KR20220014577A - 가스 소모 증진을 위한 가스 발효 배양 배지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 가스 발효 배양 배지 조성물은 글루탐산 또는 글루탐산 염을 포함한다.

Description

가스 소모 증진을 위한 가스 발효 배양 배지 조성물 {CULTURE MEDIUM COMPOSITION OF GAS FERMENTATION FOR ENHANCING GAS CONSUMPTION}
본 발명의 일 실시예는 가스 소모 증진을 위한 가스 발효 배양 배지 조성물에 관한 것이다. 구체적으로 가스를 기질로 사용하는 발효 시 미생물의 가스 소모 속도를 증진시켜 발효 공정초기 단계에 필요한 미생물의 활성을 확보하고, 더 나아가 미생물의 생장 및 발효에 의한 알콜 및 산 등의 산물 생산을 증가시키기 위한 배지 조성물에 관한 것이다. 특히 일산화탄소 함유 기질의 미생물 발효에 의한 에탄올, 아세트산 생산성 향상을 위한 배지 조성물에 관한 것이다.
전 세계적으로 기후변화 대응과 원유 의존성 감소의 목적으로 신재생에너지인 바이오연료를 수송용 연료에 의무적으로 혼합하여 사용하는 바이오연료 혼합의무제도(RFS, Renewable Fuel Standards)를 시행하고 있다. 비록 한국에서는 아직까지 혼합하는 바이오연료의 종류를 바이오디젤로 한정하고 있으나 미국, 브라질, 중국과 같은 다른 나라들은 다양한 종류의 바이오 연료 보급에 힘쓰고 있다. 특히 바이오 연료 중 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 바이오 에탄올은 브라질에서 가장 높은 의무혼합비율인 27%로 수송용 연료에 혼합되어 사용되고 있으며 최근에는 중국에서도 의무혼합비율을 10% 가까이 높이고자 하는 움직임을 보이고 있다.
현재 사용되고 있는 바이오 에탄올의 대부분은 옥수수나 사탕수수를 가공하여 얻어진 당을 가지고 전통적인 발효 공정에 의해 생산되고 있다. 하지만 공급되는 원료가 동물의 사료뿐 아니라 인류의 식량으로도 사용되고 있어 기아 문제와 상충되거나 공급 원료 단가의 불안정성으로 세계 여러 나라들이 안정적이고 지속 가능하게 바이오 에탄올을 생산하며 소비할 수 있도록 다양한 공급 원료를 찾고자 노력하고 있다.
그 노력의 일환으로 1세대 바이오매스인 초본계 바이오매스에서 생산하는 것 이외에 리그닌을 함유하고 있는 목질계 바이오매스 더 나아가 미세조류와 같은 해조류 유래 바이오 에탄올 생산의 연구들이 진행되고 있다.
한편, 생물학적 가스 전환 공정의 경우 제철소와 발전소에서 발생하는 부생가스 및 합성가스(Syn gas)를 공급 원료로 이용하는 미생물을 통해 화학원료 및 수송용 연료를 생산하는 공정 기술로서 기존 화학 촉매 반응보다 낮은 반응속도에서 불구하고 높은 선택성, 높은 수율, 불순물 등에 대한 저항성 및 낮은 에너지 비용 등의 장점을 가지고 있어 세계적으로 많은 연구와 상업화를 위한 여러 노력들이 진행되고 있다.
위의 공정들에 사용되는 미생물로는 일산화탄소(CO)를 기질로 이용하는 우드-융달(Wood-Ljungdahl) 대사경로를 보유하고 있는 혐기성 세균인 아세토젠(Acetogen)이 있다. 대표적인 아세토젠으로는 클로스트리듐(Clostridium) 속에 속하는 클로스트리듐 륭달리이(Clostridium ljungdahlii) 균주와 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum) 균주, 클로스트리듐 카르복시디보란스(Clostridium carboxidivorans) 균주 역시 다양한 가스로부터 에탄올을 생성하는 것으로 알려져 있다.
이들은 기존 당을 기질로 이용하는 미생물들과 달리 합성가스 및 부생가스로 배출되는 부산물 가스인 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수소(H2) 등을 이용하여 유기산과 알콜을 생산한다는 장점이 있지만 당과 달리 배지 내 공급되는 가스의 낮은 전달 속도가 우선적으로 해결되어야 하며 궁극적으로 미생물 산업에서 안정적인 발효를 수행하기 위한 미생물 성장 증대 및 가스 소모속도 증진을 위한 셀 활성 유지, 생산하고자 하는 산물들의 증대들의 기술들이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는 가스 소모 증진을 위한 가스 발효 배양 배지 조성물을 제공한다. 구체적으로 가스를 기질로 사용하는 발효 시 미생물의 가스 소모 속도를 증진시켜 발효 공정초기 단계에 필요한 미생물의 활성을 확보하고, 더 나아가 미생물의 생장 및 발효에 의한 알콜 및 산 등의 산물 생산을 증가시키기 위한 배지 조성물을 제공한다. 특히 일산화탄소 함유 기질의 미생물 발효에 의한 에탄올, 아세트산 생산성 향상을 위한 배지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가스 발효 배양 배지 조성물은 글루탐산 또는 글루탐산 염을 포함한다.
글루탐산 염은 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘을 포함할 수 있다.
글루탐산 또는 글루탐산 염은 상기 배지 조성물 1 L에 대하여 0.5 내지 30 g 포함할 수 있다.
배지 조성물 1 L에 대하여 미생물을 0.001 내지 5 g 더 포함할 수 있다.
미생물은 클로스트리듐(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코쿠스(Pyrococcus), 유박테리움 (Eubacterium), 데설포토마쿨룸(Desulfotomaculum), 카르복시도써무스(Carboxydothermus), 아세토제니움(Acetogenium), 아세토박테리움(Acetobacterium), 아세토안에어로비움(Acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium) 및 펩토스트렙토 코쿠스(Peptostreptococcus) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 미생물은 클로스트리듐 륭달리이(Clostridium ljungdahlii), 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum), 및 클로스트리듐 카르복시디보란스(Clostridium carboxidivorans) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
배지 조성물 1 L에 대하여 인산염을 0.1 내지 5 g 더 포함할 수 있다.
배지 조성물 1 L에 대하여 Fe, Mn, Co, Zn, Ca, Cu, B, Mo, Se, Ni 및 Na 중 1종 이상을 0.0001 내지 0.1 g 더 포함할 수 있다.
배지 조성물 1 L에 대하여 비오틴(Biotin), 엽산(Folic acid), 피리독신(Pyridoxine), 티아민(Thiamine), 리보플라빈(riboflavin), 니코틴산(Nicotinic acid), 판토텐산(Pantothenic acid), 시아노코발라민(cyanocobalamin), 파라아미노벤조산(p-aminobenzoic acid) 및 리포산(Lipoic acid) 중 1종 이상의 비타민을 0.0001 내지 0.1 g 더 포함할 수 있다.
배지 조성물 1 L에 대하여, NaCl, MgSO4 CaCl2 및 NH4Cl 중 1종 이상을 포함하는 기본 배지 성분을 1 g 내지 20 g 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발효 방법은 전술한 가스 발효 배양 배지 조성물을 준비하는 단계; 및 배지 조성물에 일산화탄소(CO) 이산화탄소(CO2) 또는 수소(H2)을 포함하는 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배지 조성 방법은 간단하게 추가적인 배지 성분을 공급하면서도 미생물의 가스 흡수율 증진을 통해 미생물의 생장을 높이고 미생물의 발효 대사 산물인 알콜 및 산 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 성장을 측정한 결과이다.
도 2는 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 가스 소모속도를 측정한 결과이다.
도 3은 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 알코올 생산량 측정 결과이다.
도 4는 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 아세트산 생산량 측정 결과이다.
도 5는 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 72시간 후 알코올 및 아세트산 생산량 측정 결과이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
전통적인 당을 이용하는 미생물의 배양과 달리 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2), 메탄 (CH4) 등과 같은 가스를 기질로 이용하는 발효의 경우 배지 내 가스의 낮은 전달 속도로 인해 미생물의 생장이 느리고 가스 공급이 고갈될 경우 급격하게 미생물의 활성이 낮아지는 것으로 알려져 있다. 미생물 산업에서 가스를 기질로 이용하는 미생물을 통해 제품을 생산하는 공정이 경제성을 갖추기 위해서는 발효 공정에서 미생물의 생장과 연관이 있는 가스 소모 속도를 증진시키거나 발효 초기 종균 배양 (seed culture) 단계에서 높은 미생물의 활성을 유지하여 본 배양 (main culture)에서 미생물의 생장을 향상시키는 것과 또는 본 배양 (main culture)에서 목적 산물의 생산성을 높이는 방법들이 공정의 경제성을 향상시키는데 기여할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 단점들을 극복하기 위하여 미생물의 가스 소모 속도를 증진시켜 미생물의 생장을 높이고 원하는 목적 산물인 에탄올, 아세트산의 생산 증대 및 미생물 활성을 유지하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가스 발효 배양 배지 조성물은 글루탐산 또는 글루탐산 염을 포함한다.
글루탐산은 하기 화학식과 같이 표현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 글루탐산은 미생물의 생장 뿐 아니라, 발효를 통한 알코올 및 아세트산의 생산 효율을 높일 수 있다.
글루탐산은 아미노산의 한 종류로 미생물 대사경로 중 하나인 TCA 회로에 α-케토글루타르산의 형태로 들어가 미생물의 생장에 도움을 주며, 미생물의 가스 흡수율을 높이고, 알코올 및 아세트산의 생산 효율을 높일 수 있다.
글루탐산은 이온 또는 염 형태로도 포함될 수 있다. 글루탐산 염으로는 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘을 포함할 수 있다. 구체적으로 글루탐산 모노나트륨(MSG)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 글루탐산, 글루탐산 이온 및 글루탐산 염을 글루탐산으로 통칭한다.
배지 조성물 1 L에 대하여 글루탐산 또는 글루탐산 염을 0.5 내지 30 g 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 배지 조성물의 부피에 대하여 각 성분의 함량을 상대적으로 정의한다. 예컨대, 배지 조성물 3 L에는 글루탐산 또는 글루탐산 염을 1.5 내지 90 g 포함할 수 있다. 글루탐산 또는 글루탐산 염이 너무 적으면, 본 발명의 일 실시예에서 의도하는 미생물의 생장 및 알코올 및 아세트산의 생산 효율을 충분히 높이기 어렵다. 글루탐산 또는 글루탐산 염이 너무 많으면, 알코올 및 아세트산의 생산 효율이 더 이상 증가하지 않으며, 알코올에 비해 아세트산이 다량 생성되어 비효율적일 수 있다. 또한, 추가적인 글루탐산 또는 글루탐산 염의 소비에 비해 알코올 및 아세트산의 생산양이 증가하지 못하여 비용 면에서도 비효율적일 수 있다. 더욱 구체적으로 배지 조성물 1 L에 대하여 글루탐산 또는 글루탐산 염을 1.0 내지 20 g 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 배지 조성물 1 L에 대하여 글루탐산 또는 글루탐산 염을 7.5 내지 15 g 포함할 수 있다.
배지 조성물 1 L에 대하여 미생물을 0.001 내지 5 g 더 포함할 수 있다. 미생물이 너무 적으면, 알콜 및 산 생산이 충분히 이루어 지지 않으며, 미생물이 너무 많으면, 미생물의 적절한 생장이 이루어 지지 않으며, 알콜 및 산 생산의 효율이 오히려 떨어질 수 있다. 더욱 구체적으로 배지 조성물 1 L에 대하여 미생물을 0.1 내지 3 g 더 포함할 수 있다.
미생물로는 일산화탄소(CO) 이산화탄소(CO2) 또는 메탄(CH4)을 포함하는 가스를 기질로 하여 발효를 통해 알코올 또는 아세트산을 생산하는 미생물이라면 제한 없이 사용할 수 있다.
구체적으로 미생물은 클로스트리듐(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코쿠스(Pyrococcus), 유박테리움 (Eubacterium), 데설포토마쿨룸(Desulfotomaculum), 카르복시도써무스(Carboxydothermus), 아세토제니움(Acetogenium), 아세토박테리움(Acetobacterium), 아세토안에어로비움(Acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium) 및 펩토스트렙토 코쿠스(Peptostreptococcus) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 미생물은 클로스트리듐 륭달리이(Clostridium ljungdahlii), 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum), 및 클로스트리듐 카르복시디보란스(Clostridium carboxidivorans) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum)을 포함할 수 있다.
배지 조성물은 글루탐산 및 미생물 외에도 미생물의 생장 및 알코올 및 아세트산의 생산 효율을 향상시킬 수 있는 물질을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 배지 조성물은 인산염을 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 인산염은 시스테인 염산염 및 K2HPO4 중 1종 이상일 수 있다. 인산염은 배지 조성물 1 L에 대하여 0.1 내지 5 g 포함할 수 있다. 전술한 범위에서 미생물의 생장에 효과적일 수 있다. 더욱 구체적으로 배지 조성물 1 L에 대하여 0.3 내지 3 g 포함할 수 있다.
배지 조성물은 미생물의 생장 및 알코올 및 아세트산의 생산 효율 향상에 도움이 되는 금속 원소를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 Fe, Mn, Co, Zn, Ca, Cu, B, Mo, Se, Ni 및 Na 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이 들은 배지 조성물 1 L에 대하여 0.0001 내지 0.1 g 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 배지 조성물 1 L에 대하여 0.001 내지 0.01 g 더 포함할 수 있다. 상기 원소들은 각각의 공급원을 통해 배지에 공급될 수 있다. 이 들에 대해서는 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
배지 조성물은 미생물의 생장 및 알코올 및 아세트산의 생산 효율 향상에 도움이 되는 비타민을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 비오틴(Biotin), 엽산(Folic acid), 피리독신(Pyridoxine), 티아민(Thiamine), 리보플라빈(riboflavin), 니코틴산(Nicotinic acid), 판토텐산(Pantothenic acid), 시아노코발라민(cyanocobalamin), 파라아미노벤조산(p-aminobenzoic acid) 및 리포산(Lipoic acid) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이 들은 배지 조성물 1 L에 대하여 0.0001 내지 0.1 g 더 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 배지 조성물 1 L에 대하여 0.01 내지 0.05 g 더 포함할 수 있다.
미량 원소, 비타민 외에 기본 배지(Basal medium) 성분을 더 포함할 수 있다.
기본 배지 성분은 배지 조성물 1L에 대하여 1 g 내지 20 g 더 포함할 수 있다.
기본 배지 성분은 NaCl, MgSO4 CaCl2, NH4Cl 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
배지 조성물은 미생물의 생장 및 발효가 원활하도록 pH 4.0 내지 7로 조절될 수 있다. 더욱 구체적으로 5.5 내지 6.5로 조절될 수 있다. 더욱 구체적으로 5.9 내지 6.1로 조절될 수 있다.
배지 조성물은 전술한 성분 외에 나머지로 물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전술한 성분 외에 추가 성분을 더 포함할 수 있으며, 추가 성분이 추가되는 경우를 제외하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 발효 방법은 전술한 가스 발효 배양 배지 조성물을 준비하는 단계; 및 배지 조성물에 일산화탄소(CO) 이산화탄소(CO2) 또는 수소(H2)을 포함하는 가스를 공급하는 단계를 포함한다.
가스 발효 배양 배지 조성물에 대해서는 전술하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
배지 조성물에 일산화탄소(CO) 이산화탄소(CO2) 또는 수소(H2)을 포함하는 가스를 공급한다.
가스는 제철소 또는 발전소에서 발생하는 부생가스 또는 합성가스(Syn gas)일 수 있다.
더욱 구체적으로 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 포함할 수 있고, 이 때, 비율은 1:1 내지 5:1이 될 수 있다.
실험은 혐기 조건으로 실시하고 공급가스가 1 내지 2 bar로 가압된 상태로 진행할 수 있다.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 그러나 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
실험예
하기 표 1 내지 표 4에 정리된 것과 같이 배지 조성물을 준비하였다.
배지성분 배지 1 L에 넣는 양
Yeast extract 2 g
시스테인 염산염 0.5 g
Basal medium 용액 50 mL
복합 미량 원소 용액 5 mL
복합 비타민 군 용액 2 mL
1M MES 10 mL
1M K2HPO4 10 mL
Resazurin 0.1 L
증류수 1 L 까지
Basal medium 용액 Basal medium 용액 1 L에 넣는 양
NaCl 18 g
MgSO47H2O 6.4 g
CaCl22H2O 4 g
NH4Cl 20 g
증류수　 1 L 까지
복합 미량 원소 용액 복합 미량 원소 용액 1 L에 넣는 양
NTA 1.5 g
FeSO47H2O 0.1 g
MnCl24H2O 0.1 g
CoCl26H2O 0.17 g
ZnCl2 0.1 g
CaCl26H2O 0.1 g
CuCl22H2O 0.02 g
H3BO3 0.01 g
Na2MoO4 0.01 g
Na2SeO4 0.01 g
NiSO46H2O 0.017 g
NaCl 1.0 g
MnSO4H2O 1.0 g
Fe(NH4)2(SO4)26H2O 0.8 g
ZnSO47H2O 0.2 g
NiCl26H2O 0.02 g
Na2WO4 0.02 g
증류수 1 L 까지
복합 비타민 군 용액 복합 비타민 군 용액 1 L에 넣는 양
Biotin 5 mg
Folic acid 5 mg
Pyridoxine HCl 25 mg
Thiamine HCl 12.5 mg
Riboflavin 12.5 mg
Nicotinic acid 12.5 mg
Pantothenic acid 12.5 mg
Cyanocobalamine 0.25 mg
p-aminobenzoic acid 12.5 mg
Lipoic acid 12.5 mg
증류수 1 L 까지
1 M MES, 1 M K2HPO4, 복합 비타민 군 용액을 제외한 모든 성분들을 실온에서 500 mL의 증류수에 혼합하였다. 이후 5 M NaOH 용액을 활용하여 pH를 6.0으로 조절하였다. Serum bottle에 각각 35.12 mL 만큼 분주 한 후 밀봉을 하였다. 밀봉된 serum bottle 배지 용액에 질소 가스를 40분간 퍼지 하였고 이후 일산화탄소 (CO)와 수소 (H2) 가스의 비율이 2 대 1이되는 혼합가스를 퍼지 하여 충분히 공급하여 주었다. 그 후 121℃에서 15분간 오토클레이브를 이용하여 멸균한 뒤, 멸균된 serum bottle을 실온으로 냉각시킨 후 혐기 챔버 내에서 1 M MES, 1 M K2HPO4, 복합 비타민 군 용액을 첨가하여 총 40 mL을 맞췄다. 추가적으로 공급되는 글루탐산 모노나트륨(MSG)는 배지 1 L에 대하여 각각 1 g, 2 g, 5 g, 10 g, 20 g 및 첨가하지 않은(control) 배지를 준비하였다.
사용된 클로스트리듐 오토에타노게눔은 독일생물자원센터(DSMZ)에 기탁되고 수탁번호 10061을 부여받았다. 클로스트리듐 오토에타노게눔 DSM 10061을 DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH)로부터 얻었다.
각각의 배지에 대하여 클로스트리듐 오토에타노게눔의 성장, 가스 소모속도, 알코올 생산량, 아세트산 생산량 및 72시간 후 알코올 및 아세트산 생산량을 측정하여 도 1 내지 도 5에 나타내었다.
도 1은 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 성장을 측정한 결과이다. 도 1에 나타나듯이, 글루탐산의 첨가량이 증가할수록 미생물의 성장도 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 가스 소모속도를 측정한 결과이다. 도 2에 나타나듯이, 글루탐산의 첨가량이 증가할수록 가스 소모속도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 48시간 후 가스를 보충하여 소모속도를 측정하였으며, 48시간 이후, 글루탐산을 5 g 이상 첨가한 배지가 나머지 배지에 비해 가스 소모 속도가 월등함을 확인할 수 있다. 이를 통해 글루탐산이 알코올 및 아세트산의 생산 효율을 향상시킴을 확인할 수 있다.
도 3은 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 알코올 생산량 측정 결과이다. 도 3에서 나타나듯이, 글루탐산 첨가량이 많아질수록 알코올의 생산량이 늘어남을 확인할 수 있다. 특히 글루탐산을 10 g 내지 20 g 첨가한 배지가 알코올 생산량이 현저히 늘어남을 확인할 수 있다. 48 시간에서 알코올 생산량이 감소하는데 이는 가스 내의 수소를 모두 소모하여, 미생물이 에탄올을 아세트 산으로 전환하였기 때문인 것으로 예상된다. 48시간 이후, 가스를 보충하여, 72시간에서는 다시 에탄올 생산이 증가함을 확인할 수 있다.
도 4는 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 아세트산 생산량 측정 결과이다. 도 4에서 나타나듯이, 글루탐산 첨가량이 많아질수록 아세트산의 생산량이 늘어남을 확인할 수 있다. 특히 글루탐산을 5 g 내지 20 g 첨가한 배지가 아세트산 생산량이 현저히 늘어남을 확인할 수 있다.
도 5는 글루탐산 농도에 따른 클로스트리듐 오토에타노게눔의 72시간 후 알코올 및 아세트산 생산량 측정 결과이다. 도 5에서 나타나듯이, 글루탐산 첨가량이 많아질수록 알코올 및 아세트산의 생산량이 늘어남을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 글루탐산 또는 글루탐산 염을 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 글루탐산 염은 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘을 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배지 조성물 1 L에 대하여 상기 글루탐산 또는 글루탐산 염을 0.5 내지 30 g 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배지 조성물 1 L에 대하여 미생물을 0.001 내지 5 g 더 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미생물은 클로스트리듐(Clostridium), 무렐라(Moorella), 피로코쿠스(Pyrococcus), 유박테리움 (Eubacterium), 데설포토마쿨룸(Desulfotomaculum), 카르복시도써무스(Carboxydothermus), 아세토제니움(Acetogenium), 아세토박테리움(Acetobacterium), 아세토안에어로비움(Acetoanaerobium), 부티리박테리움(Butyribacterium) 및 펩토스트렙토 코쿠스(Peptostreptococcus) 중 1종 이상을 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 미생물은 클로스트리듐 륭달리이(Clostridium ljungdahlii), 클로스트리듐 오토에타노게눔(Clostridium autoethanogenum), 및 클로스트리듐 카르복시디보란스(Clostridium carboxidivorans) 중 1종 이상을 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배지 조성물 1 L에 대하여 인산염을 0.1 내지 5 g 더 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배지 조성물 1 L에 대하여 Fe, Mn, Co, Zn, Ca, Cu, B, Mo, Se, Ni 및 Na 중 1종 이상을 0.0001 내지 0.1 g 더 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배지 조성물 1 L에 대하여 비오틴(Biotin), 엽산(Folic acid), 피리독신(Pyridoxine), 티아민(Thiamine), 리보플라빈(riboflavin), 니코틴산(Nicotinic acid), 판토텐산(Pantothenic acid), 시아노코발라민(cyanocobalamin), 파라아미노벤조산(p-aminobenzoic acid) 및 리포산(Lipoic acid) 중 1종 이상의 비타민을 0.0001 내지 0.1 g 더 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배지 조성물 1 L에 대하여 NaCl, MgSO4 CaCl2 및 NH4Cl 중 1종 이상을 포함하는 기본 배지 성분을 1 g 내지 20 g 더 포함하는 가스 발효 배양 배지 조성물.
  11. 청구항 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 가스 발효 배양 배지 조성물을 준비하는 단계; 및
    상기 배지 조성물에 일산화탄소(CO) 이산화탄소(CO2) 또는 수소(H2)을 포함하는 가스를 공급하는 단계를 포함하는 발효 방법.
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JOURNAL OF BACTERIOLOGY. 1986, Vol. 165, No. 1, pp. 315-318.* *
Metabolic Engineering. 2017, vol. 41, pp. 202-211.* *

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