WO2015023051A2 - 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법 - Google Patents

광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2015023051A2
WO2015023051A2 PCT/KR2014/005273 KR2014005273W WO2015023051A2 WO 2015023051 A2 WO2015023051 A2 WO 2015023051A2 KR 2014005273 W KR2014005273 W KR 2014005273W WO 2015023051 A2 WO2015023051 A2 WO 2015023051A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
microalgae
photobioreactor
unit
raw water
cultivation
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/005273
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2015023051A3 (ko
Inventor
이성재
최낙철
Original Assignee
주식회사 에이이
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 주식회사 에이이 filed Critical 주식회사 에이이
Publication of WO2015023051A2 publication Critical patent/WO2015023051A2/ko
Publication of WO2015023051A3 publication Critical patent/WO2015023051A3/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23N—MACHINES OR APPARATUS FOR TREATING HARVESTED FRUIT, VEGETABLES OR FLOWER BULBS IN BULK, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PEELING VEGETABLES OR FRUIT IN BULK; APPARATUS FOR PREPARING ANIMAL FEEDING- STUFFS
    • A23N17/00—Apparatus specially adapted for preparing animal feeding-stuffs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
    • A23K10/16—Addition of microorganisms or extracts thereof, e.g. single-cell proteins, to feeding-stuff compositions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/80—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for aquatic animals, e.g. fish, crustaceans or molluscs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/26—Conditioning fluids entering or exiting the reaction vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, 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
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor

Definitions

  • the present invention relates to a technique for producing microalgae (eg, spirulina), and more specifically, to a microalgae at a high density through a hybrid photobiological reactor in which an enclosed photoreactor and an open photoreactor are combined.
  • the present invention relates to a microalgae cultivation using a photobioreactor, a method for producing aquaculture feed using the same, and a method of manufacturing the same, which secondaryly induce its mass cultivation after secondary growth, and which can be used as aquaculture feed. will be.
  • spirulina a useful microalgae
  • cyanobacteria a mixture of plants and animals that grow in sea water and hot alkaline waters with high alkalinity, which are highly salty.
  • Spirulina is composed of 60 to 70% protein, 6 to 7% lipid and 15 to 20% carbohydrate.It contains vitamins, minerals and fiber, and contains pigments such as carotenoids, chlorophyll and phycocyanin. Of course, it contains all the essential amino acids, rich in essential fatty acids linolenic acid, gamma-linolenic acid, digestion absorption rate is 95% or more is good digestion is an advantage.
  • spirulina can be used as a dietary supplement in fisheries and animal husbandry, in addition to its nutritional value and usefulness as a health food.
  • the culture of the spirulina is mainly used SOT medium (Society of Toxicology (SOT) medium), the SOT medium contains carbon and nitrogen and various inorganic salts, nitrogen and carbon through the metabolism of spirulina It is an essential component of Spirulina, which is an essential component of metabolites such as amino acids and proteins that are produced, and absorbs carbon dioxide to produce oxygen.
  • various inorganic salts are P, Na, K, Mg, and S. , Fe and Cl, and the like, and may also include Ca, Mn, Zn, and Cu.
  • the growth stage can be largely divided into the stages of proliferation and the growth and proliferation of cells accumulating lipids, and the growth stage is sufficient for all factors related to culture such as light, nutrients, and temperature. .
  • the accumulation amount may be reduced or a variation of the product may be generated under stress.
  • the photobiological reactor for culturing the microalgae as described above may be divided into an open type and a closed type
  • the open type photobioreactor is a commercially available microalgae mass production system in the form of an open pond.
  • the closed type photobioreactor is configured to be divided into a cylindrical type and a flat plate type and 10-2010-0010060 (published on Jan. 29, 2010).
  • the microalgae could be grown at a high density, but it was difficult to mass culture the microalgae.
  • the microalgae can be cultivated in large quantities, but there is a disadvantage in that the microalgae cannot be grown at a high density. Therefore, a technique for culturing the microalgae at high density and cultivating it in large quantities is urgently needed.
  • the present invention is intended to meet these needs.
  • the present invention is to improve the conventional problems as described above, as a hybrid type combining a closed and open photobiological reactor as raw water for the cultivation of microalgae (eg spirulina) seawater (Seawater) and brackish (Brackish) And by constructing an optical bioreactor using groundwater, the microalgae are first grown at a high density, and then the mass culture is induced secondarily, and the microalgae mass-cultured are concentrated in a centrifugation unit process, and It is an object of the present invention to provide a microalgae culture using a photobioreactor for extracting aquaculture feed through a drying process, a culture feed system using the same, and a method of manufacturing the same.
  • microalgae eg spirulina
  • seawater seawater
  • brackish brackish
  • Raw water supply unit for supplying raw water containing salt;
  • a disinfecting unit for sterilizing and disinfecting raw water containing salt from the raw water supply unit;
  • Medium supply unit for supplying a medium composition mixed with microalgal strains;
  • a first reservoir for mixing and storing raw water sterilized and disinfected by the disinfecting unit and a medium composition supplied from the medium supplying unit;
  • a hybrid type photobial reaction unit that primarily proliferates high-density microalgae in raw water fed with nutrients from the medium composition mixed in the first reservoir and induces large-scale cultivation of the proliferated microalgae;
  • a feed extraction unit for extracting aquaculture feed through the concentration and drying process of the microalgae in which the large-scale culture is induced from the hybrid type photobiological reaction unit; It will be configured to include.
  • the raw water supply unit raw water storage tank for storing any one of the raw water of sea water and brackish water and ground water;
  • a salt tank configured to supply salt to raw water from which particulate matter is removed by the filter unit, and to supply the salt to the disinfecting unit. It will be configured to include.
  • microalgae are Spirulina Platensis
  • medium composition is a mixture of SOT medium (Society of Toxicology) and Trace Metal Mix B 6 Modified and NaOH and pH 9.8.
  • the SOT medium is NaHCO 3 16.8g / L, K 2 HPO 4 0.5g / L, NaNO 3 2.5g / L, K 2 SO 4 1g / L, NaCl 1g / L, MgSO 4 ⁇ 7H 2 O 0.2g / L, CaCl 2 ⁇ 2H 2 O 0.04g / L, FeSO 4 ⁇ 7H 2 O 0.01g / L, EDTA 0.08g / L, Trace Metal Mix A 5 (H 3 BO 3 2.86g / L, MnCl 2 ⁇ 4H 2 O 1.81g / L, ZnSO 4 ⁇ 7H 2 O 0.222g / L, Na 2 MoO 4 ⁇ 2H 2 O 0.39g / L, CuSO 4 ⁇ 5H 2 O 0.79g / L, Co (NO 3) 2 ⁇ 6H 2 O 49.4mg / L) 1.0ml / L, Trace Metal Mix B 6 Modified (NH 4 NO 3 0.23g / L, K 2
  • the SOT medium is changed to Nag 1.5g / L and NaNO 3 1.0g / L, and in addition, the final product of protein metabolism urea, CO (NH 2 ) 2 ) 2.5g / L more is applied.
  • the photobiological reaction unit may further include a tubular PBR, which is a first photobioreactor for firstly proliferating high-density microalgae in raw water fed with nutrients from the medium composition mixed in the first reservoir; Raceway Pond, which is a second photobioreactor for inducing mass culture of high density microalgae grown from the first photobioreactor; To connect sequentially.
  • a tubular PBR which is a first photobioreactor for firstly proliferating high-density microalgae in raw water fed with nutrients from the medium composition mixed in the first reservoir
  • Raceway Pond which is a second photobioreactor for inducing mass culture of high density microalgae grown from the first photobioreactor
  • the first photobioreactor is a closed horizontal tubular photobioreactor.
  • the first photobiological reactor may be configured as a mobile reactor installed in a steel frame (epoxy coated) having a certain width, a predetermined length and a predetermined height.
  • the left and right or front and rear sides of the first optical bioreactor respectively, to install an LED lamp and a reflective mirror made of stainless steel to increase the high density growth effect of the microalgae.
  • the second photobioreactor is also an open paddle driven circulation photoreactor.
  • the light contrast cycle for high-density growth and mass cultivation of microalgae in the first and second photobioreactors cross operating time and down time, the operating time within the range of 15-17 hours, the pause The time is set within the range of 7-9 hours.
  • the first photobioreactor may be configured to connect air or carbon dioxide to a first feeder to induce high-density microalgal growth from the feedstock when the feedstock receives nutrients from the medium composition.
  • the air filter is to block the influx of bacteria and fungi harmful to microalgae culture.
  • the feed extracting unit the first culture medium storage unit for storing the culture medium of the microalgae induced mass culture from the second photobioreactor;
  • a centrifugal separator for receiving the microalgal culture solution stored in the first culture medium storage unit and then concentrating the microalgal culture solution in a centrifugation process;
  • a second culture solution storage unit for storing the concentrated microalgal culture solution from the centrifuge; It will be configured to include.
  • the feed extracting part is configured to further include a drying unit for extracting aquaculture feed by drying the microalgal culture solution concentrated from the centrifugal separator through a spray dryer.
  • the raw water supply unit, the disinfection unit, the medium supply unit, the first reservoir, and the photobiological reaction unit and the feed extracting unit are each connected by a pipe in which a movable valve and a pump are installed, and the opening and closing of the movable valve and the on / off of the pump are performed.
  • Off-drive is remotely controlled by PL to control the supply amount of the medium composition supplied from the medium supply unit to the first reservoir and the amount of air or carbon dioxide supplied from the first supply unit to the first photobioreactor.
  • the configuration is configured to be monitored by VFD.
  • the culture of the microalgae using the photobioreactor and the culture of the microalgae implemented by the aquaculture feed production system using the same, and the method for producing aquaculture feed using the same containing the salt in the raw water to be supplied and then particulate Filtering to remove material, sterilizing it and storing it in a first reservoir;
  • a fifth step of extracting the aquaculture feed by drying the concentrated microalgal culture solution from the fourth step It will continue to include more.
  • the present invention is a hybrid type combining a closed type and an open type photobioreactor, which uses seawater, brackish, and groundwater as raw water for culturing microalgae (eg, spirulina). It is composed of a reactor, through which the microalgae are first grown at a high density, and the mass culture is induced secondly, and the microalgae mass-cultured are extracted through the centrifugation and drying process of the microalgae. You can expect the effect.
  • microalgae eg, spirulina
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a microalgae culture using an optical bioreactor and aquaculture feed production system using the same as an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a flow chart showing a microalgae culture using a photobioreactor and aquaculture feed production method using the same as an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows a schematic block diagram of a microalgae culture using a photobioreactor and aquaculture feed production system using the same as an embodiment of the present invention.
  • the microalgae culture using the photobioreactor and the aquaculture feed production system using the same include a raw water supply unit 10, a disinfection unit 20, a medium supply unit 30, and a first 1 reservoir 40, photoreaction unit 50, feed extractor 60, and first feeder 70, PLC (Programmable Logic Controller) 100 and VFD (Vaccum Fluorescent Display) ) Will be configured to include (200).
  • PLC Programmable Logic Controller
  • VFD Vaccum Fluorescent Display
  • the raw water supply unit 10 supplies raw water containing salt, and supplies a raw water storage tank (Water Tank) 11, a filter unit (Water Filter) 12, and a salt water tank (Saline Water Tank) 13 It is to include.
  • the raw water storage tank 11 is configured to store raw water of any one of seawater, brackish, and groundwater.
  • the filter unit 12 is connected to the raw water storage tank 11 through a pipe in which a movable valve and a pump are installed, and when the raw water is discharged from the raw water storage tank 11 through a pipe, the raw water After removing the particulate matter in the it is configured to supply to the salt tank (13).
  • the filter unit 12 is connected to the salt tank 13 through a pipe in which the movable valve and the pump are installed, and the salt tank 13 is free of particulate matter by the filter unit 12. After the salt is contained in the raw water is to be configured to supply it to the disinfection unit (20).
  • the disinfection unit (UV Treatment) 20 is connected to the salt tank 13 through a pipe in which a movable valve and a pump are installed, and after sterilizing and disinfecting raw water containing salt from the salt tank 13 It is configured to supply it to the first reservoir 40, and accordingly the disinfecting unit 20 is configured to connect to the first reservoir 40 through a pipe in which the movable valve and the pump are installed.
  • the medium supply unit (Nutrient Tank) 30 is connected to the first reservoir 40 through a pipe in which the movable valve and the pump are installed, and the microalgal (eg, spirulina) strain is added to the first reservoir 40. It is configured to supply a mixed medium composition.
  • the microalgae are Spirulina Platensis
  • the medium composition is a mixture of SOT medium (Society of Toxicology) and Trace Metal Mix B 6 Modified, and NaOH and pH 9.8.
  • the SOT medium is NaHCO 3 16.8g / L, K 2 HPO 4 0.5g / L, NaNO 3 2.5g / L, K 2 SO 4 1g / L, NaCl 1g / L, MgSO 4 ⁇ 7H 2 O 0.2g / L, CaCl 2 ⁇ 2H 2 O 0.04g / L, FeSO 4 ⁇ 7H 2 O 0.01g / L, EDTA 0.08g / L, Trace Metal Mix A 5 (H 3 BO 3 2.86g / L, MnCl 2 ⁇ 4H 2 O 1.81g / L, ZnSO 4 ⁇ 7H 2 O 0.222g / L, Na 2 MoO 4 ⁇ 2H 2 O 0.39g / L, CuSO 4 ⁇ 5H 2 O 0.79g / L, Co (NO 3) 2 ⁇ 6H 2 O 49.4mg / L) 1.0ml / L, Trace Metal Mix B 6 Modified (NH 4 NO 3 0.23g / L, NaNO
  • NaCl 1.5g / L and NaNO 3 1.0g / L are applied to the SOT medium, and in addition, urea (CO (NH 2 )), which is a final product of protein metabolism 2 ) It is applied to further include 2.5g / L.
  • urea CO (NH 2 )
  • the first reservoir tank 40 stores mixed raw water sterilized and disinfected by the disinfecting unit 20 and a medium composition supplied from the medium supplying unit 30, and then installs a movable valve and a pump. It is configured to supply to the photobiological reaction unit 50 is connected to.
  • the photobiological reaction unit 50 primarily grows high-density microalgae in raw water fed with nutrients from the medium composition mixed in the first reservoir 40 and secondaryly cultures the microalgae grown in large quantities. After inducing it to be configured to supply to the feed extraction unit 60 is connected to the pipe through which the movable valve and the pump is installed.
  • the photobiological reaction unit 50 is a hybrid reaction unit to which both closed and open types are applied, and includes the first and second photobiological reactors 51 and 52.
  • the tubular PBR (51), the first photobioreactor, is a closed horizontal tubular photobioreactor that primarily proliferates high-density microalgae from raw water fed from the medium composition mixed in the first reservoir (40). It is configured to.
  • the first photobioreactor 51 has a predetermined width, a predetermined length and a predetermined height while being installed in a steel frame made of epoxy coated (steel frame) can be configured as a mobile type, fixed or the
  • the LED lamp and the reflective mirror made of stainless steel are symmetrically installed on the left, right, and front and rear sides of the mobile reactor, such as to increase the high density growth effect of the microalgae.
  • Raceway Pond 52 the second photobioreactor, is an open paddle-driven circulating raceway reactor, configured to induce mass culture of high density microalgae grown from the first photobioreactor 51. Will be.
  • the second photobioreactor 52 is provided with eight open paddles at an angle of 45 degrees, respectively, and the operating speed of the paddle is configured to be adjusted to 10 RPM, but is not necessarily limited thereto.
  • the light intensity period for the high-density growth and mass cultivation of microalgae in the first and second photobioreactors 51 and 52 is an operating time for the first and second photobioreactors 51 and 52.
  • the idle time is controlled by cross-operation, the operating time of the first and second photobioreactors 51 and 52 is in the range of 15-17 hours, and the first and second photobioreactors 51 and 52.
  • the pause time is set within 7-9 hours.
  • the first feeder 70 supplies air or carbon dioxide to the first photobioreactor 51 when inflow of nutrient raw water from the medium composition is introduced into the first photobioreactor 51. This is to induce high density microalgal growth from the raw water.
  • the first feeder 70 is configured to be connected to the first photobioreactor 51 and a pipe in which the movable valve and the pump are installed, and the first feeder 70 has bacteria harmful to microalgae culture from the outside. And to configure the air filter to block the inflow of mold.
  • the feed extracting unit 60 is a microalgal from which the mass culture is induced from the second photobiological reactor 52 included in the photobiological reaction unit 50 through the concentration and drying process of the centrifugation unit process
  • the extraction includes a first culture reservoir (Harvesting Pond) 61, a centrifuge machine (62), a second culture medium (Collecting Tank) (63), in addition to the drying unit (Drier) 64) can be configured to include more.
  • the first culture medium storage unit 61 is configured to store the culture medium of the microalgae in which mass culture is induced from the second photobioreactor 52.
  • the centrifugal separator 62 is configured to concentrate the microalgal culture solution stored in the first culture medium storage unit 61 and then concentrate it by a centrifugal separation process, which is not shown in the drawing, but has a mesh screen at the bottom. It is also possible to utilize the attached microalgal culture solution pressurization device.
  • the second culture medium storage unit 63 is configured to store the microalgal culture solution concentrated from the centrifuge 62.
  • the drying unit 64 receives the concentrated microalgal culture solution stored in the second culture medium storage unit 63, or directly receives the concentrated microalgal culture solution from the centrifuge 62 It is configured to extract the aquaculture feed by drying it, and the drying may be utilized, although not shown in the drawings, using a multistage tray and / or a spray dryer, but is not necessarily limited thereto.
  • the PLC 100 is the raw water supply unit 10 and the disinfection unit 20 and the medium supply unit 30, and the first reservoir 40, the photobiological reaction unit connected to each other through a pipe in which the movable valve and the pump is installed (50), by remotely controlling the feed extraction unit 60, the opening and closing of the movable valve and the on / off driving of the pump, as well as the medium composition supplied from the medium supply unit 30 to the first reservoir (40) And the supply amount of air or carbon dioxide supplied from the first feeder 70 to the first photobioreactor 51.
  • the VFD 200 is configured to monitor the operation state according to the remote control of the PLC (100).
  • Figure 2 attached shows a microalgae culture using a photobioreactor and aquaculture feed manufacturing method using the same, the manufacturing method proceeds to the first to fourth process (S10-S40), in addition to the fifth It is also possible to further include the step (S50).
  • the first step (S10) is a step of containing the salt in the raw water to be supplied, filtered to remove particulate matter and sterilized it and stored in the first reservoir (40).
  • the raw water from which the particulate matter is removed from the filter unit 12 is supplied to the salt tank 13 through a pipe, and accordingly, the salt tank 13 contains salt in the raw water, and the salt is contained.
  • Raw water is supplied to the disinfecting unit 20 through a pipe, and the disinfecting unit 20 sterilizes the raw water containing the salt through ultraviolet sterilization and then supplies it to the first storage tank 40 through the pipe. It is.
  • the raw water of the first storage tank 40 to which the medium composition is supplied is introduced into the photobiological reaction unit 50 to proliferate a high density microalgae and then culture it in large quantities.
  • the first photobioreactor 51 included in the photobiological reaction unit 50 is connected to the first reservoir 40 by a pipe, as well as connected to the first supply 70 by a pipe.
  • the first feeder 70 is to supply a certain amount of air or carbon dioxide to promote high density microalgae growth to the first photobioreactor 51 under the remote control of the PLC (100).
  • the second photobiological reactor 52 included in the photobiological reaction unit 50 is to induce mass culture of microalgae grown at high density from the first photobioreactor 51.
  • the microalgal culture solution mass cultured in the second photobioreactor 52 is concentrated in the feed extraction unit 60 by a centrifugation process.
  • the feed extraction part 60 is to receive the microalgal culture solution stored in the first culture medium storage unit 61 and to concentrate it in the centrifugation process.
  • the second culture medium storage unit 63 included in the feed extracting unit 60 stores the microalgal culture solution concentrated from the centrifugal separating unit 62 and is dried in the feed extracting unit 60.
  • the unit 64 is to receive the microalgal culture solution concentrated in the second culture medium storage unit 63 when it is discharged.
  • the drying unit 64 may include a spray dryer and / or a rake, wherein the spray driers and / or rake may extract aquaculture feed by drying the supplied culture solution.
  • Dried aquaculture feed of microalgal cultures can be used as fish food in aquaculture farms.
  • the present invention can be applied to the art of manufacturing microalgae.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Animal Husbandry (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Marine Sciences & Fisheries (AREA)
  • Birds (AREA)
  • Insects & Arthropods (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법을 개시한 것으로, 이러한 본 발명은 밀폐형과 개방형의 광생물 반응기를 조합한 하이브리드형으로서 미세조류(예; 스피룰리나)의 배양을 위한 원수를 해수(Seawater)와 기수(Brackish) 및 지하수(Groundwater)를 사용하는 광생물 반응기를 구성한 것이며, 이에따라 고밀도로 미세조류를 1차적으로 증식시킨 후 이의 대량 배양을 2차적으로 유도하고, 대량 배양되는 미세조류를 원심분리 단위공정의 농축, 그리고 건조 과정을 통해 양식사료를 추출한 것이다.

Description

광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법
본 발명은 미세조류(예; 스피룰리나(spirulina)의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밀폐형의 광생물 반응기와 개방형의 광생물 반응기가 조합되는 하이브리드형 광생물 반응기를 통해 고밀도로 미세조류를 1차적으로 증식시킨 후 이의 대량 배양을 2차적으로 유도하는 한편, 대량 배양되는 미세조류를 양식사료로서 사용할 수 있도록 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유용 미세조류 중 스피룰리나는 시아노박테리아의 일종으로 해수와 염도가 높은 강한 알칼리성을 지닌 열대지방의 더운 물에서 번식하는 식물과 동물의 혼합 형태로서, 이는 남조류의 나선형 다세포 미생물로 엽록소, 피코시안 색소가 있어 광합성을 하는 것이다.
스피룰리나의 구성성분은 단백질 60∼70%, 지질 6∼7% 및 탄수화물 15∼20%로 이루어져 있으며, 비타민, 무기질, 섬유소 등을 함유하고 있고, 카로티노이드, 클로로필 및 피코시안 등의 색소가 들어 있음은 물론, 필수 아미노산을 모두 함유하고 있으며, 필수 지방산인 리놀렌산, 감마리놀렌산도 풍부하며, 소화 흡수율이 95% 이상으로 소화가 잘 되는 것이 장점이다.
이에따라, 스피룰리나는 영양학적인 가치, 건강식품으로서의 유용성 이외에도 항암효과, 각종 면역 기능 증강 효과, 기능성 화장품 소재로서의 가능성, 그리고 수산업과 축산업에서 양식사료로서의 사용이 가능한 것이다.
한편, 상기 스피룰리나의 배양을 위해서는 SOT 배지(Society of Toxicology (SOT) medium)를 주로 사용하게 되는데, 상기 SOT 배지는 탄소와 질소 및 각종 무기염류를 포함하는 것으로, 질소와 탄소는 스피룰리나가 대사를 통하여 만들어내는 아미노산, 단백질 등 대사산물의 필수 구성요소가 되고, 특별히 이산화탄소를 흡수하여 산소를 만들어내는 스피룰리나에는 중요한 원소이며, 또한 각종 무기염류는 균체의 주요 무기염은 P, Na, K, Mg, S, Fe 및 Cl 등이며, Ca, Mn, Zn 및 Cu 등도 포함될 수 있는 것이다.
그러나, 상기와 같은 SOT 배지는 많은 양의 NaHCO3, Na2CO3, NaNO3, 및 트레이스 메탈(trace metals)을 필요로 하기 때문에 비싸다는 단점을 가지며, 이에따라 종래에는 특허공개공보 제 10-2012-0129024 호(공개일 2012.11.28.)에서와 같이 요소 및 토양추출물을 함유하는 스피룰리나의 배양용 배지 조성물을 개발하기에 이르렀다.
그리고, 배양에 있어서는 증식의 단계와, 생육 및 증식한 세포가 지질 등을 축적하는 단계로 크게 구분할 수 있으며, 증식단계는 빛과 영양소 및 온도 등 배양에 관계하는 인자가 모두 충분하게 필요로 하는 것이다.
상기 지질 등을 축적하는 단계에서는 배양에 관계하는 인자 중 어떠한 인자가 부족하면, 스트레스를 받아 축적량이 감소 또는 생산물의 변이가 발생될 수 있다.
한편, 상기와 같은 미세조류의 배양을 위한 광생물 반응기는 개방형과 밀폐형으로 구분될 수 있으며, 상기 개방형 광생물 반응기는 수로형 연못(open pond)의 형태로서 일반적으로 상용화된 미세 조류 대량 생산시스템이고, 상기 밀폐형 광생물 반응기는 평판형과 공개특허공보 제 10-2010-0010060 호(공개일 2010.01.29.)에서와 같은 원통형으로 구분되어 구성되는 것이다.
그러나, 미세조류를 배양하기 위한 개방형 광생물 반응기와 밀폐형 광생물 반응기는 각각 독립적으로 운영되면서, 상기 밀폐형 광생물 반응기의 경우에는 고밀도로 미세조류를 증식할 수 있었지만 미세조류의 대량 배양이 어려웠고, 상기 개방형 광생물 반응기의 경우에는 미세조류의 대량 배양이 가능하였지만 미세조류를 고밀도로 증식하지 못하는 단점을 가지고 있으며, 이에, 미세조류를 고밀도로 증식한 후 이를 대량으로 배양할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이며, 본 발명은 이러한 요구를 충족시키기 위한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 밀폐형과 개방형의 광생물 반응기를 조합한 하이브리드형으로서 미세조류(예; 스피룰리나)의 배양을 위한 원수를 해수(Seawater)와 기수(Brackish) 및 지하수(Groundwater)를 사용하는 광생물 반응기를 구성함으로써, 고밀도로 미세조류를 1차적으로 증식시킨 후 이의 대량 배양을 2차적으로 유도하고, 대량 배양되는 미세조류를 원심분리 단위공정의 농축, 그리고 건조 과정을 통해 양식사료를 추출할 수 있도록 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있는 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템은, 염분을 함유한 원수를 공급하는 원수공급부; 상기 원수공급부로부터 염분이 함유된 원수를 살균 소독하는 소독부; 미세조류 균주가 혼합된 배지조성물을 공급하는 배지공급부; 상기 소독부에 의해 살균 소독되는 원수와 상기 배지공급부에서 공급하는 배지조성물을 혼합 저장하는 제 1 저장조; 상기 제 1 저장조에서 혼합된 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수에서 고밀도의 미세조류를 1차적으로 증식하고 증식된 미세조류의 대량 배양을 2차적으로 유도하는 하이브리드형 광생물 반응부; 및, 상기 하이브리드형 광생물 반응부로부터 대량 배양이 유도되는 미세조류를 원심분리 단위 공정의 농축과 건조 공정을 통해 양식사료를 추출하는 사료추출부; 를 포함하여 구성하는 것이다.
또한, 상기 원수공급부는 해수와 기수 및 지하수 중 어느 하나의 원수를 저장하는 원수저장조; 상기 원수저장조에서 원수 배출시 입자성 물질을 제거하는 필터부; 및, 상기 필터부에 의해 입자성 물질이 제거되는 원수에 염분이 함유되도록 한 후 이를 상기 소독부에 공급하는 염전탱크; 를 포함하여 구성하는 것이다.
또한, 상기 미세조류는 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina Platensis)이고, 상기 배지조성물은 SOT 배지(Society of Toxicology)와 Trace Metal Mix B6 Modified 및, NaOH와 pH 9.8 중에서 복수로 혼합 구성되는 것이다.
또한, 상기 SOT 배지는 NaHCO3 16.8g/L, K2HPO4 0.5g/L, NaNO3 2.5g/L, K2SO4 1g/L, NaCl 1g/L, MgSO4·7H2O 0.2g/L, CaCl2·2H2O 0.04g/L, FeSO4·7H2O 0.01g/L, EDTA 0.08g/L, Trace Metal Mix A5(H3BO3 2.86g/L, MnCl2·4H2O 1.81g/L, ZnSO4·7H2O 0.222g/L, Na2MoO4·2H2O 0.39g/L, CuSO4·5H2O 0.79g/L, Co(NO3)2·6H2O 49.4mg/L) 1.0ml/L, Trace Metal Mix B6 Modified(NH4NO3 0.23g/L, K2Cr2(SO4)·24H2O 96mg/L, NiSO4·7H2O 47.8mg/L, Na2WO4·2H2O 17.9mg/L, Ti2(SO4)3 40mg/L) 1.0ml/L를 모두 포함하는 것이다.
또한, 상기 미세조류 스피룰리나의 성장 촉진을 위해 상기 SOT 배지에서는 NaCl 1.5g/L와 NaNO3 1.0g/L로 변경 적용하고, 이에 더하여 단백질 대사 최종 분해 산물인 요소(urea, CO(NH2)2) 2.5g/L를 더 포함하여 적용하는 것이다.
또한, 상기 광생물 반응부에는 상기 제 1 저장조에서 혼합된 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수에서 고밀도의 미세조류를 1차 증식시키는 제 1 광생물 반응기인 Tubular PBR; 및, 상기 제 1 광생물 반응기로부터 증식된 고밀도 미세조류의 대량 배양을 유도하는 제 2 광생물 반응기인 Raceway Pond; 를 순차적으로 연결 구성하여둔 것이다.
또한, 상기 제 1 광생물 반응기는 밀폐된 수평 튜브형의 광생물 반응기인 것이다.
또한, 상기 제 1 광생물 반응기는 일정폭과 일정길이 및 일정높이를 가지면서 에폭시 코팅(Epoxy coated)이 이루어진 스틸프레임(steel frame)에 설치되는 이동식 반응기로 구성할 수도 있는 것이다.
또한, 상기 제 1 광생물 반응기의 좌우 또는 전후 양측에는 각각 미세조류의 고밀도 증식 효과를 높이도록 LED램프와 스테인레스 재질의 반사형 거울을 설치 구성하는 것이다.
또한, 상기 제 2 광생물 반응기는 개방된 패들 구동 순환식의 수로형(Raceway) 광생물 반응기인 것이다.
또한, 상기 제 2 광생물 반응기에는 개방된 8개의 패들을 각각 45도의 각도로 설치하고, 설치된 상기 패들의 운전속도가 10RPM으로 조절되도록 구성하여둔 것이다.
또한, 상기 제 1,2 광생물 반응기에서 미세조류의 고밀도 증식 및 대량 배양을 위한 빛의 명암주기는 가동시간과 휴지시간을 교차 운영하되, 상기 가동시간은 15-17 시간 범위내에서, 상기 휴지시간은 7-9 시간 범위내에서 설정하는 것이다.
또한, 상기 제 1 광생물 반응기에는 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수 유입시, 상기 원수로부터 고밀도의 미세조류 증식을 유도하기 위한 공기 또는 이산화탄소를 제 1 공급기를 연결 구성하고, 상기 제 1 공급기에는 외부로부터 미세조류 배양에 유해한 세균 및 곰팡이의 유입을 차단하는 공기필터를 구성하여둔 것이다.
또한, 상기 사료추출부는, 상기 제 2 광생물 반응기로부터 대량 배양이 유도된 미세조류의 배양액을 저장하는 제 1 배양액 저장부; 상기 제 1 배양액 저장부에 저장되는 미세조류 배양액을 공급받은 후 이를 원심분리의 공정으로 농축시키는 원심분리부; 상기 원심분리부로부터 농축된 미세조류 배양액을 저장하는 제 2 배양액 저장부; 를 포함하여 구성하는 것이다.
또한, 상기 사료추출부에는 원심분리부로부터 농축되는 미세조류 배양액을 스프레이 건조기를 통해 건조시켜 양식사료를 추출하게 되는 건조부를 더 포함하여 구성하는 것이다.
또한, 상기 원수공급부와 소독부 및 배지공급부와 제 1 저장조, 그리고 광생물 반응부와 사료추출부는 각각 가동밸브 및 펌프가 설치되는 배관으로 연결 구성하고, 상기 가동밸브의 개폐와 상기 펌프의 온/오프 구동은 상기 배지공급부에서 제 1 저장조로 공급되는 배지조성물의 공급량과, 상기 제 1 공급기에서 상기 제 1 광생물 반응기로 공급되는 공기 또는 이산화탄소의 공급량이 자동 조절되도록 피엘씨(PLC)에 원격 제어되도록 구성함은 물론, 브이에프디(VFD)에 의해 모니터링이 이루어지도록 구성하여둔 것이다.
다른 일면에 따라, 상기 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템에 의해 구현되는 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조방법은, 공급되는 원수에 염분을 함유시킨 후 입자성 물질을 제거하도록 필터링하고, 이를 살균처리하여 제 1 저장조에 저장하는 제 1 공정; 상기 제 1 공정의 제 1 저장조에 저장되는 원수에 배지조성물을 공급하는 제 2 공정; 상기 제 2 공정으로부터 배지조성물이 공급되는 제 1 저장조의 원수를 광생물 반응부에 투입하여 고밀도의 미세조류를 증식한 후 이를 대량으로 배양하는 제 3 공정; 상기 제 3 공정으로부터 대량 배양되는 미세조류 배양액을 원심분리의 공정으로 농축시키는 제 4 공정; 을 포함하여 진행하는 것이다.
또한, 상기 제 4 공정으로부터 농축된 미세조류 배양액을 건조시켜 양식사료를 추출하는 제 5 공정; 을 더 포함하여 진행하는 것이다.
이와 같이 본 발명은 밀폐형과 개방형의 광생물 반응기를 조합한 하이브리드형으로서 미세조류(예; 스피룰리나)의 배양을 위한 원수를 해수(Seawater)와 기수(Brackish) 및 지하수(Groundwater)를 사용하는 광생물 반응기를 구성한 것으로, 이를 통해 고밀도로 미세조류를 1차적으로 증식시킨 후 이의 대량 배양을 2차적으로 유도하고, 대량 배양되는 미세조류를 원심분리 단위공정의 농축, 그리고 건조 과정을 통해 양식사료를 추출하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예로 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템에 대한 개략적인 블럭 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예로 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조방법을 보인 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예로 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템에 대한 개략적인 블럭 구성도를 도시한 것이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템은 원수공급부(10), 소독부(20), 배지공급부(30), 제 1 저장조(40), 광생물 반응부(50), 사료추출부(60), 그리고 제 1 공급기(70)와 피엘씨(PLC; Programmable Logic Controller)(100)와 브이에프디(VFD; Vaccum Fluorescent Display)(200)를 포함하여 구성하는 것이다.
상기 원수공급부(10)는 염분을 함유한 원수를 공급하는 것으로, 원수저장조(Water Tank)(11)와, 필터부(Water Filter)(12), 그리고 염전탱크(Saline Water Tank)(13)를 포함하는 것이다.
상기 원수저장조(11)는 해수(Seawater)와 기수(Brackish) 및 지하수(Groundwater) 중 어느 하나의 원수를 저장하도록 구성되는 것이다.
상기 필터부(12)는 도면에는 도시하지 않았지만 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 상기 원수저장조(11)와 연결되는 것으로, 상기 원수저장조(11)에서 배관을 통해 원수를 배출시, 상기 원수에서 입자성 물질을 제거한 후 이를 상기 염전탱크(13)에 공급하도록 구성되는 것이다.
이에따라, 상기 필터부(12)는 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 상기 염전탱크(13)에 연결되며, 상기 염전탱크(13)는 상기 필터부(12)에 의해 입자성 물질이 제거되는 원수에 염분이 함유되도록 한 후 이를 상기 소독부(20)에 공급하도록 구성되는 것이다.
상기 소독부(UV Treatment)(20)는 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 상기 염전탱크(13)에 연결되는 것으로, 상기 염전탱크(13)로부터 염분이 함유된 원수를 살균 소독 처리한 후 이를 상기 제 1 저장조(40)에 공급하도록 구성되며, 이에따라 상기 소독부(20)는 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 상기 제 1 저장조(40)에 연결 구성하는 것이다.
상기 배지공급부(Nutrient Tank)(30)는 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 상기 제 1 저장조(40)에 연결되는 것으로, 상기 제 1 저장조(40)에 미세조류(예; 스피룰리나) 균주가 혼합된 배지조성물을 공급하도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 미세조류는 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina Platensis)이고, 상기 배지조성물은 SOT 배지(Society of Toxicology)와 Trace Metal Mix B6 Modified 및, NaOH와 pH 9.8 중에서 복수로 혼합 구성되는 것이다.
이때, 상기 SOT 배지는 NaHCO3 16.8g/L, K2HPO4 0.5g/L, NaNO3 2.5g/L, K2SO4 1g/L, NaCl 1g/L, MgSO4·7H2O 0.2g/L, CaCl2·2H2O 0.04g/L, FeSO4·7H2O 0.01g/L, EDTA 0.08g/L, Trace Metal Mix A5(H3BO3 2.86g/L, MnCl2·4H2O 1.81g/L, ZnSO4·7H2O 0.222g/L, Na2MoO4·2H2O 0.39g/L, CuSO4·5H2O 0.79g/L, Co(NO3)2·6H2O 49.4mg/L) 1.0ml/L, Trace Metal Mix B6 Modified(NH4NO3 0.23g/L, K2Cr2(SO4)·24H2O 96mg/L, NiSO4·7H2O 47.8mg/L, Na2WO4·2H2O 17.9mg/L, Ti2(SO4)3 40mg/L) 1.0ml/L를 모두 포함하는 것이다.
바람직하게는, 상기 미세조류 스피룰리나의 성장 촉진을 위해 상기 SOT 배지에서는 NaCl 1.5g/L와 NaNO3 1.0g/L를 적용하고, 이에 더하여 단백질 대사 최종 분해 산물인 요소(urea, CO(NH2)2) 2.5g/L를 더 포함하여 적용하는 것이다.
상기 제 1 저장조(Reservoir Tank)(40)는 상기 소독부(20)에 의해 살균 소독되는 원수와 상기 배지공급부(30)에서 공급하는 배지조성물을 혼합 저장한 후 이를 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관으로 연결되는 광생물 반응부(50)에 공급하도록 구성되는 것이다.
즉, 상기 광생물 반응부(50)는 상기 제 1 저장조(40)에서 혼합된 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수에서 고밀도의 미세조류를 1차적으로 증식하고 증식된 미세조류의 대량 배양을 2차적으로 유도한 후 이를 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 연결되는 사료추출부(60)에 공급하도록 구성되는 것이다.
이때, 상기 광생물 반응부(50)는 밀폐형과 개방형을 모두 적용한 하이브리드형 반응부로서, 제 1,2 광생물 반응기(51)(52)를 포함하여 구성하는 것이다.
상기 제 1 광생물 반응기인 Tubular PBR(51)는 밀폐된 수평 튜브형의 광생물 반응기로서, 상기 제 1 저장조(40)에서 혼합된 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수에서 고밀도의 미세조류를 1차 증식시키도록 구성되는 것이다.
여기서, 상기 제 1 광생물 반응기(51)는 일정폭과 일정길이 및 일정높이를 가지면서 에폭시 코팅(Epoxy coated)이 이루어진 스틸프레임(steel frame)에 설치하여 이동형으로 구성할 수 있으며, 고정형이나 상기와 같은 이동형 반응기의 좌우 또는 전후 양측에는 각각 도면에는 도시하지 않았지만 LED램프와 스테인레스 재질의 반사형 거울을 대칭되게 설치 구성하여 미세조류의 고밀도 증식 효과를 높일 수 있도록 하였다.
상기 제 2 광생물 반응기인 Raceway Pond(52)는 개방된 패들 구동 순환식의 수로형(Raceway) 반응기로서, 상기 제 1 광생물 반응기(51)로부터 증식된 고밀도 미세조류의 대량 배양을 유도하도록 구성되는 것이다.
즉, 상기 제 2 광생물 반응기(52)에는 개방된 8개의 패들을 각각 45도의 각도로 설치한 것이며, 상기 패들의 운전속도는 10RPM으로 조절되도록 구성하여둔 것이지만, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니다.
여기서, 상기 제 1,2 광생물 반응기(51)(52)에서 미세조류의 고밀도 증식 및 대량 배양을 위한 빛의 명암주기는 상기 제 1,2 광생물 반응기(51)(52)에 대한 가동시간과 휴지시간을 교차 운영함으로써 조절되며, 상기 제 1,2 광생물 반응기(51)(52)의 가동시간은 15-17 시간 범위내이고, 상기 제 1,2 광생물 반응기(51)(52)의 휴지시간은 7-9 시간 범위내에서 설정하여 두도록 한 것이다.
상기 제 1 공급기(70)는 상기 제 1 광생물 반응기(51)에 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수 유입이 이루어질 때, 상기 제 1 광생물 반응기(51)에 공기 또는 이산화탄소를 공급하는 것으로, 이는 상기 원수로부터 고밀도의 미세조류 증식을 유도하기 위함이다.
여기서, 상기 제 1 공급기(70)는 상기 제 1 광생물 반응기(51)와 가동밸브 및 펌프가 설치되는 배관으로 연결 구성되는 것으로, 상기 제 1 공급기(70)에는 외부로부터 미세조류 배양에 유해한 세균 및 곰팡이의 유입을 차단하기 위한 공기필터를 구성하도록 하였다.
상기 사료추출부(60)는 상기 광생물 반응부(50)에 포함되는 제 2 광생물 반응기(52)로부터 대량 배양이 유도되는 미세조류를 원심분리 단위 공정의 농축과 건조 공정을 통해 양식사료를 추출하는 것으로, 제 1 배양액 저장부(Harvesting Pond)(61), 원심분리부(Centrifuge Machine)(62), 제 2 배양액 저장부(Collecting Tank)(63)를 포함하고, 이에 더하여 건조부(Drier)(64)를 더 포함하여 구성할수도 있는 것이다.
상기 제 1 배양액 저장부(61)는 상기 제 2 광생물 반응기(52)로부터 대량 배양이 유도된 미세조류의 배양액을 저장하도록 구성되는 것이다.
상기 원심분리부(62)는 상기 제 1 배양액 저장부(61)에 저장되는 미세조류 배양액을 공급받은 후 이를 원심분리의 공정으로 농축시키도록 구성되는 것이며, 이는 도면에는 도시하지 않았지만 바닥에 메쉬스크린이 부착된 미세조류 배양액 가압장치를 활용할 수도 있는 것이다.
상기 제 2 배양액 저장부(63)는 상기 원심분리부(62)로부터 농축된 미세조류 배양액을 저장하도록 구성되는 것이다.
한편, 상기 건조부(64)는 상기 제 2 배양액 저장부(63)에 저장되는 농축된 미세조류 배양액을 공급받거나, 또는 상기 원심분리부(62)로부터 농축이 이루어진 미세조류 배양액을 직접 공급받은 후 이를 건조시켜 양식사료를 추출하도록 구성되며, 그 건조는 도면에는 도시하지 않았지만 다단의 채반 및/또는 스프레이 건조기를 활용할 수도 있지만, 반드시 이러한 것에 한정하는 것은 아니다.
상기 PLC(100)은 가동밸브와 펌프가 설치되는 배관을 통해 각각 연결되는 상기 원수공급부(10)와 소독부(20) 및 배지공급부(30), 그리고 제 1 저장조(40), 광생물 반응부(50), 사료추출부(60)를 원격 제어하는 것으로, 상기 가동밸브의 개폐와 상기 펌프의 온/오프 구동은 물론, 상기 배지공급부(30)에서 제 1 저장조(40)로 공급되는 배지조성물의 공급량 및, 상기 제 1 공급기(70)에서 상기 제 1 광생물 반응기(51)로 공급되는 공기 또는 이산화탄소의 공급량을 자동 조절하는 것이다.
상기 VFD(200)는 상기 PLC(100)의 원격제어에 따른 동작상태를 모니터링하도록 구성되는 것이다.
한편, 첨부된 도 2는 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조방법을 도시한 것으로, 그 제조방법은 제 1 내지 제 4 공정(S10-S40)으로 진행되지만, 이에 더하여 제 5 공정(S50)을 더 포함하여 진행할 수도 있는 것이다.
상기 제 1 공정(S10)은 공급되는 원수에 염분을 함유시킨 후 입자성 물질을 제거하도록 필터링하고 이를 살균처리하여 제 1 저장조(40)에 저장하는 공정이다.
즉, 원수공급부(10)에 포함되는 원수저장조(11)에 저장된 해수, 기수, 지하수 중 어느 하나의 원수가 배관을 통해 필터부(12)에 공급되면, 상기 필터부(12)에서는 원수에서 입자성 물질을 제거하게 된다.
그러면, 상기 필터부(12)에서 입자성 물질이 제거된 원수는 염분탱크(13)에 배관을 통해 공급되고, 이에따라 상기 염분탱크(13)에서는 원수에 염분을 함유하게 되고, 상기 염분이 함유된 원수는 배관을 통해 소독부(20)에 공급하게 되며, 상기 소독부(20)에서는 자외선 살균을 통해 상기 염분이 함유된 원수를 살균처리한 후 이를 배관을 통해 제 1 저장조(40)에 공급하도록 한 것이다.
다음의 제 2 공정(S20)으로서, 상기 제 1 저장조(40)에 살균처리된 원수가 공급되어 저장될 때, 상기 제 1 저장조(40)에 저장되는 원수에 배지조성물을 공급하도록 한 것이다.
다음의 제 3 공정(S30)으로서, 배지조성물이 공급되는 제 1 저장조(40)의 원수를 광생물 반응부(50)에 투입하여 고밀도의 미세조류를 증식한 후 이를 대량으로 배양하도록 한 것이다.
즉, 상기 광생물 반응부(50)에 포함되는 제 1 광생물 반응기(51)는 상기 제 1 저장조(40)와 배관으로 연결됨은 물론, 제 1 공급기(70)와 배관으로 연결된 것인 바,
상기 제 1 공급기(70)에서는 PLC(100)의 원격제어에 따라 상기 제 1 광생물 반응기(51)에 고밀도의 미세조류 증식을 촉진시키기 위한 일정량의 공기 또는 이산화탄소를 공급하게 되는 것이다.
그러면, 상기 광생물 반응부(50)에 포함되는 제 2 광생물 반응기(52)는 상기 제 1 광생물 반응기(51)로부터 고밀도로 증식된 미세조류의 대량 배양을 유도하게 되는 것이다.
다음의 제 4 공정(S40)으로서, 상기 제 2 광생물 반응기(52)에서 대량 배양되는 미세조류 배양액을 사료추출부(60)에서 원심분리의 공정으로 농축시키도록 한 것이다.
즉, 상기 사료추출부(60)에 포함되는 제 1 배양액 저장부(61)에 상기 제 2 광생물 반응기(52)로부터 대량 배양이 유도된 미세조류의 배양액이 저장되면, 상기 사료추출부(60)에 포함되는 원심분리부(62)는 상기 제 1 배양액 저장부(61)에 저장되는 미세조류 배양액을 공급받은 후 이를 원심분리의 공정으로 농축시키는 것이다.
한편, 상기 제 4 공정(S40) 이후에 제 5 공정(S50)으로서 농축된 미세조류 배양액을 건조시켜 양식사료를 추출할 수도 있는 것이다.
즉, 상기 사료추출부(60)에 포함되는 제 2 배양액 저장부(63)는 상기 원심분리부(62)로부터 농축된 미세조류 배양액을 저장하게 되고, 상기 사료추출부(60)에 포함되는 건조부(64)는 상기 제 2 배양액 저장부(63)에서 농축된 미세조류 배양액을 배출시 이를 공급받도록 한 것이다.
즉, 상기 건조부(64)에는 도면에는 도시하지 않았지만, 스프레이 건조기 및/또는 채반을 포함할 수 있는데, 상기 스프레이 건조기 및/또는 채반은 공급되는 배양액을 건조시킴으로써 양식사료를 추출할 수 있고, 이러한 미세조류 배양액의 건조된 양식사료는 양식장에서 어류의 먹이로서 사용할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
본 발명은 미세조류의 제조 기술 분야에 적용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 염분을 함유한 원수를 공급하는 원수공급부;
    상기 원수공급부로부터 염분이 함유된 원수를 살균 소독하는 소독부;
    미세조류 균주가 혼합된 배지조성물을 공급하는 배지공급부;
    상기 소독부에 의해 살균 소독되는 원수와 상기 배지공급부에서 공급하는 배지조성물을 혼합 저장하는 제 1 저장조;
    상기 제 1 저장조에서 혼합된 배지조정물로부터 영양을 공급받은 원수에서 고밀도의 미세조류를 1차적으로 증식하고 증식된 미세조류의 대량 배양을 2차적으로 유도하는 하이브리드형 광생물 반응부; 및,
    상기 하이브리드형 광생물 반응부로부터 대량 배양이 유도되는 미세조류를 원심분리 단위 공정의 농축과 건조 공정을 통해 양식사료를 추출하는 사료추출부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원수공급부는,
    해수와 기수 및 지하수 중 어느 하나의 원수를 저장하는 원수저장조;
    상기 원수저장조에서 원수 배출시 입자성 물질을 제거하는 필터부; 및,
    상기 필터부에 의해 입자성 물질이 제거되는 원수에 염분이 함유되도록 한 후 이를 상기 소독부에 공급하는 염전탱크; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 미세조류는 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina Platensis)이고, 상기 배지조성물은 SOT 배지(Society of Toxicology)와 Trace Metal Mix B6 Modified 및, NaOH와 pH 9.8 중에서 복수로 혼합 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 SOT 배지는 NaHCO3 16.8g/L, K2HPO4 0.5g/L, NaNO3 2.5g/L, K2SO4 1g/L, NaCl 1g/L, MgSO4·7H2O 0.2g/L, CaCl2·2H2O 0.04g/L, FeSO4·7H2O 0.01g/L, EDTA 0.08g/L, Trace Metal Mix A5(H3BO3 2.86g/L, MnCl2·4H2O 1.81g/L, ZnSO4·7H2O 0.222g/L, Na2MoO4·2H2O 0.39g/L, CuSO4·5H2O 0.79g/L, Co(NO3)2·6H2O 49.4mg/L) 1.0ml/L, Trace Metal Mix B6 Modified(NH4NO3 0.23g/L, K2Cr2(SO4)·24H2O 96mg/L, NiSO4·7H2O 47.8mg/L, Na2WO4·2H2O 17.9mg/L, Ti2(SO4)3 40mg/L) 1.0ml/L를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 미세조류 스피룰리나의 성장 촉진을 위해 상기 SOT 배지에서는 NaCl 1.5g/L와 NaNO3 1.0g/L로 변경 적용하고, 이에 더하여 단백질 대사 최종 분해 산물인 요소(urea, CO(NH2)2) 2.5g/L를 더 포함하여 적용하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광생물 반응부는,
    상기 제 1 저장조에서 혼합된 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수에서 고밀도의 미세조류를 1차 증식시키는 제 1 광생물 반응기인 Tubular PBR; 및,
    상기 제 1 광생물 반응기로부터 증식된 고밀도 미세조류의 대량 배양을 유도하는 제 2 광생물 반응기인 Raceway Pond; 를 순차적으로 연결 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 광생물 반응기는 밀폐된 수평 튜브형의 광생물 반응기인 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 광생물 반응기는 일정폭과 일정길이 및 일정높이를 가지면서 에폭시 코팅(Epoxy coated)이 이루어진 스틸프레임(steel frame)에 설치되는 이동식 반응기로 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 광생물 반응기의 좌우 또는 전후 양측에는 각각 미세조류의 고밀도 증식 효과를 높이도록 LED램프와 스테인레스 재질의 반사형 거울을 설치 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 광생물 반응기는 개방된 패들 구동 순환식의 수로형(Raceway) 광생물 반응기인 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 광생물 반응기에는 개방된 8개의 패들을 각각 45도의 각도로 설치하고, 설치된 상기 패들의 운전속도가 10RPM으로 조절되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1,2 광생물 반응기에서 미세조류의 고밀도 증식 및 대량 배양을 위한 빛의 명암주기는 가동시간과 휴지시간을 교차 운영하되, 상기 가동시간은 15-17 시간 범위내에서, 상기 휴지시간은 7-9 시간 범위내에서 설정하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 광생물 반응기에는 배지조성물로부터 영양을 공급받은 원수 유입시, 상기 원수로부터 고밀도의 미세조류 증식을 유도하기 위한 공기 또는 이산화탄소를 제 1 공급기를 연결 구성하고, 상기 제 1 공급기에는 외부로부터 미세조류 배양에 유해한 세균 및 곰팡이의 유입을 차단하는 공기필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 사료추출부는,
    상기 제 2 광생물 반응기로부터 대량 배양이 유도된 미세조류의 배양액을 저장하는 제 1 배양액 저장부;
    상기 제 1 배양액 저장부에 저장되는 미세조류 배양액을 공급받은 후 이를 원심분리의 공정으로 농축시키는 원심분리부; 및,
    상기 원심분리부로부터 농축된 미세조류 배양액을 저장하는 제 2 배양액 저장부; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 사료추출부에는 원심분리부로부터 농축되는 미세조류 배양액을 스프레이 건조기를 통해 건조시켜 양식사료를 추출하게 되는 건조부; 를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 원수공급부와 소독부 및 배지공급부와 제 1 저장조, 그리고 광생물 반응부와 사료추출부는 각각 가동밸브 및 펌프가 설치되는 배관으로 연결 구성하고, 상기 가동밸브의 개폐와 상기 펌프의 온/오프 구동은 상기 배지공급부에서 제 1 저장조로 공급되는 배지조성물의 공급량과, 상기 제 1 공급기에서 상기 제 1 광생물 반응기로 공급되는 공기 또는 이산화탄소의 공급량이 자동 조절되도록 피엘씨(PLC)에 원격 제어되도록 구성함은 물론, 브이에프디(VFD)에 의해 모니터링이 이루어지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템.
  17. 공급되는 원수에 염분을 함유시킨 후 입자성 물질을 제거하도록 필터링하고, 이를 살균처리하여 제 1 저장조에 저장하는 제 1 공정;
    상기 제 1 공정의 제 1 저장조에 저장되는 원수에 배지조성물을 공급하는 제 2 공정;
    상기 제 2 공정으로부터 배지조성물이 공급되는 제 1 저장조의 원수를 광생물 반응부에 투입하여 고밀도의 미세조류를 증식한 후 이를 대량으로 배양하는 제 3 공정;
    상기 제 3 공정으로부터 대량 배양되는 미세조류 배양액을 원심분리의 공정으로 농축시키는 제 4 공정; 을 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 4 공정으로부터 농축된 미세조류 배양액을 건조시켜 양식사료를 추출하는 제 5 공정; 을 더 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 광생물 반응기를 이용한 미세조류의 배양과 이를 이용한 양식사료 제조방법.
PCT/KR2014/005273 2013-08-14 2014-06-16 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법 WO2015023051A2 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2013-0096284 2013-08-14
KR1020130096284A KR101347109B1 (ko) 2013-08-14 2013-08-14 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2015023051A2 true WO2015023051A2 (ko) 2015-02-19
WO2015023051A3 WO2015023051A3 (ko) 2015-04-09

Family

ID=50144381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2014/005273 WO2015023051A2 (ko) 2013-08-14 2014-06-16 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101347109B1 (ko)
WO (1) WO2015023051A2 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017002084A1 (en) * 2015-07-01 2017-01-05 Nelson Mandela Metropolitan University Microalgae production process and equipment
CN109439535A (zh) * 2018-12-04 2019-03-08 南昌大学 一种微藻培养装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101594948B1 (ko) * 2014-02-18 2016-02-17 재단법인 탄소순환형 차세대 바이오매스 생산전환 기술연구단 미세조류 배양공정에서 과초산의 분해기작을 이용한 새로운 멸균방법
KR101522182B1 (ko) * 2015-02-10 2015-05-22 주식회사 에이이 분산법을 이용한 고효율 스피루리나 배양방법
KR102094845B1 (ko) * 2018-12-28 2020-03-31 인하대학교 산학협력단 신규 미세조류 배양 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11161A (ja) * 1997-06-09 1999-01-06 Clean Tec Kk 自動培養装置
KR20120021653A (ko) * 2010-08-12 2012-03-09 경북대학교 산학협력단 미세조류를 이용한 바이오 에너지 생산 시스템, 이로부터 생산된 바이오디젤 및 그 부산물
KR20120063766A (ko) * 2010-12-08 2012-06-18 부경대학교 산학협력단 미세조류 나비쿨라 인세르타의 가수분해물 및 이를 포함하는 항산화 조성물
KR20120072930A (ko) * 2010-12-24 2012-07-04 (주) 광진테크 미생물 배합 발효기
KR101241393B1 (ko) * 2012-07-18 2013-03-11 조선대학교산학협력단 미세조류 배양을 위한 광생물 반응기 배지 공급 자동화 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11161A (ja) * 1997-06-09 1999-01-06 Clean Tec Kk 自動培養装置
KR20120021653A (ko) * 2010-08-12 2012-03-09 경북대학교 산학협력단 미세조류를 이용한 바이오 에너지 생산 시스템, 이로부터 생산된 바이오디젤 및 그 부산물
KR20120063766A (ko) * 2010-12-08 2012-06-18 부경대학교 산학협력단 미세조류 나비쿨라 인세르타의 가수분해물 및 이를 포함하는 항산화 조성물
KR20120072930A (ko) * 2010-12-24 2012-07-04 (주) 광진테크 미생물 배합 발효기
KR101241393B1 (ko) * 2012-07-18 2013-03-11 조선대학교산학협력단 미세조류 배양을 위한 광생물 반응기 배지 공급 자동화 시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017002084A1 (en) * 2015-07-01 2017-01-05 Nelson Mandela Metropolitan University Microalgae production process and equipment
CN109439535A (zh) * 2018-12-04 2019-03-08 南昌大学 一种微藻培养装置
CN109439535B (zh) * 2018-12-04 2023-09-26 南昌大学 一种微藻培养装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101347109B1 (ko) 2014-01-07
WO2015023051A3 (ko) 2015-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015023051A2 (ko) 광생물 반응기를 이용한 미세조류 배양과 이를 이용한 양식사료 제조시스템 및 그 제조방법
US8617891B2 (en) Systems and methods for contaminant removal from a microalgae culture
CN209463162U (zh) 一种利用养殖尾水生产滤食性贝类的系统
WO2015108279A1 (ko) 하폐수를 이용한 미세조류 배양시스템 및 그 배양방법
WO2016165659A1 (zh) 人工光源微藻养殖装备
CN101653106A (zh) 一种封闭循环的轮虫连续培养系统
CN108975615A (zh) 一种改进的沼液生态处理养殖系统
WO2016165660A1 (zh) 一种淡水真核微藻养殖方法
CN208144215U (zh) 一种鱼植共生的综合套养循环养殖模式
Zmora et al. 20 Microalgae for Aquaculture
CN106277320A (zh) 一种南美白对虾淡水池塘养殖水质调控方法
US20200087699A1 (en) Methods for producing zooplankton
WO2016162774A1 (en) Photobioreactors and methods for upscale production of biomasses
KR20080057849A (ko) 대기중의 이산화탄소를 제거하기 위한 가정용아르스로스피라 ｋｃｔｃ 11039ｂｐ의 배양기 및 배양 방법
KR101378481B1 (ko) 혐기소화조 및 ｍｂｒ조를 이용한 미세조류 배양장치 및 방법
EP1508272A1 (en) Bioreactor system for the cultivation of aquatic organisms
KR101721448B1 (ko) 미세조류 배양장치
WO2016000192A1 (zh) 一种内置光源生物反应器及微藻养殖方法
CN108064793A (zh) 一种利用硅藻防控对虾病害的设施化养殖系统及方法
CN205455446U (zh) 淡水轮虫培育系统
TW201311141A (zh) 微藻養殖模組
CN210287030U (zh) 微藻培养系统
KR20020057882A (ko) 미세조류 옥외대량 배양방법 및 배양장치
CN102783405B (zh) 一种气提式循环水藻类培养系统
CN205233161U (zh) 一种室内水产生物培养试验装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14836948

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 23/06/2016)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14836948

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2