KR20140022212A - Culturing method of microalgae for producing biodiesel by regulating salinity in wastewater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 대량 배양방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 하폐수 및 염도 내성 담수미세조류 균주를 염도가 조절된 하폐수 내에서 배양하여 폐수 처리와 동시에 바이오디젤을 생산용 담수미세조류를 대량 배양하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for mass-culturing freshwater microalgae for biodiesel production, and more particularly, to a method for mass culturing freshwater microalgae for biodiesel production, and more particularly, to a method for mass culture of freshwater microalgae for biodiesel production, To a method for mass-culturing microalgae.
미세조류는 질소, 인을 제거하여 하폐수 수질오염정화에 높은 효율을 가지고 있으며, 이의 활동으로 인해 생산된 미세조류 바이오매스는 각 조류의 g당 탄수화물, 지질(지방산)의 함량에 따라 각각 바이오에탄올, 바이오부탄올 및 바이오디젤을 생산할 수 있는 신재생 에너지의 근원이다 [박재일, 우희철, 이재화, 2008. 해양조류로부터 바이오에너지 생산 : 현황 및 전망. 화학공학회지. 46(5): 833-844].The microalgae have high efficiency in purification of wastewater water pollution by removing nitrogen and phosphorus. Microalgae biomass produced by this activity is bioethanol, lipid (fatty acid) It is the source of renewable energy to produce bio-butanol and biodiesel [Park, Jae-il, Woo-hee, Lee, Jae-hwa, 2008. Bio-energy production from marine algae: status and outlook. Journal of Chemical Engineering. 46 (5): 833-844).
현재까지 연구된 대부분의 조류는 해양에 서식하는 해양 조류이며, 최근 폐수 및 호수에서 배양된 미세조류의 바이오디젤 생산연구가 이루어지고 있다. 담수미세조류의 중요성장 인자로 빛, 이산화탄소, 질소, 인 및 염도 등이 알려져 있으나, 다양한 미세조류의 염도농도별 영향에 의한 생장 및 바이오디젤 생산 연구는 이루어지지 않았다.Most of the algae studied so far are marine algae living in the ocean, and recent studies on biodiesel production of microalgae cultivated in wastewater and lakes have been conducted. Light, carbon dioxide, nitrogen, phosphorus and salinity are known to be important growth factors of freshwater microalgae. However, no studies on the growth and biodiesel production due to the effect of salinity on various microalgae have been made.
또한, 최근 국외에서 담수미세조류의 성장을 위한 유무기 탄소원, 질소와 인의 근원을 축산폐수 및 하폐수에서 얻는 연구들이 진행되고 있으나, 이와 동시에 염도농도에 의한 대량 생산 및 바이오디젤 최적화 연구들은 부족한 실정이다.Recently, studies on the origin of organic carbon source, nitrogen and phosphorus for the growth of freshwater microalgae in livestock wastewater and wastewater have been carried out recently. However, studies on mass production and biodiesel optimization by salinity concentration are insufficient .
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미세조류를 배양함에 있어서, 최적의 미세조류의 성장 및 지질 생산이 가능한 배지 내 염도조건을 확립하여 바이오디젤을 대량 생산하여 에너지 문제를 해결할 수 있는 미세조류 배양방법을 제공하는 것이다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to cultivate microalgae, cultivate microalgae capable of solving the energy problem by mass-producing biodiesel by establishing saltiness conditions in the medium capable of producing optimal microalgae growth and lipid production Method.
또한, 고지질 함유 미세조류 배양과 동시에 하폐수 고도 처리가 가능하고, 염도 조절을 위한 음식물 폐수, 폐해수 활용이 가능한 자원정화 및 자원 재이용 미세조류 배양방법을 제공하고자 한다.Also, it is intended to provide a method for cultivation of microalgae containing high-quality algae and a method for cultivation of microalgae that can treat wastewater at a high altitude and purify resources and utilize wastewater to regulate salinity.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problems,
염도가 조절된 미세조류 배양 배지에서 담수미세조류 균주를 배양하여 지질을 함유하는 담수미세조류의 배양방법에 관한 것으로서,The present invention relates to a method for culturing freshwater microalgae containing lipid by culturing a freshwater microalgae culture medium in a microalgae culture medium having a controlled salinity,
상기 미세조류 배양 배지는 염도가 25-200 mM NaCl(2-12 ‰)로 조절된 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법을 제공한다.Wherein the microalgae culture medium is adjusted to a salt concentration of 25-200 mM NaCl (2-12 ‰). The present invention also provides a method for culturing freshwater microalgae for biodiesel production.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 미세조류 배양 배지는 하폐수로서, 축산 폐수, 농업폐수, 산업 폐수, 하수 슬러지, 정수 슬러지, 하수처리장 유입수 및 하수처리장 방류수 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the microalgae culture medium may be at least one selected from wastewater, animal wastewater, agricultural wastewater, industrial wastewater, sewage sludge, water sludge, sewage treatment plant influent water and sewage treatment plant effluent.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 염도의 조절은 해수 또는 음식물 탈리여액 내의 염분을 상기 미세조류 배양 배지에 혼합하여 조절할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the salinity can be controlled by mixing the salt in the seawater or the desalination filtrate into the microalgae culture medium.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 담수미세조류 균주를 포함하는 배지를 형광교반 배양기에 넣고, 배양온도 25-30 ℃, pH 7.2-7.6, 조도 40-60 μmol/㎡-sec 및 교반속도 100-200 rpm 조건에서 배양할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the culture medium containing the freshwater microalgae strains is placed in a fluorescent stirrer and cultured at a culture temperature of 25 to 30 ° C, pH of 7.2 to 7.6, light intensity of 40 to 60 μmol / -200 rpm.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 담수미세조류의 배양방법은 지질을 함유하는 담수미세조류를 생산함과 동시에 미세조류 배양 배지 내에서 질소, 인, 유기 탄소 및 무기 탄소를 제거할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the method of culturing freshwater microalgae can remove nitrogen, phosphorus, organic carbon, and inorganic carbon in the microalgae culture medium while producing fresh water microalgae containing lipid.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 담수미세조류 균주는 클라미도모나스 멕시카나(Chlamydomonas mexicana), 보트리오코커스 브라우니이(Botryococcus braunii), 클로렐라 종(Chlorella . sp.) 및 세네데스무스 종(Scenedesmus . sp.) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the freshwater microalgae strains are selected from the group consisting of Chlamydomonas mexicana), the boat may be at least one selected from Lactococcus Rio beurawooniyi (Botryococcus braunii), species Chlorella (Chlorella. sp.), and three or four des mousse species (Scenedesmus. sp.).
본 발명에 따른 미세조류 배양방법에 의하면, 염도 조건을 통하여 일반 하폐수에서보다 미세조류의 성장률이 우수하고, 고품질의 지방산 생산이 가능하다. 또한, 염도가 조절된 하폐수 내에서 미세조류를 배양하여 질소, 인 등의 제거율이 우수하여 하폐수 고도 처리가 가능하고, 염도 조절 인자로서 폐해수 및 음폐수를 활용할 수 있어 자원 정화 및 자원 재이용 측면에서 친환경적이고 경제성이 우수하다.According to the microalgae culturing method according to the present invention, the microalgae growth rate is higher than that in general wastewater through saltiness conditions, and high quality fatty acid production is possible. In addition, it can cultivate microalgae in the salinity-controlled wastewater, and it is possible to treat the wastewater with a high degree of removal such as nitrogen and phosphorus, and it is possible to utilize the wastewater and the wastewater as the salinity control factor. It is environment-friendly and economical.
도 1a 내지 도 1b는 각각 미세조류 배양 액체 배지 및 하폐수에서 염도 조건을 달리하여 배양한 미세조류의 성장률을 나타낸 그래프이다.
도 2a 내지 도 2b는 각각 미세조류 배양 액체 배지 및 하폐수에서 염도 조건을 달리하여 미세조류 배양시 바이오매스 건조중량 및 지질함량 증가율을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 미세조류 배양 액체 배지에서 염도 조건을 달리하여 미세조류 배양시의 지방산의 조성을 나타낸 그래프이며, 도 3b는 하폐수에서 염도 조건을 달리하여 미세조류 배양시의 지방산 함량 증가율을 나타낸 그래프이다(C18:3n6, C18:3n3, C18:2n6c C18:1n9c, C18:0, C17:1, C16:1, C16:0).
도 4는 염도 조건을 달리하여 미세조류 배양시 하폐수에서 질소, 인 및 무기탄소의 저감효율을 나타낸 그래프이다.FIGS. 1A to 1B are graphs showing the growth rates of microalgae cultured in different microalgae culture broth and wastewater according to salinity conditions. FIG.
FIGS. 2A and 2B are graphs showing the biomass dry weight and lipid content increase rate in microalgae culturing liquid culture medium and wastewater under different saltiness conditions, respectively.
FIG. 3A is a graph showing the composition of fatty acids in a microalgae culture broth with different salinity conditions, and FIG. 3B is a graph showing fatty acid content increase rates in microalgae culturing under different salinity conditions in wastewater (C 18 : 3n6, C18: 3n3, C18: 2n6c C18: 1n9c, C18: 0, C17: 1, C16: 1, C16: 0).
FIG. 4 is a graph showing reduction efficiencies of nitrogen, phosphorus, and inorganic carbon in wastewater when microalgae culture is performed under different salinity conditions.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 폐수 및 염도에 내성을 지닌 담수미세조류 종을 분리, 동정하여, 폐수 또는 미세조류 배양액 내 접종 후 염도 농도 조절에 따른 고지방산 미세조류배양, 고품질 바이오디젤 생산과 폐수처리를 병행하는 경제적이고 친환경적인 미세조류 배양방법에 관한 것이다. 특히, 특정 염도 농도 조건에서 미세조류 성장을 극대화시켜 미세조류 성장시 불포화 지방산의 증가에 따른 낮은 겔화점으로 인한 고품질 바이오디젤 생산이 가능한 것을 특징으로 한다.The present invention separates and identifies freshwater microalgae species having resistance to wastewater and salinity, and cultivates high-grade microalgae according to the control of salinity after inoculation in a wastewater or microalgae culture, an economy in which high-quality biodiesel production and wastewater treatment are performed The present invention relates to a method for cultivating microalgae. Particularly, it is characterized in that microbial growth is maximized at a specific salinity concentration, and high-quality biodiesel can be produced due to a low gelation point as the amount of unsaturated fatty acids increases upon microalgae growth.
본 발명은 폐수 및 염도에 내성을 지닌 클라미도모나스(Chlamydomonas) 속 담수미세조류 균주를 미세조류 배양 배지에서 배양하여 고지질을 함유하는 담수미세조류의 배양방법에 관한 것으로서, 상기 미세조류 배양 배지는 염도가 25-200 mM NaCl(2-12 ‰)로 조절된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for culturing freshwater microalgae containing high quality by culturing a microalgae culture medium of Chlamydomonas resistant to wastewater and saltiness in a microalgae culture medium, And a salinity of 25-200 mM NaCl (2-12 ‰).
미세조류의 경우 고농도의 염도에 방어 기작으로 삼투압 현상에 대응하여 글리세롤을 생성하고, 이를 기타 무기탄소 및 영양원과 함께 트리아실글리세롤(triacylglycerols -TAG)로 체내에 축적하여 지질함량이 증가하게 되어 성장하면서, 고지질을 함유한다.In the case of microalgae, glycerol is produced in response to the osmotic phenomenon due to a defense mechanism against high salinity of the concentration. It accumulates in the body with triacylglycerols (TAG) together with other inorganic carbon and nutrients, , And high quality.
담수미세조류 균주는 클라미도모나스 멕시카나(Chlamydomonas mexicana), 보트리오코커스 브라우니이(Botryococcus braunii), 클로렐라 종(Chlorella . sp.) 및 세네데스무스 종(Scenedesmus . sp.) 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 클라미도모나스 멕시카나(Chlamydomonas mexicana)일 수 있다.Freshwater microalgae strains are classified as Chlamydomonas mexicana , Botryococcus may be braunii), species Chlorella (Chlorella. sp.), and three or four des mousse species (Scenedesmus. sp.) can be at least one selected from, preferably from Chlamydomonas Mexicana (Chlamydomonas mexicana).
또한, 미세조류 배양 배지는 BBM 배지(KH2PO4, CaCl2·2H2O, MgSO4·7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl, H3BO3 및 미량원소를 함유하는 배지)에서 배양할 수 있으며, 상기 미량원소는 ZnSO4·7H2O, MnCl2·4H2O, MoO3, CuSO4·5H2O, Co(NO3)2·6H2O, Na2EDTA, KOH, FeSO4 및 H2SO4로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, the microalgae culture medium contained BBM medium (KH 2 PO 4 , CaCl 2 .2H 2 O, MgSO 4 .7H 2 O, NaNO 3 , K 2 HPO 4 , NaCl, H 3 BO 3 And a trace element, and the trace element may be ZnSO 4 .7H 2 O, MnCl 2 .4H 2 O, MoO 3 , CuSO 4 .5H 2 O, Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O, Na 2 EDTA, KOH, FeSO 4 And H 2 SO 4 .
특히, 염도조건 별 미세조류 대량 배양은 폐수에서 배양하는 것이 더욱 바람직하며 하폐수로는 축산 폐수, 농업폐수, 산업 폐수, 하수 슬러지, 정수 슬러지, 하수처리장 유입수 및 하수처리장 방류수 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.In particular, it is more preferable to cultivate microalgae in a large amount by salinity condition in wastewater. The wastewater may be at least one selected from livestock wastewater, agricultural wastewater, industrial wastewater, sewage sludge, water sludge, inflow water from sewage treatment plant, have.
또한, 배양액 내 염도농도 조절시 NaCl의 화학약품 이외에 해수, 발전시설의 폐해수, 음식물 탈리여액의 염분을 사용할 수 있다.In addition, when controlling the salt concentration in the culture medium, in addition to the chemical agent of NaCl, seawater, the number of harmful substances in the power generating facility, and saline in the desalination filtrate can be used.
본 발명은 지질을 함유하는 담수미세조류를 생산함과 동시에 미세조류 배양 배지 내에서 질소, 인, 유기 탄소 및 무기 탄소를 제거하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by producing fresh water microalgae containing lipids and removing nitrogen, phosphorus, organic carbon and inorganic carbon from the microalgae culture medium.
또한, 본 발명은 폐수 및 염도 내성 균주 또는 이의 배양액으로부터 지질을 분리하고, 상기 지질을 이용하여 고품질 바이오디젤을 생산하는 방법도 포함한다.The present invention also encompasses a method for separating lipids from wastewater and salinity tolerant strains or cultures thereof and producing high quality biodiesel using the lipids.
일반적으로 지질을 이용하여 바이오디젤을 생산하는 방법으로는 에테르교환 반응(transesterification), D-글리세린 생산법 등이 있으며, 본 발명 역시 상기와 같은 통상의 바이오디젤 생산법으로 고품질의 바이오디젤을 생산할 수 있다. 지질을 분리하는 방법으로는 Sulfophosphovanillin법, Kunkel법, Brugdon법 등으로 가능하며, 이러한 방법으로 본 발명의 배양액으로부터 지질을 분리한다.Generally, a method of producing biodiesel using lipids includes transesterification and D-glycerin production. The present invention can also produce high-quality biodiesel using the above-described conventional biodiesel production method. have. The lipid can be separated by the Sulfophosphovanillin method, the Kunkel method, the Brugdon method or the like, and the lipid is separated from the culture solution of the present invention by this method.
본 발명에 따른 배양방법에 의해서 배양한 배양액으로부터 분리한 지질 내 지방산을 분석한 결과, 하기 실시예에서 상술하는 바와 같이, 최적생장 조건에서 불포화지방산이 염도적용 조건 전보다 49%에서 62%로 증가되었다.
As a result of analysis of fatty acids in the lipids separated from the culture broth cultured by the culture method according to the present invention, the unsaturated fatty acid was increased from 49% to 62% in the optimum growth condition as described in the following examples .
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.
<실시예><Examples>
실시예 1. 배양배지 내 염도 조건에 따른 담수미세조류의 배양Example 1. Culture of freshwater microalgae according to salinity conditions in a culture medium
하기 [표 1]의 물리화학적 조성을 갖는 액체 배지(BBM)를 이용하여 미세조류 클라미도모나스 멕시카나 YSL07(Chlamydomonas mexicana YSL07) 균주를 배양하였다.Using a liquid medium (BBM) having the physicochemical composition shown in the following [Table 1], microalgae Clamidomonas Mexica or YSL07 ( Chlamydomonas mexicana YSL07) were cultured.
배양시 25-30 ℃, pH 7.2-7.6 하에서 250 mL 삼각플라스크에 5 mL의 상기 균주를 넣고 형광교반 배양기에서 약 20일간 배양을 하였다. 이때 교반은 150 rpm으로 유지하였으며, 조도 50 μmol/㎡-sec를 유지하였다.5 ml of the above strain was added to a 250 ml Erlenmeyer flask at 25-30 ° C under pH 7.2-7.6 for incubation for about 20 days in a fluorescent stirrer. The stirring was maintained at 150 rpm and the illuminance was kept at 50 μmol / m 2 -sec.
또한, 액체 배지의 염도는 하기 [표 2]에 나타나 있는 바와 같이, 0-100 mM (0-6 ‰)범위에서 달리하였다.In addition, the salinity of the liquid medium was varied in the range of 0-100 mM (0-6 ‰) as shown in Table 2 below.
실시예 2. 하폐수 내 염도 조건에 따른 담수미세조류의 배양Example 2. Culture of freshwater microalgae according to saltiness conditions in wastewater
하기 [표 3]의 물리화학적 조성을 갖는 하폐수를 이용하여 미세조류 클라미도모나스 멕시카나 YSL07(Chlamydomonas mexicana YSL07) 균주를 배양하였다.Using the wastewater having the physicochemical composition shown in the following [Table 3], the microalgae Clamidomonas Mexica and YSL07 ( Chlamydomonas mexicana YSL07) were cultured.
배양시 25-30 ℃, pH 7.2-7.6 하에서 250 mL 삼각플라스크에 5 mL의 상기 균주를 넣고 형광교반 배양기에서 약 20일간 배양을 하였다. 이때 교반은 150 rpm으로 유지하였으며, 조도 50 μmol/㎡-sec를 유지하였다.5 ml of the above strain was added to a 250 ml Erlenmeyer flask at 25-30 ° C under pH 7.2-7.6 for incubation for about 20 days in a fluorescent stirrer. The stirring was maintained at 150 rpm and the illuminance was kept at 50 μmol / m 2 -sec.
또한, 하폐수의 염도는 하기 [표 4]에 나타나 있는 바와 같이, 0-400 mM (0-25 ‰)범위에서 달리하였다.In addition, the salinity of the wastewater was varied in the range of 0-400 mM (0-25 ‰) as shown in Table 4 below.
상기 실시예 1과 같이, 미세조류 배양용 액체 배지 내 염도 조건별로 20일 동안 배양 결과 0-25 mM의 농도까지는 미세조류의 성장율이 증가한 반면 50 mM부터는 감소하였다(하기 도 1a). 이때 최대성장율은 25 mM의 염도조건에서 0.8 g/L로 측정되었고, 염도조건이 적용되지 않은 액체 배지(BBM)보다 건조중량이 최대 6-7배 증가하였다.As in Example 1, the microbial culture culture medium for 20 days showed a growth rate of microalgae up to a concentration of 0-25 mM, but decreased from 50 mM (Fig. 1A). The maximum growth rate was measured at 0.8 g / L at 25 mM salinity, and the dry weight was increased 6-7 times higher than that of liquid medium (BBM) without salinity.
또한, 상기 실시예 2와 같이, 하폐수 내 염도 조건 별로 10일 동안 배양 결과 0-200 mM의 농도까지는 성장율이 증가한 반면 300 mM부터는 감소하였다(도 1b). 이때 최대성장율은 100-200 mM의 염도조건에서 0.8 g/L로 측정되었고, 염도조건이 적용되지 않은 하폐수 조건보다 건조중량이 최대 3배 이상 증가하였다.
Also, as in the case of Example 2, the growth rate was increased from 0 to 200 mM for 10 days according to the saltiness condition in the wastewater, but decreased from 300 mM (Fig. 1B). The maximum growth rate was measured as 0.8 g / L at 100-200 mM salinity and the dry weight increased up to 3 times more than the wastewater condition without salinity condition.
이와 같이, 미세조류는 고농도의 염도에 방어 기작으로 삼투압 현상에 대응하여 글리세롤을 생성하면서 성장하고, 성장 한계 이상의 염도 농도에 대해서는 빛에 의한 광합성 작용이 저해되어 오히려 성장률이 감소함을 알 수 있다. 한편, Na+이온은 광합성 작용에 중요한 중탄산염 이온의 섭취를 증진시키는 역할을 한다.
As described above, microalgae grow in response to the osmotic phenomenon due to a defense mechanism against a high concentration of salinity, and the growth rate is reduced due to inhibition of light-induced photosynthesis by the salt concentration above the growth limit. On the other hand, the Na + ion enhances the uptake of bicarbonate ions, which are important for photosynthesis.
실험예 1. 염도 농도에 따른 지질함량 및 지방산 조성변화 확인Experimental Example 1. Determination of lipid content and fatty acid composition according to salinity concentration
지방산 함량 및 조성은 Lepage와 Roy [Lepage, G., C.C. Roy (1984) Improved recovery of fatty acid through direct transesterification without prior extraction or purification, Journal of Lipid Research, 25, 1391-1396.]의 방법을 변형하여 분석하였다.Fatty acid content and composition were determined by Lepage and Roy [Lepage, G., C.C. Roy (1984) Improved recovery of fatty acid through direct transesterification without prior extraction or purification, Journal of Lipid Research, 25, 1391-1396.
표준물질로 지방산 메틸 에스테르 혼합물(Fatty acid methyl ester mixture)인 Mix RM3, Mix RM5, GLC50, GLC70(Supelco, USA)와 헵타데카논산(Heptadecanoic acid), 감마-리놀렌산(gamma-Linolenic acid)[Supelco, USA]를 사용하였다. 테프론 마개를 가진 유리 튜브(11 mL, DH.GL28020, Daihan Scientific, Korea)에 질량을 측정한 미세조류 지질 시료 넣고 클로로포름-메탄올(2:1, vol/vol) 2 mL을 주입한 후 상온에서 10 분간 보르텍스 믹서(vortex mixer, Vorex Genius 3. Ika, Italy)로 섞었다. 내부표준물질인 노나데카논산(nonadecanoic acid, Sigma Co., USA)를 함유한 클로로포름 1 mL (500 ㎍/L), 메탄올 1 mL, 황산 300 ㎕를 순차적으로 유리 튜브에 첨가한 후 5분간 믹서로 섞었다. 튜브를 항온수조에 넣고 100 ℃에서 10분간 반응시켰다. 튜브를 상온까지 냉각시킨 후 증류수 1 mL을 주입하고, 믹서로 5분 정도 격렬히 섞은 후 4,000 rpm에서 10분간 원심분리하여 층분리시켰다. 아래층(유기상)을 1회용 PP 재질 주사기(Norm-ject, Germany)로 뽑아 1회용 0.22 ㎛ PVDF 실린지 필터(Millex-Gv, Millipore, USA)로 여과 후 자동 주입기를 가진 가스크로마토그래피(Model 7890, Agilent, USA)로 분석하였다.Mix RM3, Mix RM5, GLC50, GLC70 (Supelco, USA), heptadecanoic acid, gamma-linolenic acid (Supelco, USA] was used. A microalgae lipid sample, which had been mass-measured, was injected into a glass tube (11 mL, DH.GL28020, Daihan Scientific, Korea) with a teflon stopper, and 2 mL of chloroform-methanol (2: 1, vol / vol) Were mixed with a vortex mixer (
분석결과, 상기 실시예 1과 같이 미세조류 배양용 액체 배지 내 염도 조건별로 20일 동안 배양한 결과 0-25 mM의 농도까지는 성장율의 증가와 함께 지질생산량 또한 증가하였다(도 2a 및 표 5). 이때 동일 g당 최대 지질함량은 25 mM의 염도 조건에서 37%로 측정되었으며, 염도조건이 적용되지 않은 액체배지(BBM)보다 약 2.5배의 지질함량이 증가하였다.As a result of the analysis, when cultured for 20 days according to the salinity condition in the liquid medium for microalgae cultivation as in Example 1, the lipophilic production was increased as well as the growth rate up to the concentration of 0-25 mM (FIGS. The maximum lipid content per g was 37% at 25 mM salinity, and the lipid content was about 2.5 times higher than that of BBM without salinity.
지방산 조성의 경우도 25 mM 조건에서 바이오디젤에 적합한 불포화지방산이 상대적으로 높게 분포되어 바이오 디젤의 성분 제공 요소로 사용이 가능하다(도 3a). 또한, 10 mM 염도 조건에서는 25 mM 조건보다 불포화지방산 중 상대적으로 산화안정성이 높은 지방산은 올레인산(C 18:1n9c)이 높게 분포되어 고품질 바이오디젤 생산이 가능함을 알 수 있다.In case of fatty acid composition, the unsaturated fatty acid suitable for biodiesel is distributed at a relatively high level at 25 mM, so that it can be used as a constituent element of biodiesel (FIG. 3A). In addition, it can be seen that oleic acid (C 18: 1 n 9c) is highly distributed in fatty acids having relatively higher oxidation stability than unsaturated fatty acids under the condition of 10 mM salinity under the condition of 25 mM, so that high quality biodiesel production is possible.
또한, 상기 실시예 2와 같이 하폐수 내 염도 조건별로 10일 동안 배양 결과 0-200 mM의 농도까지는 성장율의 증가와 함께 지질생산량 또한 증가하였다(도 3b 및 표 6). 이때 동일 g당 최대 지질함량은 400 mM의 염도조건에서 38%로 측정되었으며, 염도조건이 적용되지 않은 하폐수보다 약 2배 이상의 지질함량이 증가하였다. 그러나 미세조류 성장과 지질함량의 관계 값인 지질생산량은 200 mM의 염도조건에서 가장 높다.In addition, as shown in Example 2, the growth rate of the wastewater was increased by 10-200 days according to the salinity condition of the wastewater, and the lipid production was also increased (Fig. 3B and Table 6). The maximum lipid content per g was 38% under the salinity condition of 400 mM and the lipid content was increased about twice as much as that of the wastewater without the salinity condition. However, lipid production, the value of microalgae growth and lipid content, is the highest at 200 mM salinity.
지방산 조성의 경우 다양한 염도 스트레스 조건에서 약 70% 이상이 바이오디젤에 적합한 불포화지방산이 상대적으로 높게 분포되어(palmitic acid (27-31%), Heptadecenoic acid (13-18%), oleic acid (4-7%), linolelaidic acid (17-20%), -linolenic acid (28-32%)) 바이오 디젤의 성분 제공 요소로 사용이 가능하다(도 3b). 한편, 지방산의 조성의 변화가 미세조류 배지 (BBM) 결과보다 적은 이유는 조류 배양 시간이 충분치 않기 때문으로 판단된다.In the case of fatty acid composition, about 70% or more of unsaturated fatty acids suitable for biodiesel are relatively high (palmitic acid (27-31%), heptadecenoic acid (13-18%), oleic acid 7%), linolelaidic acid (17-20%), and linolenic acid (28-32%). On the other hand, the change in the composition of fatty acids is less than the result of microalgae culture (BBM).
(GU732420) Chla . mexicana
(GU732420)
이와 같이, 미세조류는 고농도의 염도에 방어 기작으로 삼투압 현상에 대응하여 글리세롤을 생성하며, 이를 기타 무기탄소 및 영양원과 함께 트리아실글리세롤 (triacylglycerols -TAG)로 체내에 축적하여 지질함량이 증가됨을 알 수 있다.
Thus, the microalgae produce glycerol in response to the osmotic phenomenon due to the defense mechanism at high concentration of salinity and accumulate in the body with triacylglycerols (TAG) together with other inorganic carbon and nutrients, .
실험예 2. 폐수 및 염도 조건 내 질소, 인 제거 확인Experimental Example 2. Confirmation of Nitrogen and Phosphorus Removal in Wastewater and Salinity Condition
MF(MicroFiltration)을 거친 폐수에 상기 실시예1, 2에 의해 확보된 조류에서 질소와 인 제거를 검토하기 위하여 각각 다른 염도조건 내 조류를 식종(seeding)하였다. 각각의 반응조는 25 내지 27 ℃의 실온을 유지하였으며, pH는 7.8 내지 8로 자연 상태로 유지하였고 회분 실험 형태로 진행하였다. 처음 식종 후 조류가 적응하는 데까지 걸리는 시간은 10 일 내외로 그 이후 폐수의 초기 농도에 관계없이 질소와 인의 제거가 발생되었다. 도 4에서는 조류 반응이 진행된 10일 후에 200 mM의 염도조건에서 질소, 인과 무기탄소가 각각 100, 80 및 68%로 제거되었다.Algae in different salinity conditions were seeded to examine nitrogen and phosphorus removal from algae obtained by the above Examples 1 and 2 into wastewater after MF (microfiltration). Each of the reaction vessels was maintained at room temperature of 25 to 27 DEG C and the pH was maintained at 7.8 to 8 in a natural state and proceeded to a batch experiment. It took about 10 days for the initial adaptation of the post - breeding birds, and subsequent removal of nitrogen and phosphorus occurred irrespective of the initial concentration of wastewater. In Fig. 4, nitrogen, phosphorus and inorganic carbon were removed at 100, 80 and 68%, respectively, at a salinity condition of 200
Claims (6)
상기 미세조류 배양 배지는 염도가 25-200 mM NaCl(2-12 ‰)로 조절된 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법.The present invention relates to a method for culturing freshwater microalgae containing lipid by culturing a freshwater microalgae culture medium in a microalgae culture medium having a controlled salinity,
The microalgal culture medium is a method of culturing freshwater microalgae for biodiesel production, characterized in that the salinity is adjusted to 25-200 mM NaCl (2-12 ‰).
상기 미세조류 배양 배지는 하폐수로서, 축산 폐수, 농업폐수, 산업 폐수, 하수 슬러지, 정수 슬러지, 하수처리장 유입수 및 하수처리장 방류수 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법.The method of claim 1,
The microalgal culture medium is a wastewater, cultivation of freshwater microalgae for biodiesel production, characterized in that at least one selected from livestock wastewater, agricultural wastewater, industrial wastewater, sewage sludge, purified water sludge, sewage treatment plant influent and sewage treatment plant effluent. Way.
상기 염도의 조절은 해수 또는 음식물 탈리여액 내의 염분을 상기 미세조류 배양 배지에 혼합하여 조절하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법.The method of claim 1,
Wherein the control of the salinity is carried out by mixing salt in the seawater or the desalination filtrate into the microalgae culture medium to regulate the salt content of the microalgae.
상기 담수미세조류 균주를 포함하는 배지를 형광교반 배양기에 넣고, 배양온도 25-30 ℃, pH 7.2-7.6, 조도 40-60 μmol/㎡-sec 및 교반속도 100-200 rpm 조건에서 배양하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법.The method of claim 1,
The culture medium containing the freshwater microalgae strains is placed in a fluorescent stirrer and cultured at a culture temperature of 25-30 ° C, pH 7.2-7.6, light intensity 40-60 μmol / m 2 -sec and stirring speed 100-200 rpm Wherein the method comprises the steps of: (a) cultivating freshwater microalgae for biodiesel production.
상기 담수미세조류의 배양방법은 지질을 함유하는 담수미세조류를 생산함과 동시에 미세조류 배양 배지 내에서 질소, 인, 유기 탄소 및 무기 탄소를 제거하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법.The method of claim 1,
The method for culturing freshwater microalgae is characterized by producing fresh water microalgae containing lipids and removing nitrogen, phosphorus, organic carbon and inorganic carbon from the microalgae culture medium. Lt; / RTI >
상기 담수미세조류 균주는 클라미도모나스 멕시카나(Chlamydomonas mexicana), 보트리오코커스 브라우니이(Botryococcus braunii), 클로렐라 종(Chlorella . sp.) 및 세네데스무스 종(Scenedesmus . sp.) 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산용 담수미세조류의 배양방법.The method of claim 1,
The freshwater microalgae strains include Chlamydomonas mexicana and Botryococcus brownies. braunii ), Chlorella species ( Chlorella . sp.) and Sendesmus species ( Scedesmus . sp.) is a culture method of freshwater microalgae for biodiesel production, characterized in that at least one selected from.
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