KR20020057882A - 미세조류 옥외대량 배양방법 및 배양장치 - Google Patents

미세조류 옥외대량 배양방법 및 배양장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내에 설치되어 있으며 유입된 공기를 배양기로 이송시키는 에어펌프(4)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)에 연결되어 에어펌프(4)에서 이송되는 공기를 여과시키는 여과장치(5)와, 상기 여과장치(5)를 통과한 공기를 안내하는 안내관(13)과, 상기 안내관(13)은 다수 분기되어 있으며, 상기 안내관(13)의 일측에 형성된 필터(14)와, 상기 필터(14)의 하부에 형성된 니들밸브(1)와, 상기 니들밸브 하부에 형성된 배양기(B)에서 배양되는 미세조류 옥외대량 배양방법 및 배양장치에 관한 것이다.

Description

미세조류 옥외대량 배양방법 및 배양장치{The method and apparatus for cultivation of minuteness algoid}
본 발명은 미세조류 옥외대량배양 방법 및 배양장치에 관한 것으로서, 상세히 설명하면, 광합성 작용에 의해 생육하는 미세조류를 배양함에 있어 광도와 공기방울 발생 장치를 이용하는 기술로 배양시 발생하는 세균 등에 의한 오염을 방지하고 균주의 성장을 극대화하여 저가의 비용으로 대량생산, 산업화 할 수 있는 미세조류 옥외대량배양 방법 및 배양장치에 관한 것이다.
미세조류중 남조Spirulinasp.는 성분으로 단백질, 지질(γ-linolenic acid), 비타민(B-12, B-2), 미네랄, 색소(β-carotene, 단백색소 등) 등이 풍부하다. 이들이 갖는 특이한 성분은 질병 치료-치료식이, 상처치료, 호르몬, 항암, 노화현상 조절, 효소 재활성 등-에도 유용하게 이용된다.
이들뿐만이 아니라 많은 종의 미세조류들이 인류에게 유용한 물질들을 함유하고 있거나 배출 혹은 생성해낸다. 따라서 유용물질을 생산하는 이러한 미세조류를 대량배양하는 방법이 그간 연구되었다.
일반적으로 배양기는 세균과 세균이 좋아하는 먹이(배지)와 온도 및 조건을 맞추어 세균을 증식시키는 장치로서, 세균의 특성에 따라 다양하게 조건과 투입되는 배지의 종류를 사용하고 있다.
예를 들면 대한민국등록특허공보 등록번호 제10-0252382호에는 동물, 미생물, 식물세포를 대량으로 배양할 수 잇는 풍선형 공기부양식 생물반응기가 기재되어 있으며,
대한민국공개특허공보 공개번호 특2001-0100277호에는 소정지점에서 수직방향에 대하여 내측으로 30~60°테이퍼진 원통형의 배양용기, 상기 배양용기의 밑면에 공기주입장치 및 상기 배양용기의 내부에 위치하는 교반기를 포함하는 미생물 배양용 생물반응기에 관한 것으로서,
상기와 같은 종래의 기술들은 배양용기에 공기를 주입하는 장치가 복잡하고, 공기의 주입에 의한 배양장치로서, 기타 광합성에 의해 생육하는 세균번식에는 사용하지 못하는 문제점이 있어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 남조류의 배양을 극대화하는 장치에 관한 것으로서, 일반적으로 남조류의 배양은 연구실에서 연구를 목적으로 배양하는 것이 대부분을 차지하고 있으며, 외국의 경우는 배양에 알맞은 기후조건의 지역에서 노지(露地)에 폰드(pond)를 만들어 배양을 하고 있다.
우리나라는 남조류 배양에 적정한 기온이 되지 않아 어려움이 있지만 이러한 문제점을 보안할 수 있는 미세조류 옥외대량배양 방법 및 배양장치를 제공하는 것을 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.
도1은 본 발명의 미세조류 옥외대량 배양장치 상세도
도2는 본 발명의 공기 여과 및 자외선(UV)살균 장치 상세도
도3은 본 발명의 배양기 상세도
<도면의 부호설명>
니들밸브(1), 배양용기(2), 자외선램프(3), 에어펌프(4), 여과장치(5), 마그네틱(6), 전원스위치(7), 칸막이(8), 안내통로(9), 형광등고정대(10), 형광등(11), 온도조절교반기(12), 안내관(13), 필터(14), 공기여과 및 자외선(UV) 살균장치(A), 배양기(B)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내에 설치되어 있으며 유입된 공기를 배양기로 이송시키는 에어펌프(4)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV) 살균장치(A)에 연결되어 에어펌프(4)에서 이송되는 공기를 여과시키는 여과장치 (5)와, 상기 여과장치(5)를 통과한 공기를 안내하는 안내관(13)과, 상기 안내관 (13)은 다수 분기되어 있으며, 상기 안내관(13)의 일측에 형성된 필터(14)와, 상기 필터(14)의 하부에 형성된 니들밸브(1)와, 상기 니들밸브 하부에 형성된 배양기 (B)에서 배양되는 미세조류 옥외대량배양 방법 및 배양장치에 관한 것이다.
본 발명에서 사용되는 세균으로 남조Spirulinasp을 플라스크 배양기의 배양액의 10%(v/v)이 되게 접종시키며, 상기 미생물인 남조Spirulinasp.는 UTEX로부터 분양받은 LB 2342 (Spirulina maxima)와 LB 2340 (Spirulina platensis)를 이용하였다.
LB 2342Spirulina maxima(Setch. et Gard.) Geitler:
Medium: spirulina; ORIGIN: isolation: 1963 by M. Lefevre as M132/1 from natron lake; Chad; deposition: SAG from B 84.79, gas vesicles; RELATIVES: CCAP 1475/9; SAG B 84.79.
LB 2340Spirulina platensis(Norst.) Geitler:
Medium: spirulina; ORIGIN: isolation: 1963 by G. Laporte as M132/2b from natron lake; Chad; deposition: from SAG B 85.79, gas vesicles; RELATIVES: SAG B 85.79; NIVA CYA 120.
본 발명에서 사용되는 배지의 배양액은 스피룰리나 배양액 (spirulina medium Schlosser 1982)으로서 제조방법은 다음과 같다.
스피룰리나배지의 제조방법은 다음 두 용액은 구성물이 침전되지 않도록 충분히 용해시킨 후에, 따로 따로 멸균을 시킨다.
용액A (solution A)
증류수 (glass-distilled water) 500 mL
탄산수소나트륨3 (NaHCO) 13.61 g
탄산나트륨 (Na2CO3) 4.03 g
제2인산칼륨 (K2HPO4) 0.50 g
용액B (solution B)
증류(glass-distilled water) 500 mL
질산나트륨 (NaNO3) 2.50 g
황산칼륨 (K2SO4) 1.00 g
염화나트륨 (NaCl ) 1.00 g
황산마그네슘(MgSO4. 7H2O) 0.20 g
염화칼슘 (CaCl2. 2H2O) 0.04 g
피 4 금속원소 용액(P IV metal solution) ① 6 mL
추 미량 염류 용액(chu micronutrient solution) ② 1 mL
비타민 B12 (vitamin B12) (15 ㎍/100 mL H2O) 1 mL
; 용액 A와B를 따로 따로 멸균을 하여 무균 조작 한 후에 식혀서 500ml:500ml을 섞어 1L를 제조하였다.
상기에서 피4 금속원소 용액 (P IV metal solution)은 1000ml의 증류에 0.750g의 소디움이디티에이(Na2EDTA)를 첨가하고, 완전히 용해한 다음 아래의 시약들을 첨가하여 제조하였다.
염화철 (FeCl3. 6H2O) 97 mg
염화망간 (MnCl2. 4H2O) 41 mg
염화아연 (ZnCl2) 5 mg
염화코발트 (CoCl2. 6H2O) 2 mg
몰리브덴산나트륨(Na2MoO4. 2H2O) 4 mg
상기에서 추 미량 염류 용액 (Chu micronutrient solution)의 제조는 다음 화합물을 멸균된 1000ml의 증류수에 첨가하여 제조하였다.
소듐이디티에이 (Na2EDTA) 50.0 mg
붕산 (H3BO3) 618.0 mg
황산구리 (CuSO4. 5H2O) 19.6 mg
황산아연 (ZnSO4. 7H2O) 44.0 mg
염화코발트 (CoCl2. 6H2O) 20.0 mg
염화망간 (MnC12. 4H2O ) 12.6 mg
몰리브덴산나트륨 (Na2MoO4. 2H2O) 12.6 mg
본 발명의 배양기내의 온도는 30℃를 유지시키며, 기압은 1기압, pH농도는 10~10.5를 유지하며, 광조건 3000 LUX ~ 4000 LUX, 150 rpm의 속도로 교반하였다.
본 발명에서는 UV램프를 이용하여 적정시간동안 살균을 하기 위해 살균통 안에 공기가 머무는 시간을 오래 지속하기 위해 투명 칸막이를 이용한 스크류 형식의 장치를 이용하였다.
살균된 공기 중에는 미세먼지 등이 다량 함유되어 있어 오랜시간이 경과되면 배양용기의 바닥과 연결 연결관(튜브)에 찌꺼기 등이 발생하게 되어 공기의 흐름과 균주 오염의 원인이 된다. 솜(COTTON)을 이용한 장치는 이러한 미세먼지 뿐아니라 살균통을 통과한 세균등을 2차로 여과시켜주는 역할을 담당한다.
배양기에 알맞은 온도와 조도를 공급하기 위하여 도면 3의 장치를 이용한다. 온도조절이 가능한 플레이트(plate)를 이용하며 정체로 인한 사상체 균주의 엉킴 등으로 인해 사멸되는 것을 막기 위해 마그네틱바-를 이용한 교반도 필수이다.
태양광에 의한 조도는 일반적으로 약 10,000lux 이상이다. 조도를 이에 맞추기 위해 가장 근접한 거리에 형광등을 설치하였다.
이상 광합성 작용에 의해 생육하는 미세조류를 배양함에 있어 광도와 공기방울 발생 장치를 이용하는 기술로 저가의 비용으로 대량생산, 산업화할 수 방법으로 제공하였다.
이하 본 발명을 실시예를 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예
배양용기(5)에 남조Spirulinasp를 플라스크 배양된 스피룰리나 배양액 10%(v/v) 가량 접종시킨 후에, 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내에 설치된 자외선램프(3)와 에어펌프(4)를 작동시키면, 공기가 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내로 유입되면서 가열된 후에 다수의 솜이 내장된 여과기(5)로 에어펌프(4)에 의해 이송되어 솜에 의해 세균 및 습기등이 제거된 가열된 공기가 연결관(13)을 통해 이송되다가 연결관(13)의 일측에 형성된 0.3㎛의 통공이 다수 형성된 필터(14)를 통과하면서 한번 더 여과된 후에, 배양용기로 유입되어 배양용기내에 이미 접종된 상기 세균과 배지에 신선한 공기와 온도를 조절하며, 이때 배양용기(2)의 하부에 형성된 온도조절교반기(12)에 의해 적정한 온도를 조절하며, 동시에 배양용기(2)의 외부에 형성된 다수의 형광등(11)에 의해 자연광과 같은 조도 10,000lux이상으로 조사하여 배양시키며, 배양용기 내에 생성되는 가스는 배양용기(2)의 상부에 형성된 배출구(15)를 통해 배출되도록 하여 남조Spirulinasp.를 다량 배양하였다.
실험예
상기 도표에서 알 수 있듯이 본 배양장치의 균주 최대 생산성은 1.0g/L이지만 다른 유사 배양기의 경우는 최대 생산성이 약 0.4g/L에서 0.7g/L정도여서 본 장치보다는 생산성이 떨어진다.
실내 배양data를 이용하여 최적의 상태에서 얻을 수 있는 최대성장률은 1.0g/L으로 6,000L 배양시 생산량은 균주의 건조중량으로 약 6Kg의 생산물을 수확할 수 있었다.
일반적으로 사용하는 배양장치의 경우 균주의 순수배양이 문제로 대두된다. 배양시 다른 미생물과 세균에 의한 오염으로 인해 순수한 균주를 얻어내기 힘들다. 하지만 본 장치를 이용할 경우 1차적으로 uv살균과 2차적으로 솜(corton)이 내장된 여과기에 의한 공기여과 장치에 의해 배양되는 균주의 오염문제를 해결하였다.
종래의 배양기에서 미세 남조의 배양을 유지할 경우 다음세대 배양으로 넘어가는 시간이 약 1달 이상, 그리고 사용자가 만족할 만한 수준의 균주를 수확하는데는 약 2달 정도의 시간이 소요된다. 하지만 본 발명에 의한 배양기는 2주정도의 시간(균주별 성장 차이가 있음) 정도면 충분하다는 결론을 얻었다.
이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 미세조류 옥외대량 배양장치 상세도, 도2는 본 발명의 공기 여과 및 자외선(UV)살균 장치 상세도, 도3은 본 발명의 배양기 상세도를 도시한 것이며, 니들밸브(1), 배양용기(2), 자외선램프(3), 에어펌프(4), 여과장치(5), 마그네틱(6), 전원스위치(7), 칸막이(8), 안내통로(9), 형광등고정대(10), 형광등(11), 온도조절교반기(12), 안내관(13), 필터(14), 가스배출구(15), 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A), 배양기(B)를 나타낸 것임을 알 수 있다.
구조를 살펴보면, 도1에 도시된 바와 같이 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내에 설치되어 있으며 유입된 공기를 배양기로 이송시키는 에어펌프(4)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)에 연결되어 에어펌프(4)에서 이송되는 공기를 여과시키는 여과장치(5)와, 상기 여과장치(5)를 통과한 공기를 안내하는 안내관(13)과, 상기 안내관(13)은 다수 분기되어 있으며, 상기 안내관(13)의 일측에 형성된 필터(14)와, 상기 필터(14)의 하부에 형성된 니들밸브(1)와, 상기 니들밸브 하부에 형성된 배양기(B)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 미세조류 옥외대량 배양장치인 것이다.
상기 공기여과 및 자외선(UV) 살균장치(A)는 도2에 도시된 바와 같이, 내부에 형성된 다수의 칸막이(9)와, 상기 다수의 칸막이(9)에 의해 형성되어 공기가 상기 장치내로 이동되는 안내통로(9)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)의중간 상부 일측에 형성된 두 개의 자외선램프(3)과, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내의 중간부에 설치되어 유입되어 상기 자외선램프(3)에 의해 가열된 공기를 배양기로 이송시키는 에어펌프(4)로 구성되어 있고, 상기 배양기(B)는 여과장치(5)에 연결관(13)에 의해 연결되어 가열 및 여과된 공기가 유입되며,
배양용기(2)와, 상기 배양용기(2)의 하부까지 연장된 연결관(13)과, 상기 배양용기(2)의 상부에 형성되어 내부에서 생성된 가스를 배출하는 가스배출구(15)와, 상기 배양용기(2)의 하부에 내장된 마그네틱(6)과, 상기 배양용기(2)의 외측 하부에 형성되어 배양용기(2)를 가열하는 온도조절교반기와, 상기 배양용기(2)의 외부에 형성되어 태양광선과 같은 10,000lux이상의 조도를 배양용기(2)의 내부로 조사하기 위한 3개 또는 그이상의 형광등(11)과, 상기 형광등(11)을 고정시키기 위한 형광등고정대(10)과, 상기 형광등에 전원을 연결하여 온·오프시키는 전원스위치 (7)로 구성된 배양기인 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 현재까지 사용중이던 배양기에서 미세 남조의 배양을 유지할 경우 다음세대로 넘어가는 시간이 약 1달 이상, 그리고 사용자가 만족할 만한 수준의 균주를 수확하는데는 약 2달 정도의 시간이 소요된다. 하지만 본 발명에 의한 배양기는 2주정도의 시간(균주별 성장 차이가 있음)정도면 충분하며, 이로 인하여 미세남조류 배양을 이용한 연구 및 산업에 시간과 경제성의 효과를 얻을 수 있을 것으로 본다.

Claims (4)

  1. 미세조류 옥외대량 배양방법에 있어서,
    배양용기(5)에 플라스크배양시킨 남조Spirulinasp를 10%(v/v)가 되도록 접종시킨 후에, 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내에 설치된 자외선램프(3)와 에어펌프(4)를 작동시키면, 공기가 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내로 유입되면서 가열된 후에 에어펌프(4)에 의해 다수의 솜이 내장된 여과기(5)로 이송되어 솜에 의해 세균 및 습기 등이 제거된 가열된 공기가 연결관(13)을 통해 이송되다가 연결관(13)의 일측에 형성된 0.3㎛의 통공이 다수 형성된 필터(14)를 통과하면서 한번더 여과시킨 후에, 배양용기로 유입되어 배양용기내에 이미 투입된 상기 세균과 배지에 신선한 공기와 온도를 조절하며, 이때 배양용기(2)의 하부에 형성된 온도조절교반기(12)에 의해 적정한 온도를 조절하며, 동시에 배양용기(2)의 외부에 형성된 다수의 형광등(11)으로 태양광선(자연광)과 같은 조도 10,000lux 이상으로 조사하여 배양시키며, 배양용기 내에 생성되는 가스는 배양용기(2)의 상부에 형성된 배출구(15)를 통해 배출되도록 하여 남조Spirulinasp.를 다량 배양함을 특징으로 하는 미세조류 옥외대량 배양방법.
  2. 미세조류 옥외대량배양 장치에 있어서,
    공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균장치(A)내에 설치되어 있으며 유입된 공기를 배양기로 이송시키는 에어펌프(4)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)에 연결되어 에어펌프(4)에서 이송되는 공기를 여과시키는 여과장치(5)와, 상기 여과장치(5)를 통과한 공기를 안내하는 안내관(13)과, 상기 안내관(13)은 다수 분기되어 있으며, 상기 안내관(13)의 일측에 형성된 필터(14)와, 상기 필터(14)의 하부에 형성된 니들밸브(1)와, 상기 니들밸브 하부에 형성된 배양기(B)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 미세조류 옥외대량 배양 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)는 내부에 형성된 다수의 칸막이(9)와, 상기 다수의 칸막이(9)에 의해 형성되어 공기가 상기 장치내로 이동되는 안내통로(9)와, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)의 중간 상부 일측에 형성된 두 개의 자외선램프(3)과, 상기 공기여과 및 자외선(UV)살균 장치(A)내의 중간부에 설치되어 유입되어 상기 자외선램프(3)에 의해 가열된 공기를 배양기로 이송시키는 에어펌프(4)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 미세조류 옥외대량배양 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 배양기(B)는 여과장치(5)에 연결관(13)에 의해 연결되어 가열 및 여과된 공기가 유입되며,
    배양용기(2)와, 상기 배양용기(2)의 하부까지 연장된 연결관(13)과, 상기 배양용기(2)의 상부에 형성되어 내부에서 생성된 가스를 배출하는 가스배출구(15)와, 상기 배양용기(2)의 하부에 내장된 마그네틱(6)과, 상기 배양용기(2)의 외측 하부에 형성되어 배양용기(2)를 가열하는 온도조절교반기와, 상기 배양용기(2)의 외부에 형성되어 태양광선과 같은 10,000lux이상의 조도를 배양용기(2)의 내부로 조사하기 위한 3개 또는 그이상의 형광등(11)과, 상기 형광등(11)을 고정시키기 위한 형광등고정대(10)과, 상기 형광등에 전원을 연결하여 온,오프시키는 전원스위치(7)로 구성되어 있음을 특징으로 하는 미세조류 옥외대량배양 장치.
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