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문제 정의
- 본 연구에서는 부가가치가 높다고 판단되는 Spirulina platensis 유래의 단백색소 생산에 대한 기초 데이터를 확보하고자 배양 조건에 따른 Spirulina pJatensis의 성장과 균체의 phycocyanin의 축 적 등에 대해 실험하였다.
제안 방법
- 3500lux의 빛 강도 조건에서 온도 변화에 따른 미세조류의 성장과 색소 함량의 변화를 실험하였다. Fig.
- Chlorophyll-a 함량은 35 mL 원심관에 시료를 50 mg과 glass bead를 5 g 넣고, 85% acetone 2.5 mL를 가하고 5분간 vortex한 다음 85% acetone 10mL를 추가하고 vortex와 원심분리(3500 rpm, 5 min)하여 상층액을 모으고, 하층에 동일한 조작을 2회 반복하여 최종 50mL가 되게 한 다음 666 및 642nm에서 O.D.값을 측정하여 아래식에 따라 chlorophyll-a 함량을 계산하였다 (AOAC, 1995).
- Phycocyanin 함량은 동결 건조한 시료 40 mg을 50mL 원심관에 취한 다음 10 mL 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0)를 가한 다음 15분간 vortex하고 4℃ 냉장고에서 하룻밤 방치한후 원심분리(3,500 rpm, 5 min)한 다음 상층액을 취하여 620nm에서 O.D값을 측정하여 아래 식에 의해 phycocyanin 함량을 계산하였다 (Bous- siba et al., 1979).
- 배양 조건에 따른 균체량의 변화 및 색소 생산능을 확인하기 위해 배양 온도, 빛 강도, 탄소원 및 질소원의 농도를 변화시키면서 pH 및 균체량의 변화를 측정하였고, 대수증식기 및 정지기 시료를 취하여 색소 함량을 분석하였다. pH 조절을 위하여 인위적으로 CO2를 첨가하지는 않았다.
- 배양 중 pH 측정은 pH meter를 이용하였으며, 균체량 측정은 62Qnm에서 측정한 O.D값 (optical density)과 건조 균체량과의 상관식을 이용하여 계산하였으며, 상관식은 Y=1.135X-0.060b (r2 = 0.987, X: cell weight, mg, Y: O.D. value) 였다. 이때 시료의 0.
- 5 범위가 되도록 조절하였다. 아울러 건조 균체량은 미리 건조기에서 건조하여 항량을 구해놓은 microfilter paper(0.2 m)로 배양액 5mL를 여과하여 여지를 110℃ 로 조절된 건조기에서 3시간 건조후 얻어진 건조무게로부터 건조 균체량을 계산하여 O.D.값과의 상관식을 구하였다. 한편, 배양 조건별 수확한 미세조류 시료를 동결 건조하여 색소 함량 측정용 시료로 사용하였다.
대상 데이터
- 80은 독일 Albrecht-v.-Haller Institute의 Sammlung von Algenkulturen에서 분양받은 것이었다.
성능/효과
- 0mg/mL 보다 50% 정도 더 높은 균체량을 나타내었다 (Richmond, 1986). 3500lux 조건에서 비증식 속도(0.065h-1)가 가장 컸으며, pH의 변화도 균체의 성장과 함께 pH 11 정도까지 상승한 다음 약간 감소하는 경향을 보였다. 균체의 성장이 느렸던 1800lux나 2800hix의 빛 강도 조건에서는 19일째까지 느린 성장과 pH의 상승을 보여주었다.
- 2와 같다. 3500lux의 빛 강도 범위까지는 빛 강도가 높아질수록 phycocyanin의 함량은 증가하였고, 최대 c-phycocyanin 함량은 35t, 35OOlux에서 10.8%였으며, 5800lux 및 8400lux의 빛 강도에서는 약간의 감소하였다. 이는 미세조류의 성장과 상관성이 있는 것으로 여겨졌으며, 또한 phycocyanin의 함량은 chlorophyll-a 함량과 상관성을 가진다는 것이 알려져 있으나 (Quing et al.
- 이러한 결과로부터 3500lux의 빛 강도에서는 35℃ 온도 조건이, 5800lux 의 빛 강도 조건에서는 30℃ 온도 조건이 가장 적절한 조건임을 알 수 있었으나 성장 속도가 3500 lux, 35℃ 조건이 약간 빠름을 알 수 있었다. C-phycocyanin 함량은 전체적으로 성장 정도와 비례 함을 알 수 있었고, 3500lux와 58001UX의 빛 강도에 따른 차이는 없었다.
- , 1996), 본 실험에서는 뚜렷한 상관성을 발견하지 못하였다. Chlorophyll-a 함량은 0.63~0.72% 범위로 일반적으로 알려져 있는 1.0% 보다는 다소 낮은 값을 나타내었고, 최종 균체의 단백질 농도나 phycocyanin의 함량과도 관련성이 있는 것으로 알려져 있으나 (Molina et al., 1997), 본 실험에서는 chlorophyll 함량에 차이를 나타내지 않았다.
- 5% 농도까지는 첨가 농도가 증가할수록 미세조류의 성장이 촉진되었던 것으로 , 나타났으나 그 이상의 농도에서는 오히려 미세조류의 성장이 크게 저하되는 것을 알 수 있었다. NaHCO3 첨가 농도에 따라 얻어진 균체의 색소 축적 정도를 실험한 결과 (Fig. 6), 1.0% 농도까지 균체량의 증가와 함께 색소함량도 증가하는 경향을 보였으며, 1.5% 농도에서는 차이가 없었다. 그러나 1.
- 5에 나타내었다. NaHCQ가 첨가되지 않은 경우 배양 7일째 사멸하였으며, 1.5% 농도까지는 첨가 농도가 증가할수록 미세조류의 성장이 촉진되었던 것으로 , 나타났으나 그 이상의 농도에서는 오히려 미세조류의 성장이 크게 저하되는 것을 알 수 있었다. NaHCO3 첨가 농도에 따라 얻어진 균체의 색소 축적 정도를 실험한 결과 (Fig.
- 9에 나타내었다. NaNQ가 첨가되지 않은 조건에서는 느린 성장을 보이다가 배양 10일째에 사멸하였으며, 0, 05%에서부터 0.5%까지의 농도 범위에서는 첨가농도에 관계없이 비슷한 성장을 보였으며, 13일째에 최대 성장을 나타내었고, 그 이후 17일까지는 성장이 정지되었다. 한편, NaNQ 농도에 따른 phycocyanin 함량 (Fig.
- 7에 나타내었다. NazCQ의 첨가 농도가 높을수록 성장 속도 및 균체량도 증가되는 결과를 확인할 수 있었는데, 0.3% 이상의 농도에서는 첨가 농도가 높아도 큰 차이를 확인할 수 없었다. 그러나 색소의 함량에 있어서는 Na2CO3 0.
- 3% 이상의 농도에서는 첨가 농도가 높아도 큰 차이를 확인할 수 없었다. 그러나 색소의 함량에 있어서는 Na2CO3 0.2~ 0.3% 첨가 수준에서 최고의 phycocyanin 함량을 나타내었으며, 0.5% 이상 NazCQ가 첨가된 조건에서는 오히려 phycocyanin 함량이 낮아지는 경향이었다 (Fig. 8). 따라서 NaKQ의 첨가 농도는 0.
- 8). 따라서 NaKQ의 첨가 농도는 0.2~0.3% 정도가 적절한 것으로 판단되었다. 질산 나트륨의 농도에 따른 균체 성장 및 색소함량 변화 배지 중의 질소원인 NaNO3 농도에 따른 균체의 성장 및 pH 변화를 Fig.
- 미세조류 S. pJatensis의 성장 및 색소 축적에 대한 배양 조건의 영향을 실험한 결과, 배양 온도 및 빛 강도는 각각 35t, 3500 lux가 가장 적절한 배양 조건이었으며, 온도가 다소 낮은 30t 조건에서는 빛 강도가 35OO1UX보다 다소 높은 조건도 고려해볼만 하였다. 빛 강도 및 온도 조건에서의 phycocyanin 색소 함량은 조류의 성 장 정도와 직접적인 상관을 나타내었으며, chlorophyll-a 함량과는 특별한 상관성을 가지지 않았다.
- 빛 강도 및 온도 조건에서의 phycocyanin 색소 함량은 조류의 성 장 정도와 직접적인 상관을 나타내었으며, chlorophyll-a 함량과는 특별한 상관성을 가지지 않았다. 배지 중의 NaHCOj 첨가 농도는 1.0%가 조류의 성장 및 색소 축적에 가장 좋은 조건임을 알 수 있었고, 그 이상의 농도에서는 오히려 phycocyanin 색소 생산능이 저하됨을 알 수 있었다. 탄소원인 Na2CO3는 0.
- pJatensis의 성장 및 색소 축적에 대한 배양 조건의 영향을 실험한 결과, 배양 온도 및 빛 강도는 각각 35t, 3500 lux가 가장 적절한 배양 조건이었으며, 온도가 다소 낮은 30t 조건에서는 빛 강도가 35OO1UX보다 다소 높은 조건도 고려해볼만 하였다. 빛 강도 및 온도 조건에서의 phycocyanin 색소 함량은 조류의 성 장 정도와 직접적인 상관을 나타내었으며, chlorophyll-a 함량과는 특별한 상관성을 가지지 않았다. 배지 중의 NaHCOj 첨가 농도는 1.
- 빛강도 조건에서와 마찬가지로 chlorophyll-a 및 phycocyanin 함량은 특별한 상관성이 확인되지 않았다. 아울러 빛 강도의 조건에서 3500lux와 유사한 결과를 보였던 5800hix의 배양 조건 에서 온도를 변화시키면서 미세조류의 성장과 색소의 변화를 실험한 결과 (data not shown), 5800lux의 조건에서는 3500lux와는 달리 온도 30t 조건에서 성장이 가장 높은 것으로 확인되었다. 미세조류의 성장만으로 판단해볼 때, 상대적으로 높은 빛 강도 (639µE/m3/sec)에서는 낮은 온도 조건(30℃)이 그리고 다소 낮은 빛 강도(2695 µE/m3/sec)에서는 상대적으로 약간 높은 온도 조건(35℃)이 좋은 것으로 확인되었다 (Joo et al.
- 2% 이상에서는 색소 함량의 증가는 미미한 수준이었다, 아울러 chlorophyll-a 함량은 농도에 관계없이 큰 변화가 없었다. 이러한 결과는 질소원이 색소 축적에 직접적인 관련이 있다는 보고와 일부분은 일치하는 결과였으나 (Baldia et al., 1991), 특정 농도 이상의 NaNQ 농도에서는 첨가량과 색소 축적량과는 상관성이 없음을 알 수 있었으며, 이상의 결과에서 NaNO3 첨가 농도는 0.2~0.3% 범위에서 첨가하는 것이 적절한 것으로 판단되었다.
- , 1998). 이러한 결과로부터 3500lux의 빛 강도에서는 35℃ 온도 조건이, 5800lux 의 빛 강도 조건에서는 30℃ 온도 조건이 가장 적절한 조건임을 알 수 있었으나 성장 속도가 3500 lux, 35℃ 조건이 약간 빠름을 알 수 있었다. C-phycocyanin 함량은 전체적으로 성장 정도와 비례 함을 알 수 있었고, 3500lux와 58001UX의 빛 강도에 따른 차이는 없었다.
- 75% 농도에서는 약간 감소하는 것으로 확인되었으나 균체의 phycocyanin 함량 자체는 큰 차이를 발견할 수 없었다. 이상의 결과에서 NaHCQ의 첨가 농도는 1.0% 수준이 가장 적절한 성장 및 색소 축적 조건임을 알 수 있었다.
- 3% 범위에서 첨가하는 것이 균체의 성장이나 색소 생산에 바람직한 조건으로 확인되었으며, 과도한 첨가는 성장과 phycocyanin 색소 생산능이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 전체적으로 chlo- rophyll-a는 phycocyanin 색소 함량이 증가하면 증가하는 상관을 가졌으나 그 함량은 미미하였다.
- 0%가 조류의 성장 및 색소 축적에 가장 좋은 조건임을 알 수 있었고, 그 이상의 농도에서는 오히려 phycocyanin 색소 생산능이 저하됨을 알 수 있었다. 탄소원인 Na2CO3는 0.2~0.3% 농도 수준 에서 가장 높은 조류의 성장과 phycocyanin을 축적하는 것으로 나타났으며, 첨가 농도가 높아져도 phycocyanin 색소 생산능은 증가되지 않았다. 한편, 질소원으로 첨가되는 NaNO3 농도도 0.
- 나 30℃ 조 건에서도 경향은 35℃ 온도 조건과 유사하였으나, 성장 정도는 35℃ 조건에 미치지 못했다. 한편, 45℃ 조건에서는 5일째 이후에는 미세조류의 성장이 중지되었고, 그 이후에는 탈색이 일어나면서 사멸하였는데, 이러한 결과로부터 미세조류의 배양에 빛 강도와 마찬가지로 중요한 것이 온도라는 사실을 확인할 수 있었다. Fig.
- 5%까지의 농도 범위에서는 첨가농도에 관계없이 비슷한 성장을 보였으며, 13일째에 최대 성장을 나타내었고, 그 이후 17일까지는 성장이 정지되었다. 한편, NaNQ 농도에 따른 phycocyanin 함량 (Fig. 10)은 NaNQ 첨가 농도 0.5%까지 약간씩 증가하였으며, 특히 NaNQ 0.1% 첨가 수준에서는 9.2% 정도의 phycocyanin 함량을 나타내었으나, NaNO3 0.2% 첨가 수준에서는 11.0% 정도의 phycocyanin 함량을 나타내었으며, NaNQ 0.2% 이상에서는 색소 함량의 증가는 미미한 수준이었다, 아울러 chlorophyll-a 함량은 농도에 관계없이 큰 변화가 없었다. 이러한 결과는 질소원이 색소 축적에 직접적인 관련이 있다는 보고와 일부분은 일치하는 결과였으나 (Baldia et al.
- 3% 농도 수준 에서 가장 높은 조류의 성장과 phycocyanin을 축적하는 것으로 나타났으며, 첨가 농도가 높아져도 phycocyanin 색소 생산능은 증가되지 않았다. 한편, 질소원으로 첨가되는 NaNO3 농도도 0.2~ 0.3% 범위에서 첨가하는 것이 균체의 성장이나 색소 생산에 바람직한 조건으로 확인되었으며, 과도한 첨가는 성장과 phycocyanin 색소 생산능이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 전체적으로 chlo- rophyll-a는 phycocyanin 색소 함량이 증가하면 증가하는 상관을 가졌으나 그 함량은 미미하였다.
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