[논문]신규 분리된 담수미세조류 Parachlorella sp.의 지방산 생산성 향상을 위한 배지 조성 연구

박한울; 임경준; 민지호; 강성모; 한찬우; 이창수; 정지영; 홍성주; 이철균; 김지훈

doi:10.4014/mbl.1912.12020

신규 분리된 담수미세조류 Parachlorella sp.의 지방산 생산성 향상을 위한 배지 조성 연구
Investigation on Media Composition for Cultivation of a Newly Isolated Freshwater Microalga Parachlorella sp. to Enhance Fatty Acid Productivity 원문보기

Microbiology and biotechnology letters = 한국미생물·생명공학회지, v.48 no.3, 2020년, pp.328 - 336

박한울 (인하대학교 해양과학.생물공학과) , 임경준 (국립낙동강생물자원관, 미생물연구실) , 민지호 (인하대학교 해양과학.생물공학과) , 강성모 (인하대학교 생물산업기술연구소) , 한찬우 (인하대학교 해양과학.생물공학과) , 이창수 (국립낙동강생물자원관, 미생물연구실) , 정지영 (국립낙동강생물자원관, 미생물연구실) , 홍성주 (인하대학교 해양과학.생물공학과) , 이철균 (인하대학교 해양과학.생물공학과) , 김지훈 (국립낙동강생물자원관, 미생물연구실)

초록
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본 연구에서는 국내 낙동강 수계에서 신규하게 분리된 미세조류인 Parachlorella sp. 종의 바이오매스 및 지방산 생산성에 대한 배지의 영향을 연구하였다. 미세조류 배양에 통상적으로 사용되는 BG-11, TAP, BBM 배지를 사용하여 바이오매스 생산성은 TAP 배지에서, 지방산 축적은 BBM 배지에서 가장 잘 일어나는 것으로 확인되었고, 지방산 생산성을 향상시키기 위해 암모니아와 아세트산을 사용하는 TAP 배지의 조성을 변화하여 BBM 배지처럼 지방산 축적을 유도하며 바이오매스 생산성을 증가시킨 MTAP 배지를 개발하였다. 전체적인 바이오매스와 지방산 생산성을 높이기 위해서는 MTAP-1 배지가 적합하여 바이오매스 생산성과 지방산 생산성은 기존의 TAP 배지 대비 각각 14%, 45% 증가하였다. 생리 활성 효과로 인해 관심도가 높은 오메가-3 지방산의 생산에는 MTAP-4 배지가 가장 적합하여 바이오매스 생산성과 오메가-3 지방산 생산성이 기존 BBM 배지 대비 각각 18%, 39% 증가하여 목표 중점 생산물질(바이오매스, 총 지방산, 또는 오메가-3 지방산)의 생산성을 향상시킬 수 있는 신규 배지 2종의 조성을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Parachlorella sp. is an efficient fatty acid producer that can be used in the production of biofuels, feeds, and fertilizers. Microalgae show varying responses to culture conditions, even those within the same species. In this study, growth and fatty acid composition of a newly isolated Parachlorella sp. from the Nakdong river of Korea in different culture media were investigated. The microalga was cultivated in 400 ml bubble column photobioreactors using BG-11, BBM, TAP, and modified TAP (MTAP) media. It was shown that using BBM led to greater fatty acid accumulation (34%), while using TAP medium led to greater biomass productivity (0.34 g/l/day). Composition of the TAP medium was modified to have the N:P ratio of BBM while also varying concentrations of N and P to improve fatty acid productivity. One of the modified TAP media, MTAP-1 (104.8 mgN/l, 135.2 mgP/l, N:P ratio = 0.77), showed the highest fatty acid concentration of 0.69 ± 0.04 g/l, while those from TAP and BBM were 0.48 ± 0.06 g/l and 0.40 ± 0.02 g/l, respectively. The results showed that microalgal fatty acid productivity could be enhanced by changing the N:P ratio and concentrations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

미세조류 내 지방산 함량도 중요하지만, 바이오매스 자체가 많이 생산되어야 단백질, 탄수화물, 카로테노이드 등 다른 유용 물질의 절대 생산량이 증가하기 때문에, 바이오매스 생산성이 가장 높았던 TAP 배지의 질소와 인의 비율, 총량 등을 조절하여 TAP 배지의 높은 바이오매스 생산성과 BBM 배지의 높은 지방산 함량, 각각의 장점을 결합할 수 있는 배지 조성을 찾기 위한 실험을 진행하였다. TAP 배지에, 지방산 함량이 가장 높았던 BBM 배지와 같이 질소와 인의 비율을 조절하고(MTAP-1), 세포 농도와 지방산 합성의 관계가 있는지 조사하기 위해 MTAP-1 배지의 질소와 인의 총량을 줄인 MTAP-2, MTAP-3을 고안하였다.
본 연구에서는 국내 낙동강 수계에서 신규하게 분리된 미세조류인 Parachlorella sp. 종의 바이오매스 및 지방산 생산성에 대한 배지의 영향을 연구하였다. 미세조류 배양에 통상적으로 사용되는 BG-11, TAP, BBM 배지를 사용하여 바이오매스 생산성은 TAP 배지에서, 지방산 축적은 BBM 배지에서 가장 잘 일어나는 것으로 확인되었고, 지방산 생산성을 향상시키기 위해 암모니아와 아세트산을 사용하는 TAP 배지의 조성을 변화하여 BBM 배지처럼 지방산 축적을 유도하며 바이오매스 생산성을 증가시킨 MTAP 배지를 개발하였다.
본 연구에서는 국내 낙동강 수계에서 처음으로 채집, 분리된 Parachlorella sp. 종의 지방산 생산성을 높일 수 있는 배양기술을 개발을 위해 여러 배양 인자 중, 배지 조성에 따른 지방산 생산성을 연구하였다. 미세조류 배양에 있어 배양 중간에 세포를 수확한 뒤 질소가 결핍된 배지로 새로 교체하는 2단계 배양 방식으로 영양소 결핍 조건을 줄 수 있지만 이는 에너지와 비용이 많이 들어 대량 배양에 적용이 어렵기 때문에, 대량 배양에 통상적으로 사용하는 회분식 배양(batch cultivation)을 통해 바이오매스와 지방산 생산성을 분석하였다.

제안 방법

MTAP 배지는 TAP 배지의 질소와 인의 농도를 조절하여 제조하였다(Table 2). BBM과 N:P 비율이 같도록 TAP 배지 조성 중 phosphate buffer의 K₂HPO₄, KH₂PO₄ 간의 비율은 유지하면서 무기인의 농도를 증가시켰고(MTAP-1), 여기서 무기질소와 무기인의 총량을 75%, 50%로 낮추거나 (MTAP-2, MTAP-3), BBM과 같은 수준으로 맞추어 암모니아와 아세트산 사용이 미치는 영향을 조사하였다. BG-11의 ferric ammonium citrate는 Fe³⁺ 이온 공급을 위해 사용되며 citrate(citric acid) 또한 포도당, 아세트산과 달리 미세조류 세포의 비선호 탄소원으로 생장에 큰 영향을 미치지 않아 이들에 의한 영향은 고려하지 않았다[15, 16].
MTAP 배지는 TAP 배지의 질소와 인의 농도를 조절하여 제조하였다(Table 2). BBM과 N:P 비율이 같도록 TAP 배지 조성 중 phosphate buffer의 K₂HPO₄, KH₂PO₄ 간의 비율은 유지하면서 무기인의 농도를 증가시켰고(MTAP-1), 여기서 무기질소와 무기인의 총량을 75%, 50%로 낮추거나 (MTAP-2, MTAP-3), BBM과 같은 수준으로 맞추어 암모니아와 아세트산 사용이 미치는 영향을 조사하였다.
미세조류 내 지방산 함량도 중요하지만, 바이오매스 자체가 많이 생산되어야 단백질, 탄수화물, 카로테노이드 등 다른 유용 물질의 절대 생산량이 증가하기 때문에, 바이오매스 생산성이 가장 높았던 TAP 배지의 질소와 인의 비율, 총량 등을 조절하여 TAP 배지의 높은 바이오매스 생산성과 BBM 배지의 높은 지방산 함량, 각각의 장점을 결합할 수 있는 배지 조성을 찾기 위한 실험을 진행하였다. TAP 배지에, 지방산 함량이 가장 높았던 BBM 배지와 같이 질소와 인의 비율을 조절하고(MTAP-1), 세포 농도와 지방산 합성의 관계가 있는지 조사하기 위해 MTAP-1 배지의 질소와 인의 총량을 줄인 MTAP-2, MTAP-3을 고안하였다. 또한, TAP과 BBM은 질소원이 각각 염화 암모늄, 질산 나트륨으로 다르고, TAP에는 아세트산이 유기산으로 공급되는 차이가 존재하는데, 이에 의한 바이오매스 생산성과 지방산 함량에 대한 효과를 보기 위하여 BBM과 같은 질소와 인의 양을 공급해주는 MTAP-4을 사용하였다(Table 2).
수확된 바이오매스는 탈이온수를 사용해 2회 세척한 후, -20℃에서 12시간 이상 냉동한 뒤, 동결건조기(LP 10, ilShinBioBase, Korea)에서 동결건조 되었다. 동결 건조된 바이오매스에 황산과 메탄올을 첨가하여 전이에스테르화반응을 시킨 뒤 n-헥산 추출을 통해 지방산메틸에스테르를 수득하여 이를 가스크로마토 그래프(Acme 6000 GC, Younglin, Anyang, Korea)를 이용해 바이오매스 내 지방산 함량과 조성을 분석하였다[8].
담수 미세조류 배양에 일반적으로 사용되는 3 종류의 배지, BG-11 (Blue-Green), TAP (Tris-AcetatePhosphate), BBM (Bold’s Basal Medium), 배지를 사용하여 Parachlorella sp.를 배양한 뒤, 바이오매스 생산성과 지질 함량을 분석하여 배지에 따른 지방산 생산성을 확인하였다. 지방산 생산성을 향상시키기 위하여 바이오매스 생산성이 가장 높게 나온 TAP 배지와 지방산 함량이 가장 높게 나온 BBM 배지의 특성을 조합하여 4 종류의 Modified TAP (MTAP) 배지 조성을 고안, N:P 비율, 질소원 종류와 아세트산 첨가 여부에 따른 지방산 생산성의 차이를 조사해 지방산 및 오메가-3 지방산 생산성이 높은 배지 조성을 제안하였다.
미세조류 배양 실험은 500 ml 기포탑 광생물반응기를 이용하여 수행하였다. 배양액은 400 ml을 넣어 미세조류를 배양하였으며 2% 이산화탄소가 섞인 기체를 0.
미세조류 배양액의 바이오매스 농도 분석은 Coulter Counter (Multisizer 4e, Beckman Coulter, Inc., USA)를 통해 세포 농도와 부피를 측정한 후, 실험적으로 결정된 세포 중량과 건조 세포 중량의 비율을 이용해 계산하여 결정하였다. 미세조류 바이오매스의 약 70%가 수분으로 확인되었다.
종의 지방산 생산성을 높일 수 있는 배양기술을 개발을 위해 여러 배양 인자 중, 배지 조성에 따른 지방산 생산성을 연구하였다. 미세조류 배양에 있어 배양 중간에 세포를 수확한 뒤 질소가 결핍된 배지로 새로 교체하는 2단계 배양 방식으로 영양소 결핍 조건을 줄 수 있지만 이는 에너지와 비용이 많이 들어 대량 배양에 적용이 어렵기 때문에, 대량 배양에 통상적으로 사용하는 회분식 배양(batch cultivation)을 통해 바이오매스와 지방산 생산성을 분석하였다. 담수 미세조류 배양에 일반적으로 사용되는 3 종류의 배지, BG-11 (Blue-Green), TAP (Tris-AcetatePhosphate), BBM (Bold’s Basal Medium), 배지를 사용하여 Parachlorella sp.
종의 바이오매스 및 지방산 생산성에 대한 배지의 영향을 연구하였다. 미세조류 배양에 통상적으로 사용되는 BG-11, TAP, BBM 배지를 사용하여 바이오매스 생산성은 TAP 배지에서, 지방산 축적은 BBM 배지에서 가장 잘 일어나는 것으로 확인되었고, 지방산 생산성을 향상시키기 위해 암모니아와 아세트산을 사용하는 TAP 배지의 조성을 변화하여 BBM 배지처럼 지방산 축적을 유도하며 바이오매스 생산성을 증가시킨 MTAP 배지를 개발하였다. 전체적인 바이오매스와 지방산 생산성을 높이기 위해서는 MTAP-1 배지가 적합하여 바이오매스 생산성과 지방산 생산성은 기존의 TAP 배지 대비 각각 14%, 45% 증가하였다.
세포 접종 후, 시간이 흐름에 따라 BBM 배지를 사용한 배양액의 색이 먼저 옅어지기 시작하여 노란색으로 변하였고, TAP 배지를 사용한 배양액은 연두색으로 변하였다.
본 실험을 통하여 바이오매스 생산에는 TAP 배지가, 미세 조류 내 지방산 축적에는 BBM 배지가 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다. 실질적인 지방산 생산성을 분석하기 위하여 세포 당 지방산 함량이 아닌, 배양액 부피당 지방산의 농도를 계산하였다. 최종 세포 농도는 TAP에서 3.
Parachlorella sp.의 지방산의 질을 확인하기 위하여 함량과 함께 조성을 분석하였다. 최종 지방산 함량은 TAP, MTAP-1, BBM, MTAP-2, MTAP-3, MTAP-4 순으로 높았으며 각각 19.
를 배양한 뒤, 바이오매스 생산성과 지질 함량을 분석하여 배지에 따른 지방산 생산성을 확인하였다. 지방산 생산성을 향상시키기 위하여 바이오매스 생산성이 가장 높게 나온 TAP 배지와 지방산 함량이 가장 높게 나온 BBM 배지의 특성을 조합하여 4 종류의 Modified TAP (MTAP) 배지 조성을 고안, N:P 비율, 질소원 종류와 아세트산 첨가 여부에 따른 지방산 생산성의 차이를 조사해 지방산 및 오메가-3 지방산 생산성이 높은 배지 조성을 제안하였다.

대상 데이터

3"E)에서 분리한 Parachlorella sp. FBCC180029 종을 국립낙동강생물자원관 담수생물자원은행에서 제공받아 본 연구에 사용하였다. 종균은 250 ml 삼각 플라스크에 100 ml의 TAP 배지를 사용하여 진탕 배양기(VS-8480SF, Vision Scientific Co.
Parachlorella sp.의 지방산 생산성을 평가하기 위하여 담수 미세조류의 배양에 널리 사용되는 BG-11, TAP, BBM 세 종류의 배지를 사용하여 배양 실험을 진행하였다. BG-11 배지는 NaNO₃ 1.

데이터처리

배양 온도는 배양실 온도를 에어컨을 이용해 20℃로 유지하였다. 실험군 당 두 개의 기포탑 광생물반응기를 사용해 미세조류를 배양하였으며, 실험 결과는 평균값과 실험값의 범위를 오차범위로 표기하였다.

이론/모형

또한, TAP과 BBM은 질소원이 각각 염화 암모늄, 질산 나트륨으로 다르고, TAP에는 아세트산이 유기산으로 공급되는 차이가 존재하는데, 이에 의한 바이오매스 생산성과 지방산 함량에 대한 효과를 보기 위하여 BBM과 같은 질소와 인의 양을 공급해주는 MTAP-4을 사용하였다(Table 2).

성능/효과

BBM을 공급하여 배양한 Parachlorella의 평균 세포 부피는 최고 123 µm3이었는데 MTAP 배지에서는 최고 288 µm3까지 세포의 부피가 증가하는 것을 확인하였다.
그 결과, 종합적인 지방산 농도는 BBM에서 639 mg/l로 TAP에서의 615 mg/l보다 4% 높은 생산 농도를 보였다. BG-11은 중간 정도의 최종 세포 농도를 보였으나 지방산 함량이 11%로 다른 배지를 사용했을 때보다 현저히 낮아 276 mg/l의 가장 낮은 지방산 농도를 보였다.
Parachlorella를 각각의 배지에서 배양한 결과, 최종 바이오매스 농도가 TAP, MTAP-1, MTAP-2, MTAP-3, MTAP4, BBM에서 각각 2.43, 2.78, 2.14, 1.85, 1.58, 1.36 g/l로 나타났다(Fig. 4). TAP과 MTAP-1, BBM과 MTAP-4는 같은 양의 질소원을 사용하였지만 MTAP-1과 MTAP-4가 각각의 대조군에 비해 14%, 16% 더 바이오매스 농도가 높았다.
1). TAP 배지에서는 지방산 함량이 18%, BG-11 배지에서는 지방산 함량이 11%로 나타났다.
4). TAP과 MTAP-1, BBM과 MTAP-4는 같은 양의 질소원을 사용하였지만 MTAP-1과 MTAP-4가 각각의 대조군에 비해 14%, 16% 더 바이오매스 농도가 높았다.
이는 MTAP-4을 사용하였을 때 최종 바이오매스 농도가 더 낮아 더 많은 세포당 빛 에너지가 공급되어 오메가-3 지방산의 합성이 더 많이 이루어졌기 때문으로 보인다. 결과적으로 TAP배지의 N:P 비율을 BBM과 동일하게 조성해서 만든 MTAP-1을 사용하여 지방산 생산성을 기존의 TAP 배지보다 44%, BBM 배지보다 74% 향상시켰으며, TAP 배지의 N과 P의 농도를 BBM과 동일하게 만든 MTAP-4을 사용하여 오메가-3 지방산 생산성을 기존의 TAP배지보다 279%, BBM 배지보다 38% 향상시킬 수 있었다. 따라서, Parachlorella sp.
0 g/l보다 74% 높았지만, 세포 당 지방산 함량은 BBM에서 34%로 TAP에서의 18%보다 87% 높았다. 그 결과, 종합적인 지방산 농도는 BBM에서 639 mg/l로 TAP에서의 615 mg/l보다 4% 높은 생산 농도를 보였다. BG-11은 중간 정도의 최종 세포 농도를 보였으나 지방산 함량이 11%로 다른 배지를 사용했을 때보다 현저히 낮아 276 mg/l의 가장 낮은 지방산 농도를 보였다.
지방산 함량은 BBM에서 두 번째로 높았지만 바이오매스 농도의 차이로 BBM에서 지방산 농도가 가장 낮은 것으로 나타났고, 바이오매스 농도가 높은 MTAP-1에서 지방산 농도가 가장 높았다. 동일한 배양 조건은 아니지만 다른 Parachlorella 종을 배양한 연구에서는 N:P ratio가 높은 BG-11의 N을 제거하여 지방산 함량을 16%에서 27%로 증가시켰지만 바이오매스 농도는 약 68% 감소하여 전체적인 지방산 농도는 감소하여 본 연구의 MTAP-4와 유사한 결과를 보였다(Table 3) [28]. 또 다른 연구에서는 BBM 배지의 영양분 함량을 높인 배지를 사용하여 37%의 높은 지방산 함량을 달성하면서도 바이오매스 농도를 높일 수 있었다[29].
진핵 미세조류는 적색과 청색 파장의 빛을 주로 흡수하여 초록색으로 보이는 클로로필을 주요 광합성 색소로 가지고 있는데, 클로로필은 분자 하나 당 4개의 질소 원자를 가지고 있어, 배양액 내 질소가 부족한 경우 이를 분해하여 질소를 단백질 합성에 사용하는 것으로 알려져 있다[10, 19]. 따라서, N:P 비율이 낮은 BBM 배지를 사용한 배양액에서는 미세조류 세포들이 클로로필을 분해하여 노란색으로 탈색되었고, N:P 비율이 높은 BG-11 배지를 사용한 배양액에서는 질소가 충분하여 클로로필을 분해하지 않아 짙은 초록색으로 배양액의 색이 유지된 것으로 판단된다.
또 다른 연구에서는 BBM 배지의 영양분 함량을 높인 배지를 사용하여 37%의 높은 지방산 함량을 달성하면서도 바이오매스 농도를 높일 수 있었다[29]. 따라서, Parachlorella의 지방산 생산성을 향상시키기 위해서는 배지의 N을 제거하는 것보다 P를 공급하여 N:P ratio를 낮추는 것이 유리할 것이다.
모든 배지에서 접종 후 3일까지는 대수(exponential) 생장곡선을 보이고, 그 뒤로는 7일차까지 빛에너지에 의해 생장이 제한된 생장곡선을 보인 뒤, 정체기에 돌입하였다. 배양 4일, 6일, 8일, 10일에 미세조류 바이오매스의 지방산 함량를 분석한 결과, 모든 배지에서 시간이 지날수록 지방산 함량이 증가하였으나, N:P 비율이 낮아 질소가 상대적으로 부족했던 BBM 배지에서 지방산 함량이 최고 34%까지 증가하였다(Fig.
, USA)를 통해 세포 농도와 부피를 측정한 후, 실험적으로 결정된 세포 중량과 건조 세포 중량의 비율을 이용해 계산하여 결정하였다. 미세조류 바이오매스의 약 70%가 수분으로 확인되었다. 바이오매스 생산성(Biomass Productivity, BP)은 아래 식을 이용하여 계산하였다:
모든 배지에서 접종 후 3일까지는 대수(exponential) 생장곡선을 보이고, 그 뒤로는 7일차까지 빛에너지에 의해 생장이 제한된 생장곡선을 보인 뒤, 정체기에 돌입하였다. 배양 4일, 6일, 8일, 10일에 미세조류 바이오매스의 지방산 함량를 분석한 결과, 모든 배지에서 시간이 지날수록 지방산 함량이 증가하였으나, N:P 비율이 낮아 질소가 상대적으로 부족했던 BBM 배지에서 지방산 함량이 최고 34%까지 증가하였다(Fig. 1). TAP 배지에서는 지방산 함량이 18%, BG-11 배지에서는 지방산 함량이 11%로 나타났다.
본 실험을 통하여 바이오매스 생산에는 TAP 배지가, 미세 조류 내 지방산 축적에는 BBM 배지가 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다. 실질적인 지방산 생산성을 분석하기 위하여 세포 당 지방산 함량이 아닌, 배양액 부피당 지방산의 농도를 계산하였다.
불포화지방산과 포화지방산의 비율은 TAP 배지와 MTAP-1, 2, 3 배지에서 2.0 ± 0.1이었고, BBM과 MTAP-4에서 2.5 ± 0.0으로 질소의 함량이 낮을 때 높았다.
전체적인 바이오매스와 지방산 생산성을 높이기 위해서는 MTAP-1 배지가 적합하여 바이오매스 생산성과 지방산 생산성은 기존의 TAP 배지 대비 각각 14%, 45% 증가하였다. 생리 활성 효과로 인해 관심도가 높은 오메가-3 지방산의 생산에는 MTAP-4 배지가 가장 적합하여 바이오매스 생산성과 오메가-3 지방산 생산성이 기존 BBM 배지 대비 각각 18%, 39% 증가하여 목표 중점 생산물질(바이오매스, 총 지방산, 또는 오메가-3 지방산)의 생산성을 향상시킬 수 있는 신규 배지 2종의 조성을 개발하였다.
세포 접종 후, 시간이 흐름에 따라 MTAP-4, BBM, MTAP3, MTAP-2, MTAP-1, TAP 배지 순으로 노란색에 가까이 변한 것을 확인할 수 있었다(Fig. 3). 이를 통해, BG-11, TAP, BBM의 실험결과와 같이 노란색으로 많이 변한 순으로 지방산이 많이 축적됐을 것을 유추할 수 있었다.
오메가-3 지방산의 함량은 MTAP-4에서 10.1%로 가장 높았고, BBM에서 8.4%, MTAP-1, 2, 3에서 2.4 ± 0.1%, TAP에서는 1.7%로 가장 낮게 나타났다.
3). 이를 통해, BG-11, TAP, BBM의 실험결과와 같이 노란색으로 많이 변한 순으로 지방산이 많이 축적됐을 것을 유추할 수 있었다.
미세조류 배양에 통상적으로 사용되는 BG-11, TAP, BBM 배지를 사용하여 바이오매스 생산성은 TAP 배지에서, 지방산 축적은 BBM 배지에서 가장 잘 일어나는 것으로 확인되었고, 지방산 생산성을 향상시키기 위해 암모니아와 아세트산을 사용하는 TAP 배지의 조성을 변화하여 BBM 배지처럼 지방산 축적을 유도하며 바이오매스 생산성을 증가시킨 MTAP 배지를 개발하였다. 전체적인 바이오매스와 지방산 생산성을 높이기 위해서는 MTAP-1 배지가 적합하여 바이오매스 생산성과 지방산 생산성은 기존의 TAP 배지 대비 각각 14%, 45% 증가하였다. 생리 활성 효과로 인해 관심도가 높은 오메가-3 지방산의 생산에는 MTAP-4 배지가 가장 적합하여 바이오매스 생산성과 오메가-3 지방산 생산성이 기존 BBM 배지 대비 각각 18%, 39% 증가하여 목표 중점 생산물질(바이오매스, 총 지방산, 또는 오메가-3 지방산)의 생산성을 향상시킬 수 있는 신규 배지 2종의 조성을 개발하였다.
지방산 조성 중 가장 유용한 것으로 평가되는 오메가-3 지방산은 BBM에서 115 mg/l, MTAP-1에서 67 mg/l, MTAP-2에서 53 mg/l, MTAP-3에서 41 mg/l, MTAP-4에서 159 mg/l, TAP에서 42 mg/l로 나타나 배지간 지방산 조성 차이에 따라 MTAP-4에서 가장 높은 오메가-3 지방산 생산성을 보였다. MTAP-1에서 총 지방산의 농도가 가장 높았지만, 오메가-3 지방산 농도는 MTAP-4에서 가장 높았다.
6). 지방산 축적이 본격적으로 시작되기 전엔 3일차 까지는 팔미트산(Palmitic acid, C16:0), 리놀레익산(Linoleic acid, C18:2), 리놀레닉산(Linolenic acid, C18:3)이 많은 비율을 차지하였고, 지방산 축적이 시작되자 리놀레익산(Linoleic acid, C18:2), 리놀레닉산(Linolenic acid, C18:3)과 함께 올레산(Oleic acid, C18:1)과 팔미토리놀레닉산(Palmitolinolenic acid, C16:3)이 증가하는 모습을 보였다.
4). 지방산 함량은 BBM에서 두 번째로 높았지만 바이오매스 농도의 차이로 BBM에서 지방산 농도가 가장 낮은 것으로 나타났고, 바이오매스 농도가 높은 MTAP-1에서 지방산 농도가 가장 높았다. 동일한 배양 조건은 아니지만 다른 Parachlorella 종을 배양한 연구에서는 N:P ratio가 높은 BG-11의 N을 제거하여 지방산 함량을 16%에서 27%로 증가시켰지만 바이오매스 농도는 약 68% 감소하여 전체적인 지방산 농도는 감소하여 본 연구의 MTAP-4와 유사한 결과를 보였다(Table 3) [28].
총 10일간 Parachlorella를 배양한 결과, 최종 바이오매스 농도는 TAP 배지에서 3.4 g/l, BG-11 배지에서 2.4 g/l, BBM 배지에서 2.0 g/l로 바이오매스는 TAP 배지에서 가장 많이 생산되었음을 알 수 있었다(Fig. 1).
실질적인 지방산 생산성을 분석하기 위하여 세포 당 지방산 함량이 아닌, 배양액 부피당 지방산의 농도를 계산하였다. 최종 세포 농도는 TAP에서 3.4 g/l로 BBM의 2.0 g/l보다 74% 높았지만, 세포 당 지방산 함량은 BBM에서 34%로 TAP에서의 18%보다 87% 높았다. 그 결과, 종합적인 지방산 농도는 BBM에서 639 mg/l로 TAP에서의 615 mg/l보다 4% 높은 생산 농도를 보였다.
의 지방산의 질을 확인하기 위하여 함량과 함께 조성을 분석하였다. 최종 지방산 함량은 TAP, MTAP-1, BBM, MTAP-2, MTAP-3, MTAP-4 순으로 높았으며 각각 19.7%, 24.9%, 29.1%, 30.2%, 31.4%, 34.3% 였다(Fig. 6). 지방산 축적이 본격적으로 시작되기 전엔 3일차 까지는 팔미트산(Palmitic acid, C16:0), 리놀레익산(Linoleic acid, C18:2), 리놀레닉산(Linolenic acid, C18:3)이 많은 비율을 차지하였고, 지방산 축적이 시작되자 리놀레익산(Linoleic acid, C18:2), 리놀레닉산(Linolenic acid, C18:3)과 함께 올레산(Oleic acid, C18:1)과 팔미토리놀레닉산(Palmitolinolenic acid, C16:3)이 증가하는 모습을 보였다.

후속연구

따라서, Parachlorella sp. 배양 시 MTAP-1 또는 MTAP-4 배지를 선택하여 지방산 함량이 높으면서 원하는 지방산 조성을 가지는 미세조류 바이오매스를 생산할 수 있을 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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