KR20220055830A - Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids - Google Patents

Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids Download PDF

Info

Publication number
KR20220055830A
KR20220055830A KR1020200140319A KR20200140319A KR20220055830A KR 20220055830 A KR20220055830 A KR 20220055830A KR 1020200140319 A KR1020200140319 A KR 1020200140319A KR 20200140319 A KR20200140319 A KR 20200140319A KR 20220055830 A KR20220055830 A KR 20220055830A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
nanofluid
chitosan
medium
nanoparticles
Prior art date
Application number
KR1020200140319A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102462992B1 (en
Inventor
최유성
황동수
강응수
제화헌
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020200140319A priority Critical patent/KR102462992B1/en
Publication of KR20220055830A publication Critical patent/KR20220055830A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102462992B1 publication Critical patent/KR102462992B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/44Polycarboxylic acids
    • C12P7/46Dicarboxylic acids having four or less carbon atoms, e.g. fumaric acid, maleic acid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/54Acetic acid

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method for increasing metabolite productivity using C1 gas of microorganisms by organic material based-nanofluids and, more specifically, to a method for increasing metabolite productivity through increase of a C1 gas consumption rate of microorganisms having C1 gas metabolizing ability by using a nanofluid containing a chitosan-lipid compound and/or a nanofluid containing a tannin-iron complex. According to the present invention, the method for including metabolite productivity by increasing efficiency of using C1 gas in microorganisms having C1 gas metabolism ability can increase economic feasibility of a C1 gas-based microbial culture process and can be applied to the field of production of high value-added materials through application of microbial culture processes using various shale gas, industrial by-product gas, and biogas containing carbon monoxide or methane in a variety of ways, thereby being useful. The method comprises an adsorption and adaptation step and a cultivation step.

Description

유기물질 기반 나노유체에 의한 미생물의 C1가스를 활용한 대사산물 생산성 향상방법 {Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids} Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids}

본 발명은 나노유체를 이용한 C1가스 활용 미생물의 대사산물 생산성 향상 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 키토산-지질화합물 함유 나노유체 및/또는 타닌-철복합체 함유 나노유체를 사용하여 C1가스 대사능을 가지는 미생물의 C1가스 소비율 향상을 통한 대사산물 생산성을 향상시키는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of improving the productivity of metabolites of microorganisms utilizing C1 gas using nanofluids, and more specifically, chitosan-lipid compound-containing nanofluids and/or tannin-iron complex-containing nanofluids. It relates to a method for improving metabolite productivity by improving the C1 gas consumption rate of microorganisms.

국내 산업 생산 순위에서 석유 기반의 에너지/화학 산업은 국내 대표적 기간산업의 위치를 차지하고 있으나, 최근 안정세와 불안정세가 반복되는 석유의 수급 및 가격 불안정 요인으로, 대체 가능한 안정적이고 저렴한 원료의 발굴 및 활용을 위한 원천기술의 확보 수요가 빠르게 증가하고 있다. 현재, 막대한 부존량을 가지고 있으면서도 단순 연소에 의한 활용에 그치고 있는 메탄(CH4)과 일산화탄소(CO)와 같은 탄소 원자 하나로 구성된 C1가스는, 분자구조 상 석유와 마찬가지로 탄소와 산소로 구성되어 다양한 수송용 연료 및 화학소재로 전환될 수 있어, C1가스를 활용한 수송용 연료와 화학소재로의 전환 기술은 개발 성공 시 엄청난 파급효과로 인하여 최근 관련 기술의 연구 개발이 경쟁적으로 진행되고 있다. In the domestic industrial production ranking, the petroleum-based energy/chemical industry occupies a position as a representative key industry in Korea. The demand for securing source technology for this purpose is increasing rapidly. At present, C1 gas composed of one carbon atom, such as methane (CH 4 ) and carbon monoxide (CO), which has a huge reserves and is only used by simple combustion, is composed of carbon and oxygen like petroleum in its molecular structure, so it is used for various transportation purposes. Since it can be converted to fuel and chemical materials, the technology for converting fuel and chemical materials for transportation using C1 gas has a huge ripple effect when development is successful.

하지만, 종래의 C1가스 전환 공정은 낮은 수율, 높은 운전 비용 등으로 기존의 석유 기반 화학 공정과 비교하여 공정 경제성이 부족하다. 간접 전환에 기반한 종래의 C1가스의 화학 전환 공정은 고온 고압의 가혹한 조건에서 진행되는 바, 발생되는 열의 적절한 배출 없이는 국부적인 과열이 발생하고, 촉매 열화, 반응기 균열 등의 심각한 문제를 야기할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, CO나 CH4 등의 C1가스는 산화제에 대한 반응성이 강하기 때문에 부산물 발생에 의한 목적 산물의 수율 저하를 막기 위하여 분자 수준에서의 정밀한 반응 제어가 필수적이어서 지속적인 연구가 진행되고 있다(D.J. Miller et al., Surface and Interface Analysis, Vol. 33(4), pp. 299-305, 2002; L. Li et al., Physics Letters A Vol. 372(25), pp.4541-4544, 2008.). However, the conventional C1 gas conversion process lacks process economics compared to the conventional petroleum-based chemical process due to low yield, high operating cost, and the like. The conventional chemical conversion process of C1 gas based on indirect conversion is conducted under harsh conditions of high temperature and high pressure. Without adequate discharge of the generated heat, local overheating occurs, and serious problems such as catalyst degradation and reactor cracking can occur. it is known In addition, since C1 gas such as CO or CH 4 has a strong reactivity to an oxidizing agent, precise control of the reaction at the molecular level is essential to prevent a decrease in the yield of the target product due to the generation of by-products, so continuous research is being conducted (DJ Miller et al. al., Surface and Interface Analysis, Vol. 33(4), pp. 299-305, 2002; L. Li et al., Physics Letters A Vol. 372(25), pp.4541-4544, 2008.).

최근, 분자 생물학이나 C1 화학에 대한 기초 연구 성과가 축적되면서 C1가스를 경제적으로 전환할 수 있는 고성능 생물 촉매 및 화학 촉매 설계에 대한 단서가 마련되고 있다. 특히, C1가스의 생물전환 공정은 이론적으로 가장 단순한 반응 경로인 C1가스 직접 전환 경로로 유용물질을 생산할 수 있어 고부가가치 기술로 판단된다. 또한, 통상의 화학 공정과 달리 저온 저압의 온화한 조건에서 반응이 진행되며, 이때 이용되는 미생물 종의 경우, 호열성 세균(Thermophilic-bacteria), 호염성 균주(Halo-bacteria), 그람 양성균(Gram-positive bacteria), 메탄 생산균(Methanogenic-bacteria), 메탄자화균(Methanotrophic-bacteria) 등 매우 다양한 미생물 종을 이용할 수 있는 것으로 보고되고 있다(D.T.N. Nguyen et al., Metab Eng, Vol. 54, pp.170-179, 2019; C.A. Henard et al., Front Microbiol Vol. 9, p. 2610, 2018; M.-S. Kim et al., International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 42(45), pp. 27593-27599, 2017; K. Shabestary et al., Metab Eng Commun, Vol. 3, pp.216-226, 2016; D.H. Hur et al., Journal of Chemical Technology & Biotechnology, Vol. 92(2), pp.311-318, 2017). 이들은 당분을 기질로 하여 증식을 하거나 발효시키는 사카로마이세스 세레비지에(S.cerevisiae) 또는 대장균(E.coli)과 같은 미생물들 과 달리, 특이적으로 C1가스 또는 연소 시 배출되는 부산물 가스인 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 메탄 (CH4), 프로판(C3H8) 등을 이용하여 산업적으로 가치 있는 바이오 메탄올(CH3OH), 바이오 수소(H2), 프로판올 (C3H6OH), 아세트산(Acetic acid), 숙신산(Succinic aicd), 말레산(Maleic acid), 포름산(Formate) 등의 다양한 원료를 생산한다. Recently, as basic research achievements on molecular biology or C1 chemistry have been accumulated, clues are being prepared for the design of high-performance biocatalysts and chemical catalysts that can economically convert C1 gas. In particular, the bioconversion process of C1 gas is considered to be a high value-added technology because it can produce useful substances through the C1 gas direct conversion route, which is the simplest reaction route in theory. In addition, unlike conventional chemical processes, the reaction proceeds under mild conditions of low temperature and low pressure. It is reported that a very diverse microbial species such as positive bacteria ), Methanogenic-bacteria , and Methanotrophic-bacteria can be used (DTN Nguyen et al., Metab Eng, Vol. 54, pp. 170-179, 2019; CA Henard et al., Front Microbiol Vol. 9, p. 2610, 2018; M.-S. Kim et al., International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 42(45), pp. 27593 -27599, 2017; K. Shabestary et al., Metab Eng Commun, Vol. 3, pp. 216-226, 2016; DH Hur et al., Journal of Chemical Technology & Biotechnology, Vol. 92(2), pp. 311-318, 2017). Unlike microorganisms such as S. cerevisiae or E. coli , which grow or ferment using sugar as a substrate, they are specifically C1 gas or by-product gas emitted during combustion. Industrially valuable bio-methanol (CH 3 OH), bio-hydrogen (H 2 ), propanol (C) using carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), etc. 3 H 6 OH), acetic acid, succinic acid, maleic acid, formic acid, etc. are produced.

하지만, C1가스 전환 미생물 공정의 경우, C1가스의 용해도가 매우 낮아(일산화탄소의 경우 20~25 mg/L, CH4의 경우 15~20 mg/L), 우수한 생물전환 균주나 촉매가 있더라도, 근본적 문제점인 C1가스의 물질전달을 향상시킬 수 있는 공정 기술이 없는 상태에서는 생산성 향상에 근본적인 한계가 존재한다. 그리고 이러한 측면에서 세포 재순환, 막 반응기 등 다양한 고농도 세포배양 방법이 제시되고 있으며, 물질전달의 문제를 극복하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다(E.M. de Medeiros et al., Chemical Engineering Science: X 5, 2020; R.M. Handler et al., Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 55(12), pp.3253-3261, 2015; H. Chaumat et al., Chemical Engineering Science, Vol. 62(24), pp.7378-7390, 2007). However, in the case of C1 gas conversion microbial process, the solubility of C1 gas is very low (20-25 mg/L for carbon monoxide, 15-20 mg/L for CH 4 ), even if there are excellent bioconversion strains or catalysts, In the absence of process technology that can improve the mass transfer of C1 gas, which is a problem, there is a fundamental limit to productivity improvement. And in this respect, various high-concentration cell culture methods such as cell recycling and membrane reactor have been proposed, and various studies are being conducted to overcome the problem of mass transfer (EM de Medeiros et al., Chemical Engineering Science: X 5, 2020). RM Handler et al., Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 55(12), pp.3253-3261, 2015;H. Chaumat et al., Chemical Engineering Science, Vol. 62(24), pp.7378- 7390, 2007).

한편, 미국 Arkansas 대학 Gaddy 교수팀의 연구결과에 따르면, 일산화탄소를 이용하는 미생물인 C. ljungdahlii의 탄소소모속도는(0.22 gcarbon/gcell/h), 바이오에탄올을 생산하는 S. cerecisiae의 탄소소모속도와(0.27 gcarbon/gcell/h)비교하여 크게 떨어지지 않는다고 보고하고 있으나(US 5173429A), 실제 C1가스 전환 미생물 공정의 경우, 대장균 대비 생장 및 발효 물 전환 속도가 매우 느린 특성으로 인해 상업적 적용이 어려운 실정이다. On the other hand, according to the research results of Professor Gaddy's team at the University of Arkansas in the US, the carbon consumption rate of C. ljungdahlii , a microorganism that uses carbon monoxide (0.22 gcarbon/gcell/h), and that of S. cerecisiae that produce bioethanol ( 0.27 gcarbon/gcell/h) is reported not to be significantly lowered compared to (US 5173429A), but in the case of the actual C1 gas conversion microbial process, the growth and fermented water conversion rate are very slow compared to E. coli, making commercial application difficult.

C1가스를 이용하는 생물학적 전환 기술의 상업적 활용을 위해서는, 반응기 내 C1가스의 액상 내 낮은 용해도와 낮은 물질전달효율(KLa) 문제를 극복하여, 세포에 C1가스를 효율적으로 공급할 필요가 있다. 그리고 이러한 측면에서, 미생물 전환 공정 시스템 내에서의 물질전달향상을 위한 접근법으로는 1)미세 기포의 안정적 생성, 2)기체 및 액체의 유속 증가, 3)용매 사용이나 고압에 의한 기체 용해도 증가 4)세포 표면에서 형성되는 액/고 계면에서의 물질전달 장벽을 해결하기 위한 방안을 들 수 있다. For commercial use of the biological conversion technology using C1 gas, it is necessary to efficiently supply C1 gas to cells by overcoming the problems of low solubility of C1 gas in the liquid phase and low mass transfer efficiency (K L a) in the reactor. And in this respect, approaches to improve mass transfer in microbial conversion process systems include 1) stable generation of microbubbles, 2) increase in flow rates of gases and liquids, 3) increase in solubility of gases by using solvents or high pressure 4) A method for solving the mass transfer barrier at the liquid/solid interface formed on the cell surface can be given.

최근, 나노입자를 도입한 나노유체를 통하여 기/액 시스템에서의 물질전달계수 및 용해도를 향상시키고자 하는 연구가 진행되고 있다. 나노유체는 나노미터 크기의 입자를 포함하는 유체로, 통상적으로 직경이 100 nm 보다 작거나 비슷한 수준의 나노입자들이 유체에 안정적으로 분산되어 있는 것을 말한다. 지금까지 나노유체에 대한 연구는 1995년 처음 보고된 이래로 나노유체를 주제로 한 연구보고가 증가하는 추세이며, 적용범위는 주로 열전달 효율의 향상과 관련된 이론적 해석을 중심으로 이루어져 왔고, 최근 물질전달 확산계수의 증가 효과도 기대할 수 있음이 보고되고 있다. Recently, research to improve the mass transfer coefficient and solubility in gas/liquid systems through nanofluids incorporating nanoparticles is being conducted. Nanofluid refers to a fluid containing nanometer-sized particles, in which nanoparticles having a diameter smaller than or similar to 100 nm are stably dispersed in a fluid. Since the research on nanofluids was first reported in 1995, research reports on nanofluids have been increasing, and the scope of application has been mainly focused on theoretical analysis related to the improvement of heat transfer efficiency, and recently mass transfer diffusion It has been reported that the effect of increasing the coefficient can also be expected.

구체적으로 나노유체를 이용한 연구는 대부분 무기물 중심의 산화물, 질화물 및 카바이드 세라믹스, 금속 및 금속산화물, 카본 나노튜브 기반 나노입자를 활용하여, 산소, 암모니아, 이산화탄소의 물질전달 효율 향상 연구가 주를 이루고 있고, 보일러 현상(Boiling-phenomena), 촉매(Catalyst), 계면 부분(Surface-Area), 대류 현상(Conductivity), 물질 전달(Mass-Transfer), 생체 약품(Bio-Medical) 등 넓은 분야에 걸쳐 연구가 진행되고 있고, 특히 물질 전달 측면으로 볼 때, 기-액 평형(Vapor-Liquid)부분에서 기체의 용해도 향상 효과(Gas absorption)에 대한 여러 연구 보고가 되어있다(Y. Kang et al., International Journal of Coal Geology, s154-155, pp. 123-135, 2016; J.S. Lee et al., Applied Energy, Vol. 143, pp.119-129, 2015). Specifically, research using nanofluids is mainly focused on improving the mass transfer efficiency of oxygen, ammonia, and carbon dioxide by using inorganic-oriented oxide, nitride and carbide ceramics, metals and metal oxides, and carbon nanotube-based nanoparticles. , Boiling-phenomena, Catalyst, Surface-Area, Convection, Mass-Transfer, Bio-Medical, etc. In progress, in particular, in terms of mass transfer, several studies have been reported on the effect of improving the solubility of gases (Gas absorption) in the vapor-liquid part (Y. Kang et al., International Journal). of Coal Geology, s154-155, pp. 123-135, 2016; J. S. Lee et al., Applied Energy, Vol. 143, pp. 119-129, 2015).

나노유체에 의한 물질 전달 향상에 대한 이유로는 여러 가설이 존재하지만, 그 중 가장 유력한 가설에는 1)나노유체에 의한 기포 크기 감소, 2)나노유체에 의한 기/액 계면의 두께 감소, 3)나노유체를 구성하는 나노 입자 표면에서 C1가스 흡착/탈착에 의한 운반 효과, 4)나노 입자의 추가적인 대류확산에 의한 액상에서의 물질전달에 의한 것으로 여겨지고 있다. There are several hypotheses as to the reasons for the improvement of mass transfer by nanofluids, but among them, the most influential hypotheses are 1) reduction in bubble size by nanofluid, 2) reduction in thickness of gas/liquid interface by nanofluid, 3) nanofluid It is believed to be due to the transport effect of C1 gas adsorption/desorption on the surface of nanoparticles constituting the fluid, and 4) mass transfer in the liquid phase by additional convective diffusion of nanoparticles.

나노유체가 이렇듯 매우 다양한 분야에서 활용되어 다양한 산업 환경에서 효과적으로 열전달 및 물질 전달 부분 개선에 활용할 수 있음에도 불구하고, 생물 공정 부분에 적용되는 나노유체의 연구는 거의 보고가 되지 않고 있는데, 이는 대부분의 100 nm 미만의 무기물 중심의 나노입자는 미생물의 세포 내부로 유입하여 세포독성을 유발하는 것으로 알려져 있기 때문으로 판단된다. 또한, 미생물 발효산물 생산성에 효율을 나타내는 나노유체의 경우, 그 적용 농도가 비교적 높아, 공정 운영비용의 상승이라는 단점과 맞물려, 회수를 통한 재사용이 필수적인 실정이다.Although nanofluids can be used in such a wide variety of fields and can be effectively used to improve heat transfer and mass transfer in various industrial environments, there are few reports of nanofluids applied to biological processes. It is judged that this is because it is known that inorganic-centered nanoparticles of less than nm enter the cells of microorganisms and cause cytotoxicity. In addition, in the case of nanofluids exhibiting efficiency in the productivity of microbial fermentation products, the applied concentration is relatively high, and in conjunction with the disadvantage of an increase in process operating cost, reuse through recovery is essential.

한편, 대한민국 특허 제10-2105851호에는 생체친화성이 좋은 키토산 기반의 고분자 유기물질과 세포막과 상호작용을 할 것으로 기대되는 항균성 지질을 이용한 유기나노입자 나노유체를 제조하여 미생물이 C1가스 이용효율이 향상된다는 점이 기재되어 있고, 대한민국 특허 제10-2139352호에는 나노셀룰로오스와 세포에 친화적인 표면처리된 나노셀룰로오스를 활용하여 유기나노입자 나노유체를 제조하여 미생물의 C1가스 이용효율이 향상된다는 점이 기재되어 있다. On the other hand, Korean Patent No. 10-2105851 discloses that the organic nanoparticle nanofluid is produced using a chitosan-based polymer organic material with good biocompatibility and an antibacterial lipid that is expected to interact with the cell membrane, so that microorganisms can use the C1 gas efficiently. It is described that the improvement is improved, and in Korean Patent No. 10-2139352, it is described that the C1 gas utilization efficiency of microorganisms is improved by manufacturing an organic nanoparticle nanofluid using nanocellulose and cell-friendly surface-treated nanocellulose. there is.

하지만, 상기 10-2105851호의 나노유체는 대량 배양을 위해 높은 농도를 사용할 경우, 세포독성이 발생하는 단점이 있고, 10-2139352호에서 사용한 나노유체는 C1가스 이용효율의 향상 정도가 낮다는 단점이 있다. However, the nanofluid of No. 10-2105851 has a disadvantage in that cytotoxicity occurs when a high concentration is used for mass culture, and the nanofluid used in No. 10-2139352 has a disadvantage that the degree of improvement in C1 gas utilization efficiency is low. there is.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점들을 해결하고, 세포 독성이 없으면서 C1가스 대사능을 가진 미생물의 대사산물 생산성을 획기적으로 높일 수 있는 방법을 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 나노유체 소재를 C1가스 생물전환 공정의 종배양(seed culture)와 본배양(main culture)에 순차적으로 동시에 적용할 경우, C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스의 이용효율이 향상될 뿐만 아니라, 대사산물의 생산성이 획기적으로 향상된다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the inventors of the present inventors have worked diligently to solve the above problems, and to develop a method that can dramatically increase the productivity of metabolites of microorganisms having C1 gas metabolism without cytotoxicity. When applied sequentially and simultaneously to the seed culture and main culture of It was confirmed that the present invention was completed.

본 발명의 목적은 키토산-지질화합물 기반 나노유체를 이용한 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for improving metabolite productivity by improving the C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability using chitosan-lipid compound-based nanofluids.

본 발명의 다른 목적은 키토산-지질화합물 기반 나노유체 및 타닌-전이금속 복합체 기반 나노유체를 이용한 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for improving metabolite productivity by improving C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability using chitosan-lipid compound-based nanofluid and tannin-transition metal complex-based nanofluid.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 C1가스 대사능을 가진 미생물을 종배양(seed culture)하여 매질에 분산된 나노입자를 세포막에 흡착 및 적응시키는 단계; 및 (b) 상기 종배양된 미생물을 나노유체를 함유하지 않는 배지에서 본배양(main culture)하는 단계를 포함하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention (a) chitosan introduced lipid compound nanoparticles in a medium containing a nanofluid dispersed in the medium by culturing a microorganism having C1 gas metabolizing ability (seed culture) to the medium Adsorbing and adapting the nanoparticles dispersed in the cell membrane; And (b) the method of improving metabolite productivity through improvement of C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability comprising the step of culturing the cultured microorganisms in a medium not containing nanofluids to provide.

본 발명은 또한, (a) 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 C1가스 대사능을 가진 미생물을 종배양(seed culture)하여 매질에 분산된 나노입자를 세포막에 흡착 및 적응시키는 단계; 및 (b) 상기 종배양된 미생물을 타닌-전이금속 복합체가 도입된 바이오폴리머 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 본배양(main culture)하는 단계를 포함하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법을 제공한다.The present invention also provides (a) chitosan-introduced lipid compound nanoparticles dispersed in the medium by culturing a microorganism having a C1 gas metabolizing ability in a medium containing a nanofluid dispersed in the medium (seed culture) nanoparticles dispersed in the medium adsorption and adaptation to the cell membrane; And (b) the tannin-transition metal complex introduced biopolymer nanoparticles of the cultured microorganism in a medium containing the nanofluid dispersed in the medium (main culture) comprising the step of C1 gas metabolism To provide a method for improving metabolite productivity by improving the C1 gas utilization efficiency of microorganisms with

본 발명에 따른 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법은 C1가스 기반 미생물 배양 공정의 경제성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 일산화탄소 또는 메탄이 포함되어 있는 다양한 셰일가스, 산업 부생가스, 바이오가스 등을 이용하는 미생물 배양 공정 적용을 통해 고부가가치 물질의 생산 등의 분야에서 다양하게 활용될 수 있어 유용하다.The method for improving metabolite productivity by improving the C1 gas utilization efficiency of microorganisms with C1 gas metabolizing ability according to the present invention can not only increase the economic feasibility of the C1 gas-based microbial culture process, but also various shale gases containing carbon monoxide or methane It is useful because it can be used in various fields such as the production of high value-added substances through the application of the microbial culture process using industrial by-product gas, biogas, etc.

도 1은 키토산/올레아미드 나노유체를 0.1*10-3-100*10-3 % (w/v) 농도로 미생물 배양 배지에 주입했을 때 측정한 물질전달 계수 (KLa) 변화량을 나타낸 도이다.
도 2는 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체를 0.025-0.1 % (w/v)농도로 미생물 배양 배지에 주입했을 때 측정한 물질전달 계수 (KLa) 변화량을 나타낸 도이다.
도 3은 키토산/올레아미드 나노유체를 0.01*10-3-1*10-3 % (w/v) 미생물 배양 배지에 주입했을 때 측정한 CO용해도 변화량을 나타낸 도이다.
도 4는 키토산/올레아미드 나노유체를 0.1*10-3-50*10-3 % (w/v)미생물 배양 배지에 주입했을 때 측정한 CH4용해도 변화량을 나타낸 도이다.
도 5는 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체를 0.025-0.1 % (w/v)농도로 미생물 배양 배지에 주입했을 때 측정한 CO가스 용해도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 6은 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체를 0.025-0.1 % (w/v)농도로 미생물 배양 배지에 주입했을 때 측정한 CH4가스 용해도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 7은 타닌-철 나노유체를 0.05 % (w/v) 농도로 NMS 배양 배지에 주입했을 때 측정한 gas bubble 안정화 효과 및 gas bubble 상승속도를 나타낸 도이다.
도 8은 키토산/올레아미드 나노유체를 1*10-3 % (w/v) 농도로 NMS 배양 배지에 주입했을 때 측정한 gas bubble 생성 및 bubble breaking 효과를 나타낸 도이다.
도 9는 키토산/올레아미드 나노유체를 0.1*10-3-10*10-3 % (w/v) 농도로 종배양시 주입했을 때 측정한 미생물 세포 및 세포막 변형을 관찰한 도이다.
도 10은 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체를 0.05 % (w/v) 농도로 미생물 배양시 에 주입했을 때 측정한 세포막 변형 여부를 관찰한 도이다.
도 11은 키토산/올레아미드 나노유체를 0.1*10-3-50*10-3 % (w/v) 농도로 종배양시 주입했을 때 측정한 미생물 세포막에 흡착된 나노입자의 양을 나타낸 도이다.
도 12는 키토산/올레아미드 나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % (w/v) 농도로 적용 후, 추가적인 나노유체를 적용하지 않고, 미생물 본배양을 진행하였을 때, CH4 소모량과 미생물 생장농도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 13은 키토산/올레아미드 나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 Methylomonas sp. DH-1의 종배양시 0.001 % (w/v) 농도로 적용 후, 추가적인 나노유체를 적용하지 않고, 미생물 본배양을 연속으로 계대배양 진행하였을 때, 미생물 생장농도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 14는 타닌-철 나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 Methylomonas sp. DH-1의 종배양시 0.025-0.1 % (w/v) 농도로 적용 후, 추가적인 나노유체를 적용하지 않고, 미생물 본배양을 연속으로 계대 배양 진행하였을 때, 미생물 생장농도의 변화량을 나타낸 도이다
도 15는 키토산/올레아미드 나노유체를 CO 이용 고세균인 수소생성 고세균 Thermooccus onnurinues NA1의 종배양 시 0.0001 %, 0.0005 % (w/v) 농도로 적용 후, 추가적인 나노유체를 적용하지 않고, 본배양을 진행하였을 때, CO 소모량을 나타낸 도이다.
도 16은 키토산/올레아미드 나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 Methylomonas sp. DH-1의 종배양시 0.005 % (w/v) 농도로 적용 후, 본배양시 동일 농도의 키토산/올레아미드 나노유체를 적용하여 배양을 진행하였을 때, 미생물 생장농도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 17은 CH4 이용 그람 음성균인 Methylomonas sp. DH-1의 종배양시 나노유체를 적용하지 않고 미생물 세포를 배양한 후, 본배양시 키토산/올레아미드 본배양시 나노유체를 0.005 % (w/v) 농도로 적용하였을 때 및 타닌-철 나노유체를 0.05 % (w/v) 농도로 적용하였을 때의 상대 미생물 생장농도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 18은 CH4 이용 그람 음성균인 Methylomonas sp. DH-1의 종배양시 키토산/올레아미드 나노유체를 0.005 % (w/v) 농도로 적용 후, 본배양시 타닌-철 나노유체를 0.05% (w/v) 농도로 적용하였을 때, 미생물 생장농도의 변화량을 비교한 도이다.
도 19는 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 5L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, CH4 소모량과 미생물 생장농도의 변화량을 나타낸 도이다.
도 20은 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 5L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 발효 시간에 따른 메탄 소모량 비교에 대한 정량지표이다.
도 21은 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 5L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 메탄올 생산량을 나타낸 도이다.
도 22는 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 5L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 아세트산 생산량을 나타낸 도이다.
도 23은 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 5L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 숙신산 생산량을 나타낸 도이다.
도 24는 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 그람 음성균인 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 5L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 발효산물의 최종 생산량을 음성 대조군과 비교한 정량지표이다.
도 25는 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 메탄자화균인 Methylosinus trichosporium. OB3b의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체 를 3L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 메탄 소모 변화량 및 미생물 생장 농도 변화량을 나타낸 도이다.
도 26은 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 메탄자화균인 Methylosinus trichosporium. OB3b의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 3L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 발효 시간에 따른 대사산물인 Poly-hydroxybutyrate(PHB)의 생성량 변화량을 나타낸 도이다.
도 27은 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 메탄자화균인 Methylosinus trichosporium. OB3b의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 3L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 발효 시간에 따른 메탄 소모량 비교에 대한 정량지표이다.
도 28은 키토산/올레아미드 나노 입자/나노유체를 CH4 이용 메탄자화균인 Methylosinus trichosporium. OB3b의 종배양 시 0.005 % 농도로 적용 후, 타닌-철 나노유체를 3L 발효기에 0.05% 농도로 적용하여, 본배양을 진행하였을 때, 발효 산물의 생산량을 음성 대조군과 비교한 정량지표이다.
1 is a diagram showing the amount of change in the mass transfer coefficient (K L a) measured when chitosan / oleamide nanofluid is injected into a microbial culture medium at a concentration of 0.1 * 10 -3 -100 * 10 -3 % (w / v) am.
2 is a diagram showing the amount of change in the mass transfer coefficient (K L a) measured when the tannin-iron complex-introduced nanocellulose nanofluid was injected into a microbial culture medium at a concentration of 0.025-0.1% (w/v).
3 is a diagram showing the amount of change in CO solubility measured when the chitosan / oleamide nanofluid is injected into the 0.01*10 -3 -1*10 -3 % (w/v) microbial culture medium.
4 is a diagram showing the change in CH 4 solubility measured when the chitosan / oleamide nanofluid was injected into 0.1*10 -3 -50*10 -3 % (w/v) microbial culture medium.
5 is a view showing the amount of change in CO gas solubility measured when the tannin-iron complex introduced nano-cellulose nanofluid was injected into a microbial culture medium at a concentration of 0.025-0.1% (w/v).
6 is a view showing the amount of change in CH 4 gas solubility measured when the tannin-iron complex introduced nanocellulose nanofluid was injected into a microbial culture medium at a concentration of 0.025-0.1% (w/v).
7 is a view showing the gas bubble stabilization effect and gas bubble rise rate measured when the tannin-iron nanofluid was injected into the NMS culture medium at a concentration of 0.05% (w/v).
Figure 8 is a diagram showing the gas bubble generation and bubble breaking effect measured when the chitosan / oleamide nanofluid was injected into the NMS culture medium at a concentration of 1 * 10-3% (w / v).
FIG. 9 is a diagram of observation of microbial cell and cell membrane deformation measured when chitosan/oleamide nanofluid was injected at a concentration of 0.1*10 -3 -10*10 -3 % (w/v) during seed culture.
10 is a view of observing whether the cell membrane is deformed, measured when the tannin-iron complex introduced nano-cellulose nanofluid was injected at a concentration of 0.05% (w/v) during microbial culture.
11 is a diagram showing the amount of nanoparticles adsorbed to the microbial cell membrane measured when chitosan/oleamide nanofluid was injected at a concentration of 0.1*10 -3 -50*10 -3 % (w/v) in seed culture .
12 is a chitosan / oleamide nanofluid CH 4 using gram-negative bacteria, methanogen Methylomonas sp. It is a diagram showing the amount of CH 4 consumption and changes in the microbial growth concentration when the microbial main culture was performed without additional nanofluid after application at a concentration of 0.005 % (w/v) during seed culture of DH-1 .
13 is a chitosan / oleamide nanofluid using CH 4 Gram-negative bacteria Methylomonas sp. It is a diagram showing the amount of change in the microbial growth concentration when the microbial main culture is continuously subcultured without additional nanofluid after application at a 0.001% (w/v) concentration during seed culture of DH-1 .
14 is a tannin-iron nanofluid using CH 4 Gram-negative bacteria Methylomonas sp. This is a diagram showing the amount of change in the microbial growth concentration when DH-1 was applied at a concentration of 0.025-0.1 % (w/v) during seed culture, and the microbial main culture was continuously subcultured without applying additional nanofluid.
15 is a chitosan / oleamide nanofluid at a concentration of 0.0001%, 0.0005% (w / v) in the seed culture of the hydrogen-producing archaea Thermooccus onnurinues NA1 , which is an archaea using CO, after applying the main culture without applying an additional nanofluid. It is a diagram showing the amount of CO consumption when proceeding.
16 is a chitosan / oleamide nanofluid using CH 4 Gram-negative bacteria Methylomonas sp. It is a diagram showing the amount of change in the microbial growth concentration when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% (w/v) in seed culture and then cultured by applying the same concentration of chitosan/oleamide nanofluid during main culture.
17 is a gram-negative bacterium using CH 4 Methylomonas sp. After culturing microbial cells without applying nanofluid during seed culture of DH-1 , chitosan/oleamide nanofluid was applied at a concentration of 0.005% (w/v) during main culture and tannin-iron nano It is a diagram showing the amount of change in the relative microbial growth concentration when the fluid is applied at a concentration of 0.05% (w/v).
18 is a gram-negative bacterium using CH 4 Methylomonas sp. When chitosan/oleamide nanofluid was applied at a concentration of 0.005% (w/v) during DH-1 seed culture, and then tannin-iron nanofluid was applied at a concentration of 0.05% (w/v) during main culture, microorganism growth It is a diagram comparing the amount of change in concentration.
Figure 19 is chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid CH 4 using gram-negative bacteria, methanogen Methylomonas sp. It is a diagram showing the amount of change in CH 4 consumption and microbial growth concentration when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 5L fermenter at a concentration of 0.05% and the main culture was carried out. .
20 is chitosan/oleamide nanoparticles/nanofluids CH 4 Using gram-negative bacteria, methanogen Methylomonas sp. It is a quantitative index for comparison of methane consumption according to fermentation time when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then tannin-iron nanofluid was applied to a 5L fermenter at a concentration of 0.05% and main culture was performed.
Figure 21 is chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid using CH 4 gram-negative bacterium methanocytosis Methylomonas sp. A diagram showing the methanol production when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 5L fermenter at a concentration of 0.05% and the main culture was performed.
Figure 22 is chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid using CH 4 gram-negative bacteria methanocytosis Methylomonas sp. This is a diagram showing acetic acid production when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 5L fermenter at a concentration of 0.05% and the main culture was performed.
23 shows chitosan/oleamide nanoparticles/nanofluids using CH 4 , which is a gram-negative bacterium, methanogen Methylomonas sp. This is a diagram showing succinic acid production when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 5L fermenter at a concentration of 0.05% and the main culture was performed.
Figure 24 is chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid CH 4 using gram-negative bacteria methanocytosis Methylomonas sp. Quantitative index comparing the final production of fermented products with the negative control when DH-1 was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 5L fermenter at a concentration of 0.05% and the main culture was performed. am.
Figure 25 is a chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid using CH 4 methane magnetizing bacteria Methylosinus trichosporium. It is a diagram showing the change in methane consumption and the change in the concentration of microorganisms when the main culture was carried out by applying the tannin-iron nanofluid to a 3L fermenter at a concentration of 0.05% after application at a concentration of 0.005% during the seed culture of OB3b .
Figure 26 is chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid using CH 4 methane magnetizing bacteria Methylosinus trichosporium. When OB3b was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 3L fermenter at a concentration of 0.05%, and the main culture was carried out, the amount of production of poly-hydroxybutyrate (PHB), a metabolite, according to fermentation time It is a diagram showing the amount of change.
Figure 27 is a chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid using CH 4 methane magnetizing bacteria Methylosinus trichosporium. This is a quantitative index for comparison of methane consumption according to fermentation time when OB3b was applied at a concentration of 0.005% during seed culture, and then the tannin-iron nanofluid was applied to a 3L fermenter at a concentration of 0.05% to proceed with the main culture.
Figure 28 is chitosan / oleamide nanoparticles / nanofluid using CH 4 methane magnetizing bacteria Methylosinus trichosporium. When OB3b was applied at a concentration of 0.005% in the seed culture, the tannin-iron nanofluid was applied to a 3L fermenter at a concentration of 0.05%, and the main culture was performed. This is a quantitative index comparing the production of the fermentation product with the negative control.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art.

본 발명에서는, 키토산이 도입된 지질화합물을 함유하는 나노유체를 포함한 배지에서 C1가스 대사능을 가지는 미생물을 종배양한 다음, 나노유체를 포함하지 않는 배지에서 본배양할 경우에도, 상기 미생물의 C1가스 대사능 및 대사산물의 생산능력이 향상되는 것을 확인하고자 하였다. In the present invention, even when culturing a microorganism having C1 gas metabolizing ability in a medium containing a nanofluid containing chitosan-introduced lipid compound, and then culturing in a medium not containing a nanofluid, the C1 of the microorganism It was intended to confirm that the gas metabolism capacity and the production capacity of metabolites were improved.

즉, 본 발명의 일 실시예에서는, 키토산-올레아미드 나노입자가 수용액에분산되어 있는 나노유체의 가스 물질전달 효율 향상 효과를 확인하였고, 상기 나노유체를 함유하는 배지에서 메틸로모나스 속 DH-1 또는 써모코쿠스 온누리누스 NA1을 종배양 시 상기 나노입자가 미생물 세포막에 흡착하여 세포막의 일부를 변형시킨 것을 확인 확인한 다음, 상기 나노유체를 포함하지 않는 배지에서 본배양을 수행하였을 경우에도 C1가스 소모량 및 미생물 생장 속도가 향상되는 것을 확인하였다(도 1, 도 3, 도 4, 도 8, 도 9, 도 11 내지 13 및 도 15)That is, in one embodiment of the present invention, the effect of improving the gas mass transfer efficiency of the nanofluid in which the chitosan-oleamide nanoparticles are dispersed in an aqueous solution was confirmed, and in the medium containing the nanofluid, DH-1 in Methylomonas genus Alternatively, when culturing Thermococcus onnurinus NA1, it was confirmed that the nanoparticles were adsorbed to the microbial cell membrane and modified a part of the cell membrane, and then the C1 gas consumption even when the main culture was performed in a medium not containing the nanofluid. And it was confirmed that the microbial growth rate is improved (FIGS. 1, 3, 4, 8, 9, 11 to 13 and 15)

따라서, 본 발명은 일 관점에서, Accordingly, the present invention in one aspect,

(a) 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 C1가스 대사능을 가진 미생물을 종배양(seed culture)하여 매질에 분산된 나노입자를 세포막에 흡착 및 적응시키는 단계; 및 (b) 상기 종배양된 미생물을 나노유체를 함유하지 않는 배지에서 본배양(main culture)하는 단계;(a) In a medium containing a nanofluid in which chitosan-introduced lipid compound nanoparticles are dispersed in a medium, a microorganism having C1 gas metabolizing ability is seed cultured to adsorb the nanoparticles dispersed in the medium to the cell membrane and adapting; And (b) the step of culturing the main culture (main culture) in a medium that does not contain the nano-fluid in the cultured microorganism;

를 포함하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법에 관한 것이다.It relates to a method of improving metabolite productivity through improvement of C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability, including.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 나노유체를 함유한 배지에서 메틸로모나스 속 DH-1 또는 메틸로시너스 트리코스포리움 OB3b를 종배양한 다음, 타닌-철 복합체가 도입된 셀룰로오스 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유한 배지에서 본배양할 경우, 상기 미생물의 C1가스 소모량 및 상기 미생물에서 생산되는 대사산물의 양이 획기적으로 증가하는 것을 확인하였다(도 2, 도 5, 도 6, 도 7, 도 10 및 도 16 내지 28).On the other hand, in another embodiment of the present invention, after culturing Methylomonas DH-1 or Methyllocinus tricosporium OB3b in a medium containing the nanofluid, tannin-iron complex is introduced into the medium. When the main culture was performed in a medium containing the nanofluid dispersed in 7, 10 and 16 to 28).

따라서, 본 발명은 다른 관점에서, Accordingly, the present invention from another point of view,

(a) 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 C1가스 대사능을 가진 미생물을 종배양(seed culture)하여 매질에 분산된 나노입자를 세포막에 흡착 및 적응시키는 단계; 및 (a) In a medium containing a nanofluid in which chitosan-introduced lipid compound nanoparticles are dispersed in a medium, a microorganism having C1 gas metabolizing ability is seed cultured to adsorb the nanoparticles dispersed in the medium to the cell membrane and adapting; and

(b) 상기 종배양된 미생물을 타닌-전이금속 복합체가 도입된 바이오폴리머 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 본배양(main culture)하는 단계;(b) culturing the cultured microorganism in a medium containing a nanofluid in which the biopolymer nanoparticles into which the tannin-transition metal complex is introduced are dispersed in the medium (main culture);

를 포함하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법에 관한 것이다.It relates to a method of improving metabolite productivity through improvement of C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability, including.

본 발명에서, 상기 키토산은 (1->4) 2-amino-2-deoxy-β의 구조를 가지는 천연에 존재하는 매우 안전한 양이온성 다당류이다. 키토산은 천연의 갑각류 등으로부터 얻어지는 키틴 (chitin)을 탈아세틸화하여 유리 아민기를 생성시킨 폴리머 형태이다. 여기서 키토산은 분자량 1~500kDa이고 유리 아민기가 50% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 키토산의 분자량이 150~400kDa이고 유리 아민기가 80% 이상일 수 있으나 본 발명이 여기에 제한되는 것은 아니다. 키토산의 가용화 측면에서 수용성 키토산 및 불용성 키토산, 키토산의 분자를 변화시킨 키토산 유도체도 본 발 명의 키토산 범주에 포함될 수 있으며, 바람직하게는 수용성 키토산을 사용할 수 있다. 상기 수용성 키토산은 키토산 HCl, 키토산 아세테이트, 키토산 글루타메이트, 키토산 락테이트 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 수용성 키토산은 분자구조 내의 아민기가 염산 또는 초산, 글루탐산, 젖산 등의 산성 물질과 당량비로 염을 형성하고 있어 물에 용해가 가능하다. 수용성 키토산은 이물질 제거가 용이하다는 등의 장점이 있다. 이 외에도, 동일 분자 구조를 갖는 키토산 역시 모두 제한되지 않고 이에 포함될 수 있다.In the present invention, the chitosan is a very safe cationic polysaccharide that exists in nature having the structure of (1->4) 2-amino-2-deoxy-β. Chitosan is in the form of a polymer in which free amine groups are generated by deacetylating chitin obtained from natural crustaceans and the like. Here, the chitosan may have a molecular weight of 1 to 500 kDa and a free amine group of 50% or more, and preferably, the molecular weight of chitosan may be 150-400 kDa and 80% or more of the free amine group, but the present invention is not limited thereto. In terms of solubilization of chitosan, water-soluble chitosan, insoluble chitosan, and chitosan derivatives obtained by changing the molecules of chitosan may also be included in the scope of chitosan of the present invention, and water-soluble chitosan may be preferably used. The water-soluble chitosan may be at least one selected from chitosan HCl, chitosan acetate, chitosan glutamate, and chitosan lactate. Water-soluble chitosan is soluble in water because the amine group in the molecular structure forms a salt in an equivalent ratio with hydrochloric acid, acetic acid, glutamic acid, and acidic substances such as lactic acid. Water-soluble chitosan has advantages such as easy removal of foreign substances. In addition, chitosan having the same molecular structure may also be included without limitation.

본 발명에서 상기 지질 화합물은 항균성을 갖는 것으로 보고된 지질 및 이와 기능적으로 유사한 지질 유도체를 지칭한다. 바람직하게는 올레산(oleic acid) 및 라우릭산(lauric acid)과 같은 탄소수 6-18개 사이의 지방족 잔기를갖는 지방산(fatty acid), 올레아미드(oleamide)와 에루카미드(erucamide) 및 지방 알콜과 같은 지방산 유도체 또는 모노글리세라이드, 스핑고신(sphingosine) 등의 지질 화합물 및 그 유도체를 말하며, 더욱 바람직하게는 올레아미드 및 에루카미드, 가장 바람직하게는 올레아미드와 구조적 동일성을 갖는 것을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the lipid compound refers to a lipid reported to have antibacterial properties and a lipid derivative functionally similar thereto. Preferably, fatty acids having an aliphatic residue having between 6-18 carbon atoms, such as oleic acid and lauric acid, oleamide and erucamide, and fatty alcohols Refers to fatty acid derivatives such as fatty acid derivatives, monoglycerides, lipid compounds such as sphingosine, and derivatives thereof, more preferably oleamide and erucamide, and most preferably having structural identity with oleamide, but It is not limited.

본 발명에서, C1가스 대사능을 가지는 미생물은 C1가스를 이용하는 미생물, 더욱 바람직하게는 C1가스를 이용하는 그람-음성균(Gram-negative bacteria), 그람 양성균(Gram-positive bacteria), 고세균(Archaea), 호열성 균(Thermophilic-bacteria), 호염성 균(Halobacteria), 메탄 생산균(Methanogenic-bacteria), 메탄자화균(Methanotrophic-bacteria), 아세트산 생성균(Acetogenic-bacteria) 및 수소생성균(Hydrogenic bacteria)이 포함될 수 있고, 더욱 더 바람직하게는 메탄자화균(Methanotrophic-bacteria), 아세트산 생성균(Acetogenic-bacteria) 및 수소 생성균(Hydrogenic bacteria)일 수 있다.In the present invention, the microorganism having C1 gas metabolizing ability is a microorganism using C1 gas, more preferably, Gram-negative bacteria, Gram-positive bacteria, Archaea, Thermophilic-bacteria, Halobacteria, Methanogenic-bacteria, Methanotrophic-bacteria, Acetogenic-bacteria and Hydrogenic bacteria and more preferably, Methanotrophic-bacteria, Acetogenic-bacteria and Hydrogenic bacteria.

본 발명의 메탄자화균(Methanotrophic-bacteria)은 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1), 메틸로시너스 스포리움 유형-5(Methylosinus sporium type 5), 메틸로시너스 트리코스포리움 OB3b(Methylosinus tricosporium OB3b), 메틸로마이크로비움 알칼리피움 20z(Methylomicrobium alcaliphilum 20z), 메틸로코쿠스 캡술라투스(Methylococcus capsulatus), 메틸로스페라 한소니이(Methylosphaera hansonii), 메틸로마이크로비움 아길레(Methylomicrobium agile), 메틸로마이크로비움 알붐(Methylomicrobium album), 메틸로박터 휘텐버리(Methylobacter whittenburyi), 메틸로박터 루테우스(Methylobacter luteus), 메틸로박터 보비스(Methylobacter bovis), 메틸로박터 비넬란디이(Methylobacter vinelandii), 메틸로마이크로비움 펠라기쿰(Methylomicrobium pelagicum), 메틸로마이크로비움 스포리움(Methylomicrobium sporium), 메틸로모나스 스트레인(Methylomonas Strain), 메틸로모나스 루브라(Methylomonas rubra), 메틸로모나스 아우란티아카(Methylomonas aurantiaca), 메틸로모나스 포디나룸(Methylomonas fodinarum), 메틸로모나스 메타니카(Methylomonas methanica), 메틸로코쿠스 써모필러스(Methylococcus thermophilus), 메틸로코쿠스 스포리움(Methylococcus sporium), 메틸로코쿠스 캡술라타스(Methylococcus capsulatas), 메틸로모나스 트리스포리움(Methylomonas trisporium), 메틸로시너스 트리코스포리움(Methylosinus trichosporium), 메틸로시스티스 파르부스(Methylocystis parvus), 메틸로셀라 팔루스트리스(Methylocella palustris), 메틸로캡사 아시디필라(Methylocapsa acidiphila), 메틸로모나스 부리아텐스(methylomonas buryatense), 메틸로시스티스 스포리움(Methylocystis sporium), 메틸로시너스 트리코스포리움(Methylosinus trichosporium), 캔디다투스 메타노페레데덴스(Candidatus Methanoperededens), 니트로레두센스 (nitroreducens), 메틸로살시나 피브레이트(Methylosarcina fibrate), 메틸로칼덤 스제게디엔스 (Methylocaldum szegediense), 캔디다투스 메틸로미라빌리스 림네티카(Candidatus Methylomirabilis limnetica), 메틸로벌럼 사이크로톨레란스(Methylovulum psychrotolerans)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Methanotrophic-bacteria of the present invention are Methylomonas sp. DH-1 ( Methylomonas sp. DH-1 ), Methylosinus sporium type 5 ( Methylosinus sporium type 5 ), Methylosinus tricosporium OB3b ( Methylosinus tricosporium OB3b ), Methylomicrobium alkalipium 20z ( Methylomicrobium alcaliphilum 20z ), Methylococcus capsulatus ( Methylococcus capsulatus ), Methylosphaera hansonii ), Methylomicrobium agile) ( Methylomicrobium agile ) , Methylomicrobium album , Methylobacter whittenburyi , Methylobacter luteus , Methylobacter bovis, Methylobacter bovis , Methylobacter vinelandii Methylomicrobium pelagicum ( Methylomicrobium pelagicum ) , Methylomicrobium sporium ), Methylomonas strain ( Methylomonas Strain ), Methylomonas rubra ( Methylomonas rubra ), Methylomonas aurantiaca ( Methylomonas aurantiaca ) aurantiaca ), Methylomonas fodinarum ( Methylomonas fodinarum ), Methylomonas methanica ( Methylomonas methanica ), Methylococcus thermophilus ( Methylococcus thermophilus ), Methylococcus sporium , Methylococcus sporium , Methyllococcus sporium ) ( Methylococcus capsulatas ), Methylomonas trisporium ( Methylomonas trisporium ) , Methylosinus trichosporium ( Methylosinus trichosporium ), Methylocystis parvus ), Methylocella palustris ( Methylocella palustris ), Methylocapsa acidiphila ( Methylocapsa acidiphila ), methyllomonas ( methylomonas buryatense ), methyl cystis sporium ( Methylocystis sporium ), methyl locinus trichosporium ( Methylosinus trichosporium ) , Candidatus methanoperededens ( Candidatus Methanoperededens ), nitro reducense ( nitroreducens ), methyl Selected from the group consisting of fibrate ( Methylosarcina fibrate ), methylocaldum szegediense , Candidatus Methylomirabilis limnetica , and Methylovulum psychrotolerans . It may be any one or more, but is not limited thereto.

본 발명의 CO를 이용하는 아세트산 생성균(Acetogenic-bacteria)은 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii), 클로스트리디움 오토에타노게늄(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리디움 카복시디보란스 P7(Clostridium carboxidivorans P7), 클로스트리디움 륭달리(Clostridium ljungdahlii), 무렐라 써모아세티카(Moorella thermoacetica), 유박테리움 리모섬(Eubacterium limosum), 카복시디보란스(carboxidivorans), 옥소박터 펜니기이(Oxobacter pfennigii), 펩토스트렙토코쿠스 프로덕투스(Peptostreptococcus productus), 부티리박테리움 메틸로트로피쿰(Butyribacterium methylotrophicum), 메타노살키나 아세티보란스(Methanosarcina acetivorans), 무렐라 써모오토트로피카(Moorella thermoautotrophica), 디설포토마쿨룸 쿠즈넷소비이(Desulfotomaculum kuznetsovii), 디설포토마쿨룸 써모벤조이쿰(Desulfotomaculum thermobenzoicum), 써모신트로피쿰(Thermosyntrophicum), 아케오글로부스 펄지두스(Archaeoglobus fulgidus)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Acetogenic-bacteria using CO of the present invention are Acetobacterium woodii ( Acetobacterium woodii ), Clostridium autoethanogenum ( Clostridium autoethanogenum ), Clostridium carboxidivorans P7 ( Clostridium carboxidivorans P7 ), Clostridium Clostridium ljungdahlii, Moorella thermoacetica , Eubacterium limosum , carboxidivorans, Oxobacter pfennigii, Peptostreptococcus Tooth ( Peptostreptococcus productus ), Butyribacterium methylotrophicum ( Butyribacterium methylotrophicum ), Methanosarcina acetivorans ), Murella thermoautotropica ( Moorella thermoautotrophica ), disulfotomaculum kuznetsovii ), disulfotomaculum thermobenzoicum ( Desulfotomaculum thermobenzoicum ), thermosyntropicum ( Thermosyntrophicum ), Archaeoglobus fulgidus ). not.

본 발명의 CO를 이용하는 수소 생성균(Hydrogenic bacteria)은 루브리비박스 겔라티노서스(Rubrivivax gelatinosus), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris), 로도스피릴룸 루브룸(Rhodospirillum rubrum), 시트로박터 속 Y19 (Citrobacter sp Y19), 무렐라 AMP(Moorella AMP), 카복시도써머스 하이드로게노포르만스(Carboxydothermus hydrogenoformans), 카복시디브라키움 파시피쿠스(Carboxydibrachium pacificus), 카복시도셀라 스포로프로두센스(Carboxydocella sporoproducens), 카복시도셀라 써모오토트로피카(Carboxydocella thermoautotrophica), 써모민콜라 카복시디필라(Thermincola carboxydiphila), 써모리쏘박터 카복시디보란스(Thermolithobacter carboxydivorans), 써모시너스 카복시디보란스(Thermosinus carboxydivorans), 디설포토마쿨룸 카복시디보란스(Desulfotomaculum carboxydivorans), 써모코쿠스 속 AM4(Thermococcus strain AM4), 써모코쿠스 온누리누스(Thermococcus onnurineus)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Hydrogen-producing bacteria using CO of the present invention are Rubrivivax gelatinosus , Rhodopseudomonas palustris , Rhodospirillum rubrum , Citrobacter genus Y19 ( Citrobacter sp Y19 ), Murella AMP ( Moorella AMP ), Carboxydothermus hydrogenoformans ), Carboxydibrachium pacificus ( Carboxydibrachium pacificus ), Carboxydocella sporoproducensense ( Carboxydocella ) , Carboxydocella thermoautotrophica ( Carboxydocella thermoautotrophica ), Thermomincola carboxydiphila ( Thermincola carboxydiphila ), Thermolithobacter carboxydivorans ( Thermolithobacter carboxydivorans ), Thermosinus carboxydivorans ), disulfotoma Cullum ( Thermosinus ), carboxydivorans Carboxy diborans ( Desulfotomaculum carboxydivorans ), Thermococcus genus AM4 ( Thermococcus strain AM4 ), Thermococcus onnurineus ( Thermococcus onnurineus ) It may be any one or more selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 C1가스 대사능을 가지는 미생물은 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1), 메틸로시너스 트리코스포리움 OB3b(Methylosinus trichosporium OB3b), 메틸로모나스 스트레인(Methylomonas Strain), 메틸로모나스 루브라(Methylomonas rubra), 메틸로모나스 아우란티아카(Methylomonas aurantiaca), 메틸로모나스 포디나룸(Methylomonas fodinarum), 메틸로모나스 메타니카(Methylomonas methanica), 메틸로시너스 스포리움 유형-5 (Methylocystis sporium type 5), 메틸로시너스 트리코스포리움(Methylosinus trichosporium), 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii), 써모코쿠스 속 AM4((Thermococcus strain AM4) 및 써모코쿠스 온누리누스(Thermococcus onnurineus)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the microorganism having the C1 gas metabolizing ability is Methylomonas genus DH-1 ( Methylomonas sp. DH-1 ), Methylosinus trichosporium OB3b ( Methylosinus trichosporium OB3b ), Methylomonas strain ( Methylomonas Strain ) ), Methylomonas rubra , Methylomonas aurantiaca , Methylomonas fodinarum , Methylomonas methanica , Methylomonas methanica type -5 ( Methylocystis sporium type 5 ), Methylosinus trichosporium ), Acetobacterium woodii ), Thermococcus genus AM4 ( ( Thermococcus strain AM4 ) and Thermococcus onnurineus ( Thermococcus onnur ) It may be characterized in that any one or more selected from the group consisting of.

본 발명에 있어서, 상기 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체는 (a) 키토산과 지질 화합물을 산성 용매에 혼합하여 제조된 용액을 전기방사법에 의해 나노섬유로 제조하는 단계; 및 (b) 제조된 나노섬유를 pH 9이하의 수용액에서 파쇄하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nanofluid in which the chitosan-introduced lipid compound nanoparticles are dispersed in a medium is (a) a solution prepared by mixing chitosan and a lipid compound in an acidic solvent into nanofibers by electrospinning ; And (b) it may be characterized in that it is prepared by a method comprising the step of crushing the prepared nanofiber in an aqueous solution of pH 9 or less.

본 발명에서, 전기방사법은 고분자 용액이나 용융된 고분자를 소정 전압으로 하전시킬 때 발생하는 전기적 인력 및 척력을 이용하여 섬유를 형성하는 기술이다. 전기방사 공정은 수 nm ~ 수천 nm 크기의 다양한 직경을 갖는 섬유를 제조할수 있고 장비 구조가 간단하고 광범위한 재료에 적용이 가능하며 대량생산이 용이하다는 장점이 있다. 구체적으로, 전기방사 공정을 수행하기 위하여 먼저 키토산과 지질 화합물을 유기용매 단독 또는 유기용매와 산성용매의 혼합용매에 용해시킬 수 있다.In the present invention, the electrospinning method is a technology for forming fibers using electrical attraction and repulsion generated when a polymer solution or molten polymer is charged with a predetermined voltage. The electrospinning process has the advantages of being able to manufacture fibers having various diameters ranging from several nm to several thousand nm, simple equipment structure, applicable to a wide range of materials, and easy mass production. Specifically, in order to perform the electrospinning process, first, chitosan and a lipid compound may be dissolved in an organic solvent alone or in a mixed solvent of an organic solvent and an acidic solvent.

방사 공정은 적절한 전압에서 인가하면서 적절한 방사 장치를 이용하여 수행할 수 있다. 방사 공정 시 인가되는 전압은 10 내지 40 kV, 보다 바람직하게 20 내지 30 kV의 범위 내로 설정하는 것이 안정적인 방사공정을 수행할 수 있다. 또한 분출 속도 0.2 ㎖/시간 내지 0.9㎖/시간, 보다 바람직하게 0.4 ㎖/시간 내지 0.8㎖/시간이 바람직하다.The radiation process may be performed using an appropriate radiation device while applying at an appropriate voltage. When the voltage applied during the spinning process is set within the range of 10 to 40 kV, more preferably, 20 to 30 kV, a stable spinning process can be performed. In addition, the ejection rate is preferably 0.2 ml/hr to 0.9 ml/hr, more preferably 0.4 ml/hr to 0.8 ml/hr.

본 발명에 있어서, 상기 산성 용매는 트리플루오로아세트산, 헥사플루오로이소프로판올, 헥사플루오로프로판올, 아세트산, 및 염산으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 산을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the acidic solvent may include any one or more acids selected from the group consisting of trifluoroacetic acid, hexafluoroisopropanol, hexafluoropropanol, acetic acid, and hydrochloric acid.

본 발명에 있어서, 상기 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자의 평균 직경은 200nm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the average diameter of the lipid compound nanoparticles into which the chitosan is introduced may be characterized in that it is 200 nm or less.

본 발명에 있어서, 상기 매질은 극성용매인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the medium may be characterized as a polar solvent.

본 발명에 있어서, 상기 C1가스는 탄소원자를 한 개 포함하는 가스이면제한없이 이용가능하며, 바람직하게는 일산화탄소 또는 메탄일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the C1 gas may be used without limitation as long as it is a gas containing one carbon atom, and may preferably be carbon monoxide or methane, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 바이오폴리머는 셀룰로오스, 키토산, 폴리감마글루탐산, 폴리락트산, 폴리하이드록시 알카노에이트, 폴리하이드록시 부틸산 및 폴리올레핀으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the biopolymer may be at least one selected from the group consisting of cellulose, chitosan, polygamma-glutamic acid, polylactic acid, polyhydroxyalkanoate, polyhydroxybutyric acid, and polyolefin.

본 발명에 있어서, 상기 타닌-전이금속 복합체가 도입된 바이오폴리머 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체는 (a) 바이오폴리머에 산을 첨가하여 바이오폴리머 나노입자를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 바이오폴리머 나노입자를 타닌 용액과 전이금속 용액에 첨가하여 분산시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the nanofluid in which the biopolymer nanoparticles into which the tannin-transition metal complex is introduced are dispersed in a medium is prepared by (a) adding an acid to the biopolymer to prepare biopolymer nanoparticles; and (b) adding and dispersing the biopolymer nanoparticles to a tannin solution and a transition metal solution.

본 발명에 있어서, 상기 전이금속은 철, 니켈, 코발트, 몰리브덴 및 크롬으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the transition metal may be any one or more selected from the group consisting of iron, nickel, cobalt, molybdenum and chromium.

본 발명에 있어서, 상기 산은 황산, 염산, 질산, 인산, 불산 및 포름산으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the acid may be any one or more selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and formic acid.

본 발명에 있어서, 상기 바이오폴리머 나노입자는 0.1 내지 50nm의 직경과 10~1㎛의 길이를 갖는 실린더 형태일 수 있다. 바람직하게는 실린더의 직경은 1 내지 25nm일 수 있으며, 길이는 40 내지 800nm일 수 있다. 셀룰로오스에 산을 첨가하여 해중합함으로써 실린더 형태의 나노입자를 대량 생산할 수 있으며, 실린더 형태는 길이 방향을 따라 넓은 표면적을 가짐으로써 타닌-전이금속 복합체를 도입하기에 유리하다.In the present invention, the biopolymer nanoparticles may have a cylindrical shape having a diameter of 0.1 to 50 nm and a length of 10 to 1 μm. Preferably, the diameter of the cylinder may be 1 to 25 nm, and the length may be 40 to 800 nm. By depolymerizing cellulose by adding acid, cylindrical nanoparticles can be mass-produced, and the cylindrical shape has a large surface area along the longitudinal direction, which is advantageous for introducing tannin-transition metal complexes.

본 발명에서, 타닌(tannin)은 식물에 의해 합성되는 폴리페놀의 일종으로서 그 분자량은 500 내지 20000일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 체내의 노화를 유발하는 활성산소를 제거하고 동맥의 혈전을 없애줌으로써 동맥경화를 예방하는 기능이 있는 것으로 알려져 있다.In the present invention, tannin is a kind of polyphenol synthesized by plants, and its molecular weight may be 500 to 20000, but is not limited thereto. It is known to have the function of preventing arteriosclerosis by removing free radicals that cause aging in the body and removing blood clots in the arteries.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 셀룰로오스 나노입자 함유 나노유체에서 타닌-철 복합체는 타닌이 철 이온과 배위결합을 형성한 것일 수 있다. 타닌산은 분자 내에 다수의 갈로일 그룹(galloyl group)을 포함하고 있으며, 상기 그룹은 제조 과정에서 철염으로부터 발생하는 철 이온과 배위결합을 형성하여 안정적인 착화합물(타닌-철 복합체)을 이루게 된다. 이 때 타닌산이 가지는 갈로일 그룹이 서로 다른 철 이온과 배위결합을 이룸으로써 가교결합(cross link)을 형성할 수도 있다. 상기 타닌-철 복합체는 수소결합을 통해 셀룰로오스와 결합함으로써 타닌-철 나노셀룰로오스를 형성할 수 있다.In the nanofluid containing cellulose nanoparticles according to a preferred embodiment of the present invention, the tannin-iron complex may be one in which tannins form a coordination bond with iron ions. Tannic acid contains a plurality of galloyl groups in the molecule, and the group forms a coordination bond with iron ions generated from iron salts during the manufacturing process to form a stable complex (tannin-iron complex). At this time, the galloyl group of tannic acid may form a cross link by coordinating with different iron ions. The tannin-iron complex may form tannin-iron nanocellulose by bonding with cellulose through hydrogen bonding.

여기서 철은 FeCl3, FeCl2, Fe(NO3)3, Fe(NO3)2, Fe2(SO4)3, FeSO4, 나노영가철(nano zerovalent iron), Fe2O3 및 Fe3O4로 구성된 군에서 선택된 1종 이상으로부터 유래된 것일 수 있고, 자성을 갖는 철 입자일 수 있다.where iron is FeCl 3 , FeCl 2 , Fe(NO 3 ) 3 , Fe(NO 3 ) 2 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , FeSO 4 , nano zerovalent iron, Fe 2 O 3 and Fe 3 It may be derived from at least one selected from the group consisting of O 4 , and may be iron particles having magnetism.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 셀룰로오스 나노입자 함유 나노유체에서 셀룰로오스 나노입자에 철을 포함하는 복합체를 도입한 경우, 자석을 이용하여 나노입자 함유 나노유체로부터 나노입자를 회수할 수 있다. 상기 복합체는 타닌과 상기와 같은 철 또는 철 염이 300:1 내지 1:1의 중량 비율로 혼합되어 형성될 수 있다.When a complex containing iron is introduced into cellulose nanoparticles in the nanofluid containing cellulose nanoparticles according to a preferred embodiment of the present invention, nanoparticles can be recovered from the nanofluid containing nanoparticles using a magnet. The complex may be formed by mixing tannin and iron or iron salt as described above in a weight ratio of 300:1 to 1:1.

본 발명에 있어서, 상기 나노유체에서 상기 바이오폴리머 나노입자와 상기 타닌-전이금속 복합체의 중량비는 1:10 내지 1:1000일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 셀룰로오스 나노입자 함유 나노유체에서 셀룰로오스 나노입자와 상기 복합체는 1:10 내지 1:1000 중량 비율, 바람직하게는 1:100 내지 1:150 중량 비율로 존재할 수 있으며, 상기 범위의 중량 비율을 사용했을 때 셀룰로오스 나노입자 표면에 상기 복합체의 가장 효율적인 코팅이 가능하다.In the present invention, the weight ratio of the biopolymer nanoparticles and the tannin-transition metal complex in the nanofluid may be 1:10 to 1:1000. In the nanofluid containing cellulose nanoparticles according to a preferred embodiment of the present invention, the cellulose nanoparticles and the composite may be present in a weight ratio of 1:10 to 1:1000, preferably 1:100 to 1:150 by weight, The most efficient coating of the composite on the surface of the cellulose nanoparticles is possible when the weight ratio in the above range is used.

본 발명에 따른 셀룰로오스 나노입자 함유 나노유체에서 매질은 물, 에탄올, 프로판올 및 아세트산과 같은 극성 용매로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the nanofluid containing cellulose nanoparticles according to the present invention, the medium may be selected from the group consisting of a polar solvent such as water, ethanol, propanol and acetic acid, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 타닌-전이금속 복합체가 도입된 바이오폴리머 나노입자와 상기 매질의 중량비는 1:5000 내지 1:50일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 셀룰로오스 나노입자 함유 나노유체에서 셀룰로오스 나노입자와 매질은 1:5000 내지 1:50 비율(중량), 바람직하게는 1:1000 내지 1:200 비율(중량)로 존재할 수 있다.In the present invention, the weight ratio of the biopolymer nanoparticles to which the tannin-transition metal complex is introduced and the medium may be 1:5000 to 1:50. In the nanofluid containing cellulose nanoparticles according to a preferred embodiment of the present invention, the cellulose nanoparticles and the medium are present in a ratio of 1:5000 to 1:50 (weight), preferably 1:1000 to 1:200 ratio (weight). can

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

제조예 1: 키토산-지질복합체가 도입된 나노유체의 제조Preparation Example 1: Preparation of chitosan-lipid complex introduced nanofluid

0.5g의 키토산과 0.5g의 지질복합체인 올레아미드를 6.5 ㎖ 1:1 비율의 TFA: HFIP 공-용매(Co-solvent)가 담긴 10 ㎖ 유리바이알에 첨가해준 후 50℃의 온도에서 20분동안 교반하여, 전기방사 용액을 준비하였다. 그 뒤, 무극성 계면활성제인 tween20 용액을 준비된 전기방사 용액에 115uL 첨가한 다음, 상온에서 20분동안 교반하였고, 10시간동안 전기방사를 수행하여 키토산 올레마이드 복합체가 도입된 나노섬유/나노입자를 제조하였다. After adding 0.5 g of chitosan and 0.5 g of oleamide as a lipid complex to a 10 ml glass vial containing 6.5 ml of 1:1 ratio of TFA:HFIP co-solvent, at 50° C. for 20 minutes. By stirring, an electrospinning solution was prepared. Then, 115uL of tween20 solution, a non-polar surfactant, was added to the prepared electrospinning solution, stirred at room temperature for 20 minutes, and electrospinning was performed for 10 hours to prepare nanofibers/nanoparticles into which the chitosan olemide complex was introduced. did

이후 제조한 나노입자/나노섬유를 멸균된 증류수에 추가하여 초음파 분쇄기를 통해 나노입자를 분산시켜, 나노유체를 제조하였다.Thereafter, the prepared nanoparticles/nanofibers were added to sterilized distilled water to disperse the nanoparticles through an ultrasonic mill to prepare a nanofluid.

제조예 2: 타닌-철 복합체가 도입된 나노유체의 제조Preparation Example 2: Preparation of nanofluids introduced with tannin-iron complex

20g의 셀룰로오스를 350 mL의 H2SO4 수용액 (H2SO4 함량: 수용액에 대하여 64 중량%)에 첨가하고, 50℃의 온도에서 45분 동안 지속적으로 교반하여 셀룰로오스 나노입자가 포함된 슬러리를 제조하고, 이로부터 셀룰로오스 나노입자를 수득하였다. 셀룰로오스 나노입자 및 1mg/mL 농도의 타닌 수용액 5mL와 0.3mg/mL 농도의 염화철(FeCl3) 수용액 5mL를 각각 준비하여 혼합하였다. 그리고 나서, 혼합물의 pH가 7 이상이 될 때까지 인산 완충 용액을 점적하여 타닌-철 복합체가 도입된 셀룰로오스 나노입자 함유 나노유체를 제조하였다.20 g of cellulose was added to 350 mL of H 2 SO 4 aqueous solution (H 2 SO 4 content: 64% by weight based on the aqueous solution), and the slurry containing cellulose nanoparticles was obtained by continuously stirring at a temperature of 50° C. for 45 minutes. prepared, and cellulose nanoparticles were obtained therefrom. Cellulose nanoparticles and 5 mL of an aqueous tannin solution having a concentration of 1 mg/mL and 5 mL of an aqueous solution of iron chloride (FeCl 3 ) having a concentration of 0.3 mg/mL were prepared and mixed, respectively. Then, the phosphate buffer solution was added dropwise until the pH of the mixture became 7 or more to prepare a nanofluid containing cellulose nanoparticles into which the tannin-iron complex was introduced.

실시예 1. 키토산/올레아미드 나노유체 및 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체를 미생물 배양 배지 내 도입에 의한 물질전달계수(KExample 1. Mass transfer coefficient (K) by introducing chitosan/oleamide nanofluid and tannin-iron complex-introduced nanocellulose nanofluid into a microbial culture medium LL a) 변화량 비교 분석a) Comparative analysis of the amount of change

나노유체를 적용한 배양 배지 내 가스 전달율 개선효과를 확인 하기 위해, 나노유체 적용 유무에 따른 물질전달 계수(KLa) 측정하고 분석을 진행하였다. 나노유체 적용에 따른 물질전달 계수(KLa) 분석의 경우, 1L 배양시스템을 이용하여 측정하였다. In order to confirm the effect of improving the gas transfer rate in the culture medium to which the nanofluid is applied, the mass transfer coefficient (K L a) according to the presence or absence of the application of the nanofluid was measured and analyzed. For mass transfer coefficient (K L a) analysis according to nanofluid application, it was measured using a 1L culture system.

1L 배양시스템의 경우, 크게 가스 공급기, 발효조, 유량측정기, 용액 내 산소 측정장치 5가지로 나뉘며, CNS사의 발효조 시스템의 sensor meter을 이용하여 발효조 내부의 온도를 항온상태(25

Figure pat00001
)로 유지하였다. 실험 장치는 세부적으로 공급기로부터 가스가 주입되어 용액과 반응이 일어나는 발효조(Reactor), 발효조 내부로 공급되는 가스의 압력 및 외부로 빠져나가는 가스의 유량을 측정, 조절해주는 유량 측정기 (Mass Flow meter) 및 실제 용액 내 용존 산소를 측정하는 용존산소 측정 장치 (Disolved oxygen probe), 공급 및 외부로 빠져나가는 가스의 유량을 측정 조절하는 유량 측정기로 이루어져 있고, 물질전달계수 측정 분석에 이용되는 에어 가스통과 메탄 가스통, 레귤레이터 등이 있으며, 발효조 내부에는 공급기로부터 공급되는 가스가 실제 용액과 접촉하도록 구경 1/5 inch 크기의 스테인리스 가스 공급관 (Sparger)이 설치 되어있다. In the case of the 1L culture system, it is largely divided into five types: gas supply, fermenter, flow meter, and oxygen measuring device in solution.
Figure pat00001
) was maintained. The experimental device is a fermenter (Reactor) where gas is injected from the feeder and reacts with the solution, a flow meter that measures and controls the pressure of the gas supplied into the fermenter and the flow rate of the gas exiting the fermenter (Mass Flow meter) and It consists of a dissolved oxygen probe that measures dissolved oxygen in the actual solution, and a flow meter that measures and controls the flow rate of supply and outflow gas, and an air gas cylinder and methane gas cylinder used for mass transfer coefficient measurement and analysis. , a regulator, etc., and a stainless steel gas supply pipe (Sparger) with a diameter of 1/5 inch is installed inside the fermenter so that the gas supplied from the feeder comes into contact with the actual solution.

가스 공급관의 경우, Alicat scientific 사의 MFC (mass flow controller) MC series가 연결되어 유량을 조절하며, 물질전달계수 측정 시 사용된 미생물 배양 배지는 NMS 배지(멸균수 1L 당 MgSO4·7H2O 1g, KNO3 1g, CaCl2·2H2O 0.2g, iron-chelate 0.0038g, Na2MoO4·2H2O 0.0006g, KH2PO4 0.26g, Na2HPO4·7H2O 0.62g, CuSO4·5H2O 2.5㎎, biotin 0.02㎎, folic acid 0.02㎎, thiamine hydrochloride 0.05㎎ Ca-pantothenate 0.05㎎, vitamin-B12 0.001㎎, riboflavin 0.05㎎, nicotiamide 0.05㎎, FeSO4·7H2O 0.5㎎, ZnSO4·7H2O 0.4㎎, MnCl2·7H2O 0.02㎎, CoCl2·6H2O 0.05㎎, NiCl2·6H2O 0.01㎎, boric acid 0.015㎎, EDTA 0.25㎎ 포함)를 사용하였으며, 실제 물질전달 계수 측정은 NMS 0.3 L 내에 나노유체 적용 유무에 따른 측정을 진행하였다. In the case of gas supply pipe, Alicat scientific's MFC (mass flow controller) MC series is connected to control the flow rate, and the microbial culture medium used for measuring the mass transfer coefficient is NMS medium (MgSO 4 7H 2 O 1g per 1 L of sterile water, KNO 3 1 g, CaCl 2 2H 2 O 0.2 g, iron-chelate 0.0038 g, Na 2 MoO 4 2H 2 O 0.0006 g, KH 2 PO 4 0.26 g, Na 2 HPO 4 7H 2 O 0.62 g, CuSO 4 5H 2 O 2.5 mg, biotin 0.02 mg, folic acid 0.02 mg, thiamine hydrochloride 0.05 mg Ca-pantothenate 0.05 mg, vitamin-B12 0.001 mg, riboflavin 0.05 mg, nicotiamide 0.05 mg, FeSO 4 7H 2 O 0.5 mg, ZnSO4 7H 2 O 0.4 mg, MnCl 2 7H 2 O 0.02 mg, CoCl 2 6H 2 O 0.05 mg, NiCl 2 6H 2 O 0.01 mg, boric acid 0.015 mg, EDTA 0.25 mg) was used, and the actual substance The transfer coefficient was measured according to the presence or absence of nanofluid application in 0.3 L of NMS.

이때, 배양기 내부로 가스 공급관을 통해 공급되는 가스의 유량범위는 0.2-0.4 L/min로 설정하여, 가스 유량에 따른 나노유체 시스템 도입 유무에 따른 물질전달계수 향상 효과 측정을 진행하였다. 구체적으로, 측정방법은 NMS 배지를 제조하고, 초음파 분쇄기(Ultrasonicator, 울쏘하이텍, 한국)를 이용하여, 용액 내 잔여 가스를 제거하기 위한 탈기(degassing) 반응을 진행하였다. At this time, the flow rate range of the gas supplied through the gas supply pipe into the incubator was set to 0.2-0.4 L/min, and the effect of improving the mass transfer coefficient according to the introduction of the nanofluid system according to the gas flow rate was measured. Specifically, for the measurement method, an NMS medium was prepared, and a degassing reaction was performed to remove residual gas in the solution using an ultrasonic grinder (Ultrasonicator, Ulso Hitech, Korea).

이후 탈기 작업을 마친 NMS 배지0.3L를 발효조 내부로 옮긴 다음, 배양기 내 교반속도 (Agitation-speed)를 400 rpm으로 설정해 준 후에, 메탄: 에어 (4: 6) 비율의 혼합가스를 유량 0.4 L/min 속도로 발효조 내부로 5분간 공급하여, 외부로 빠져나가는 가스의 유량 및 D.O probe (Dissolved-Oxygen) probe를 통한 배양액 내 용존 산소도 변화량이 차이가 없을 때를 최대 용존 산소 농도로 보고, 시간에 따른 용존 산소도 변화율 계산을 통해, 물질전달 계수(KLa)를 측정하였다. After degassing, 0.3L of NMS medium was transferred to the inside of the fermenter, and the agitation-speed in the incubator was set to 400 rpm. Then, the mixed gas in the methane:air (4:6) ratio was fed at a flow rate of 0.4 L/ The maximum dissolved oxygen concentration is regarded as the maximum dissolved oxygen concentration when there is no difference in the flow rate of gas that is supplied to the inside of the fermenter at min speed and the amount of change in dissolved oxygen in the culture medium through the DO probe (Dissolved-Oxygen) probe. The mass transfer coefficient (K L a) was measured by calculating the rate of change in dissolved oxygen.

우선, 음성 대조군인 나노유체가 적용 되지 않은 미생물 배양 배지(NMS)의 경우, 0.3 L를 기준으로, 100% 산소의 물질전달계수의 경우, 가스 유량 범위에 따라 각각 0.2 L/min 일 때 29.97 hr-1, 0.3 L/min 일 때 40.95 hr-1, 0.4 L/min 일 때 56.96 hr-1 로 나타난데 반해, 메탄 과 산소를 4: 6 비율로 혼합한 혼합가스의 경우, 가스 유량 범위에 따라 각각 0.2 L/min 공급 속도에서, 19.008 hr-1, 0.3 L/min일 때 23.67 hr-1, 0.4 L/min에서 31.2 hr-1 로 측정되었으며, 본 측정값을 기준으로, 나노유체 적용 농도에 따른 물질전달계수 측정을 통해, 음성대조군과 비교 계산하여, 상대 물질전달계수 향상 정도를 도면으로 나타내었다.First, in the case of microbial culture medium (NMS) to which nanofluid is not applied, which is a negative control, in the case of a mass transfer coefficient of 100% oxygen based on 0.3 L, 29.97 hr at 0.2 L/min, respectively, depending on the gas flow range At -1 , 0.3 L/min, it is 40.95 hr -1 , and at 0.4 L/min, it is 56.96 hr -1 At a feed rate of 0.2 L/min, 19.008 hr -1 , 23.67 hr -1 at 0.3 L/min, and 31.2 hr -1 at 0.4 L/min were measured, and based on this measurement, the nanofluid application concentration was Through the measurement of the mass transfer coefficient, the degree of improvement in the relative mass transfer coefficient was shown in the figure by comparison with the negative control group.

그 결과, 도 1에 기재된 바와 같이, 키토산/올레아미드 나노유체의 NMS 배지 내 도입에 따른 상대물질전달계수의 경우, 키토산/올레아미드 나노유체의 적용 농도가 높아짐에 따라, 상대물질전달계수가 음성대조군인 NMS 대비 50 %, 65 %, 85 %, 100 % 향상되는 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 1, in the case of the relative mass transfer coefficient according to the introduction of the chitosan/oleamide nanofluid into the NMS medium, as the applied concentration of the chitosan/oleamide nanofluid increased, the relative mass transfer coefficient was negative. It was confirmed that 50%, 65%, 85%, and 100% improvement compared to the control NMS.

또한, 도 2에 기재된 바와 같이, 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체의 경우, 0.4 L/min 유량구간에서 타닌-철 나노유체를 적용하였을 때, NMS 대비 15 % 상대 물질전달계수가 향상된 것을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 2, in the case of the nanocellulose nanofluid to which the tannin-iron complex was introduced, when the tannin-iron nanofluid was applied in the flow rate section of 0.4 L/min, the relative mass transfer coefficient was improved by 15% compared to NMS confirmed that.

실시예 2. 키토산/올레아미드 나노유체 및 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체를 미생물 배양 배지 내 도입에 의한 용해도 변화량 비교 분석Example 2. Comparative analysis of solubility change by introducing chitosan/oleamide nanofluid and tannin-iron complex-introduced nanocellulose nanofluid into a microbial culture medium

C1가스 전환 미생물 배양액 내 영양 공급원인 C1가스 (CO, CH4)의 실제 공급량인 용해도를 측정하여, 배양 배지 내 나노유체 적용을 통해 용해도 향상이 이루어 지는지 확인하였다. 나노유체 적용 유무에 따른 배양 배지 내 용해도 변화를 측정하기 위해 용해도 분석 장치를 이용하여 분석을 진행하였다. By measuring the solubility, which is the actual supply amount of C1 gas (CO, CH 4 ), which is a nutrient source in the C1 gas conversion microorganism culture, it was confirmed whether the solubility was improved through the application of the nanofluid in the culture medium. In order to measure the change in solubility in the culture medium depending on whether or not the nanofluid was applied, the analysis was performed using a solubility analyzer.

용해도 분석에 사용된 실험 장치는 크게 가스 공급기, 반응기, 압력 계측기 3가지로 나뉘며, 일정한 온도와 주변 압력을 유지하기 위하여, 흄 후드 (Hume-Hood) 내에 설치되어 항온(25

Figure pat00002
)를 유지하여 시켜주었다. 용해도 분석 장치는 세부적으로 47 L 메탄(99.999%, vol), 에어(99.9%, vol), 일산화탄소 (99.999%, vol) 가스 용기로부터 가스를 개별적으로 공급받아 포집해 두는 공급기, 공급기로부터 가스가 주입되어 용액과 반응이 일어나는 반응기, 공급기와 반응기의 초기 및 반응 평형 후 압력을 나타내는 압력계측기로 이루어져 있으며, 별도로 반응 후, 반응기 및 공급기 내의 용액내 용존 가스를 제거해줄 헬륨 가스통과 레귤레이터 등으로 구성되어있다. The experimental equipment used for solubility analysis is largely divided into three types: gas supply, reactor, and pressure measuring instrument. In order to maintain a constant temperature and ambient pressure, it is installed in a fume hood,
Figure pat00002
) was maintained. In detail, the solubility analyzer is a 47 L methane (99.999%, vol), air (99.9%, vol), carbon monoxide (99.999%, vol) gas supply that is individually supplied and collected from a gas container, and the gas is injected from the supply. It consists of a reactor where the reaction takes place with a solution, a supply and a pressure gauge indicating the initial pressure of the reactor and after reaction equilibrium, and a helium gas cylinder and a regulator to remove dissolved gas in the solution after the reaction separately. .

공급기 및 반응기의 내부 부피는 평균 101.11 cm3 로 가스가 외부로 누출되지 않도록 스테인리스 스틸 재질로 구성되어 있으며, 반응기 내부에는 공급기로부터 공급되는 가스가 실제 용액과 접촉하여 반응이 충분히 일어날 수 있도록 1/8 인치 테프론-관(1/8 inch interface tubing, Agilent, USA)이 공급기의 외부로부터 반응기 내 하부까지 연결되어 있다. 그 외, 가스 공급기 내로 공급되는 가스의 일정 유량은 Alicat scientific 사의 MFC (mass flow controller) MC series를 이용하여 메탄 그리고 에어, CO 가스의 경우 100 cc/min, 헬륨 가스는 200 cc/min의 유량속도로 조절하여 측정에 이용하였다. The internal volume of the feeder and reactor is 101.11 cm 3 on average, and is made of stainless steel so that gas does not leak to the outside. An inch Teflon-tubing (1/8 inch interface tubing, Agilent, USA) was run from the outside of the feeder to the bottom of the reactor. In addition, the constant flow rate of gas supplied into the gas supply is 100 cc/min for methane, air, and CO gas using Alicat scientific's MFC (mass flow controller) MC series, and the flow rate for helium gas is 200 cc/min. was used for measurement.

공급기 및 반응기 내부의 압력 측정에는 0.0001 bar의 정밀도를 가지는 PDK사의 PDR 모델 압력 센서를 사용하였으며, 실제 용해도 분석 측정의 경우, 반응기 내부로 상기 실시예1의 NMS배지, MM1배지(멸균수 1L 당 NaCl 35g, KCl 0.7g, CaCl2·2H2O 0.4g, NH4Cl 0.3g, Cystein-HCl 0.5g, YeastExtract 10g, CuSO4·5H2O 0.04g, ZnSO4·7H2O 0.4g, CoCl2·6H2O 0.020g, MnCl2·4H2O 0.8g, Na2MoO4·2H2O 0.4g, KBr 0.2g, KI 0.2g, H3BO3 0.4g, NaF 0.2g, LiCl 0.2g, Al2(SO4)3 0.2g, NiCl2·6H2O 0.04g, VOSO4·2H2O 0.02g, H2WO4 0.02g, Na2SeO4 0.02g, SrCl·6H2O 0.02g, BaCl20.02g, P-aminobenzoicAcid 0.005g, Biotin 0.002g, CalciumPentothenate 0.005g, Cyanobalamin(B12) 0.0001g, Folicacid 0.002g, Nicotinicacid 0.005g, Pyridoxine 0.01g, Riboflavin 0.005g, Thiamine-HCl 0.005g 및 Lipoic Acid 0.005g), PBBM 배지 (멸균수 1L 당 NaCl 0.9g, MgSO4·2H2O 0.2g, CaCl2·2H2O 0.2g, NH4Cl 1.0g, Na2S·9H2O 0.000625g, Resasurin 0.0002g, Cystein-HCl 0.5g, YeastExtract 2g, CuSO4·5H2O 0.04g, ZnSO4·7H2O 0.4g, CoCl2·6H2O 0.020g, MnCl2·4H2O 0.8g, Na2MoO4·2H2O 0.4g, KBr 0.2g, KI 0.2g, H3BO3 0.4g, NaF 0.2g, LiCl 0.2g, Al2(SO4)3 0.2g, NiCl2·6H2O 0.04g, VOSO4·2H2O 0.02g, H2WO4 0.02g, Na2SeO4 0.02g, SrCl·6H2O 0.02g, BaCl20.02g, P-aminobenzoicAcid 0.005g, Biotin 0.002g, CalciumPentothenate 0.005g, Cyanobalamin(B12) 0.0001g, Folicacid 0.002g, Nicotinicacid 0.005g, Pyridoxine 0.01g, Riboflavin 0.005g, Thiamine-HCl 0.005g 및 Lipoic Acid 0.005g) 50 ㎖를 공급해 준 후, 반응기 내부로 헬륨가스를 공급해주어 반응이 진행될 용액 및 공급기 내의 잔존 기체를 최대한 제거하였다. PDK's PDR model pressure sensor having a precision of 0.0001 bar was used to measure the pressure inside the feeder and reactor, and in the case of actual solubility analysis measurement, the NMS medium of Example 1, MM1 medium (NaCl per 1 L of sterile water) into the reactor 35 g, KCl 0.7 g, CaCl 2 ·2H 2 O 0.4 g, NH 4 Cl 0.3 g, Cystein-HCl 0.5 g, YeastExtract 10 g, CuSO 4 ·5H 2 O 0.04 g, ZnSO 4 ·7H 2 O 0.4 g, CoCl 2 6H 2 O 0.020 g, MnCl 2 4H 2 O 0.8 g, Na 2 MoO 4 2H 2 O 0.4 g, KBr 0.2 g, KI 0.2 g, H 3 BO 3 0.4 g, NaF 0.2 g, LiCl 0.2 g, Al 2 (SO 4 ) 3 0.2 g, NiCl 2 ·6H 2 O 0.04 g, VOSO 4 ·2H 2 O 0.02 g, H 2 WO 4 0.02 g, Na 2 SeO 4 0.02 g, SrCl 6H 2 O 0.02 g, BaCl 2 0.02g, P-aminobenzoicAcid 0.005g, Biotin 0.002g, CalciumPentothenate 0.005g, Cyanobalamin (B12) 0.0001g, Folicacid 0.002g, Nicotinicacid 0.005g, Pyridoxine 0.01g, Riboflavin 0.005g, Thiamine-poic Acid 0.005g 0.005 g), PBBM medium (NaCl 0.9 g per 1 L of sterile water, MgSO 4 ·2H 2 O 0.2 g, CaCl 2 ·2H 2 O 0.2 g, NH 4 Cl 1.0 g, Na 2 S 9H 2 O 0.000625 g, Resasurin 0.0002g, Cystein-HCl 0.5g, YeastExtract 2g, CuSO 4 5H 2 O 0.04 g, ZnSO 4 7H 2 O 0.4 g, CoCl 2 6H 2 O 0.020 g, MnCl 2 4H 2 O 0.8 g, Na 2 MoO 4 2H 2 O 0.4g, KBr 0.2g, KI 0.2g, H 3 BO 3 0.4g, NaF 0.2g, LiCl 0.2g, Al 2 (SO 4 ) 3 0.2g, NiCl 2 6H 2 O 0.04 g, VOSO 4 2H 2 O 0.02 g, H 2 WO 4 0.02 g, Na 2 SeO 4 0.02 g, SrCl 6H 2 O 0.02 g, BaCl 2 0.02 g, P-aminobenzoicAcid 0.005 g, Biotin 0.002 g, CalciumPentothenate 0.005 g, Cyanobalamin (B12) ) 0.0001g, Folicacid 0.002g, Nicotinicacid 0.005g, Pyridoxine 0.01g, Riboflavin 0.005g, Thiamine-HCl 0.005g, and Lipoic Acid 0.005g) After 50 ml) is supplied, helium gas is supplied into the reactor for the reaction to proceed. And the residual gas in the feeder was removed as much as possible.

이후, 공급기와 반응기를 연결하는 밸브를 잠근 후, 47L 가스 용기로부터 반응을 위한 가스(일산화탄소, 메탄, 에어)를 공급기에 포집하여, 공급기에 연결된 압력 센서의 표기 압력이 1분동안 변화가 없을 때 공급기와 가스용기 사이의 밸브를 잠궈서 반응 준비를 완료하였다. 이후, 공급기와 반응기를 연결하는 밸브를 열어, 공급기의 포집 가스가 용액 내부로 공급될 수 있도록 하여 용액으로 반응 가스의 흡수 반응을 진행하였다. Then, after closing the valve connecting the feeder and the reactor, the gas (carbon monoxide, methane, air) for the reaction is collected from the 47L gas container to the feeder, and when the marked pressure of the pressure sensor connected to the feeder does not change for 1 minute The reaction preparation was completed by closing the valve between the feeder and the gas vessel. Thereafter, the valve connecting the feeder and the reactor was opened so that the capture gas of the feeder could be supplied to the inside of the solution, so that the reaction gas was absorbed into the solution.

이때, 공급기에 연결된 압력 센서는 반응기 내부로 흡수 반응이 진행되면서 감소하게 되며, 이후, 5분 동안 압력의 변화가 0.01보다 작을 때 흡수 평형에 도달한 것을 간주하고, 그 때의 압력을 측정하여 공급기와 반응기의 압력 변화를 계산한 후, 흡수 평형에 사용된 반응 가스의 압력과 배양 배지의 부피, 압력, 온도를 측정하여, C1가스의 경우, 본 측정 조건에서 가스의 비이상성은 헨리의 법칙을 만족하는 범위로 보고, 헨리의 법칙과 이상기체 상태 방정식을 이용 계산하여 용해도를 측정하였다. At this time, the pressure sensor connected to the feeder decreases as the absorption reaction proceeds into the reactor, and then, when the change in pressure for 5 minutes is less than 0.01, it is considered that the absorption equilibrium has been reached, and the pressure at that time is measured and the feeder After calculating the pressure change of the and the reactor, the pressure of the reaction gas used for absorption equilibrium and the volume, pressure, and temperature of the culture medium are measured. Considering the range to be satisfactory, the solubility was measured by calculating using Henry's law and the ideal gas state equation.

음성 대조군인 NMS 배양 배지의 메탄과 에어 용해도의 경우, 각각 0.501 (mmol/L), 0.507 (mmol/L), 또 다른 음성 대조군인 MM1 배지의 CO 용해도의 경우, 0.49 (mmol/L), PBBM 배지의 CO 용해도의 경우 0.505 (mmol/L)로 측정되었다. 이후, 키토산/올레아미드 나노유체 및 타닌-철 셀룰로오스 나노유체의 용해도를 측정한 후, 음성 대조군 용해도 대비 상대 용해도를 도면에 나타내었다.For methane and air solubility in NMS culture medium as negative control, 0.501 (mmol/L) and 0.507 (mmol/L), respectively, for CO solubility in MM1 medium as another negative control, 0.49 (mmol/L), PBBM The CO solubility of the medium was determined to be 0.505 (mmol/L). Thereafter, the solubility of the chitosan/oleamide nanofluid and the tannin-iron cellulose nanofluid was measured, and the relative solubility compared to the solubility of the negative control was shown in the figure.

그 결과, 도 3 및 도 4에 기재된 바와 같이, 키토산/올레아미드 나노유체 0.01*10-3 -50*10-3 % (w/v) 적용 농도 구간에서 일산화탄소, 메탄, 에어 가스에 대한, 용해도 향상 효과에는 영향이 없는 것을 확인하였다.As a result, as described in FIGS. 3 and 4, chitosan/oleamide nanofluid 0.01*10 -3 -50*10 -3 % (w/v) in the concentration range for carbon monoxide, methane, and air gas, solubility It was confirmed that there was no influence on the improvement effect.

한편, 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노 유체의 경우, 배양 배지 내 적용농도 0.025-0.1 % (w/v) 구간에서 적용 농도가 높아짐에 따라, 도 5 에에 기재된 바와 같이, CO 용해도의 경우, 음성 대조군 대비 최대 용해도가 20% 향상된 결과를 확인하였다. On the other hand, in the case of the nanocellulose nanofluid into which the tannin-iron complex is introduced, as the applied concentration increases in the range of 0.025-0.1% (w/v) of the applied concentration in the culture medium, as described in FIG. 5 , in the case of CO solubility , it was confirmed that the maximum solubility was improved by 20% compared to the negative control.

구체적으로는, CO 이용 고세균 T.onnurinues NA1 의 배양배지 (MM1) 의 경우, 타닌-철 나노셀룰로오스 나노유체를 적용하였을 때, 0.05 % (w/v) 적용농도에서 음성 대조군 대비 15 % CO 용해도 증가효과를 확인하였으며, CO이용 Acetogen의 배양 배지 (PBBM)의 경우, 0.05% (w/v) 적용농도 이상 구간에서 음성 대조군 대비 20 % CO 용해도 증가 효과가 나타나는 것을 확인하였다. Specifically, in the case of the culture medium (MM1) of the archaea T.onnurinues NA1 using CO, when the tannin-iron nanocellulose nanofluid was applied, the solubility of CO was increased by 15% compared to the negative control at 0.05% (w/v) concentration. The effect was confirmed, and in the case of the CO-using Acetogen culture medium (PBBM), it was confirmed that the effect of increasing the solubility of CO by 20% compared to the negative control group was observed in the interval above the applied concentration of 0.05% (w/v).

또한, 도 6에 기재된 바와 같이, 메탄자화균 배양 배지 (NMS 배지) 내 에어와 메탄용해도의 경우, 메탄 용해도는 나노유체 적용농도 0.035 % (w/v)에서 음성 대조군 대비 17 % 향상 효과가 나타나는 것을 확인하였으며, 0.05 % (w/v)부터는 에어와 메탄 모두 20 % 향상되는 것을 확인하였다. In addition, as described in FIG. 6, in the case of air and methane solubility in the methanogen culture medium (NMS medium), the methane solubility was 17% compared to the negative control at the nanofluid application concentration of 0.035% (w/v). It was confirmed that, from 0.05% (w/v), it was confirmed that both air and methane were improved by 20%.

이를 통해, 타닌-철 셀룰로오스 나노 나노유체의 경우, 배지 내 분산 상태에 따라 C1가스(CO, CH4) 미생물의 기질 공급원인 C1가스의 배양액 내 용해도를 최대 20%까지 향상시키는 것을 확인하였다.Through this, in the case of tannin-iron cellulose nanofluid, it was confirmed that the solubility of C1 gas, which is the substrate source of C1 gas (CO, CH 4 ) in the culture medium, was improved by up to 20% depending on the dispersion state in the medium.

실시예 3. C1가스 이용 미생물 배양 배지 내 키토산/올레아미드 및, 타닌-철 나노유체 적용 후, 배양 배지 내 C1가스 버블 안정화 효과 비교 분석Example 3. Comparative analysis of the effect of stabilizing C1 gas bubbles in the culture medium after application of chitosan/oleamide and tannin-iron nanofluid in the microbial culture medium using C1 gas

나노유체의 공급에 따른 실제 배양 배지 내 C1가스의 안정적인 버블 공급을 확인하기 위해, 키토산/올레아미드 나노유체 및 타닌-철 나노 유체 적용 유무에 따른 C1가스 버블의 변화를 High-speed camera 촬영을 통해 비교 분석하였다. In order to confirm the stable bubble supply of C1 gas in the actual culture medium according to the supply of the nanofluid, the change of the C1 gas bubble depending on whether chitosan/oleamide nanofluid and tannin-iron nanofluid were applied was recorded using a high-speed camera. Comparative analysis was performed.

Gas bubble 안정화 비교 측정은 투명한 1L Poly-styrene 기반의 직사각형태의 수조에 0.5L 상위 NMS 배지를 채운 후, CO가스와 CH4 가스를 0.4 L/min 공급속도로 주입하면서, 용액 내 가스 버블의 형태를 high-speed camera를 이용하여 관찰하였다. Gas bubble stabilization comparison measurement is performed by filling a transparent 1L poly-styrene-based rectangular water tank with 0.5L upper NMS medium, and injecting CO gas and CH 4 gas at a feed rate of 0.4 L/min, and the form of gas bubbles in the solution. was observed using a high-speed camera.

배양 배지내 가스 초기 도입 시 bubble간 응집없이 도입될 수 있도록 1/6 inch Teflon 재질의 tube에 0.04cm2-0.08cm2 직경의 구멍을 뚫어 용액 바닥에서부터 공급될 수 있도록 하였다. 이후, 나노유체 적용 유무에 따라, 개별적으로 도입된 gas bubble이 미생물 배양 배지내 거동이 어떻게 변화하는지 관찰하였다.During the initial introduction of gas into the culture medium, a hole of 0.04cm 2 -0.08cm 2 in diameter was drilled in a 1/6 inch Teflon tube so that it could be introduced without aggregation between bubbles so that the solution could be supplied from the bottom. Then, depending on whether or not the nanofluid was applied, it was observed how the behavior of individually introduced gas bubbles in the microbial culture medium was changed.

그 결과, 음성 대조군으로 사용된 NMS 배지에서는 가스 공급 종류(CO, CH4)에 따라 큰 차이는 없으나, NMS 배지 내부로 초기 도입 시 개별적 분산 상태를 이루던 gas bubble이 배지 도입 이후 0.03초 안에 서로 응집 상태를 이루며, 크기가 큰 bubble 형태로 생성되며 배지 상부로 상승하는 것 확인하였다. 또한, 배양 배지내 높이에 따라 차이는 있으나, C1가스의 bubble 상승 속도는 유량 0.4 L/min 범위에서 초기 0.8m/s부터 1.4 m/s까지 상승 속도가 상승하는 것을 확인하였다. As a result, in the NMS medium used as a negative control, there was no significant difference depending on the type of gas supply (CO, CH 4 ), but gas bubbles that were individually dispersed when initially introduced into the NMS medium coagulate with each other within 0.03 seconds after introduction of the medium. It was confirmed that it was formed in the form of a large bubble and ascended to the upper part of the medium. In addition, although there is a difference depending on the height in the culture medium, it was confirmed that the bubble rising rate of C1 gas increased from the initial 0.8 m/s to 1.4 m/s in the flow rate range of 0.4 L/min.

한편, 도 7에 기재된 바와 같이, NMS 배지내 타닌-철 나노유체를 0.05 % (w/v) 농도로 적용한 경우, 음성 대조군과 달리, gas bubble이 배지 내에서 응집되지 않고, 균일한 분산 상태를 유지하는 것을 확인하였으며, gas bubble이 배양액 상부로 올라감에 따라, 초기 0.9 m/s에서 1.6 m/s로 음성대조군인 NMS 배지 대비 gas bubble의 상승속도가 빨라지는 것을 확인하였다. On the other hand, as described in Figure 7, when the tannin-iron nanofluid in the NMS medium was applied at a concentration of 0.05% (w/v), unlike the negative control, the gas bubble did not aggregate in the medium, and a uniform dispersion state was obtained. Maintenance was confirmed, and as the gas bubble ascended to the upper part of the culture medium, it was confirmed that the rising speed of the gas bubble increased from 0.9 m/s to 1.6 m/s from the initial 0.9 m/s compared to the negative control NMS medium.

이는 타닌-철 나노유체의 경우 물질전달계수(KLA) 및 기체의 용해도 상승과 더불어 gas bubble이 응집되지 않도록 안정화시켜 용액 내에서 기체의 물질전달 효율을 상승시키는 것을 의미한다.This means that in the case of tannin-iron nanofluids, the mass transfer coefficient (K L A) and solubility of gases are increased, and the gas bubbles are stabilized so that they do not agglomerate, thereby increasing the mass transfer efficiency of gases in the solution.

한편, 도 8에 기재된 바와 같이, NMS 배지내 키토산/올레아미드 나노유체를 1*10-3 % (w/v) 농도로 적용한 경우, 상기 타닌-철 나노유체의 경우와 달리 gas bubble안정화 효과 및 gas bubble 상승속도 차이는 확인할 수 없었으나, 음성 대조군 대비 비교적 크기가 작은 bubble이 NMS 배지 도입 초기 시 일부 관찰되었으며, bubble 표면이 깨져 작은 bubble을 형성하는 bubble breaking effect를 일부 확인할 수 있었다. 키토산/올레아미드 나노유체의 경우 물질전달계수(KLA)는 상승시키나 물질전달 효율 상승을 위한 기체의 용해도 및 bubble 안정화 효과는 별로 없는 것을 확인하였다.On the other hand, as described in FIG. 8, when the chitosan/oleamide nanofluid in the NMS medium was applied at a concentration of 1*10 -3 % (w/v), the tannin-iron nanofluid was different from the gas bubble stabilization effect and The difference in the gas bubble rise rate could not be confirmed, but a relatively small bubble compared to the negative control was partially observed at the initial introduction of the NMS medium, and the bubble breaking effect of breaking the bubble surface and forming a small bubble could be partially confirmed. In the case of chitosan/oleamide nanofluid, the mass transfer coefficient (K L A) was increased, but it was confirmed that there was not much gas solubility and bubble stabilization effect for increasing mass transfer efficiency.

실시예 4. 키토산/올레아미드 나노유체 및 타닌-철 복합체가 도입된 나노셀룰로오스 나노유체의 미생물 종배양시 도입 유무에 의한 미생물 세포막 변형 비교 분석Example 4. Comparative analysis of microbial cell membrane deformation by presence or absence of introduction of chitosan/oleamide nanofluid and tannin-iron complex-introduced nanocellulose nanofluid during microbial species culture

타닌-철 복합체 나노셀룰로오스 나노유체 구성 나노입자 및 키토산/올레아미드 나노유체 구성 나노입자가 종배양 적용 시, 미생물 세포막 형태에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해, 전자현미경(SEM)을 통해 나노유체 적용 유무에 따른 Methylomonas sp. DH-1의 세포의 형태 및 세포막 형태(morphology) 차이를 분석하였다. Tannin-iron complex nanocellulose nanofluid composition Nanoparticles and chitosan/oleamide nanofluid composition nanoparticles, whether or not nanofluid is applied through electron microscopy (SEM) According to Methylomonas sp. Differences in cell morphology and cell membrane morphology of DH-1 were analyzed.

4-1. 종배양4-1. seed culture

키토산-지질복합체 함유 나노 입자를 분산시킨 나노 유체, 타닌-철 복합체 나노셀룰로오스를 분산시킨 나노 유체를 50㎖ 플라스틱 원심관(Falcon tube)에 각각 10 ㎖씩 넣은 후, 생물안전실험대에서 자외선(UV)를 이용하여 30분내지 2시간동안 멸균시켰다. 이어서, 실시예 2와 동일한 NMS 배지를 제조하였다. Nanofluids in which chitosan-lipid complex-containing nanoparticles are dispersed, and nanofluids in which tannin-iron complex nanocellulose is dispersed were put into a 50ml plastic Falcon tube, 10 ml each, and then ultraviolet (UV) was sterilized for 30 minutes to 2 hours using Then, the same NMS medium as in Example 2 was prepared.

이후, NMS 배지를 500 ㎖플라스크에 45 ㎖ 분주 후, 메탄을 소모하는 그람 음성균(Gram-negative bacteria), 메탄자화균(Methanotroph)에 속하는 Methlylomonas sp. DH-1(이하 DH-1) Seed(균주 특허번호: KCTC13004BP)를 4㎖씩 분주한 다음, 멸균된 키토산/올레아미드 나노 유체의 경우, 최종 농도가 NMS 배지 내에 0.1*10-3-10*10-3 % (w/v) 가 되도록 500 ㎖ 플라스크에 1 ㎖씩 주입하였으며, 타닌-철 복합체 나노셀룰로오스 나노 유체의 경우, 최종 농도가 용액 내에 0.025-0.1 % (w/v)가 되도록 500 ㎖ 플라스크에 1 ㎖ 주입하였다. Then, after dispensing 45 ㎖ of NMS medium in a 500 ㎖ flask, methane-consuming Gram-negative bacteria, Methanotroph belonging to Methlylomonas sp . After dispensing 4 ml of DH-1 (hereafter DH-1) Seed (Strain Patent No.: KCTC13004BP), in the case of sterilized chitosan/oleamide nanofluid, the final concentration is 0.1*10 -3 -10* in NMS medium. In the case of tannin-iron complex nanocellulose nanofluid, 500 ml so that the final concentration becomes 0.025-0.1% (w/v) in the solution, 1 ml each was injected into a 500 ml flask so as to be 10 -3 % (w/v). 1 ml was injected into the flask.

대조군에는 볼륨을 50 ㎖ 로 맞추기 위하여 멸균수를 1 ㎖ 주입해준 뒤, 고무 스토퍼와 플라스크 캡을 이용하여 500 ㎖ 플라스크의 입구를 막은 후, 500 ㎖ 플라스크 각각의 일 측에 5 ㎖의 실린지 바늘을 꽂아 메탄(CH4) 가스와 공기가 4:6 비율로 혼합된 혼합가스를 300㏄/min의 속도로 8분 30초 동안 공급해준 다음, 32℃ 200rpm 조건에서 20 시간 진탕 배양하여 종배양을 종료하였다. In the control group, 1 ㎖ of sterile water was injected to adjust the volume to 50 ㎖, and then, using a rubber stopper and flask cap, the inlet of the 500 ㎖ flask was closed, and then a 5 ㎖ syringe needle was inserted on one side of each 500 ㎖ flask. After inserting, a mixed gas in which methane (CH 4 ) gas and air were mixed in a 4:6 ratio was supplied for 8 minutes and 30 seconds at a speed of 300 cc/min, and then cultured with shaking at 32 ° C. 200 rpm for 20 hours to terminate the seed culture. did

4-2. 미생물 세포막 변형 관찰4-2. Observation of microbial cell membrane deformation

원심분리기를 이용하여 셀 펠렛(Cell-pellet)을 회수하여, 25 % GA (glutaraldehyde)가 포함된 PBS 용액 1 mL 담긴 바이알에 셀 펠렛을 재현탁 시켜준 후, 얼음이 포함된 상자 내에서 30분동안 반응시켜 주었다. 이후, 원심분리기(centrifuge)를 이용하여 상등액을 버린 후, 미생물 펠렛만을 PBS 용액에 재 현탁 시키는 과정을 3회에 걸쳐 진행하여, 잔여 GA 용액을 제거 한 후, 오스뮴 결정(OsO4) 이 0.004 g 포함된 50 % (v/v) PBS 1 mL 용액에 셀 펠렛을 재현탁 시켜 얼음이 포함되어있는 상자 내에 30분동안 반응을 한 후, 원심분리기와 PBS 용액을 이용한 재현탁 과정을 동일하게 3회에 걸쳐 반복하여, 잔여 오스뮴 결정을 제거하였다. Recover the cell pellet using a centrifuge, resuspend the cell pellet in a vial containing 1 mL of PBS solution containing 25% GA (glutaraldehyde), and place it in a box with ice for 30 minutes. reacted while Then, after discarding the supernatant using a centrifuge, the process of resuspending only the microbial pellet in PBS solution was performed three times to remove the residual GA solution, and osmium crystals (OsO 4 ) were 0.004 g After resuspending the cell pellet in 1 mL of the included 50% (v/v) PBS solution and reacting for 30 minutes in a box containing ice, the centrifuge and the resuspension process using PBS solution were repeated 3 times. was repeated to remove residual osmium crystals.

이후, 미생물 펠렛이 함유된 PBS 용액 1mL를 SPL 사의 24 well plate내의 직경 8 mm cover glass위에 용액을 분주하여 32℃ 스탠드 배양기(stand incubator)에서, 아세톤 함량을 10%씩 높여가며, 건조하는 과정을 9회 반복 진행하였다. 최종적으로, 건조된 미생물 펠렛은 HITACHI 사의 전계-방출형 주사전자현미경 (Field-emission SEM) 모델을 이용하여 키토산/올레아미드 나노유체 적용 농도에 따른 세포 표면과 세포 모양을 분석하였다. After that, 1 mL of PBS solution containing the microbial pellet was dispensed on a cover glass with a diameter of 8 mm in a 24 well plate of SPL, and the acetone content was increased by 10% in a stand incubator at 32 ° C, and the drying process was performed. It was repeated 9 times. Finally, the dried microbial pellets were analyzed for cell surface and cell shape according to the concentration of chitosan/oleamide nanofluid applied using a field-emission scanning electron microscope (Field-emission SEM) model of HITACHI.

그 결과, 도 9에 기재된 바와 같이, 종배양시 키토산/올레아미드 나노유체가 10*10-3 % (w/v) 농도로 적용된 배양 배지에서 생장한 Methylomonas sp. DH-1의 전체적인 모양이 변형 및 세포의 형태가 일부 손상된 현상을 확인할 수 있었다. As a result, as described in FIG. 9, Methylomonas sp. grown in a culture medium in which chitosan/oleamide nanofluid was applied at a concentration of 10*10 -3 % (w/v) during seed culture. It was confirmed that the overall shape of DH-1 was changed and the cell shape was partially damaged.

한편, 타닌-철 복합체 나노셀룰로오스 나노유체의 경우, 도 10에 기재된 바와 같이, 종배양 적용시 Methylomonas sp. DH-1의 세포막에 별다른 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다.On the other hand, in the case of the tannin-iron complex nanocellulose nanofluid, as described in FIG. 10, when applying the seed culture, Methylomonas sp. It was confirmed that DH-1 had no significant effect on the cell membrane.

실시예 5. 키토산/올레아미드 나노유체의 미생물 종배양시 도입 유무에 의한 미생물 세포막 흡착 비교 분석Example 5. Comparative analysis of microbial cell membrane adsorption by presence or absence of introduction of chitosan/oleamide nanofluid during microbial seed culture

5-1. 키토산/올레아미드 나노유체 구성 나노입자 nile-red 태그5-1. Chitosan/oleamide nanofluid composition nanoparticles nile-red tag

실시예 4에서 세포막의 변형을 야기한 키토산/올레아미드 나노유체를 구성하는 나노입자가, 종배양시 미생물막으로의 흡착을 확인하기 위해, 나노유체의 키토산/올레아미드를 구성하는 나노입자에 형광 태그를 진행하고, CH4이용 균주인 Methylomonas sp. DH-1에 CFDA 태그를 진행하여, CFDA 형광주변의 nile-red 세기 분석을 통한 키토산/올레아미드 나노입자의 미생물 막 흡착 분석을 진행하였다. In Example 4, the nanoparticles constituting the chitosan/oleamide nanofluid, which caused the transformation of the cell membrane, to confirm the adsorption to the microbial membrane during seed culture, a fluorescent tag to the nanoparticles constituting the chitosan/oleamide of the nanofluid To proceed, CH 4 using strain Methylomonas sp. CFDA tag was applied to DH-1, and microbial membrane adsorption analysis of chitosan/oleamide nanoparticles was performed through nile-red intensity analysis around CFDA fluorescence.

키토산/올레아미드 나노유체 구성 나노입자 형광 태그의 경우, 붉은색 형광을 나타내는 nile-red (Sigma Aldrich, USA) 시약을 적용하여 키토산/올레아미드 나노유체를 구성하는 나노입자의 형광염색을 진행하였다. 자세히, 구매한 nile-red 파우더 10 μg을 glycerol: PBS(phosphate buffer saline) 1:1 비율의 공용매 (co-solvent) 1 mL에 현탁 하여 nile-red 스톡 용액을 제조한 후, 제조한 nile-red 스톡 용액 10 μl을 0.1 % (w/v) 농도의 키토산/올레아마이드 나노유체 용액 1 mL에 반응시킨 후, Nikon사의 NIS-element 모델 형광 현미경을 통해, 일부 응집되어 있는 나노입자에서 대조군인 nile-red 시약 대비 명확한 형광 세기 차이를 확인하여, 키토산/올레아미드 나노유체 구성 나노입자에 형광 염색 유무를 판단하였다. In the case of the chitosan/oleamide nanofluid-constituting nanoparticle fluorescent tag, nile-red (Sigma Aldrich, USA) reagent showing red fluorescence was applied to perform fluorescence staining of the nanoparticles constituting the chitosan/oleamide nanofluid. In detail, 10 μg of the purchased nile-red powder was suspended in 1 mL of co-solvent in a 1:1 ratio of glycerol: PBS (phosphate buffer saline) to prepare a nile-red stock solution, and then the prepared nile- After reacting 10 μl of red stock solution with 1 mL of 0.1% (w/v) concentration of chitosan/oleamide nanofluid solution, Nikon's NIS-element model fluorescence microscope showed that some aggregated nanoparticles were treated with nile as a control. By confirming a clear difference in fluorescence intensity compared to the -red reagent, it was determined whether the chitosan/oleamide nanofluid constituent nanoparticles were fluorescently stained.

5-2. CH5-2. CH 44 이용 미생물 CFDA 태그 Microbial CFDA tags utilized

이후, 실제 미생물 세포막에 나노입자가 결합하는지 확인하기 위해, nile-red 태그 된 나노입자의 붉은색 형광색과 구분되도록, 모델 CH4 이용균주인 Methylomonas sp. DH-1에 CFDA (6-carboxyfluorescein diacetate) 시약 (Dojindo, Maryland, USA)을 이용하여 초록색 형광염색 태그를 적용하였다. Methylomonas sp. DH-1에 CFDA 태그를 위한 실험 방법으로는, 우선 구매한 CFDA 시약 10 μL을 10 mL PBS 에 현탁 하여 CFDA 스톡용액을 제조하였으며, 제조한 CFDA 스톡용액 1 mL를 Methylomonas sp. DH-1이 현탁 되어있는 1 mL PBS 용액 에 1:1 로 적용하였다. Then, in order to check whether the nanoparticles are actually bound to the microbial cell membrane, to be distinguished from the red fluorescence color of the nile-red tagged nanoparticles, the model CH 4 using strain Methylomonas sp. A green fluorescent staining tag was applied to DH-1 using CFDA (6-carboxyfluorescein diacetate) reagent (Dojindo, Maryland, USA). Methylomonas sp. As an experimental method for CFDA tagging on DH-1, first, 10 μL of the purchased CFDA reagent was suspended in 10 mL PBS to prepare a CFDA stock solution, and 1 mL of the prepared CFDA stock solution was added to Methylomonas sp. It was applied 1:1 to 1 mL PBS solution in which DH-1 was suspended.

이후, 37 ℃ 암실 조건이 갖추어진 배양기에서, 30 분 동안 CFDA태그 반응을 진행한 후, 잔여 CFDA 스톡용액을 제거해주기 위해, 원심분리기(centrifuge)를 이용하여 상등액을 버린 후, 미생물 펠렛을 PBS 용액에 재 현탁 시키는 과정을 3회에 걸쳐 진행하였다. Thereafter, in an incubator equipped with a dark room condition at 37 ° C., after performing the CFDA tag reaction for 30 minutes, in order to remove the residual CFDA stock solution, the supernatant was discarded using a centrifuge, and the microbial pellet was washed with PBS solution. The resuspension process was carried out three times.

5-3. nile-red 태그된 키토산/올레아미드 나노입자를 CFDA 태그된 Methylomonas sp. DH-1에 적용하여 미생물 세포막 흡착 분석5-3. nile-red tagged chitosan/oleamide nanoparticles were obtained from CFDA-tagged Methylomonas sp. Analysis of microbial cell membrane adsorption by application to DH-1

1 mL 바이알에 담긴 CFDA 태그된 Methylomonas sp. DH-1 샘플 0.5 mL에 nile-red 태그가 달린 키토산/올레아미드 나노입자 구성 나노유체를 0.1*10-3 % (w/v) 농도가 될 수 있도록 0.5 mL로 적용하였다. 이때, 음성 대조군으로는 키토산/올레아미드 나노입자 nile-red 태그에 사용된 nile-red 농도의 스톡용액 (0.1*10-6 % (w/v)) 0.5 ㎖를 1 ㎖ 바이알에 담긴 CFDA가 태그된 Methylomonas sp. DH-1 샘플 0.5mL에 적용하여 키토산/올레아마이드 나노입자의 미생물 막과의 흡착 형광 이미지를 촬영하였다. CFDA-tagged Methylomonas sp. in a 1 mL vial. To 0.5 mL of DH-1 sample, nile-red-tagged chitosan/oleamide nanoparticle-constituting nanofluid was applied in 0.5 mL to a concentration of 0.1*10 -3 % (w/v). At this time, as a negative control, 0.5 ml of a stock solution (0.1*10 -6 % (w/v)) of nile-red concentration used for chitosan/oleamide nanoparticles nile-red tag was tagged with CFDA contained in a 1 ml vial. Methylomonas sp. Adsorption fluorescence images of the chitosan/oleamide nanoparticles with the microbial membrane were taken by applying to 0.5 mL of a DH-1 sample.

형광 이미지 촬영은, Eclipse Ni-U 모델 (Nikon, 일본)을 이용하여 촬영하였으며, nile-red 태그된 키토산/올레아미드 나노입자 적용시, 음성 대조군 대비 CFDA 태그된 미생물 주변으로 nile-red 형광의 세기가 뚜렷하게 구분되는 것을 확인하였다. 이후, nile-red 태그된 키토산/올레아미드 나노입자 적용 농도를 0.1*10-3 -50*10-3 % (w/v)로 높여가면서, nile-red 형광 세기 상대 분석을 통해, 나노입자 적용에 따른 미생물 막 흡착정도를 평가하였다.Fluorescence imaging was taken using the Eclipse Ni-U model (Nikon, Japan), and when nile-red tagged chitosan/oleamide nanoparticles were applied, the intensity of nile-red fluorescence around CFDA-tagged microorganisms compared to negative control was confirmed to be clearly distinguished. Then, while increasing the concentration of nile-red tagged chitosan/oleamide nanoparticles to 0.1*10 -3 -50*10 -3 % (w/v), through nile-red fluorescence intensity relative analysis, nanoparticles were applied The degree of microbial membrane adsorption was evaluated according to

그 결과, 도 11에 기재된 바와 같이, nile-red 태그된 나노입자의 농도가 높아짐에 따라, 음성 대조군의 형광 세기 대비 최대 11배까지 높아지는 것을 볼 때, 키토산/올레아미드 나노유체 구성 나노입자가 미생물 세포막에 흡착하는 것을 확인하였다. As a result, as shown in Figure 11, as the concentration of the nile-red tagged nanoparticles increased, it was observed that the fluorescence intensity of the negative control increased up to 11 times, the chitosan / oleamide nanofluid composition nanoparticles were the microorganisms Adsorption to the cell membrane was confirmed.

실시예 6. Example 6. MethylomonasMethylomonas sp. DH-1 종배양시에 키토산 기반 나노유체 적용 후, 나노유체 적용 없는 본배양 시 CH sp. After application of chitosan-based nanofluid in DH-1 seed culture, CH in main culture without application of nanofluid 44 소모/미생물 생장농도 비교 분석 Consumption / Microorganism Growth Concentration Comparative Analysis

6-1. 종배양6-1. seed culture

종배양 시, 키토산 지질복합체 함유 나노유체를 구성하는 나노입자를 미생물 세포막에 흡착시킨 후, 본배양시에는 나노유체를 적용하지 않고 배양을 진행하였을 때, 미생물 생장농도와 메탄 소모량에 어떤 효과를 나타내는 지 확인하기 위해, 키토산-지질복합체 함유 나노 입자를 분산시킨 나노 유체를 50㎖ 플라스틱 원심관(Falcon tube)에 각각 10 ㎖씩 넣은 후 생물안전실험대에서 자외선(UV)를 이용하여 30분내지 2시간동안 멸균시켰다. 이어서, 상위 실시예 2와 동일한 NMS 배지를 제조하였다. During seed culture, when the nanoparticles constituting the chitosan lipid complex-containing nanofluid are adsorbed to the microbial cell membrane, and then cultured without applying the nanofluid during the main culture, what effect does it have on the microbial growth concentration and methane consumption In order to confirm whether the chitosan-lipid complex-containing nanoparticles are dispersed, 10 ml of each of the nanofluids is put into a 50 ml plastic Falcon tube, and then 30 minutes to 2 hours using ultraviolet light at a biosafety test bench. sterilized during Then, the same NMS medium as in Example 2 was prepared.

이후, NMS 배지를 500 ㎖플라스크에 45 ㎖ 분주 후, 메탄을 소모하는 그람 음성균(Gram-negative bacteria), 메탄자화균(Methanotroph)에 속하는 Methlylomonas sp. DH-1 Seed를 4 ㎖씩 분주한 다음, 멸균된 나노 유체를 최종 농도가 용액 내에 0.005 % (w/v) 가 되도록 500 ㎖ 플라스크에 1 ㎖ 주입하였으며, 대조군에는 볼륨을 50 ㎖ 로 맞추기 위하여 멸균수를 1 ㎖ 주입하였다. Then, after dispensing 45 ㎖ of NMS medium in a 500 ㎖ flask, methane-consuming Gram-negative bacteria, Methanotroph belonging to Methlylomonas sp . After dispensing 4 ml of DH-1 Seed, 1 ml of the sterilized nanofluid was injected into a 500 ml flask so that the final concentration became 0.005% (w/v) in the solution, and the control group was sterilized to adjust the volume to 50 ml. 1 ml of water was injected.

그 뒤, 고무 스토퍼 와 플라스크 캡을 이용하여 500 ㎖ 플라스크의 입구를 막은 후, 500 ㎖ 플라스크 각각의 일 측에 5 ㎖의 실린지 바늘을 꽂아 메탄(CH4) 가스와 공기가 4:6 비율로 혼합된 혼합가스를 300㏄/min의 속도로 8분 30초 동안 공급해준 다음, 32℃ 200rpm 조건에서 32시간 진탕 배양하였다. Then, using a rubber stopper and flask cap to close the inlet of the 500 ml flask, insert a 5 ml syringe needle into one side of each 500 ml flask, methane (CH 4 ) gas and air in a 4:6 ratio The mixed gas was supplied at a speed of 300 cc/min for 8 minutes and 30 seconds, and then incubated with shaking at 32°C and 200 rpm for 32 hours.

6-2. 본배양6-2. main culture

본배양은 500 ㎖플라스크에 NMS 배지를 45 ㎖씩 분주하여, 종배양 시, 각각 0 % (w/v)(대조군), 0.005% (w/v) 농도로 나노유체가 적용되었던 Methylomonas sp. DH-1를 각각 서로 다른 플라스크에 5 ㎖씩 분주한 후, 동일하게 고무 스토퍼와 플라스크 캡을 이용하여 플라스크 입구를 막아준 뒤, 상위 조성비와 같은 메탄, 공기 혼합가스를 플라스크에 공급해준 다음, 32℃, 200rpm 조건에서 진탕 배양을 진행하였다.The main culture was performed by dispensing 45 ml of NMS medium in a 500 ml flask, and during seed culture, the nanofluid was applied at a concentration of 0% (w/v) (control) and 0.005% (w/v), respectively, Methylomonas sp. After dispensing 5 ml of DH-1 into different flasks, block the inlet of the flask using a rubber stopper and a flask cap in the same way, and supply a mixed gas of methane and air equal to the upper composition ratio to the flask, then 32 Cultivation was performed with shaking at 200 rpm.

세포 생장률은 배양 시간에 따라 분광 광도계를 이용하여 600 nm에서 흡광도를 측정하여 비교하였다. 메탄 소모량은 Molsieve 5A (Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm), Propak Q(Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm) column이 연결된 7890B GC (Agilent, CA, USA)를 이용하여 플라스크 내부 메탄, 이산화탄소, 산소, 질소 조성비의 변화를 측정하여 메탄 소모량을 측정하였다.The cell growth rate was compared by measuring the absorbance at 600 nm using a spectrophotometer according to the incubation time. Methane consumption was measured using a 7890B GC (Agilent, CA, USA) connected to a Molsieve 5A (Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm) or Propak Q (Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm) column for methane, carbon dioxide, and oxygen in the flask. , methane consumption was measured by measuring the change in the nitrogen composition ratio.

그 결과, 도 12에 기재된 바와 같이, 4시간 배양 미생물 생장농도의 경우 각각, 0.1367 (OD600), 0.2640 (OD 600)으로 나타났으며, CH4 소모량의 경우, 0.45(mmol/L), 1.46 (mmol/L)인 것을 확인하였으며, 8시간 배양 결과에서는 미생물 생장농도의 경우 각각 0.22 (OD 600), 0.509 (OD 600), 메탄 소모량의 경우 0.509 (mmol/L), 3.44 (mmol/L)인 것을 확인하였다. As a result, as described in FIG. 12 , in the case of 4-hour culture microbial growth concentration, 0.1367 (OD 600 ), 0.2640 (OD 600 ) were shown, respectively, and in the case of CH 4 consumption, 0.45 (mmol/L), 1.46 (mmol/L), and in the case of microbial growth concentration of 0.22 (OD 600 ), 0.509 (OD 600 ), and methane consumption 0.509 (mmol/L), 3.44 (mmol/L) in the result of 8-hour culture was confirmed to be.

이를 통해 키토산 기반 나노유체를 종배양 시에만 적용하더라도, 본배양 시 추가적인 키토산 기반 나노유체의 적용 없이도, 종배양시 적용된 키토산 기반 나노유체를 구성하는 나노입자의 미생물 세포막 흡착을 통해, 본배양 시 추가적인 키토산 기반 나노유체 적용 없이도, 생장농도 및 CH4 소모량이 함께 증가되는 DH-1 균주를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.Through this, even if the chitosan-based nanofluid is applied only during the seed culture, without additional application of the chitosan-based nanofluid during the main culture, through the adsorption of the microbial cell membrane of the nanoparticles constituting the chitosan-based nanofluid applied during the seed culture, additional It was confirmed that even without the application of chitosan-based nanofluid, a DH-1 strain with increased growth concentration and CH 4 consumption could be obtained.

그리고 상기 효과는 종배양 시 다른 농도인 0.001 %(w/v) 키토산-지질복합체 함유 나노 유체를 적용하고, 본배양 시 추가적인 키토산 기반 나노유체 적용 없이도 마찬가지의 효과가 나타남을 확인하였다(도 13).And the effect was confirmed that the same effect appeared without additional chitosan-based nanofluid application during the main culture, when 0.001% (w/v) chitosan-lipid complex-containing nanofluid was applied at a different concentration during seed culture (FIG. 13) .

실시예 7. Example 7. MethylomonasMethylomonas sp. DH-1 종배양시에 타닌-철 나노셀룰로오스 나노유체 적용 후, 나노유체 적용 없는 본배양 시 미생물 생장농도 비교 분석 sp. Comparative analysis of microbial growth concentration during main culture without application of nanofluid after application of tannin-iron nanocellulose nanofluid in DH-1 seed culture

7-1. 종배양7-1. seed culture

종배양 시, 타닌-철 복합체 나노셀룰로오스를 분산시킨 나노 유체를 50㎖ 플라스틱 원심관(Falcon tube)에 각각 10 ㎖씩 넣은 후 생물안전실험대에서 자외선(UV)를 이용하여 30분내지 2시간동안 멸균시켰다. 이어서, 실시예 1와 같은 방식으로 NMS 배지를 제조하였다. NMS 배지를 500 ㎖플라스크에 45 ㎖ 분주 후, 메탄을 소모하는 그람 음성균(Gram-negative bacteria), 메탄자화균(Methanotroph)에 속하는 Methlylomonas sp. DH-1 Seed를 4 ㎖씩 분주한 다음, 멸균된 나노 유체를 최종 농도가 용액 내에 0.025- 0.1 % (w/v) 가 되도록 500 ㎖ 플라스크에 1 ㎖씩 주입하였으며, 대조군에는 볼륨을 50 ㎖ 로 맞추기 위하여 멸균수를 1 ㎖ 주입하였다. During seed culture, 10 ml of each of the nanofluids in which the tannin-iron complex nanocellulose is dispersed is put into a 50 ml plastic Falcon tube, and then sterilized for 30 minutes to 2 hours using ultraviolet (UV) light on a biosafety test bench. made it Then, an NMS medium was prepared in the same manner as in Example 1. After dispensing 45 ㎖ of NMS medium into a 500 ㎖ flask, methane-consuming Gram-negative bacteria, Methanotroph belonging to Methlylomonas sp . After dispensing 4 ml of DH-1 Seed, 1 ml of sterilized nanofluid was injected into a 500 ml flask so that the final concentration became 0.025-0.1% (w/v) in the solution, and the volume was set to 50 ml for the control group. 1 ㎖ of sterile water was injected to adjust.

그 뒤, 고무 스토퍼 와 플라스크 캡을 이용하여 500 ㎖ 플라스크의 입구를 막은 후, 500 ㎖ 플라스크 각각의 일 측에 5 ㎖의 실린지 바늘을 꽂아 메탄(CH4) 가스와 공기가 4:6 비율로 혼합된 혼합가스를 300㏄/min의 속도로 8분 30초 동안 공급해준 다음, 32℃ 200rpm 조건에서 32시간 진탕 배양하였다. Then, using a rubber stopper and flask cap to close the inlet of the 500 ml flask, insert a 5 ml syringe needle into one side of each 500 ml flask, methane (CH 4 ) gas and air in a 4:6 ratio The mixed gas was supplied at a speed of 300 cc/min for 8 minutes and 30 seconds, and then incubated with shaking at 32°C and 200 rpm for 32 hours.

7-2. 본배양7-2. main culture

본배양은 500 ㎖플라스크에 NMS 배지를 45 ㎖씩 분주하여, 종배양 시, 각각 0 % (w/v) (대조군), 0.025-0.1 % (w/v) 농도로 나노유체가 적용되었던 Methylomonas sp. DH-1를 각각 서로 다른 플라스크에 5 ㎖씩 분주한 후, 동일하게 고무 스토퍼와 플라스크 캡을 이용하여 플라스크 입구를 막아준 뒤, 상위 조성비와 같은 메탄, 공기 혼합가스를 플라스크에 공급해준 다음, 32 ℃, 200rpm 조건에서 진탕 배양을 진행하였으며, 세포 생장률은 배양 시간에 따라 분광 광도계를 이용하여 600 nm에서 흡광도를 측정하여 비교하였다.For main culture, 45 ml of NMS medium was dispensed into 500 ml flasks, and during seed culture, the nanofluid was applied at a concentration of 0% (w/v) (control) and 0.025-0.1% (w/v), respectively, Methylomonas sp. . After dispensing 5 ml of DH-1 into different flasks, block the inlet of the flask using a rubber stopper and a flask cap in the same way, and supply a mixed gas of methane and air equal to the upper composition ratio to the flask, then 32 Shaking culture was performed at ℃ and 200 rpm conditions, and the cell growth rate was compared by measuring the absorbance at 600 nm using a spectrophotometer according to the incubation time.

그 결과, 도 14에 기재된 바와 같이, 타닌-철 복합체 나노셀룰로오스 나노유체의 경우, 종배양 적용 후, 본배양 시 추가적인 나노유체 공급 없이는 미생물 생장농도 개선효과가 없는 것을 확인하였다.As a result, as described in FIG. 14 , in the case of the tannin-iron complex nanocellulose nanofluid, it was confirmed that there was no effect of improving the microbial growth concentration without additional supply of the nanofluid during the main culture after the application of the seed culture.

실시예 8. Example 8. Thermococcus onnurineusThermococcus onnurineus NA1 종배양시에 키토산 기반 나노유체를 적용 후, 추가적인 나노유체 적용없이, 본배양 시 CO 소모, 생성물 비교 분석 After applying chitosan-based nanofluid in NA1 seed culture, without additional nanofluid application, CO consumption and product comparative analysis during main culture

CO 이용 미생물의 경우에서도 본배양 시 추가적인 키토산 기반 나노유체 적용없이, 종배양 적용만으로도, CO가스 소모율이 개선된 미생물을 얻을 수 있는지 확인하기 위해, CO를 이용하는 고세균 종인 T.onnurinues NA1 156T의 종배양에 키토산 기반 나노유체를 적용하여, 본배양에서의 T.onnurinues NA1의 CO 소모량을 비교 분석하였다. In the case of CO-using microorganisms, in order to check whether microorganisms with improved CO gas consumption rate can be obtained only by application of seed culture without additional chitosan-based nanofluid application during main culture, seed culture of T.onnurinues NA1 156T, an archaeal species using CO By applying a chitosan-based nanofluid to , the CO consumption of T. onnurinues NA1 in main culture was comparatively analyzed.

8-1. 종배양8-1. seed culture

종배양 시, 제조한 나노유체를 50 ㎖ 플라스틱 원심관 (Falcon tube)에 넣은 후, 생물안전실험대에서 자외선(UV)를 이용하여 16시간 동안 멸균시켰다. 이어서, NM1 배지를 제조하였다During seed culture, the prepared nanofluid was placed in a 50 ㎖ plastic centrifuge tube (Falcon tube), and then sterilized for 16 hours using ultraviolet (UV) light in a biosafety laboratory. Then, NM1 medium was prepared.

제조한 배지는 혐기 상태를 유지해 주기 위해, 질소(N2)가스를 100 ㏄/min의 속도로 20분 동안 공급하여 유리 세럼병 내부의 공기를 질소(N2)가스로 치환한 다음, 혐기 챔버 내에서, 110 ㎖ 유리 세럼병에 제조된 미생물 배지를 36 ㎖씩 분주한 후, 미리 준비해둔 0.02 %, 0.01 % (w/v) 키토산 기반 나노 유체를 배지 내에 최종적으로 각각 0.0001 %, 0.0005 % (w/v) 농도로 적용하기 위해 2 ㎖씩 주입하였고, 대조군의 경우, 나노 유체 대신 멸균된 3차 증류수를 2㎖ 주입하였다. In order to maintain the prepared medium in an anaerobic state, nitrogen (N 2 ) gas was supplied at a rate of 100 cc/min for 20 minutes to replace the air inside the glass serum bottle with nitrogen (N 2 ) gas, and then, an anaerobic chamber After dispensing 36 ml of the microbial medium prepared in 110 ml glass serum bottles, the previously prepared 0.02%, 0.01% (w/v) chitosan-based nanofluid was finally added to the medium in 0.0001%, 0.0005% ( w/v) concentration was injected by 2 ml each, and in the case of a control group, 2 ml of sterile tertiary distilled water was injected instead of nanofluid.

이후, 고무 스토퍼와 알루미늄 씰을 이용하여 110 ㎖ 유리 세럼병의 입구를 막은 다음, 일산화탄소(CO)가스를 100 ㏄/min의 속도로 30분 동안 공급해준 후, T. onnurinues NA1 156T seed(균주 특허번호:KR 2011-0094092A)를 2 ㎖씩 분주하여, 대조군과 실험 샘플을 제조, 완료하였다. 이후, 70~85 ℃에서 20시간 동안 종배양을 진행하였다.After that, the entrance of the 110 ml glass serum bottle was blocked using a rubber stopper and an aluminum seal, and then carbon monoxide (CO) gas was supplied at a rate of 100 cc/min for 30 minutes, and then T. onnurinues NA1 156T seed (strain patent) No.: KR 2011-0094092A) was dispensed by 2 ml each, and control and experimental samples were prepared and completed. Thereafter, seed culture was performed at 70-85 °C for 20 hours.

8-2. 본배양8-2. main culture

종배양을 마친 샘플을, 상온에서 1시간 가량 식힌 다음, 본배양을 수행하기 위해 각각의 유리 세럼병에 0 % (w/v), 0.0001 % (w/v), 0.0005% (w/v) 농도로 키토산 기반 나노유체를 종배양시 적용하였던 T. onnurinues NA1 156T 만을 2 ㎖씩 분주한후, 상기 방식과 동일하게 일산화탄소(CO)가스를 공급하고, 2시간 배양을 진행한 후, Molsieve 5A(Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm), Propak Q(Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm) column이 연결된 7890B GC (Agilent, CA, USA)를 이용하여 유리 세럼병 내부의 일산화탄소, 수소, 이산화탄소의 조성비 변화를 측정하여, CO의 소모량을 비교하였다. After incubation, the samples were cooled at room temperature for about 1 hour, and then added to each glass serum bottle to carry out the main culture with 0 % (w/v), 0.0001 % (w/v), 0.0005% (w/v) After dispensing 2 ㎖ of only T. onnurinues NA1 156T, which was applied during seed culture of chitosan-based nanofluid at a concentration, carbon monoxide (CO) gas was supplied in the same manner as above, and after 2 hours of incubation, Molsieve 5A ( Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm), Propak Q (Agilent, 6ft, 1.8 X 2 mm) column-connected 7890B GC (Agilent, CA, USA) was used to change the composition ratio of carbon monoxide, hydrogen, and carbon dioxide inside a glass serum bottle was measured to compare the consumption of CO.

그 결과, 도 15에 기재된 바와 같이, 종배양 시 0.0001 %(w/v), 0.0005 %(w/v) 농도의 나노유체를 포함하는 NM1 배지 내에서 증식한 T.onnurineus NA1 156T의 경우, 나노유체를 적용하지 않은 음성 대조군 대비, 본배양 시, 초기 2시간 배양 구간에서 음성 대조군 대비 CO 소모량이 2배가량 증가하는 것을 확인하였다.As a result, as described in FIG. 15 , in the case of T.onnurineus NA1 156T grown in NM1 medium containing nanofluids at a concentration of 0.0001% (w/v) and 0.0005% (w/v) during seed culture, nano Compared to the negative control to which no fluid was applied, it was confirmed that the amount of CO consumption increased by about 2 times compared to the negative control in the initial 2 hour incubation period during the main culture.

이를 통해 키토산 기반 나노유체는 CO를 이용하는 고세균의 종배양 시 적용을 통해, 본배양에서 CO 소모량이 증가되는 균주를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.Through this, it was confirmed that the chitosan-based nanofluid could be applied to the species culture of archaea using CO to obtain a strain with increased CO consumption in the main culture.

실시예 9. Example 9. MethylomonasMethylomonas sp. DH-1 종배양시 키토산/올레아미드 나노유체 적용 후, 본배양 시에도 상기 나노유체를 계속 적으로 적용하였을 때, 세포 sp. After application of chitosan/oleamide nanofluid during DH-1 seed culture, when the nanofluid was continuously applied during main culture, cells 생장률 비교Growth rate comparison

9-1. 종배양9-1. seed culture

종배양 시 키토산 기반 나노유체를 구성하는 나노입자가 흡착된 Methylomonas sp. DH-1에, 동일 농도의 키토산 기반 나노유체를 본배양 시에도 추가로 적용하였을 때 미생물 생장농도 변화를 확인하기 위해, 종배양의 경우, 실시예 4 에서의 종배양과 같이 키토산 기반 나노유체를 0.005% (w/v) 적용 농도로, Methylomonas sp. DH-1 배양에 적용하여, 진행하였다.During seed culture, Methylomonas sp. In order to confirm the change in the microbial growth concentration when the chitosan-based nanofluid of the same concentration was additionally applied to DH-1 during main culture, in the case of seed culture, chitosan-based nanofluid was used as in the seed culture in Example 4 At an applied concentration of 0.005% (w/v), Methylomonas sp. Applied to DH-1 culture and proceeded.

9-2. 본배양9-2. main culture

이후, 본배양은 500 ㎖플라스크에 NMS 배지를 45 ㎖씩 분주하여, 종배양 시, 각각 0 % (w/v) (대조군), 0.005% (w/v) 농도로 나노유체가 적용되었던 Methylomonas sp. DH-1를 각각 서로 다른 플라스크에 5 ㎖씩 분주한 후, 대조군의 경우 1mL 멸균된 증류수를 공급, 0.005% (w/v) 농도로 나노유체가 적용되었던 Methylomonas sp. DH-1이 담긴 플라스크에는, 키토산 기반 나노유체를 0.005 % (w/v)로 동일하게 적용, 이후 고무 스토퍼와 플라스크 캡을 이용하여 플라스크 입구를 막아준 뒤, 상위 조성비와 같은 메탄, 공기 혼합가스를 플라스크에 공급해준 다음, 32℃, 200rpm 조건에서 진탕 배양을 진행하였으며, 세포 생장률은 배양 시간에 따라 분광 광도계를 이용하여 600 nm에서 흡광도를 측정하여 비교하였다.Thereafter, the main culture was performed by dispensing 45 ml of NMS medium in a 500 ml flask, and during seed culture, the nanofluid was applied at a concentration of 0% (w/v) (control) and 0.005% (w/v), respectively, Methylomonas sp. . After dispensing 5 ml of DH-1 into different flasks, 1 mL of sterile distilled water was supplied for the control group, and Methylomonas sp. In the flask containing DH-1, apply the same chitosan-based nanofluid at 0.005 % (w/v), then block the inlet of the flask using a rubber stopper and flask cap, and then methane and air mixed gas equal to the upper composition ratio was supplied to the flask, and then cultured with shaking at 32° C. and 200 rpm. The cell growth rate was compared by measuring the absorbance at 600 nm using a spectrophotometer according to the incubation time.

그 결과, 도 16에 기재된 바와 같이, 키토산 기반 나노유체를 종배양 적용 후, 본배양 시에도 동일 농도로 적용해준 경우, 음성 대조군 대비 미생물 생장 농도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.As a result, as described in FIG. 16 , when the chitosan-based nanofluid was applied at the same concentration during the main culture after the seed culture was applied, it was confirmed that the microbial growth concentration decreased compared to the negative control.

실시예 10. Example 10. MethylomonasMethylomonas sp. DH-1 본배양 시에만 타닌-철 나노유체를 개별 적용하였을 때와, 키토산 기반 나노유체를 종배양 시 적용 후 본배양 시 타닌-철 나노 유체를 적용하였을 때의 세포 sp. Cells when tannin-iron nanofluid was individually applied only during DH-1 main culture and when tannin-iron nanofluid was applied during main culture after application of chitosan-based nanofluid in seed culture 생장률 향상 효과 비교Comparison of growth rate improvement effect

본배양시에만 타닌-철 나노유체를 개별 적용한 경우와, 키토산 기반 나노유체를 종배양 시 적용 후 본배양 시 타닌-철 나노유체를 적용하였을 때, 세포 생장률 향상 효과가 어떻게 달라지는지 비교하기 위해, 아래와 같은 분석을 진행하여 세포 생장률 향상 효과를 비교하였다.In order to compare how the effect of improving cell growth rate is different when tannin-iron nanofluid is individually applied only during main culture and when tannin-iron nanofluid is applied during main culture after application of chitosan-based nanofluid in seed culture, The effect of improving the cell growth rate was compared by performing the following analysis.

10-1. 본배양시에만 나노유체를 개별 적용10-1. Individual application of nanofluids only during main culture

본배양시에만 나노유체를 개별적으로 적용한 경우의 배양은, 500 ㎖플라스크에 NMS 배지를 44 ㎖씩 분주한 후, Methylomonas sp. DH-1를 각각 서로 다른 플라스크에 5 ㎖씩 분주 하였으며, 대조군의 경우 1mL 멸균된 증류수를 공급, 키토산 기반 나노유체의 경우, 0.005 % (w/v) 적용 농도로 1mL 공급하였으며, 타닌-철 나노유체의 경우, 0.05 % (w/v) 적용 농도로 1mL 공급하였다. 이후 고무 스토퍼와 플라스크 캡을 이용하여 플라스크 입구를 막아준 뒤, 실시예 6과 같은 조성비의 메탄, 공기 혼합가스를 플라스크에 공급해준 다음, 32℃, 200rpm 조건에서 진탕 배양을 진행하였으며, 세포 생장률은 배양 20시간 기준 분광 광도계를 이용하여 600 nm에서 흡광도를 측정하여 비교하였다.In the case of individual application of the nanofluid only during the main culture, 44 ml of NMS medium was dispensed into a 500 ml flask, and then Methylomonas sp. 5 ml of DH-1 was dispensed into different flasks, 1 ml of sterile distilled water was supplied for the control group, and 1 ml of chitosan-based nanofluid was supplied at a concentration of 0.005 % (w/v) applied, and tannin-iron nanofluid was supplied. For fluids, 1 mL was supplied at an application concentration of 0.05 % (w/v). After blocking the inlet of the flask using a rubber stopper and a flask cap, methane and air mixed gas having the same composition ratio as in Example 6 were supplied to the flask, and then cultured with shaking at 32° C. and 200 rpm conditions, and the cell growth rate was Absorbance was measured and compared at 600 nm using a spectrophotometer based on 20 hours of incubation.

10-2. 종배양 시 키토산 기반 나노유체를 종배양시 적용 후 본배양시 타닌-철 나노유체를 적용10-2. During seed culture, chitosan-based nanofluid is applied during seed culture, and then tannin-iron nanofluid is applied during main culture.

종배양시 키토산 기반 나노유체를 적용 후, 본배양시 타닌-철 나노유체를 적용한 경우의 배양은, 종배양의 경우, 키토산 기반 나노유체를 0.005% (w/v) 적용 농도로, Methylomonas sp. DH-1 배양에 적용하였으며, 음성 대조군에는 증류수를 적용하여, 32℃, 200rpm에서 32시간 종배양을 진행하였다.After applying the chitosan-based nanofluid during the seed culture, the tannin -iron nanofluid was applied during the main culture. It was applied to DH-1 culture, and distilled water was applied to the negative control group, and seed culture was performed at 32° C. and 200 rpm for 32 hours.

이후, 본배양은 500 ㎖플라스크에 NMS 배지를 44 ㎖씩 분주하여, 종배양 시, 각각 0 % (w/v) (대조군), 0.005 % (w/v) 농도로 키토산 기반 나노유체가 적용되었던 Methylomonas sp. DH-1를 각각 서로 다른 플라스크에 5 ㎖씩 분주한 후, 대조군 Methylomonas sp. DH-1이 담긴 플라스크에는 1mL 멸균수를 공급, 0.005 % (w/v) 농도로 키토산 기반 나노유체가 적용되었던 Methylomonas sp. DH-1가 담긴 플라스크에는 적용 농도 0.05 % (w/v)가 되도록 타닌-철 나노유체를 1mL 공급하였다. 이후, 고무 스토퍼와 플라스크 캡을 이용하여 플라스크 입구를 막아준 뒤, 상위 조성비와 같은 메탄, 공기 혼합가스를 플라스크에 공급해준 다음, 32℃, 200rpm 조건에서 진탕 배양을 진행하였으며, 세포 생장률은 배양 20시간 기준 분광 광도계를 이용하여 600 nm에서 흡광도를 측정하여 비교하였다.After that, the main culture was dispensed by 44 ml of NMS medium in a 500 ml flask, and chitosan-based nanofluid was applied at a concentration of 0% (w/v) (control) and 0.005% (w/v), respectively, during seed culture. Methylomonas sp. After dispensing 5 ml of DH-1 into different flasks, control Methylomonas sp. 1mL of sterile water was supplied to the flask containing DH-1, and Methylomonas sp. In the flask containing DH-1, 1 mL of tannin-iron nanofluid was supplied so that the applied concentration was 0.05% (w/v). After that, the inlet of the flask was blocked using a rubber stopper and a flask cap, and a mixed gas of methane and air equal to the upper composition ratio was supplied to the flask, followed by shaking culture at 32°C and 200rpm conditions, and the cell growth rate was cultured at 20 Absorbance was measured and compared at 600 nm using a time-based spectrophotometer.

10-3. 실시예 10-1과 10-2의 비교 분석 결과10-3. Comparative analysis results of Examples 10-1 and 10-2

본배양시 나노유체를 개별 적용 한 경우(10-1)와 종배양 시 키토산 기반 나노유체를 적용 후, 타닌-철 나노유체를 본배양 적용하였을 때(10-2)의 미생물 생장 농도 개선 효과의 비교는 (10-1)에서의 음성 대조군 대비 나노유체 적용에 의한 상대 미생물 생장농도와 (10-2)에서의 음성 대조군 대비 나노유체 적용에 의한 상대 미생물 생장농도를 상대 비교하여, 본배양시에만 나노유체를 개별 적용한 경우와 키토산 기반 나노유체를 종배양 시 적용 후 본배양 시 타닌-철 나노유체를 적용하였을 때, 세포 생장률 향상 효과가 어떻게 달라지는지 비교하였다.The effect of improving the microbial growth concentration in the case of individual application of nanofluid during main culture (10-1) and when tannin-iron nanofluid was applied as main culture after application of chitosan-based nanofluid during seed culture (10-2) For comparison, the relative microbial growth concentration by the application of the nanofluid compared to the negative control in (10-1) and the relative microbial growth concentration by the application of the nanofluid compared to the negative control in (10-2) were compared relative to each other, and only during the main culture We compared how the cell growth rate improvement effect differed when nanofluids were individually applied and when chitosan-based nanofluids were applied to seed culture and then tannin-iron nanofluids were applied to main culture.

그 결과, 도 17에 기재된 바와 같이, 본배양시 나노유체를 개별 적용한 경우의 상대 미생물 생장농도 개선효과를 비교하였을 때, 키토산-올레아미드 나노유체의 경우, 대조군 대비 오히려 25% 감소하였으며, 타닌-철 나노유체 적용의 경우, 대조군 대비 26% 향상되는 것을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 17, when comparing the effect of improving the relative microbial growth concentration when the nanofluid was individually applied during the main culture, in the case of the chitosan-oleamide nanofluid, it was rather reduced by 25% compared to the control, and the tannin- In the case of the iron nanofluid application, it was confirmed that the improvement was 26% compared to the control.

또한, 도 18에 기재된 바와 같이, 종배양시 키토산 기반 나노유체를 적용 후, 본배양시 타닌-철 나노유체를 적용한 경우, 상대 미생물 생장농도 개선효과가 대조군 50% 향상된 결과로 나타나 본배양시 상기 나노유체를 개별 적용하는 경우 대비, 종배양시 키토산-올레아미드 나노유체를 적용한 후, 본배양시 타닌-철 나노유체를 적용하였을 때, 미생물 생장농도가 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있었다.In addition, as described in FIG. 18, after applying the chitosan-based nanofluid during seed culture, when tannin-iron nanofluid was applied during the main culture, the effect of improving the relative microbial growth concentration was improved by 50% of the control. In contrast to the case of applying the nanofluid individually, it was confirmed that the microbial growth concentration was further increased when the chitosan-oleamide nanofluid was applied during the seed culture and then the tannin-iron nanofluid was applied during the main culture.

실시예 11. 키토산 기반 나노유체를 통해 C1가스를 효율적으로 사용할 수 있도록 적응된 Example 11. Adapted to efficiently use C1 gas through chitosan-based nanofluids MethylomonasMethylomonas sp. DH-1의 본배양 시, 타닌-철 나노 유체를 적용하였을 때의 CH sp. CH when tannin-iron nanofluid was applied during main culture of DH-1 44 소모/미생물 생장농도 및 대사 산물 비교 Consumption/microbial growth concentration and metabolite comparison

종배양 시 키토산 기반 유기 나노입자/나노유체를 통해 CH4 가스를 효율적으로 사용할 수 있도록 적응된 미생물을 본배양 발효를 진행할 때, 타닌-철 나노유체를 적용하였을 경우, 종래의 CH4 가스를 이용한 미생물 배양 발효와 CH4 소모/미생물 생장농도 및 발효 산물양을 비교하고자 하였다.When performing the main culture fermentation of microorganisms adapted to efficiently use CH 4 gas through chitosan-based organic nanoparticles/nanofluids during seed culture, when tannin-iron nanofluids are applied, conventional CH 4 gas The purpose of this study was to compare microbial culture fermentation and CH 4 consumption/microorganism growth concentration and fermentation product amount.

먼저, 종배양 시에는 실시예 1의 NMS 배지와 동일한 NMS 배지를 제조하여, 스크류 캡이 달린 500 ㎖ 플라스크에 40 ㎖씩 분주하였고, 키토산 기반 유기 나노 입자/나노 유체가 최종농도 0.005 %가 되도록 주입한 다음, DH-1 seed를 10 ㎖씩 접종한 후, 실시예 1와 같이 메탄 에어 혼합가스를 공급, 2일 동안 종배양을 진행을 하여, CH4가스를 효율적으로 사용할 수 있는 적응된 미생물을 준비하였다. 대조군의 경우, 종배양 시 키토산 기반 유기 나노 입자/나노 유체가 들어간 부피만큼 3차 멸균 증류수를 넣어주어 동일한 방식으로 배양을 진행하였다. First, during the seed culture, the same NMS medium as the NMS medium of Example 1 was prepared, and each 40 ml was dispensed into a 500 ml flask with a screw cap, and the chitosan-based organic nanoparticles/nanofluid was injected to a final concentration of 0.005%. Then, after inoculating 10 ㎖ of DH-1 seed, as in Example 1, supplying methane air mixed gas, and performing seed culture for 2 days, adapted microorganisms that can efficiently use CH 4 gas prepared. In the case of the control group, tertiary sterile distilled water was added as much as the volume containing the chitosan-based organic nanoparticles/nanofluid during seed culture, and culture was performed in the same manner.

본배양 발효시에는, 각각의 5L 발효기에 제조한 NMS 배지를 3L씩 분주 후, 타닌-철 나노 유체를 배지내 최종 농도 0.05% 가 되도록 100 ㎖씩 주입하였고, 대조군은 멸균된 증류수 100㎖을 배지에 주입한 다음, 각각 종배양 방식에 따른 DH-1 seed를 100㎖씩 각각의 5L 반응기에 접종하였다. 이때, 계속적으로 반응기내 메탄 및 산소를 공급해주기 위하여, 발효조의 Sparger에 각각 메탄, 에어 가스가 들어있는 47 L가스 실린더에 연결된 MFC (MC-500SCCM-D, MC-200SCCM-D, Alicat Scientific, U.S)를 이용하여 300 ㎖/min 속도로 메탄(CH4) 가스와 공기가 4:6 비율로 혼합된 혼합가스가 공급될 수 있도록 설정하였다. 발효조건은 30℃, pH 6.75-6.95, 800rpm 조건으로 배치 배양을 진행하였다. During the main culture fermentation, 3L of NMS medium prepared in each 5L fermenter was dispensed by 100ml each, and 100ml of tannin-iron nanofluid was injected so that the final concentration in the medium was 0.05%, and 100ml of sterilized distilled water was used for the control medium After injection, 100 ml of DH-1 seeds according to each culture method were inoculated into each 5L reactor. At this time, in order to continuously supply methane and oxygen in the reactor, MFC (MC-500SCCM-D, MC-200SCCM-D, Alicat Scientific, US ) was set so that a mixed gas in which methane (CH 4 ) gas and air were mixed in a 4:6 ratio at a rate of 300 ml/min could be supplied. Fermentation conditions were 30° C., pH 6.75-6.95, and batch culture was performed at 800 rpm.

소모되는 가스(CH4, O2)의 양은 발효기에 연결된 콘덴서를 통해 빠져나가는 가스 유출 라인을 QMS system에 연결하여, 6분 간격으로 가스 소모양을 비교 분석하였으며, 시간에 따른 미생물 생장농도와 발효산물(메탄올, 아세트산, 숙신산)의 경우 반응기에 연결된 샘플링포트 (Sampling-port)를 이용하여 회수하여 분석하였다. The amount of consumed gas (CH 4 , O 2 ) was compared and analyzed at 6-minute intervals by connecting the gas outflow line exiting through the condenser connected to the fermenter to the QMS system, and the microbial growth concentration and fermentation over time Products (methanol, acetic acid, succinic acid) were recovered and analyzed using a sampling port connected to the reactor.

미생물 생장농도의 경우, 분광광도계 (Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용해, 600nm 흡광 영역에서 관찰하였고, 메탄올 변화의 경우 HP-5(Agilent, 30m×0.32mm) column이 연결된 7890B GC를 이용하여 분석을 진행하였으며, 발효 시 발생되는 유기산 분석의 경우, Aminex HPX-87H ion exclusion (Bio-rad, 300×7.8mm) column 이 연결된 1260 HPLC (Agilent, CA, USA)를 이용하여, 5mM 황산(H2SO4)를 이동상으로 사용하여 분석을 진행하였다. In the case of microbial growth concentration, it was observed in the absorption region of 600 nm using a spectrophotometer (Shimadzu, Kyoto, Japan). In the case of organic acid analysis generated during fermentation, 5 mM sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was used as a mobile phase for analysis.

HPLC 분석의 경우, 이동상 조성의 변화 없이 0.6㎖/min, 50℃ DAD를 이용하여, 흡광영역 210nm에서 분석을 진행하였다. 이때, 상기 분석 조건에서 시간에 따라 9분, 11.1분, 13.1분, 13.6분, 14.3분에서 각각 피루브산(Pyruvic acid), 숙신산(Succinic aicd), 포름산(Formic acid), 푸마릭산(Fumaric acid), 아세트산(Acetic acid)가 분리되는 것을 확인하였고, 각각의 표준 정량 샘플을 이용하여, 농도를 계산하여, DH-1 발효 시간에 따른 발효 산물 농도 분석을 진행하였다. In the case of HPLC analysis, the analysis was performed in the absorption region 210 nm using 0.6 ml/min, 50° C. DAD without change in the composition of the mobile phase. At this time, pyruvic acid, succinic acid, formic acid, fumaric acid, It was confirmed that acetic acid was separated, and the concentration was calculated using each standard quantitative sample, and the concentration of the fermentation product according to the DH-1 fermentation time was analyzed.

그 결과, 도 19에 기재된 바와 같이, 시간에 따른 DH-1의 발효 시 미생물 생장농도와 메탄 소모량의 경우, 나노 유체를 적용한 경우, 메탄 소모량의 증대 와 함께, 미생물 생장농도가 개선된 것을 확인할 수 있다. 특히, 나노입자/나노유체 적용 유무에 따른 초기 메탄 소모량의 증대는 초기배양 24시간까지 결과에서 더욱 뚜렷하게 관찰되는 것을 확인하였다. As a result, as described in FIG. 19, in the case of microbial growth concentration and methane consumption during fermentation of DH-1 over time, when nanofluid was applied, it was confirmed that the methane consumption was increased and the microbial growth concentration was improved. there is. In particular, it was confirmed that the increase in initial methane consumption according to the presence or absence of application of nanoparticles/nanofluids was observed more clearly in the results up to 24 hours of initial culture.

발효 시간에 따른 메탄 소모량 비교에 대한 정량지표는 도 20에 기재하였다. 도 20에 기재된 바와 같이, 시간별 구간에 따라 CH4 소모율과 단위 미생물 생장농도에 따른 CH4 소모율의 차이는 있지만, 나노유체를 적용하지 않은 음성 대조군 대비 나노유체를 적용하여 DH-1 발효를 진행한 경우, 모두 높은 정량 값을 보이는 것을 확인할 수 있었다.A quantitative index for comparison of methane consumption according to fermentation time is described in FIG. 20 . As described in Figure 20, there is a difference in the CH 4 consumption rate and the CH 4 consumption rate according to the unit microbial growth concentration according to the time interval, but the DH-1 fermentation was performed by applying the nanofluid compared to the negative control that did not apply the nanofluid. case, it was confirmed that all of them showed high quantitative values.

이를 통해, CH4 이용 미생물의 발효 공정 시 나노유체가 미생물 생장농도 개선효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다. Through this, the nanofluid in the fermentation process of CH 4 using microorganisms It was confirmed that the effect of improving the microbial growth concentration was shown.

또한, 발효 산물인 메탄올, 아세트산, 숙신산의 생성 변화량을 분석한 결과, 도 21에 기재된 바와 같이, 메탄자화균의 중간 발효 산물 중 하나인 메탄올은 전 구간에서 음성 대조군 대비 나노유체의 적용에 따라 생성량이 높은 것을 확인하였고, 도 22에 기재된 바와 같이, 발효 중간 산물인 아세트산도 나노유체의 적용에 따라 생성량이 높은 것을 확인하였으며, 도 23에 기재된 바와 같이, DH-1 발효의 대표산물인 숙신산 역시 나노유체의 적용에 따라 높게 나타나는 것을 확인할 수 있다. In addition, as a result of analyzing the amount of production change of the fermentation products, methanol, acetic acid, and succinic acid, as shown in FIG. 21 , methanol, one of the intermediate fermentation products of methanogenic bacteria, was produced according to the application of nanofluid compared to the negative control in all sections. It was confirmed that this was high, and as shown in FIG. 22, it was confirmed that the production amount of acetic acid, a fermentation intermediate product, was also high according to the application of the nanofluid, and as described in FIG. 23, succinic acid, a representative product of DH-1 fermentation, was also nano It can be seen that it appears high depending on the application of the fluid.

상기 발효 산물의 정량 지표를 분석한 결과, 도 24에 기재된 바와 같이, 미생물 건조 중량의 경우, 음성대조군이 1.6 g/L 로 나타난 반면, 나노유체를 적용한 경우, 2.38 g/L로 미생물 농도가 향상된 것을 확인하였고, 메탄올의 경우 각각 2.29 g/L, 5.54 g/L 로 메탄올 생성 량 또한 확연하게 증대된 것을 확인하였으며, 아세트산의 경우에도 각각 0.045 g/L, 0.065 g/L로 증가한 것을 확인하였고, DH-1의 주 발효 산물인 숙신산의 경우에도, 음성대조군이 0.1 g/L를 생산한데 비해, 나노유체를 적용한 경우, 0.15 g/L로 1.5배 증가한 것을 확인할 수 있었다. As a result of analyzing the quantitative index of the fermentation product, as described in FIG. 24, in the case of the microbial dry weight, the negative control was 1.6 g/L, whereas when the nanofluid was applied, the microbial concentration was improved to 2.38 g/L. In the case of methanol, it was confirmed that the methanol production amount was also significantly increased to 2.29 g/L and 5.54 g/L, respectively, and in the case of acetic acid, it was confirmed that it increased to 0.045 g/L and 0.065 g/L, respectively, In the case of succinic acid, the main fermentation product of DH-1, it was confirmed that the negative control produced 0.1 g/L, but increased 1.5 times to 0.15 g/L when the nanofluid was applied.

이를 통해, 나노유체를 메탄 자화균 발효 공정에 적용시 메탄 소모량 및 미생물 생장농도 개선 효과 및 발효 산물의 생성량 또한 획기적으로 증대되는 것을 확인할 수 있었다. Through this, it was confirmed that when the nanofluid was applied to the fermentation process of methane magnetizing bacteria, the effect of improving the methane consumption and microbial growth concentration and the production of the fermentation product were also remarkably increased.

실시예 12. 키토산 기반 나노유체를 통해 C1가스를 효율 적으로 사용할 수 있는 적응된 Example 12. Adapted to Efficient Use of C1 Gas Through Chitosan-Based Nanofluids Methylosinus trichosporium Methylosinus trichosporium OB3b의 본배양 시 타닌-철 나노 유체를 적용하였을 때의 CHCH when tannin-iron nanofluid was applied during main culture of OB3b 44 소모/미생물 생장농도 및 대사산물 생산양 비교 Comparison of consumption/microorganism growth concentration and metabolite production amount

DH-1과 다른 대사과정을 가지는 메탄자화균인 Methylosinus trichosporium OB3b (이하 OB3b)의 발효에 나노유체의 종배양 적용 및 본배양 적용을 통한 발효를 진행하였다. OB3b 종배양 및 본배양 발효에 사용된 배지는 NMS 배지2(멸균수 1L 당 MgSO4·7H2O 1g, KNO3 1g, CaCl2·2H2O 0.2g, iron-chelate 0.0038g, Na2MoO4·2H2O 0.0006g, KH2PO4 0.26g, Na2HPO4·7H2O 0.62g, biotin 0.02㎎, folic acid 0.02㎎, thiamine hydrochloride 0.05㎎ Ca-pantothenate 0.05㎎, vitamin-B12 0.001㎎, riboflavin 0.05㎎, nicotiamide 0.05㎎, FeSO4·7H2O 0.5㎎, ZnSO4·7H2O 0.4㎎, MnCl2·7H2O 0.02㎎, CoCl2·6H2O 0.05㎎, NiCl2·6H2O 0.01㎎, boric acid 0.015㎎, EDTA 0.25㎎)를 사용하였다. In the fermentation of Methylosinus trichosporium OB3b (hereinafter OB3b), which is a methanogenic bacterium having a metabolic process different from that of DH-1, the fermentation was carried out through the application of seed culture and main culture application of nanofluids. The medium used for the OB3b seed culture and main culture fermentation was NMS medium 2 (per 1 L of sterile water, MgSO 4 7H 2 O 1 g, KNO 3 1 g, CaCl 2 2H 2 O 0.2 g, iron-chelate 0.0038 g, Na 2 MoO 4 2H 2 O 0.0006 g, KH 2 PO 4 0.26 g, Na 2 HPO 4 7H 2 O 0.62 g, biotin 0.02 mg, folic acid 0.02 mg, thiamine hydrochloride 0.05 mg Ca-pantothenate 0.05 mg, vitamin-B12 0.001 mg , riboflavin 0.05mg, nicotiamide 0.05mg, FeSO 4 7H 2 O 0.5 mg, ZnSO 4 7H 2 O 0.4 mg, MnCl 2 7H 2 O 0.02 mg, CoCl 2 6H 2 O 0.05 mg, NiCl 2 6H 2 O 0.01 mg, boric acid 0.015 mg, EDTA 0.25 mg) was used.

종배양 시에는 상위 NMS 배지2를 제조하여, 스크류 캡이 달린 500 ㎖ 플라스크에 NMS 배지 2를 38 ㎖씩 분주한 다음, 키토산-올레아미드 나노 유체가 최종농도 0.005 %가 되도록 2ml을 주입하거나, 대조군으로 2ml의 3차 증류수를 주입한 후, OB3b seed를 10 ㎖씩 접종하였다. In the case of seed culture, prepare upper NMS medium 2, dispense 38 ml of NMS medium 2 into a 500 ml flask with a screw cap, and then inject 2 ml so that the chitosan-oleamide nanofluid has a final concentration of 0.005%, or control After injecting 2ml of tertiary distilled water, OB3b seeds were inoculated at 10ml each.

이후, 플라스크 각각의 일 측에 5 ㎖의 실린지 바늘을 꽂은 후, 메탄(CH4)가스와 공기가 3:7 비로 혼합된 혼합가스를 300 ㏄/min의 속도로 8분 30초 동안 공급해준 뒤, 30 ℃200rpm 에서 2일 동안 종배양을 진행을 하였다. After that, after inserting a syringe needle of 5 ml to one side of each flask, a mixed gas in which methane (CH 4 ) gas and air were mixed in a 3:7 ratio was supplied at a rate of 300 cc/min for 8 minutes and 30 seconds. Then, the seed culture was performed at 30 ℃ 200rpm for 2 days.

본배양은 3L 발효기(Kobiotech, 인천, 한국)에 제조한 NMS 배지2를 1.4L씩 분주 후, 종배양 시 나노 유체를 적용하였던 OB3b 발효의 경우, 타닌-철 나노 유체를 배지내 최종 농도 0.05% 가 되도록 100 ㎖ 적용하여 발효를 진행하였으며, 대조군의 경우, 멸균된 증류수를 100㎖ 적용하여 발효를 진행하였다. 이때, 계속적으로 반응기내 메탄 및 산소를 공급해주기 위하여, 발효조의 Sparger에 각각 메탄, 에어 가스가 들어있는 47 L가스 실린더에 연결된 MFC (MC-500SCCM-D, MC-200SCCM-D, Alicat Scientific, U.S)를 이용하여 300 ㎖/min 속도로 메탄(CH4)가스와 공기가 3:7 비율로 혼합된 혼합가스가 공급될 수 있도록 설정하였다. 이후 발효조건은 30℃, pH 6.8-7.00, 400rpm 조건으로 배치 배양을 진행하였다.In the case of OB3b fermentation, in which 1.4L of NMS medium 2 prepared in a 3L fermenter (Kobiotech, Incheon, Korea) was dispensed each, and nanofluid was applied during seed culture, tannin-iron nanofluid was added to the final concentration of 0.05% in the medium. Fermentation was carried out by applying 100 ml to become At this time, in order to continuously supply methane and oxygen in the reactor, MFC (MC-500SCCM-D, MC-200SCCM-D, Alicat Scientific, US ) was set so that a mixed gas in which methane (CH 4 ) gas and air were mixed in a 3:7 ratio at a rate of 300 ㎖/min can be supplied. Thereafter, batch culture was performed at 30° C., pH 6.8-7.00, and 400 rpm as fermentation conditions.

이때, 소모되는 가스(CH4, O2)의 양은 발효기에 연결된 콘덴서를 통해 빠져나가는 가스 유출 라인을 7890A GC system (Agilent, CA, USA)에 연결하여, 최소 60분 간격으로 가스 소모양을 비교 분석하였다. 미생물 생장농도의 경우에는 분광광도계 (Biochrom, Cambridge, UK)를 이용해 600nm 파장영역의 흡수 파장의 흡광도를 이용하여 분석하였다. At this time, the amount of consumed gas (CH 4 , O 2 ) is compared to the gas consumption at least 60 minutes intervals by connecting the gas outflow line exiting through the condenser connected to the fermenter to the 7890A GC system (Agilent, CA, USA). analyzed. The microbial growth concentration was analyzed using a spectrophotometer (Biochrom, Cambridge, UK) using the absorbance of the absorption wavelength in the 600nm wavelength region.

또한, OB3b의 주 대사산물인 PHB (Poly-hydroxybutyrate)의 경우, 표준 정량 샘플을 이용, 농도를 계산하여, 발효 시간에 따른 농도 분석을 진행하였다. 농도 분석은 Agilent 사의 DB-Wax 컬럼 (30m x 0.32 mm, Agilent)이 연결된 7890A 모델의 FID를 이용하여, 분석을 진행하였다.In addition, in the case of poly-hydroxybutyrate (PHB), which is the main metabolite of OB3b, the concentration was calculated using a standard quantitative sample, and the concentration was analyzed according to fermentation time. Concentration analysis was performed using the FID of the 7890A model connected to Agilent's DB-Wax column (30m x 0.32 mm, Agilent).

그 결과, 도 25에 기재된 바와 같이, 나노유체가 적용된 OB3b의 메탄 소모율 및 미생물 생장속도가 뛰어난 것을 확인하였으며, 도 26와 같이 주 대사산물인 PHB의 생성량 또한, 나노유체가 적용된 경우, 배양 모든 구간에서 증가하는 것을 확인하였으며, 상기 결과를 바탕으로 나노유체 적용 유무에 따른, OB3b의 단위 미생물 생장농도에 따른 메탄 소모량, 단위 미생물 생장농도에 따른 산소소모량 정량지표를 계산한 결과, 도 27에 기재된 바와 같이, 메탄 소모양은 음성 대조군의 경우, 2.53 (g/g)인데 비해, 나노유체를 적용한 경우, 3.27 (g/g)인 것을 확인하였고, 산소 소모율의 경우, 각각 3.67 (g/g), 3.68 (g/g)인 것을 확인하였으며, OB3b의 주 대사산물인 PHB를 단위 미생물 건조중량에 따른 생성 정량 지표를 계산한 결과 도 28에 기재된 바와 같이 음성 대조군의 경우, 0.442 (g/g)인데 반해, 나노유체를 적용한 경우 0.478 (g/g) 으로, 나노유체를 적용한 경우의 단위 미생물 당 메탄 소모량 및 PHB 생성량이 나노유체를 적용하지 않은 음성대조군 대비 높은 것을 확인할 수 있었다. As a result, as described in FIG. 25 , it was confirmed that the methane consumption rate and microbial growth rate of OB3b to which the nanofluid was applied were excellent, and as shown in FIG. 26 , the production amount of PHB, the main metabolite, also, when the nanofluid was applied, all sections of the culture , and based on the results, methane consumption according to unit microbial growth concentration of OB3b and oxygen consumption quantitative index according to unit microbial growth concentration were calculated based on the results, as described in FIG. 27 Likewise, the methane consumption was 2.53 (g/g) in the case of the negative control, but 3.27 (g/g) when the nanofluid was applied, and in the case of the oxygen consumption rate, 3.67 (g/g) and 3.68, respectively. (g/g), and as a result of calculating the quantitative index of production of PHB, the main metabolite of OB3b, according to the dry weight of the unit microorganism, as described in FIG. 28, in the case of the negative control, it was 0.442 (g/g) whereas , when the nanofluid was applied, it was 0.478 (g/g), and it was confirmed that the amount of methane consumption and PHB production per unit microorganism in the case of applying the nanofluid was higher than in the negative control group without the application of the nanofluid.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As a specific part of the present invention has been described in detail above, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. will be. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (16)

(a) 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 C1가스 대사능을 가진 미생물을 종배양(seed culture)하여 매질에 분산된 나노입자를 세포막에 흡착 및 적응시키는 단계; 및
(b) 상기 종배양된 미생물을 나노유체를 함유하지 않는 배지에서 본배양(main culture)하는 단계;
를 포함하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
(a) In a medium containing a nanofluid in which chitosan-introduced lipid compound nanoparticles are dispersed in a medium, a microorganism having C1 gas metabolizing ability is seed cultured to adsorb the nanoparticles dispersed in the medium to the cell membrane and adapting; and
(b) the step of culturing the main culture (main culture) in a medium that does not contain the nano-fluid in the cultured microorganism;
A method of improving metabolite productivity through improvement of C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability, comprising:
(a) 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 C1가스 대사능을 가진 미생물을 종배양(seed culture)하여 매질에 분산된 나노입자를 세포막에 흡착 및 적응시키는 단계; 및
(b) 상기 종배양된 미생물을 타닌-전이금속 복합체가 도입된 바이오폴리머 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체를 함유하는 배지에서 본배양(main culture)하는 단계;
를 포함하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
(a) In a medium containing a nanofluid in which chitosan-introduced lipid compound nanoparticles are dispersed in a medium, a microorganism having C1 gas metabolizing ability is seed cultured to adsorb the nanoparticles dispersed in the medium to the cell membrane and adapting; and
(b) culturing the cultured microorganism in a medium containing a nanofluid in which the biopolymer nanoparticles into which the tannin-transition metal complex is introduced are dispersed in the medium (main culture);
A method of improving metabolite productivity through improvement of C1 gas utilization efficiency of microorganisms having C1 gas metabolizing ability, comprising:
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 키토산은 수용성 키토산, 불용성 키토산 및 키토산 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The method according to claim 1 or 2, wherein the chitosan is at least one selected from the group consisting of water-soluble chitosan, insoluble chitosan, and chitosan derivatives. How to improve product productivity.
제3항에 있어서, 상기 수용성 키토산은 키토산 HCL, 키토산 아세테이트, 키토산 글루타메이트 및 키토산 락테이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The method according to claim 3, wherein the water-soluble chitosan is at least one selected from the group consisting of chitosan HCL, chitosan acetate, chitosan glutamate and chitosan lactate. Methods for improving metabolite productivity.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지질 화합물은 올레산, 라우릭산, 올레아미드 및 에루카미드로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
According to claim 1 or 2, wherein the lipid compound is oleic acid, lauric acid, oleamide and erucamide, characterized in that any one or more selected from the group consisting of C1 gas utilization efficiency of microorganisms with C1 gas metabolizing ability Methods of improving metabolite productivity through enhancement.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 C1가스 대사능을 가진 미생물은 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1), 메틸로시너스 트리코스포리움 OB3b(Methylosinus trichosporium OB3b), 메틸로모나스 스트레인(Methylomonas Strain), 메틸로모나스 루브라(Methylomonas rubra), 메틸로모나스 아우란티아카(Methylomonas aurantiaca), 메틸로모나스 포디나룸(Methylomonas fodinarum), 메틸로모나스 메타니카 (Methylomonas methanica), 메틸로시너스 스포리움 유형-5(Methylosinus sporium type 5), 메틸로시너스 트리코스포리움(Methylosinus trichosporium), 아세토박테리움 우디이(Acetobacterium woodii), 써모코쿠스 속 AM4((Thermococcus strain AM4) 및 써모코쿠스 온누리누스(Thermococcus onnurineus)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
According to claim 1 or 2, wherein the microorganism having the C1 gas metabolizing ability is Methylomonas genus DH-1 ( Methylomonas sp. DH-1 ), Methylosinus trichosporium OB3b ( Methylosinus trichosporium OB3b ), methyl Monas strain ( Methylomonas Strain ), Methylomonas rubra ( Methylomonas rubra ), Methylomonas aurantiaca ( Methylomonas aurantiaca ), Methylomonas fodinarum ), Methylomonas methanica ( Methylomonas methanica ) Rosinus sporium type-5 ( Methylosinus sporium type 5 ), Methylosinus trichosporium ), Acetobacterium woodii ), Thermococcus genus AM4 ( ( Thermococcus strain AM4 ) and Thermococcus onnuri Nus ( Thermococcus onnurineus ) Method of improving metabolite productivity through improvement of C1 gas utilization efficiency of microorganisms with C1 gas metabolic ability, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체는 (a) 키토산과 지질 화합물을 산성 용매에 혼합하여 제조된 용액을 전기방사법에 의해 나노섬유로 제조하는 단계; 및 (b) 제조된 나노섬유를 pH 9이하의 수용액에서 파쇄하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The nanofluid according to claim 1 or 2, wherein the chitosan-introduced lipid compound nanoparticles are dispersed in a medium (a) a solution prepared by mixing chitosan and a lipid compound in an acidic solvent by electrospinning. manufacturing into fibers; And (b) method for improving metabolite productivity through improving the efficiency of using C1 gas of microorganisms having C1 gas metabolizing ability, characterized in that it is prepared by a method comprising the step of crushing the prepared nanofibers in an aqueous solution of pH 9 or less .
제7항에 있어서, 상기 산성 용매는 트리플루오로아세트산, 헥사플루오로이소프로판올, 헥사플루오로프로판올, 아세트산, 및 염산으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 산을 포함하는 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
According to claim 7, wherein the acidic solvent is trifluoroacetic acid, hexafluoroisopropanol, hexafluoropropanol, acetic acid, and hydrochloric acid, characterized in that it contains any one or more acids selected from the group consisting of C1 gas metabolizing capacity A method of improving metabolite productivity by improving the C1 gas utilization efficiency of microorganisms with
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 키토산이 도입된 지질화합물 나노입자의 평균 직경은 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the average diameter of the lipid compound nanoparticles into which the chitosan is introduced is 200 nm or less.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매질은 극성용매인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the medium is a polar solvent.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 C1가스는 일산화탄소 또는 메탄인것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the C1 gas is carbon monoxide or methane.
제2항에 있어서, 상기 전이금속은 철, 니켈, 코발트, 몰리브덴 및 크롬으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
According to claim 2, wherein the transition metal is iron, nickel, cobalt, molybdenum and chromium, characterized in that any one or more selected from the group consisting of C1 gas metabolizing ability of microorganisms with C1 gas utilization efficiency improvement through metabolite productivity How to improve.
제2항에 있어서, 상기 바이오폴리머는 셀룰로오스, 키토산, 폴리감마글루탐산, 폴리락트산, 폴리하이드록시 알카노에이트, 폴리하이드록시 부틸산 및 폴리올레핀으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The C1 gas of claim 2, wherein the biopolymer is at least one selected from the group consisting of cellulose, chitosan, polygamma-glutamic acid, polylactic acid, polyhydroxyalkanoate, polyhydroxybutyric acid, and polyolefin. A method of improving metabolite productivity by improving the C1 gas utilization efficiency of microorganisms with metabolic ability.
제2항에 있어서, 상기 타닌-전이금속 복합체가 도입된 바이오폴리머 나노입자가 매질에 분산되어 있는 나노유체는 (a) 바이오폴리머에 산을 첨가하여 바이오폴리머 나노입자를 제조하는 단계; 및 (b) 상기 바이오폴리머 나노입자를 타닌 용액과 전이금속 용액에 첨가하여 분산시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
The method according to claim 2, wherein the tannin-transition metal complex is introduced into the nanofluid in which the biopolymer nanoparticles are dispersed in a medium, comprising the steps of: (a) adding an acid to the biopolymer to prepare the biopolymer nanoparticles; and (b) adding and dispersing the biopolymer nanoparticles to a tannin solution and a transition metal solution. How to improve product productivity.
제14항에 있어서, 상기 산은 황산, 염산, 질산, 인산, 불산 및 포름산으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
15. The method according to claim 14, wherein the acid is at least one selected from the group consisting of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid and formic acid. How to improve.
제2항에 있어서, 상기 바이오폴리머 나노입자는 0.1 내지 50nm의 직경과 10~1㎛의 길이를 갖는 실린더 형태인 것을 특징으로 C1가스 대사능을 가진 미생물의 C1가스 이용효율 향상을 통한 대사산물 생산성 향상 방법.
According to claim 2, wherein the biopolymer nanoparticles are in the form of cylinders having a diameter of 0.1 to 50 nm and a length of 10 to 1 μm. How to improve.
KR1020200140319A 2020-10-27 2020-10-27 Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids KR102462992B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200140319A KR102462992B1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200140319A KR102462992B1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220055830A true KR20220055830A (en) 2022-05-04
KR102462992B1 KR102462992B1 (en) 2022-11-03

Family

ID=81583844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200140319A KR102462992B1 (en) 2020-10-27 2020-10-27 Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102462992B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007521220A (en) * 2003-12-18 2007-08-02 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー Bioprocesses facilitated by magnetic nanoparticles
KR20190046702A (en) * 2017-10-26 2019-05-07 충남대학교산학협력단 New Organic nanofluid materials for improving C1 gas transmission efficiency
KR20190046689A (en) * 2017-10-25 2019-05-07 주식회사 에이엔폴리 Nanocellulose based materials for C1 gas transmission efficiency and preparing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007521220A (en) * 2003-12-18 2007-08-02 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー Bioprocesses facilitated by magnetic nanoparticles
KR20190046689A (en) * 2017-10-25 2019-05-07 주식회사 에이엔폴리 Nanocellulose based materials for C1 gas transmission efficiency and preparing the same
KR20190046702A (en) * 2017-10-26 2019-05-07 충남대학교산학협력단 New Organic nanofluid materials for improving C1 gas transmission efficiency

Also Published As

Publication number Publication date
KR102462992B1 (en) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maity et al. Trends and advances in sustainable bioethanol production by marine microalgae: A critical review
US7972824B2 (en) Microbial fermentation of gaseous substrates to produce alcohols
KR101375029B1 (en) Novel bacteria and methods of use thereof
KR102105851B1 (en) New Organic nanofluid materials for improving C1 gas transmission efficiency
ES2578229T3 (en) CO fermentation through the use of an electrical potential
KR102278910B1 (en) Improved fermentation of gaseous substrates
US20090137013A1 (en) Microorganisms and methods for increased hydrogen production using diverse carbonaceous feedstock and highly absorptive materials
ES2878261T3 (en) Methods of maintaining crop viability
JP5892507B2 (en) A method for producing 3-hydroxybutyric acid or a salt thereof.
CN106434483B (en) A kind of lactobacillus buchneri and its application
Kajla et al. Microbial CO2 fixation and biotechnology in reducing industrial CO2 emissions
CN103740609B (en) The microorganism of one strain high-yield of 1,3-propanediol
EA030282B1 (en) Fermentation method
Rai et al. Evaluation of low cost immobilized support matrices in augmentation of biohydrogen potential in dark fermentation process using B. licheniformis AP1
Wannapokin et al. Potential of bio-hydrogen production by C. pasteurianum co-immobilized with selected nano-metal particles
Bezerra et al. Fed-batch cultivation of Arthrospira platensis using carbon dioxide from alcoholic fermentation and urea as carbon and nitrogen sources
KR102462992B1 (en) Method for Improving Metabolite Production of Microorganism having Ability to Metabolize C1 Gas using Organic Material based-Nanofluids
Ust’ak et al. Experimental verification of various methods for biological hydrogen production
Zhang et al. Efficient caproate production from ethanol and acetate in open culture system through reinforcement of chain elongation process
KR101244469B1 (en) Method and Device for Producing Bio-Diesel and Fermentation Material by Culturing Microalgae
CN111699170B (en) Extraction of carboxylic acids
Manikandan et al. A novel rotating wide gap annular bioreactor (Taylor-Couette type flow) for polyhydroxybutyrate production by Ralstonia eutropha using carob pod extract
JP2016096764A (en) Butanol production method
KR20220040409A (en) Method of Relieving Toxicity of Carbon Monoxide and Enhancing Stability of Biological Conversion of Carbon Monoxide Using Nanofluid
WO2022092338A1 (en) Method for increasing metabolic productivity of microorganisms using c1 gas by using organic material-based nanofluid

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant