선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 수소생산은 다양한 운전 인자 및 기질 조건에 의해 영향을 받는다고 보고되고 있으며6), 기존 연구에서 탄소원의 종류와 농도별로 수소생산을 최적화 하였으며, 이를 참고로 본 연구에서는 초기 균체 농도, 탄소원, 질소원, 기질 농도, 초기 pH 및 운전 pH 조절이 R. sphaeroides KD131의 수소생산에 미치는 영향에 대하여 연구했다.
제안 방법
- 56g dcw/L, 초기 pH는 7로 각각 조정하였다. Malate와 succinate는 30, 60mM, formate는 30, 60, 120, 240mM의 농도로 넣어주었다. 다양한 질소원 실험에서 각각 (NH4)2SO4의 초기 농도를 2, 4, 8, 16, 32mM로, glutamate는 4, 8, 16, 32, 64mM로 하였으며, 탄소원으로는 30mM succinate를 사용했다.
- 수소함량은 gas chromatography(Shimazu 14-B)로 분석하였다. Molecular sieve 5A(Supelco Inc.)를 충진물질로 사용하였고, thermal conductivity detector(TCD)로 분석하였다. 수소가스 정량을 위한 GC조건은 column 온도 80℃, injector 온도 100℃, detector 온도 120℃이다.
- R. sphaeroides KD131의 수소생산과 균체성장에 대한 pH 조절 효과를 알아보기 위해 pH 6∼9로 pH를 조절해 주며 실험하였으며, 이 결과를 Fig. 3에 나타냈다.
- pH는 pH meter(TOA, HM-30R)로 실온에서 측정하였고, 균체의 농도는 UV-Vis spectrophotometer(Shimadzu UV-1601)로 파장 660nm에서 흡광도를 측정하였다. 암모니아 이온의 농도는 HS-NH3(N)-L와 HS-NH3(N)-H(Humas Co.
- 균체 농도 실험에서 초기 균체의 농도는 660nm 파장에서의 흡광도 0.1, 0.5, 1.0, 2.0(각각 0.04, 0.27, 0.56, 1.14g dcw/L)에 해당하는 값으로 조정하였고, 30mM malate와 8mM glutamate가 함유된 배지를 사용했다. 초기 pH의 영향 실험에서는 같은 조성의 배지를 이용하였으며 각각 초기 pH를 6, 7, 8, 9로 맞춰준 후 수소생산과 균체 성장을 관찰하였다.
- 다양한 탄소원의 영향 실험에서는 malate(4탄당), succinate(4탄당), formate(1탄당)를 사용하였고, 질소원으로는 8mM glutamate를 사용하였다. 기존의 연구결과를 바탕으로 초기 균체 농도는 0.56g dcw/L, 초기 pH는 7로 각각 조정하였다. Malate와 succinate는 30, 60mM, formate는 30, 60, 120, 240mM의 농도로 넣어주었다.
- Malate와 succinate는 30, 60mM, formate는 30, 60, 120, 240mM의 농도로 넣어주었다. 다양한 질소원 실험에서 각각 (NH4)2SO4의 초기 농도를 2, 4, 8, 16, 32mM로, glutamate는 4, 8, 16, 32, 64mM로 하였으며, 탄소원으로는 30mM succinate를 사용했다. pH 조절에 따른 수소생산과 균체 성장 실험에서는 30mM succinate, 8mM glutamate의 modified Sistrom’s media를 사용했다.
- 할로겐 램프를 이용해 110W/m2세기의 빛을 주면서 30℃에서 24시간 동안 배양했으며, magnetic stirrer를 이용하여 80∼100rpm으로 교반해주었다. 빛의 이용 효율을 높이기 위하여 배양기 후면에 거울을 배치하였고, 바닥에는 알루미늄 판을 설치하였다. 상부에는 팬을 달아 램프와 stirrer에서 발생되어 배양기에 전달되는 열을 최소화하였다.
- 6ml/min으로 용출하였으며, Aminex HPX-B7H를 장착한 HPLC(Shimadzu LC-10AT)를 사용하여 30℃에서 UV detector를 이용해 파장 210nm에서 측정하였다. 수소함량은 gas chromatography(Shimazu 14-B)로 분석하였다. Molecular sieve 5A(Supelco Inc.
- pH는 pH meter(TOA, HM-30R)로 실온에서 측정하였고, 균체의 농도는 UV-Vis spectrophotometer(Shimadzu UV-1601)로 파장 660nm에서 흡광도를 측정하였다. 암모니아 이온의 농도는 HS-NH3(N)-L와 HS-NH3(N)-H(Humas Co.)를 사용하여 측정했다. 유기산 분석은 0.
- )를 사용하여 측정했다. 유기산 분석은 0.01M H2SO4를 이동상으로 하여 flow rate 0.6ml/min으로 용출하였으며, Aminex HPX-B7H를 장착한 HPLC(Shimadzu LC-10AT)를 사용하여 30℃에서 UV detector를 이용해 파장 210nm에서 측정하였다. 수소함량은 gas chromatography(Shimazu 14-B)로 분석하였다.
- 초기 pH가 수소생산과 균체 성장에 미치는 영향을 알아보기 위해 초기 pH를 6, 7, 8, 9로 조정하여 실험하였다. 초기 pH 7조건에서 120시간 동안 1,044mL H2/L-broth로 가장 높은 수소 발생량을 보였으며, 이 결과를 Fig.
- 14g dcw/L)에 해당하는 값으로 조정하였고, 30mM malate와 8mM glutamate가 함유된 배지를 사용했다. 초기 pH의 영향 실험에서는 같은 조성의 배지를 이용하였으며 각각 초기 pH를 6, 7, 8, 9로 맞춰준 후 수소생산과 균체 성장을 관찰하였다. 다양한 탄소원의 영향 실험에서는 malate(4탄당), succinate(4탄당), formate(1탄당)를 사용하였고, 질소원으로는 8mM glutamate를 사용하였다.
대상 데이터
- 초기 pH의 영향 실험에서는 같은 조성의 배지를 이용하였으며 각각 초기 pH를 6, 7, 8, 9로 맞춰준 후 수소생산과 균체 성장을 관찰하였다. 다양한 탄소원의 영향 실험에서는 malate(4탄당), succinate(4탄당), formate(1탄당)를 사용하였고, 질소원으로는 8mM glutamate를 사용하였다. 기존의 연구결과를 바탕으로 초기 균체 농도는 0.
- 또한 질소원으로 (NH4)2SO4 또는 glutamate를 첨가하지 않았을 때 수소생산이 가장 좋았지만, 균체 성장이 좋지 않았다. 따라서 이후의 실험은 수소 생산과 균체 성장이 적절한 8mM glutamate 또는 4mM (NH4)2SO4를 사용했다.
- 배지는 4mM (NH4)2SO4, 0.3mM L-aspartic acid, 30mM succinic acid(pH 7)가 함유된 modified Sistrom’s media8)를 이용하였다.
- sphaeroides KD131의 수소생성을 매개하는 효소인 nitrogenase는 질소원이 풍부할 경우 균체의 성장과 질소고정을 수행하는 반면 질소원이 결핍된 경우 양성자를 환원시킴으로서 수소생성을 촉진시킨다13). 질소원의 영향을 알아보기 위하여 (NH4)2SO4, gluatmate가 포함된 배지를 이용했다.
- 광합성 세균은 다시 홍색 비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(puple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)로 나눠지며, Rhodobacter, Rhodopsedomonas, Rhodospirillum2,3)과 같은 광종속(photo-heterotrophic) 세균은 혐기적 환경에서 발효를 수행한다. 현재 실폐기물을 포함하는 다양한 기질을 이용하여 R. sphaeroides O.U.0014) R. sphaeroides RV5) R. sphaeroides ZX-5, R. sphaeroides NRLLB-1727, R. sphaeroides SCJ, R. sphaeroides SH2C, R. sphaeroides DSZM-158 등의 수소생산 연구가 활발히 진행되고 있으며, 본 실험에서 이용된 균주는 R. sphaeroides KD131이다.
성능/효과
- 1) 초기 균체 농도는 약 0.6g dcw/L일 때, 균체가 뭉치는 현상이 없으며, 수소생산량이 가장 높았다.
- 2) 초기 pH 6.0∼6.5가 균체성장에 적합하였으며, pH 7∼8.5 일 경우 수소생산량이 최적이었다.
- 초기 (NH4)2SO4의 농도가 높을수록 수소생산이 지연되었으며, 암모니아 이온이 제거된 이 후 부터 수소가 생성되었다. 2, 4mM의 (NH4)2SO4이 주어졌을 때 각각 16, 24 시간에 수소생산가 생성되기 시작하였으며, 암모니아이온이 균체성장과 다른 대사활성에 모두 사용된 후 수소생산이 시작되기 때문임을 확인할 수 있었다. 결과적으로 (NH4)2SO4의 초기 농도가 낮을수록 누적 수소 생산량이 높았으며, 이러한 질소원과 수소생산과의 상관관계는 다른 R.
- 3) 질소원의 비교에서 배양 48시간 후 glutamate에서의 1.4배 수소생성이 높았지만, 배양 96시간 후에는 (NH4)2SO4가 1.78배 높은 수소를 생산했다.
- 4) pH를 7.5로 조절해줄 경우, 초기 pH를 7로 맞춰 주고 추가적으로 조절하지 않을 때보다 수소생산량이 1.2배 높아졌다.
- 55배 높게 나타났다. Formate 배지에서 낮은 균체농도와 기질 분해율을 보였고, pH가 증가하였으며, 수소생산량은 미비하였다.
- pH 6∼7.5 일 때 비교적 균체농도가 높았으며, pH 6으로 맞춰주었을 때 48시간에 1.68g dcw/L로 가장 높은 균체성장을 보였다.
- 68g dcw/L로 가장 높은 균체성장을 보였다. pH를 증가시킬수록 균체성장이 줄어들었으며, pH 9로 조정했을 때에는 48시간에 0.95g dcw/L의 낮은 균체성장을 보여 pH와 균체성장은 반비례하는 경향을 나타냈다. 결과적으로 pH 7.
- 95g dcw/L의 낮은 균체성장을 보여 pH와 균체성장은 반비례하는 경향을 나타냈다. 결과적으로 pH 7.5로 조정했을 때 수소는 1,929mL H2/L-broth(3.65mol H2/mol succinate)가 생성되어 주어진 조건 중 가장 높은 수소생산을 보였다. 이는 초기 pH를 7로 맞춰주고 pH를 따로 조정하지 않은 실험을 하였을 때(1407mL H2/L-broth)보다 1.
- 광합성 배양 33∼48시간 내에 수소 생산량은 최대에 이르렀다. 결과적으로 초기 균체 농도 0.56g dcw/L 까지는 초기 균체 농도가 증가할수록 누적 수소 생산량은 비례하며 증가하였지만, 1.14g dcw/L와 0.56g dcw/L의 수소생산량은 차이가 거의 없었다. 그 이유는 초기 균체농도를 1.
- 균체농도는 배양 48시간 후에 가장 높은 값을 보였으며, pH 6>7>8>9 순으로 높았고, pH 6일 때 1.68g dcw/L로 가장 높은 값을 나타냈다.
- Glutamate를 사용했을 때 초기 농도를 4, 8, 16, 32, 64mM로 설정하여 실험하였고, 배양액에 존재하는 암모니아 이온의 농도와 누적수소생산량을 Table 3b에 나타냈다. 그 결과 glutamate 0, 4, 8, 16mM일 때 120시간에 각각 2.65, 1.93, 1.20, 0.60L H2/L-broth의 수소를 생산했고, 32, 64mM일 때에는 수소 생산이 저해되는 현상이 나타났다. 이는 광발효 동안 glutamate가 deamination되어 암모니아 이온이 증가함에 따라 nitrogenase의 활성이 저해되기 때문이다.
- 4배 높았으며, 48시간에 균체 농도가 최고에 달했다. 또한 배양 48시간까지 수소생산 속도가 증가하였으며, 수소생산량이 1.4배 높았다. 그러나 (NH4)2SO4를 첨가한 배지에서 24시간 이후부터 수소생산량이 증가하기 시작하였으며, 96시간 후에 glutamate와 비교했을 때 수소생산량이 1.
- 배양 48시간 후 malate와 succinate가 포함된 배지에서 formate의 배지에서보다 균체성장이 각각 1.93, 1.55배 높게 나타났다. Formate 배지에서 낮은 균체농도와 기질 분해율을 보였고, pH가 증가하였으며, 수소생산량은 미비하였다.
- 수소 생산량은 초기 pH 7>6>8>9 순으로 높았고, 초기 pH 7일 경우 다른 pH와 비교하여 2∼3배 높은 수소 생산량을 보였다.
- 14g dcw/L 이상으로 증가시켰을 때, 균체 뭉침 현상이 일어나 균 스스로 그림자를 만들어 광저해(photo-inhibition)가 나타나고, 이에 따라 빛과 기질의 이용성을 저하시켜 수소 생산을 감소시키기 때문이다. 이로 인해 균체의 높은 농도는 오히려 수소생산에 적절하지 못하며, 초기 균체 농도는 0.56g dcw/L 일 때 수소생산에 효율적이었다. 이와 비슷한 결과는 기존에 보고된바 있으며4,5), 이후의 실험에서는 초기 균체 농도를 0.
- 그러나 높은 균체농도는 빛의 투과율을 떨어뜨리기 때문에 수소를 생성하는데 우호적이지 않은 조건이다. 이에 따라 비교적 낮은 균체농도인 succinate 배지는 수소를 생산하기 유리한 조건이었으며, 배양 48시간 후에 수소생산량은 malate 배지와 비교해 볼 때 succinate 배지에서 1.35배 높았다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.