KR102139352B1 - Nanocellulose based materials for C1 gas transmission efficiency and preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 도입된 셀룰로오스 나노입자를 포함하는 세포내 C1 가스 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액 및 그 제조방법에 관한 것으로, 셀룰로오스 나노입자를 사용하여 세포 독성이 없어 생체적합함과 동시에 물에 용해도가 낮은 가스를 수용액 중에서 효율적으로 사용할 수 있도록 하여, 생물전환 공정에서 미생물 균주를 통해 생물전환 생성물을 얻는 데에 유용하게 이용할 수 있다. The present invention is a dispersion of cellulose nanoparticles for intracellular C1 gas delivery, including cellulose nanoparticles in which one or more selected from the group consisting of fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex is introduced, and It relates to a method of manufacturing, by using cellulosic nanoparticles so that it is biocompatible and has low solubility in water so that it can be efficiently used in an aqueous solution. It can be useful for getting.

Description

C1 가스 전환 효율 향상을 위한 나노셀룰로오스 기반의 소재 및 그 제조 방법 {Nanocellulose based materials for C1 gas transmission efficiency and preparing the same}Nanocellulose based materials for C1 gas transmission efficiency and preparing the same}

본 발명은 C1 가스 전환 효율 향상을 위한 나노셀룰로오스 기반의 소재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanocellulose-based material for improving C1 gas conversion efficiency and a method for manufacturing the same.

세포막 (cell membrane)은 반투과성 지질 이중막으로서 세포내 구성요소 (intracellular components)와 세포 외부 환경 (extracellular environment)을 구분하는 물리적인 장벽으로 작용한다. 세포막은 선택적 투과성 (selective permeability)을 가지며, 특정한 물질에 대해 막을 통한 세포 내부 또는 외부로의 이동, 즉, 물질 전달 (mass transfer)의 여부와 정도를 조절할 수 있고, 세포 내부로 전달된 물질은 세포의 대사 과정에 이용될 수 있다.The cell membrane is a semi-permeable lipid bilayer that acts as a physical barrier separating intracellular components from the extracellular environment. The cell membrane has a selective permeability, and for a specific substance, it is possible to control the movement and the degree of mass transfer, inside or outside the cell through the membrane, and the substance transferred into the cell is a cell. Can be used for metabolic processes.

한편, 생물전환 또는 생물학적 전환 (bioconversion)은 생물의 생리적인 기능을 이용하여 생물에 전달된 물질 또는 인위적으로 첨가한 물질을 화학적으로 변형시켜 원하는 생성물을 수득하는 과정을 의미하는데, 최근에는 일산화탄소 (CO)와 같은 물질을 이용하여 에탄올과 같은 바이오 에너지원을 생산하는 미생물들이 바이오매스 (biomass)로서 주목받고 있다. 특히, 일산화탄소, 이산화탄소 (CO2) 및 메탄 (CH4)과 같이 종래 기술적인 한계로 인해 단순 연소를 통해 에너지를 얻는 데에 그쳤던 C1 가스를 미생물을 통해 바이오 에너지를 수득하기 위한 방안에 관한 많은 연구가 이루어지고 있다.On the other hand, bioconversion or bioconversion (bioconversion) refers to the process of obtaining a desired product by chemically modifying a substance or an artificially added substance transferred to a creature using the biological physiological function. Recently, carbon monoxide (CO Microorganisms that produce bioenergy sources such as ethanol using materials such as) are attracting attention as biomass. In particular, many studies on methods for obtaining bioenergy through microorganisms using C1 gas, which was only used to obtain energy through simple combustion due to prior technical limitations such as carbon monoxide, carbon dioxide (CO 2 ), and methane (CH 4 ) Is being made.

C1 가스를 이용하는 생물전환 공정의 경우, 저온 및 저압의 공정 조건에서 투입 가스의 조성 및 외부 불순물의 영향을 거의 받지 않으며 생성물의 선택도가 높다는 장점이 있지만, 반응속도가 매우 느리고, C1 가스의 용해도가 매우 낮기 때문에 (일산화탄소의 경우 20 내지 25 mg/L, 메탄의 경우 15 내지 20 mg/L), 우수한 생물전환 균주나 촉매가 있더라도, 산업적 적용을 위해 요구되는 생산성을 달성할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 미국 Arkansas 대학의 Gaddy 교수팀은 일산화탄소를 이용하여 에탄올 및 아세트산을 제조하는 미생물인 C. ljungdahlii의 탄소 소모속도 (0.22 gcarbon/gcell/h)가, 바이오에탄올을 생산하는 S. cerecisiae의 탄소 소모속도 (0.27 gcarbon/gcell/h)와 비교하여 크게 떨어지지 않는 것을 보고하는 등 생산성 문제를 해결하기 위해서는 생물전환 반응기 내에서 C1 가스의 물질 전달 효율이 중요한 요소이며 이를 향상시킬 필요성이 있음이 지적되었다. 이외에도, 생산성 달성을 위해 세포 재순환, 막 반응기 등 다양한 고농도 세포배양 방법이 보고되고 있으나, 물질 전달 기술이 미비한 이상, 세포 활성의 완벽한 발휘가 어려운 것으로 평가되고 있다. 이러한 맥락에서 현재 이 기술분야에서 물질 전달, 특히 기체-액체 시스템에서의 물질 전달 효율을 향상시키기 위한 방안으로 (1) 미세 기포의 안정적 생성, (2) 기체 및 액체의 유속 증가, (3) 용매 사용이나 고압에 의한 기체 용해도 증가, (4) kLa 향상에 의한 기/액 물질 전달 속도 증가가 제시되고 있으며, 이에 관련된 기술이 연구되고 있다. In the case of a bioconversion process using a C1 gas, there is an advantage in that the composition of the input gas and the external impurities are hardly affected at low and low pressure process conditions, and the product selectivity is high, but the reaction rate is very slow and the solubility of the C1 gas Since it is very low (20 to 25 mg/L for carbon monoxide and 15 to 20 mg/L for methane), even with excellent bioconversion strains or catalysts, there was a problem that the productivity required for industrial application cannot be achieved. . In addition, Gaddy's team of American University of Arkansas microbial consumption rate of carbon C. (0.22 g carbon / g cell / h) of ljungdahlii using a carbon monoxide to manufacture ethanol and acetic acid, S. cerecisiae to produce bioethanol The mass transfer efficiency of C1 gas in the bioconversion reactor is an important factor and needs to be improved to solve productivity problems, such as reporting that it does not drop significantly compared to the carbon consumption rate (0.27 g carbon /g cell /h). It was pointed out. In addition, various high concentration cell culture methods such as cell recycling and membrane reactors have been reported in order to achieve productivity, but it is evaluated that it is difficult to fully exhibit cell activity, unless the mass transfer technology is insufficient. In this context, as a way to improve the mass transfer efficiency in the present technology, especially in gas-liquid systems, (1) stable generation of microbubbles, (2) increased flow rate of gas and liquid, (3) solvent An increase in gas solubility due to use or high pressure, and an increase in gas/liquid mass transfer rate due to (4) k L a improvement, and related technologies have been studied.

최근에는 나노입자를 도입한 나노유체 (nanofluid)를 이용하여 (3) 용해도 및 (4) 기/액 시스템에서의 물질전달계수를 향상시키고자 하는 연구가 진행되고 있다. 나노유체란 나노미터 크기의 입자를 포함하는 유체로, 통상적으로 직경이 100nm 보다 작거나 비슷한 수준의 나노입자들이 유체에 안정적으로 분산된 분산액을 의미한다. 나노유체는 1995년 처음 보고된 이래로 주로 열전달 효율의 향상과 관련된 이론적 해석을 중심으로 이루어져 왔고, 최근 물질 전달 확산 계수의 증가 효과도 기대할 수 있음이 보고되고 있다. 아직까지 실험적으로 도달하지는 못하였지만, 실험에 기초한 이론적 예측에 의하면 나노유체를 이용할 경우 확산 계수가 나노입자를 사용하지 않는 경우에 비해 10배 수준까지 증가할 수 있음이 보고되었다. 그러나, 종래 나노유체를 이용한 물질 전달 효율 향상 연구는 대부분 무기물 기반의 산화물, 질화물 및 카바이드 세라믹스, 금속 및 금속산화물, 및 카본 나노튜브 기반 나노입자를 활용하여, 산소, 암모니아, 이산화탄소의 물질 전달 효율 향상 연구가 주를 이루어 왔고, 이러한 나노입자는 대부분 미생물의 세포 내부로 유입하여 세포 독성을 유발하는 것으로 알려져 있어, 실제로 나노유체를 C1 가스 생물전환 공정에 적용하여 물질 전달 효율을 향상시킨 결과는 매우 드물게 보고되고 있다.Recently, studies have been conducted to improve the (3) solubility and (4) the mass transfer coefficient in the gas/liquid system using nanofluids incorporating nanoparticles. A nanofluid is a fluid containing nanometer-sized particles, and generally refers to a dispersion in which nanoparticles having a diameter smaller than or equal to 100 nm are stably dispersed in a fluid. Since the nanofluid was first reported in 1995, it has been mainly focused on the theoretical analysis related to the improvement of the heat transfer efficiency, and recently it has been reported that the increase effect of the mass transfer diffusion coefficient can be expected. Although it has not been reached experimentally yet, the theoretical prediction based on the experiment has reported that the diffusion coefficient can be increased up to 10 times compared to the case where nanoparticles are not used. However, conventional researches on improving the mass transfer efficiency using nanofluids mostly improve the mass transfer efficiency of oxygen, ammonia, and carbon dioxide by utilizing inorganic-based oxide, nitride and carbide ceramics, metal and metal oxide, and carbon nanotube-based nanoparticles. Research has been focused on, and these nanoparticles are known to induce cytotoxicity by mostly flowing into the cells of microorganisms. In practice, the results of improving the mass transfer efficiency by applying nanofluid to the C1 gas bioconversion process are very rare. Is being reported.

한편, C1 가스 생물전환 공정의 물질 전달 측면에서 세포 내로의 C1 가스 유입을 고려하면, 기/액 계면 및 액상에서의 물질 전달 장벽 뿐만 아니라, 세포 표면에서 형성되는 액/고 계면에서의 물질 전달 장벽이 또한 존재한다. 일산화탄소와 메탄과 같은 C1 가스는 세포 표면에서 단순 확산에 의해 세포 내부로 유입되므로, 균주의 종류에 따라 다양한 형태의 세포막이 세포 외부에서 내부로 C1 가스가 유입되는 것을 억제할 것으로 판단된다. C1 가스를 소모하는 균주들은 그램음성/양성 박테리아 및 고세균에 걸쳐 존재하며, 이러한 미생물의 세포막에 영향을 주어 세포를 파쇄하는 유기물질들은 액상에 용해되어 있는 항박테리아 펩타이드, 몇몇 지방산 등으로 알려져 있다. 하지만, 통상적으로 나노유체의 의한 물질 전달 효율 향상은 1) 나노유체에 의한 기포 크기 감소, 2) 나노유체에 의한 기/액 계면의 두께 감소, 3) 나노유체를 구성하는 나노입자 표면에서 C1 가스 흡착/탈착에 의한 운반 효과, 4) 나노입자의 추가적인 대류 확산에 의한 액상에서의 물질 전달로 기대되므로, 세포 표면에서의 액/고 계면에서의 물질전달 장벽을 해소할 전략이 추가적으로 필요한 상황이다.On the other hand, considering the C1 gas inflow into the cell in terms of mass transfer of the C1 gas bioconversion process, not only the gas/liquid interface and the liquid transport barrier at the liquid phase, but also the mass transfer barrier at the liquid/high interface formed at the cell surface This also exists. Since C1 gas such as carbon monoxide and methane flows into the cell by simple diffusion from the cell surface, it is judged that various types of cell membranes will inhibit C1 gas from entering the cell to the inside depending on the type of strain. Strains that consume C1 gas exist across gram-negative/positive bacteria and archaea, and organic substances that disrupt cells by affecting the cell membrane of these microorganisms are known as antibacterial peptides and some fatty acids dissolved in the liquid phase. However, in general, the improvement of mass transfer efficiency by nanofluids is 1) reduction in bubble size by nanofluids, 2) reduction in thickness of gas/liquid interface by nanofluids, 3) C1 gas on the surface of nanoparticles constituting nanofluid Transport effect by adsorption/desorption, 4) Since it is expected to transfer mass in the liquid phase by additional convective diffusion of nanoparticles, a strategy is needed to overcome the mass transfer barrier at the liquid/high interface at the cell surface.

이처럼, C1 가스 전환 공정에 활용되는 미생물 균주에 세포 독성을 유발하지 않으면서, 액/고 계면의 물질 전달 장벽을 극복하여 C1 가스 생물전환 공정에서 물질 전달 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 수단에 관한 필요성이 절실한 실정이다.As such, there is a need for a new means to improve the mass transfer efficiency in the C1 gas bioconversion process by overcoming the mass transfer barrier at the liquid/high interface without causing cytotoxicity to the microbial strain utilized in the C1 gas conversion process. This is a desperate situation.

미국 특허공개공보 제5,173,429호U.S. Patent Publication No. 5,173,429

L. Saeednia et al., Trans. Phenom. Nano Micro Scales, 3(1), pp 46-53, 2015.L. Saeednia et al., Trans. Phenom. Nano Micro Scales, 3(1), pp 46-53, 2015.

본 발명의 목적은 세포에 친화적인 셀룰로오스 나노입자 기반의 분산액을 제조하여, 통상적으로 알려진 나노유체의 세포 독성 문제를 해결하면서 세포내 C1 가스 전달에 활용하는 수단을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a cell-friendly cellulosic nanoparticle-based dispersion, which provides a means to utilize C1 gas delivery in cells while solving the commonly known cytotoxicity of nanofluids.

또한, 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention.

또한, 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포함하여, 액상 배지 내에서 C1 가스의 전달 효율과 미생물 균주의 가스 업테이크 효율을 향상시킬 수 있는 미생물 배양 배지를 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a microbial culture medium that can improve the delivery efficiency of C1 gas and gas uptake efficiency of a microbial strain in a liquid medium, including the cellulose nanoparticle dispersion according to the present invention.

또한, 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포함하는 미생물 배양 배지에서 미생물을 배양하는 단계를 포함하는 미생물의 배양 방법을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a method for culturing microorganisms comprising culturing microorganisms in a microorganism culture medium containing a dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention.

본 발명자들은 종래 나노유체가 무기물 또는 금속 기반을 기반으로 하여 세포독성이 있었던 문제를 해결하기 위해 셀룰로오스 나노입자를 이용하고, 셀룰로오스 나노입자의 표면을 화학적으로 처리하여 분산액을 제조하는 경우 세포내 C1 가스 전달 효율을 향상시킬 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The present inventors use cellulosic nanoparticles to solve the problem that the conventional nanofluids have cytotoxicity based on inorganic or metal-based, and chemically treat the surface of the cellulosic nanoparticles to prepare a dispersion, intracellular C1 gas The present invention was completed by confirming that the delivery efficiency can be improved.

따라서, 본 발명은 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 도입된 셀룰로오스 나노입자를 포함하는 세포내 C1 가스 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액을 제공한다.Therefore, the present invention is a cellulosic nanoparticle for intracellular C1 gas delivery, including cellulose nanoparticles in which one or more selected from the group consisting of fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex is introduced. Provide a dispersion.

또한, 본 발명은 (1) 셀룰로오스에 산을 첨가하여 셀룰로오스 나노입자를 제조하는 단계, 및 (2) 셀룰로오스 나노입자에 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 첨가하는 단계를 포함하는 세포내 C1 가스 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises (1) a step of preparing cellulose nanoparticles by adding an acid to cellulose, and (2) fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex on cellulose nanoparticles. It provides a method for producing a dispersion of cellulose nanoparticles for intracellular C1 gas delivery, comprising adding one or more selected from the group consisting of.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포함하는 미생물 배양 배지를 제공한다.In addition, the present invention provides a microorganism culture medium comprising a dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention.

또한, 본 발명은 (1) 본 발명에 따른 미생물 배양 배지에 미생물을 접종하는 단계, (2) 배지의 온도를 20 내지 80℃로 조절하는 단계, 및 (3) 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스를 배지에 공급하는 단계를 포함하는 미생물의 배양 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a group consisting of (1) inoculating microorganisms in the microorganism culture medium according to the present invention, (2) adjusting the temperature of the medium to 20 to 80° C., and (3) carbon monoxide, carbon dioxide and methane. It provides a method for culturing microorganisms comprising the step of supplying one or more gases selected from the medium.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액은 세포 독성이 없어 생체 적합성이 우수하다.The dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention is excellent in biocompatibility since there is no cytotoxicity.

또한, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포함하는 미생물 배양 배지는 종래 나노유체를 이용하는 경우에 비해 물에 대한 용해도가 낮은 가스를 수용액 중에서 효율적으로 사용할 수 있도록 하여, 생물전환 공정에서 미생물 균주가 나노입자의 세포독성 문제를 극복함과 동시에 액상 배지 내에서 C1 가스의 물질 전달 효율과 미생물 균주의 C1 가스 업테이크 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the microbial culture medium containing the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention allows the gas having low solubility in water to be used efficiently in an aqueous solution compared to the case of using a conventional nanofluid, so that the microbial strains in the bioconversion process are nano While overcoming the cytotoxicity problem of the particles, it is possible to improve the mass transfer efficiency of the C1 gas in the liquid medium and the C1 gas uptake efficiency of the microorganism strain.

도 1은 실시예 1에 따라 셀룰로오스 슬러리 제조를 통해 셀룰로오스 나노입자를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2에 따라 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 나노입자의 표면에 지방산으로 올레산을 도입하는 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 3에 따라 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 나노입자의 표면에 아세트산무수물을 도입하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 4에 따라 실시예 1에서 제조된 세룰로오스 나노입자의 표면에 타닌-철, 휴믹산-철 복합체, 또는 갈산-철 복합체를 도입한 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 실험예 1에 따라 실시예 4에서 제조한 타닌-철이 도입된 셀룰로오스 나노입자의 분산액을 이용하여 써모코쿠스 온누리누스 NA1（Thermococus onnurineus NA1）을 배양하였을 때의 세포 성장률을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실험예 2에 따라 실시예 4에서 제조한 타닌-철이 도입된 셀룰로오스 나노입자의 분산액을 이용하여 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)를 배양하였을 때 포름산염 (fromate)의 생산량 변화를 나타낸 그래프이다.1 shows a process for producing cellulose nanoparticles through the production of a cellulose slurry according to Example 1.
Figure 2 shows the process of introducing oleic acid as a fatty acid on the surface of the cellulose nanoparticles prepared in Example 1 according to Example 2.
Figure 3 shows the process of introducing acetic anhydride to the surface of the cellulose nanoparticles prepared in Example 1 according to Example 3.
4 is a schematic diagram showing a state in which a tannin-iron, a humic acid-iron complex, or a gallic acid-iron complex is introduced on the surface of the cellulose nanoparticles prepared in Example 1 according to Example 4.
FIG. 5 is a graph showing the cell growth rate when culturing Thermococus onnurineus NA1 by using the dispersion of cellulose nanoparticles with tannin-iron prepared in Example 4 according to Experimental Example 1.
FIG. 6 is a graph showing the change in the production of formate when culturing Acetobacterium woodii using a dispersion of cellulose nanoparticles with tannin-iron prepared in Example 4 according to Experimental Example 2. to be.

본 발명은 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 도입된 셀룰로오스 나노입자를 포함하는 세포내 C1 가스 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액에 관한 것이다.The present invention is a cellulosic nanoparticle dispersion for intracellular C1 gas delivery, comprising cellulose nanoparticles in which one or more selected from the group consisting of fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex is introduced. It is about.

본 발명에 있어서 “나노유체 (nanofluid)”는 나노미터 크기의 입자를 포함하는 유체를 총칭하는 것이며, “나노입자 분산액”은 나노미터 크기의 입자의 수계 분산액 또는 유기 용매 분산액을 의미한다.In the present invention, “nanofluid” refers to a fluid including nanometer-sized particles, and “nanofluid dispersion” refers to an aqueous dispersion or an organic solvent dispersion of nanometer-sized particles.

본 발명에 있어서, “물질 전달 (mass transfer)”은 하나의 물질의 일부 또는 전부가 다른 물질로 이동하는 것과, 두 가지 이상의 물질의 일부 또는 전부가 동일한 방향으로 또는 서로 다른 물질로 이동하는 것을 포함하는 개념이고, “세포내 물질 전달”은 세포의 지질 이중막을 통해 하나 이상의 물질의 일부 또는 전부가 이동하는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 세포내 C1 가스의 전달은 세포의 지질 이중막을 통해 C1 가스가 이동하는 것을 의미한다.In the present invention, “mass transfer” includes moving some or all of one substance to another substance, and moving some or all of two or more substances in the same direction or different substances. The term “intracellular mass transfer” means that some or all of one or more substances migrate through the lipid bilayer of the cell. Therefore, in the present invention, the delivery of the intracellular C1 gas means that the C1 gas moves through the lipid bilayer of the cell.

본 발명에 따른 세포내 C1 가스 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액에서, C1 가스는 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 일산화탄소, 이산화탄소 또는 메탄은 세포 내에서 메탄올, 에탄올과 같은 알콜, 아세트산, 올레핀, 수소와 같은 생성물로 생물전환될 수 있고, 이를 수득하여 활용할 수 있다.In the cellulose nanoparticle dispersion for intracellular C1 gas delivery according to the present invention, the C1 gas may be at least one selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide and methane. Carbon monoxide, carbon dioxide, or methane can be bioconverted in a cell to products such as methanol, ethanol, acetic acid, olefin, and hydrogen, and obtained and utilized.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서, 셀룰로오스는 D-글루코스 단량체가 β-1,4 결합으로 무수히 결합하여 이루어진 것이고, 자연계에 가장 많이 존재하는 유기 섬유소로서 상용화하기에 용이하다는 장점이 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 셀룰로오스는 식물, 동물, 박테리아 등으로부터 유래된 천연 셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 또는 카복시메틸셀룰로오스일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 있어서 나노입자 분산액을 구성하는 나노입자로 셀룰로오스를 선택함으로써, 종래의 무기물, 금속 산화물 또는 질화물과 같은 나노입자를 사용하는 경우에 비해 세포 독성이 거의 없어 세포내 물질 전달에 활용하기에 적합할 수 있다.In the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention, cellulose is formed by infinitely bonding D-glucose monomers with β-1,4 bonds, and has the advantage of being easy to commercialize as the most existing organic fiber in nature. Cellulose that can be used in the present invention may be natural cellulose derived from plants, animals, bacteria, etc., regenerated cellulose, methylcellulose or carboxymethylcellulose, but is not limited thereto. In the present invention, by selecting cellulose as nanoparticles constituting the nanoparticle dispersion, there is little cytotoxicity compared to the case of using nanoparticles such as conventional inorganic materials, metal oxides, or nitrides, and is suitable for use in intracellular mass transfer. can do.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서, 셀룰로오스 나노입자는 실린더 형태일 수 있다. 이때 실린더의 직경은 0.1 내지 50nm일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 25nm일 수 있으며, 길이는 10 내지 1μm일 수 있고, 바람직하게는 40 내지 800nm일 수 있다. 셀룰로오스에 산을 첨가하여 해중합함으로써 실린더 형태의 나노입자를 대량 생산할 수 있으며, 실린더 형태는 길이 방향을 따라 넓은 표면적을 가짐으로써 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 도입하기에 유리할 수 있다.In the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention, cellulose nanoparticles may be in the form of a cylinder. At this time, the diameter of the cylinder may be 0.1 to 50 nm, preferably 1 to 25 nm, the length may be 10 to 1 μm, and preferably 40 to 800 nm. It is possible to mass-produce nanoparticles in the form of cylinders by depolymerization by adding acid to cellulose, and the cylinder form has a large surface area along the lengthwise direction, thereby forming fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex It may be advantageous to introduce one or more selected from the group consisting of.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서, 지방산은 미리스트올레산 (myristoleic acid), 팔미톨레산 (palmitoleic acid), 사피엔산 (sapienic acid), 올레산 (oleic acid), 엘라이드산 (elaidic acid), 박센산 (vaccenic acid), 리놀레산 (linoleic acid), 리노엘라이드산 (linoelaidic acid), α-리놀레산, 아라키돈산 (arachidonic acid), 에이코사펜타엔산 (eicosapentaenoic acid), 에루스산 (erucic acid), 도코사헥사엔산 (docosahexaenoic acid), 카프릴산 (caprylic acid), 라우르산 (lauric acid), 미리스트산 (myristic acid), 팔미트산 (plamitic acid), 스테아르산 (stearic acid), 아라키딕산 (arachidic acid), 베헨산 (behenic acid), 리그노세린산 (lignoceric acid), 세로트산 (cerotic acid) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있다. 상기와 같은 지방산은 항균성을 가질 수 있으며, 올레산 및 라우르산인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서 셀룰로오스 나노입자에 지방사을 도입하는 경우 지방산의 알킬기가 C1 가스의 흡착제 역할을 할 수 있어 세포내 물질 전달에 유리할 수 있다.In the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention, fatty acids include myristoleic acid, palmitoleic acid, sapienic acid, oleic acid, elaidic acid, and foil Vaccenic acid, linoleic acid, linoelaidic acid, α-linoleic acid, arachidonic acid, eicosapentaenoic acid, erucic acid, Docosahexaenoic acid, caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, araki One or more may be selected from the group consisting of aric acid, behenic acid, lignoceric acid, cerotic acid and derivatives thereof. The fatty acid as described above may have antimicrobial properties, and is preferably oleic acid and lauric acid. In the case of introducing fat yarn into the cellulose nanoparticles in the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention, the alkyl group of the fatty acid can serve as an adsorbent for the C1 gas, which can be advantageous for intracellular mass transfer.

본 발명에 있어서, “아세트산무수물 (acetic anhydride)”은 무수아세트산이라고도 불리며, 케텐과 아세트산의 반응으로 수득할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서 셀룰로오스 나노입자에 아세트산무수물을 도입하는 경우 아세트산 무수물의 메톡시기가 C1 가스의 흡착제 역할을 할 수 있어 세포내 물질 전달에 유리할 수 있다.In the present invention, "acetic anhydride" is also called acetic anhydride, and can be obtained by the reaction of ketene and acetic acid, but is not limited thereto. When introducing acetic anhydride into the cellulose nanoparticles in the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention, the methoxy group of acetic anhydride may serve as an adsorbent for C1 gas, which can be advantageous for intracellular mass transfer.

본 발명에 있어서, “타닌 (tannin)”은 식물에 의해 합성되는 폴리페놀의 일종으로서 그 분자량은 500 내지 20000일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 있어서, “갈산 (gallic acid)”은 타닌을 가수분해에서 얻어질수 있는 페놀카르복시산을 의미한다. 본 발명에 있어서, “휴믹산 (humic acid)”은 토양에서 유기물질의 침식 생성물로 형성되며, 보통 자연 환경의 토양, 물, 퇴적물, 석탄, 이탄 등에서 발견될 수 있는 천연 휴믹 물질 (natural humic substance)로부터 분리되는 것으로, 천연 휴믹 물질은 진한 색을 가진 3차원 구조의 무정형 복합물로, 금속과 무기물질을 킬레이트 할 수 있는 중합 페놀 물질을 포함한다. 천연 휴믹 물질은 산에 대한 용해도 차이를 이용하여 풀빅산 (fulvic acid)과 휴믹산으로 분리 가능하며, 휴믹산은 하이드록시기와 같은 다양한 작용기를 포함한다.In the present invention, "tannin (tannin)" is a kind of polyphenols synthesized by plants, the molecular weight may be 500 to 20000, but is not limited thereto. In the present invention, "gallic acid (gallic acid)" means a phenol carboxylic acid that can be obtained by hydrolysis of tannin. In the present invention, "humic acid (humic acid)" is formed as a erosion product of organic matter in the soil, natural humic substances (natural humic substance) that can be found in soil, water, sediment, coal, peat, etc. Separated from, the natural humic material is a three-dimensional structured amorphous complex having a dark color, and includes a polymerized phenolic material capable of chelating metals and inorganic materials. Natural humic substances can be separated into fulvic acid and humic acid using differences in solubility in acid, and humic acid contains various functional groups such as hydroxyl groups.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체는 타닌, 갈산 및 휴믹산이 각각 철 이온과 배위결합을 형성한 것일 수 있다. 여기서 철은 FeCl3, FeCl2, Fe(NO3)3, Fe(NO3)2, Fe2(SO4)3, FeSO4, 나노영가철 (nano zerovalent iron), Fe2O3 및 Fe3O4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로부터 유래된 것일 수 있고, 자성을 갖는 철 입자일 수 있다. 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서 셀룰로오스 나노입자에 철을 포함하는 복합체를 도입한 경우, 자석을 이용하여 나노입자 분산액으로부터 나노입자를 회수할 수 있다. 상기 복합체는 타닌, 갈산, 휴믹산 또는 이들의 혼합물과 상기와 같은 철 또는 철염이 300:1 내지 1:1의 중량 비율로 혼합되어 형성된 것일 수 있다. 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서 셀룰로오스 나노입자와 상기 복합체는 1:10 내지 1:1000 중량 비율로 존재할 수 있다. 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체의 헴 (heme) 구조에는 일산화탄소와 같은 C1 가스의 흡착률이 우수하므로 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액에서 셀룰로오스 나노입자에 상기 복합체를 도입하는 경우 C1 가스의 흡착제 역할을 할 수 있어 세포내 물질 전달에 유리할 수 있다.In the cellulose nanoparticle dispersion according to the present invention, the tannin-iron complex, gallic acid-iron complex, and humic acid-iron complex may have tannin, gallic acid, and humic acid, respectively, to form coordination bonds with iron ions. Where iron is FeCl 3 , FeCl 2 , Fe(NO 3 ) 3 , Fe(NO 3 ) 2 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , FeSO 4, nano zerovalent iron, Fe 2 O 3 and Fe 3 It may be derived from one or more selected from the group consisting of O 4 , and may be iron particles having magnetism. When the composite containing iron is introduced into the cellulose nanoparticles in the cellulose nanoparticle dispersion according to the present invention, nanoparticles can be recovered from the nanoparticle dispersion using a magnet. The complex may be formed by mixing tannin, gallic acid, humic acid or a mixture thereof and iron or iron salt as described above in a weight ratio of 300:1 to 1:1. In the cellulose nanoparticle dispersion according to the present invention, the cellulose nanoparticle and the complex may be present in a weight ratio of 1:10 to 1:1000. In the heme structure of the tannin-iron complex, the gallic acid-iron complex and the humic acid-iron complex, the adsorption rate of C1 gas such as carbon monoxide is excellent. In this case, it can serve as an adsorbent for C1 gas, which can be advantageous for intracellular mass transfer.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자의 분산액에서, 분산액에 포함된 셀룰로오스 나노입자 전체 중량을 기준으로 20 내지 100%에 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 도입될 수 있다. In the dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention, a group consisting of fatty acid, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex at 20 to 100% based on the total weight of cellulose nanoparticles contained in the dispersion One or more selected from can be introduced.

또한, 본 발명은 (1) 셀룰로오스에 산을 첨가하여 셀룰로오스 나노입자를 제조하는 단계, 및 (2) 셀룰로오스 나노입자에 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 첨가하는 단계를 포함하는 세포내 C1 가스 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention comprises (1) a step of preparing cellulose nanoparticles by adding an acid to cellulose, and (2) fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex on cellulose nanoparticles. It relates to a method for producing a dispersion of cellulose nanoparticles for intracellular C1 gas delivery, comprising adding one or more selected from the group consisting of.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법은 (1) 셀룰로오스에 산을 첨가하여 셀룰로오스 나노입자를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 셀룰로오스에 산을 첨가하는 것은 복잡한 셀룰로오스 사슬의 얽힘을 일부 풀거나, 셀룰로오스의 중합을 일부 해중합하는 것일 수 있다. 산은 황산, 염산, 질산, 인산, 불산 및 포름산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있다. (1) 단계를 통해 셀룰로오스는 나노입자 단위로 분해될 수 있으며, 바람직하게는 실린더 형태의 나노입자로 분해될 수 있다. (1) 단계는 셀룰로오스에 산을 첨가하고 교반하거나 가열하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 셀룰로오스 나노입자가 포함된 슬러리 형태를 나타낼 수 있다.The method for preparing a dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention may include (1) adding an acid to cellulose to produce cellulose nanoparticles. The addition of an acid to cellulose may be to partially unentangle complex cellulose chains or to partially depolymerize the polymerization of cellulose. The acid may be one or more selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and formic acid. Cellulose may be decomposed into nanoparticle units through step (1), and preferably, may be decomposed into cylindrical nanoparticles. Step (1) may further include the step of adding an acid to the cellulose and stirring or heating, through which a slurry form containing cellulose nanoparticles may be represented.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법은 (2) 셀룰로오스 나노입자에 지방산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 셀룰로오스 나노입자에 지방산을 첨가하는 경우, 피리딘 및/또는 염화톨루엔술포닐을 더 첨가할 수 있으며, 지방산은 미리스트올레산, 팔미톨레산, 사피엔산, 올레산, 엘라이드산, 박센산, 리놀레산, 리노엘라이드산, α-리놀레산, 아라키돈산, 에이코사펜타엔산, 에루스산, 도코사헥사엔산, 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키딕산, 베헨산, 리그노세린산, 세로트산 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있는 것으로서, 라드 (Lard), 오리 지방, 버터, 코코넛유, 코코아버터, 팜핵유, 팜유, 면실유, 밀 배아유, 대두유, 올리브유, 옥수수유, 해바라기유, 홍화유, 대마유, 카놀라/유채유로 이루어진 군에서 유래되는 것일 수 있다. 셀룰로오스 나노입자에 아세트산무수물을 첨가하는 경우, 피리딘을 더 첨가할 수 있다. 셀룰로오스 나노입자에 상기 복합체를 첨가하는 것은 셀룰로오스 나노입자에 타닌, 갈산 및/또는 휴믹산의 수용액과, 철 및/또는 철염을 첨가하는 것일 수 있다. (2) 단계를 통해 타닌, 갈산 및/또는 휴믹산은 철 이온과 복합체를 형성할 수 있으며, 형성된 복합체는 셀룰로오스 나노입자 표면에 도입될 수 있다.The method for preparing a dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention includes (2) adding one or more selected from the group consisting of fatty acids, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex to cellulose nanoparticles. It may include. When fatty acids are added to the cellulose nanoparticles, pyridine and/or toluenesulfonyl chloride may be further added, and the fatty acids may be myristic oleic acid, palmitoleic acid, sapienoic acid, oleic acid, elite acid, bakcenic acid, linoleic acid, and lino. Elidic acid, α-linoleic acid, arachidonic acid, eicosapentaenoic acid, erucic acid, docosahexaenoic acid, caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, arachidic acid, bee As one or more types selected from the group consisting of henic acid, lignoceric acid, seroic acid and derivatives thereof, lard, duck fat, butter, coconut oil, cocoa butter, palm kernel oil, palm oil, cottonseed oil, wheat It may be derived from the group consisting of embryo oil, soybean oil, olive oil, corn oil, sunflower oil, safflower oil, hemp oil, canola/rapeseed oil. When adding acetic anhydride to cellulose nanoparticles, pyridine may be further added. The addition of the complex to the cellulose nanoparticles may be the addition of an aqueous solution of tannin, gallic acid and/or humic acid, and iron and/or iron salts to the cellulose nanoparticles. Through step (2), tannin, gallic acid and/or humic acid may form a complex with iron ions, and the formed complex may be introduced to the surface of cellulose nanoparticles.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포함하는 미생물 배양 배지에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, “배양”은 생물체 또는 생물체의 일부를 인공적인 환경에서 생육시키는 것을 의미하며, “배지”는 배양을 위해 배양체가 필요로하는 영양 물질과, 물질 전달 효율을 향상시키기 위해 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 더 첨가한 것을 의미한다. 영양 물질은 다양한 그램음성 박테리아, 그램양성 박테리아 및 고세균의 배양에 이용될 수 있는 것이면 무방하고, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액은 가스 활용 효율을 높여 미생물의 생장을 촉진하거나 배양에 의한 생성물의 양을 증가시키는 데 활용될 수 있다. 예를 들어, 영양 물질은 각종 아미노산, 비타민 및 무기염의 혼합물일 수 있고, 이러한 혼합물은 예를 들어, F-12, M199,, MCDB110, MCDB202 또는 MCDB302 일 수 있다. 상기 영양 물질은 배지 조성물 전체 부피에 대해 10배로 희석하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 5배로 희석하여 사용할 수 있다.In addition, the present invention relates to a microbial culture medium comprising a dispersion of cellulose nanoparticles according to the present invention. In the present invention, "cultivation" means to grow an organism or a part of an organism in an artificial environment, and "medium" is a nutrient required by the culture medium for cultivation, and the present invention for improving mass transfer efficiency. It means that a further dispersion of the cellulose nanoparticles according to. The nutritional substance may be used as long as it can be used for the cultivation of various Gram-negative bacteria, Gram-positive bacteria and archaea, and the cellulose nanoparticle dispersion according to the present invention increases the efficiency of gas utilization to promote the growth of microorganisms or the amount of product by culture Can be used to increase For example, the nutritional substance can be a mixture of various amino acids, vitamins and inorganic salts, and the mixture can be, for example, F-12, M199, MCDB110, MCDB202 or MCDB302. The nutritional substance may be used by diluting 10 times with respect to the total volume of the medium composition, and preferably diluting by 5 times.

또한, 본 발명은 (1) 본 발명에 따른 미생물 배양 배지에 미생물을 접종하는 단계, (2) 배지의 온도를 20 내지 80℃로 조절하는 단계, 및 (3) 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스를 배지에 공급하는 단계를 포함하는 미생물의 배양 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention is a group consisting of (1) inoculating microorganisms in the microorganism culture medium according to the present invention, (2) adjusting the temperature of the medium to 20 to 80° C., and (3) carbon monoxide, carbon dioxide and methane. It relates to a culture method of a microorganism comprising the step of supplying one or more gases selected from the medium.

본 발명에 따른 미생물의 배양 방법은 (1) 본 발명에 따른 미생물 배양 배지에 미생물을 접종하는 단계를 포함할 수 있다. 미생물은 써모코쿠스 온누리누스 NA1（Thermococus onnurineus NA1）또는 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)일 수 있다.The method for culturing microorganisms according to the present invention may include (1) inoculating microorganisms in the microorganism culture medium according to the present invention. The microorganism may be Thermococus onnurineus NA1 or Acetobacterium woodii .

본 발명에 따른 미생물의 배양 방법은 (2) 배지의 온도를 20 내지 80℃로 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, (2) 단계는 배지의 pH를 2 내지 9, 바람직하게는 pH 2 내지 7.5로 조절 및 유지하는 단계를 포함할 수 있다.The method for culturing a microorganism according to the present invention may include (2) adjusting the temperature of the medium to 20 to 80°C. Further, step (2) may include the step of adjusting and maintaining the pH of the medium to 2 to 9, preferably pH 2 to 7.5.

본 발명에 따른 미생물의 배양 방법은 (3) 일산화탄소, 이산화탄소 및 메탄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 가스를 배지에 공급하는 단계를 포함할 수 있다. (3) 단계는 일산화탄소, 이산화탄소 또는 메탄과 같은 C1 가스만을 공급하거나, 질소 가스와 함께 공급하는 것일 수 있다.The method for culturing a microorganism according to the present invention may include (3) supplying one or more gases selected from the group consisting of carbon monoxide, carbon dioxide, and methane to a medium. Step (3) may be to supply only C1 gas, such as carbon monoxide, carbon dioxide, or methane, or nitrogen gas.

실시예 및 실험예Examples and experimental examples

이하에서는 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the examples are only provided to more easily understand the present invention, and the contents of the present invention are not limited by these examples.

실시예 1. 셀룰로오스 나노입자의 제조Example 1. Preparation of cellulose nanoparticles

20g의 셀룰로오스를 350mL의 H2SO4 수용액 (H2SO4 함량 : 수용액에 대하여 64 중량%)에 첨가하고, 50℃의 온도에서 45분 동안 지속적으로 교반하여 셀룰로오스 나노입자가 포함된 슬러리를 제조하고, 이로부터 셀룰로오스 나노입자를 수득하였다 (도 1).20 g of cellulose was added to 350 mL of H 2 SO 4 aqueous solution (H 2 SO 4 content: 64% by weight relative to the aqueous solution), and the mixture was continuously stirred for 45 minutes at a temperature of 50° C. to prepare a slurry containing cellulose nanoparticles. Then, cellulose nanoparticles were obtained therefrom (FIG. 1).

실시예 2. 지방산이 도입된 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조Example 2. Preparation of dispersion of cellulose nanoparticles with fatty acids introduced

실시예 1에 따른 셀룰로오스 나노입자 10g, 올레산 140g 및 염화톨루엔술포닐 70g을 피리딘 용매 305mL에 분산시킨 후, 50℃의 온도에서 5시간 동안 400rpm으로 교반하여 올레산이 도입된 셀룰로오스 나노입자 분산액을 제조하였다 (도 2).After dispersing 10 g of the cellulose nanoparticles according to Example 1, 140 g of oleic acid, and 70 g of toluene sulfonyl chloride in 305 mL of a pyridine solvent, the mixture was stirred at 400 rpm for 5 hours at a temperature of 50°C to prepare a dispersion of cellulose nanoparticles into which oleic acid was introduced. (Figure 2).

동일한 방법으로 0.005, 0.01, 0.02, 0.05 및 0.1%(w/v) 농도의 셀룰로오스 나노입자 분산액을 각각 제조하였다.Cellulose nanoparticle dispersions of concentrations of 0.005, 0.01, 0.02, 0.05 and 0.1% (w/v) were prepared in the same manner, respectively.

실시예 3. 아세트산무수물이 도입된 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조Example 3. Preparation of cellulose nanoparticle dispersion in which acetic anhydride is introduced

실시예 1에 따른 셀룰로오스 나노입자 5g 및 아세트산무수물 25mL를 피리딘 용매 100mL에 분산시킨 후, 80℃의 온도에서 5시간 동안 400rpm으로 교반하여 아세트산무수물이 도입된 셀룰로오스 나노입자 분산액을 제조하였다 (도 3).After dispersing 5 g of the cellulose nanoparticles according to Example 1 and 25 mL of acetic anhydride in 100 mL of a pyridine solvent, the mixture was stirred at 400 rpm for 5 hours at a temperature of 80°C to prepare a dispersion of cellulose nanoparticles in which acetic anhydride was introduced (FIG. 3). .

동일한 방법으로 0.005, 0.01, 0.02, 0.05 및 0.1%(w/v) 농도의 셀룰로오스 나노입자 분산액을 각각 제조하였다.Cellulose nanoparticle dispersions of concentrations of 0.005, 0.01, 0.02, 0.05 and 0.1% (w/v) were prepared in the same manner, respectively.

실시예 4. 타닌-철, 갈산-철, 휴믹산-철로 표면코팅된 나노셀룰로오스 입자의 제조Example 4. Preparation of nanocellulose particles surface-coated with tannin-iron, gallic acid-iron, humic acid-iron

실시예 1에 따른 셀룰로오스 나노입자 및 1mg/mL 농도의 타닌, 휴믹산, 갈산 수용액 5mL와 0.3mg/mL 농도의 염화철 (FeCl3) 수용액 5mL를 각각 준비하여 혼합하였다. 그리고 나서, 혼합물의 pH가 7 이상이 될 때까지 인산 완충 용액을 점적하여, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체, 휴믹산-철 복합체가 도입된 셀룰로오스 나노입자 분산액을 각각 제조하였다 (도 4).Cellulose nanoparticles according to Example 1 and 5 mL of an aqueous solution of tannin, humic acid and gallic acid at a concentration of 1 mg/mL and 5 mL of an aqueous solution of iron chloride (FeCl 3 ) at a concentration of 0.3 mg/mL were prepared and mixed. Then, the phosphoric acid buffer solution was added dropwise until the pH of the mixture was 7 or higher, to prepare a dispersion of cellulose nanoparticles into which a tannin-iron complex, a gallic acid-iron complex, and a humic acid-iron complex were introduced (FIG. 4).

동일한 방법으로 0.005, 0.01, 0.02, 0.045, 0.05 및 0.1%(w/v) 농도의 셀룰로오스 나노입자 분산액을 각각 제조하였다.In the same manner, dispersions of cellulose nanoparticles with concentrations of 0.005, 0.01, 0.02, 0.045, 0.05 and 0.1% (w/v) were prepared, respectively.

실험예 1. 써모코쿠스 온누리누스 NA1（Experimental Example 1. Thermococcus Onnurinus NA1（ Thermococus onnurineus NA1Thermococus onnurineus NA1 ）의 세포성장률 확인Cell growth rate of）

실시예 3 및 4에 따라 제조한 셀룰로오스 나노입자 분산액을 일산화탄소를 이용하여 수소를 생산하는 균주인 써모코쿠스 온누리누스 NA1（Thermococus onnurineus NA1）에 적용하여, 분산액의 농도에 따른 세포성장률을 확인하였다. 100% 일산화탄소 가스 하에서, 10g/L의 효모 추출물이 포함되어 있는 MM1 배지 (pH 6.5)에 분산액을 첨가하여 배지를 구성하고, 80℃에서 6시간 동안 배양한 후, 분광광도계를 이용하여 600nm에서 흡광도를 측정하여 비교하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.Cellulose nanoparticle dispersions prepared according to Examples 3 and 4 were applied to Thermococus onnurineus NA1 , a strain that produces hydrogen using carbon monoxide, to confirm cell growth rate according to the concentration of the dispersion. Under 100% carbon monoxide gas, a dispersion was added to MM1 medium (pH 6.5) containing 10 g/L yeast extract to form a medium, incubated at 80° C. for 6 hours, and absorbed at 600 nm using a spectrophotometer. The results were measured and compared, and the results are shown in FIG. 5.

도 5에 나타난 바와 같이, 초기에는 세포 성장률이 다소 감소하는 경향을 보이다가 분산액의 농도가 점차 증가함에 비례하여 균주의 성장률이 함께 증가함을 확인할 수 있었다. 한편, 여러 농도의 분산액 배지에서 써모코쿠스 온누리누스 NA1（Thermococus onnurineus NA1） 균주의 일산화탄소 소모량을 확인한 결과, 세포 성장률 증가와 CO 소비량의 감소가 비례하여 나타나지는 않았으나, 균주가 분산액의 영향을 받아 CO 소비량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 분산액의 영향을 받은 세포막이 CO 이외에 다른 탄소원인 효모 추출물을 더 이용했기 때문인 것으로 판단된다. As shown in FIG. 5, initially, the cell growth rate tended to decrease somewhat, and the growth rate of the strain increased in proportion to the gradually increasing concentration of the dispersion. On the other hand, as a result of confirming the carbon monoxide consumption of Thermococus onnurineus NA1 strain in various concentrations of dispersion medium, the increase in cell growth rate and the decrease in CO consumption did not appear proportionally, but the strain was affected by the dispersion, resulting in CO It was confirmed that the consumption amount increased. These results are believed to be because the cell membrane affected by the dispersion further used yeast extract, a carbon source other than CO.

실험예 2. 아세토박테리움 우디이(Experimental Example 2. Acetobacterium woody ( Acetobacterium woodiiAcetobacterium woodii )의 포름산염 (formate) 생산성 확인) Formate productivity check

실시예 4에 따라 제조한 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포름산염을 생산하는 균주인 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)에 적용하여 포름산염 생산성이 균주 자체 대조군과 비교하여 어떻게 변화하는지 확인하였다. 20mM 프룩토오스, LB 배지에서 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)를 19시간 배양한 후 세포를 회수하여 일정량의 세포를 반응기에 넣은 후, Headspace 50% 일산화탄소, 50% 질소 가스 하의 이미다졸 버퍼에서 분산액 0.045%(w/v)와 0.1%(w/v)을 넣은 반응기와 그렇지 않은 대조군을 이용하여 24시간 경과 후 포름산염의 생성량을 비교하였다.The cellulose nanoparticle dispersion prepared according to Example 4 was applied to Acetobacterium woodii , a strain for producing formate, to determine how formate productivity changes compared to the strain's own control. After culturing Acetobacterium woodii in 20 mM fructose and LB medium for 19 hours, the cells were recovered and a certain amount of cells were put into a reactor, and then dispersion in an imidazole buffer under 50% carbon monoxide and 50% nitrogen gas in headspace. The amount of formate produced was compared after 24 hours using a reactor containing 0.045% (w/v) and 0.1% (w/v) and a control group that did not.

도 6에 나타난 것과 같이, 0.1%(w/v) 농도의 셀룰로오스 나노입자 분산액을 이용하였을 때 대조군 대비 포름산염 생성량이 대폭 증가한 것을 확인하였다. As shown in Figure 6, when using a cellulose nanoparticle dispersion of 0.1% (w / v) concentration was confirmed that the formic acid production compared to the control group was significantly increased.

이상과 같이 실시 예를 통하여 본 발명을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The present invention has been described through examples as described above. Those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention may be implemented in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all modifications or variations derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.

Claims (10)

올레산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 도입된 셀룰로오스 나노입자를 포함하는 세포내 일산화탄소 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액.Cellulose nanoparticle dispersion for intracellular carbon monoxide delivery, comprising cellulosic nanoparticles containing one or more selected from the group consisting of oleic acid, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex. 삭제delete 제1항에 있어서,
셀룰로오스 나노입자는 실린더 형태인, 세포내 일산화탄소 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액.According to claim 1,
Cellulose nanoparticles are cylinder-shaped, dispersions of cellulose nanoparticles for intracellular carbon monoxide delivery. 삭제delete 제1항에 있어서,
타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체는 각각 타닌, 갈산 및 휴믹산에 철 이온이 배위결합된 것인, 세포내 일산화탄소 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액.According to claim 1,
The tannin-iron complex, the gallic acid-iron complex and the humic acid-iron complex each have iron ions coordinated to tannin, gallic acid, and humic acid, respectively. Cellulose nanoparticle dispersion for intracellular carbon monoxide delivery. (1) 셀룰로오스에 산을 첨가하여 셀룰로오스 나노입자를 제조하는 단계; 및
(2) 셀룰로오스 나노입자에 올레산, 아세트산무수물, 타닌-철 복합체, 갈산-철 복합체 및 휴믹산-철 복합체로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 첨가하는 단계;
를 포함하는 세포내 일산화탄소 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법.(1) adding cellulose to the cellulose to prepare cellulose nanoparticles; And
(2) adding one or more selected from the group consisting of oleic acid, acetic anhydride, tannin-iron complex, gallic acid-iron complex and humic acid-iron complex to cellulose nanoparticles;
Method for producing a dispersion of cellulose nanoparticles for intracellular carbon monoxide delivery comprising a. 제6항에 있어서,
산은 황산, 염산, 질산, 인산, 불산 및 포름산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택되는 것인, 세포내 일산화탄소 전달용 셀룰로오스 나노입자 분산액의 제조방법.The method of claim 6,
Acid is selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and formic acid, a method for producing a dispersion of cellulose nanoparticles for intracellular carbon monoxide delivery. 삭제delete 제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 셀룰로오스 나노입자 분산액을 포함하는 미생물 배양 배지로서,
상기 미생물은 써모코쿠스 온누리누스（Thermococus onnurineus） 또는 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)인 것인 미생물 배양 배지.A microorganism culture medium comprising the dispersion of cellulose nanoparticles according to any one of claims 1, 3, and 5,
The microorganism is a Thermococus onnurinus ( Thermococus onnurineus ) or acetobacterium woody ( Acetobacterium woodii ) is a microbial culture medium. (1) 제9항에 따른 미생물 배양 배지에 미생물을 접종하는 단계;
(2) 배지의 온도를 20 내지 80℃로 조절하는 단계; 및
(3) 일산화탄소 가스를 배지에 공급하는 단계;
를 포함하는 미생물의 배양 방법으로서,
상기 미생물은 써모코쿠스 온누리누스（Thermococus onnurineus） 또는 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii)인 것인 미생물 배양 방법.(1) inoculating microorganisms in the microorganism culture medium according to claim 9;
(2) adjusting the temperature of the medium to 20 to 80°C; And
(3) supplying carbon monoxide gas to the medium;
As a method for culturing microorganisms comprising:
The microorganism is a method of culturing microorganisms that is Thermococus onnurineus or Acetobacterium woodii .
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