KR20220005898A - Apparatus for producting biosurfactants and method for efficient production of biosurfactants using the same - Google Patents

Apparatus for producting biosurfactants and method for efficient production of biosurfactants using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for producing biosurfactants, which comprises first and second air injection tubes, a foam sensing unit, and a foam discharge unit to concentrate bubbles and recover a culture solution. According to the present invention, since the apparatus includes a bubble sensing unit and first and second air injection tubes, a highly concentrated foam can be acquired by controlling the amount and concentration of bubbles. Since the apparatus includes a foam discharge unit, it is prevented that bubbles generated during culturing microorganisms are overflown or a culture solution is discharged together with bubbles, thereby reducing loss of the culture solution. In addition, when microorganisms are cultured by using the apparatus, cultivation bacteria can be protected and a part of cells present in the collected bubbles are removed to extend a period for producing surfactant, thereby increasing production efficiency of biosurfactants.

Description

바이오 계면활성제의 생산 장치 및 이를 이용한 바이오 계면활성제의 생산 방법{APPARATUS FOR PRODUCTING BIOSURFACTANTS AND METHOD FOR EFFICIENT PRODUCTION OF BIOSURFACTANTS USING THE SAME}Apparatus for producing bio-surfactants and methods for producing bio-surfactants using the same

본 발명은 바이오 계면활성제의 생산 장치 및 이를 이용한 바이오 계면활성제의 생산 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 미생물을 배양하기 위한 배양부; 상기 배양부의 상단에 위치하며, 배양부로부터 생성된 거품을 센싱하기 위한 거품 센싱부; 상기 배양부에 위치하며, 공기 주입부로부터 유입된 공기를 배양액에 주입하기 위한 제1 공기 주입관; 상기 배양부로부터 생성된 거품이 배출되는 거품 배출부; 배양부를 향하도록 위치되어 공기 주입부로부터 유입된 공기를 분사하여 배양부로부터 생성된 거품을 꺼뜨려서 고밀도화하기 위한 제2 공기 주입관; 및 상기 거품 배출부에 연결되며, 발생된 거품을 수거하기 위한 거품 수거부; 를 포함하는 바이오 계면활성제 생산 장치로서, 상기 거품 센싱부의 거품 센싱에 따라 제1 및 제2 공기 주입관의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치 및 상기 바이오 계면활성제 생산 장치를 이용한 바이오 계면활성제의 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing a bio-surfactant and a method for producing a bio-surfactant using the same, and more particularly, to a culture unit for culturing microorganisms; a bubble sensing unit located at the upper end of the culture unit and configured to sense bubbles generated from the culture unit; a first air injection pipe located in the culture unit and configured to inject air introduced from the air injection unit into the culture solution; a bubble discharging unit for discharging the bubbles generated from the culture unit; a second air injection pipe positioned to face the culture unit and densify by blowing off the bubbles generated from the culture unit by spraying the air introduced from the air injection unit; and a bubble collecting unit connected to the bubble discharging unit and configured to collect the generated bubbles; A bio-surfactant production apparatus comprising It relates to a method for producing a surfactant.

바이오 계면활성제는 레시틴, 사포닌, 담즙산 등 동식물의 생체에 존재하는 천연 계면활성제 및 미생물의 대사로 생산되는 계면활성 물질로서, 바이오 계면활성제 중 서팩틴은 바이오 계면활성제 중에서 가장 강력한 물질이라고 알려져있다.Bio-surfactants, such as lecithin, saponin, and bile acids, are natural surfactants in the living body of animals and plants, and surfactants produced by the metabolism of microorganisms. Among bio-surfactants, surfactin is known to be the most powerful material among bio-surfactants.

지질과 아미노산으로 이루어진 바이오 계면활성제(biosurfactants)인 서팩틴(surfactin)을 생산하는 고초균들로는 바실러스 벨레젠시스(B. velezensis), 바실러스 아밀로리퀴페시언스(B. amyloliquefaciens), 바실러스 리체니포미스(B. licheniformis), 바실러스 모자벤시스(B. mojavensis), 바실러스 푸미루스(B. pumilus) 및 바실러스 서브틸리스(B. subtilis) 등이 알려져있다(Chen et al.,2015).Include Bacillus subtilis to produce the seopaek tin (surfactin) bio-surfactant (biosurfactants) consisting of a lipid and an amino acid of Bacillus Belle Zen sheath (B. velezensis), Bacillus amyl kwipe sieon Lowry's (B. amyloliquefaciens), Bacillus piece nipo miss (B . licheniformis), Bacillus cap Ben sheath (B. mojavensis), Bacillus pumi Ruth (B. pumilus), and Bacillus subtilis (B. subtilis) or the like is known (Chen et al., 2015) .

이러한 서팩틴은 강력한 항바이러스, 항진균, 항마이크로플라즈마 효능 등을 나타낸다고 알려져 있으며, 이 중에서도 항생제 효능이 가장 많이 알려졌다. 서팩틴은 상기와 같은 다양한 효능을 나타내기 때문에 제약산업, 환경정화산업, 화장품 산업 등에서 수요가 많으나, 생산효율이 낮아 대량으로 생산하기 어렵기 때문에 상업화에 크게 성공하지 못하였다.Such surfactin is known to exhibit strong antiviral, antifungal, and anti-microplasma effects, and among them, antibiotic efficacy is the most known. Since surfactin exhibits various effects as described above, it is in high demand in the pharmaceutical industry, environmental purification industry, and cosmetics industry, but has not been successfully commercialized because it is difficult to mass-produce due to low production efficiency.

바이오 계면활성제, 특히 서팩틴을 생산하기 위한 방법으로 화학적 합성방법이 있으나, 서팩틴을 이러한 방법으로 생산하기에는 분자량이 너무 크고 합성이 불가능하거나 합성가격이 높다는 단점이 있으며, 미생물 배양시스템에서 발효하여 생산하는 방법은 경제적이나 서팩틴을 대량으로 생산하는데 한계가 있다.There is a chemical synthesis method as a method for producing bio-surfactants, particularly surfactin, but to produce surfactin by this method, the molecular weight is too large and synthesis is impossible or the synthesis price is high, and it is produced by fermentation in a microbial culture system This method is economical, but there is a limit to the mass production of surfactin.

또한, 상기와 같은 서팩틴 생산 방법의 한계점을 극복하기 위하여 서팩틴을 생산하는 고초균들을 작물에 직접 뿌려서 현장에서 생산하도록 하려는 방법이 개발되었다. 구체적으로, 유럽등록특허 제03274442호 및 한국등록특허 제1557062호는 고초균을 농자재로 이용함으로써 고초균을 작물에 직접 뿌려 서팩틴을 생산함으로써 항균, 항생제 등과 같은 효과를 작물에 직접 나타내도록 한 기술이다. 그러나, 자연산 박테리아는 자연상태에서 전체적으로 계면활성제를 생산하는 양이 낮을 뿐만 아니라 온도에 따라 생산량이 크게 영향을 받기 때문에 그 효능이 미미하여 사용자들이 사용을 기피하고, 오히려 화학 농약을 선호한다.In addition, in order to overcome the limitations of the surfactin production method as described above, a method was developed to directly spray Bacillus subtilis for producing surfactin on crops to produce them in the field. Specifically, European Patent No. 03274442 and Korean Patent No. 1557062 are technologies that directly show effects such as antibacterial and antibiotics on crops by directly spraying Bacillus subtilis as an agricultural material to produce surfactin. However, natural bacteria produce a low amount of surfactant as a whole in their natural state, and because the production amount is greatly affected by temperature, the efficacy is insignificant, so users avoid using it, and rather prefer chemical pesticides.

또한, 서팩틴은 강력한 유화기능을 보유하고 있으나, 일상생활에서 주로 사용되는 주방 세제, 세탁 세제, 목욕 세제 등으로 사용하기에는 생산효율이 낮고 생산단가가 높기 때문에 고가의 화장품 및 약물 첨가제로만 사용된다. 환경오염의 원인인 합성세제들을 친환경 세제인 서팩틴으로 바꾸기 위해서는 생산효율을 높여 생산단가를 낮추기 위한 기술이 요구되며, 이에 따라 서팩틴의 생산효율을 높이고 생산단가를 낮추기 위한 다양한 고초균 배양장치들이 고안되었다. 먼저, 한국등록특허 제1139702호는 미생물 복합배양장치에 관한 것으로, 배양 탱크 내 온도, 용존산소량, pH 및 압력을 감지하는 센서를 구비함으로써 각 요소들을 실시간 확인하고 자동제어시스템을 부착하여 자동 혹은 수동으로 제어하고 있으나, 미생물을 배양 시 거품이 발생하여 배양액이 넘치는 것과 같은 문제점을 해결하기 위한 구성은 개시되어 있지 않다. 한국등록특허 제0737709호는 미생물을 배양하는 동안 발생하는 거품이 각종센서에 부착되어 배양기의 오작동을 유발하거나 배양기가 넘쳐 흐름을 막아 거품이 일어나지 않도록 하기 위하여 실리콘 거품 조절제를 이용하고 있으나, 상기 특허는 거품 조절제 혹은 소포제를 이용하여 거품발생을 억제하기 때문에 계면활성제의 생산효율을 증대시키기 어려우며, 정제과정에서 소포제를 제거해야 하므로 추가 비용이 발생하기 때문에 경제적으로 바람직하지 못하다. In addition, although surfactin has a strong emulsifying function, it is used only as an expensive cosmetic and drug additive because of its low production efficiency and high production cost for use as a kitchen detergent, laundry detergent, bath detergent, etc., which are mainly used in daily life. In order to change the synthetic detergents that cause environmental pollution to surfactin, which is an eco-friendly detergent, a technology for lowering the production cost by increasing the production efficiency is required. became First, Korean Patent No. 1139702 relates to a microorganism complex culture device, which has a sensor that detects temperature, dissolved oxygen, pH and pressure in the culture tank to check each element in real time and attach an automatic control system to automatically or manually However, a configuration for solving problems such as overflow of the culture solution due to the generation of bubbles when culturing microorganisms is not disclosed. Korea Patent No. 0737709 uses a silicone foam control agent to prevent bubbles from occurring by attaching to various sensors and causing malfunction of the incubator or preventing the incubator from overflowing, but the patent is It is difficult to increase the production efficiency of the surfactant because foaming is suppressed by using a foam control agent or an antifoaming agent.

한편, 상기 한국등록특허 제0737709호와 같이 배양하는 동안 거품 조절제의 사용에 따른 문제점을 개선하기 위한 장치로서 거품을 수동적으로 수거하는 장치가 고안된 바 있다. 한국등록특허 제1120093호는 미생물 배양 시 발생된 거품을 수동적으로 수거하는 배양시스템으로서, 거품저장조를 배양조에 연결하여 배양조에서 발생된 거품이 연결관을 통하여 거품저장조로 넘어가도록 하는 수동적인 방법을 이용한다. 그러나, 상기 배양시스템은 좁은 연결관에 의해 증가한 압력에 의해 배양액이 거품과 함께 거품저장조로 이동하게 되어 배양액의 손실이 심한 문제점이 있다. 또한, 상기 배양시스템은 배양 초기에 생성된 저밀도의 거품(농축되지 않은 거품)이 거품 저장조로 이동하게 됨에 따라 서팩틴이 고농도로 농축된 고밀도의 거품의 생산이 효율적으로 이루어지지 어려우므로, 거품으로부터 계면활성제를 대량으로 생산하기 어렵다.On the other hand, as described in Korean Patent No. 0737709, a device for passively collecting bubbles has been devised as a device for improving the problems caused by the use of a foam control agent during culture. Korea Patent No. 1120093 is a culture system that passively collects bubbles generated during culturing microorganisms. A passive method of connecting the bubble storage tank to the culture tank so that the bubbles generated in the culture tank pass through the connecting tube to the foam storage tank. use it However, the culture system has a problem in that the culture medium is moved to the bubble storage tank together with the bubbles due to the pressure increased by the narrow connecting tube, and the loss of the culture medium is severe. In addition, in the culture system, as the low-density foam (non-concentrated foam) generated at the beginning of the culture moves to the foam storage tank, it is difficult to efficiently produce the high-density foam in which the surfactin is concentrated at a high concentration. It is difficult to mass-produce surfactants.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구노력한 결과, 바이오 계면활성제 생산 장치에 거품 센싱부를 구비하여 거품 센싱에 따라 제1 및 제2 공기 주입관의 작동을 제어하는 경우 거품의 양을 조절하고 거품을 농축시켜 고밀도 거품만을 거품 수거부로 이동시킬 수 있기 때문에 계면활성제의 대량 생산이 가능하며, 거품 배출부를 구비하여 거품이 넘치거나 배양액이 거품과 함께 배출되는 현상을 막을 수 있어 배양액의 손실을 줄일 수 있으며, 수거된 거품에 존재하는 일부 세포들을 제거하여 쿼럼센싱(Quorum sensing)을 통한 내구체 형성을 지연시켜 계면활성제를 생산하는 기간을 연장 가능하게 할 뿐만 아니라 생성된 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴에 의한 고초균의 자가독성을 억제함으로써 서팩틴의 생산 효율을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본　발명을 완성하게 되었다.Accordingly, as a result of intensive research efforts to overcome the problems of the prior art, the present inventors provided a bubble sensing unit in the bio-surfactant production apparatus to control the operation of the first and second air injection tubes according to the bubble sensing. Since only high-density foam can be moved to the foam collector by controlling the amount and concentrating the foam, the mass production of surfactant is possible. Loss of culture medium can be reduced, and some cells present in the collected bubbles are removed, delaying the formation of spheroids through quorum sensing, making it possible to extend the period of surfactant production as well as the generated bio-interface. It was confirmed that the production efficiency of surfactin can be improved by suppressing the autotoxicity of Bacillus subtilis by the active agent, particularly surfactin, and the present invention has been completed.

EP 03274442 B1EP 03274442 B1 KR 10-1557062 B1KR 10-1557062 B1 KR 10-1139702 B1KR 10-1139702 B1 KR 10-0737709 B1KR 10-0737709 B1 KR 10-1120093 B1KR 10-1120093 B1

Chen, W.-C., Juan, R.-S., and Wei, Y.-H. (2015). Applications of a lipopeptide biosurfactant, surfactin, produced by microorganisms. Biochemical Engineering J 103, 158-169. Chen, W.-C., Juan, R.-S., and Wei, Y.-H. (2015). Applications of a lipopeptide biosurfactant, surfactin, produced by microorganisms. Biochemical Engineering J 103, 158-169.

따라서, 본 발명의 주된 목적은 거품의 양을 조절하고 거품을 농축시켜 고밀도 거품만을 거품 수거부로 이동시킬 수 있기 때문에 계면활성제의 대량 생산이 가능하며, 거품이 넘치거나 배양액이 거품과 함께 배출되는 현상을 막을 수 있어 배양액의 손실을 줄일 수 있으며, 수거된 거품에 존재하는 일부 세포들을 제거하여 쿼럼센싱을 통한 내구체 형성을 지연시켜 계면활성제를 생산하는 기간을 연장 가능하게 할 뿐만 아니라 생성된 바이오 계면활성제에 의한 고초균의 자가독성을 억제함으로써 서팩틴의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 바이오 계면활성제의 생산 장치를 제공하는데 있다.Therefore, the main object of the present invention is to control the amount of foam and concentrate the foam, so that only high-density foam can be moved to the foam collecting unit, so that the mass production of surfactant is possible, and the foam overflows or the culture solution is discharged with the foam. It is possible to prevent the phenomenon, thereby reducing the loss of the culture medium, and by removing some cells present in the collected bubbles, it delays the formation of spheroids through quorum sensing to extend the period of surfactant production as well as the generated bio An object of the present invention is to provide an apparatus for producing a bio-surfactant capable of improving the production efficiency of surfactin by suppressing the autotoxicity of Bacillus subtilis by the surfactant.

본 발명의 다른 목적은 상기 바이오 계면활성제 생산 장치를 이용한 바이오 계면활성제의 생산 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a bio-surfactant using the bio-surfactant production apparatus.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 미생물을 배양하기 위한 배양부, 상기 배양부의 상단에 위치하며 배양부로부터 생성된 거품을 센싱하기 위한 거품 센싱부, 상기 배양부에 위치하며 공기 주입부로부터 유입된 공기를 배양액에 주입하기 위한 제1 공기 주입관, 상기 배양부로부터 생성된 거품이 배출되는 거품 배출부, 배양부를 향하도록 위치되어 공기 주입부로부터 유입된 공기를 분사하여 배양부로부터 생성된 거품을 꺼뜨려서 고밀도화하기 위한 제2 공기 주입관, 및 상기 거품 배출부에 연결되며 발생된 거품을 수거하기 위한 거품 수거부를 포함하는 바이오 계면활성제 생산 장치로서, 상기 거품 센싱부의 거품 센싱에 따라 제1 및 제2 공기 주입관의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치를 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention is a culture unit for culturing microorganisms, a bubble sensing unit located at the upper end of the culture unit and sensing bubbles generated from the culture unit, located in the culture unit and from the air injection unit A first air injection tube for injecting the introduced air into the culture medium, a bubble discharge unit through which the bubbles generated from the culture unit are discharged, and the culture unit are positioned to face the culture unit and spray the air introduced from the air injection unit to generate from the culture unit A bio-surfactant production device comprising a second air injection pipe for densifying bubbles by turning them off, and a bubble collecting unit connected to the bubble discharge unit to collect generated bubbles, It provides a bio-surfactant production apparatus, characterized in that for controlling the operation of the first and second air injection tube.

종래에 미생물 배양 시 발생되는 거품을 수거하기 위하여 좁은 연결관을 이용하여 거품을 거품저장조로 수거하는 방법을 이용해왔다. 그러나, 좁은 연결관을 이용할 경우 증가한 압력에 의해 배양액이 거품과 함께 이동하기 때문에 배양액의 손실이 크고, 농축되지 않은 저밀도 거품들이 먼저 거품 저장조로 수거되기 때문에 바이오 계면활성제를 대량 생산하는데 어려움이 있다. 이에, 본 발명자들은 거품 배출부를 통해 거품 이동에 따른 압력을 감소시켜 배양액의 손실을 줄이고, 거품 센싱부를 통해 제1 및 제2 공기주입관의 작동을 제어하여 거품의 양을 조절하고 농축되지 않은 거품이 저장조로 수거되는 것을 막음으로써 바이오 계면활성제를 효율적으로 생산할 수 있는 바이오 계면활성제 생산 장치를 발명하게 되었다.Conventionally, in order to collect the bubbles generated during culturing microorganisms, a method of collecting the bubbles into a bubble storage tank using a narrow connecting tube has been used. However, when a narrow connector is used, the loss of the culture medium is large because the culture medium moves with the bubbles due to the increased pressure, and it is difficult to mass-produce the bio-surfactant because the low-density bubbles that are not concentrated are first collected in the bubble storage tank. Accordingly, the present inventors reduce the loss of the culture solution by reducing the pressure according to the movement of the bubble through the bubble discharge unit, and control the operation of the first and second air injection tubes through the bubble sensing unit to control the amount of bubbles and to control the amount of non-concentrated bubbles By preventing collection into this storage tank, a bio-surfactant production device that can efficiently produce bio-surfactants was invented.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 제1 공기 주입관은 상기 거품 센싱부에 거품이 센싱되기 전까지는 연속적으로 공기를 주입하고, 거품이 센싱된 후에는 1 내지 10분 간격으로 공기를 유입 및 차단하여 주기적으로 공기를 주입하는 것을 특징으로 한다.In the biosurfactant production apparatus of the present invention, the first air injection pipe continuously injects air until the bubble is sensed in the bubble sensing unit, and after the bubble is sensed, air is supplied at intervals of 1 to 10 minutes. It is characterized in that air is periodically injected by inflow and blocking.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 제1 공기 주입관으로 유입되는 공기의 양은 거품이 센싱되기 전까지는 2.5 내지 10VVM이고, 거품이 센싱된 이후에는 0.5 내지 2.0 VVM인 것을 특징으로 한다.In the biosurfactant production apparatus of the present invention, the amount of air introduced into the first air injection pipe is 2.5 to 10 VVM before the bubble is sensed, and 0.5 to 2.0 VVM after the bubble is sensed.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 거품 센싱부에 거품이 센싱되면 제2 공기 주입관이 작동 또는 차단되는 것을 특징으로 한다.In the bio-surfactant production apparatus of the present invention, when a bubble is sensed by the bubble sensing unit, the second air injection pipe is operated or blocked.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 거품 센싱부가 거품을 1회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관이 작동(on)되어 0.5 내지 1.5 VVM 양으로 공기가 유입되고, 거품을 2회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관으로 유입되는 공기의 양이 2 내지 10 VVM로 증가되며, 거품을 3회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관이 차단(off)되는 것을 특징으로 한다.In the bio-surfactant production apparatus of the present invention, when the bubble sensing unit senses the bubble the first time, the second air injection pipe is turned on to introduce air in an amount of 0.5 to 1.5 VVM, and the bubble is sensed a second time In this case, the amount of air introduced into the second air inlet pipe is increased to 2 to 10 VVM, It is characterized in that the second air injection pipe is blocked (off) when the bubble is sensed 3 times.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 제2 공기 주입관은 스프레이 형태인 것을 특징으로 한다.In the bio-surfactant production apparatus of the present invention, the second air injection pipe is characterized in that it is in the form of a spray.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 배양부는 미생물을 배양하는 배양조, 상기 배양조의 내부 하단에 구비되며 배양액을 교반하기 위한 배양액 교반용 프로펠러, 상기 배양조의 내부 상단에 구비되며 생성된 저밀도 거품을 꺼뜨리기 위한 거품 제거용 프로펠러, 및 상기 배양조의 내부에 구비되며 배양액의 상태를 제어하기 위한 제어센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the bio-surfactant production apparatus of the present invention, the culture unit is a culture tank for culturing microorganisms, a propeller for agitation of a culture solution provided at the lower inner portion of the culture tank and agitating the culture solution, and a low density generated by being provided at the inner upper end of the culture tank It is provided in the inside of the propeller for removing bubbles, and the culture tank for taking off the foam, characterized in that it comprises a control sensor for controlling the state of the culture solution.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 센서는 온도 센서, pH 센서, 용존산소량 센서 및 거품 센서로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 센서인 것을 특징으로 한다.In the biosurfactant production apparatus of the present invention, the sensor is characterized in that at least one sensor selected from the group consisting of a temperature sensor, a pH sensor, a dissolved oxygen amount sensor and a bubble sensor.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 공기 주입부는 공기를 주입하기 위한 압력계가 부착된 공기펌프, 상기 공기펌프에 연결되며 공기펌프와 연결된 타측에 배양조의 내부 및 거품 배출부와 연결되도록 체결된 유입된 공기를 이동시키기 위한 공기 이동관, 제1 공기 주입관으로의 공기 유입을 조절하기 위한 제1 벨브, 및 제2 공기 주입관으로의 공기 유입을 조절하기 위한 제2 벨브를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the bio-surfactant production apparatus of the present invention, the air injection unit is connected to the air pump with a pressure gauge for injecting air, and the other side connected to the air pump is connected to the inside of the culture tank and the bubble discharge unit. It characterized in that it comprises an air moving pipe for moving the introduced air, a first valve for controlling the inflow of air into the first air inlet pipe, and a second valve for controlling the inflow of air into the second air inlet pipe. do it with

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 공기 주입부는 공기 흐름을 조절하는 제1 공기 흐름 계량기, 공기필터, 유입되는 공기에 수분을 공급하기 위한 수조, 및 공기 흐름을 측정하는 제2 공기 흐름 계량기로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the biosurfactant production apparatus of the present invention, the air injection unit is a first air flow meter for controlling the air flow, an air filter, a water tank for supplying moisture to the incoming air, and a second air flow for measuring the air flow It is characterized in that it further comprises one or more members selected from the group consisting of a meter.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 거품 수거부는 상기 거품 배출부의 상부에 연결되며 거품 배출부를 통해 농축된 거품을 이동시키기 위한 거품 이동관, 거품 이동관에 연결되고 거품을 수거하기 위한 거품 수거용기, 상기 수거용기의 내부에 구비되며 거품을 액화시키기 위한 거품 액화용 부재, 및 상기 수거용기 일 단부에 구비되고 공기압을 조절하기 위한 공기 출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the bio-surfactant production apparatus of the present invention, the foam collecting unit is connected to the upper part of the foam discharge unit and is connected to a bubble moving pipe for moving concentrated bubbles through the bubble discharging unit, a bubble moving pipe connected to the foam moving pipe and collecting bubbles for collecting bubbles It is provided in the container, the bubble liquefaction member provided in the interior of the collection container for liquefying the foam, and is provided at one end of the collection container and characterized in that it comprises an air outlet for controlling the air pressure.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치에 있어서, 상기 거품 액화용 부재는 거품 액화용 프로펠러, 송풍장치 또는 거품 액화용 프로펠러와 송풍장치 모두인 것을 특징으로 한다.In the biosurfactant production apparatus of the present invention, the member for liquefying foam is a propeller for liquefying foam, a blower, or both a propeller and a blower for liquefying foam.

본 발명의 다른 한 양태에 따르면, 본 발명은 공기가 주입된 배양조에 미생물 및 배양액을 배양하는 제1 단계, 상기 배양조에 발생된 거품을 거품 센서로 센싱하는 제2 단계, 상기 배양조에 발생된 거품을 수거하고 배양액을 회수하는 제3 단계, 및 상기 수거된 거품으로부터 바이오 계면활성제를 수득하는 제4 단계를 포함하는 바이오 계면활성제의 생산 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a first step of culturing microorganisms and a culture solution in a culture tank in which air is injected, a second step of sensing bubbles generated in the culture tank with a foam sensor, bubbles generated in the culture tank It provides a method for producing a bio-surfactant comprising a third step of collecting and recovering the culture solution, and a fourth step of obtaining a bio-surfactant from the collected foam.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 제1 단계는 배양하는 동안 제1 공기 주입관으로 2.5 내지 10 VVM 양의 공기를 연속적으로 주입하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a biosurfactant of the present invention, the first step is characterized in that air in an amount of 2.5 to 10 VVM is continuously injected into the first air injection tube during culturing.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 제2 단계에서 거품이 센싱되면 제1 및 제2 공기 주입관의 작동이 제어되는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a bio-surfactant of the present invention, when bubbles are sensed in the second step, the operation of the first and second air injection tubes is controlled.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 제2 단계에서 거품이 센싱되면 제1 공기 주입관으로 유입되는 공기를 0.5 내지 2.0 VVM 양으로 조절하여 1 내지 10분 간격으로 유입되는 것을 특징으로 한다.In the production method of the bio-surfactant of the present invention, when the bubble is sensed in the second step, the air introduced into the first air injection pipe is adjusted to 0.5 to 2.0 VVM and introduced at intervals of 1 to 10 minutes, characterized in that do.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 제2 단계에서 거품이 센싱되면 제2 공기 주입관의 작동되어 공기가 분사되는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a bio-surfactant of the present invention, when a bubble is sensed in the second step, the second air injection pipe is operated to spray air.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 공기 분사는 거품 센싱 1회차에 0.5 내지 1.5 VVM 양의 공기가 분사되고, 거품 센싱 2회차에는 2.0 내지 10 VVM 양의 공기가 분사되며, 거품 센싱 3회차에는 공기가 분사되지 않는 것을 특징으로 한다.In the production method of the biosurfactant of the present invention, in the air injection, 0.5 to 1.5 VVM of air is sprayed in the first round of bubble sensing, and 2.0 to 10 VVM of air is sprayed in the second round of bubble sensing, and bubble sensing It is characterized in that no air is injected in the third round.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 제3 단계에서 수거된 거품은 10 내지 50배로 농축된 것을 특징으로 한다.In the production method of the biosurfactant of the present invention, the foam collected in the third step is characterized in that it is concentrated 10 to 50 times.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 발생된 거품을 수거하는 제3 단계는 발생된 거품을 거품 배출부로 이동시키는 제3-1 단계, 상기 거품 배출부로 이동한 거품을 거품 이동관으로 이동시키는 제3-2 단계, 및 거품 배출부로 이동한 배양액을 배양조로 회수하는 제3-3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the production method of the bio-surfactant of the present invention, the third step of collecting the generated bubbles is a 3-1 step of moving the generated bubbles to the bubble discharging unit, moving the bubbles moving to the bubble discharging unit to the bubble moving pipe It is characterized in that it comprises a 3-2 step, and a 3-3 step of recovering the culture solution moved to the bubble discharge unit to the culture tank.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 거품 배출부로 이동한 배양액을 배양조로 회수함으로써 배양액의 손실을 줄이고 거품을 농축시키는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a bio-surfactant of the present invention, the loss of the culture solution is reduced and the bubbles are concentrated by recovering the culture solution that has moved to the foam discharge unit into the culture tank.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 거품 배출부로 이동한 배양액을 배양조로 회수함으로써 연속배양이 가능한 것을 특징으로 한다.In the production method of the bio-surfactant of the present invention, continuous culture is possible by recovering the culture solution that has moved to the foam discharge unit into a culture tank.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 바이오 계면활성제를 수득하는 제4 단계는 거품 수거용기에 수거된 거품을 액화하여 바이오 계면활성제를 수득하는 것을 특징으로 한다.In the production method of the bio-surfactant of the present invention, the fourth step of obtaining the bio-surfactant is characterized in that the bio-surfactant is obtained by liquefying the bubbles collected in the foam collecting container.

본 발명의 바이오 계면활성제의 생산 방법에 있어서, 상기 제4 단계에서 거품을 제거한 후 수거된 거품이 액화된 배양액과 동량의 배양액을 배양조에 추가 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method for producing a bio-surfactant of the present invention, it is characterized in that it further comprises the step of additionally supplying the culture solution in the same amount as the culture solution in which the bubbles collected after removing the bubbles in the fourth step to the culture tank.

본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치는 거품 센싱부, 제1 및 제2 공기 주입관을 구비함으로써 거품 센싱부의 센싱에 따라 제1 공기 주입관의 작동을 제어함으로써 미생물 배양 시 발생되는 거품의 양을 조절할 수 있고, 거품 센싱부의 센싱에 따라 제2 공기 주입관의 작동을 제어하여 농축되지 않은 거품의 배출을 조절하여 고농축 상태의 거품을 수득할 수 있으며, 거품 배출부를 구비함으로써 미생물 배양 시 발생하는 거품이 넘치거나 배양액이 거품과 함께 배출되는 현상을 막아 배양액의 손실을 줄일 수 있다. The bio-surfactant production apparatus according to the present invention includes a bubble sensing unit, first and second air injection tubes, thereby controlling the operation of the first air injection tube according to the sensing of the foam sensing unit, thereby measuring the amount of bubbles generated during culturing microorganisms. By controlling the operation of the second air inlet pipe according to the sensing of the bubble sensing unit to control the discharge of non-concentrated bubbles, high-concentration bubbles can be obtained. It is possible to reduce the loss of the culture medium by preventing the overflow or the culture medium from being discharged with bubbles.

또한, 본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치를 이용하여 미생물을 배양할 경우, 배양 시 발생되는 거품을 수거함으로써 배양액 내에 분비된 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴이 제거되어 자가독성을 줄임으로써 배양균을 보호할 수 있다.In addition, when culturing microorganisms using the bio-surfactant production device according to the present invention, the bio-surfactant secreted in the culture medium, especially surfactin, is removed by collecting the bubbles generated during culture, thereby reducing autotoxicity to the cultured bacteria. can protect

더욱이, 수거된 거품에 존재하는 일부 세포들을 제거하여 쿼럼센싱을 통한 내구체 형성을 지연시켜 계면활성제를 생산하는 기간을 연장 가능하게 함으로써 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.Furthermore, it is possible to improve the production efficiency of biosurfactants, particularly surfactin, by removing some cells present in the collected foam to delay the formation of spheroids through quorum sensing to extend the period for producing surfactants.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치를 도시한 도면이다.1 is a view showing an apparatus for producing a bio-surfactant according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and therefore, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

본 발명의 바이오 계면활성제 생산 장치(10)는 계면활성제를 생산하는 미생물을 배양하여 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴을 생산하기 위한 장치로서, 바이오 계면활성제를 경제적이고 향상된 효율로 생산할 수 있다.The bio-surfactant production apparatus 10 of the present invention is an apparatus for producing a bio-surfactant, particularly a surfactin, by culturing a microorganism producing a surfactant, and the bio-surfactant can be produced economically and with improved efficiency.

도 1은 본 발명에 의한 바이오 계면활성제 생산 장치(10)를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치(10)는 제1 공기 주입관(107) 및 제2 공기 주입관(109)을 포함하는 공기 주입부(100), 배양부(200), 거품 센싱부(204), 거품 배출부(300) 및 거품 수거부(400)로 구성되며, 상기 거품 센싱부(204)는 거품 센싱에 따라 제1 공기 주입관(107) 및 제2 공기 주입관(109)의 작동을 제어한다.1 is a view showing a biosurfactant production apparatus 10 according to the present invention. As shown in FIG. 1 , the biosurfactant production apparatus 10 according to the present invention includes an air injection unit 100 including a first air injection tube 107 and a second air injection tube 109 , and a culture unit. 200, the bubble sensing unit 204, the bubble discharge unit 300 and the bubble collecting unit 400, the bubble sensing unit 204 according to the bubble sensing the first air injection pipe 107 and the second 2 Controls the operation of the air injection pipe (109).

먼저, 상기 배양부(200)는 미생물을 배양하기 위한 것으로, 바이오 계면활성제를 생산하기 위한 미생물, 특히 서팩틴을 생산하기 위한 고초균이 포함된 배양액을 수용하고, 배양한다. 상기 바이오 계면활성제를 생산하기 위한 미생물로는 바실러스 벨레젠시스(B. velezensis), 바실러스 아밀로리퀴페시언스(B. amyloliquefaciens), 바실러스 리체니포미스(B. licheniformis), 바실러스 모자벤시스(B. mojavensis), 바실러스 푸미루스(B. pumilus) 및 바실러스 서브틸리스(B. subtilis)로 구성된 고초균으로부터 선택되는 하나 이상의 미생물일 수 있다. First, the culture unit 200 is for culturing microorganisms, and receives a culture medium containing microorganisms for producing a bio-surfactant, in particular, Bacillus subtilis for producing surfactin, and culturing. Microorganisms for producing the bio-surfactant include Bacillus velezensis ( B. velezensis ), Bacillus amyloliquefaciens ( B. amyloliquefaciens ), Bacillus licheniformis ( B. licheniformis ), Bacillus mosbensis ( B. mojavensis ), Bacillus pumilus ( B. pumilus ) and Bacillus subtilis ( B. subtilis ) It may be one or more microorganisms selected from Bacillus subtilis consisting of.

상기 배양부(200)는 미생물을 배양하는 배양조(201), 상기 배양조의 내부 하단에 구비되며 배양액을 교반하기 위한 배양액 교반용 프로펠러(202), 상기 배양조의 내부 상단에 구비되며 생성된 저밀도 거품(농축되지 않은 거품)을 꺼뜨리기 위한 거품 제거용 프로펠러(203), 및 상기 배양조의 내부에 구비되며 배양액의 상태를 제어하기 위한 제어센서(206)를 포함하여 구성된다. 상기 배양조(201) 내부에는, 배양액 교반용 프로펠러(202), 거품 제거용 프로펠러(203) 및 제어센서(206)가 구비되어 있다. 배양조(201)에 공급되는 배양액은 배양조(201) 용량 대비 30 내지 70%로 공급하는 것이 바람직하며, 70% 이상의 배양액을 공급하여 배양할 경우, 배양액이 넘쳐서 거품을 수거하는 효과가 감소한다. 상기 배양액 교반용 프로펠러(202)를 가동시켜 배양액을 교반함으로써 세포들이 배양액 내에 가라앉는 것을 방지하고, 후술하는 공기 주입부(100)의 제1 공기 주입관(107)에 의해 주입된 공기를 배양액에 용해시킴으로써 배양의 효율을 증가시킨다. 또한, 거품 제거용 프로펠러(203)를 가동시켜 후술하는 제2 공기 주입관(109)에 의한 공기 분사와 함께 농축되지 않은 거품, 즉 저밀도의 거품을 꺼뜨림으로써 저밀도의 거품이 거품 배출부(300)로 이동하는 것을 제어한다. 또한, 제어센서(206)로서 온도센서(206a) 또는 pH센서(206b)를 가동시켜 배양액의 온도 및 pH를 측정한다. 또한, 상기 제어센서 이외에 용존산소량 측정 센서 또는 거품 측정 센서를 더 포함함으로써 배양액의 용존산소량을 측정하고 생성되는 거품의 양을 조절할 수 있다.The culture unit 200 includes a culture tank 201 for culturing microorganisms, a propeller 202 for agitating a culture solution provided at the lower inner portion of the culture tank and agitating the culture solution, and a low-density bubble generated at the upper end of the culture tank A propeller 203 for removing bubbles for removing (non-concentrated bubbles), and a control sensor 206 provided inside the culture tank to control the state of the culture medium is configured. Inside the culture tank 201, a propeller 202 for stirring the culture solution, a propeller 203 for removing bubbles and a control sensor 206 are provided. The culture solution supplied to the culture tank 201 is preferably supplied at 30 to 70% of the capacity of the culture tank 201, and when culturing by supplying more than 70% of the culture solution, the culture solution overflows and the effect of collecting bubbles is reduced. . By operating the propeller 202 for stirring the culture solution to agitate the culture solution, cells are prevented from sinking in the culture solution, and the air injected by the first air injection tube 107 of the air injection unit 100 to be described later is applied to the culture solution. By lysis, the efficiency of the culture is increased. In addition, by operating the propeller 203 for removing the bubbles to turn off the non-concentrated bubbles, that is, the low-density bubbles together with the air injection by the second air injection pipe 109 to be described later, the low-density bubbles are generated by the bubble discharge unit 300 ) to control the movement. In addition, the temperature and pH of the culture medium are measured by operating the temperature sensor 206a or the pH sensor 206b as the control sensor 206 . In addition, it is possible to measure the amount of dissolved oxygen in the culture medium by further including a dissolved oxygen amount measurement sensor or a bubble measurement sensor in addition to the control sensor and adjust the amount of bubbles generated.

본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치(10)에서, 배양조(201) 내부에 구비되는 제어센서(206)로서 온도센서(206a) 또는 pH센서(206b)를 구비하는 것을 예시로 하였으나, 이외에도 당업계에서 미생물 배양 장치에서 배양액을 제어하기 위해 설치되는 어떠한 제어센서도 구비될 수 있으며, 바람직하게는 압력센서, 수위센서 또는 거품센서가 구비될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In the bio-surfactant production apparatus 10 according to the present invention, it is exemplified that the temperature sensor 206a or the pH sensor 206b is provided as the control sensor 206 provided in the culture tank 201, but in addition to the sugar Any control sensor installed to control the culture solution in the microbial culture apparatus in the industry may be provided, and preferably a pressure sensor, a water level sensor or a bubble sensor may be provided, but is not limited thereto.

상기 배양부(200)의 상단에는 배양부로부터 생성된 거품을 센싱하기 위한 거품 센싱부(204)가 구비된다. 거품 센싱부(204)는 거품 센싱을 통해 후술하는 제1 공기 주입관(107) 및 제2 공기 주입관(109)의 작동을 제어하는 것으로, 배양조(201)에서의 미생물 배양에 따라 연속적으로 생성되는 거품을 거품 센싱부(204)가 센싱하여 제1 및 제2 공기 주입관을 작동 또는 차단하거나, 유입되는 공기의 양을 조절한다. 거품 센싱부(204)는 배양조(201)의 배양액 표면으로부터 생성되어 배양조의 상단으로까지 이동한 거품과 접촉함으로써 거품을 센싱하는 접촉 센서이거나, 생성된 거품을 인지함으로써 거품을 센싱하는 레이저 센서일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 센서가 접촉 센서일 경우 거품이 센서에 직접 접촉되어야 하기 때문에 배양조 내부 상단에 위치하는 것이 바람직하며, 하나의 접촉 센서만 구비되어도 되나 정확한 거품 센싱을 위해 다수의 접촉 센서가 구비될 수 있다. 센서가 레이저 센서일 경우 배양액의 표면에서 생성된 거품이 배양조 상단까지 이동하는 것이 인지되어야 하므로, 배양조 외부의 상단 측면에 위치하는 것이 바람직하며, 하나의 레이저 센서만 구비되어도 되나 정확한 거품 센싱을 위해 두 개 이상의 레이저 센서가 배양조 외부의 상단 양 측면에 위치하도록 구비될 수 있다.A bubble sensing unit 204 for sensing bubbles generated from the culture unit is provided at the upper end of the culture unit 200 . The bubble sensing unit 204 controls the operation of the first air injection pipe 107 and the second air injection pipe 109 to be described later through bubble sensing, and continuously according to the microbial culture in the culture tank 201 . The generated bubble is sensed by the bubble sensing unit 204 to operate or block the first and second air injection tubes, or to adjust the amount of air introduced therein. The bubble sensing unit 204 is a contact sensor that senses a bubble by contacting the bubble generated from the culture solution surface of the culture tank 201 and moved to the top of the culture tank, or a laser sensor sensing the bubble by recognizing the generated bubble However, it is not limited thereto. When the sensor is a contact sensor, it is preferable to be located at the top inside the culture tank because the bubble must be in direct contact with the sensor, and only one contact sensor may be provided, but a plurality of contact sensors may be provided for accurate bubble sensing. If the sensor is a laser sensor, it should be recognized that the bubbles generated on the surface of the culture medium move to the top of the culture tank, so it is preferable to be located on the upper side outside the culture tank. For this purpose, two or more laser sensors may be provided to be located on both sides of the upper end outside the culture tank.

본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치(10)에서, 배양조(201)에 구비되는 거품 센싱부(204)로서 접촉 센서를 구비하는 것을 예시로 하였으나, 이외에도 당업계에서 거품 등의 물질을 센싱하기 위한 어떠한 센서도 구비될 수 있다.In the bio-surfactant production apparatus 10 according to the present invention, it has been exemplified that a contact sensor is provided as the bubble sensing unit 204 provided in the culture tank 201, but in addition to sensing substances such as bubbles in the art Any sensor for

다음으로, 제1 공기 주입관(107) 및 제2 공기 주입관(109)을 포함하는 공기 주입부(100)는 배양부(200) 또는 거품 배출부(300)에 공기를 주입하기 위한 것으로, 배양부(200) 또는 배출부(300)에 연결되어 공기를 연속적으로 또는 간헐적으로 주입한다. Next, the air injection unit 100 including the first air injection tube 107 and the second air injection tube 109 is for injecting air into the culture unit 200 or the bubble discharge unit 300, It is connected to the culture unit 200 or the discharge unit 300 to continuously or intermittently inject air.

상기 공기 주입부(100)의 제1 공기 주입관(107)은 배양부(200)에 연결되어 공기 주입부(100)로부터 유입된 공기를 배양부에 주입하기 위한 것으로, 거품 센싱부(204)에 거품이 센싱되기 전까지는 2.5 내지 10VVM의 공기가 상기 제1 공기 주입관(107)을 통해 연속적으로 유입되다가 거품 센싱부(204)에 거품이 1회차 센싱된 이후에는 0.5 내지 2.0 VVM의 공기가 상기 제1 공기 주입관(107)을 통해 1 내지 10분 간격으로 유입 및 차단되는 것을 반복한다. 제1 공기 주입관(107)을 통해 배양부로 유입되는 공기의 유입을 주기적으로 조절할 경우, 공기를 연속적으로 주입하는 경우보다 바이오 계면활성제의 생산량을 증가시킬 수 있다.The first air injection pipe 107 of the air injection unit 100 is connected to the culture unit 200 to inject the air introduced from the air injection unit 100 into the culture unit, and the bubble sensing unit 204 2.5 to 10 VVM of air is continuously introduced through the first air injection pipe 107 until the bubble is sensed in the Repeated inflow and blocking at intervals of 1 to 10 minutes through the first air injection pipe 107 . When the inflow of air introduced into the culture unit through the first air injection pipe 107 is periodically controlled, the production of the bio-surfactant can be increased compared to the case of continuously injecting air.

상기 공기 주입부(100)의 제2 공기 주입관(109)은 배양조(201) 상단의 일 단부에 연결되거나 거품 배출부(300) 일 단부에 구비되고 배양부(200)를 향하도록 위치되어 공기 주입부(100)로부터 유입된 공기를 배양조 상부에서 하부로 향하도록 분사하여 배양부(200)로부터 생성된 저밀도의 거품(농축되지 않은 거품)을 꺼뜨려서 고밀도화하기 위한 것으로, 거품 센싱부(204)에 거품이 센싱되면 제2 공기 주입관이 작동하거나 차단된다. 또한, 상기 제2 공기 주입관으로부터 분사된 공기에 의해 저밀도의 거품이 먼저 선택적으로 꺼뜨려진다. 구체적으로, 거품 센싱부(204)가 거품을 1회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관이 작동(on)되어 0.5 내지 1.5 VVM 양으로 공기가 유입되고, 거품을 2회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관으로 유입되는 공기의 양이 2 내지 10 VVM로 증가되며, 거품을 3회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관이 차단(off)된다. 이와 같은 거품 센싱부(204)에 의한 제2 공기 주입관(109)의 작동 제어는 농축된 거품(고밀도 거품)만을 거품 수거부(400)로 수거하기 위한 것으로, 1회차 및 2회차에 센싱되는 농축되지 않은 거품(저밀도 거품)을 제2 공기 주입관(109)으로 유입되는 공기를 분사함으로써 저밀도의 거품을 먼저 선택적으로 꺼뜨리고, 3회차에 센싱되는 농축된 거품(고밀도 거품)은 제2 공기 주입관(109)을 차단(off) 함으로써 거품 배출부(300)로 이동시켜 거품 수거부(400)로 수거한다. 제2 공기 주입관(109)은 생성된 거품을 꺼뜨려야 하기 때문에 공기가 최대한 넓은 면적에 분사되는 것이 바람직하며, 이를 위해 제2 공기 주입관(109)은 스프레이(111) 형태일 수 있다.The second air injection pipe 109 of the air injection unit 100 is connected to one end of the upper end of the culture tank 201 or is provided at one end of the bubble discharge unit 300 and is positioned to face the culture unit 200 . The air introduced from the air injection unit 100 is sprayed from the top to the bottom of the culture tank to turn off the low-density bubbles (non-concentrated bubbles) generated from the culture unit 200 to increase the density, and the bubble sensing unit ( 204), when the bubble is sensed, the second air injection pipe is operated or blocked. In addition, the low-density foam is selectively extinguished first by the air injected from the second air injection pipe. Specifically, when the bubble sensing unit 204 senses the bubble for the first time, the second air injection pipe is turned on to introduce air in an amount of 0.5 to 1.5 VVM, and when the bubble is sensed for the second time, the second air injection The amount of air entering the tube is increased from 2 to 10 VVM, When the bubble is sensed 3 times, the second air inlet pipe is blocked (off). The operation control of the second air injection pipe 109 by the bubble sensing unit 204 is to collect only the concentrated bubbles (high-density bubbles) by the bubble collecting unit 400, and is sensed in the first and second rounds. By injecting the non-concentrated bubbles (low-density bubbles) into the second air injection pipe 109, the low-density bubbles are first selectively turned off, and the concentrated bubbles (high-density bubbles) sensed in the third cycle are the second air By blocking the injection pipe 109 (off), it moves to the bubble discharge unit 300 and is collected by the bubble collection unit 400 . Since the second air injection pipe 109 needs to extinguish the generated bubbles, it is preferable that the air is sprayed over the widest possible area, and for this purpose, the second air injection pipe 109 may be in the form of a spray 111 .

본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치(10)에서, 제2 공기 주입관(109)은 하나의 제2 공기 주입관(109)이 거품 배출부(300)의 일 단부에 구비되는 것을 예시로 하였으나, 제2 공기 주입관(109)은 스프레이 형태의 제2 공기 노즐을 이용하여 배양부(200)로부터 생성된 저밀도의 거품을 꺼뜨릴 수 있는 어떠한 위치에도 구비될 수 있으며, 하나 이상의 제2 공기 주입관(109)이 구비될 수 있다.In the bio-surfactant production apparatus 10 according to the present invention, the second air injection pipe 109 has been exemplified that one second air injection pipe 109 is provided at one end of the bubble discharge unit 300 , but , the second air injection pipe 109 may be provided at any position that can turn off the low-density bubbles generated from the culture unit 200 using a second air nozzle in the form of a spray, and one or more second air injections A tube 109 may be provided.

상기 공기 주입부(100)는 공기펌프(101), 공기 이동관(105), 제1 벨브(108) 및 제2 벨브(110)를 포함하여 구성된다. 상기 공기펌프(101)에는 압력계가 설치되어 있으며, 공기펌프(101)에 연결되며, 공기펌프(101)와 연결된 타측에 배양조(201) 및 거품 배출부(300) 내부와 연결되도록 체결된 공기 이동관(105), 특히 제1 공기 주입관(107) 및 제2 공기 주입관(109)을 통해 공기를 배양조(201) 및 거품 배출부(300) 내부로 이동 및 주입한다. 또한, 상기 공기펌프(101)에 연결된 공기 이동관의 타측에 연결된 제1 벨브(108) 및 제2 벨브(110)는 각각 제1 공기 주입관(107) 및 제2 공기 주입관(109)으로 이동 및 유입되는 공기를 제어한다.The air injection unit 100 is configured to include an air pump 101 , an air moving pipe 105 , a first valve 108 , and a second valve 110 . The air pump 101 is equipped with a pressure gauge, is connected to the air pump 101, the other side connected to the air pump 101, the culture tank 201 and the air fastened so as to be connected to the bubble discharge unit 300 inside The moving tube 105 , in particular, moves and injects air into the culture tank 201 and the bubble discharge unit 300 through the first air injection tube 107 and the second air injection tube 109 . In addition, the first valve 108 and the second valve 110 connected to the other side of the air movement tube connected to the air pump 101 move to the first air injection tube 107 and the second air injection tube 109, respectively. and controlling the incoming air.

또한, 상기 공기 주입부(100)는, 공기펌프(101)로부터 주입되는 공기의 흐름을 조절하기 위한 제1 공기 흐름 계량기(102), 공급된 공기를 필터링 하기 위한 공기필터(103), 주입되는 공기에 수분을 공급하기 위한 수조(104), 및 주입되는 공기 흐름을 측정하는 제2 공기 흐름 계량기(106)를 필요에 따라 추가적으로 공기 주입부(100)에 구비될 수 있으며, 상기와 같은 부재를 구비함으로써 공기의 흐름을 제어할 수 있다.In addition, the air injection unit 100 includes a first air flow meter 102 for controlling the flow of air injected from the air pump 101, an air filter 103 for filtering the supplied air, and the A water tank 104 for supplying moisture to the air, and a second air flow meter 106 for measuring the injected air flow may be additionally provided in the air injection unit 100 as needed, and the member as described above By having it, it is possible to control the flow of air.

다음으로, 거품 배출부(300)는 거품 배출부 입구(301)로 배출되는 농축된 거품을 포집하고, 배양액을 배양부(200)로 회수하기 위한 것으로, 배양조(201)의 거품 배출구(205)와 연결되어 발생된 거품을 지속적 또는 간헐적으로 수거하고, 거품과 함께 거품 배출부(300)로 이동한 배양액을 배양조(201)로 회수한다. 구체적으로, 상기 거품 배출부(300)는 배양조(201)의 상부에 연결되어 거품 센싱부(204), 제1 및 제2 공기 주입관(107, 109)에 의해 농축되어 배양조(201)의 하부에서 상부으로 이동한 농축된 거품(고밀도 거품)을 포집하고, 거품과 함께 이동한 일부 배양액은 다시 배양조(201)로 회수한다. 상기 거품 배출부(300)에 포집된 고밀도 거품(농축된 거품)은 후술하는 거품 배출부(300)의 상부에 연결된 거품 이동관(401)을 통해 거품 수거용기(402)로 수거된다. 상기 거품 수거부(300)와 거품 이동관(401)은 배양조(201)의 상단에 수직으로 연결됨으로써 거품을 따라 이동한 일부 배양액이 중력 현상에 의해 거품 수거용기(402)로 이동하는 현상을 막을 수 있다. 상기 거품 배출부(300)는 거품 배출부의 거품 배출부 입구(301)와 배양조(201)의 거품 배출구(205)와 연결된다.Next, the bubble discharge unit 300 collects the concentrated bubbles discharged to the bubble discharge unit inlet 301 , and recovers the culture solution to the culture unit 200 , the bubble outlet 205 of the culture tank 201 . ) and the generated bubbles are continuously or intermittently collected, and the culture medium that has moved to the bubble discharge unit 300 along with the bubbles is recovered to the culture tank 201 . Specifically, the bubble discharge unit 300 is connected to the upper portion of the culture tank 201 and is concentrated by the bubble sensing unit 204 and the first and second air injection pipes 107 and 109 to the culture tank 201 . Concentrated bubbles (high-density bubbles) that have moved from the lower part of the are collected, and some of the culture solution that has moved with the bubbles is recovered back to the culture tank 201 . The high-density foam (concentrated foam) collected in the bubble discharge unit 300 is collected into the bubble collection container 402 through the bubble transfer pipe 401 connected to the upper portion of the bubble discharge unit 300 to be described later. The bubble collecting unit 300 and the bubble moving pipe 401 are vertically connected to the upper end of the culture tank 201 to prevent some of the culture medium moving along the bubble from moving to the bubble collecting vessel 402 due to gravity. can The bubble outlet 300 is connected to the bubble outlet inlet 301 of the bubble outlet and the bubble outlet 205 of the culture tank 201 .

다음으로, 거품 수거부(400)는 배양조(201)에 발생된 거품을 거품 배출부(300)에서 포집하여 수거하기 위한 것으로, 발생된 거품을 지속적 또는 간헐적으로 수거한다.Next, the bubble collecting unit 400 is for collecting and collecting the bubbles generated in the culture tank 201 in the bubble discharging unit 300, and continuously or intermittently collects the generated bubbles.

상기 거품 수거부(400)는 거품 이동관(401), 거품 수거용기(402), 거품 액화용 부재(403) 및 공기 출구(404)를 포함하여 구성된다. 상기 거품 수거용기(402) 내부에는 거품을 액화시키기 위한 거품 액화용 부재(403)로서 거품 액화용 프로펠러(403a) 및/또는 송풍장치(403b)를 구비하여 수거된 거품을 액화시켜 이로부터 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴을 수득한다. The bubble collecting unit 400 is configured to include a bubble moving pipe 401, a bubble collecting container 402, a member for liquefying bubbles 403 and an air outlet 404. The bubble collecting container 402 is provided with a propeller 403a and/or a blower 403b for liquefying the bubbles as a member 403 for liquefying the bubbles inside the bubble collecting container 402 to liquefy the collected bubbles and from this to the bio-interface. An active agent, in particular a surfactin, is obtained.

본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치(10)에서, 거품 수거용기(402) 내부에 구비되는 거품 액화용 부재(403)로서 거품 액화용 프로펠러(403a) 및/또는 송풍장치(403b)를 구비하는 것을 예시로 하고 있으나, 상기 거품 액화용 부재(403)를 구비하지 않을 경우, 수집된 거품을 다른 용기에 옮겨 냉장실에 일정 시간 동안 정치시킴으로써 액화시킬 수 있다. 또한, 상기 수거용기(402) 일 단부에는 공기압을 조절하기 위한 공기 출구(404)가 구비된다.In the bio-surfactant production apparatus 10 according to the present invention, the foam liquefaction member 403 provided in the foam collection container 402 includes a propeller 403a and/or a blower 403b for foam liquefaction. However, if the foam liquefaction member 403 is not provided, the collected foam may be moved to another container and liquefied by allowing it to stand for a certain period of time in the refrigerating chamber. In addition, an air outlet 404 for adjusting the air pressure is provided at one end of the collection container 402 .

상술한 바와 같은 바이오 계면활성제 생산 장치(10)를 이용하여 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴의 생산 효율을 향상시킬 수 있으며, 구체적은 방법은 아래와 같다.By using the bio-surfactant production apparatus 10 as described above, the production efficiency of the bio-surfactant, in particular, surfactin can be improved, and the specific method is as follows.

바이오 계면활성제를 생산하기 위한 방법은, 공기가 주입된 배양조에 미생물 및 배양액을 배양하는 제1 단계, 상기 배양조에 발생된 거품을 거품 센서로 센싱하는 제2 단계, 상기 배양조에 발생된 거품을 수거하고, 배양액을 회수하는 제3 단계, 및 상기 수거된 거품으로부터 바이오 계면활성제를 수득하는 제4 단계로 구분될 수 있다.The method for producing a bio-surfactant includes a first step of culturing microorganisms and a culture solution in a culture tank in which air is injected, a second step of sensing the bubbles generated in the culture tank with a foam sensor, and collecting the bubbles generated in the culture tank And, it can be divided into a third step of recovering the culture solution, and a fourth step of obtaining a bio-surfactant from the collected bubbles.

제1 단계는 바이오 계면활성제를 생산하는 미생물과 배양액을 배양조(201) 내부에 공급하고 공기를 주입하여 배양하는 단계로서, 배양조(201)에 공급되는 배양액은 배양조(201) 용량 대비 30 내지 70%로 공급하는 것이 바람직하며, 70% 이상의 배양액을 공급하여 배양할 경우, 배양액이 넘쳐서 거품을 수거하는 효과가 감소한다. 또한, 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴을 생산하는 미생물은 바실러스 벨레젠시스(B. velezensis), 바실러스 아밀로리퀴페시언스(B. amyloliquefaciens), 바실러스 리체니포미스(B. licheniformis), 바실러스 모자벤시스(B. mojavensis), 바실러스 푸미루스(B. pumilus) 및 바실러스 서브틸리스(B. subtilis)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 고초균일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 공기펌프(101)를 가동하여 공기를 배양조의 배양액에 주입하는 것은 공기를 공급함으로써 거품을 발생시킬 수 있으며, 거품을 발생시키는 구체적인 방법은 이하 상세히 설명한다.The first step is a step of culturing by supplying a microorganism and a culture medium for producing a bio-surfactant into the culture tank 201 and injecting air into the culture tank 201. The culture solution supplied to the culture tank 201 is 30 compared to the capacity of the culture tank 201 It is preferable to supply to 70%, and when culturing by supplying more than 70% of the culture solution, the culture solution overflows and the effect of collecting bubbles is reduced. In addition, bio-surfactants, particularly microorganisms that produce surfactin are Bacillus velezensis ( B. velezensis ), Bacillus amyloliquefaciens ( B. amyloliquefaciens ), Bacillus licheniformis ( B. licheniformis ), Bacillus mosbensis ( B. mojavensis ), Bacillus pumilus ( B. pumilus ) and Bacillus subtilis ( B. subtilis ) It may be one or more Bacillus subtilis selected from the group consisting of, but is not limited thereto. In addition, operating the air pump 101 and injecting air into the culture medium of the culture tank may generate bubbles by supplying air, and a specific method of generating bubbles will be described in detail below.

공기가 주입된 배양액을 배양하여 거품을 발생시키는 방법은, 공기펌프(101) 가동에 따른 공기 주입 및 배양조(201) 내부에 구비된 배양액 교반용 프로펠러(202)의 가동에 의해 거품을 발생시킬 수 있다. 공기 펌프(101) 가동에 따른 공기 주입은 제1 공기 주입관(107)을 통해 2.5 내지 10 VVM 양의 공기를 연속적으로 배양조 내부에 유입한다. 거품을 발생시키는 시간은 특별히 제한되는 것은 아니나, 20분 내지 30분과 같이 단시간 동안 반복적으로 거품을 발생시키거나 6시간 이상 동안 지속적으로 거품을 발생시킬 수 있다.The method of culturing the air-injected culture medium to generate bubbles is to generate bubbles by injecting air according to the operation of the air pump 101 and operating the propeller 202 for stirring the culture solution provided inside the culture tank 201. can The air injection according to the operation of the air pump 101 continuously introduces 2.5 to 10 VVM of air into the culture tank through the first air injection pipe 107 . The time for generating the bubbles is not particularly limited, but it can generate bubbles repeatedly for a short time, such as 20 to 30 minutes, or continuously for 6 hours or more.

다음으로, 제 2 단계는 상기 배양조에 발생된 거품을 거품 센서로 센싱하는 단계로서, 본 발명에서 바이오 계면활성제, 특히 서팩틴의 생산 효율을 향상시키기 위한 가장 핵심적인 단계이다. 배양 시 발생하는 초기 거품은 농축되지 않은 거품(저밀도 거품)이며, 초기 거품에 포함된 바이오 계면활성제의 양은 매우 소량이기 때문에 저밀도 거품을 수거하는 것은 바이오 계면활성제를 고수율로 수득하기 어렵다. 이에, 후술하는 바와 같이 농축된 거품만을 수거하기 위한 방법을 착안하였다.Next, the second step is a step of sensing the bubbles generated in the culture tank with a foam sensor, and is the most essential step for improving the production efficiency of the bio-surfactant, in particular, surfactin in the present invention. The initial foam generated during incubation is non-concentrated foam (low-density foam), and since the amount of bio-surfactant contained in the initial foam is very small, it is difficult to collect the low-density foam to obtain the bio-surfactant in high yield. Accordingly, a method for collecting only the concentrated foam as described below was conceived.

구체적으로, 제1 단계를 통해 발생된 거품이 배양조의 하부에서 상부로 이동함에 따라 거품 센싱부(204)의 거품 센서에 거품이 접촉하여 센싱된다. 이 때, 거품이 센싱되면 제1 및 제2 공기 주입관(107, 109)의 작동이 제어된다. 구체적으로, 거품이 센싱되면 제1 단계에서 연속적으로 제1 공기 주입관(107)으로 유입되는 공기의 양을 0.5 내지 2.0 VVM로 조절하여 주기적으로 유입하며, 바람직하게는 0.5 내지 2.0 VVM 양의 공기를 1 내지 10분 간격으로 주입 및 차단한다. 이와 같은 제1 공기 주입관(107)의 제어는 바이오 계면활성제의 생산량을 증가시킬 수 있다. 또한, 거품이 센싱되면 제2 공기 주입관(109)은 작동되어 배양조(201)로 공기가 분사되거나 차단된다. 제2 공기 주입관(109)의 공기 분사는 거품 센싱 1회차에 0.5 내지 1.5 VVM 양의 공기가 분사되고, 거품 센싱 2회차에는 2.0 내지 10 VVM 양의 공기가 분사되며, 거품 센싱 3회차부터는 공기 분사를 정지한다. 이와 같은 제2 공기 주입관(109)의 제어는 농축되지 않은 거품(저밀도 거품)이 거품 배출부(300)로 배출되어 거품 수거부(400)로 수거되는 것을 막고 거품을 농축시켜 결론적으로는 바이오 계면활성제의 생산량을 증가시킬 수 있다.Specifically, as the bubbles generated through the first step move from the lower part to the upper part of the culture tank, the bubbles are sensed by contacting the bubble sensor of the bubble sensing unit 204 . At this time, when the bubble is sensed, the operation of the first and second air injection tubes 107 and 109 is controlled. Specifically, when the bubble is sensed, the amount of air continuously introduced into the first air injection pipe 107 in the first step is adjusted to 0.5 to 2.0 VVM and periodically introduced, preferably in an amount of 0.5 to 2.0 VVM. is injected and blocked at intervals of 1 to 10 minutes. Such control of the first air injection pipe 107 may increase the production amount of the bio-surfactant. In addition, when the bubble is sensed, the second air injection pipe 109 is operated to inject or block air into the culture tank 201 . For the air injection of the second air injection pipe 109, 0.5 to 1.5 VVM of air is sprayed in the first round of bubble sensing, and 2.0 to 10 VVM of air is sprayed in the second round of bubble sensing, and air from the third round of bubble sensing Stop spraying. This control of the second air injection pipe 109 prevents non-concentrated bubbles (low-density bubbles) from being discharged to the bubble discharging unit 300 and collected by the bubble collecting unit 400, and condensing the bubbles to finally bio It is possible to increase the production of surfactants.

다음으로, 제3 단계는 발생된 거품을 거품 수거용기(402)에 수거하는 단계로서, 발생된 거품을 거품 배출부(300)로 이동시켜 농축된 거품(고밀도 거품)을 포집하는 단계를 포함하며, 본 단계 또한 바이오 계면활성제를 고수율로 수득하기 위해서는 필수적이다.Next, the third step is a step of collecting the generated bubbles in the bubble collection container 402, and moving the generated bubbles to the bubble discharge unit 300 to collect the concentrated bubbles (high-density bubbles). , this step is also essential to obtain a biosurfactant in high yield.

예컨대, 고초균을 이용하여 발효를 진행할 경우, 발효가 진행될수록 항생제 효과를 갖는 바이오 계면활성제인 서팩틴이 배양액에 축적된다. 이 때, 배양액 내에 영양분이 충분히 있더라도 고초균은 더 성장하지 못하고 자신이 만들어낸 서팩틴 때문에 사멸하기 때문에 서팩틴의 생산량을 증가시키는데 어려움이 있다. 한편, 세포들은 서팩틴 생산에 꼭 필요하며, 서팩틴의 생산량을 증가시키려면 세포수를 늘려야 하지만, 세포수가 너무 많아지면 쿼럼센싱(Quorum sensing)을 통하여 서 팩틴 생산을 방해하는 결과를 초래한다. 따라서, 상기 문제점을 종합해 볼 때, 서팩틴에 의해서 숙주세포가 죽지 않도록 배양하는 과정에 서팩틴의 농도를 낮추어 주거나, 세포를 배양하는 동안 세포수를 적당히 줄여주거나 또는 세포가 더 늘어나 지 않도록 해준다면 서팩틴의 생산량을 증가시킬 수 있을 것으로 판단하였으며, 후 술하는 바와 같이 거품을 수거하는 방법을 착안하였다.For example, when fermentation is performed using Bacillus subtilis, as fermentation proceeds, surfactin, a bio-surfactant having an antibiotic effect, is accumulated in the culture medium. At this time, even if there are sufficient nutrients in the culture medium, Bacillus subtilis does not grow further, and it is difficult to increase the production of surfactin because it is killed because of the surfactin produced by it. On the other hand, cells are essential for the production of surfactin, and to increase the production of surfactin, the number of cells must be increased. Therefore, when considering the above problems, the concentration of surfactin is lowered in the process of culturing so that the host cells are not killed by surfactin, or the number of cells is appropriately reduced during culturing the cells, or the cells do not increase further It was determined that the production of cotton surfactin could be increased, and a method of collecting foam as described later was conceived.

구체적으로, 상기 발생된 거품을 거품 수거하는 제3 단계는, 발생된 거품을 거품 배출구(205)를 통해 거품 배출부(300)로 이동시키는 제2-1 단계, 상기 거품 배출부(300)로 이동한 거품을 거품 이동관(401)으로 이동시키는 제2-2단계, 및 거품 배출부(300)로 이동한 배양액을 배양조(201)로 회수하는 제2-3 단계를 통해 발생된 거품을 거품 수거용기(402)에 수거한다. 일반적으로 거품 배출부(300)를 구비하지 않고 거품을 수거하는 경우, 일부의 거품이 넘치게 되고, 거품이 회수될 때 일부 배양액도 함께 회수되기 때문에 배양액 및 생산된 바이오 계면활성제가 손실되어 바이오 계면활성제의 생산량이 낮고, 배양액 내에 고농도로 생산된 바이오 계면활성제에 의해 바이오 계면활성제 생산균이 생존하지 못하여 지속적인 바이오 계면활성제 생산이 어렵다. 이에 반해, 본 발명과 같이 거품 배출부(300)를 통해 거품을 수거할 경우, 수거된 거품에 존재하는 일부 세포들이 제거되어 쿼럼센싱을 통한 내구체 형성을 지연시켜 계면활성제를 생산하는 기간을 연장하여 지속적으로 바이오 계면활성제를 생산할 수 있으며, 수거된 거품에 고농도의 바이오 계면활성제가 존재하기 때문에 배양액 내에 생산된 바이오 계면활성제의 농도를 낮추어 바이오 계면활성제가 계속해서 성장할 수 있는 조건을 형성할 수 있으므로, 바이오 계면활성제의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.Specifically, the third step of collecting the generated bubbles is the 2-1 step of moving the generated bubbles to the bubble discharging unit 300 through the bubble outlet 205 , the bubble discharging unit 300 . The bubbles generated through the step 2-2 of moving the moved bubbles to the bubble transfer tube 401 and the step 2-3 of recovering the culture solution that has moved to the bubble discharge unit 300 to the culture tank 201 are foamed. It is collected in a collection container (402). In general, when the foam is collected without the foam discharge unit 300, some of the foam overflows, and when the foam is recovered, some of the culture medium is also recovered, so the culture medium and the produced bio-surfactant are lost, so that the bio-surfactant The production of bio-surfactant is low, and the bio-surfactant producing bacteria cannot survive due to the high concentration of bio-surfactant produced in the culture medium, making it difficult to continuously produce bio-surfactants. On the other hand, when bubbles are collected through the bubble discharge unit 300 as in the present invention, some cells present in the collected bubbles are removed to delay the formation of a durable body through quorum sensing, thereby extending the period for producing the surfactant In this way, bio-surfactants can be continuously produced, and since there is a high concentration of bio-surfactants in the collected bubbles, the concentration of bio-surfactants produced in the culture medium can be lowered to form conditions for the bio-surfactants to continue to grow. , can improve the production efficiency of biosurfactants.

다음으로, 제4 단계는 바이오 계면활성제를 수거하는 단계로서, 상기 제3 단계를 통해 거품 수거용기(402)에 수거된 거품을 액화하여 바이오 계면활성제를 수득할 수 있다. 상기 거품의 액화는 일반적으로 거품을 액화시킬 수 있는 어떠한 방법도 이용가능하나, 바람직하게는 본 발명의 거품 수거용기(402) 내부에 설치된 거품 액화용 프로펠러(403a) 또는 송풍장치(403b)를 이용하여 액화시키거나, 거품 수거용기(402) 내부에 거품 액화용 부재가 설치되어 있지 않을 경우에는 거품을 수거하여 냉장실에 정치시켜 액화시킬 수 있다.Next, the fourth step is a step of collecting the bio-surfactant, and the bio-surfactant can be obtained by liquefying the bubbles collected in the foam collecting container 402 through the third step. The liquefaction of the bubble is generally available by any method capable of liquefying the bubble, but preferably using a propeller 403a or a blower 403b for liquefying the bubble installed inside the bubble collection container 402 of the present invention. to liquefy, or when a member for liquefying bubbles is not installed inside the bubble collection container 402, the bubbles can be collected and left in the refrigerator for liquefaction.

상기 본 발명에 따른 바이오 계면활성제 생산 장치(10) 및 이를 이용하여 바이오 계면활성제의 생산효율을 향상시키는 방법을 통해 서팩틴의 생산효율 증가 효과를 구체적인 실험을 통해 확인하였으며, 구체적인 실험 방법 및 결과는 아래와 같다.The effect of increasing the production efficiency of surfactin was confirmed through a specific experiment through the bio-surfactant production apparatus 10 according to the present invention and the method of improving the production efficiency of the bio-surfactant using the same. It is as below.

실험예Experimental example 1: One: 제1 공기first air 주입관을injection tube 이용한 공기 유입 조건에 따른 According to the used air inflow condition 서팩틴surfactin 생성 확인 Confirm creation

제1 공기 주입관을 이용한 공기 유입 조건이 서팩틴 생성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 제1 공기 주입관을 이용하여 다양한 공기 유입 조건에서의 서팩틴 생성을 확인하였다. 제1 공기 주입관의 공기 유입 조건 및 서팩틴 생산량은 하기 표 1과 같다.In order to confirm the effect of the air inlet condition using the first air inlet tube on the surfactin generation, the first air inlet tube was used to check the surfactin production under various air inlet conditions. The air inflow conditions and surfactin production of the first air injection tube are shown in Table 1 below.

주입방식injection method 공기의 양amount of air 서팩틴surfactin 생산량 output 본원발명the present invention 5분 간격 on/off5 minute interval on/off 0.5 VVM0.5 VVM 1.9±0.171.9±0.17 비교예 1Comparative Example 1 연속 주입continuous infusion 0.25 VVM0.25 VVM 1.6±0.091.6±0.09 비교예 2Comparative Example 2 연속 주입continuous infusion 0.5 VVM0.5 VVM 1.4±0.111.4±0.11

그 결과, 상기 표 1에서 확인할 수 있듯이 제1 공기 주입관으로 일정량의 공기(0.5VVM)를 5분 간격으로 간헐적으로 유입시킬 경우(본원발명), 서팩틴의 생산량이 증가하였으나, 0.25 VVM 및 0. 5 VVM 양의 공기를 연속적으로 유입시킬 경우(비교예 1, 비교예 2), 농축되지 않은 거품(저밀도 거품)이 넘쳐 흘러 서팩틴의 최종 생산량이 감소하였다.As a result, as can be seen in Table 1 above, when a predetermined amount of air (0.5VVM) was intermittently introduced into the first air injection tube at intervals of 5 minutes (the present invention), the production of surfactin was increased, but 0.25 VVM and 0 When air of 5 VVM was continuously introduced (Comparative Example 1, Comparative Example 2), non-concentrated foam (low-density foam) overflowed and the final production of surfactin was reduced.

실험예Experimental example 2: 거품 2: Bubble 센싱부sensing unit 및 and 제2 공기second air 주입관injection tube 유무에 따른 with or without 서팩틴surfactin 생성 확인 Confirm creation

거품 센싱부 및 제2 공기 주입관 유무가 서팩틴 생성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 거품 센싱부 및 제2 공기 주입관이 모두 구비된 본 발명의 바이오 계면활성제 생성 장치와 거품 센싱부 및 제2 공기 주입관이 구비되지 않은 바이오 계면활성제 생성 장치의 서팩틴 생성을 확인하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.In order to confirm the effect of the presence or absence of the bubble sensing unit and the second air injection tube on the generation of surfactin, the biosurfactant generating device of the present invention equipped with both the bubble sensing unit and the second air injection tube, the bubble sensing unit and the second It was confirmed that the surfactin production of the bio-surfactant generating device not equipped with an air injection tube. The results are shown in Table 2 below.

거품 bubble 센싱부sensing unit 제2 공기second air 주입관injection tube 서팩틴surfactin 생산량 output 본원발명the present invention ○○ ○○ 2.2 g2.2 g 비교예 3Comparative Example 3 ×× ×× 0.9~1.6g0.9~1.6g

그 결과, 상기 표 2에서 확인할 수 있듯이 거품 센싱부 및 제2 공기 주입관이 구비된 본원발명의 바이오 계면활성제 생성 장치는 농축된 거품(고밀도 거품)이 생성되어 서팩틴 생산량이 증가한데 반해 거품 센싱부 및 제2 공기 주입관이 구비되지 않은 비교예의 장치는 거품이 농축되지 못하여 서팩틴의 생산량이 감소하였다. 제2 공기 주입관이 없을 경우 제1 공기주입관을 통하여 주입되는 공기의 양과 생산되는 서팩틴의 양은 반비례하는 양상을 보인다.As a result, as can be seen in Table 2 above, the bio-surfactant generating device of the present invention provided with the foam sensing unit and the second air injection tube generates concentrated foam (high-density foam) to increase the surfactin production, whereas the foam sensing In the device of the comparative example in which the secondary and the second air injection pipe were not provided, the foam was not concentrated, and thus the production of surfactin was reduced. When there is no second air inlet tube, the amount of air injected through the first air inlet tube and the amount of surfactin produced are inversely proportional to each other.

실험예Experimental example 3: 3: 제2 공기second air 주입관을injection tube 이용한 공기 유입 조건에 따른 According to the used air inflow condition 서팩틴surfactin 생성 확인 Confirm creation

제2 공기 주입관을 이용한 공기 유입 조건이 서팩틴 생성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 제2 공기 주입관을 이용하여 다양한 공기 유입 조건에서의 서팩틴 생성을 확인하였다. 제2 공기 주입관의 공기 유입 조건 및 서팩틴 생산량은 하기 표 3과 같다.In order to confirm the effect of the air inlet condition using the second air inlet pipe on the surfactin generation, the surfactin production was confirmed under various air inlet conditions using the second air inlet pipe. The air inflow conditions and surfactin production of the second air injection tube are shown in Table 3 below.

거품 bubble
센싱부sensing unit 제2 공기second air
주입관injection tube 1회차 round 1
공기의 양amount of air 2회차 round 2
공기의 양amount of air 서팩틴surfactin
생산량output 본원발명the present invention ○○ ○○ 1.0 VVM1.0 VVM 5.0 VVM5.0 VVM 2.2 g2.2 g 비교예 4Comparative Example 4 ○○ ○○ 1.0 VVM1.0 VVM 1.0 VVM1.0 VVM 0.9 g0.9 g

그 결과, 상기 표 3에서 확인할 수 있듯이 거품 센싱부가 거품을 2회차 센싱하였을 때, 제2 공기 주입관으로 유입되는 공기의 양을 증가시킬 경우(본원발명) 농축된 거품(고밀도 거품)이 생성되어 서팩틴의 생산량이 증가한데 반해 공기의 양을 증가시키지 않을 경우(비교예 4) 거품의 농축이 잘 이루어지지 않아 서팩틴의 생산량이 감소하였다.As a result, as can be seen in Table 3 above, when the bubble sensing unit senses the bubble for the second time, when the amount of air flowing into the second air injection pipe is increased (the present invention), a concentrated bubble (high-density bubble) is generated, While the production of surfactin was increased, when the amount of air was not increased (Comparative Example 4), the concentration of the foam was not performed well, and thus the production of surfactin was decreased.

실험예Experimental example 4: 4: 서팩틴surfactin 농축 효과 확인 Check the concentration effect

발명에 따른 서팩틴 생산 장치를 이용하여 서팩틴 농축 효과를 확인하고자 하였다. 거품의 농축은 60시간 배양 후 1회 생산한 거품과 남아있는 배양액에 들어있는 세포 및 서팩틴 양의 비교를 통해 계산하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.It was attempted to confirm the surfactin concentration effect using the surfactin production device according to the present invention. Concentration of the foam was calculated by comparing the amount of cells and surfactin in the foam produced once after culturing for 60 hours and the remaining culture medium, and the results are shown in Table 4 below.

배양액(L)Culture (L) 젖은 세포 무게(g)Wet cell weight (g) 마른 세포 무게(g)dry cell weight (g) 서팩틴surfactin (g)(g) 농축효과concentration effect 거품bubble 450450 3030 66 22 3333 남은 배양액leftover culture 15001500 6161 1212 0.20.2 1One 합synthesis 19501950 9191 1818 2.222.22

그 결과, 상기 표 4에서 확인할 수 있듯이 450mL 액화된 거품에는 약 6g의 세포와 약 2g의 서팩틴이 포함되어 있었으며, 남은 1500mL의 배양액에는 약 12g의 세포와 약 0.2g의 서팩틴이 포함되어 있으며, 본 발명의 서팩틴 생산 장치에 따른 거품발생은 약 33배의 서팩틴 농축효과를 나타냄을 알 수 있다.As a result, as can be seen in Table 4 above, 450 mL of liquefied foam contained about 6 g of cells and about 2 g of surfactin, and the remaining 1500 mL of culture solution contained about 12 g of cells and about 0.2 g of surfactin, , It can be seen that the foaming according to the surfactin production apparatus of the present invention exhibits a surfactin concentration effect of about 33 times.

실험예Experimental example 5: 연속 배양에 따른 5: according to continuous culture 서팩틴surfactin 수율 확인 Yield check

본 발명에 따른 서팩틴 생산 장치를 이용하여 거품을 수거하는 동시에 배양액을 보충하거나 보충하지 않고 연속배양 하였을 때의 서팩틴 생산 효율을 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.Using the surfactin production apparatus according to the present invention, while collecting bubbles, the surfactin production efficiency was confirmed when continuous culture was performed with or without supplementing the culture medium, and the results are shown in Table 5 below.

거품 제거 후의 배양액 보충Replenishment of culture medium after foam removal 배양액(L)Culture (L) 젖은 세포 wet cells
무게(g)Weight (g) 마른 세포 dry cells
무게(g)Weight (g) Crude Crude
계면활성제(g)Surfactant (g) 생산증가효과production increase effect ×× 66 140±15140±15 28±0.1128±0.11 2.0±0.042.0±0.04 1배1x ○○ 6+36+3 1193±251193±25 NANA 2.7±0.302.7±0.30 1.4배1.4 times

10: 바이오 계면활성제 생산 장치
100: 공기 주입부
101: 공기펌프
102: 제1 공기흐름 계량기
103: 공기필터
104: 수조
105: 공기 이동관
106: 제2 공기흐름 계량기
107: 제1 공기 주입관
108: 제1 벨브
109: 제2 공기 주입관
110: 제2 벨브
111: 분사 스프레이
200: 배양부
201: 배양조
202: 배양액 교반용 프로펠러
203: 거품 제거용 프로펠러
204: 거품 센싱부
205: 거품 배출구
206: 제어센서
300: 거품 배출부
301: 거품 배출부 입구
400: 거품 수거부
401: 거품 이동관
402: 거품 수거용기
403: 거품 액화용 부재
403a: 거품 액화용 프로펠러
403b: 송풍장치
404: 공기출구10: Bio-surfactant production device
100: air inlet
101: air pump
102: first airflow meter
103: air filter
104: tank
105: air moving pipe
106: second airflow meter
107: first air injection pipe
108: 1st valve
109: second air injection pipe
110: 2nd valve
111: spray spray
200: culture unit
201: culture tank
202: propeller for stirring the culture medium
203: propeller for removing foam
204: bubble sensing unit
205: foam outlet
206: control sensor
300: foam outlet
301: foam outlet inlet
400: bubble collector
401: bubble transfer tube
402: bubble collection container
403: a member for liquefying foam
403a: propeller for liquefying foam
403b: blower
404: air outlet

Claims (18)

미생물을 배양하기 위한 배양부;
상기 배양부의 상단에 위치하며, 배양부로부터 생성된 거품을 센싱하기 위한 거품 센싱부;
상기 배양부에 위치하며, 공기 주입부로부터 유입된 공기를 배양액에 주입하기 위한 제1 공기 주입관;
상기 배양부로부터 생성된 거품이 배출되는 거품 배출부;
배양부를 향하도록 위치되어 공기 주입부로부터 유입된 공기를 분사하여 배양부로부터 생성된 거품을 꺼뜨려서 고밀도화 하기 위한 제2 공기 주입관; 및
상기 거품 배출부에 연결되며, 발생된 거품을 수거하기 위한 거품 수거부; 를 포함하는 바이오 계면활성제 생산 장치로서,
상기 거품 센싱부의 거품 센싱에 따라 제1 및 제2 공기 주입관의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
a culture unit for culturing microorganisms;
a bubble sensing unit located at the upper end of the culture unit and configured to sense bubbles generated from the culture unit;
a first air injection pipe located in the culture unit and configured to inject air introduced from the air injection unit into the culture solution;
a bubble discharging unit for discharging the bubbles generated from the culture unit;
a second air injection tube positioned to face the culture unit and for densification by blowing off the bubbles generated from the culture unit by spraying the air introduced from the air injection unit; and
a bubble collection unit connected to the bubble discharge unit and configured to collect the generated bubbles; As a bio-surfactant production device comprising a,
Bio-surfactant production apparatus, characterized in that for controlling the operation of the first and second air injection tube according to the bubble sensing unit of the bubble sensing unit.
 제1항에 있어서,
상기 제1 공기 주입관은 상기 거품 센싱부에 거품이 센싱되기 전까지는 연속적으로 공기를 주입하고, 거품이 센싱된 이후에는 1 내지 10분 간격으로 공기를 유입 및 차단하여 주기적으로 공기를 주입하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
The first air injection pipe continuously injects air until the bubble is sensed in the bubble sensing unit, and periodically injects air by introducing and blocking air at intervals of 1 to 10 minutes after the bubble is sensed. A bio-surfactant production device, characterized in that it.
 제1항에 있어서,
상기 제1 공기 주입관으로 유입되는 공기의 양은, 거품이 센싱되기 전까지는 2.5 내지 10VVM이고, 거품이 센싱된 이후에는 0.5 내지 2.0 VVM인 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
The amount of air introduced into the first air injection pipe is 2.5 to 10 VVM before the bubble is sensed, and 0.5 to 2.0 VVM after the bubble is sensed.
 제1항에 있어서,
상기 거품 센싱부에 거품이 센싱되면 제2 공기 주입관이 작동 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
Bio-surfactant production apparatus, characterized in that when the bubble is sensed by the bubble sensing unit, the second air injection pipe is operated or blocked.
 제1항에 있어서,
상기 거품 센싱부가 거품을 1회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관이 작동(on)되어 0.5 내지 1.5 VVM 양으로 공기가 유입되고, 거품을 2회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관으로 유입되는 공기의 양이 2.0 내지 10 VVM로 증가되며, 거품을 3회차 센싱하는 경우 제2 공기 주입관이 차단(off)되는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
When the bubble sensing unit senses a bubble the first time, the second air injection pipe is turned on to introduce air in an amount of 0.5 to 1.5 VVM, and when the bubble is sensed for the second time, the air flowing into the second air injection pipe is turned on. the amount is increased from 2.0 to 10 VVM, Bio-surfactant production device, characterized in that the second air injection pipe is blocked (off) when the bubble is sensed 3 times.
 제1항에 있어서,
상기 제2 공기 주입관은 스프레이 형태인 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
The second air injection pipe is a bio-surfactant production device, characterized in that in the form of a spray.
 제1항에 있어서,
상기 배양부는,
미생물을 배양하는 배양조;
상기 배양조의 내부 하단에 구비되며, 배양액을 교반하기 위한 배양액 교반용 프로펠러;
상기 배양조의 내부 상단에 구비되며, 생성된 저밀도 거품을 꺼뜨리기 위한 거품 제거용 프로펠러; 및
상기 배양조의 내부에 구비되며, 배양액의 상태를 제어하기 위한 제어센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
The culture unit,
a culture tank for culturing microorganisms;
a propeller provided at the lower end of the inner part of the culture tank for stirring the culture solution;
a propeller provided at the upper end of the inner part of the culture tank and for removing the foam to extinguish the generated low-density foam; and
a control sensor provided inside the culture tank and configured to control the state of the culture solution; Bio-surfactant production apparatus comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 공기 주입부는,
공기를 주입하기 위한 압력계가 부착된 공기펌프;
상기 공기펌프에 연결되며, 공기펌프와 연결된 타측에 배양조의 내부 및 거품 배출부와 연결되도록 체결된, 유입된 공기를 이동시키기 위한 공기 이동관;
제1 공기 주입관으로의 공기 유입을 조절하기 위한 제1 벨브; 및
제2 공기 주입관으로의 공기 유입을 조절하기 위한 제2 벨브; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
The air injection unit,
an air pump equipped with a pressure gauge for injecting air;
an air moving pipe connected to the air pump and coupled to the other side connected to the air pump to be connected to the inside of the culture tank and the bubble outlet;
a first valve for regulating air inflow into the first air inlet tube; and
a second valve for regulating air inflow into the second air inlet tube; Bio-surfactant production apparatus comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 거품 수거부는,
상기 거품 배출부의 상부에 연결되며, 거품 배출부를 통해 농축된 거품을 이동시키기 위한 거품 이동관;
거품 이동관에 연결되고, 거품을 수거하기 위한 거품 수거용기;
상기 수거용기의 내부에 구비되며, 거품을 액화시키기 위한 거품 액화용 부재; 및
상기 수거용기 일 단부에 구비되고, 공기압을 조절하기 위한 공기 출구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 장치.
According to claim 1,
The bubble collecting unit,
a bubble moving pipe connected to the upper portion of the bubble discharging unit and configured to move the concentrated bubbles through the bubble discharging unit;
It is connected to the bubble transfer tube, the bubble collection container for collecting the foam;
a member for liquefying a bubble provided inside the collection container and liquefying the bubble; and
an air outlet provided at one end of the collection container and configured to adjust air pressure; Bio-surfactant production apparatus comprising a.
 공기가 주입된 배양조에 미생물 및 배양액을 배양하는 제1 단계;
상기 배양조에 발생된 거품을 거품 센서로 센싱하는 제2 단계;
상기 배양조에 발생된 거품을 수거하고, 배양액을 회수하는 제3 단계; 및
상기 수거된 거품으로부터 바이오 계면활성제를 수득하는 제4 단계; 를 포함하는 바이오 계면활성제의 생산 방법.
A first step of culturing microorganisms and a culture solution in an air-injected culture tank;
a second step of sensing the bubbles generated in the culture tank with a bubble sensor;
a third step of collecting the bubbles generated in the culture tank and recovering the culture solution; and
a fourth step of obtaining a bio-surfactant from the collected foam; A method for producing a bio-surfactant comprising a.
 제10항에 있어서,
상기 제1 단계는 배양하는 동안 제1 공기 주입관으로 2.5 내지 10 VVM 양의 공기를 연속적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제의 생산 방법.
11. The method of claim 10,
The first step is a method for producing a bio-surfactant, characterized in that the air in an amount of 2.5 to 10 VVM is continuously injected into the first air injection tube during culturing.
 제10항에 있어서,
상기 제2 단계에서 거품이 센싱되면 제1 및 제2 공기 주입관의 작동이 제어되는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제의 생산 방법.
11. The method of claim 10,
In the second step, when bubbles are sensed, the operation of the first and second air injection tubes is controlled.
 제10항에 있어서,
상기 제2 단계에서 거품이 센싱되면 제1 공기 주입관으로 유입되는 공기를 0.5 내지 2.0 VVM 양으로 조절하여 5 내지 10분 간격으로 유입되는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 방법.
11. The method of claim 10,
When bubbles are sensed in the second step, the air introduced into the first air injection tube is adjusted to an amount of 0.5 to 2.0 VVM and introduced at intervals of 5 to 10 minutes.
 제10항에 있어서,
상기 제2 단계에서 거품이 센싱되면 제2 공기 주입관의 작동되어 공기가 분사 또는 차단되는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 방법.
11. The method of claim 10,
When the bubble is sensed in the second step, the second air injection pipe is operated to spray or block air.
 제14항에 있어서,
상기 공기 분사는 거품 센싱 1회차에 0.5 내지 1.5 VVM 양의 공기가 분사되고, 거품 센싱 2회차에는 2.0 내지 10 VVM 양의 공기가 분사되며, 거품 센싱 3회차에는 공기가 분사되지 않는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제의 생산 방법.
15. The method of claim 14,
The air injection is characterized in that 0.5 to 1.5 VVM of air is sprayed in the first round of bubble sensing, 2.0 to 10 VVM of air is sprayed in the second time of bubble sensing, and no air is sprayed in the third round of bubble sensing A method for producing a biosurfactant.
 제10항에 있어서,
상기 발생된 거품을 수거하는 제3 단계는,
발생된 거품을 거품 배출부로 이동시키는 제3-1 단계;
상기 거품 배출부로 이동한 거품을 거품 이동관으로 이동시키는 제3-2 단계; 및
거품 배출부로 이동한 배양액을 배양조로 회수하는 제3-3 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 방법.
11. The method of claim 10,
The third step of collecting the generated bubbles is,
Step 3-1 to move the generated bubbles to the bubble discharge unit;
a 3-2 step of moving the bubble moving to the bubble discharge unit to the bubble moving pipe; and
Step 3-3 recovering the culture solution that has moved to the bubble discharge unit into the culture tank; Bio-surfactant production method comprising a.
 제10항에 있어서,
바이오 계면활성제를 수득하는 제4 단계는,
거품 수거용기에 수거된 거품을 액화하여 바이오 계면활성제를 수득하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 방법.
11. The method of claim 10,
The fourth step to obtain a biosurfactant is,
A method for producing a bio-surfactant, characterized in that the bio-surfactant is obtained by liquefying the foam collected in the foam collecting container.
 제10항에 있어서,
상기 제4 단계에서 거품을 제거한 후, 수거된 거품이 액화된 배양액과 동량의 배양액을 배양조에 추가 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 계면활성제 생산 방법.11. The method of claim 10,
After removing the bubbles in the fourth step, the method for producing a bio-surfactant, characterized in that it further comprises the step of additionally supplying the culture medium in the same amount as the culture solution in which the collected bubbles are liquefied to the culture tank.
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