KR102024456B1 - Effects of on the Mass culture of the Prasinophyte Tetraselmis suecica and T. tetrathele using Light Emitting Diodes (LEDs) - Google Patents

Effects of on the Mass culture of the Prasinophyte Tetraselmis suecica and T. tetrathele using Light Emitting Diodes (LEDs) Download PDF

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Abstract

발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)의 광량과 파장을 이용한 Tetraselmis 속의 대량배양방법에 있어, Tetraselmis 속은 Tetraselmis . suecica Tetraselmis . tetrathele이고 , 발광다이오드 광원은 620nm 내지 680nm의 파장을 가지는 적색광 또는 590 nm의 파장을 가지는 황색광이며, 발광다이오드 광원의 광도는 10 내지 300 μmol/m2/s인 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)의 광량과 파장을 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis . tetrathele의 대량 배양방법을 제공함으로써, Tetraselmis 속의 생장 향상을 통해 대량배양이 가능한 효과가 있다.The LED (Light-Emitting Diodes; LEDs) in the bulk culture method using the genus Tetraselmis the amount of light and wavelength of, Tetraselmis The genus is Tetraselmis . suecica and Tetraselmis . Tetrathele , the light emitting diode light source is a red light having a wavelength of 620nm to 680nm or a yellow light having a wavelength of 590nm , the luminous intensity of the light emitting diode light source is 10 to 300μmol / m 2 / s Light-Emitting Diodes; Green Tetraselmis using Light and Wavelength of LEDs) suecica and Tetraselmis . Tetraselmis by providing a method for mass culturing tetrathele It is possible to mass cultivate through improving the growth of the genus.

Description

발광다이오드(Light-Emitting Diodes)를 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecica 및 Tetraselmis tetrathele의 대량 배양방법{Effects of on the Mass culture of the Prasinophyte Tetraselmis suecica and T. tetrathele using Light Emitting Diodes (LEDs)}Effect of on the Mass culture of the Prasinophyte Tetraselmis suecica and T. tetrathele using Light Emitting Diodes (LEDs)}

본 발명은 담녹조강을 대량으로 배양할 수 있는 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 미세조류의 종 특이적인 발광다이오드의 최적 광량과 파장을 파악하여 조사함으로써 생장 강화와 더불어 높은 탄수화물, 단백질, 지질함량을 포함할 수 있는 발광다이오드를 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis tetrathele의 대량 배양방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for cultivating bile green algae in large quantities, and more particularly, by identifying and investigating the optimum light quantity and wavelength of species-specific light emitting diodes of microalgae, high carbohydrate, protein, and lipid content Green algae Tetraselmis using light emitting diodes that may include It relates to a mass culture method of suecica and Tetraselmis tetrathele .

해양생태계는 다양한 생물그룹으로 이루어져 있으며 최하위 단계를 차지하는 그룹은 미세조류이다. 미세조류는 빛 에너지를 통해 광합성을 하여 무기물을 유기물로 합성하는 독립영양생물이다. 또한, 산소를 발생시키는 일차생산자로, 생태계에서 생물생산의 기반이 되는 중요한 생물그룹 중 하나이다. Marine ecosystems are made up of a variety of biological groups, and the microorganisms occupy the lowest level. Microalgae are independent nutrients that synthesize inorganic matter into organic matter through photosynthesis through light energy. It is also the primary producer of oxygen, one of the important biogroups on which bioproduction is based in ecosystems.

미세조류는 농수산, 대체에너지, 식품, 의약품, 사료 첨가제 그리고 환경정화 등의 다양한 산업적 분야에서 널리 활용되고 있다. 윤충이나 패류 등의 먹이생물로 활용되거나, 가공 과정을 거쳐 동물 사료원으로서 제공된다. 또한, 미세조류의 세포내 영양물질들을 추출하여 식품 및 의약품의 원료로 활용하거나, 세포내 지질은 바이오 디젤인 지방산 메틸에스테르로 전환이 가능하여 화석 연료를 대체할 에너지로 각광받고 있으며, 미세조류의 영양염 이용성 및 광합성에 따른 산소공급 기능을 활용한 생활 및 산업폐수 및 슬러지 정화의 이용도 있다.Microalgae are widely used in various industrial fields, such as agriculture, fisheries, alternative energy, food, medicine, feed additives and environmental purification. It is used as feed organisms such as rotifers and shellfish, or it is provided as an animal feed source through processing. In addition, it is possible to extract microalgae nutrients from microalgae and use them as raw materials for food and pharmaceuticals, or intracellular lipids can be converted into fatty acid methyl esters, which are biodiesel, and are attracting attention as energy to replace fossil fuels. There is also the use of domestic and industrial wastewater and sludge purification utilizing nutrient availability and photosynthetic oxygen supply.

이와 같이, 미세조류의 상업적 이용을 위해서는 단기간 내에 고농도의 세포밀도가 요구되기 때문에 대량배양이 필수적이다. 현재 미세조류의 대량배양 방법에는 개방형(Open pond)과 밀폐형 배양시스템(Photo-Bioreactor; PB)이 있다. 개방형 대량배양은 태양광을 통해 야외에서 배양하는 방법으로 순도가 높지 않은 용도로 이용된다.As such, for the commercial use of microalgae, mass culture is essential because high concentration of cell density is required within a short period of time. Currently, there are two methods for culturing microalgae, open ponds and closed culture systems (Photo-Bioreactors). Open mass cultivation is a method of cultivating outdoors through sunlight to be used for non-purity applications.

밀폐형 배양은 의약품, 식품 및 사료와 같이 순도가 높으며, 안정성이 요구되는 배양에 사용되고 있지만, 운용비용이 높으며, 조명으로 사용하는 헬로겐 및 형광등의 경우, 많은 소비전력이 소모되는 단점이 있다. 그 중 광 조건은 다른 환경보다 조절하기 쉽고 이에 따라 영양물질이나 생장에 변화를 줄 수 있다.Closed culture is used for cultivation requiring high purity and stability, such as pharmaceuticals, food and feed, but operating costs are high, in the case of halogen and fluorescent lamps used as lighting, it consumes a lot of power consumption. Among them, light conditions are easier to control than other environments, and thus may change nutrients or growth.

미세조류의 생장에 영향을 미치는 생물화학물리적 환경조건(수온, 염분, 용존기체, pH, 이류, 영양염 및 환경수용력 등)은 다양하지만 대부분이 광합성 생물이기 때문에, 광 조건인 파장과 광량은 미세조류 생장에 중요한 요소이다. Biochemical and physical environmental conditions (water temperature, salinity, dissolved gas, pH, advection, nutrients, and environmental acceptability) affect the growth of microalgae, but most of them are photosynthetic organisms. It is an important factor for growth.

특히 빛 파장의 변화는 미세조류의 다양한 광합성 색소 반응성에 따라 세포 내 생화학적 조성 및 함유량을 변화시키기 때문에, 유용물질 증대 등 산업적인 분야에 많은 활용이 기대되고 있다. In particular, since the change of the light wavelength changes the biochemical composition and content of the cells according to the reactivity of the photosynthetic pigments of the microalgae, it is expected to be utilized in industrial fields such as increasing useful materials.

한편, 발광다이오드(Light Emission Diode; LED)는 인화갈륨 또는 비소화갈륨 등의 화합물을 통해 전류를 주어 빛을 조사할 수 있는 반도체 소자로, 수은이 포함되어 있지 않아 친환경적이며, 긴 수명 그리고 낮은 소비전력의 장점 때문에 산업분야에서 급속도로 발전하였다.On the other hand, a light emitting diode (LED) is a semiconductor device that can irradiate light by supplying a current through a compound such as gallium phosphide or gallium arsenide, and is environmentally friendly, long life and low consumption due to no mercury. Due to the advantages of power, it has developed rapidly in the industry.

LED는 단파장 또는 복수파장으로 조절이 가능하고, 빛 조사 시간도 분 단위 또는 초 단위로 간헐적 제어를 통해 미세조류의 생장을 강화시키거나 영양강화를 시키는 파장만을 조사해줄 수 있어, LED를 이용한 미세조류 대량배양을 위해, 미세조류의 최적배양 조건을 찾는 연구가 활발히 수행되고 있다. LED can be adjusted to short wavelength or plural wavelength, and light irradiation time can be irradiated only minute or second wavelengths to enhance the growth of microalgae or to enhance the nutrient reinforcement. For mass cultivation, studies to find the optimum culture conditions of microalgae are being actively conducted.

Chlorella sp.의 경우 청색 및 황색 파장에 비해 적색 파장에서 광량이 증가할수록 높은 생장속도를 보였고, 규조류인 Chaetoceros calcitrans 의 경우, 적색파장에서 높은 생장속도와 생물량을 보였다. 규조류인 Thalassiosira pseudonana는 백색 형광등에서 높은 생장을 보였으며, 단백질함량은 청색-녹색 파장에서 높아, 종에 따라 광파장에 대한 특이성(species specific)이 있는 것으로 판단된다. Chlorella sp. Showed higher growth rate as the amount of light increased in the red wavelength compared to the blue and yellow wavelengths, and the diatom Chaetoceros calcitrans In the case of, red growth showed high growth rate and biomass. Diatom Thalassiosira Pseudonana showed high growth in white fluorescent lamps, and protein content was high in blue-green wavelength, and it is considered that there is a specificity of light wavelength depending on species.

Tetraselmis 담녹조강으로 여러 종이 알려져 있으며 광염광온성인 종으로 대량배양이 용이하여 여름철 고온에 취약한 클로렐라를 대체하여 이용되기도 하며, 영양학적으로 우수하여 먹이생물로 널리 이용되고 있다. Tetraselmis Is It is known to be a species of green algae, and it is a species that is photochlorinated. It is easily replaced by chlorella, which is vulnerable to high temperature in summer. It is also nutritionally excellent and widely used as a food organism.

또한, 다른 미세조류와 같이 수온, 염분, 광 파장 등의 환경조건 변화를 통해 세포 내 유용물질을 증진시킬 수 있고, 영양염 흡수가 높은 것으로 알려져 있어 수질정화에 활용 가능성이 있다. 그러나 발광다이오드의 조사를 통해 Tetraselmis 속의 대양배양을 위한 파장 연구는 타 미세조류보다 미흡한 실정이다.In addition, like other microalgae, it is possible to promote useful substances in cells through changes in environmental conditions such as water temperature, salinity, and light wavelength, and is known to have high nutrient absorption. However, wavelength studies for ocean culture in Tetraselmis through the irradiation of light emitting diodes are less than other microalgae.

국내 등록특허번호 제10-1382955호에는 배양조 내부에 발광다이오드(LED)를 광원으로 하는 광섬유(optical fiber)를 설치하여, 광원이 배양조 전체에 고르게 전달될 수 있도록 한 발광다이오드를 이용한 미세조류 배양장치에 관한 것이다. 내부에 미세조류 및 배양액이 수용되어 있는 배양조와 상기 배양조의 내부에 설치되어 빛을 조사하는 광원부와 상기 배양조의 내부에 연결되어 이산화탄소가 공급되는 이산화탄소 공급부와 상기 광원부에 연결되어 상기 이산화탄소 공급부를 통해 공급된 이산화탄소를 배양조 내부로 배출시키는 이산화탄소 배출부를 포함하는 발광다이오드를 이용한 미세조류 배양장치에 관하여 개시하고 있다.In Korean Patent No. 10-1382955, a microalgae using a light emitting diode in which an optical fiber having a light emitting diode (LED) as a light source is installed inside the culture tank so that the light source can be evenly transmitted to the entire culture tank. It relates to a culture apparatus. A culture tank containing microalgae and culture solution therein and a light source unit installed inside the culture tank for irradiating light and a carbon dioxide supply unit connected to the inside of the culture tank to supply carbon dioxide and connected to the light source unit and supplied through the carbon dioxide supply unit Disclosed is a microalgae culture apparatus using a light emitting diode including a carbon dioxide discharge unit for discharging the carbon dioxide into the culture tank. 국내 등록특허번호 제10-1447386호에는 LED 파장, 광도별 광 환경에 따른 해양 남세균, Synechococcus sp.의 성장에 따라 발생되는 광합성 색소 및 광합성 양을 측정하여 특정 LED 파장의 광원이 photosystem의 활성을 증가시키는 효과를 파악하기 위하여 광합성 색소의 함유량과 유전자 발현량을 검출하기 위한 프라이머를 제작하여 각각의 LED 파장별 및 세기별로 조명 후 광합성 색소함량 및 유전자 발현을 조사하였다. 그 결과, 단파장인 녹색 및 청색 LED 광원이 Synechococcus sp.의 광합성 색소의 함량을 증가시키며, photosystem 관련 gene의 mRNA 발현을 유도, 세포내에서 발생되는 에너지를 전달하는 등 광합성과 성장에 있어서 positive한 영향을 미치는 것으로 발광다이오드 광원의 조사를 통한 해양 남세균의 광합성 증가를 이용한 배양방법에 관하여 개시하고 있다.In Korean Patent No. 10-1447386, the amount of photosynthetic pigment and photosynthesis generated by the growth of marine bacteria and Synechococcus sp. In order to determine the effect of the photosynthetic dye content and gene expression was prepared a primer for detecting the amount of the photosynthetic pigment content and gene expression after illumination for each LED wavelength and intensity. As a result, the short wavelength green and blue LED light source increases the content of photosynthetic pigments of Synechococcus sp., Induces the mRNA expression of photosystem related genes and delivers the energy generated in the cells. Disclosed is a method of culturing using an increase in photosynthesis of marine bacterium through irradiation of a light emitting diode light source. 국내 등록특허번호 제10-0415150호에는 미세 조류에 의한 고농도 배양시 발광다이오드(LED) 또는 직사각형 형광 광원을 이용한 동적 내부 광원과 기존의 터빈 교반형 생물 반응기를 이용하여 동적 내부 광원에 의한 광효율의 극대화와 터빈 교반형 반응기의 매우 높은 혼합 효율을 동시에 얻을 수 있는 미세 조류의 대량 배양을 위한 발광 터빈 장치가 설치된 교반형 광생물 반응기를 제공할 수 있는 미세조류의 대량배양을 위한 발광 터빈 장치가 설치된 교반형 광생물 반응기에 관하여 개시하고 있다.In Korean Patent No. 10-0415150, maximization of light efficiency by dynamic internal light source using a dynamic internal light source using a light emitting diode (LED) or a rectangular fluorescent light source and a conventional turbine agitated bioreactor during high concentration culture by microalgae And agitated light emitting turbine device for mass culture of microalgae, which can provide agitated photobioreactor equipped with a light emitting turbine device for mass culture of microalgae, which can simultaneously obtain very high mixing efficiency of the turbine and agitated reactor. A fluorescent bioreactor is disclosed. 국내 공개특허번호 제10-2015-0057350호에는 미세조류 배양시 LED광원과 반사판을 이용하여 빛의 이용률을 극대화하였으며, 경사판을 가지고 있어 별도의 외부 동력장치 없이 기포기의 힘으로 미세조류의 교반 효과를 달성할 수 있어, 장치를 최소화하는 효율성을 증대시키게 되었으며, 또한 미세조류 배양시 고가의 유리 등의 용기 대신에 접근성이 높은 폴리에틸렌, 우레탄 등의 투명연성 재질을 이용한 장비를 제공하게 됨에 따라 배양의 편의성을 높이는 효과가 있는 내부에 경사진 반사장치를 갖는 LED 미세조류 클로렐라 배양장치에 관하여 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 10-2015-0057350 maximizes the utilization of light by using LED light source and reflector plate when culturing microalgae, and has an inclined plate to enhance the agitation effect of microalgae with the power of bubbler without any external power device. The efficiency of minimizing the device can be increased, and the convenience of cultivation can be achieved by providing equipment using transparent soft materials such as polyethylene and urethane, which are highly accessible in place of expensive glass and other containers when culturing microalgae. Disclosed is an LED microalgae chlorella incubator having a reflecting device inclined inside thereof, which has an effect of increasing the efficiency. 그러나 상기 선행문헌은 본 발명의 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)를 이용하여 빛을 조사하여 Tetraselmis suecica 또는 Tetraselmis tetrathele 로 이루어지는 미세조류를 배양하는 단계를 포함하고, 상기 미세조류의 성장단계 중 유도기, 초기, 대수 생장기 등에서 하나 이상 선택되는 단계의 발광 다이오드 광원 조사는 590 nm의 황색광 파장을 조사하여 미세조류 내 탄수화물, 단백질, 지질 함량을 증가시키고, 상기 미세조류의 성장단계 중 중기 대수생장기 단계에는 620nm 내지 680nm의 적색광 파장의 발광다이오드 광원을 조사하며, 상기 발광다이오드 광원은 10 내지 300 μmol/m2/s인 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)의 광량과 파장을 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecica 및 Tetraselmis. tetrathele의 대량 배양방법 구성은 개시하지 않아 차이를 보인다.However, the prior document includes the step of culturing the microalgae consisting of Tetraselmis suecica or Tetraselmis tetrathele by irradiating light using light-emitting diodes (LEDs) of the present invention, the induction phase during the growth of the microalgae LED light source irradiation of at least one stage selected from the early stage, algebraic growth stage, etc. to increase the carbohydrate, protein, lipid content in the microalgae by irradiating the yellow light wavelength of 590 nm, mid-term algebraic stage during the growth phase of the microalgae Is irradiated with a light emitting diode light source of a red light wavelength of 620nm to 680nm, the light emitting diode light source Tetraselmis suecica using light quantity and wavelength of light-emitting diodes (LEDs) of 10 to 300 μmol / m2 / s And Tetraselmis. The method of mass culturing of tetrathele is not disclosed and shows a difference.

본 발명은 미세조류 산업화에 있어 발광다이오드의 조사를 통해 Tetraselmis 속의 대양배양을 위한 방법이 타 미세조류보다 미흡한 상기 문제점을 해결하기 위하여, 산업적 가치가 높은 Tetraselmis suecica T. thetrathele 생장에 미치는 LED 광량과 파장의 영향을 파악하여 이를 적용할 수 있는 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)의 광량과 파장을 이용한 Tetraselmis 속의 대량배양방법을 제공한다. The present invention is the Tetraselmis through irradiation of light emitting diodes in the microalgae industrialization To a method for culturing in the ocean other than solving the above problems, insufficient algae, a high industrial value Tetraselmis and T. suecica thetrathele that to identify the effects of LED intensity and wavelength on the Growth applying this light-emitting diode (Light-Emitting Diodes; LEDs) Tetraselmis using the amount of light and the wavelength of the Provides a method of mass culture of the genus.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)를 이용하여 빛을 조사하여 Tetraselmis suecica 또는 Tetraselmis tetrathele 로 이루어지는 미세조류를 배양하는 단계를 포함하고, 상기 미세조류의 성장단계 중 유도기, 초기, 대수 생장기 등에서 하나 이상 선택되는 단계의 발광 다이오드 광원 조사는 590 nm의 황색광 파장을 조사하여 미세조류 내 탄수화물, 단백질, 지질 함량을 증가시키고, 상기 미세조류의 성장단계 중 중기 대수생장기 단계에는 620nm 내지 680nm의 적색광 파장의 발광다이오드 광원을 조사하며, 상기 발광다이오드 광원은 10 내지 300 μmol/m2/s인 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)의 광량과 파장을 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis . tetrathele의 대량 배양방법을 제공하고자 한다. Tetraselmis by irradiating light using light-emitting diodes (LEDs) as a means to solve the above problems Including the step of culturing the microalgae consisting of suecica or Tetraselmis tetrathele , the light emitting diode light source irradiation step of at least one selected from the induction period, early stage, algebraic growth stage, etc. of the growth phase of the microalgae is irradiated with a wavelength of 590 nm Increasing the carbohydrate, protein, lipid content in the microalgae, during the growth stage of the microalgae irradiated light emitting diode light source of red light wavelength of 620nm to 680nm, the light emitting diode light source is 10 to 300 μmol / m Light green steel Tetraselmis using light quantity and wavelength of 2 / s Light-Emitting Diodes (LEDs) suecica and Tetraselmis . To provide a method for mass culturing tetrathele .

본 발명의 따른 방법으로 미세조류를 배양한 결과, 배양 광원은 발광다이오드를 이용하여 조사함으로 전기 절감 효과를 기대할 수 있고, 미세조류의 성장단계 중 유도기, 초기, 대수 생장기에는 황색광 파장을 조사하여 미세조류 내 세포 내 생화학 조성인 탄수화물, 단백질, 지질의 축적을 증가시켜 식품 및 먹이생물 영양강화, 바이오연료 생산 및 수질 또는 퇴적물 환경 개선 등에 사용하기 용이하도록 배양이 가능하다.As a result of culturing the microalgae by the method according to the present invention, the culture light source can be expected to save electricity by irradiating with a light emitting diode, and the yellow light wavelength of the induction phase, early stage, logarithmic growth phase during the growth phase of the microalgae Increasing the accumulation of carbohydrates, proteins, and lipids in the cells of microalgae biochemical composition can be cultured to facilitate food and food nutrition, biofuel production and water or sediment environment.

또한, 미세조류의 성장단계 중 중기 대수생장기에는 적색파장을 조사하여 생장촉진 효과가 있어 단시간, 대량의 미세조류 배양이 가능한 효과가 있다.In addition, during the growth phase of the microalgae, the medium-term logarithmic growth period is irradiated with red wavelengths, thereby promoting growth.

도 1은 실험에 사용된 실험에 사용된 Tetraselmis . suecica(LIMS-PS-0007)와 Tetraselmis. tetrathele(LIMS-PS-0053)의 사진이다.
도 2는 광원의 파장 조건을 나타낸다.
도 3은 T. suecica 파장별 광량에 따른 세포밀도의 변화를 나타낸다.
도 4는 T. tetrathele의 파장별 광량에 따른 세포밀도의 변화를 나타낸다.
도 5는 T. suecicaT. tetrathele의 파장별 광량과 생장속도의 관계를 Lederman and Tett의 모델을 개량한 식을 통해 도출해낸 결과를 나타낸다.
도 6은 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 색소의 변화를 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 7은 T. suecica과 T. tetrathele의 파장별 탄수화물 함량의 변화를 나타낸다.
도 8는 T. suecica과 T. tetrathele의 파장별 단백질 변화를 나타낸 것이다.
도 9는 T. suecica과 T. tetrathele의 파장별 지질 함량을 나타낸다.
도 10은 T. suecicaT. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액의 암모니아 질소의 농도 변화를 나타낸다.
도 11은 T. suecicaT. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액의 인산 인 농도 변화를 나타낸다.
도 12는 미세조류의 암모니아 질소 흡수과정 모식도를 나타낸다.
도 13은 질소원이 고갈된 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액 중 암모니아 질소의 농도변화를 나타낸다.
도 14는 인원이 고갈된 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액 중 인산 인의 농도변화를 나타낸다.
도 15는 본 발명으로부터 제안되는 발광다이오드의 광량과 파장을 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis tetrathele의 대량 배양방법을 나타낸다.
1 is Tetraselmis used in the experiment used in the experiment . suecica (LIMS-PS-0007) and Tetraselmis. Picture of tetrathele (LIMS-PS-0053).
2 shows wavelength conditions of a light source.
3 shows T. suecica The change in cell density according to the amount of light for each wavelength is shown.
Figure 4 shows the change in cell density according to the amount of light for each wavelength of T. tetrathele .
FIG. 5 shows the results of the relation between light quantity and growth rate of wavelengths of T. suecica and T. tetrathele through an improved equation of Lederman and Tett's model.
Figure 6 shows a graph showing the change of the pigment for each wavelength of T. suecica and T. tetrathele .
Figure 7 shows the change in carbohydrate content of each T. suecica and T. tetrathele wavelength.
Figure 8 shows the protein changes by wavelength of T. suecica and T. tetrathele .
Figure 9 shows the lipid content of the T. suecica and T. tetrathele by wavelength.
Figure 10 shows the change in the concentration of ammonia nitrogen of the culture medium according to the wavelength of T. suecica and T. tetrathele .
11 shows the phosphate concentration of the culture medium according to the wavelength by the time of T. suecica and T. tetrathele.
12 shows a schematic diagram of ammonia nitrogen absorption process of microalgae.
Figure 13 shows the concentration change of ammonia nitrogen in the culture medium according to the wavelength of T. suecica and T. tetrathele depleted nitrogen source.
Figure 14 shows the change in the concentration of phosphorus phosphate in the culture medium according to the wavelength of T. suecica and T. tetrathele depleted by personnel.
15 is an example of the light-emitting diode Tetraselmis suecica and Tetraselmis using light quantity and wavelength of the light emitting diode proposed in the present invention. The method of mass culturing tetrathele is shown.

본 발명의 발광다이오드(Light-Emitting Diodes; LEDs)의 광량과 파장을 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis . tetrathele의 대량 배양방법과 관련한 구체적인 실험 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.Light green steel Tetraselmis using the light quantity and wavelength of light-emitting diodes (LEDs) of the present invention suecica and Tetraselmis. When explaining the experimental example specific to the mass culture method of tetrathele as follows.

1. 실험방법1. Experiment Method

1-1 Tetraselmis 속의 생장속도1-1 Tetraselmis in the growth rate

도 1은 실험에 사용된 실험에 사용된 Tetraselmis . suecica(LIMS-PS-0007)와 Tetraselmis. tetrathele(LIMS-PS-0053)의 사진이다. Tetraselmis . suecica(LIMS-PS-0007)와 Tetraselmis . tetrathele(LIMS-PS-0053)는 한국해양과학기술원 해양시료도서관에서 분양 받았다. 배양에 사용된 배지는 f/2이며, selenium(H2SeO3)의 최종농도가 0.001 μM이 되도록 첨가하였다. 1 is Tetraselmis used in the experiment used in the experiment . suecica (LIMS-PS-0007) and Tetraselmis. Picture of tetrathele (LIMS-PS-0053). Tetraselmis . suecica (LIMS-PS-0007) and Tetraselmis . tetrathele (LIMS-PS-0053) was distributed by the Korea Maritime Institute of Maritime Science Library. The medium used for the culture was f / 2, and the final concentration of selenium (H 2 SeO 3 ) was added to 0.001 μM.

유지배양을 위한 수온과 염분은 20℃, 30 psu였으며, 광량은 100 μmol/m2/s (L:D = 12L : 12D ; cool-white fluorescent lamp)으로 조절하였다. 실험에 사용된 기구는 2차적인 생물학적 오염을 차단하기 위해 고압멸균(121℃, 20 min)후 사용하였으며, 모든 작업은 무균대에서 수행되었다. Water temperature and salinity for the maintenance were 20 ℃, 30 psu, the light amount was controlled by 100 μmol / m 2 / s (L: D = 12L: 12D; cool-white fluorescent lamp). The instrument used in the experiments was used after autoclaving (121 ° C, 20 min) to block secondary biological contamination, and all work was performed at aseptic mass.

실험종의 무균처리를 위해 AM9 항생제를 이용하였고, 실험에 사용된 기구는 2차적인 생물학적 오염을 차단하기 위해 고온고압멸균(121℃, 202 kpa, 20min)후 사용하였으며, 모든 실험은 Clean bench에서 수행되었다.AM9 antibiotics were used for aseptic treatment of the experimental species, and the apparatus used in the experiment was used after high temperature and high pressure sterilization (121 ℃, 202 kpa, 20min) to prevent secondary biological contamination. Was performed.

세포밀도의 증감을 알기 위해 파장에 따른 Tetraselmis suecicaT. tetrathele의 생장속도 변화를 세포밀도의 증감을 통해 확인하였다. 세포밀도의 증감은 현미경을 통한 직접 검경이 아닌 in vivo chlorophyll 형광값을 통해 측정하였다. 세포밀도의 증감에 따라 성장단계는 다음의 3단계로 구분할 수 있었다. Tetraselmis according to wavelength to know the increase or decrease of cell density The growth rate of suecica and T. tetrathele were confirmed by increasing and decreasing cell density. The increase and decrease of cell density was measured by in vivo chlorophyll fluorescence, not by direct microscopic examination. According to the increase and decrease of cell density, the growth stage could be divided into the following three stages.

- 유도기 : 미세조류 세포를 새로운 배지에 접종하였을 때, 대수생장기 전에 세포 수가 증가하지 않는 시기.Induction phase: When microalgal cells are inoculated in fresh medium, the number of cells does not increase before logarithmic growth.

- 지수기(대수생장기) : 세포의 생장과정에서 세포의 증식이 일정한 속도로 최대 증가하는 시기.-Exponential phase (algebraic growth period): the period in which cell proliferation increases at a constant rate during cell growth.

- 정상기(영양물질 강화기) : 세포의 증식과 사멸이 일정한 비율을 가져, 세포 수의 증가가 없는 시기-Normal phase (nutrient enrichment phase): When cell proliferation and death have a certain ratio, there is no increase in cell number

이는 형광광도계를 통해 직접 측정이 가능한 배양튜브를 이용하였기 때문에 직접적 개폐가 불필요하여 세포의 오염을 방지할 수 있고, 다량의 표본을 신속히 처리할 수 있도록 하기 위함이다.This is because the use of a culture tube that can be measured directly through the fluorescence spectrometer is not necessary to open and close directly to prevent contamination of the cells, and to be able to process a large amount of samples quickly.

도 2는 광원의 파장 조건을 나타낸다. 파장별 광량에 따른 생장실험을 위한 광원은 복수파장인 형광램프(삼파장등, ㈜ 남영전구)를 이용하였으며, 단일파장은 청색 LED(λ max= 450 nm; LUMILEDS), 황색 LED(λ max= 590 nm; LUMILEDS), 적색 LED(λ max= 630 nm; LUMILEDS)을 이용하였다. 2 shows wavelength conditions of a light source. As a light source for the growth experiment according to the amount of light for each wavelength, a fluorescence lamp (three-wavelength lamp, Namyoung Bulb Co., Ltd.) was used, and the single wavelength was a blue LED ( λ max = 450 nm; LUMILEDS), a yellow LED ( λ max = 590 nm; LUMILEDS), red LEDs ( λ max = 630 nm; LUMILEDS).

Tetraselmis 두 종을 대수생장기까지 생장시킨 후, 9 mL 배양튜브(13mm, disposable culture tubes, KIMBLE CHASE)에 f/2 배지 5 mL을 주입하여, 최종세포밀도가 약 1.02 cells/mL이 되도록 접종하였다. Two species of Tetraselmis were grown to algebraic growth period, and 5 mL of f / 2 medium was injected into 9 mL culture tube (13 mm, disposable culture tubes, KIMBLE CHASE), and the final cell density was inoculated to about 1.0 2 cells / mL. .

광 조건은 가시광선 차광필름을 이용하여 10, 30, 50, 70, 100, 200 그리고 300 μmol/m2/s(QSL-2100, Biospherical Instrument Inc.)의 7단계로 조절하였다. 이후 이틀 간격으로 오전 10시에 형광광도계(10-AU-Fluorometer, Turner Designs,)로 형광값을 측정하였다. Light conditions were adjusted in 7 steps of 10, 30, 50, 70, 100, 200 and 300 μmol / m 2 / s (QSL-2100, Biospherical Instrument Inc.) using a visible light shielding film. Thereafter, the fluorescence value was measured at 10 am at 10 am with a fluorophotometer (10-AU-Fluorometer, Turner Designs,).

생장속도는 대수생장을 보이는 기간 동안의 세포밀도를 이용하여 아래의 식에 대입하여 계산하였다. 각각의 광조건 실험은 triplicate로 수행하였으며, 생장속도는 하기의 계산식으로 이들의 평균값으로 나타내었다(단, triplicate 중 명백히 오류로 판명된 값은 평균시 제외하였다).Growth rate was calculated by substituting the following equation using the cell density during the period of logarithmic growth. Each light condition experiment was carried out by triplicate, and the growth rate was expressed as their average value by the following formula (except when the value obviously found out of triplicate was not averaged).

Figure 112018004601576-pat00001
Figure 112018004601576-pat00001

μ: 생장속도(specific growth rate; /day)μ: specific growth rate (day)

N0, Nt: 대수생장기에서 초기와 t시간(day) 후의 형광값N 0 , N t : Fluorescence value at the beginning and after t time (day) in algebra

Figure 112018004601576-pat00002
t: 대수생장기의 기간(day)
Figure 112018004601576-pat00002
t: period of logarithmic growth (day)

생장속도와 광량의 관계를 Lederman and Tett (1981)의 모델을 개량한 하기의 식을 이용하여 계산하였다. The relationship between growth rate and light intensity was calculated using the following equation, which was modified from Lederman and Tett's (1981) model.

Figure 112018004601576-pat00003
Figure 112018004601576-pat00003

μ: 생장속도(specific growth rate; /day)μ: specific growth rate (day)

μmax: 최대생장속도(maximum specific growth rate; /day)μ max : maximum specific growth rate (/ day)

I: 광량(irradiance; μmol/m2/s)I: amount of radiation (μmol / m 2 / s)

I0: 보상광량(compensation PFD; μmol/m2/s)I 0 : compensation PFD (μmol / m 2 / s)

KS: 반포화광량(half-saturation light intensity; μmol/m2/s)K S : half-saturation light intensity (μmol / m 2 / s)

1-2. Tetraselmis 속의 생화학적 측정1-2. Biochemical Measurement of the Genus Tetraselmis

세포계수 확인을 위해 전 배양을 위한 수온과 염분은 20℃, 30 psu였고, 광량은 모든 파장을 100 μmol/m2/s (L:D = 12L : 12D)으로 조절하였다. 4 L PE bottle에 f/2 배지 3 L을 주입하여, 최종 세포밀도가 약 1.02 cells/mL이 되도록 접종하였다. 세포 계수는 이틀에 한번 오전 10시에 현미경을 통해 직접 검경하였다. In order to confirm the cell count, the water temperature and salinity for the preculture were 20 ° C. and 30 psu, and the light amount was adjusted to 100 μmol / m 2 / s (L: D = 12L: 12D). 3 L of f / 2 medium was injected into a 4 L PE bottle to inoculate a final cell density of about 1.0 2 cells / mL. Cell counts were directly examined under a microscope at 10 am once every two days.

표 1은 측정된 색소항목을 나타낸다. Chl a, b, c, phaeophytin a, chlorophyllide a, 보조색소 13종을 측정하였다. 분석을 위한 시료는 대수생장기까지 배양시킨 후, 여과 직후 냉동(-20℃)하여 암소보관 하였다. Table 1 shows the measured pigment items. Chl a, b, c, phaeophytin a , chlorophyllide a and 13 subsidiary pigments were measured. Samples for analysis were incubated to algebraic growth period, and then frozen (-20 ° C) immediately after filtration and stored in cows.

색소는 UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography) 시스템 (ACQUITY UPLC H-Class, Waters, USA)으로 Chl a, b, c, phaeophytin a, chlorophyllide a, 보조색소 13종을 측정하였다. Pigment UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography) was measured Chl a, b, c, phaeophytin a, chlorophyllide a, auxiliary dye 13 species System (ACQUITY UPLC H-Class, Waters , USA).

측정된 색소항목Measured pigment item Peak no.Peak no. PigmentPigment RetentionRetention 1One Chlorophyllide aChlorophyllide a 2.12.1 22 Chlorophyll c2 Chlorophyll c 2 2.32.3 33 PeridininPeridinin 2.62.6 44 19'-butanoyloxyfucoxanthin19'-butanoyloxyfucoxanthin 2.82.8 55 FucoxanthinFucoxanthin 2.92.9 66 NeoxanthinNeoxanthin 3.03.0 77 PrasinoxanthinPrasinoxanthin 3.13.1 88 ViolaxanthinViolaxanthin 3.23.2 99 19'-hexanoyloxyfucoxanthin19'-hexanoyloxyfucoxanthin 3.23.2 1010 Diadinoxanthin Diadinoxanthin 3.63.6 1111 AlloxanthinAlloxanthin 4.04.0 1212 DiatoxanthinDiatoxanthin 4.34.3 1313 LuteinLutein 4.64.6 1414 ZeaxanthinZeaxanthin 4.74.7 1515 Chlorophyll bChlorophyll b 8.08.0 1616 Chlorophyll aChlororoll a 8.38.3 1717 Pheophytin aPheophytin a 8.78.7 1818 β-caroteneβ-carotene 9.09.0

광합성 색소분석은 대수생장기까지 생장한 생물시료 100 mL를 GF/F 여과지로 여과하여 -20℃로 냉암소 보관하였다. For photosynthetic pigment analysis, 100 mL of the biological samples grown until the logarithmic growth period was filtered through GF / F filter paper and stored at -20 ° C.

분석은 다음과 같은 방법으로 색소를 추출하였다.100% 아세톤을 5 mL 넣어 내부표준물질인 canthaxanthin을 100 μL 첨가 후, 초음파 분쇄를 약 5분 실시하였다. 이후 -20℃ 냉암소에서 24시간 추출하였다. 24시간의 추출 기간에 분쇄기를 이용하여 여과지를 분쇄하고, 2000 rpm에서 10분 동안 원심 분리한 상등액 1 mL와 300 μL의 UPLC grade water를 바이알에 넣은 후 혼합하여 UPLC loop에 주입하여 분석하였다. The dye was extracted by the following method. 5 mL of 100% acetone was added and 100 μL of canthaxanthin, an internal standard, was added, followed by ultrasonic grinding for about 5 minutes. Then extracted at -20 ℃ cold dark 24 hours. Filter paper was crushed using a grinder during the extraction period of 24 hours, 1 mL of the supernatant centrifuged at 2000 rpm for 10 minutes and 300 μL of UPLC grade water were added to the vial, mixed, and injected into the UPLC loop for analysis.

표 2는 색소분석을 위한 용매의 조성비율을 나타낸다. 색소 분석을 위한 용매의 조성비율을 ACQUITY UPLC Columns Calculator 프로그램을 이용하여 컬럼의 조건에 맞게 설정하였다.Table 2 shows the composition ratio of the solvent for color analysis. The composition ratio of the solvent for the dye analysis was set according to the conditions of the column using the ACQUITY UPLC Columns Calculator program.

색소분석을 위한 용매의 조성Composition of Solvent for Pigment Analysis UPLC : Waters ACQUITY UPLC H-Class
Detector : Absorbance (Waters PDA) at 436 nm
Column : Waters HSS C18 (1.8 μm, 2.1mm)
Solvent A : MeOH 80%, Ammonium Acetate (0.5 M) 20%
Solvent B : Acetonitrile 87.5%, H2O 12.5%
Solvent C : Ethyl Acetate 100%
Flow rate : 0.35 mL/min
UPLC: Waters ACQUITY UPLC H-Class
Detector: Absorbance (Waters PDA) at 436 nm
Column: Waters HSS C18 (1.8 μm, 2.1mm)
Solvent A: MeOH 80%, Ammonium Acetate (0.5 M) 20%
Solvent B: Acetonitrile 87.5%, H 2 O 12.5%
Solvent C: Ethyl Acetate 100%
Flow rate: 0.35 mL / min

탄수화물은 Phenol-sulphuric acid 방법으로 분석하였다. 표준용액인 glucose을 통해 5% phenol 1 mL 첨가 후 40분간 방치하고, 세포 내 탄수화물을 추출한 후, H2SO4 5 mL를 첨가한다. 10분간 방치 후 찬물에 식힌다. 균질 혼합하여 2000 rpm에서 15분간 원심분리 시킨다. 이후 UV/Vis spectrophotometer(X-ma, 3000PC)를 이용하여 490 nm와 750 nm 파장에서 흡광도를 측정하여 농도를 구하였다.Carbohydrates were analyzed by Phenol-sulphuric acid method. Allowed to stand 40 minutes after the phenol was added 1 mL of 5% over a standard solution of glucose, and the cells are added to extract the in carbohydrate, H 2 SO 4 5 mL. Allow to cool for 10 minutes after cooling. Mix homogeneously and centrifuge for 15 minutes at 2000 rpm. Afterwards, the absorbance was measured at 490 nm and 750 nm using UV / Vis spectrophotometer (X-ma, 3000PC) to determine the concentration.

단백질은 다음의 방법으로 분석하였다. Protein standard solution을 이용하여 표준용액을 조제하고, 혼합시약인 alkaline copper solution 5 mL를 첨가하여 균질하게 혼합하였다. 10분 방치 후 단백질을 추출한 뒤, folin ciocalteu로 1시간 30분간 방치하고 균질 혼합하였다. 3000 rpm에서 10분간 원심분리시킨 후, UV/Vis spectrophotometer를 이용하여 750 nm 파장에서 흡광도를 측정하여 농도를 구하였다.Protein was analyzed by the following method. A standard solution was prepared using Protein standard solution, and 5 mL of alkaline copper solution, a mixed reagent, was added and mixed homogeneously. After leaving for 10 minutes, the protein was extracted and left for 1 hour and 30 minutes with folin ciocalteu and mixed homogeneously. After centrifugation at 3000 rpm for 10 minutes, the absorbance was measured at 750 nm using a UV / Vis spectrophotometer to determine the concentration.

지질은 chloroform과 methanol을 이용하여 지질을 추출할 수 있는 다음의 방법으로 분석하였다. glycerintripalmitat(tripalmitin)을 표준용액으로 사용하였고, 지질추출과정은 다음과 같다. Lipids were analyzed using the following method to extract lipids using chloroform and methanol. glycerintripalmitat (tripalmitin) was used as a standard solution, and the lipid extraction process was as follows.

chloroform과 methanol에 의해 추출된 지질이 포함된 상등액에 초순수를 넣는다. 이후 methanol과 초순수 그리고 chloroform과 지질 층으로 나뉘면, 상층의 methanol과 초순수를 제거한 후에 40℃에서 48시간 동안 건조기에서 보관한다. 시료가 모두 건조되면 H2SO4과 초순수를 첨가하고, UV/Vis spectrophotometer로 360 nm와 750 nm에서 흡광도를 측정하여 농도를 구하였다.Ultrapure water is added to a supernatant containing lipids extracted by chloroform and methanol. After distillation into methanol, ultrapure water, chloroform and lipid layers, the methanol and ultrapure water of the upper layer is removed and stored in a dryer at 40 ° C for 48 hours. When all samples were dried, H 2 SO 4 and ultrapure water were added, and the absorbance was measured at 360 nm and 750 nm by UV / Vis spectrophotometer to determine the concentration.

1-3 Tetraselmis 속의 영양염 흡수능력 측정1-3 Measurement of Nutrients Absorption Capacity in Tetraselmis

T. suecicaT. tetrathele는 AM 9법으로 무균처리 하였다. AM 9 혼합액은 dihydrostreptreptomycin sulfute(5 mg/mL), potassium penicillin G(3.5 mg/mL), polymyxin B sulfate(0.194 mg/mL), tetracycline(0.5 mg/mL), chloramphenicol(0.05 mg/mL) 그리고 neomycin sulfate(0.25 mg/mL)인 6가지 항생물질의 혼합액을 조제하여 사용하였다. T. suecica and T. tetrathele were aseptically treated with AM 9. AM 9 mixture contains dihydrostreptreptomycin sulfute (5 mg / mL), potassium penicillin G (3.5 mg / mL), polymyxin B sulfate (0.194 mg / mL), tetracycline (0.5 mg / mL), chloramphenicol (0.05 mg / mL) and neomycin A mixture of six antibiotics, sulfate (0.25 mg / mL), was prepared and used.

배양 중인 세포액과 AM 9 혼합액을 각각 0.9:0.1, 0.8:0.2, 0.7:0.3, 0.6:0.4 비로 혼합하여 총 1 mL로 맞추었다. 24시간 후 AM 9 혼합액의 비율이 높았던 0.6:0.4에서는 두 종 모두 세포가 사멸하였고, T. suecica에서는 0.8:0.2, T. tetrathele에서는 0.7:0.3에서 세포의 생존을 확인하였다. 생존이 확인된 세포액을 f/2 배지 하에서 배양시켰다.The cultured cell solution and the AM 9 mixture were mixed in a ratio of 0.9: 0.1, 0.8: 0.2, 0.7: 0.3, and 0.6: 0.4, respectively, and adjusted to a total of 1 mL. 24 hours of 0.6 the ratio of the mixture was high AM 9: 0.4 were both species cell death, T. suecica on standing 0.8: confirmed the viability of the cells in 0.3: 0.2, T. tetrathele in 0.7. The viable cell solution was cultured under f / 2 medium.

상기 배양된 세포액을 글루타알데히드의 최종농도가 1%가 되게 혼합하여 냉암소 보관하였다. 이후, DAPI(4,6-diamidino-2-phenylindole)를 최종농도 1 μg/mL로 혼합한 후, 형광현미경 검사를 통해서 무균화 여부를 확인하였다. 또한 2차적 오염을 막기 위하여 모든 실험은 Clean bench에서 수행하였으며, 실험기구는 고온고압멸균(121℃, 202 kpa, 20 min)하여 사용하였다.The cultured cell solution was mixed to a final concentration of glutaaldehyde to 1% and stored in a cool dark place. Thereafter, DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole) was mixed at a final concentration of 1 μg / mL, and then checked for sterility by fluorescence microscopy. In addition, to prevent secondary contamination, all experiments were performed on a clean bench, and the experimental apparatus was used by high temperature and high pressure sterilization (121 ° C., 202 kpa, 20 min).

미세조류의 흡수속도와 영양염 농도 간의 관계를 파악하기 위해서는 영양염 첨가 후 정속흡수(Surge uptake)를 보이며 세포 내 영양염의 변화가 없는 시간 내에 실험을 수행하여야 한다. 따라서 영양염 흡수 실험을 하기 전에 사전실험을 통해 정속흡수를 파악하였다. In order to understand the relationship between the microalgae absorption rate and nutrient concentration, surge uptake after nutrient addition should be performed and the experiment should be performed within the time when there is no change of intracellular nutrients. Therefore, before the nutrient absorption experiment, the constant velocity absorption was identified through a preliminary experiment.

우선, 세포 내 질소와 인을 고갈시키기 위해 질소 또는 인원이 제외된 AK 인공해수를 기반으로 한 L1배지에서 T. suecicaT. tetrathele를 전 배양하였다. 이후 세포의 생장이 정지할 때까지 배양을 실시하였고, 질소원은 암모니아 질소 20 μM, 인원은 인산 인 3 μM으로 함유된 L1 배지 700 mL에 세포 내 질소와 인이 고갈된 세포액을 각각 접종하였다. First, T. suecica and T. tetrathele were pre-cultured in L1 media based on AK artificial seawater without nitrogen or phosphorus to deplete intracellular nitrogen and phosphorus. Thereafter, the cells were cultured until the growth of cells was stopped. Intracellular nitrogen and phosphorus-depleted cell solution were inoculated into 700 mL of L1 medium containing 20 μM of ammonia nitrogen and 3 μM of phosphoric acid.

배양개시(0분), 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240분에 각각 배양액을 채수하여 0.45 μm filter으로 여과한 후 암모니아 질소와 인산 인을 각각 측정하였다. 파장에 따른 변화를 파악하기 위해 형광램프(fluorescent lamp), 적색파장(630 nm), 황색파장(590 nm), 청색파장(450 nm)에서 동일한 실험을 하였고, 일정한 흡수속도를 보였던 시간을 영양염 흡수실험 시간으로 선택하였다.At the start of the culture (0 minutes), 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 minutes each of the culture medium was taken and filtered with a 0.45 μm filter and the ammonia nitrogen and phosphorus phosphate were measured respectively. The same experiment was conducted in the fluorescent lamp, red wavelength (630 nm), yellow wavelength (590 nm), and blue wavelength (450 nm) to determine the change according to the wavelength. It was selected as the experiment time.

영양염 흡수속도는 300 mL 배양용기에 암모니아 질소가 1.0, 5.0, 10, 20, 50, 70, 100 μM의 7단계, 인산 인이 0.1, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 10, 20 μM의 7단계로 조제된 L1배지에 질소와 인이 고갈된 세포액(약 1× 104cells/mL)을 각각 접종하였다. The nutrient absorption rate is 7 steps of 1.0, 5.0, 10, 20, 50, 70, 100 μM of ammonia nitrogen, and 7 steps of 0.1, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 10, 20 μM of phosphorus phosphate in a 300 mL culture vessel. Nitrogen and phosphorus-depleted cell solution (about 1 × 10 4 cells / mL) were inoculated into the L1 medium prepared with each.

배양시간은 사전실험에서 정속흡수를 보였던 시간으로 설정하였다. 특히, 질소와 인이 고갈된 세포를 함유한 배양액을 첨가하면 흡수실험에 제공된 영양염의 농도보다 낮아지기 때문에, 접종직후 배양액을 채수하여 농도를 확인하였다. 파장에 따른 영양염 흡수속도 파악을 위해 모든 파장에서 100 μmol/m2/s하에서 실험을 수행하였다.Incubation time was set to the time when the constant absorption was shown in the preliminary experiment. In particular, the addition of the culture medium containing the nitrogen and phosphorus depleted cells is lower than the concentration of the nutrients provided in the absorption experiment, so that the concentration was checked immediately after inoculation. Experiments were performed under 100 μmol / m 2 / s at all wavelengths to determine the nutrient absorption rate according to the wavelength.

영양염 흡수속도와 영양염 간의 관계를 파악하기 위해 Michaelis-Menten 식을 이용하였다. 그리고 변수값(Ks)은 측정된 실험값을 식 (1)에 대입하여 비선형 최소자승법을 이용하여 계산하였다.The Michaelis-Menten equation was used to determine the relationship between nutrient absorption rates and nutrients. The variable value Ks was calculated by using the nonlinear least-squares method by substituting the measured experimental value into Equation (1).

Figure 112018004601576-pat00004
(1)
Figure 112018004601576-pat00004
(One)

ρmax: 영양염 최대 흡수속도 (pmol/cell/hr)ρ max : Maximum absorption rate of nutrients (pmol / cell / hr)

Ks: 반포화상수 (μM) S: 영양염 농도 (μM)Ks: half saturation constant (μM) S: nutrient concentration (μM)

영양염 측정을 위한 모든 분석은 해양환경공정시험기준(국토해양부, 2014)에 의거하여 실험하였고, 분석 항목은 하기에 기재된 바와 같이, 암모니아 질소와 인산인이 포함된다. All assays for nutrient measurements were tested according to the Marine Environmental Process Testing Standard (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2014), and the analysis items included ammonia nitrogen and phosphorus phosphate, as described below.

암모니아 질소는 염기성 차아염소산용액과 산화반응하여 모노크롤아민을 생성한다. 모노크롤아민은 페놀과 촉매인 니트로프러시트 그리고 차아염소산에 의해 푸른색의 인도페놀을 생성하게 된다. 항온조 35℃하에서 1시간의 반응시간을 거친 후, UV/Vis Spectrophotometer로 최대 흡수파장인 640 nm에서 발색된 인도페놀의 흡광도를 측정하였다. 암모니아의 농도는 검량선식을 이용하여 계산하였다.Ammonia nitrogen is oxidized with a basic hypochlorous acid solution to produce a monoamine. Monoamines produce blue indophenol by phenol, the nitroprosheets, and hypochlorous acid. After a 1 hour reaction time in a thermostat 35 ℃, the absorbance of the indophenol color developed at 640 nm, the maximum absorption wavelength was measured by UV / Vis Spectrophotometer. The concentration of ammonia was calculated using the calibration curve.

해수 중 인산 인을 측정하는 방법으로 molybden 청법이 가장 많이 이용된다. 인산 인은 산성조건에서 인-molybden산 암모늄과 주석산안티모닐칼륨과 반응하여 인-molybden산 착체를 형성한다. 이 착화합물은 ascorbic산에 의해 환원되어 푸른색 용액을 생성하게 된다. 이 푸른색의 강도는 인산 인의 농도와 비례하기 때문에 이 용액을 UV/Vis Spectrophotometer(X-ma, 3000PC)로 최대 흡수파장인 885 nm에서 흡광도를 측정하였다. 인산 인의 농도는 검량선식을 이용하여 계산하였다.The molybden method is most commonly used to measure phosphorus in seawater. Phosphorous phosphate reacts with ammonium phosphomolymoldenate and potassium antimonyl tartrate under acidic conditions to form a phosphorus-molybdenic acid complex. This complex is reduced by ascorbic acid to produce a blue solution. Since the intensity of this blue color is proportional to the concentration of phosphorus phosphate, the solution was measured for absorbance at 885 nm, the maximum absorption wavelength by UV / Vis Spectrophotometer (X-ma, 3000PC). The concentration of phosphorus phosphate was calculated using a calibration curve.

2. 실험 결과2. Experimental Results

2-1 파장과 광량에 따른 Tetraselmis 속의 생장 결과2-1 Growth Results of the Genus Tetraselmis According to Wavelength and Light Amount

미세조류의 광화학장치는 주색소 chlorophyll a로 이루어져 있는 반응중심(reaction center)과, 일부 chlorophyll a(chl-a)와 보조색소 carotenoid와 phycobilin 등으로 이루어져 있는 안테나 복합체(antenna complex)로 구성되어 있다. The microalgae photochemical device is composed of a reaction center consisting of chlorophyll a main pigment and an antenna complex consisting of some chlorophyll a (chl- a ) and sub-pigment carotenoid and phycobilin.

광합성 색소는 미세조류 문(phylum) 수준에서 구성이 달라지기 때문에 중요한 분류 키(key)가 되기도 하며, 광합성 색소에 따라 흡수파장이 결정이 되기 때문에 빛 파장에 따라 미세조류 생장속도 및 생체 내 구성성분까지 영향을 주는 것으로 판단된다. Photosynthetic pigment is an important classification key because the composition is different at the microalgal level, and the absorption wavelength is determined by the photosynthetic pigment. It seems to affect until.

도 3은 T. suecica 파장별 광량에 따른 세포밀도의 변화를 나타낸다. 그래프이고, 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 생장 곡선을 광량별로 나타내었다. 그 결과 모든 파장에서 광량의 증가에 따라 최대세포밀도가 증가하는 것을 확인하였고, 일정 광량이상에서는 유사하였다. 형광램프, 청색파장 그리고 적색파장은 100 μmol/m2/s, 황색파장은 300 μmol/m2/s 까지 광량의 증가에 따라 최대세포밀도가 증가하였고, 그 이상의 광량에서는 유사하였다. 3 shows T. suecica The change in cell density according to the amount of light for each wavelength is shown. The growth curves for the fluorescent lamp, the blue wavelength, the yellow wavelength, and the red wavelength are shown for each light amount. As a result, it was confirmed that the maximum cell density increased with increasing the amount of light at all wavelengths, and was similar at a certain amount of light. The maximum cell density increased with increasing the amount of light up to 100 μmol / m 2 / s for fluorescent lamps, blue and red wavelengths, and 300 μmol / m 2 / s for yellow wavelengths.

도 4는 T. tetrathele의 파장별 광량에 따른 세포밀도의 변화를 나타내고 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 생장 곡선을 광량별로 나타내었다. 그 결과 모든 파장에서 광량의 증가에 따라 최대세포밀도가 증가하는 것을 확인하였고, 일정 광량이상에서는 유사하였다. 형광램프와 적색파장의 경우, 200 μmol/m2/s까지, 청색파장과 황색파장은 300 μmol/m2/s까지 광량의 증가에 따라 최대세포밀도가 증가하였고, 그 이상의 광량에서는 유사하였다.Figure 4 shows the change in cell density according to the amount of light for each wavelength of T. tetrathele and the growth curve for the fluorescent lamp, blue wavelength, yellow wavelength, red wavelength is shown for each light amount. As a result, it was confirmed that the maximum cell density increased with increasing the amount of light at all wavelengths, and was similar at a certain amount of light. In the case of fluorescent lamps and red wavelengths, the maximum cell density increased up to 200 μmol / m 2 / s and blue and yellow wavelengths up to 300 μmol / m 2 / s.

상기 결과에서는 일부 미세조류에서 보고되는 생장속도에 대한 광저해 현상이 나타나지 않았고, 형광램프와 적색파장이 광원이었을 때 비교적 낮은 광량에서 최대세포밀도를 보여 다른 광원에 비해 높은 광량이 아니어도 높은 세포밀도를 기대할 수 있어 전기절감의 효과가 있을 것으로 사료된다.The results showed no photoinhibition of the growth rate reported in some microalgae, and showed the maximum cell density at relatively low light intensity when fluorescent lamps and red wavelengths were light sources. It can be expected that the electricity saving effect will be expected.

T. suecicaT. tetrathele의 파장별 광량과 생장속도의 관계Relationship between Light Amount and Growth Rate of T. suecica and T. tetrathele by Wavelength SpeciesSpecies WavelengthWavelength Hyperbobolic equationHyperbobolic equation μmax
(/day)
μ max
(/ day)
Ks
(μmol/m2/s)
Ks
(μmol / m 2 / s)
I0
(μmol/m2/s)
I 0
(μmol / m 2 / s)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp μ = 0.91(I-4.73)/(I+37.6)μ = 0.91 (I-4.73) / (I + 37.6) 0.910.91 47.147.1 4.734.73 Blue LEDBlue LED μ = 0.94(I-1.50)/(I+17.8)μ = 0.94 (I-1.50) / (I + 17.8) 0.940.94 20.820.8 1.501.50 Yellow LEDYellow LED μ = 0.89(I-5.45)/(I+32.9)μ = 0.89 (I-5.45) / (I + 32.9) 0.890.89 22.022.0 5.455.45 Red LEDRed LED μ = 1.14(I-9.01)/(I+46.2)μ = 1.14 (I-9.01) / (I + 46.2) 1.141.14 64.264.2 9.019.01 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp μ = 0.96(I-10.7)/(I+44.1)μ = 0.96 (I-10.7) / (I + 44.1) 0.960.96 65.665.6 10.710.7 Blue LEDBlue LED μ = 0.83(I-12.7)/(I+49.7)μ = 0.83 (I-12.7) / (I + 49.7) 0.830.83 75.275.2 12.712.7 Yellow LEDYellow LED μ = 0.63(I-3.74)/(I+19.8)μ = 0.63 (I-3.74) / (I + 19.8) 0.630.63 12.412.4 3.743.74 Red LEDRed LED μ = 0.95(I-10.4)/(I+51.6)μ = 0.95 (I-10.4) / (I + 51.6) 0.950.95 72.572.5 10.410.4

도 5와 상기 표 3은 T. suecicaT. tetrathele의 파장별 광량과 생장속도의 관계를 Lederman and Tett의 모델을 개량한 식을 통해 도출해낸 결과를 나타낸다. I0는 호흡과 광합성이 같은 광량인 세포가 생장이 가능한 최소광량을 의미하고, Ks는 광의 친화성지수(affinity index)로 값이 낮을수록 높은 친화성을 의미한다.5 and Table 3 show the results of the relationship between the light quantity and growth rate for each wavelength of T. suecica and T. tetrathele through an improved equation of Lederman and Tett's model. I 0 is the minimum amount of light that can be grown by cells with the same amount of respiration and photosynthesis, and Ks is the affinity index of light.

각 파장 조건에서 광량이 증가할수록 생장속도 역시 증가하였고, 일정 광량 이상에서는 유사한 생장속도를 보였다. T. suecica의 μmax는 적색파장, 청색파장, 형광램프, 황색파장 순으로 나타났다. 따라서 T. suecica의 파장별 생장속도는 적색파장에서 가장 높고, 황색파장에서 가장 낮은 생장속도를 확인하였다. The growth rate also increased as the amount of light increased at each wavelength condition, and showed similar growth rate above a certain amount of light. Μ max of T. suecica appeared in the order of red wavelength, blue wavelength, fluorescent lamp, and yellow wavelength. Therefore, the growth rate of T. suecica by wavelength was the highest in red wavelength and the lowest in yellow wavelength.

Ks와 I0는 청색파장이 가장 낮았으며, 생장이 느렸던 적색파장에서 비교적 높게 나타났다. Ks는 청색파장과 황색파장이 유사하게 가장 낮았으며, 적색파장에서 가장 높게 나타났다. Ks and I 0 had the lowest blue wavelength and were relatively high in the slow red growth. Ks was similarly the lowest in blue and yellow, and the highest in red.

상기의 결과로 청색파장의 I0와 Ks를 고려할 때 T. suecica 경우에는 낮게 나타나, 낮은 광량에서도 생장이 가능하며 일정 세포수까지는 빨리 생장할 수 있는 것으로 판단된다.As a result, considering the blue wavelengths I 0 and Ks, it is low in T. suecica , and it is possible to grow at low light quantity and to grow to a certain number of cells quickly.

T. tetrathele의 경우, 모든 파장에서 광량이 증가할수록 생장속도 역시 증가하였고, 일정 광량 이상에서는 유사한 생장속도를 보였다. μmax는 형광램프와 적색파장에서 유사하였고, 청색파장, 황색파장 순으로 높게 나타났다. 따라서 T. tetrathele의 생장속도는 형광램프와 적색파장에서 가장 높고, 황색파장이 가장 낮았음을 확인하였다. In the case of T. tetrathele , the growth rate also increased with increasing amount of light at all wavelengths. μ max was similar in fluorescent lamp and red wavelength, followed by blue wavelength and yellow wavelength. Therefore, the growth rate of T. tetrathele was the highest in fluorescent lamp and red wavelength, and the lowest in yellow wavelength.

Ks는 황색파장을 제외한 나머지 광 조건에서 평균 71.1 ±5.00 μmol/m2/s로 비슷하였고, 황색파장에서 가장 낮은 값을 보였다. I0는 형광램프, 청색파장, 적색파장에서 평균 11.2 ±1.25 μmol/m2/s로 유사하게 나타났으며, 황색파장에서 가장 낮았다. Ks was similar at 71.1 ± 5.00 μmol / m 2 / s in all light conditions except yellow wavelength and showed the lowest value in yellow wavelength. I 0 was similar in the fluorescent, blue, and red wavelengths with an average of 11.2 ± 1.25 μmol / m 2 / s, which was the lowest in the yellow wavelength.

상기 결과를 확인하면 두 종 모두 LED 광원에 있어서 적색파장에서 가장 높은 생장속도를 보였고, T. tetrathele(0.95 /day)보다 T. suecica(1.12 /day)에서 더 높은 생장속도가 확인되었다.When confirming the above results showed the highest growth rate in the red wavelength LED light source in both species, T. tetrathele (0.95 / day) a higher growth rate in the T. suecica (1.12 / day) than was found.

T. tetrathele의 경우 형광램프에서도 적색파장과 유사한 생장속도를 보였다. 하지만 형광램프와 비교하여 소비전력을 보면, 일반 형광램프가 40 W인 것에 비해 LED는 낮은 소비전력으로 높은 광합성 효과를 구현할 수 있다. In the case of T. tetrathele, the growth rate was similar to the red wavelength in the fluorescent lamp. However, when looking at the power consumption compared to the fluorescent lamp, the LED can realize a high photosynthetic effect with a low power consumption compared to the normal fluorescent lamp of 40W.

이에 대한 경제적 효과를 알아보기 위해 전기요금을 계산해보았다. 한국전력의 전기요금을 참고하여 산업용 평균 전력량 요금(kWh)을 약 73.2원으로 보았고, 이를 기준으로 형광램프(삼영전구, 40 W, 수명시간 8000 h)와 LED(스마트엘이디, 20 W, 수명시간 25000 h)를 비교해보았다. 그 결과, 25000 시간 사용을 기준으로 형광램프는 전기요금이 79,450원이었고, LED는 49,100원으로 약 45%의 절감효과가 있었다. 따라서 LED는 형광램프와 비슷한 수준으로 미세조류의 생장을 보이더라도, 장기적으로 절반 정도의 전기 절감 효과를 기대할 수 있다.To find out the economic effect of this, the electricity bill was calculated. Based on KEPCO's electricity bill, we saw that the average industrial electricity rate (kWh) was about 73.2 won, and based on this, the fluorescent lamp (Samyoung Bulb, 40 W, life time 8000 h) and LED (Smart LED, 20 W, life time) 25000 h) was compared. As a result, based on 25,000 hours of use, fluorescent lamps cost electricity of 79,450 won and LEDs cost 49,100 won, saving about 45%. Therefore, even though LEDs show the growth of microalgae at a level similar to fluorescent lamps, they can expect about half the electricity savings in the long term.

미세조류는 종에 따라 빛에 대한 흡수스펙트럼의 수준이 다르며, 녹조류의 경우 chlorophyll a의 영향으로, 주로 청색파장 또는 적색파장에서 높은 생장을 보인다. Microalgae have different levels of absorption spectrum for each species, and green algae show high growth at blue or red wavelengths due to the effect of chlorophyll a .

본 발명의 실험 실시예에 따르면, T. suecicaT. tetrathele는 적색파장에서 높은 생장속도를 보였으며, 이는 광합성 색소의 흡수스펙트럼에 대한 영향으로 판단된다. 녹조류는 고유로 보조색소 chlorophyll b(chl-b)를 함유하고 있는데, chl-b의 최대 흡수파장은 455 nm와 642 nm로 청색뿐만 아니라, 적색파장을 잘 흡수하여 chl-a로 광 에너지를 전달하게 된다. According to the experimental example of the present invention, T. suecica and T. tetrathele showed a high growth rate in red wavelength, which is judged to be an effect on the absorption spectrum of photosynthetic pigment. Green Algae There is a unique and containing a second pigment chlorophyll b (chl- b), the maximum absorption wavelength of chl- b as well as a blue 455 nm and 642 nm, to absorb red wavelength pass optical energy into a chl- Done.

상기 실시예에 사용된 적색 LED의 중심파장은 630 nm로 chl-b와 최대흡수파장과 유사하였다. 이처럼 흡수스펙트럼의 일치정도에 따라 특정 파장대에서 생장이 높고, 적색파장에서 높은 생장속도는 대부분 녹조류와 남조류이다. The center wavelength of the red LED used in the above example was 630 nm, which was similar to chl- b and the maximum absorption wavelength. As a result, the growth rate is high at a specific wavelength range, and the high growth rate at the red wavelength is mostly green algae and cyanobacteria.

녹조류는 C. pyrenodosa , C. vulgaris, Haematococcus pluvialis, 남조류는 Spirulina platensis, Synechococcus sp.가 보고되어 있다. 홍조류 Porphyra는 청색 광에 비해 적색 광에서 빛 흡수율이 높고, 광합성을 위한 다음단계로 전달하는데 있어 1.2~1.5배의 효율성을 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 광자극은 높은 탄소축적률 뿐 아니라 효소활성을 포함한 대사 작용을 활발하게 하여 높은 생장속도를 보이는 것으로 사료된다.Green algae are C. pyrenodosa , C. vulgaris , Haematococcus pluvialis, blue-green algae is the Spirulina platensis, Synechococcus sp. have been reported. Red algae Porphyra has a higher light absorption rate in red light than blue light and is 1.2 to 1.5 times more efficient in transferring to the next stage for photosynthesis. Therefore, photostimulation is thought to show high growth rate by activating metabolism including enzyme activity as well as high carbon accumulation rate.

황색파장의 경우, 생장속도가 낮을 것으로 생각되었으나, 두 종 모두 최대생장속도의 70% 수준이고, 다른 파장보다 비교적 낮은 Ks와 I0를 보였다. 일반적으로 Tetraselmis 속이 가지고 있는 보조색소는 chl-b 그리고 neoxanthin, violaxanthin, lutein, zeaxanthin을 포함하는 carotenoids가 가장 많은 비율을 차지하며, carotenoids의 흡수파장은 400~550 nm (보라색에서 녹색)이다.In the case of yellow wavelength, the growth rate was thought to be low, but both species showed 70% of the maximum growth rate and showed relatively lower Ks and I 0 than other wavelengths. Secondary pigment which generally has a hollow Tetraselmis is chl- b and a neoxanthin, violaxanthin, lutein, and carotenoids account for the highest number of rate including the zeaxanthin, the absorption wavelength of the carotenoids is 400 ~ 550 nm (green in purple).

그러나, Tetraselmis속의 흡수스펙트럼(absorption spectrum)은 chl-a는 녹색파장을 제외하고는 대부분의 파장을 흡수할 수 있으며, chl-b는 황색파장을 포함한 대부분의 파장을 흡수할 수 있기 때문에, 본 발명의 실험 실시예에 따르면 황색 파장대에서도 충분히 생장이 가능할 것으로 사료된다.However, since the absorption spectrum (absorption spectrum) the genus Tetraselmis is chl- a is and is able to absorb most of the wavelengths except the wavelength of green, chl- b is able to absorb most of the wavelengths including the yellow wavelength, the present invention According to the experimental example of the growth in the yellow wavelength range is considered possible.

본 발명의 실시예에 따른 결과, T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 광량에 따른 생장속도는 적색파장에서 가장 높은 생장속도를 보였고, 이는 적색파장에서 높은 빛 흡수 전달 및 높은 탄소축적률 등 복합적인 요인 때문으로 사료된다. As a result of the embodiment of the present invention, the growth rate according to the amount of light by wavelength of T. suecica and T. tetrathele showed the highest growth rate in the red wavelength, which is a complex including high light absorption transmission and high carbon accumulation rate in the red wavelength. It may be due to the factor.

그러나, Ks와 I0의 경우, 황색파장에서 오히려 낮았다. 따라서 Tetraselmis 속의 대량배양 시 유도기와 초기 대수생장기에는 황색파장, 중기 대수생장기에는 적색파장을 이용하면 생장을 촉진시키는데 효율적인 것으로 판단된다.However, Ks and I 0 were rather low at yellow wavelength. Therefore, the use of yellow wavelength in induction and early algebraic growth period and red wavelength in mid-term algebraic growth phase of Tetraselmis is effective in promoting growth.

2-2 파장과 광량에 따른 Tetraselmis 속의 생화학적 조성 결과2-2 Biochemical Composition of Tetraselmis Species According to Wavelength and Light Amount

미세조류의 세포 내 성분인 탄수화물, 단백질, 지질, 색소 등은 상업적으로 활용된다. 또한 미세조류는 먹이생물로서 이용될 때, 높은 생화학적물질이 요구되는데, 이는 먹이생물을 섭이하는 섭이자의 체내 성분에 영향을 끼치기 때문이다. Carbohydrates, proteins, lipids, and pigments, which are intracellular components of microalgae, are commercially available. When microalgae are used as food organisms, high biochemicals are required because they affect the body components of the feeder that feeds on the food organisms.

이와 같이, 미세조류의 생화학적 조성 및 함량은 광 조건에 따라 변화할 수 있고 생장이 저해되는 환경조건에서 영양 강화가 된다는 보고가 되어 본 발명의 실시예에서는 Tetraselmis 속의 LED 파장별 광합성 색소, 탄수화물, 단백질, 지질 함량 변화를 측정하였다.Thus, the biochemical composition and content of algae can be changed according to the light conditions, and in the embodiment of the present invention is a report that an enrichment in the environmental conditions under which growth is inhibited Tetraselmis in the LED wavelengths photosynthetic pigments, carbohydrates, Protein and lipid content changes were measured.

미세조류의 색소는 광합성을 통해 축적되는데, 주색소인 chlorophyll뿐 아니라 여러 보조색소를 함유하고 있다. 이는 미세조류의 종에 따라 그 조성이 다르며, 보조색소의 종류 또한 다양하다. Microalgae pigments accumulate through photosynthesis and contain not only the main chlorophyll but also several subsidiary pigments. Its composition varies depending on the species of microalgae, and the types of auxiliary pigments also vary.

그 중 상업적으로 많이 이용되는 보조색소로는 카르티노이드 계열인데, β-carotene, astaxanthin, lutein 등이 있다. 이와 같이, 색소의 함량 및 축적률은 배양환경에 따라 달라질 수 있어 LED 파장별로 T. suecica T. tetrathele 광합성 색소와 보조색소에 대한 변화를 UPLC를 통해 측정하였다.Among the commercially available auxiliary pigments are carotenoids, such as β-carotene, astaxanthin, and lutein. As such, the pigment content and accumulation rate may vary according to the culture environment, so that the T. suecica and T. tetrathele Changes to photosynthetic pigments and auxiliary pigments were measured by UPLC.

T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 색소의 변화 Changes in the Pigments of T. suecica and T. tetrathele by Wavelength SpeciesSpecies WavelengthWavelength Chlild A Chlild a Chl c2Chl c2 NeoNeo Viol + HexViol + hex AlloAllo DtxDtx Lut
+
Zea
Lut
+
Zea
Chl bChl b Chl aChl a Pht aPht a β-caroβ-caro
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp 0.0210.021 0.0000.000 0.0460.046 0.0580.058 0.0050.005 0.0020.002 0.0590.059 1.3501.350 1.3711.371 0.0280.028 0.0400.040 Blue LEDBlue LED 0.0380.038 0.0000.000 0.0750.075 0.1320.132 0.0050.005 0.0060.006 0.1060.106 1.6771.677 1.8271.827 0.1550.155 0.1360.136 Yellow LEDYellow LED 0.0550.055 0.0000.000 0.1560.156 0.1760.176 0.0100.010 0.0070.007 0.1430.143 4.2064.206 4.0774.077 0.1580.158 0.2200.220 Red LEDRed LED 0.0410.041 0.0000.000 0.0990.099 0.1300.130 0.0100.010 0.0070.007 0.1110.111 2.1932.193 2.2122.212 0.1720.172 0.1150.115 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp 0.0150.015 0.0020.002 0.0210.021 0.0240.024 0.0010.001 0.0010.001 0.0300.030 0.5900.590 0.6360.636 0.0060.006 0.0130.013 Blue LEDBlue LED 0.0200.020 0.0000.000 0.0300.030 0.0500.050 0.0020.002 0.0020.002 0.0420.042 0.6960.696 0.8010.801 0.0490.049 0.0410.041 Yellow LEDYellow LED 0.0180.018 0.0000.000 0.0660.066 0.0770.077 0.0020.002 0.0020.002 0.0590.059 1.6241.624 1.8561.856 0.0530.053 0.0980.098 Red LEDRed LED 0.0100.010 0.0000.000 0.0200.020 0.0320.032 0.0010.001 0.0010.001 0.0270.027 0.5820.582 0.7110.711 0.0240.024 0.0390.039

상기 표 4 및 도 6은 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 색소의 변화를 나타낸 그래프이고, 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 색소 농도를 항목별로 나타내었다. Table 4 and FIG. 6 are graphs showing changes in pigments for each wavelength of T. suecica and T. tetrathele, and the pigment concentrations for fluorescent lamps, blue wavelengths, yellow wavelengths, and red wavelengths are indicated by items.

도 6의 a는 T. suecica의 파장별 색소의 변화를 나타낸다. 대부분의 항목은 황색파장에서 높은 것을 확인하였다. 주색소인 chlorophyll a(chl-a)와 chlorophyll b(chl-b)의 경우, 기존의 대량배양에 사용되는 광원인 형광램프와 비교하였을 때, 황색파장에서 각각 약 2.97, 3.11배로 높았다. Figure 6a shows the change of the pigment for each wavelength of T. suecica . Most of the items were found to be high in the yellow wavelength. The main pigments, chlorophyll a (chl- a ) and chlorophyll b (chl- b ), were about 2.97 and 3.11 times higher in yellow wavelengths, respectively, compared with fluorescent lamps, which are the light sources used for mass culture.

빠른 생장을 보였던 적색파장에 비해서는 황색파장이 각각 약 1.84, 1.91배 높았다. 보조색소의 파장별 농도 결과, neoxanthin, violaxanthin + 19-hexanoyloxyfucoxanthin, lutein + zeaxanthin, β-carotene은 황색파장이 가장 높았다. 형광램프와 비교하여 각각 3.1, 3.1, 2.4, 5.6 배 높은 농도를 보였다. 적색파장에 비해서도 황색파장이 각각 1.6, 1.4, 1.3, 1.9배 높은 농도로 나타났다. The yellow wavelength was about 1.84 and 1.91 times higher than the red wavelength which showed rapid growth. As a result of the concentration of the sub-pigment, neoxanthin, violaxanthin + 19-hexanoyloxyfucoxanthin, lutein + zeaxanthin, and β-carotene had the highest yellow wavelength. Compared with the fluorescent lamps, the concentrations were 3.1, 3.1, 2.4, and 5.6 times higher. Yellow wavelengths were 1.6, 1.4, 1.3, and 1.9 times higher than red wavelengths, respectively.

그러나, chlorophyllide a, alloxanthin, diatoxanthin에서는 모든 파장에서 유사한 농도를 보였으며, Chlorophyll c2는 본 실험에서 검출되지 않았다. 파장별 총 색소 농도 또한 황색파장에서 가장 높았는데, 주색소는 8.38 pg/cell, 총 보조색소는 0.93 pg/cell의 농도를 보였고, 형광램프, 적색파장, 청색파장에서는 각각 2.7~4.4 pg/cell, 0.26 ~ 0.69 pg/cell 였다.However, chlorophyllide a , alloxanthin and diatoxanthin showed similar concentrations at all wavelengths. Chlorophyll c2 was not detected in this experiment. The total pigment concentration of each wavelength was also the highest in yellow wavelength. The main pigment concentration was 8.38 pg / cell and the total auxiliary pigment concentration was 0.93 pg / cell. In fluorescent lamp, red wavelength, and blue wavelength, 2.7 ~ 4.4 pg / cell, respectively. , 0.26 to 0.69 pg / cell.

도 6의 b는 T. tetrathele의 파장별 색소의 변화를 나타낸 그래프이다. 대부분의 항목은 황색파장에서 높은 것을 확인하였다. 주색소인 chl a와 chl b의 경우, 기존의 대량배양에 사용되는 광원인 형광램프와 비교하였을 때, 황색파장에서 각각 약 2.9, 2.8배로 높았다. 빠른 생장을 보였던 적색파장과 비교하였을 때에도 각각 약 2.6, 2.8배 높게 나타났다. 보조색소의 파장별 농도 결과, neoxanthin, violaxanthin + 19-hexanoyloxyfucoxanthin, lutein + zeaxanthin, β-carotene은 황색파장에서 가장 높은 농도를 보였다. Figure 6b is a graph showing the change of the pigment for each wavelength of T. tetrathele . Most of the items were found to be high in the yellow wavelength. The main colors of chl a and chl b were about 2.9 and 2.8 times higher in yellow wavelengths, respectively, compared with fluorescent lamps, which are light sources used in conventional mass culture. Compared with the red wavelength which showed rapid growth, it was about 2.6 and 2.8 times higher. As a result of the wavelengths of the secondary pigments, neoxanthin, violaxanthin + 19-hexanoyloxyfucoxanthin, lutein + zeaxanthin, and β-carotene showed the highest concentrations in yellow wavelength.

이는 형광램프와 비교하여 황색파장이 각각 3.2, 3.2, 2.0, 7.8배 높은 농도였다. 적색파장과 비교하였을 때도 황색파장이 각각 3.4, 2.4, 2.2, 2.5배 높은 농도를 보였다. 하지만 chlorophyllide a, alloxanthin, diatoxanthin는 모든 파장에서 유사한 농도를 보였다. The yellow wavelengths were 3.2, 3.2, 2.0 and 7.8 times higher than the fluorescent lamps, respectively. Yellow wavelengths were 3.4, 2.4, 2.2, and 2.5 times higher than those of red, respectively. However chlorophyllide a, alloxanthin, diatoxanthin showed similar levels in all wavelengths.

또한, chlorophyll c2는 모든 파장에서 나타나지 않아 T. tetrathele는 chlorophyll c2를 포함하지 않는 것으로 판단된다. 파장별 총 색소 농도 또한 황색파장에서 가장 높았는데, 주색소는 3.5 pg/cell, 총 보조색소가 0.38 pg/cell의 농도를 보였고, 형광램프, 적색파장, 청색파장에서는 각각 1.2 ~ 1.5 pg/cell, 0.11 ~ 0.24 pg/cell 였다. 두 종을 비교하였을 때, 주색소 농도와 보조색소의 농도 모두 T. suecica에서 각각 2.5, 2.9배 높았다.In addition, chlorophyll c2 does not appear at all wavelengths, so T. tetrathele does not seem to contain chlorophyll c2 . The total pigment concentration of each wavelength was also highest in yellow wavelength, with main pigment concentration of 3.5 pg / cell and total auxiliary pigment concentration of 0.38 pg / cell. In fluorescent lamp, red wavelength, and blue wavelength, 1.2 ~ 1.5 pg / cell, respectively. , 0.11 to 0.24 pg / cell. When the two species were compared, both the main and secondary pigments were 2.5 and 2.9 times higher in T. suecica , respectively.

미세조류마다 함유하고 있는 색소의 구성과 함량은 종 특이적이고 본 발명의 Tetraselmis 속의 색소함량은 대체적으로 황색파장에서 광 스트레스를 받아 축적효과를 보이는 것을 확인하였다.The composition and content of the pigment contained in each microalgae was species-specific and the pigment content of the Tetraselmis genus of the present invention was found to show a cumulative effect due to optical stress at a yellow wavelength.

스트레스 환경 조건에서 세포분열을 행하는 동안에는 최대한 빛 흡수의 양을 많이 하려는 방어기작이 작용하여 세포 당 색소의 축적률은 오히려 향상되고 생장이 빠른 적색 파장보다 생장이 느린 녹색 파장에서 높은 chl a 농도를 보이는 이유는 주색소의 파장 흡수 영역이 아니기 때문에, 생장과 색소함량에 대한 빛 조건의 불일치는 빛에 의해 높은 스트레스를 받을 경우에는 세포수의 감소와 함께 생장률 저하로 이어지는 것으로 알려져 있다.During cell division under stress environment, a defense mechanism is applied to maximize the amount of light absorption, resulting in higher accumulation of pigments per cell and higher chl a concentration at green wavelengths with slower growth than the faster red wavelengths. Because the reason is not the wavelength absorption region of the main pigment, the mismatch of the light conditions for growth and pigment content is known to lead to a decrease in the growth rate with a decrease in the number of cells when subjected to high stress by light.

상기 결과에서 β-carotene은 황색파장에서 최대 7.8배까지 증가하였다. 일반적으로 녹조류는 적색 또는 청색 파장에서 높은 생장을, 녹색 파장에서 낮은 생장에 따른 영양물질 축적을 보고하는 경우가 많았다. 그러나, 황색 파장은 흡수스펙트럼에 있어 carotenoid 계열을 흡수하지 못하기 때문에 광 스트레스를 더 높여줄 수 있어 Tetraselmis 속의 색소 축적을 위한 광원으로 황색 LED가 적절한 것으로 판단된다.In the above results, β-carotene increased up to 7.8 times in yellow wavelength. Green algae generally report high growth at red or blue wavelengths and nutrient accumulation due to low growth at green wavelengths. However, because the yellow wavelength does not absorb the carotenoid family in the absorption spectrum, it can increase the light stress. Therefore, it is judged that the yellow LED is suitable as a light source for pigment accumulation in Tetraselmis .

T. suecicaT. tetrathele의 파장에 따른 색소의 변화는 생장이 가장 느렸던 황색파장에서 높은 색소 축적을 보였다. 그 이유는 상기 기재한 바와 같이, 황색파장이 주색소의 흡수파장영역이 아니라서 Tetraselmis 속의 생장에 스트레스를 주었기 때문이다. 황색파장은 carotenoid 계열의 흡수스펙트럼 파장이 아니기 때문에 기존에 사용되던 적색, 청색 또는 녹색 파장보다 높은 광 스트레스를 줄 수 있는 것으로 사료된다. 또한 적색파장에서 낮은 색소 농도를 보인 이유는 빠른 분열속도 때문에 색소를 축적할 여유가 없는 것으로 사료된다.The change of pigment with wavelength of T. suecica and T. tetrathele showed high pigment accumulation at yellow wavelength, which was the slowest growth. The reason is that, as described above, the yellow wavelength is not the absorption wavelength region of the main pigment, so Tetraselmis Because it stressed the growth of the genus. Yellow wavelength is not absorbed spectrum wavelength of carotenoid series, so it is considered that it can give higher optical stress than red, blue or green wavelength. In addition, the reason for the low pigment concentration in the red wavelength is thought to be due to the fast cleavage rate, which cannot afford to accumulate the pigment.

따라서 Tetraselmis 속의 대량배양 시 광합성 색소의 함량은 기존의 대량배양 광원인 형광램프와 빠른 생장을 보였던 적색파장보다 황색파장에서 높은 축적을 보일 것이라 판단된다. Thus Tetraselmis The content of photosynthetic pigments in the mass culture of the genus is expected to be higher in the yellow wavelength than the red wavelength, which showed rapid growth with the fluorescent lamp which is the existing mass culture light source.

탄수화물은 단당류로 결합된 중합체로써, 동물과 식물에 있어 중요한 에너지원으로 이용된다. 또한 미세조류는 빛 에너지에 의해 광합성을 하여 chlorophyll을 탄수화물로 변환시키기 때문에, 미세조류 내 탄수화물 함량에서 빛 조건은 중요한 요소이다. 미세조류는 종마다 배양 스트레스에 따른 탄수화물 축적 양상이 차이가 있어 본 발명의 실시예에서는 파장별 Tetraselmis 속의 탄수화물 변화에 대해 실험을 수행하였다. Carbohydrates are polymers linked to monosaccharides and are used as important energy sources for animals and plants. Also, microalgae are photosynthetic by light energy to convert chlorophyll into carbohydrates, so light conditions are an important factor in carbohydrate content in microalgae. The microalgae have different carbohydrate accumulation patterns depending on the culture stress of each species, and thus experiments were carried out on the carbohydrate change in the Tetraselmis genera according to the wavelength.

T. suecica(a)과 T. tetrathele(b)의 파장별 탄수화물 함량의 변화Changes in Carbohydrate Content of T. suecica (a) and T. tetrathele (b) by Wavelength SpeciesSpecies WavelengthWavelength Carbohydrate content
(pg/cell)
Carbohydrate content
(pg / cell)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp 4.63 ±0.8 4.63 ± 0.8 Blue LEDBlue LED 3.80 ±3.03.80 ± 3.0 Yellow LEDYellow LED 6.15 ±2.86.15 ± 2.8 Red LEDRed LED 1.70 ±2.01.70 ± 2.0 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp 1.84 ±0.21.84 ± 0.2 Blue LEDBlue LED 2.43 ±0.12.43 ± 0.1 Yellow LEDYellow LED 2.35 ±0.02.35 ± 0.0 Red LEDRed LED 1.73 ±0.51.73 ± 0.5

도 7과 상기 표 5는 T. suecica(a)과 T. tetrathele(b)의 파장별 탄수화물 함량의 변화를 나타낸 것이고 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 탄수화물 함량을 나타내었다. 7 and Table 5 show the carbohydrate content of each wavelength of T. suecica (a) and T. tetrathele (b) and the carbohydrate content for fluorescent lamps, blue wavelengths, yellow wavelengths, and red wavelengths.

도 7의 (a)를 살펴보면 T. suecica는 황색 파장에서 가장 높은 농도를 보였고, 형광램프, 청색파장, 적색파장 순으로 나타났다. 이를 통해 생장이 빨랐던 적색파장에서 가장 낮은 탄수화물을 보인다는 것을 확인하였다. Referring to (a) of FIG. 7, T. suecica showed the highest concentration at the yellow wavelength, followed by fluorescent lamps, blue wavelengths, and red wavelengths. This confirmed that the carbohydrates showed the lowest growth rate in the red wavelength.

황색파장은 기존의 대량배양 광원인 형광램프보다 약 1.3배, 빠른 생장을 유도했던 적색파장 보다는 약 3.6배 높은 탄수화물 함량을 보였다. 또한 T . suecica 세포 내 탄수화물 비를 알기 위해 단백질과 지질의 함량을 참고하여 구하였다. 그 결과 T. suecica의 세포 내에서 탄수화물의 함량은 4~9%으로 단백질, 지질에 비해 가장 낮은 비율을 차지하였고, 파장별로 큰 차이가 없었다. The yellow wavelength showed about 1.3 times higher carbohydrate content than the red wavelength which led to the growth of 1.3 times faster than the fluorescent lamp which is the existing mass culture light source. In addition, T. of suecica In order to know the carbohydrate ratio in the cell, it was obtained by referring to the contents of protein and lipid. As a result, the content of carbohydrates in the cells of T. suecica accounted for the lowest proportion compared to protein and lipid 4-9%, there were no significant differences across wavelengths.

도 7의 (b)를 살펴보면 T. tetrathele 파장별 탄수화물 함량은 청색파장과 황색 파장에서 가장 높은 농도를 보였고, 형광램프, 적색파장 순으로 나타났다. 이를 통해 Tetraselmis 두 종 모두 생장이 빨랐던 적색파장에서 가장 낮은 탄수화물을 보인다는 것을 확인하였다. 기존의 대량배양에 이용되고 있는 광원인 형광램프와 황색파장의 탄수화물 함량을 비교하면, 황색파장이 1.3배 높은 함량을 보였다. Looking at Figure 7 (b) of T. tetrathele Carbohydrate content by wavelength showed the highest concentration at blue and yellow wavelengths, followed by fluorescent lamps and red wavelengths. This confirmed that both species of Tetraselmis had the lowest carbohydrates in the fast growing red wavelength. When comparing the carbohydrate content of the fluorescent lamp, which is a light source used in the existing mass culture, with the yellow wavelength, the yellow wavelength showed 1.3 times higher content.

생장이 가장 빨랐던 적색파장과 비교하였을 때, 황색파장이 1.4배 높은 함량을 보였다. 또한 세포 내에서 탄수화물 비를 알기 위해 단백질과 지질의 함량을 참고하여 구하였다. 그 결과 세포 내에서 탄수화물의 함량은 약 3 ~ 6%으로 낮은 비율을 차지하였고, 파장별로 큰 차이가 없었다. 두 실험종을 비교하였을 때, 기존 대량배양광원인 형광램프와 높은 축적을 보인 황색파장 모두 T. suecica에서 높은 함량을 보였다. When compared with the red wavelength, which showed the fastest growth, the yellow wavelength showed 1.4 times higher content. In addition, the carbohydrate ratio in the cell was obtained by referring to the protein and lipid content. As a result, the carbohydrate content was about 3-6% in the cell, and there was no significant difference by wavelength. Comparing the two experimental species, both the fluorescent lamp, which is a mass culture light source, and the yellow wavelength with high accumulation showed high contents in T. suecica .

본 실험 실시예에 따른 결과, T. suecica T. tetrathele에서 생장이 느렸던 황색파장에서 높은 탄수화물 함량을 보였고, 생장이 빨랐던 적색파장에서 가장 낮은 농도를 보였다. According to the experimental results, T. suecica and T. tetrathele showed the highest carbohydrate content in the slow yellow wavelengths and the lowest concentration in the red wavelengths.

이는 세포 분열 속도의 감소가 단백질 합성과 함께 세포의 화학적 조성과 효소 활동에 변화를 주어 지질과 탄수화물 함량을 증가시켜 황색파장에서 생장속도가 느려 분열속도 또한 느렸기 때문에 황색파장에서 탄수화물 함량이 높은 것으로 판단된다. This is because the decrease in the rate of cell division alters the chemical composition and enzyme activity of the cell along with protein synthesis, increasing lipid and carbohydrate content, resulting in a slow growth rate in yellow wavelengths and a high rate of carbohydrate content in yellow wavelengths. Judging.

생장이 빨랐던 적색파장에서는 탄수화물을 축적시킬 시간이 짧아 Tetraselmis 속은 생장촉진을 위해 적색파장이 유용하지만, 탄수화물의 합성은 황색파장에서 효율적으로 유도되었다고 판단된다. In the fast growing red wavelength, the short time to accumulate carbohydrate is useful in promoting the growth of the Tetraselmis genus, but the synthesis of carbohydrates is derived efficiently from the yellow wavelength.

본 실험 실시예에 따른 Tetraselmis 속은 전체 생화학적 비율로 보았을 때 탄수화물의 비율이 3~9%를 차지했다. 탄수화물 추출을 위해 활용되는 미세조류는 생화학적 조성에서 탄수화물의 비율이 가장 높았다. Tetraselmis 속의 탄수화물 비율은 상대적으로 낮기 때문에 이에 대한 상업적 활용은 어렵다고 판단된다. In the Tetraselmis genus according to the present experimental example, carbohydrates accounted for 3-9 % of the total biochemical ratio. The microalgae used for carbohydrate extraction had the highest percentage of carbohydrates in biochemical composition. The relatively low proportion of carbohydrates in Tetraselmis seems to be difficult to commercially use.

그러나, 먹이생물로서 이용될 때, 기존 대량배양 광원인 형광램프보다 높은 탄수화물 축적을 보였다. 이는 미세조류 내의 탄수화물을 에너지원으로 이용하는 섭이자에게 도움이 될 것으로 판단된다.However, when used as a food organism, it showed higher carbohydrate accumulation than the fluorescent lamp which is a conventional mass culture light source. This is thought to be helpful for those who use carbohydrates in microalgae as energy sources.

미세조류는 일반적으로 세포 내에 단백질 함량이 가장 높은 비율로 포함되어 있고. 단백질의 대부분 아미노산 형태로 존재한다. 미세조류가 먹이생물로 이용되려면, 주로 지방, 탄수화물, 단백질과 같은 생화학적 조성이 중요하며, 먹이의 영양은 부유유생의 성장과 생존율에 매우 큰 영향을 미친다. Microalgae usually contain the highest percentage of protein in the cell. Most of the protein is in amino acid form. In order for microalgae to be used as a food organism, biochemical composition such as fat, carbohydrates and proteins is important, and the nutrition of the food has a great influence on the growth and survival rate of floating larvae.

또한 단백질과 지방은 생물체내의 생합성을 위해 사용되기 때문에 미세조류 내 함량의 파악은 중요하다. 미세조류의 생화학적 조성은 빛 조건에 의해 달라질 수 있어, 이에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다. In addition, because protein and fat are used for biosynthesis in living organisms, it is important to understand the content of microalgae. The biochemical composition of the microalgae may vary depending on light conditions, and research on this has been actively conducted.

T. suecica과 T. tetrathele의 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 파장별 단백질 변화Wavelength-specific protein changes in the fluorescent lamp, the blue wavelength and yellow wavelength, a red wavelength of the T. suecica and T. tetrathele SpeciesSpecies WavelengthWavelength Protein content
(pg/cell)
Protein content
(pg / cell)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp 35.7 ±0.235.7 ± 0.2 Blue LEDBlue LED 24.4 ±0.024.4 ± 0.0 Yellow LEDYellow LED 42.8 ±0.042.8 ± 0.0 Red LEDRed LED 28.6 ±0.828.6 ± 0.8 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp 17.1 ±1.517.1 ± 1.5 Blue LEDBlue LED 18.2 ±0.218.2 ± 0.2 Yellow LEDYellow LED 38.5 ±3.838.5 ± 3.8 Red LEDRed LED 15.4 ±1.315.4 ± 1.3

도 8과 상기 표 6은 T. suecica과 T. tetrathele의 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 파장별 단백질 변화를 나타낸다. FIG. 8 and Table 6 show changes in proteins for wavelengths of fluorescent lamps, blue wavelengths, yellow wavelengths, and red wavelengths of T. suecica and T. tetrathele .

도 8의 (a)를 살펴보면 T. suecica는 황색 파장에서 가장 높은 농도를 보였고, 형광램프, 적색파장, 청색파장 순으로 나타났다. 이를 통해 생장이 가장 느렸던 황색파장에서 가장 높은 단백질 함량을 보이는 것을 확인하였다. Referring to (a) of FIG. 8, T. suecica showed the highest concentration at the yellow wavelength, followed by fluorescent lamps, red wavelengths, and blue wavelengths. Through this, it was confirmed that the highest protein content was observed in the yellow wavelength, which was the slowest growth.

황색파장은 기존의 대량배양 광원인 형광램프보다 약 1.2배, 빠른 생장을 유도했던 적색파장 보다는 약 1.5배 높은 단백질 함량을 보였다. 또한 T . suecica 세포 내에서 단백질 비를 알기 위해 탄수화물과 지질의 함량을 참고하여 구하였다. 그 결과 T. suecica의 세포 내 단백질의 함량은 48~69%으로 가장 높은 비율을 차지하였다. 두 실험종을 비교하였을 때, 기존 대량배양광원인 형광램프와 높은 축적을 보인 황색파장 모두 T. suecica에서 높은 함량을 보였다.The yellow wavelength showed about 1.2 times higher protein content than the red wavelength which led to the rapid growth, which is 1.2 times higher than that of the fluorescent lamp, which is a mass culture light source. In addition, T. of suecica In order to know the protein ratio in the cell, it was obtained by referring to the carbohydrate and lipid content. As a result, the protein content of T. suecica was the highest at 48 ~ 69%. Comparing the two experimental species, both the fluorescent lamp, which is a mass culture light source, and the yellow wavelength with high accumulation showed high contents in T. suecica .

표 8의 (b)를 살펴보면, T. tetrathele 파장별 단백질 함량은 청색파장과 황색 파장에서 가장 높은 농도를 보였고, 청색파장, 형광램프, 적색파장 순으로 나타났다. Looking at (b) of Table 8, T. tetrathele Protein content of each wavelength was highest in blue and yellow wavelengths, followed by blue, fluorescent and red wavelengths.

이를 통해 Tetraselmis 두 종 모두 생장이 느렸던 황색파장에서 가장 높은 단백질 함량을 보인다는 것을 확인하였다. 기존의 대량배양에 이용되고 있는 광원인 형광램프와 황색파장의 단백질 함량을 비교하면, 황색파장이 2.3배 높은 함량을 보였다. It was confirmed that both Tetraselmis two kinds of growth is likely the highest protein content in Cannes noticed the yellow wavelengths. When comparing the protein content of the fluorescent lamp, which is a light source used in the existing mass culture, and the yellow wavelength, the yellow wavelength showed 2.3 times higher content.

생장이 가장 빨랐던 적색파장과 비교하였을 때, 황색파장이 2.5배 높은 함량을 보였다. 또한 세포 내에서 단백질 비를 알기 위해 탄수화물과 지질의 함량을 참고하여 구하였다. 그 결과 세포 내에서 단백질의 함량은 약 42~56 %으로 높은 비율을 차지하였다.When compared with the red wavelength, which showed the fastest growth, the yellow wavelength was 2.5 times higher. In addition, it was obtained by referring to the carbohydrate and lipid content in order to know the protein ratio in the cell. As a result, the protein content in the cell was about 42-56%, which was high.

T. suecicaT. tetrathele의 파장에 따른 단백질의 변화는 생장이 가장 느린 파장이었던 황색파장에서 높은 단백질 축적을 보였다. 그 이유는 상기 기재한 바와 동일하게 황색파장에서 세포분열의 감소가 Tetraselmis 속에 스트레스를 주어 높은 단백질 함량이 유도되었기 때문으로 사료된다.The change of protein with wavelength of T. suecica and T. tetrathele showed high protein accumulation at yellow wavelength, which was the slowest growth. The reason for this is that, as described above, the decrease of cell division in the yellow wavelength is caused by Tetraselmis. This may be due to the high protein content induced by stress in the stomach.

탄수화물 실험도 축적을 위해 기존 연구에서 여러 파장이 이용되었지만, 색소 결과에서도 언급했듯, 황색파장에서도 광 스트레스를 주어 충분히 높은 축적효과를 볼 수 있었다. 또한 세포 분열속도가 빠른 적색파장에서는 단백질 합성이 유도될 시간이 짧았을 것이라 생각되어진다. 따라서 Tetraselmis 속은 생장촉진을 위해 적색파장이 유용하지만, 단백질 함량은 황색파장에서 효율적으로 축적되었다고 판단된다. Carbohydrate experiments also used several wavelengths to accumulate, but as mentioned in the pigment results, the yellowing gave a high stress due to the light stress. In addition, it is thought that the time for inducing protein synthesis was short in red wavelengths with high cell division rate. Thus Tetraselmis The red wavelength is useful for the growth of the genus, but the protein content is thought to be efficiently accumulated in the yellow wavelength.

해산어류의 성장에 있어 먹이생물의 지방성분은 중요한 역할을 한다. 미세조류의 세포 내 지질은 항상 일정한 함량을 갖는 것이 아니라, 배양환경인 수온, 염분, 영양염 상태 및 빛 등에 의해 변할 수 있기 때문에, 이에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.The fat content of the food organism plays an important role in the growth of marine fish. Intracellular lipids of microalgae do not always have a constant content, but because they can be changed by the culture environment, such as water temperature, salinity, nutrient status and light, research on this is being actively conducted.

T. suecica과 T. tetrathele의 파장별 지질 함량 Of T. suecica and T. tetrathele Lipid content by wavelength SpeciesSpecies WavelengthWavelength Lipid content
(pg/cell)
Lipid content
(pg / cell)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp 11.3 ±1.311.3 ± 1.3 Blue LEDBlue LED 20.3 ±1.320.3 ± 1.3 Yellow LEDYellow LED 39.4 ±0.439.4 ± 0.4 Red LEDRed LED 13.0 ±2.613.0 ± 2.6 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp 15.6 ±0.415.6 ± 0.4 Blue LEDBlue LED 22.7 ±4.322.7 ± 4.3 Yellow LEDYellow LED 28.0 ±1.428.0 ± 1.4 Red LEDRed LED 15.9 ±0.215.9 ± 0.2

도 9와 표 7은 T. suecica과 T. tetrathele의 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장에 대한 파장별 지질 함량을 나타낸다.9 and Table 7 show T. suecica and T. tetrathele. It shows the lipid content of each wavelength for fluorescent lamp, blue wavelength, yellow wavelength and red wavelength.

도 9의 (a)를 살펴보면 T. suecica는 황색 파장에서 가장 높은 농도를 보였고, 청색파장, 적색파장, 형광램프 순으로 나타났다. 이를 통해 생장이 가장 느렸던 황색파장에서 가장 높은 지질 함량을 보이는 것을 확인하였다. Referring to (a) of FIG. 9, T. suecica showed the highest concentration at yellow wavelength, followed by blue wavelength, red wavelength, and fluorescent lamps. Through this, it was confirmed that the highest lipid content was observed in the yellow wavelength, which was the slowest growth.

기존의 대량배양에 이용되고 있는 광원인 형광램프와 황색파장의 지질 함량을 비교하면, 황색파장이 약 3.5배 높은 함량을 보였다. 생장이 가장 빨랐던 적색파장과 비교하였을 때, 황색파장이 약 3.0배 높았다. 또한 T . suecica 세포 내 지질의 비를 알기 위해 탄수화물과 단백질의 함량을 참고하여 구하였다. 그 결과 T. suecica의 세포 내에서 지질의 함량은 22~45%으로 단백질 다음으로 높은 비율을 차지하였다. When comparing the lipid content of the fluorescent lamp, which is a light source used in the existing mass culture, with the yellow wavelength, the yellow wavelength showed about 3.5 times higher content. The yellow wavelength was about 3.0 times higher than the red wavelength, which was the fastest growing. In addition, T. of suecica In order to know the ratio of lipids in the cells, the carbohydrate and protein contents were referred to. As a result, the lipid content in the cells of T. suecica was 22-45 %, which was the second highest after protein.

도 9의 (b)를 살펴보면 T. tetrathele 파장별 단백질 함량은 황색 파장에서 가장 높은 농도를 보였고, 청색파장, 적색파장, 형광램프 순으로 나타났다. 이를 통해 Tetraselmis 두 종 모두 생장이 느렸던 황색파장에서 가장 높은 지질 함량을 보인다는 것을 확인하였다. Looking at Figure 9 (b) of T. tetrathele The protein content of each wavelength showed the highest concentration at yellow wavelength, followed by blue wavelength, red wavelength, and fluorescent lamp. It was confirmed that both species of Tetraselmis had the highest lipid content at the slow yellow wavelength.

기존의 대량배양에 이용되고 있는 광원인 형광램프와 황색파장의 지질 함량을 비교하면, 황색파장이 약 1.8배 높은 함량을 보였다. 생장이 가장 빨랐던 적색파장과 비교하였을 때, 황색파장에서 약 1.8배 높았다. 또한 세포 내 지질의 비를 알기 위해 탄수화물과 단백질의 함량을 참고하여 구하였다. 그 결과 세포 내에서 지질의 함량은 약 42~56 %으로 높은 비율을 차지하였다. When comparing the lipid content of the fluorescent lamp, which is a light source used in the existing mass culture, with the yellow wavelength, the yellow wavelength showed about 1.8 times higher content. Compared to the red wavelength, which was the fastest growing, it was about 1.8 times higher in the yellow wavelength. In addition, it was obtained by referring to the carbohydrate and protein content to know the ratio of intracellular lipids. As a result, the lipid content in the cells accounted for a high rate of about 42-56%.

본 실험의 결과, T. suecica T. tetrathele에서 생장이 가장 느렸던 황색파장에서 높은 지질 함량을 보이는 것을 확인하였다. 이와 유사한 결과는 Chlorella sp.에도 나타났는데, 높은 생장은 적색파장에서, 생장이 느린 청색파장에서 높은 지질함량을 보였다. As a result of this experiment, it was confirmed that T. suecica and T. tetrathele showed high lipid content in yellow wavelength, which was the slowest growth. Similar results were found in Chlorella sp., Which showed high growth in red and slow growth in blue.

세포 분열 속도의 감소는 단백질 합성과 함께 세포의 화학적 조성과 효소 활동에 변화를 주어 지질과 탄수화물 함량을 증가시키고, 미세조류에 대한 지질의 강화는 염분, 질소 결핍을 통해 유도 되는 것으로 알려져 있다. Reduction of cell division rate is accompanied by protein synthesis and changes in cell chemical composition and enzyme activity to increase lipid and carbohydrate content, and the enhancement of lipid to microalgae is induced by salinity and nitrogen deficiency.

본 발명의 실험 실시예는 조건변화가 어려운 염분과 같은 환경요인을 대신해 조절이 수월한 광 파장으로도 stress를 주어 지질이 축적됨을 확인하였다. 또한, 미세조류에게 스트레스를 주는 환경조건을 복합적으로 가해주면 더 효율적인 지질축적이 가능할 수 있다. Experimental Example of the present invention was confirmed that the lipid accumulates due to stress even in the light wavelength that can be easily adjusted in place of environmental factors such as salts difficult to change the conditions. In addition, more effective lipid accumulation may be possible by applying a combination of stressing environmental conditions to the microalgae.

본 발명의 실시예에 따른 T. suecicaT. tetrathele의 파장에 따른 지질의 변화는 생장이 가장 느렸던 황색파장에서 높은 지질 축적이 확인되었다. 그 이유는 상기 언급한 바와 같이 황색파장에서 세포분열의 감소가 단백질 합성과 함께 세포의 화학적 조성과 효소 활동에 변화를 주어 지질과 탄수화물 함량을 증가시키기 때문으로 사료된다.The lipid change according to the wavelength of T. suecica and T. tetrathele according to the embodiment of the present invention was confirmed to have a high lipid accumulation in the yellow wavelength of the slowest growth. The reason for this is that, as mentioned above, the decrease of cell division in the yellow wavelength increases the lipid and carbohydrate content by changing the chemical composition and enzyme activity of the cell along with protein synthesis.

또한, 적색파장에서는 세포분열이 빨랐기 때문에 비교적 낮은 지질 축적이 유도되었다. 따라서 Tetraselmis 속의 대량배양 시 적색파장을 광원으로 이용하면 높은 생장속도를 기대할 수 있고, 지질 함량은 기존의 대량배양 광원인 형광램프와는 비슷하여, 지질축적 효과는 없을 것으로 판단된다.In addition, because of the rapid cell division in the red wavelength, relatively low lipid accumulation was induced. Thus Tetraselmis When using the red wavelength as a light source, high growth rate can be expected. The lipid content is similar to the fluorescent lamp, which is a conventional mass culture light source.

Tetraselmis속의 대량배양 시 생장을 촉진시키는 광원과 생화학적 조성을 증진시키는 광원이 다름을 확인하였고, 생장촉진을 위한 배양단계와 생화학적 조성 증진을 위한 배양이 단계적으로 수행되는 것이 적절한 것으로 사료된다. In the mass culture of Tetraselmis genus, it was confirmed that there is a difference between a light source for promoting growth and a light source for enhancing the biochemical composition, and it is appropriate that the culture step for promoting growth and the step for cultivating biochemical composition are performed step by step.

본 발명의 실험 실시예에 따른 광량별 생장실험을 통해 생장속도는 적색파장에서 빠르지만, 광 친화성은 황색파장에서 높음을 확인하였다. 이는 생장유도를 위해서 황색파장이 유리할 수 있음을 의미한다. 즉, 대량배양 시 유도기에서 대수생장기 초반에는 황색파장, 이후부터 대수생장기 후반까지는 적색파장을 통한 생장촉진을, 정지기부터는 황색파장을 이용하여 영양물질 강화를 위한 배양을 하는 것이 적절한 것으로 사료된다. The growth rate according to the amount of light according to the experimental example of the present invention was confirmed that the growth rate is fast in the red wavelength, but the light affinity is high in the yellow wavelength. This means that yellow wavelength may be advantageous for growth induction. In other words, it is appropriate to incubate growth in the induction phase in the early stages of algebraic growth during the induction phase, and to promote growth through red wavelengths from the late phase of the algebraic growth, and to intensify nutrients using the yellow wavelength in the stop phase.

2-3 Tetraselmis 속의 영양염 흡수력 확인 결과2-3 Results of nutrient absorption in the genus Tetraselmis

미세조류의 생장에 있어 필수적으로 요구되는 영양염 중에서 인과 질소는 환경에 따라 제한될 수 있다. 통상적으로 미세조류의 영양염 이용은 빛 조건에 따라 변하는데, 흡수속도의 경우 광량의 증가에 따라 증가되지만, 일정 광량 이상에서는 유사한 흡수속도를 보이고 생장이 증진되는 조건에서 영양염의 흡수 또한 증가하는 것으로 알려져 있다. Among the nutrients essential for the growth of microalgae, phosphorus and nitrogen can be limited by the environment. In general, the use of nutrients of microalgae varies with light conditions, but the rate of absorption increases with the increase of the amount of light, but it is known that the absorption of nutrients also increases under conditions where the growth rate is enhanced and the absorption rate is similar. have.

그러나 생장속도의 증가에 따라 영양염 흡수속도가 감소하거나 종 특이적으로 생장속도와 흡수속도가 무관한 반응을 보이며, 각각의 영양염에 대해 최적의 생장을 보이는 영양염 농도의 범위가 있어 본 발명에 따른 실시예는 Michaelis-Menten 식을 이용하여 파장에 따른 영양염 흡수속도 실험을 실시하여 파장에 따른 Tetraselmis 속의 영양염 흡수력을 확인하였다.However, as the growth rate increases, the rate of nutrient absorption decreases or species-specific growth rate and absorption rate are unrelated, and there is a range of nutrient concentrations showing optimum growth for each nutrient. For example, the nutrient absorption rate according to the wavelength was confirmed by using Michaelis-Menten equation to determine the nutrient absorption capacity of Tetraselmis .

도 10은 T. suecicaT. tetrathele의 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장파장별 시간에 따른 배양액의 암모니아 질소의 농도 변화를 나타낸다. 그 결과, 파장별로 시간에 따라 암모니아 질소의 흡수속도는 배양시작(0분)부터 일정시간까지 정속흡수를 보인 후 흡수속도가 현저히 낮아지는 경향을 보였다(t-test, p<0.05). Figure 10 shows the change in ammonia nitrogen concentration of the culture medium according to the fluorescent lamp, blue wavelength, yellow wavelength, red wavelength of T. suecica and T. tetrathele . As a result, the absorption rate of ammonia over time for each wavelength is started culture (10 min.) From was a tendency that the absorption rate significantly lower after showing a constant-speed-absorption to a certain time (t -test, p <0.05) .

T. suecica는 황색파장에서 30분으로 가장 길었으며, 형광등, 적색파장, 청색파장에서는 동일하게 20분으로 나타났다. T. tetrathele는 황색 파장을 제외한 모든 파장에서 동일하게 10분으로 나타났고, 황색파장에서는 20분이었다. 파장별 정속흡수 속도는 적색파장에서 2.75~3.49 pmol/cell/hr로 가장 높았고, 형광램프, 청색파장, 황색파장 순으로 높게 나타났다. T. suecica was the longest at 30 minutes in yellow wavelength and 20 minutes in fluorescent, red, and blue wavelengths. T. tetrathele showed the same 10 minutes at all wavelengths except yellow wavelength and 20 minutes at yellow wavelength. The rate of constant absorption by wavelength was the highest at 2.75 ~ 3.49 pmol / cell / hr in red wavelength, followed by fluorescent lamp, blue wavelength and yellow wavelength.

T. suecicaT. tetrathele의 파장별 정속흡수 시간Constant Velocity Absorption Time of T. suecica and T. tetrathele by Wavelength SpeciesSpecies WavelengthWavelength NutrientNutrient Incubation time (min)Incubation time (min) Uptake rate
(pmol/cell/hr)
Uptake rate
(pmol / cell / hr)
Surge uptake time (min)Surge uptake time (min)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp AmmoniumAmmonium 0 ~ 200 to 20 2.17 ~ 3.172.17 ~ 3.17 2020 20 ~ 24020 to 240 0.0 ~ 0.400.0 to 0.40 Blue LEDBlue LED 0 ~ 200 to 20 1.74 ~ 2.231.74 ~ 2.23 2020 20 ~ 24020 to 240 0.01 ~ 0.360.01 to 0.36 Yellow LEDYellow LED 0 ~ 300 to 30 1.74 ~ 2.401.74 ~ 2.40 3030 30 ~ 24030 to 240 0.00 ~ 0.360.00 ~ 0.36 Red LEDRed LED 0 ~ 200 to 20 2.75 ~ 3.492.75 ~ 3.49 2020 20 ~ 24020 to 240 0.03 ~ 0.540.03 to 0.54 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp AmmoniumAmmonium 0 ~ 100 to 10 4.884.88 1010 10 ~ 24010 to 240 0.00 ~ 1.030.00 ~ 1.03 Blue LEDBlue LED 0 ~ 100 to 10 3.723.72 1010 10 ~ 24010 to 240 0.02 ~ 0.800.02 to 0.80 Yellow LEDYellow LED 0 ~ 100 to 10 1.34 ~ 3.051.34 ~ 3.05 2020 10 ~ 24010 to 240 0.03 ~ 0.710.03 ~ 0.71 Red LEDRed LED 0 ~ 100 to 10 4.504.50 1010 10 ~ 24010 to 240 0.03 ~ 0.460.03 to 0.46

상기 표 8은 T. suecicaT. tetrathele의 파장별 정속흡수를 보인 시간을 나타낸다. 상기 결과를 토대로 정속흡수를 보인 시간을 암모니아 흡수실험을 위한 배양시간으로 선택하였고, 후술할 파장별 암모니아 질소의 농도에 따른 흡수속도 실험을 수행하였다. Table 8 shows the times of constant speed absorption of T. suecica and T. tetrathele by wavelength. Based on the results, the constant speed absorption time was selected as the culture time for the ammonia absorption experiment, and the absorption rate experiment was performed according to the concentration of ammonia nitrogen for each wavelength to be described later.

본 실험을 통해 T. suecicaT. tetrathele의 암모니아 질소에서 정속흡수 시간을 구하였다. 그 결과, T. suecica는 황색파장이 30분인 것을 제외하고 모두 20분으로 나타났고, T. tetrathele는 황색파장에서 20분, 나머지 파장에서는 10분이었다. 정속흡수 시간 내에서 흡수속도의 경우 T. suecica는 적색파장, T. tetrathele는 형광램프와 적색파장에서 높았다. In this experiment, constant speed absorption time was determined in ammonia nitrogen of T. suecica and T. tetrathele . As a result, T. suecica showed 20 minutes except yellow wavelength of 30 minutes, and T. tetrathele was 20 minutes at yellow wavelength and 10 minutes at the remaining wavelength. In the constant absorption time, the absorption rate of T. suecica was higher in red wavelength and T. tetrathele in fluorescent lamp and red wavelength.

본 발명의 실험 실시예에 따른 정속흡수 시간 내에서 흡수속도는 앞선 장의 파장에 따른 생장속도의 결과와 일치하였는데, 생장속도가 빠른 파장에서 암모니아 질소에 대한 흡수 또한 증가되는 것을 확인하였다. Absorption rate within the constant speed absorption time according to the experimental example of the present invention was consistent with the results of the growth rate according to the wavelength of the previous field, it was confirmed that the absorption of ammonia nitrogen also increased at a faster wavelength growth rate.

도 11은 T. suecicaT. tetrathele의 형광램프, 청색파장, 황색파장, 적색파장 파장별 시간에 따른 배양액의 인산 인 농도 변화를 나타낸다. 그 결과, 파장별로 시간에 따라 인산 인의 흡수속도는 배양시작(0분)부터 일정시간까지 정속흡수를 보인 후 흡수속도가 현저히 낮아지는 경향을 보였다(t-test, p<0.05). Figure 11 shows the phosphate concentration change in the culture medium according to the fluorescent lamp, blue wavelength, yellow wavelength, red wavelength of T. suecica and T. tetrathele . As a result, the absorption rate of phosphorus phosphate with time for each wavelength showed a constant rate of absorption from the start of the culture (0 min) to a certain time, and then the absorption rate was significantly decreased ( t -test, p <0.05).

T. suecica는 모든 파장에서 20분의 정속흡수시간을 보였다. T. tetrathele는 형광등과 적색파장에서 10분으로 가장 짧았으며, 청색파장, 황색파장에서는 동일하게 20분으로 나타났다. 본 발명에 따른 실험 실시예의 결과, T. suecicaT. tetrathele는 생장이 빠른 파장에서 빨랐던 파장이 영양염 정속흡수 또한 짧은 것을 확인하였다. T. suecica showed 20 minutes of constant absorption time at all wavelengths. T. tetrathele was the shortest for 10 minutes in fluorescent and red wavelengths, and 20 minutes in blue and yellow wavelengths. As a result of the experimental example according to the present invention, it was confirmed that T. suecica and T. tetrathele were also short in the constant absorption of nutrients, which was faster at faster wavelengths.

인산 인의 파장별 정속흡수Constant Velocity Absorption of Phosphoric Acid by Wavelength SpeciesSpecies WavelengthWavelength NutrientNutrient Incubation time (min)Incubation time (min) Uptake rate
(pmol/cell/hr)
Uptake rate
(pmol / cell / hr)
Surge uptake time (min)Surge uptake time (min)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp PhosphatePhosphate 0 ~ 200 to 20 0.12 ~ 0.130.12 to 0.13 2020 20 ~ 24020 to 240 0.01 ~ 0.080.01 to 0.08 Blue LEDBlue LED 0 ~ 200 to 20 0.120.12 2020 20 ~ 24020 to 240 0.01 ~ 0.060.01 to 0.06 Yellow LEDYellow LED 0 ~ 300 to 30 0.120.12 2020 30 ~ 24030 to 240 0.01 ~ 0.040.01 to 0.04 Red LEDRed LED 0 ~ 200 to 20 0.12 ~ 0.140.12 to 0.14 2020 20 ~ 24020 to 240 0.01 ~ 0.060.01 to 0.06 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp PhosphatePhosphate 0 ~ 100 to 10 0.200.20 1010 10 ~ 24010 to 240 0.01 ~ 0.080.01 to 0.08 Blue LEDBlue LED 0 ~ 200 to 20 0.14 ~ 0.180.14 to 0.18 2020 20 ~ 24020 to 240 0.00 ~ 0.070.00 ~ 0.07 Yellow LEDYellow LED 0 ~ 200 to 20 0.15 ~ 0.170.15 to 0.17 2020 20 ~ 24020 to 240 0.01 ~ 0.080.01 to 0.08 Red LEDRed LED 0 ~ 100 to 10 0.230.23 1010 10 ~ 24010 to 240 0.02 ~ 0.120.02 to 0.12

상기 표 9는 인산 인의 파장별 정속흡수를 나타내었다. 이 결과를 토대로 정속흡수를 보인 시간을 인산 인 흡수실험을 위한 배양시간으로 선택하였다.Table 9 shows the constant speed absorption of each phosphorus phosphate. Based on these results, the time of constant absorption was selected as the incubation time for phosphate absorption experiment.

본 발명의 실험 실시예를 통해 T. suecicaT. tetrathele의 인산 인에서 정속흡수 시간을 구하였다. 그 결과, T. suecica는 모두 20분으로 나타났고, T. tetrathele는 형광램프와 적색파장에서 10분, 청색파장과 황색파장에서 20분을 보였다. 정속흡수 시간 내의 흡수속도는 T. suecica는 적색파장, T. tetrathele는 형광램프와 적색파장에서 높았다.In the experimental example of the present invention, the constant speed absorption time was determined in the phosphorus phosphate of T. suecica and T. tetrathele . As a result, all of T. suecica showed 20 minutes, and T. tetrathele showed 10 minutes in fluorescent and red wavelengths, and 20 minutes in blue and yellow wavelengths. Absorption rate within the constant absorption time was higher in T. suecica with red wavelength and T. tetrathele with fluorescent lamp and red wavelength.

상기 실험 실시예를 살펴보면, 정속흡수 시간 내에서 흡수속도는 앞선 장의 파장에 따른 생장속도의 결과와 일치하였는데, 생장속도가 빠른 파장에서 인산 인에 대한 흡수 또한 증가되는 것을 확인하였다. 이는 대량배양 시 빠른 속도의 생장과 영양염 흡수를 의미하는 것으로 단기간 내의 대량배양에 효율을 높여줄 수 있다.Looking at the experimental example, the absorption rate in the constant speed absorption time was consistent with the results of the growth rate according to the wavelength of the preceding field, it was confirmed that the absorption to the phosphorus phosphate also increased at a faster wavelength growth rate. This means rapid growth and absorption of nutrients in mass culture, which can increase efficiency in mass culture in a short period of time.

영양염의 농도에 따라 미세조류의 영양염 흡수속도는 차이가 있다. 일반적으로 광량의 증가에 따라 생장이 촉진되듯 영양염 농도의 증가에 따라 흡수속도가 증가한다. 그러나, 높은 광량은 광저해현상을 일으키듯이 고농도의 영양염 상태에서 오히려 흡수제한을 보이거나 일정 농도 이상에서는 흡수속도가 유사할 수 있다. The nutrient absorption rate of microalgae varies according to the concentration of nutrients. In general, the rate of absorption increases with the increase of nutrient concentration, as the growth is promoted by the increase of light quantity. However, as the high light quantity causes photoinhibition, the absorption limit may be rather high at a high concentration of nutrients or the absorption rate may be similar at a certain concentration or higher.

또한 미세조류에 대한 영양염 흡수속도를 파악하여야 미세조류 배양 시 요구되는 영양염 조건을 알 수 있다. 이는 배양을 위한 영양염 첨가를 최소화 할 수 있어 대량배양 비용을 절감할 수 있다. In addition, the nutrient absorption rate for the microalgae should be understood to know the nutrient conditions required for microalgae culture. This can minimize the addition of nutrients for cultivation, thereby reducing the cost of mass culture.

따라서 하기 실험 실시예에서는 영양염 흡수능력을 알기 위해 암모니아 질소와 인산 인을 이용하여 T. suecica T. tetrathele의 파장별 흡수속도를 파악하였다. 배양시간은 상기 실험실시예에서 정속흡수를 보였던 시간으로 설정하였다. Therefore, in the following experimental example, the absorption rate of the T. suecica and T. tetrathele was measured by using ammonia nitrogen and phosphorus phosphate to determine the nutrient absorption capacity. Incubation time was set to the time when the constant absorption was shown in the laboratory example.

도 12는 미세조류의 암모니아 질소 흡수과정을 나타낸다. 미세조류는 질소원 중 암모니아 질소를 소비한 후, 질산 질소를 소비한다는 ‘preference’기작을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 ‘preference’기작은 질산성 질소에 비해 암모니아 질소가 에너지 측면에서 이용이 유리하기 때문으로 미세조류는 암모늄 이온 형태의 질소원을 체내에서 이용할 수 있다. 질산 질소 이용을 위해서는 두 단계의 효소반응을 통한 환원과정을 겪으면서 많은 에너지가 요구되어 미세조류는 암모니아 질소를 질소원으로 더 선호한다. 12 shows the ammonia nitrogen absorption process of the microalgae. Microalgae are known to have a "preference" mechanism that consumes ammonia nitrogen from a nitrogen source and then consumes nitrogen nitrate. Since this 'preference' mechanism is advantageous in terms of energy use compared to nitrate nitrogen, microalgae can use a source of nitrogen in the form of ammonium ion in the body. The use of nitrogen nitrate requires a lot of energy while undergoing a reduction process through two stages of enzymatic reactions, so microalgae prefer ammonia nitrogen as the nitrogen source.

따라서 하기 실험 실시예는 질산성 질소 대신 암모니아 질소로 질소원 흡수능력을 파악하였다. 농도 구간의 경우 1, 5, 10, 20, 50, 70, 100 μM의 7단계로 조제된 L1배지에 질소와 인이 고갈된 세포액(약 1× 104cells/mL)을 각각 접종하였다.Therefore, the following experimental example was determined to absorb the nitrogen source with ammonia nitrogen instead of nitrate nitrogen. In the concentration section, nitrogen and phosphorus depleted cell solution (about 1 × 10 4 cells / mL) was inoculated into L1 medium prepared in 7 steps of 1, 5, 10, 20, 50, 70, and 100 μM, respectively.

Michaelis-Menten식에서 도출된 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 pmax(최대흡수속도), Ks(반포화상수)P max (maximum absorption rate) and Ks (half saturation constant) for the wavelengths of T. suecica and T. tetrathele derived from Michaelis-Menten equation SpeciesSpecies WavelengthWavelength Ks (μM)Ks (μM) pmax
(pmol/cell/hr)
p max
(pmol / cell / hr)
T. suecicaT. suecica Fluorescent lampFluorescent lamp 11.511.5 5.655.65 Blue LEDBlue LED 16.616.6 5.785.78 Yellow LEDYellow LED 15.515.5 5.155.15 Red LEDRed LED 9.439.43 6.356.35 T. tetratheleT. tetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp 26.126.1 9.889.88 Blue LEDBlue LED 26.326.3 6.466.46 Yellow LEDYellow LED 32.232.2 5.715.71 Red LEDRed LED 21.221.2 9.859.85

상기 표 10은 Michaelis-Menten식에서 도출된 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 pmax(최대흡수속도), Ks(반포화상수)를 나타낸 것이다. pmax의 경우 적색파장에서 가장 높았으며, 청색파장, 형광램프, 황색파장 순으로 나타났다. 도 13은 질소원이 고갈된 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액 중 암모니아 질소의 농도변화를 나타낸다. Table 10 shows p max (maximum absorption rate) and Ks ( half saturation constant) for each wavelength of T. suecica and T. tetrathele derived from the Michaelis-Menten equation. The p max was the highest in the red wavelength, followed by the blue, fluorescent and yellow wavelengths. Figure 13 shows the concentration change of ammonia nitrogen in the culture medium according to the wavelength of T. suecica and T. tetrathele depleted nitrogen source.

도 13의 (a)는 질소원이 고갈된 T. suecica의 파장별 시간에 따른 배양액 중 암모니아 질소의 농도변화이다. 그 결과 모든 파장에서 암모니아 질소 농도가 50 μM까지 증가함에 따라 흡수속도 역시 증가하였으며, 그 이상의 농도에서는 유사한 경향을 보였다. Figure 13 (a) is the concentration change of ammonia nitrogen in the culture medium according to the time of wavelength of T. suecica depleted nitrogen source. As a result, the absorption rate also increased as the ammonia nitrogen concentration increased to 50 μM at all wavelengths.

표 10의 Michaelis-Menten식에서 도출된 T. suecica의 파장별 pmax(최대흡수속도), Ks(반포화상수)를 살펴보면, Ks의 경우 영양염에 대한 친화성의 척도로, 낮은 값을 보일수록 저농도의 영양염 조건에서 생장에 유리한 특성을 보인다. Ks는 적색파장이 다른 파장의 평균보다 약 1.5배 낮았고, 나머지 파장에서는 11.5 ~ 15.5 μM(평균 14.5 ±2.68 μM)의 범위로 나타났다. Looking at p max (maximum absorption rate) and Ks ( half saturation constant) of T. suecica derived from Michaelis-Menten equation of Table 10, Ks is a measure of affinity for nutrients. It shows favorable characteristics for growth under nutrient condition. Ks had a red wavelength of about 1.5 times lower than the average of the other wavelengths, and the other wavelengths ranged from 11.5 to 15.5 μM (average 14.5 ± 2.68 μM).

도 13의 (b)는 질소원이 고갈된 T. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액 중 암모니아 질소의 농도변화이다. 그 결과 모든 파장에서 암모니아 질소 농도가 70 μM까지 증가함에 따라 흡수속도 역시 증가하였으며, 그 이상의 농도에서는 유사한 경향을 보였다. Figure 13 (b) is a change in the concentration of ammonia nitrogen in the culture medium according to the time of wavelength of T. tetrathele depleted nitrogen source. As a result, the absorption rate also increased as the ammonia nitrogen concentration increased to 70 μM at all wavelengths, and showed a similar tendency at higher concentrations.

표 10의 Michaelis-Menten식에서 도출된 T. tetrathele의 파장별 pmax(최대흡수속도), Ks(반포화상수)를 살펴보면, 최대흡수속도를 나타내는 pmax의 경우 형광램프와 적색파장에서 가장 높았으며, 청색파장, 황색파장 순으로 나타났다. 제한 영양염에 대한 친화성 지수인 Ks는 적색파장, 형광램프, 청색파장, 황색파장 순으로 낮게 나타났다. Table 10 of the Michaelis-Menten equation derived T. tetrathele the wavelengths of p max (maximum absorption rate), Ks Referring to (half picture number), in the case of p max indicates the maximum absorption rate was highest in the fluorescent lamp and the red wavelength , Blue wavelength, yellow wavelength. Ks, the affinity index for limiting nutrients, was lower in order of red wavelength, fluorescent lamp, blue wavelength, and yellow wavelength.

두 실험종을 비교하였을 때, pmaxT. suecica에서 평균 5.73 ±0.49 pmol/cell/hr , T. tetrathele에서 평균 7.98 ±2.20 pmol/cell/hr으로 나타나, T. tetrathele가 약 1.4배 높았다. Ks의 경우, T. suecica에서 평균 13.3 ±3.36 μM, T. tetrathele에서 평균 26.5 ±4.50 μM으로 나타나, T. tetrathele가 약 2.0배 높았다.When comparing the two kinds of experiments, p max is shown as the average 5.73 ± 0.49 pmol / cell / hr , T. tetrathele average of 7.98 ± 2.20 pmol / cell / hr in T. suecica, was about 1.4 times the T. tetrathele. For Ks, show an average 13.3 ± 3.36 μM, T. average in tetrathele 26.5 ± 4.50 μM at T. suecica, T. tetrathele is about 2.0 times higher.

본 실험 실시예에 따른 결과, T. suecica T. tetrathele는 생장이 빨랐던 적색파장에서 암모니아 질소의 흡수속도 또한 높았다. 따라서 Tetraselmis 속은 적색파장에서 대량배양을 하면 빠른 영양염 흡수와 함께 생장촉진이 효과가 있는 것으로 사료된다.As a result of this experiment, T. suecica and T. tetrathele also had high absorption rate of ammonia nitrogen in red wavelengths which grew rapidly. Thus Tetraselmis The genus is thought to be effective in promoting nutrient absorption and growth growth when mass culture in red wavelength.

Michaelis - Menten식에서 도출된 T. suecica과 T. tetrathele의 파장별 pmax, KsP max , Ks by wavelength of T. suecica and T. tetrathele derived from Michaelis - Menten equation SpeciesSpecies WavelengthWavelength Ks (μM)Ks (μM) pmax
(pmol/cell/hr)
p max
(pmol / cell / hr)
T. T. suecicasuecica Fluorescent lampFluorescent lamp 0.890.89 0.280.28 Blue LEDBlue LED 0.940.94 0.220.22 Yellow LEDYellow LED 1.271.27 0.180.18 Red LEDRed LED 0.980.98 0.290.29 T. T. tetratheletetrathele Fluorescent lampFluorescent lamp 1.001.00 0.300.30 Blue LEDBlue LED 1.151.15 0.230.23 Yellow LEDYellow LED 1.111.11 0.110.11 Red LEDRed LED 1.071.07 0.330.33

수중에서 인은 용존태 무기인, 용존태 유기인, 부유 입자성 유기인으로 구분된다. 미세조류는 질소원을 여러 가지 형태를 이용하지만, 인의 경우에는 인산 인의 형태로만 흡수한다. 수중에 인산 인의 농도가 충분하다면 미세조류는 이를 흡수하여(luxury consumption) 다인산 화합물로 세포 내에 저장하여 이용하게 된다. In water, phosphorus is divided into dissolved inorganic, dissolved organic phosphorus and suspended particulate organic phosphorus. Microalgae use a variety of nitrogen sources, but in the case of phosphorus it only absorbs phosphorus. If the concentration of phosphorus phosphate in the water is sufficient, the microalgae are absorbed (luxury consumption) and stored and used in the cell as a polyphosphate compound.

따라서 본 실험 실시예에서 인원에 대한 흡수속도 실험을 위해 인산 인을 선택하였다. 농도 구간의 경우 0.1, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 10, 20 μM의 7단계로 조제된 L1배지에 질소와 인이 고갈된 세포액(약 1× 104cells/mL)을 각각 접종하였다. Therefore, phosphoric phosphate was selected for the absorption rate experiment for the personnel in this experimental example. In the concentration section, nitrogen and phosphorus depleted cell solution (about 1 × 10 4 cells / mL) were inoculated into L1 medium prepared in seven steps of 0.1, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 10, and 20 μM, respectively.

상기 표 11은 Michaelis-Menten식에서 도출된 T. suecica과 T. tetrathele의 파장별 pmax, Ks를 나타낸 것이다. 도 14는 인원이 고갈된 T. suecica와 T. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액 중 인산 인의 농도변화를 나타낸다. Table 11 shows p max and Ks of wavelengths of T. suecica and T. tetrathele derived from Michaelis-Menten equation. Figure 14 shows the change in the concentration of phosphorus phosphate in the culture medium according to the wavelength of T. suecica and T. tetrathele depleted by personnel.

도 14의 (a)는 인원이 고갈된 T. suecica의 파장별 시간에 따른 배양액 중 인산 인의 농도변화이다. 그 결과 모든 파장에서 인산 인 농도가 5 μM까지 증가함에 따라 흡수속도 역시 증가하였으며, 그 이상의 농도에서는 유사한 경향을 보였다. Figure 14 (a) is the concentration change of phosphorus phosphate in the culture medium according to the time of wavelength of T. suecica depleted by personnel. As a result, the absorption rate also increased as phosphorus phosphate concentration increased up to 5 μM at all wavelengths.

표 11의 Michaelis-Menten식에서 도출된 T. suecica의 파장별 pmax, Ks를 살펴보면, 최대흡수속도를 나타내는 pmax의 경우 적색파장에서 가장 높았으며, 형광램프, 청색파장, 황색파장 순으로 나타났다. Ks의 경우 황색파장에서 1.27 μM로 가장 높았고, 나머지 파장에서는 0.89 ~ 0.98 μM(평균 0.94 ±0.05 μM)로 나타났다.Table 11 of the Michaelis-Menten equation deriving the T. suecica wavelengths of p max, referring to Ks, for p max indicates the maximum absorption rate was the highest at red wavelength, appeared as a fluorescent lamp, a blue wavelength and yellow wavelength order. Ks was the highest at 1.27 μM in yellow wavelength and 0.89∼ 0.98 μM (average 0.94 ± 0.05 μM) at the remaining wavelength.

도 14의 (b)는 인원이 고갈된 T. tetrathele의 파장별 시간에 따른 배양액 중 인산 인의 농도변화이다. 그 결과 모든 파장에서 인산 인 농도가 5 μM까지 증가함에 따라 흡수속도 역시 증가하였으며, 그 이상의 농도에서는 유사한 경향을 보였다. Figure 14 (b) is a change in the concentration of phosphorus phosphate in the culture medium according to the wavelength of the depleted T. tetrathele time. As a result, the absorption rate also increased as phosphorus phosphate concentration increased up to 5 μM at all wavelengths.

표 11의 Michaelis-Menten식에서 도출된 T. tetrathele의 파장별 pmax, Ks를 살펴보면, 최대흡수속도를 나타내는 p max의 경우 적색파장에서 가장 높았으며, 형광램프, 청색파장, 황색파장 순으로 나타났다. Table 11 of the Michaelis-Menten equation derived T. tetrathele the wavelengths of p max, referring to Ks, for p max indicates the maximum absorption rate was the highest at red wavelength, appeared as a fluorescent lamp, a blue wavelength and yellow wavelength order.

제한 영양염에 대한 친화성 지수인 Ks는 형광램프, 적색파장, 황색파장, 청색파장 순으로 낮게 나타났다. 두 실험 종을 비교하였을 때, pmaxT. suecica에서 평균 0.24 ±0.05 pmol/cell/hr, T. tetrathele에서 평균 0.24 ±0.10 pmol/cell/hr으로 나타났고, Ks는 T. suecica에서 평균 1.02 ±0.17 μM, T. tetrathele에서 평균 1.08 ±0.06 μM으로 나타나, 두 종이 유사하였다.Ks, the affinity index for limiting nutrients, was lower in order of fluorescent lamp, red wavelength, yellow wavelength, and blue wavelength. When comparing the two kinds of experiments, p max is showed on average 0.24 ± 0.05 pmol / cell / hr , average 0.24 ± 0.10 pmol / cell / hr in T. tetrathele in T. suecica, Ks average at 1.02 T. suecica The average of 1.08 ± 0.06 μM in ± 0.17 μM and T. tetrathele showed similar results.

본 실험 실시예의 결과, T. suecica T. tetrathele는 생장이 빨랐던 적색파장에서 인산 인의 흡수속도 또한 높은 것을 확인하였다. Tetraselmis 속의 pmax는 타 종과 비교하였을 때, Halampora venetaAchnanthes lanceolata보다 높았다. 또한 저서미세조류인 Navicula minimaNitzschia microcephala보다 인산 인에 대해 높은 친화성을 가진다. 따라서 Tetraselmis 속은 대량배양 시 낮은 인산 인 조건에도 생장을 잘 할 수 있을 것이라 사료된다.As a result of this experimental example, it was confirmed that T. suecica and T. tetrathele also had high absorption rate of phosphorus phosphate in red wavelengths which grew rapidly. P max in the genus Tetraselmis , compared to other species, Halampora veneta with Achnanthes It was higher than lanceolata . In addition, the benthic microalgae Navicula minima and Nitzschia It has a higher affinity for phosphate than microcephala . Thus Tetraselmis The genus is thought to be able to grow well even under low phosphate conditions in mass culture.

반포화상수 Ks는 미세조류 배양 시 필요한 영양염 농도를 제시해준다. 즉, Tetraselmis 속의 배양에는 형광램프를 기준으로 질소원 11.5 ~ 21.2 μM, 인원 0.89 ~ 1.00 μM이 요구된다. LED 파장에 따라 요구되는 영양염 농도가 다르기 때문에 이 역시 고려해주어야 한다. The half saturation constant Ks provides the nutrient concentrations required for microalgae cultivation. In other words, the culture of Tetraselmis genus requires 11.5 to 21.2 μM of nitrogen source and 0.89 to 1.00 μM of phosphorus based on fluorescent lamps. This needs to be taken into account as the required nutrient concentrations vary depending on the LED wavelength.

적색파장에서는 빠른 흡수속도와 요구되는 영양염 농도를 알 수 있는 Ks 값이 낮았지만, 황색파장에서 비교적 낮은 흡수속도와 높은 Ks 값을 보여 Tetraselmis 속의 대량배양 시 필요한 영양염을 파악이 가능한 것으로 사료된다.In the red wavelengths, Ks value for fast absorption rate and the required nutrient concentration was low, but the relatively low absorption rate and high Ks value in yellow wavelengths could be used to identify the nutrients needed for mass cultivation in Tetraselmis .

도 15는 본 발명으로부터 제안되는 발광다이오드의 광량과 파장을 이용한 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis tetrathele의 대량 배양방법을 나타낸다. 본원 발명의 결과로부터 담녹조강 Tetraselmis suecicaTetraselmis tetrathele의 효율적 대량배양을 위해서는 초기 배양으로 생장촉진을 위한 배양과 후기 배양으로 영양강화를 위한 배양이 단계별로 이루어져야 한다. 기존 연구에서는 광량에 따른 생장을 고려하지 않은 2단계 배양이 많이 제시되어 왔으나, 본 연구에서는 3단계 배양이 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 즉, 배양초기인 유도기에는 낮은 보상광량과 반포화광량을 보였던, 황색파장으로 조사하고, 대수생장기에는 생장촉진을 위해 적색파장을 사용하며, 이후 영양물질 강화를 위해서 황색파장을 조사해주어야 한다.Fig. 15 shows the Tetraselmis-tipped green steel Tetraselmis using the light quantity and wavelength of the light emitting diode proposed from the present invention. suecica and Tetraselmis The method of mass culturing tetrathele is shown. From the results of the present invention, green algae Tetraselmis suecica and Tetraselmis For the efficient mass cultivation of tetrathele , cultivation should be carried out step by step to promote growth as an initial culture and to enhance nutrition by a later culture. In the existing studies, two-stage cultures have been proposed that do not consider growth according to the amount of light, but in this study, three-stage cultures were found to be effective. That is, the induction phase, which is the early stage of cultivation, should be irradiated with yellow wavelength, which showed low compensation and semi-saturated intensity, and the red wavelength should be used to promote growth in algebraic growth period, and then the yellow wavelength should be irradiated to enhance nutritional substances.

최근 널리 여러 분야에서 활용중인 미세조류 중 대량배양이 용이한 Tetraselmis 속의 경제적이고 광 제어가 용이한 발광다이오드의 파장 및 광량 조절을 통해 단기간 고성장이 가능하여 산업발전에서 선행되는 대량배양이 가능함으로 미세조류와 관련한 산업상 이용가능성이 있다.Among the microalgae that are widely used in various fields, microalgae can be grown in a short period of time by controlling the wavelength and quantity of light-emitting diodes in the Tetraselmis, which are easy to mass-cultivate, and controlling light. There is industrial applicability in relation to this.

Claims (9)

미세조류 Tetraselmis tetrathele의 성장단계를 유도기, 대수생장기, 영양물질강화기로 구분하여 각 단계별로 발광다이오드의 파장을 변화시켜 조사하며,
상기 미세조류의 성장단계 중 유도기는 590 nm의 황색광 파장의 발광다이오드 광원을 조사하고, 대수생장기는 620nm 내지 680nm의 적색광 파장의 발광다이오드 광원을 조사하며, 영양물질강화기는 590 nm의 황색광 파장의 발광다이오드 광원을 조사하여 배양하며,
상기 대수생장기는 적색광 파장의 광원 조건에서 질소원을 21.2 μM, 인원을 1.07 μM 의 농도로 첨가하며;
상기 영양물질강화기는 황색광 파장의 광원 조건에서 질소원을 32.2 μM, 인원을 1.27 μM 의 농도로 첨가하여 배양하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드를 이용한 담녹조강 미세조류 Tetraselmis tetrathele의 대량 배양방법
The growth stages of the microalga Tetraselmis tetrathele are classified into induction stage, algebraic growth stage, and nutrient reinforcement, and the wavelengths of the light emitting diodes are changed at each stage.
During the growth phase of the microalgae, the inducer irradiates a light emitting diode light source having a wavelength of 590 nm yellow light, the logarithmic organ irradiates a light emitting diode light source having a red light wavelength of 620 nm to 680 nm, and the nutrient enhancer has a yellow light wavelength of 590 nm. Incubated by irradiating the light emitting diode light source of
The algebraic growth unit adds a nitrogen source at a concentration of 21.2 μM and a personnel of 1.07 μM under light source conditions of red light wavelength;
The nutritional substance enhancer is a large-scale cultivation method of Tetraselmis tetrathele of light green algae microorganisms using a light emitting diode, characterized in that the cultivation by adding a nitrogen source of 32.2 μM, personnel in a concentration of 1.27 μM under light source conditions of the yellow light wavelength.
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