된 체인형 부착성 규조류인 Fragilariopsis sp .와 Melosira nummuloides 의 사진이다.
일반적으로 부착성 규조류는 광합성으로부터 유기물을 생산하는 1차 생산자로 양식업에서는 먹이생물로 흔히 이용되고 있다. 주로 사육수로부터 유입되어 양식수조나 양식용 파판에 붙어 자라면서 양식동물의 먹이가 되며, 특히 전복, 소라 등의 복족류, 조개와 같은 이매패류, 해삼, 성게 등의 극피류 및 새우 등의 갑각류의 유생 사육 시 초기의 먹이생물로서 이용되고 있다. 이러한 부착성 규조류는 주로 폴리카보네이트나 폴리비닐 클로라이드 등의 소재로 된 양식동물 부착용 파판에 자연 해수에서 부착되어 자라게 된다.
그러나 부착규조류의 배양은 부착하는 특성 때문에 일반적인 부유 미세조류 배양의 방법으로 대량생산하기 어려운 문제가 있다. 즉, 부착 및 성장에 의하여 미세조류가 증식할수록 self-shading에 의한 빛 전달률이 감소하면서, 미세조류의 성장이 정체되게 되고, 사멸하는 세포가 증가하는 문제가 있으며, 부착, 성장한 후, 미세조류를 회수하는 데에도 어려움이 있다.
한편, 제주도 서부 일부지역과 동부지역은 용암이 굳어 형성된 화산암이 지표에서부터 해수면 아래 약 150m 내외까지 두텁게 분포하며, 본암층은 지하수를 저류시킬 수 있는 공극이 차지하는 비율이 높으며, 해안과 인접하여 해수와 약간의 지하수가 혼합된 대수층이 발달하고 있다. 도 1은 제주도에 분포하는 용암해수의 분포 위치 및 일반적 설명을 나타낸다.
본 발명은 일반적으로 세균, 바이러스, 또는 유해 화학물질이 검출되지 않는 청정수로 알려진 제주 용암해수로부터 미량의 미세조류를 분리할 수 있음을 확인하고 이를 분리, 배양함으로써 일정한 부착성 규조류 종을 노지 등에서도 사계절 배양이 용이한 것을 확인하고 이를 대량으로 부착 및 배양할 수 있는 부착성 규조류 배양장치를 안출하게 된 것이다. 이하 본 발명을 구체적인 예를 들어 상세히 설명한다.
< 실시예 1> 부착성 규조류 배양장치
도 2는 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치의 사시도이다. 본 발명은 가로부재와 세로부재 및 기둥이 연결되어 내부에 일정 공간을 형성하는 배양프레임(100), 상기 배양프레임(100)에 의해 형성된 내부 공간에 규조류를 부착할 수 있는 부착기질(220)을 가지며 지면에 대하여 수직으로 복수개 배치된 배양유닛(200) 및 상기 배양유닛(200) 하부에 지면과 평행하게 형성되어 배양유닛(200)에 기체를 공급하는 기체공급부(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부착성규조류 배양장치를 제공한다.
배양프레임(100)은 SUS(Steel Use Stainless)와 같은 견고한 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 배양프레임의 내부에 배양유닛(200)이 수용될 수 있도록 배양유닛의 크기를 고려하여 제작한다. 또한 배양프레임의 상부 모서리에는 크레인으로 들어올려 이동시킬 수 있도록 로프를 설치할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 가로*세로*높이 1.75 m*2 m*1.5 m로 제작하였으며, 프레임을 따라 폭기관(310), 연결관(330), 기체공급관(340)을 묶어 고정하여 정리할 수 있으며, 배양유닛의 일부도 묶어 고정할 수 있다. 또한 배양프레임(100)의 하부에는 부착성규조류 배양장치가 수조의 바닥에서 이격되도록 프레임발(110)을 형성할 수 있다. 프레임발(110)에 의하여 이격된 공간에는 폭기관(310) 등이 배치될 수 있으며, 배양유닛이 수조 바닥에 닿아 사육수 소통이 저해되거나 이로 인하여 부착된 미세조류의 성장이 방해되는 것을 방지할 수 있다.
도 3는 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치의 배양유닛의 구성을 나타낸 그림이다. 배양유닛(200)은 배양유닛프레임(210)을 부착기질(220)로 감싸고 고정바(230) 등의 고정부를 이용하여 부착기질을 배양유닛프레임에 고정하여 구성한다. 즉, 상기 배양유닛(200)은 내부와 각 면에 통공이 형성되어 상하 좌우방향으로 사육수 소통이 용이한 다각형기둥 또는 원기둥으로 형성된 배양유닛프레임(210)과 상기 배양유닛프레임(210)을 둘러싸고 사육수 내의 부착성 규조류의 부착 또는 양성 공간면을 제공하는 부착기질(220) 및 상기 배양유닛프레임(210)과 부착기질(220)을 체결하는 고정부로 형성된다.
도 3에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예의 고정부는 고정바(230)와 고정홈(211)으로 구성되었다. 즉, 배양유닛프레임(210)에는 고정홈(211)이 형성되고 여기에 부착기질(220)의 가장자리를 삽입한 다음, 부착기질(220) 위에서 고정바(230)를 고정홈(211)에 눌러 넣어 배양유닛프레임(210)에 부착기질(220)을 고정시키도록 하였다.
도 4는 배양유닛의 체결방법을 보여주는 사시도이다. 배양유닛프레임(210)에 고정홈(211)이 형성될 수 있도록 배양유닛프레임의 기둥 중 하나를 두께 10 mm 이상으로 형성하고 여기에 두께 1.5 mm의 고정바(230)가 삽입될 수 있도록 고정홈(211)을 하나 또는 둘로 형성한다. 고정홈이 형성되지 않은 3개의 배양유닛프레임의 기둥은 사육수의 원활한 소통을 위하여 이보다 작은, 예를 들어 두께 5 mm로 형성하는 것이 바람직하다. 고정바(230)는 플라스틱, 고무, 실리콘 등으로 제작될 수 있으며, 배양유닛프레임(210)의 1면 또는 2면에서 부착기질(220)을 고정할 수 있다. 이와 같은 고정방법은 배양유닛프레임에 부착기질의 탈착이 쉬워 부착기질의 교환, 배양유닛프레임의 세척 등이 용이하다.
상기 부착기질은 나일론, 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 중 어느 하나로 형성되고 망목의 크기는 0.1 내지 0.3㎛인 망지인 것이 바람직하다.
본 발명은 복수개의 배양유닛(200)을 일정 간격으로 세워서 배치함으로써 부착성 규조류를 부착시킬 수 있는 부착면을 극대화하였다. 도 3에서 보듯이 배양유닛은 한 방향으로 길게 형성되어 있으며, 도 1과 같이 이를 지면에 대하여 수직으로 세워 배치함으로써 제한된 공간에 보다 많은 규조류의 부착면이 형성될 수 있도록 한 것이다. 이러한 구조를 완성하기 위해서는 복수개의 배양유닛(200)이 일정 간격을 두고 부착기질이 서로 닿지 않게 위 배양프레임(100)의 내부에 형성된 공간에 수직으로 배치되어야 한다. 이런 경우 도 1에서 보는 바와 같이 부착성규조류를 부착시킬 수 있는 부착면이 극대화되면서도 self-shading의 문제를 해결하고 하부 에어레이션으로 사육수 소통을 원활히 할 수 있게 된다.
이를 위하여 배양유닛(200) 사이에 스페이서(213)가 형성되도록 하였다. 도 5은 배양유닛프레임 상부의 구성을 나타낸 사시도이다. 스페이서(213)는 배양유닛프레임(210)의 상부에 막대형태로 배양유닛프레임과 함께 사출되어 형성될 수 있으며, 인접한 다른 배양유닛프레임에 형성된 연결통공(212)에 삽입되어 배양유닛 간에 일정 간격을 유지할 수 있다. 스페이서와 연결통공에 의한 연결은 배양유닛 간에 일정한 간격이 유지되도록 하며, 아울러 배양프레임(100) 내에서 배양유닛이 서로 연결되어 쓰러지지 않도록 고정하는 역할을 하게 된다.
스페이서를 배양유닛프레임과 분리하여 형성할 수도 있는데, 배양유닛프레임에 연결통공만을 형성하고 여기에 철선 등(미도시)을 관통시키면서 배양유닛 간에 비즈 형태의 스페이서를 따로 끼워 넣을 수도 있다. 어떤 형태이든 배양유닛 간에 일정한 간격의 유지와 배양유닛의 지지 및 고정 역할을 하게 된다.
도 6은 배양유닛프레임의 구성형태의 일실시예를 나타낸 분해사시도이다. 배양유닛프레임은 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나무, 고무 또는 SUS(Steel Use Stainless)중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 재질로 상하 또는 좌우의 조립단위로 사출 성형하여 제작함으로써 제조원가를 절감하고 조립과 관리를 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 배양유닛프레임a(a)와 배양유닛프레임b(b)로 제작하여 이를 조립하여 배양유닛프레임을 성형하였는데, 조립의 결합부분, 조립단위체의 수와 모양은 사출의 용이성과 제조단가를 고려하여 결정될 수 있다.
도 7는 기체공급부의 구성을 나타낸 사시도이다. 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치는 기체를 하부에서 고르게 공급함으로써 촘촘하게 수직으로 배치된 부착기질에 사육수와 기체가 충분히 소통, 공급될 수 있다. 배양프레임(100)의 하부에는 배프레임발(110)이 부착되어 배양프레임을 수조바닥으로부터 이격시켜 공간을 형성하고 여기에 기체공급부(300)가 위치한다. 배양유닛(200)은 기체공급부(300)의 위에 배치되며, 배양유닛이 안정되게 세워지고 기체공급부(300)에 배양유닛으로 인한 하중을 저감시키도록 배양프레임(100)의 하부에 지지바(미도시)를 더 설치할 수 있다. 그러나 기체가 공급되는 동안 배양유닛은 기포에 의해 살짝 떠있는 상태가 되기 때문에 배양유닛으로 인해 기체공급부가 손상되지는 않는다.
기체공급부(300)는 배양프레임(100)의 하부를 따라 일정 간격으로 배열된 복수의 폭기관(310)과 상기 폭기관(310)의 말단부에서 ‘T’자 형으로 연결되어 기체공급관과 연결되는 연결관(330) 및 연결관에 연결된 기체공급관(340)으로 구성되며, 기체공급관(340)은 수조 외부에 설치된 에어펌프 또는 에어탱크에 연결된다.
폭기관(310)의 상부에는 일정 간격으로 기체통공(320)이 형성되어 기포가 수조의 바닥면에서부터 상부로 고르게 올라오도록 한다. 기체통공의 직경과 수는 기체압력에 따라 다르게 조절가능하다.
도 8은 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치를 야외수조에 적용하는 모습을 나타낸 사진이다. 배양프레임(100)에 배양유닛(210)을 설치하고 하부에는 기체공급부(300)를 배치하여 고정한 후, 크레인으로 들어올려 수조에 안착시킨다. 수조의 크기에 따라 복수개의 배양장치를 설치하여 부착과 양성의 효율을 높일 수 있다. 본 발명의 부착성 규조류 배양장치는 실내수조에도 적용될 수 있으며, 이 경우, 조명장치, 가온장치 등을 더 설치할 수 있다.
< 실시예 2> 부착성 규조류 배양장치를 이용한 제주용암해수의 부착성 규조류 분리 양성.
부착성 규조류의 최적 배양 수온은 16~24℃, 염도는 25‰ 이상으로 제주도의 용암해수는 수온 17~18℃, 염도는 최저 25‰를 유지함으로써 연중 염도 변화가 없으며, 수온이 일정하여 부착성 규조류를 배양하기에 최적의 조건을 갖추고 있으며, 연중 안정된 배양이 가능하다.
본 발명은 용암해수를 취수하여 배양수로 활용한다. 초기 용암해수 유입수에는 2~4cells/L 정도로 부착성 규조류가 포함되어 있으며, 용암해수를 취수하여 부착기질 (나일론망)을 통과시켜 흘려주면 5일 이내로 육안으로 확인이 가능하다. 부착성 규조류 배양장치를 이용한 제주용암해수의 부착성 규조류 분리 배양방법은 다음과 같다.
상기에서 <실시예 1>에서 제작한 본 발명의 부착성 규조류 배양장치를 이용한 일정 부피를 갖는 수조에 제주 용암해수를 수용하고 소통시키는 단계(가), 상기 (가)단계의 수조에 청구항 제1항의 부착성규조류 배양장치를 안착시키는 단계(나), 상기 (나)단계에서 안착된 부착성규조류 배양장치의 기체공급부에 기체를 공급하여 제주 용암해수를 상기 배양유닛에 소통시켜 부착성 규조류를 부착 및 배양하는 단계(다) 및 상기 (다)단계의 부착, 배양된 부착성 규조류를 회수하는 단계(라);를 포함한다.
먼저 부착성 규조류 배양을 위하여 용암해수를 공급하기 용이한 위치에 수조를 준비한다. 용암해수를 수조의 하단에서 주입하고, 상단에서 배수되도록 함으로써 수조에 일정한 수류가 형성되도록 한다. 상기 <실시예 1>에서 제작한 본 발명의 부착성 규조류 배양장치를 크레인을 이용하여 적당한 위치에 배치시키고 용암해수를 소통시킨다.
용암해수의 속도는 취수펌프에 의하여 입수되는 수량 및 수조의 크기에 의하여 결정되어지며, 부착성 규조류가 부착기질에 충분히 부착할 수 있는 시간을 고려하여 조절한다. 따라서 상기 수조의 크기에 따라 1일 2~4회전 정도의 용암해수를 취수하는데, 여름철은 2회전 정도, 겨울철은 4회전 정도가 되도록 조절한다.
부착성 규조류는 일반적으로 조도 1,000 lux 이상에서 분열 증식이 일어나기 때문에 자연광에서 증식이 잘 된다. 자연광은 일출시 4,000 lux 이상 일몰시 2,000 lux 이상 유지되고, 하절기 최대 조도량은 100,000 Lux 에 달한다. 실내에서 부착성 규조류 배양에 인공광을 사용하여 배양하는 경우, 광원 및 조사량을 조절할 수 있어, 배양조건을 효율적으로 조절할 수 있다.
배양이 끝난 부착성 규조류는 강한 조도에 의해 부착기질에서 탈락되기도 하는데, 에어컴프레샤를 이용하여 부착기질 표면에 분사하여 부착기질 면에 제일 먼저 생성된 부착성 규조류 세포를 끊어내어 손쉽게 체인형 부착성 규조류 콜로니가 부착기질로 부터 분리되어 수거될 수 있다. 수류를 따라 운집하는 부착성 규조류는 나일론 망(0.1mm, mesh size)을 포함하는 수거장치에 의하여 걸러서 용이하게 수거 할 수 있다.
< 시험예 >
상기의 부착성 규조류 배양장치를 이용하여 제주 용암해수로부터 취수한 사육수를 이용하여 부착성 규조류를 부착, 양성하고 그 효율을 측정하였다.
도 9는 제주도 용암해수에서 분리된 체인형 부착성 규조류인 Fragilariopsis sp .와 Melosira nummuloides 의 사진이다. 제주도 용암해수에서 입수한 부착성 규조류는 사전 선행연구 결과에서도 도9에서 보는 바와 같이 Fragilariopsis sp . 와 Melosira nummuloides 이며 일정하게 우점종을 유지하였으며, 동정된 부착성 규조류 Fragilariopsis sp . 는 차가운 물에서도 생장이 뛰어난 체인형 부착 규조류로, 사계절 노지 양식이 가능하다. 또한 Melosira nummuloides 는 실린더형의 단위세포가 역시 체인을 이루며 자라는 부착성 규조류로 연중 배양이 가능하다.
부착성 규조류 배양장치의 대량배양 실험결과
규조 접종량
(kg)		 규조 수거량
(kg)		 배양일수
(day)		 규조 일수거량
(kg/day)		 규조 연생산량
(kg/year)		 배양
면적
(m2)		 부착기질 면적
(m2)		 연간 면적당 샌산량 비고
배양 부착기질
(kg/m2/year) (kg/m2/year)
1 0.576 9.53 12 0.7942 289.8708 1.77 9.64 163.7688 30.0696 자연 태양광
2 0.576 4.13 14 0.2950 107.6750 1.77 9.64 60.8333 11.1696 형광등 40Watt(수중등)
3 0.395 7.82 12 0.6517 237.8583 1.77 9.64 134.3832 24.6741 일반T5LED 15Watt
표 1은 본 발명에 따른 부착성 규조류 배양장치를 이용한 부착성 규조류 배양장치의 대량배양 실험결과를 나타낸 것이다.
1번 실험의 기간은 2017년 5월 25일부터 6월 6일 까지 12일간 자연 태양광을 이용 부착성 규조류 배양을 실시하였으며, 규조의 접종량은 0.576kg으로 시작하여 12일간 배양 후 규조의 수거량은 9.53kg 으로 연간 면적당 생산량으로 환산하면 30.06kg/m2 /year의 생산성을 보여 부유성 미세조류를 이용한 타 연구결과(한국해양연구원 14.4kg/m2)와 비교하여 크게 앞서는 결과를 보여주었다.
2번 실험의 기간은 2017년 4월 27일부터 5월 11일까지 14일간 실내에서 형광등을 이용하여 부착성 규조류 배양을 실시하였으며, 초기 규조의 접종량은 0.576kg으로 시작하여 14일간 배양 후 규조의 수거량은 4.13kg으로 연간 면적당 생산량으로 환산하면 11.16 kg/m2/year의 생산성을 보였다.
3번 실험의 기간은 2017년 4월 5일부터 4월 17일까지 12일간 실내에서 일반 TS LED 15 Watt를 이용하여 부착성 규조류 배양을 실시하였으며, 초기 규조의 접종량은 0.576kg으로 시작하여 12일간 배양 후 규조의 수거량은 7.82kg으로 연간 면적당 생산량으로 환산하면 24.67kg/m2/year의 생산성을 보였다.
상기 실험으로 태양광 조건에서 부착성 규조류 대량 배양 실험시 타 연구결과(한국해양연구원)와 비교하여 2배에 가까운 생산량의 결과를 도출하였다. 또한 실내에서 LED 인공광을 사용한 결과에서도 연간 면적당 부착규조 생산량은 해양연구원의 결과 보다 더 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
본 발명에 따른 부착성 규조류의 대량배양장치 및 방법을 통하여 용암해수와 함께 취수되는 부착성 규조류를 대량배양장치를 통하여 대량 배양시켜 사료로 이용가능하고, 더 나아가 부착성 규조류의 주성분인 규소를 분리/정제하여 의약품,화장품 및 산업소재 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.
100 : 배양프레임 110 : 프레임발
200 : 배양유닛 210 : 배양유닛프레임
211 : 고정홈 212 : 연결통공
213 : 스페이서 220 : 부착기질
230 : 고정바
300 : 기체공급부 310 : 폭기관
320 : 기체통공 330 : 연결관
340 : 기체공급관
a : 배양유닛프레임a b : 배양유닛프레임b

Claims (5)

  1. 가로부재와 세로부재 및 기둥이 연결되어 내부에 일정 공간을 형성하는 배양프레임; 상기 배양프레임 하부에는 수조바닥으로부터 배양프레임을 이격시켜 폭기관이 배치될 수 있도록 프레임발이 형성되며,
    상기 배양프레임에 의해 형성된 내부 공간에 규조류를 부착할 수 있는 부착기질을 가지며 지면에 대하여 수직으로 배치된 배양유닛이 복수개 형성되고;
    상기 배양유닛 하부, 프레임발에 의해 지면과 이격되어 형성된 공간에, 지면과 평행하게 형성되어 배양유닛에 기체를 공급하는 기체공급부;
    상기 배양유닛은 내부와 각 면에 통공이 형성되어 상하 좌우방향으로 사육수 소통이 용이한 다각형기둥 또는 원기둥으로 형성된 배양유닛프레임; 상기 배양유닛프레임에는 고정홈이 형성되고 부착기질의 끝단부를 삽입하고 삽입된 부착기질 위에서 고정바를 고정홈에 눌러 넣어 배양유닛프레임에 부착기질을 고정시키도록 하며, 상기 배양유닛프레임을 둘러싸고 사육수 내의 부착성 규조류가 부착되어 양성될 수 있는 면을 제공하는 부착기질로 이루어지고;
    상기 배양유닛프레임의 상부 또는 하부의 외면에는 스페이서가 형성되어 복수개의 배양유닛을 수직으로 배치할 때 일정간격을 유지하도록 하여 사육수의 소통을 원활히 하도록 한 것을 특징으로 하는 부착성 규조류 배양장치.
  2. 일정 부피를 갖는 수조에 제주 용암해수를 수용하고 소통시키는 단계(가);
    상기 (가)단계의 수조에 청구항 제1항의 부착성 규조류 배양장치를 안착시키는 단계(나);
    상기 (나)단계에서 안착된 부착성규조류 배양장치의 기체공급부에 기체를 공급하여 제주 용암해수를 상기 배양유닛의 하부에서 상부로 소통시켜 부착성 규조류를 Fragilariopsis sp.와 Melosira nummuloides 을 우점시켜 부착 및 배양하는 단계(다);
    상기 (다)단계의 부착, 배양된 부착성 규조류를 회수하는 단계(라);를 포함하는 것을 특징으로 하는 부착성 규조류 배양방법.
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그러나 상기 발명들은 다시마 양식 시, 조류 및 파고에도 해상에서 굵기가 다른 로프간 체결을 견고히 하면서도 분리와 재연결을 용이하게 할 수 있는 본 발명의 다시마 양식용 체결구와는 그 구성 및 효과에서 차이를 보인다.

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