초록 ▼

본 연구에서는 이산화탄소를 이용하여 미세조류를 배양시켜 이산화탄소를 저감하는 동시에 유용물질을 생산하는 생물공정을 개발하는 것을 목적으로 연구를 수행하였고 효과적인 연구의 진행을 위하여 고효율의 성능을 가지는 반응기와 생산성이 증가된 형질전환 균주를 개발하였음. 세부적으로 미세조류의 광합성 대사조절 최적화를 위한 유전자와 astaxanthin의 생산성을 강화하기 위한 유전자를 확보하였음. 미세조류의 형질전환을 위하여 agrobacterium 및 gene gun을 이용한 고효율의 형질전환법을 개발하였음. Perfusion 공법을 통하

본 연구에서는 이산화탄소를 이용하여 미세조류를 배양시켜 이산화탄소를 저감하는 동시에 유용물질을 생산하는 생물공정을 개발하는 것을 목적으로 연구를 수행하였고 효과적인 연구의 진행을 위하여 고효율의 성능을 가지는 반응기와 생산성이 증가된 형질전환 균주를 개발하였음. 세부적으로 미세조류의 광합성 대사조절 최적화를 위한 유전자와 astaxanthin의 생산성을 강화하기 위한 유전자를 확보하였음. 미세조류의 형질전환을 위하여 agrobacterium 및 gene gun을 이용한 고효율의 형질전환법을 개발하였음. Perfusion 공법을 통하여 최대 0.32 g/L • day의 고농도의 biomass 생산성을 기록하였음. 효율적이고 경제성 있는 생물공정의 개발을 위하여 고분자 필름을 원료로 하는 bubble column 유형의 반응기를 개발하였고 순차적으로 scale-up을 진행하여 25L의 배양 부피를 가지는 반응기를 제작하여 실내 환경과 옥외 환경(100L)에서 시운전을 실시하였음. 개발된 반응기의 성능을 평가한 결과 200 mg/L 이상의 astaxanthin을 획득할 수 있었으며 현재는 산업체 배가스를 이용한 생물공정 개발을 지속적으로 연구하고 있음. 회수 및 분리공정 개발로 인하여 biomass의 회수율은 95%, 유용물질의 회수율은 85%를 달성하여 연구를 성공적으로 진행하였음.

Abstract ▼

Microalgae are currently cultivated for production of various commercial products around the world in several dozen small-to medium-scale production systems, producing a few tens to a several hundreds of tons of biomass annually. The main algae genera currently cultivated photosynthetically for vari

Microalgae are currently cultivated for production of various commercial products around the world in several dozen small-to medium-scale production systems, producing a few tens to a several hundreds of tons of biomass annually. The main algae genera currently cultivated photosynthetically for various nutritional products are Spirulina, Chlorella, Dunaliella and Haematococcus. Total world production of dry algal biomass for these algae is estimated at about 10,000 tons per year. About half of these productions take place in mainland China, with most of the rest in Japan, Taiwan, U.S.A., Australia and India, and a few small producers in some other countries. Biological production of valuable materials by microalgae has more productivity and price competitiveness than traditional methods such as chemical synthesis.
A unicellular green microalgae, Haematococcus pluvialis, has been focused as a microbial source of astaxanthin, which has been suggested as a food supplement for humans. H. pluvialis accumulates the highest level of astaxanthin. Astaxanthin has property as antioxidative materials and high value of 2,000 $/kg. Its unique structure, which incorporates hydroxyl and keto endings on each ionone ring, provides astaxanthin with outstanding antioxidant activity, compared to closely related carotenoids with antioxidant properties, such as β-carotene, zeaxanthin, and lutein. Therefore, H. pluvialis has high potential for application in the nutraceutical, pharmaceutical, cosmetics, food, and feed industries.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 14
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 16
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 17
• 제 3 절 연구개발의 범위 ... 23
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 26
• 제 1 절 서론 ... 26
• 제 2 절 국내외 기술개발동향 ... 28
• 제 3 절 조사 연구개발 사례에 대한 평가 ... 33
• 제 4 절 본 연구의 국내외 기술개발 현황에서의 위치 ... 34
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 36
• 제 1 절 이론적 배경 ... 36
• 제 2 절 광합성 미생물의 형질 전환 기술 구축 및 조건 최적화 ... 44
• 제 3 절 미세조류에 적합한 발현벡터의 선별 ... 67
• 제 4 절 대량 광 배양용 생물 공정의 개발 ... 77
• 제 5 절 고농도 배양 공정의 개발 ... 122
• 제 6 절 광 생물 반응기의 옥외 배양 및 현장 적용 ... 146
• 제 7 절 유용물질(Astaxanthin) 의 회수 및 정제 공정 개발 ... 164
• 제 4 장 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 174
• 제 1 절 연구개발 목표의 달성도 ... 174
• 제 2 절 관련 분야의 기술발전에의 기여도 ... 181
• 제 3 절 파급효과 ... 183
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 ... 189
• 제 1 절 추가연구의 필요성 ... 189
• 제 2 절 타 연구에의 응용 ... 190
• 제 3 절 상용화 추진방안 ... 190
• 제 6장 본 사업 종료 후 향후 추진 계획 ... 193
• 제 1절 연구개발 및 실용화를 고려한 최적공정의 경제성 분석 ... 193
• 제 2절 상용화 연구 추진계획 ... 195
• 제 7 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 203
• 제 1 절 선진국의 이산화탄소 전환기술 조사 ... 203
• 제 8 장 참고문헌 ... 206