KR20080057849A - 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용아르스로스피라 ｋｃｔｃ 11039ｂｐ의 배양기 및 배양 방법 - Google Patents

대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용아르스로스피라 ｋｃｔｃ 11039ｂｐ의 배양기 및 배양 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 양식어종의 사료첨가제, 동물 및 애완동물의 사료, 건강보조식품 등으로 이용되는 유용미세조류 아르스로스피라 KCTC 11039BP의 가정용 배양기 및 배양방법에 관한 것으로, 아르스로스피라의 배양을 위하여 별도의 탄소원을 첨가하지 않고 대기중의 이산화탄소를 이용하여 배양함으로써, 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 제거하고, 아르스로스피라 KCTC 11039BP의 증식과 더불어 방출된 산소는 공기정화 기능을 할 뿐만 아니라 배양된 조체는 건강보조식품으로 이용될 수 있는 아르스로스피라 KCTC 11039BP의 배양을 위한 가정용 배양기 및 배양 방법에 관한 것이다.
아르스로스피라 KCTC 11039BP, 이산화탄소 고정, 배양기(photobioreactor), 배지조성

Description

대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라 ＫＣＴＣ 11039ＢＰ의 배양기 및 배양 방법{Photobioreactor and household culture method of Arithrospira KCTC 11039BP to remove carbon dioxide}
도 1은 아르스로스피라 플레텐시스(Arithrospira platnesis KCTC 11039BP)의 현미경 사진,
도 2는 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라 플레텐시스(Arithrospira platnesis) KCTC 11039BP 배양기의 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라 플레텐시스(Arithrospira platnesis) KCTC 11039BP 배양을 위한 배양기의 조립 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라 배양기를 이용하여 배양된 아르스로스피라 플레텐시스(Arithrospira platnesis) KCTC 11039BP 수확 모습을 보여주는 조립 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라 배양기를 이용하여 대기중의 이산화탄소를 유일한 탄소원으로 하여 아르스로스피라 플레텐시스(Arithrospira platnesis) KCTC 11039BP을 배양한 증식 곡선.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배양용기 12 : 뚜껑
14 : 마감판 16 : 조명등 보호용 중공케이스
18 : 조절박스 20 : 공기펌프
22 : 공기배출구 24 : 경사면
26 : 제1암나사산 28 : 제1숫나사산
30 : 제1결합판 32 : 인공조명등
34 : 제2암나사산 36 : 제2숫나사산
38 : 제2결합판 40 : 산기관
42 : 안착면 44 : 개폐도어
46 : 인공조명용 어댑터 48 : 인공조명 연결배선
50 : 에어노즐 52 : 연결호스
54 : 배양수 역류방지밸브 56 : 펌프조절밸브
58 : 전원플러그 60 : 제1전원공급배선
62 : 제2전원공급배선 64 : 제1스위치
66 : 제2스위치 68 : 배출수 밸브
70 : 수확용 배출밸브 72 : 체
본 발명은 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라 플레텐시스(Arithrospira platnesis) KCTC 11039BP(이하 아르스로스피라(Arithrospira) KCTC 11039BP로 약칭함)의 배양기 및 배양 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지구 온난화의 주요 원인이 되고 있는 이산화탄소를 고정하여 증식하고, 산소를 방출시키는 광합성 미세조류(남세균, blue-green algae, cyanobacteria)인 아르스로스피라(Arthrospira) (스피루리나, Spirulina라고도 불림)를 가정에서도 손쉽게 배양할 수 있도록 한 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라 KCTC 11039BP의 배양기 및 배양 방법에 관한 것이다.
아르스로스피라(Arthrospira platensis, S. maxima)는 오래전부터 식품으로 사용되어 오고 있으며(Ciferi and Tiboni, 1985), 이 아르스로스피라(Arthrospira)는 일반적으로 세포당 60-70%의 높은 함량의 단백질을 함유하고, 비타민, 필수 아미노산, 미네랄, 감마-리놀레닉산(γ-rinorenic acid, GLA)과 같은 필수 지방산, 카로테노이드와 같은 항산화 색소 등이 풍부한 것으로 알려져 있다.
특히, 상기 아르스로스피라(Arthrospira)는 그 세포벽에 셀룰로스 성분이 거의 없어 소화 흡수에 매우 뛰어난 것으로 알려져 있다.
이러한 장점들로 인하여, 현재 아르스로스피라(Arthrospira)는 매년 4000톤 정도가 생산되는 것으로 추정되고 있으며, 아르스로스피라(Arthrospira)의 사용 용도는 동물사료, 사료첨가제, 의약품, 식품첨가용 색소, 건강보조식품 등 점차 이용의 폭이 넓어지고 있다.
지금까지의 연구결과에 의하면, 동물 및 어류의 성장과 생존율의 향상을 목 적으로 아르스로스피라(Arthrospira)를 사료 및 사료첨가제로 사용하였는 바, 틸라피어(blue tilapia, nile tilapia), 밀크피쉬 치어(milkfish fry), 잉어(silver carp), 양식도미(cultured striped jack), 방어(yellow tail), 연어(masou salmon), 은어(sweet smelt), 해산 뱀장어(sea eels), 돔(red sea bream, siver sea bream), 새우(giant freshwater prawn), 닭(chicken), 메추라기(quail), 돼지(yorkshire pigs) 등에 사용되어 성장 또는 생존율이 향상되었다는 연구결과가 보고된 바 있고, 그 외에도 면역력 증가에 대한 효과로서, 잉어(fancy red carp), 틸라피어(red tilapia), 은어(sweet smelt), 도미(striped jack), 가금류(poultries), 돔(red sea bream)을 대상으로 조직 및 질의 향상 효과가 보고된 바 있다(see Bealy A. 1996. Spirulina (Arthrospira): potential application as an animal feed supplement).
또한, 상기 아르스로스피라(Arthrospira)는 쥐와 사람에 대해 콜레스테롤 감소효과와, 쥐를 대상으로 한 신장독성으로부터 보호효과와, 쥐, 햄스터, 사람을 대상으로 항암효과와, 쥐를 대상으로 한 방사선 보호효과 및 항바이러스 효과, 쥐와 고양이를 대상으로 한 면역조절 효과 등이 있는 것으로 보고된 바 있다(see Bealy A. 1996. Spirulina (Arthrospira): potential application as an animal feed supplement).
한편, 상기 아르스로스피라(Arthrospira)는 이산화탄소를 이용하여 산소를 발생시키는 광합성 남세균으로 알려져 있는 바, 지구온난화의 주범인 이산화탄소의 고정을 통하여 증식할 뿐만 아니라 증식의 속도가 빨라서 대량배양을 통한 유용물 질의 생산 및 이산화탄소의 제거 및 감소를 위한 연구의 대상이 되고 있다.
상기 아르스로스피라(Arthrospira)는 10℃ 이하의 저온에서 생존은 가능하지만, 실내에서의 최적 증식온도는 30-38℃의 범위로 높은 수온이 요구된다(Vonshak, A. 1997. Spirulina platensis (Arthrospira) : Physiology, cell-biology and Biotechnology).
따라서, 국내의 경우, 아르스로스피라(Arthrospira)의 대량배양은 수온이 높은 시기에 한정되고 있으며, 비닐하우스 시설내에서는 5월부터 10월까지 배양이 가능하나 보통 8-9월에 가장 높은 생산성을 보인다.
이러한 지역적 제한성에 따라, 국내에서는 비닐하우스 시설내에서 생산된 아르스로스피라(Arthrospira)를 사료첨가제로 사용하는 등의 시도는 있었으나, 사람을 대상으로 한 건강보조식품의 개발은 이루어지지 않고 수입에 의해 판매되고 있는 실정에 있다.
실내에서의 아르스로스피라(Arthrospira)의 배양은 반응기의 내부에 인공조명을 설치하여 세포의 광 이용능을 향상시키고 온도조절기를 설치하여 외부의 온도에 상관없이 일정 온도(수온)로 배양할 수 있는 광생물반응기가 개발되었으나, 일반가정에서 사용하기에는 너무 고가이고 전력의 큰 소비로 인한 비용 등으로 실용화하기는 아직 어려운 것이 사실이다.
일반 가정에서 흔히 공기정화의 목적으로 다양한 식물들이 이용되지만, 아르스로스피라는 식물에 비해서 월등히 성장(증식) 속도가 빨라서 많은 양의 산소를 발생시키지만 공기정화 기능을 목적으로 가정에서의 배양은 시도되지 않고 있다.
또한, 아르스로스피라(Arthrospira)는 초록색을 띄고 특별한 이취미를 발생하지 않기 때문에 관상용으로도 적절하고, 더욱이 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 이용하여 증식함으로써, 대기중의 이산화탄소를 제거하고 산소를 발생시키면서 건강보조식품으로도 이용될 수 있는 장점이 있으며, 비교적 배양이 용이하여 가정에서 손쉽게 배양하면서 아르스로스피라(Arthrospira)의 장점을 이용할 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, 상기 아르스로스피라(Arthrospira)의 배양에는 표 1과 같이 여러 종류의 영양성분이 첨가되어야 하고, 특히 탄소원으로 bicarbonate(NaHCO3)는 16.8 g/L로 많은 양이 첨가되어 많은 비용을 발생시키는 것이 주요한 단점으로 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구된 결과물로서, 아르스로스피라(Arthrospira)를 가정에서 직접 배양하여 식용으로 이용하고, 더불어 산소발생과 이산화탄소의 제거를 위한 간단한 광생물반응기와 저렴한 배지 조성물을 이용한 아르스로스피라(Arthrospira)의 배양 방법을 제공하고자 한 것으로서, 유용미세조류 아르스로스피라(Arthrospira)의 배양을 위하여 별도의 탄소원을 첨가하지 않고 대기중의 이산화탄소를 이용하여 배양함으로써, 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 제거하고, 아르스로스피라(Arthrospira)의 증식과 더불어 방출된 산소는 공기정화 기능을 할 뿐만 아니라 배양된 조체는 건강보조식품으로 이용될 수 있는 아르스로스피라(Arthrospira)의 배양을 위한 가정용 배양기 및 그 배양 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공기배출구를 갖는 뚜껑과; 상부 및 하부가 개방된 투명 재질의 배양용기와; 상기 배양용기의 하부 개방구에 밀폐 결합되는 마감판과; 상기 마감판상에 결합되어 배양용기의 내부에 상하로 배치되는 조명등 보호용 중공케이스와; 상부면에는 상기 마감판이 안착되는 오목한 안착면이 형성되고, 그 아래쪽 내부에는 인공조명장치 및 에어 공급장치가 설치되는 조절박스와; 상기 인공조명장치 및 에어 공급장치에 전원을 공급하는 전원공급수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기를 제공한다.
바람직한 일구현예로서, 상기 뚜껑은 그 중앙에 직경 0.1~1.0cm의 공기배출구가 형성되고, 뚜껑의 상면은 공기배출구로부터 바깥쪽으로 상향 경사진 경사면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 다른 구현예로서, 상기 배양용기의 하부 개방구 내경면에는 제1암나사산이 형성되고, 이 제1암나사산과 결합되도록 제1숫나사산이 형성된 제1결합판이 상기 마감판의 상면에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 조명등 보호용 중공케이스의 하부 개방 구 내경면에는 제2암나사산이 형성되고, 이 제2암나사산과 결합되도록 제2숫나사산이 형성된 제2결합판이 상기 제1결합판의 상면에 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 조명등 보호용 중공케이스의 외경에는 링 타입의 산기관이 삽입되는 동시에 상기 제1결합판의 상면에 안착되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 조절박스내에 설치되는 인공조명장치는 전원공급수단과 연결된 인공조명용 어댑터와, 이 어댑터와 상기 조명등 보호용 중공케이스내에 장착되는 조명등간에 연결되는 인공조명 연결배선으로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 조절박스내에 설치되는 에어공급장치는 공기펌프와, 이 공기펌프의 에어출구와 상기 산기관간에 연결되는 에어노즐과, 상기 에어노즐의 중간부분에 장착되는 배양수 역류방지밸브 및 펌프조절밸브로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 전원공급수단은 전원플러그와, 이 전원플러그와 상기 인공조명용 어댑터간에 연결된 제1전원공급배선과, 상기 전원 플러그와 상기 공기펌프간에 연결된 제2전원공급배선과, 상기 제1 및 제2전원공급배선상에 부착되는 제1 및 제2스위치로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 공기 펌프의 오프(OFF)시, 산기관에 잔존하는 수분을 배출시키기 위하여 상기 조절박스의 상단 일측에는 산기관과 호스로 연결되는 배출수 밸브가 더 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 배양용기내에서 증식된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 수확을 위하여 배양용기의 하단 일측에는 수확용 배출밸브가 장착되고, 수확시에는 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체를 이용하는 조체가 여과되도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상기 배양기의 배양용기내에 분양받은 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 증식을 위해 배양액과 함께 충진하는 단계와; 상기 배양기의 인공조명등의 빛을 배양기간 동안 110 μmol/m2/sec의 연속 광조건으로 조사하는 단계와; 상기 배양기의 공기펌프를 이용하여 분당 3.5 L(3.5 L/min)의 공기를 배양액쪽으로 공급하는 단계와; 배양기간이 지난 후, 증식된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP는 배양액과 함께 상기 배양기의 배출밸브를 통하여 배출되는 동시에 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체에 여과되는 수확단계와; 상기 여과에 의한 수확단계 후, 증류수로 조체를 수세한 후, 건조시키는 단계를 통하여, 가정에서도 공기를 통해 유입되는 대기중의 이산화탄소가 제거되어 온실가스를 제거하고, 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 증식속도(광합성 속도)에 비례하여 산소가 발생될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP배양을 위한 원통형 아르스로스피라(Arthrospira) 배양기를 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 조립 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 배양을 위한 배양기는 상부 및 하부가 개방된 투명 재질의 배양용기(10)와, 이 배양용기(10)의 상부개방구에 끼워지는 뚜껑(12)과, 상기 배양용기(10)의 하부 개방구에 밀폐 결합되는 마감판(14)과, 상기 마감판(14)상에 결합되는 조명등 보호용 중공케이스(16)와, 인공조명장치 및 에어 공급장치가 내설되는 조절박스 (18)및, 상기 인공조명장치 및 에어 공급장치에 전원을 공급하는 전원공급수단 등으로 구성된다.
상기 뚜껑(12)은 배양용기(10)로부터 배양액의 날림을 방지하기 위한 수단으로서, 그 중앙에는 공기펌프(20)에 의하여 배양용기(10)로 주입된 공기 및 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP에 의해 발생된 산소의 배출을 위하여 직경 0.1~1.0cm의 공기배출구(22)가 형성된다.
또한, 상기 뚜껑(12)의 상면은 공기배출구(22)를 중심으로 바깥쪽으로 상향 경사진 경사면(24)으로 형성되는 바, 이렇게 경사면(24)을 형성한 이유는 배양용기(10)로부터 공기배출구(22)를 통하여 외부로 날리는 배양액이 경사면(24)을 따라 흐른 뒤 뚜껑(12)의 가운데 부분에 모여서 다시 공기배출구(22)를 통해 배양용기(10)의 내부로 들어가도록 하기 위함에 있다.
상기 배양용기(10)는 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 광합성에 필요한 빛이 외부로부터 잘 투과하도록 하고 외부의 충격에 강하도록 강화 처리된 무독성의 플라스틱 또는 유리 재질을 사용하여 제작된 것으로서, 그 표면에는 배양액의 용량 표시를 위한 눈금이 각인된다.
상기 배양용기(10)의 하부 개방구에는 마감판(14)이 분리 가능하게 결합되는 바, 이 결합을 위하여 상기 배양용기(10)의 하부 개방구 내경면에는 제1암나사산(26)이 형성되고, 상기 마감판(14)의 상면에는 제1암나사산(26)과 결합되도록 둘레면에 제1숫나사산(28)이 형성된 제1결합판(30)이 일체로 형성된다.
따라서, 상기 배양용기(10)의 제1암나사산(26)과 상기 마감판(14)의 제1숫나사산간(28)의 나사 체결을 통하여, 배양용기(10)와 마감판(14)간의 밀봉 결합이 이루어지게 되며, 배양용기(10)의 세척이 필요한 경우에는 다시 마감판(14)에 나사 체결된 배양용기(10)를 풀어주면 된다.
상기 조명등 보호용 중공케이스(16)는 상기 마감판(14)상에 밀폐 결합되어, 배양용기(10)의 내부 중앙에 상하방향으로 배치되는 바, 이 조명등 보호용 중공케이스(16)의 내부에는 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 광합성에 필요한 빛과 온도 제공을 위한 수단으로 인공조명등(32)이 장착된다.
이때, 상기 인공조명등(32)이 내재된 조명등 보호용 중공케이스(16)의 하단 내경면에는 제2암나사산(34)이 형성되고, 상기 제1결합판(30)의 상면에는 제2암나사산(34)과 결합되도록 둘레면에 제2숫나사산(36)이 형성된 제2결합판(38)이 일체로 형성된다.
또한, 상기 조명등 보호용 중공케이스(16)의 외경에는 폭 2cm의 링 타입 산기관(40)이 삽입되는 동시에 상기 제1결합판(30)의 상면에 안착되어, 후술하는 에 어공급장치에서 산기관(40)으로 제공된 에어압에 의하여 미세한 공기방울이 배양용기의 밑면에서 위쪽으로 올라가게 된다.
여기서, 상기 조절박스 및 그 내부에 설치되는 인공조명장치 및 에어공급장치, 전원공급수단 등을 살펴보면 다음과 같다.
상기 조절박스(18)는 그 상부면에 상기 마감판(14)의 테두리단이 안착될 수 있도록 오목한 안착면(42)이 형성되고, 일측에는 개폐도어(44)가 부착된 통 구조물로 만들어진 것이다.
상기 조절박스(18)내에 설치되는 인공조명장치는 전원공급수단과 연결된 인공조명용 어댑터(46)와, 이 어댑터(46)와 상기 조명등 보호용 중공케이스(16)내에 장착되는 인공조명등(32)간에 연결되는 인공조명 연결배선(48)으로 구성된다.
이때, 상기 어댑터(46)와 인공조명등(32)간에 연결되는 인공조명 연결배선(46)은 상기 마감판(14)을 관통하여 배설된다.
상기 조절박스(18)내에 설치되는 에어공급장치는 상기 산기관(40)에 에어를 공급하는 수단으로서, 공기펌프(20)와, 이 공기펌프(20)의 에어출구에 부착된 에어노즐(50)을 포함하고, 상기 산기관(40)과 에어노즐(50)간의 연결은 튜브나 연결호스(52) 등을 이용하여 연결하게 되며, 이때 튜브나 연결호스는 상기 마감판(14)을 관통하여 배설된다.
또한, 상기 에어노즐(50)의 중간부분에는 배양수 역류방지밸브(54) 및 펌프조절밸브(56)가 장착되는 바, 상기 배양수 역류방지밸브(54)는 공기펌프(20)의 오프시 배양용기(10)로부터 배양액이 공기펌프(20)쪽으로 역류되는 것을 방지하기 위 한 일종의 체크밸브이고, 상기 펌프조절밸브(56)는 공기의 공급량을 조절하는 밸브이다.
또한 공기펌프(20)의 조절밸브(56)로부터 에어노즐(50)을 착탈이 가능하도록 하여 외부로부터 별도의 공기를 유입할 수 있도록 하였다.
상기 공기펌프(20) 및 인공조명등(32)은 전원을 필요로 하는 바, 이들에 전원을 공급하는 수단 또한 상기 조절박스(18)내에 설치된다.
즉, 상기 전원공급수단은 전원플러그(58)와, 이 전원플러그(58)와 상기 인공조명용 어댑터(48)간에 연결된 제1전원공급배선(60)과, 상기 전원플러그(58)와 상기 공기펌프(20)간에 연결된 제2전원공급배선(62)과, 상기 제1 및 제2전원공급배선(60,62)상에 부착되는 제1 및 제2스위치(64,66)로 구성되며, 이 제1스위치(64)의 온/오프에 따라 조명등(32)의 점멸이 이루어지고, 상기 제2스위치(66)의 온/오프에 따라 공기펌프(20)의 작동 또는 정지가 이루어진다.
한편, 상기 공기 펌프(20)의 오프(OFF)시, 산기관(40)에 잔존하는 수분을 배출시키기 위하여 상기 조절박스(18)의 상단 일측에는 산기관(40)과 호스로 연결되는 배출수 밸브(68)가 장착되고, 상기 배양용기(10)내에서 증식된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 수확을 위하여 배양용기(10)의 하단 일측에는 수확용 배출밸브(70)가 장착된다.
이때, 상기 수확용 배출밸브(70)를 열면 배양액과 함께 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP가 배출되는 바, 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체(72)를 이용하는 조체가 여과되도록 한다.
여기서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 배양기에 대한 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 배양기를 이용하여 배양된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 수확 모습을 보여주는 조립 단면도이다.
상기 제1 및 제2스위치(64,66)를 온시키면, 상기 조명등 보호용 중공케이스(16)내의 조명등(32)이 점등되는 동시에 상기 공기펌프(20)의 구동이 시작된다.
연이어, 상기 공기펌프(20)의 구동으로 외부공기가 에어노즐(50)을 통하여 산기관(40)쪽으로 공급되고, 산기관(40)을 통하여 에어는 배양용기(10)내의 배양액에 공기방울 기포를 발생시키면서 위쪽으로 올라가게 된다.
이때, 상기 제2스위치(66)를 오프시키면, 배양용기내의 배양액이 산기관(40)을 통해서 펌프로 유입될 수 있지만, 에어노즐(50) 또는 연결호스(52)의 중간 부분에 장착된 역류방지밸브(54)에서 배양액의 역류를 차단하게 되고, 또한 산기관(40) 내에 잔존하는 수분은 조절박스(18)의 상단부에 형성된 배출수 밸브(68)를 통하여 배출되어진다.
소정의 기간 동안 배양 증식이 된 후, 상기 수확용 배출밸브(70)를 열면 배양액과 함께 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP가 배출되는 바, 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체(72)를 이용하는 조체가 여과하게 된다.
전술한 바와 같이, 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 배양을 위한 배지 조성물은 아래의 표 1에서와 같이 bicarbonate는 아르스로스피 라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 증식을 위하여 필수적인 무기 탄소원으로 가장 많은 양이 사용되며 이로 인하여 많은 비용이 발생된다.
Figure 112006094876059-PAT00001
따라서, 본 발명은 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양에 bicarbonate를 사용하는 대신 대기중의 이산화탄소를 탄소원으로 하여 비용의 절감을 실현함과 동시에 대기중의 이산화탄소를 제감할 수 있다.
이하, 국내산 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 이용한 배양의 실험예를 통하여 본 발명의 배양기가 대기중의 이산화탄소를 이용한 배양의 효과를 크게 나타냄을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 배양기의 사용을 위하여 우선 국내산 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 확보가 필요한 바, 본 발명에 따른 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양에 있어서 비용절감을 위하여 한국생명공학연구원 생물자원센터에서 분양받은 아르스로스피라 플레텐시스(Arthrospira platensis) KCTC 11039BP를 이용하여 본 발명에 사용하였다.
분양받은 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 SOT 배지조성(표1)으로 계대배양(maintenance culture)하였으며, 계대배양은 160-180 μmol/m2/sec의 연속 광, 온도 25 ℃, 광주기 L:D = 24:0의 조건으로 배양기내에서 300-ml 삼각플라스크에서 배양하였다. 본 배양은 100 rmp의 속도로 배양기를 회전시키면서 배양수를 교반하였으며, 배양된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 광학현미경 사진은 도 1과 나타낸 바와 같다.
이렇게 배양되는 아르스로스피라를 본 발명의 배양기를 이용하여 배양할 수 있음을 하기 실험예를 통하여 알 수 있다.
실험예로서, 대기중의 이산화탄소를 탄소원으로 사용한 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양 및 bicarbonate를 탄소원으로 사용하여 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 배양하여, 서로를 비교하였다.
실험에 사용한 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 배양을 위한 배지 조성은 SOT 배지조성(표 1)을 기준으로 하였고, 배양수는 식수로 사용할 수 있는 수돗물을 이용하였다.
Figure 112006094876059-PAT00002
실험은 표 2에서와 같이 탄소원으로 bicarbonate를 사용하지 않고 대기중의 이산화탄소만을 이용한 구간과 bicarbonate를 배지에 첨가한 구간으로 나누어서 탄소원에 의한 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 증식을 조사하였다.
실내 조건에서의 증식을 조사하기 위하여 위의 실험조건에서 배양 6일까지는 실내에서의 조명을 이용하여 배양하였고, 그 이후에는 본 발명의 배양기 내부에 설치한 조명을 이용하여 배양하였다.
접종물로부터 유입되는 탄소원을 제거하기 위하여 배양된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 탄소원이 포함되지 않은 배지로 3회 수세한 후, 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 수돗물로 만든 배지에 접종하여 15일간 배양하였다.
이때, 배양 온도는 18-22℃의 범위에서 수행되었으나, 본 발명의 배양기 내부에 인공조명을 이용한 경우에는 30℃까지 상승하였다.
본 발명에 따른 배양기의 배양용기로 3 L 배양하였으며, 실내 조명을 이용한 6일간의 배양은 10 μmol photons/㎡/sec의 광에서 광주기 L:D = 12:12 조건으로 하였고, 본 발명의 배양기에 포함된 인공조명을 이용한 9일간의 배양의 경우에는 110 μmol photons/㎡/sec의 연속 광조건으로 하였다.
이때, 세포가 빛에 적절히 노출되도록 공기 펌프를 이용하여 분당 15 L(15 L/min)의 공기가 공급되도록 하였다.
아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 증식 지표로 건중량의 측정을 하게 되는데, 시료 20 ml을 채취한 후, 사전에 건조하여 여과 전 무게를 측정해 둔 유리섬유여과지로 여과하여 측정하였다.
이때, 증식된 아르스로스피라는 배양기의 배출밸브를 통하여 수확하는 바, 수확시에는 첨부한 도 3의 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체를 이용하여 조체를 여과함으로써 손쉽게 수확할 수 있으며, 여과된 배양수는 다시 배양수로 사용할 수도 있으나 조체의 오염을 유발할 수 있으므로 가급적 식물의 거름으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 배양용기로부터 배출된 배양액을 체망을 이용하여 여과한 후, 즉 조체의 여과 후에는 40 ml의 증류수로 조체를 수세한 후, 여과지를 1 시간 동안 103-105℃에서 건조시킨 다음 무게를 측정하여 조체의 건조중량을 산정하였다.
그 결과는 표 3 및 도 4에 나타낸 바와 같다.
표 3에서 보는 바와 같이, 대기중의 이산화탄소를 이용한 경우의 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP는 6일까지 실내의 조명(10 μmol photons/㎡/sec)하에서는 증식은 거의 이루어지지 않았지만, 반면에 본 발명의 배양기의 110 μmol photons/㎡/sec의 조명을 이용한 경우에는 7일부터 급격한 증식이 이루어지기 시작하여 배양 15일째에는 건중량으로 1.849 g/L에 이르렀음을 알 수 있었고, 배양 11일째부터 15일까지의 평균 생산성은 0.248 g/L/d로 높게 나타났다.
반면에, 표 4에서와 같이 bicarbonate를 탄소원으로 사용하여 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 배양한 경우는, 실내의 조명하에서는 역시 증식은 매우 미미하였고, 본 발명에 따른 배양기의 조명을 이용하면서부터 급격히 증식하기 시작하여 배양 15일째에는 2.5 g/L/d로 높게 나타났으며, 안정적인 증식이 이루어지기 시작한 배양 7일째부터 15일까지의 평균 생산성은 0.273 g/L/d로 대기중의 이산화탄소를 이용한 구간보다 약 11% 높게 나타났다.
이와 같이, 탄소원으로 bicarbonate를 사용한 경우에는 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP는 공기를 통해 용해되는 이산화탄소보다 bicarbonate를 우선적으로 이용하므로, 대기중의 이산화탄소의 고정효율은 매우 미미하지만 산소발생의 효과는 광합성량에 비례하게 된다.
반면에, 대기중의 이산화탄소를 탄소원으로 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 배양한 결과는 탄소원으로 bicarbonate를 사용한 배양의 약 89%의 증식이 이루어짐을 알 수 있었고, 이러한 결과는 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양을 위하여 많은 양이 사용되는 무기탄소원인 bicarbonate를 사용하지 않음으로써, 소요되는 배지의 비용을 약 28%(SOT 배지 조성중에서 NaHCO3가 차지하는 비율) 줄일 수 있고, 이에 대기중의 이산화탄소를 이용하는 것이 경비측면에서 보다 효과적인 것으로 나타났다.
따라서, 대기중의 이산화탄소를 이용하여 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 배양하더라도 100 μmol photons/㎡/sec 이상(200 μmol photons/㎡/sec 이상에서는 광저해를 받을 수 있음)의 충분한 광량과 산기관과 같은 기구를 통하여 만들어지는 미세한 공기와 그 공기의 분압에 의한 배지의 혼합만으로도 충분한 증식을 이룰 수 있음을 알 수 있었고, 유입되는 공기에 의한 배지의 혼합에 의해 배양기 내의 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP는 보다 원활하게 조명등에 의한 빛에 노출되므로써 광부족 현상을 줄일 수 있게 된다.
결론적으로, 본 발명에 따른 배양기를 이용하여, 공기를 통해 유입되는 대기중의 이산화탄소가 제거되어 온실가스를 제거하고 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 증식속도(광합성 속도)에 비례하여 산소가 발생되므로, 공기정화 효과가 있으며 배양된 조체는 유용하게 식용으로 이용할 수 있게 된다.
Figure 112006094876059-PAT00003
Figure 112006094876059-PAT00004
한편, 공기중의 이산화탄소를 이용하여 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 배양했을 때의 실제적인 이산화탄소의 제거율은 표 3에 나타낸 바와 같다.
이산화탄소 고정율은 배양 11일째에 0.462 g CO2/L/d로 가장 높았고 일당 산소의 발생량은 배양 11일째에 0.343 g O2/L/d으로 가장 높게 나타났으며, 배양 11부터 15일까지의 평균 이산화탄소 고정율은 0.453 g CO2/L/d이었고 평균 이산화탄소 고정율을 이용하여 년간 이산화탄소의 고정량을 계산하면 다음과 같다.
일평균 이산화탄소의 고정량 0.453 g CO2/L/d × 365일= 165.3 g CO2 /L/yr이고, 4천만 가정이 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 년간 배양한다고 가정하면, 이산화탄소의 제거량은 6,612,000,000 g CO2/L/yr(6.612 G tons CO2/L/yr)에 해당하고, 배양의 용량을 3배(3 L)로 증대시킬 경우에는 이산화탄소의 고정량은 약 19.8 G tons CO2/L/yr에 해당될 수 있다.
이러한 이산화탄소 고정량은 우리나라에서 배출된 이산화탄소(2003년도 국내 이산화탄소 배출량은 0.58 G tons)를 충분히 고정할 수 있는 양에 해당된다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기 및 배양 방법에 의하면, 가정에서도 대기중의 이산화탄소를 이용하여 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP를 손쉽게 배양함으로써, 이산화탄소의 제거에 기여하고, 천혜의 건강 식품으로 알려진 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 조체는 건강보조식품으로 가정에서 이용할 수 있는 장점이 있다.
더욱이, 본 발명의 배양기에 의하여 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 빠른 증식이 이루어질 수 있고, 이는 육상식물보다 많은 양의 산소가 방출되어 가정의 공기 정화제로서의 역할을 수행할 수 있으며, 연속 배양을 통하여 이산화탄소의 발생없이 증식이 이루어지면서 산소를 발생시키므로 공기정화제로서의 역할은 일반 육상식물에 비해 월등한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 배양기로 배양 증식된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP는 청록색을 띄므로 미관상 쾌적함을 느낄 수 있어, 장식의 효과도 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 공기배출구를 갖는 뚜껑과;
    상부 및 하부가 개방된 투명 재질의 배양용기와;
    상기 배양용기의 하부 개방구에 밀폐 결합되는 마감판과;
    상기 마감판상에 결합되어 배양용기의 내부에 상하로 배치되는 조명등 보호용 중공케이스와;
    상부면에는 상기 마감판이 안착되는 오목한 안착면이 형성되고, 그 아래쪽 내부에는 인공조명장치 및 에어 공급장치가 설치되는 조절박스와;
    상기 인공조명장치 및 에어 공급장치에 전원을 공급하는 전원공급수단;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 뚜껑은 그 중앙에 직경 0.1~1.0cm의 공기배출구가 형성되고, 뚜껑의 상면은 공기배출구로부터 바깥쪽으로 상향 경사진 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 배양용기의 하부 개방구 내경면에는 제1암나사산이 형성되고, 이 제1암나사산과 결합되도록 제1숫나사산이 형성된 제1결합판이 상기 마감판의 상면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 조명등 보호용 중공케이스의 하부 개방구 내경면에는 제2암나사산이 형성되고, 이 제2암나사산과 결합되도록 제2숫나사산이 형성된 제2결합판이 상기 제1결합판의 상면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 조명등 보호용 중공케이스의 외경에는 링 타입의 산기관이 삽입되는 동시에 상기 제1결합판의 상면에 안착되는 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 조절박스내에 설치되는 인공조명장치는 전원공급수 단과 연결된 인공조명용 어댑터와, 이 어댑터와 상기 조명등 보호용 중공케이스내에 장착되는 조명등간에 연결되는 인공조명 연결배선으로 구성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 조절박스내에 설치되는 에어공급장치는 공기펌프와, 이 공기펌프의 에어출구와 상기 산기관간에 연결되는 에어노즐과, 상기 에어노즐의 중간부분에 장착되는 배양수 역류방지밸브 및 펌프조절밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 전원공급수단은 전원플러그와, 이 전원플러그와 상기 인공조명용 어댑터간에 연결된 제1전원공급배선과, 상기 전원 플러그와 상기 공기펌프간에 연결된 제2전원공급배선과, 상기 제1 및 제2전원공급배선상에 부착되는 제1 및 제2스위치로 구성된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  9. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서, 상기 공기 펌프의 오프(OFF)시, 산기관에 잔존하는 수분을 배출시키기 위하여 상기 조절박스의 상단 일측에는 산기관과 호스로 연결되는 배출수 밸브가 더 장착된 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 배양용기내에서 증식된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 수확을 위하여 배양용기의 하단 일측에는 수확용 배출밸브가 장착되고, 수확시에는 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체를 이용하는 조체가 여과되도록 한 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양기.
  11. 분양받은 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 증식을 위해 배양액과 함께 배양기의 배양용기내에 충진하는 단계와;
    상기 배양기의 인공조명등의 빛을 배양기간 동안 110 μmol photons/㎡/sec의 연속 광조건으로 조사하는 단계와;
    상기 배양기의 공기펌프를 이용하여 분당 15 L(15 L/min)의 공기를 배양액쪽으로 공급하는 단계와;
    배양기간이 지난 후, 증식된 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP는 배양액과 함께 상기 배양기의 배출밸브를 통하여 배출되는 동시에 20 ㎛ 망목의 크기로 된 체에 여과되는 수확단계와;
    상기 여과에 의한 수확단계 후, 증류수로 조체를 수세한 후, 건조시키는 단계;
    를 통하여, 가정에서도 공기를 통해 유입되는 대기중의 이산화탄소가 제거되어 온실가스를 제거하고, 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 증식속도(광합성 속도)에 비례하여 산소가 발생될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP 의 배양 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 여과된 배양수는 다시 배양수로 사용하거나, 조체의 오염을 방지할 수 있도록 식물의 거름으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용 아르스로스피라(Arthrospira) KCTC 11039BP의 배양 방법.
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