산업화 이후, 지속적으로 증가하는 화석연료의 사용으로 인해 화석연료의 고갈과 지구온난화 문제가 주목받고 있다. 또한, 식량과 에너지 자원의 고갈 및 폐기물 처리에 대한 이슈가 발생하고 있으며, 인류는 이에 대한 새로운 해결책을 모색하고 있다. 미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소를 저감할 수 있으며, ...
산업화 이후, 지속적으로 증가하는 화석연료의 사용으로 인해 화석연료의 고갈과 지구온난화 문제가 주목받고 있다. 또한, 식량과 에너지 자원의 고갈 및 폐기물 처리에 대한 이슈가 발생하고 있으며, 인류는 이에 대한 새로운 해결책을 모색하고 있다. 미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소를 저감할 수 있으며, 바이오 디젤, 에탄올, 수소 등 다양한 에너지원을 생산할 수 있다. 또한, 폐기물 내 영양분을 높은 수준으로 제거할 수 있기 때문에 산업, 환경 문제의 해결책으로 주목을 받고 있다. 본 연구는 미세조류 산업의 문제점으로 지목되었던 경제성 문제를 해결하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해, 산업적으로 발생하는 식품 부산물을 영양분으로 이용하여 미세조류 내 고부가가치 물질 생산 방법을 제시하였다. 식품부산물을 이용한 배지를 활용하여 미세조류 배양의 생산비용을 낮추고, 고부가가치 물질인 파이코시아닌(Phycocyanin)을 생산하여 바이오매스의 경제성을 확보하고자 하였다. 파이코시아닌은 항산화, 항염증, 항암 등의 능력을 가진 광합성 색소의 일종으로 화장품 및 의약품으로써 활용될 수 있는 잠재력이 있기에 고부가가치 물질로서 그 가치가 크다. 우선 chapter 2에서 다양한 식품 부산물의 화학적 조성을 확인하고, 미세조류 배양이 가능한지 확인하였으며, 최적의 균주를 선정하였다. 식품부산물인 쌀뜨물, 두부 부산물, 귤 껍질 중에서, 귤 껍질이 가장 합리적인 식품 부산물로 선정되었으며, Galdieria Sulphuraria CCMEE 5587.1이 최적의 균주로 확인되었다. 그리고 chapter 3에서 미세조류 유래 파이코시아닌의 추출 방법을 확인하였으며, 파이코시아닌의 생산성을 높이기 위해 포도당과 초기 세포의 농도가 파이코시아닌 생산성에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과, 미세조류의 파쇄를 위해 비드비팅(Bead beating)을 이용하는 것이 가장 타당한 것으로 확인되었으며, 포도당을 이용한 혼합배양이 파이코시아닌의 생산성에 긍정적인 영향을 보이는 것으로 확인되었다. 또한, 접종 세포의 농도가 1 g/L일 때 가장 높은 파이코시아닌 생산성을 보이는 것을 확인하였다. 이후 chapter 4에서 부산물 배지의 pH와 N/P ratio를 최적화하고, 파이코시아닌의 함량과 생산성을 높이기 위한 방법을 확인하였다. 그 과정에서 접종 세포의 조건을 확인하고, 새로운 배양 전략을 확인하였다. 본 연구는 산업적으로 가치가 낮은 식품 부산물을 이용하여 미세조류를 배양하고 새로운 부가가치 제품을 생산할 수 있음을 확인하였다. 귤 껍질을 이용하여 만든 배지는 기존 배지 대비 최대6.37배 높은 바이오매스 생산성을 보였으며, 최대 2.81배 높은 파이코시아닌 생산성을 보여주었다. 또한, 효율적인 배양 전략을 제시하고, 고부가가치 물질 생산을 위한 식품 부산물 배지의 능력을 확인하였다. 해당 연구를 통해, 활용가치가 낮은 식품부산물인 귤 껍질의 영양분 조성을 확인할 수 있었고, 해당 영양분을 이용하여 미세조류 배양 및 고부가가치 물질인 파이코시아닌을 생산하는데 성공하였다. 그 결과, 식품 부산물 기반 배지가 기존 배양 배지보다 고부가가치 물질의 생산성이 더 높은 것을 확인할 수 있었으며, 해당 연구의 결과는 미세조류를 통한 폐기물 처리 및 물질 생산의 미세조류 산업의 가능성을 보여주었다. 해당 연구가 지속 가능하고 탄소 중립적인 사회를 구축해 나가는데 초석이 되길 바란다.
산업화 이후, 지속적으로 증가하는 화석연료의 사용으로 인해 화석연료의 고갈과 지구온난화 문제가 주목받고 있다. 또한, 식량과 에너지 자원의 고갈 및 폐기물 처리에 대한 이슈가 발생하고 있으며, 인류는 이에 대한 새로운 해결책을 모색하고 있다. 미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소를 저감할 수 있으며, 바이오 디젤, 에탄올, 수소 등 다양한 에너지원을 생산할 수 있다. 또한, 폐기물 내 영양분을 높은 수준으로 제거할 수 있기 때문에 산업, 환경 문제의 해결책으로 주목을 받고 있다. 본 연구는 미세조류 산업의 문제점으로 지목되었던 경제성 문제를 해결하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해, 산업적으로 발생하는 식품 부산물을 영양분으로 이용하여 미세조류 내 고부가가치 물질 생산 방법을 제시하였다. 식품부산물을 이용한 배지를 활용하여 미세조류 배양의 생산비용을 낮추고, 고부가가치 물질인 파이코시아닌(Phycocyanin)을 생산하여 바이오매스의 경제성을 확보하고자 하였다. 파이코시아닌은 항산화, 항염증, 항암 등의 능력을 가진 광합성 색소의 일종으로 화장품 및 의약품으로써 활용될 수 있는 잠재력이 있기에 고부가가치 물질로서 그 가치가 크다. 우선 chapter 2에서 다양한 식품 부산물의 화학적 조성을 확인하고, 미세조류 배양이 가능한지 확인하였으며, 최적의 균주를 선정하였다. 식품부산물인 쌀뜨물, 두부 부산물, 귤 껍질 중에서, 귤 껍질이 가장 합리적인 식품 부산물로 선정되었으며, Galdieria Sulphuraria CCMEE 5587.1이 최적의 균주로 확인되었다. 그리고 chapter 3에서 미세조류 유래 파이코시아닌의 추출 방법을 확인하였으며, 파이코시아닌의 생산성을 높이기 위해 포도당과 초기 세포의 농도가 파이코시아닌 생산성에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과, 미세조류의 파쇄를 위해 비드비팅(Bead beating)을 이용하는 것이 가장 타당한 것으로 확인되었으며, 포도당을 이용한 혼합배양이 파이코시아닌의 생산성에 긍정적인 영향을 보이는 것으로 확인되었다. 또한, 접종 세포의 농도가 1 g/L일 때 가장 높은 파이코시아닌 생산성을 보이는 것을 확인하였다. 이후 chapter 4에서 부산물 배지의 pH와 N/P ratio를 최적화하고, 파이코시아닌의 함량과 생산성을 높이기 위한 방법을 확인하였다. 그 과정에서 접종 세포의 조건을 확인하고, 새로운 배양 전략을 확인하였다. 본 연구는 산업적으로 가치가 낮은 식품 부산물을 이용하여 미세조류를 배양하고 새로운 부가가치 제품을 생산할 수 있음을 확인하였다. 귤 껍질을 이용하여 만든 배지는 기존 배지 대비 최대6.37배 높은 바이오매스 생산성을 보였으며, 최대 2.81배 높은 파이코시아닌 생산성을 보여주었다. 또한, 효율적인 배양 전략을 제시하고, 고부가가치 물질 생산을 위한 식품 부산물 배지의 능력을 확인하였다. 해당 연구를 통해, 활용가치가 낮은 식품부산물인 귤 껍질의 영양분 조성을 확인할 수 있었고, 해당 영양분을 이용하여 미세조류 배양 및 고부가가치 물질인 파이코시아닌을 생산하는데 성공하였다. 그 결과, 식품 부산물 기반 배지가 기존 배양 배지보다 고부가가치 물질의 생산성이 더 높은 것을 확인할 수 있었으며, 해당 연구의 결과는 미세조류를 통한 폐기물 처리 및 물질 생산의 미세조류 산업의 가능성을 보여주었다. 해당 연구가 지속 가능하고 탄소 중립적인 사회를 구축해 나가는데 초석이 되길 바란다.
After the Industrial Revolution, the problem of fossil fuel depletion and global warming attract attention due to the continuous increase in the use of fossil fuels. In addition, problems are emerging regarding the shortage of food and energy resources and waste disposal, and many studies are lookin...
After the Industrial Revolution, the problem of fossil fuel depletion and global warming attract attention due to the continuous increase in the use of fossil fuels. In addition, problems are emerging regarding the shortage of food and energy resources and waste disposal, and many studies are looking for new solutions. Microalgae can reduce CO2 through photosynthesis and produce various energy sources such as biodiesel, ethanol, and hydrogen. Moreover, microalgae are drawing attention as a solution to industrial and environmental problems because they can remove nutrients from waste at a high level. This study aimed to solve the economic problem that indicates problems in the microalgae industry. Therefore, a method of producing high-value-added material in microalgal using industrially generated food by-products was proposed. It was intended to reduce the cost of producing microalgae through mediums using food by-products and secure the economic feasibility of biomass by producing phycocyanin, a high-value-added material. Phycocyanin is a kind of photosynthetic pigment with antioxidant, anti-inflammatory, and anti-cancer capabilities and can potentially use in the cosmetic and pharmaceutical industries. Therefore, a method of producing high-value-added material in microalgae using industrially generated food by-products was proposed. To this end, the chemical composition of various food by-products was checked in Chapter 2, where microalgae were grown possibly, and the optimal strain was selected. As a result, the tangerine peel was selected as the most possible food by-product, and Galdieria Sulphuraria CCMEE 5587.1 was chosen as the optimal strain. After that, in chapter 3, the extraction method of phycocyanin from microalgal biomass was confirmed. In addition, to increase the productivity of phycocyanin, the effect of glucose and initial cell concentration on phycocyanin productivity was checked. It was checked that the use of bead-beating to extract microalgae was most reasonable and the presence of glucose positively affected the productivity of phycocyanin. In addition, it was confirmed that when the concentration of initial cells was 1 g/L, the highest phycocyanin productivity was obtained. Subsequently, in chapter 4, I optimized the pH and N:P ratio to prepare a tangerine peel medium for enhanced phycocyanin production. In addition, seed culture conditions were chosen to maximize phycocyanin yield, and a new culture strategy was suggested. This study confirmed that microalgae could be cultured, and new value-added products could be produced using food by-products with low industrial value. As a result, biomass productivity was up to 6.37 times higher than conventional medium, phycocyanin productivity was enhanced up to 2.8 times, and efficient culture strategies could be confirmed. This study would help to reduce the cost of producing microalgae and to increase the economic feasibility of the microalgae industry through the production of high-value-added materials. I am sure that this study will be a clue for building a sustainable and carbon-neutral society for our society.
After the Industrial Revolution, the problem of fossil fuel depletion and global warming attract attention due to the continuous increase in the use of fossil fuels. In addition, problems are emerging regarding the shortage of food and energy resources and waste disposal, and many studies are looking for new solutions. Microalgae can reduce CO2 through photosynthesis and produce various energy sources such as biodiesel, ethanol, and hydrogen. Moreover, microalgae are drawing attention as a solution to industrial and environmental problems because they can remove nutrients from waste at a high level. This study aimed to solve the economic problem that indicates problems in the microalgae industry. Therefore, a method of producing high-value-added material in microalgal using industrially generated food by-products was proposed. It was intended to reduce the cost of producing microalgae through mediums using food by-products and secure the economic feasibility of biomass by producing phycocyanin, a high-value-added material. Phycocyanin is a kind of photosynthetic pigment with antioxidant, anti-inflammatory, and anti-cancer capabilities and can potentially use in the cosmetic and pharmaceutical industries. Therefore, a method of producing high-value-added material in microalgae using industrially generated food by-products was proposed. To this end, the chemical composition of various food by-products was checked in Chapter 2, where microalgae were grown possibly, and the optimal strain was selected. As a result, the tangerine peel was selected as the most possible food by-product, and Galdieria Sulphuraria CCMEE 5587.1 was chosen as the optimal strain. After that, in chapter 3, the extraction method of phycocyanin from microalgal biomass was confirmed. In addition, to increase the productivity of phycocyanin, the effect of glucose and initial cell concentration on phycocyanin productivity was checked. It was checked that the use of bead-beating to extract microalgae was most reasonable and the presence of glucose positively affected the productivity of phycocyanin. In addition, it was confirmed that when the concentration of initial cells was 1 g/L, the highest phycocyanin productivity was obtained. Subsequently, in chapter 4, I optimized the pH and N:P ratio to prepare a tangerine peel medium for enhanced phycocyanin production. In addition, seed culture conditions were chosen to maximize phycocyanin yield, and a new culture strategy was suggested. This study confirmed that microalgae could be cultured, and new value-added products could be produced using food by-products with low industrial value. As a result, biomass productivity was up to 6.37 times higher than conventional medium, phycocyanin productivity was enhanced up to 2.8 times, and efficient culture strategies could be confirmed. This study would help to reduce the cost of producing microalgae and to increase the economic feasibility of the microalgae industry through the production of high-value-added materials. I am sure that this study will be a clue for building a sustainable and carbon-neutral society for our society.
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