KR100622025B1 - The medium composition for optimum growth and maximum biomass of Spirulina genus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스피룰리나(Spirulina)의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식품 또는 생물활성 물질의 신소재로 널리 사용될 수 있는 스피룰리나의 배양에 사용되는 SOT 배지의 질소 및 탄소의 농도를 조절한 최적 조성의 배지를 개발함으로써 광도 또는 온도 등의 배양 조건을 조절한 특수 배양기를 사용하지 않고도 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확이 가능하여 경제적으로 유용할 뿐만 아니라 다양하게 산업적으로 응용될 수 있는 스피룰리나를 짧은 시간 안에 편리하게 생산할 수 있도록 개선된, 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a medium composition for optimizing growth and maximum harvest of Spirulina , and more particularly, to nitrogen and carbon of SOT medium used in the culture of spirulina, which can be widely used as a new material for food or bioactive materials. By developing the medium with the optimal composition by adjusting the concentration, it is possible to optimize the growth and maximum harvest of spirulina without using the special incubator with the adjustment of the cultivation conditions such as brightness or temperature. A medium composition for optimizing growth and maximum harvest of spirulina, which has been improved to conveniently produce spirulina in a short time.
스피룰리나, 성장 최적화, 최대 수확, SOT 배지, 탄소, 질소Spirulina, Growth Optimization, Max Harvest, SOT Medium, Carbon, Nitrogen
Description
도 1은 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina platensis) NIES 46의 광학현미경(×200) 사진이고,1 is an optical microscope (× 200) photograph of Spirulina platensis NIES 46,
도 2는 스피룰리나 플라텐시스의 비생장률과 일일생산량과의 상관관계를 나타낸 그래프이며,2 is a graph showing the correlation between the specific growth rate of spirulina and platensis and the daily yield,
도 3은 질소의 농도를 변화시키면서 배양된 조체의 클로로필 a 농도 및 건조중량의 변화를 나타내는 그래프이며,3 is a graph showing the change in chlorophyll a concentration and dry weight of the cultured crude while changing the concentration of nitrogen,
도 4는 탄소의 농도를 변화시키면서 배양된 조체의 최대 비생장률의 변화를 나타내는 그래프이며,Figure 4 is a graph showing the change in the maximum specific growth rate of the cultured culture while changing the concentration of carbon,
도 5는 질소 및 탄소의 농도를 최적으로 조절한 배지에서 배양된 스피룰리나 플라텐시스의 배양시간에 따른 건조 중량의 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the change in dry weight with culturing time of spirulina platensis cultured in a medium in which the concentration of nitrogen and carbon is optimally controlled.
본 발명은 스피룰리나(Spirulina)의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식품 또는 생물활성 물질의 신소재로 널리 사용될 수 있는 스피룰리나의 배양에 사용되는 SOT 배지의 질소 및 탄소의 농도를 조절한 최적 조성의 배지를 개발함으로써 광도 또는 온도 등의 배양 조건을 조절한 특수 배양기를 사용하지 않고도 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확이 가능하여 경제적으로 유용할 뿐만 아니라 다양하게 산업적으로 응용될 수 있는 스피룰리나를 짧은 시간 안에 편리하게 생산할 수 있도록 개선된, 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a medium composition for optimizing growth and maximum harvest of Spirulina , and more particularly, to nitrogen and carbon of SOT medium used in the culture of spirulina, which can be widely used as a new material for food or bioactive materials. By developing the medium with the optimal composition by adjusting the concentration, it is possible to optimize the growth and maximum harvest of spirulina without using the special incubator with the adjustment of the cultivation conditions such as brightness or temperature. A medium composition for optimizing growth and maximum harvest of spirulina, which has been improved to conveniently produce spirulina in a short time.
스피룰리나(Spirulina)는 원핵생물로서 시아노박테리아(Cyanobacteria)에 속한다. 지구가 처음 만들어졌을 때 대기 중에는 산소가 없었으나 빛 에너지와 물을 이용하여 광합성을 하는 시아노박테리아와 같은 호기성 광합성 세균에 의해 현재와 같은 대기를 이루게 되었다. 스피룰리나는 자신이 필요로 하는 종합 영양소를 다른 생물에 의존하지 않고 빛에너지와 물, 공기 중 탄산가스만으로 스스로 만들어 낸다.Spirulina (Spirulina) belongs to the cyanobacteria (Cyanobacteria) as prokaryotes. When the earth was first created, there was no oxygen in the atmosphere, but it was formed by aerobic photosynthetic bacteria such as cyanobacteria, which use light energy and water to form photosynthesis. Spirulina does not rely on other organisms to produce the nutrients it needs, but only on light energy, water, and carbon dioxide in the air.
스피룰리나는 "꼬이다"는 의미의 라틴어 'spiral'에서 유래되는데, 실제 현미경으로 관찰해 보면 마치 스프링처럼 꼬여있는 모습의 스피룰리나를 관찰할 수 있다. 청록색의 스피룰리나는 여러 개의 세포가 길게 연결된 나선형 사상체이며 작은 조각인 호르모고니움(hormogonium)으로 나누어진 후, 각 호르모고니움이 다시 나선형 사상체를 완성하는 방법으로 증식한다. 스피룰리나 플라텐시스의 크기는 각 세포의 폭이 0.006 ∼ 0.008 mm이고, 나선형 사상체의 폭은 0.035 ∼ 0.05 mm 정도이며, 스피룰리나 맥시마는 각 세포의 폭이 0.004 ∼ 0.006 mm이고, 나선형 사상체가 0.05 ∼ 0.06 mm 정도이다. 이동은 물 속에서 가스주머니(gas vacuole)를 이용하여 위·아래의 상하 운동을 하며, 고체 표면 위에서는 활강(gliding) 방법으로 천천히 이동한다.Spirulina comes from the Latin word "spiral," meaning "kink." If you look under a microscope, you can see spirulina twisted like a spring. The turquoise spirulina is divided into long, spirally filamentous filamentous filaments, each of which is broken down into small pieces of the homomogonium, which then multiply in a way that completes the filamentous filamentous filament. The size of spirulina platensis is 0.006 to 0.008 mm in the width of each cell, the width of the helical filament is about 0.035 to 0.05 mm, the width of each cell is 0.004 to 0.006 mm, and the helical filament is 0.05 to 0.06. It is about mm. The movement moves up and down in the water using gas vacuole, and slowly moves on the solid surface by gliding.
스피룰리나는 균체의 70 % 이상이 고 단백질을 함유하여 단백질원으로 사용될 수 있고, 일반 영양원에서 부족하기 쉬운 라이신, 메티오닌 등과 같은 필수 아미노산을 풍부하게 함유하고 있어 의약품 대용 식품 또는 체질 개선용 식품으로 널리 인식되고 있다. 스피룰리나는 단백질의 함량이 높을 뿐만 아니라 그 필수 아미노산의 조성이 매우 균형적이어서 소화 흡수율(95 % 이상) 등의 생체 이용률이 매우 높고, 많이 먹어도 인체에 축적될 수 있는 성분이 별로 없을 뿐만 아니라 그 지방산 조성, 미네랄 성분이 인체의 건강증진에 이상적으로 되어 있고 강력한 항산화 활성 물질인 베타-카로틴 등의 카로티노이드의 함량이 어떤 식품보다 높은 완전식품이다. 초기에는 단순한 양식어류의 먹이 사료로서 배양되기 시작하여 현재에는 건강식품 개발, 기능성 물질인 감마-리놀렌산 추출 등 그 연구가 증가되어 가고 있는 실정으로 그 이용 범위가 점점 확대되어 가고 있다.Spirulina can be used as a protein source because more than 70% of the cells contain high protein, and contains abundant essential amino acids such as lysine and methionine, which are easily lacked in general nutrient sources, and are widely recognized as a substitute for medicine or food for improving constitution. It is becoming. Spirulina is not only high in protein, but also very balanced in composition of essential amino acids, so it has a high bioavailability such as digestion absorption rate (95% or more), and even if it is eaten a lot, there are few components that can be accumulated in the human body and its fatty acid. Its composition and minerals are ideal for health promotion of the human body, and the carotenoids such as beta-carotene, which is a powerful antioxidant active substance, are higher than any food. In the early stages, it has been cultivated as a feed for simple farmed fish, and now its research is increasing, such as the development of health food and the extraction of gamma-linolenic acid, which is a functional substance.
스피룰리나는 식물과 같이 태양광을 에너지원으로 사용하여 탄산가스를 유기물로 바꾸고 증식한다. 따라서, 스피룰리나가 좋아하는 배양 조건은 풍부한 태양광과 미네랄이 풍부한 깨끗한 물(예컨대, 적도에 가까운 열대기후의 해양 심층수), 자생하고 있는 열대의 호수와 같은 따뜻한 물, 다른 생물이 사는 것이 곤란한 강한 알칼리성 배지(pH 9.5 ∼ 11) 등이 바람직하다. 그 동안 배양기, 광도 또 는 온도 등의 배양 조건을 조절하여 최대 건조중량의 조체를 생산하려는 노력이 있어 왔다.Spirulina, like plants, uses sunlight as its energy source to convert carbon dioxide into organic matter and multiply. Thus, Spirulina's preferred culture conditions include rich sunlight and mineral-rich clear water (e.g., deep-sea tropical waters near the equator), warm water such as native tropical lakes, and strong alkalinity that makes it difficult for other organisms to live. Medium (pH 9.5-11) etc. are preferable. In the meantime, there have been efforts to produce a maximum dry weight of the coarse by adjusting the culture conditions such as incubator, brightness or temperature.
종래에는 스피룰리나의 배양시 일반적인 SOT 배지를 사용하였다. 일반적인 SOT 배지의 조성은 다음의 표 1과 같다.Conventionally, a general SOT medium was used for culturing spirulina. The composition of a general SOT medium is shown in Table 1 below.
성장 최적화 및 최대 수확을 위하여 배지의 조성보다는 배양 조건 및 방법을 조절하였다. 스피룰리나 플라텐시스를 30 ℃, 2500 lux, pH 9.5 및 4 vvm로 100 L 규모의 원통형 배양기와 에어 리프트형(air lift) 배양기를 사용하여 두 배양조에서의 생산성 및 최고 성장 농도를 비교하는 방식으로 최적 조건에 대한 실험이 이루어졌다.Culture conditions and methods were adjusted rather than the composition of the medium for growth optimization and maximum harvest. Spirulina platensis was compared at 30 ° C, 2500 lux, pH 9.5 and 4 vvm using a 100 L cylindrical incubator and an air lift incubator to compare productivity and peak growth concentrations in both cultures. Experiments were made on optimum conditions.
배지 조성을 변화시키지 않고 배양기, 광도 또는 온도 등의 배양 조건을 변화시켜 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 유도하는 방법은 배양기를 제조 하기 위하여 비용이 많이 소요되어 경제적으로 문제가 있었고 최적의 조건을 찾기 위하여 실험 시간이 많이 걸리는 문제도 있었다.The method of optimizing growth and maximum harvest of spirulina by changing culture conditions such as incubator, light intensity or temperature without changing the medium composition is costly to manufacture the incubator, which is economically problematic and in order to find the optimal conditions. There was also a problem that took a lot of experiment time.
따라서, 본 발명이 속하는 분야에서는 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 새로운 접근이 요구되고 있었으나, SOT 배지의 원소 농도를 조절하여 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 유도하려는 시도는 없었다.Therefore, in the field of the present invention, a new approach for optimizing growth and maximum harvest of spirulina was required, but there was no attempt to induce growth optimization and maximal harvest of spirulina by adjusting the element concentration of SOT medium.
이에, 본 발명자는 수중에 분포하는 다양한 생물 중에서 생리활성 물질을 생산하는 생물군으로 알려진 시아노박테리아에 대한 생리적 특성에 따른 분리 및 배양 등에 대한 오랜 연구 경험을 바탕으로 하여 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 유도하는 방법에 대한 다른 방법에 대하여 연구 노력한 결과, 배양기, 광도 또는 온도 등의 배양 조건을 변화시키는 것보다는 배양에 사용되는 SOT 배지에 포함된 질소 및 탄소의 농도를 조절하여 산업적으로 유용한 스피룰리나를 생산해 내는 것이 보다 편리하고 시간과 비용을 절약할 수 있어 경제적이라는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have optimized the growth and maximal harvest of spirulina based on long-term research experience on separation and cultivation according to physiological characteristics of cyanobacteria known as a biogroup that produces bioactive substances among various organisms distributed in water. As a result of research on other methods of inducing phytosterols, rather than changing culture conditions such as incubator, light intensity or temperature, industrially useful spirulina is produced by controlling the concentration of nitrogen and carbon contained in the SOT medium used in the culture. The present invention has been completed by knowing that it is more economical to produce and save time and money, and thus economical.
따라서, 본 발명은 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위하여 질소 및 탄소의 농도를 조절한 것을 특징으로 하는 최적의 배지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optimal medium composition characterized in that the concentration of nitrogen and carbon for the growth optimization and maximum harvest of spirulina is adjusted.
또한, 본 발명은 상기 최적 배지 조성물을 사용한 것을 특징으로 하는 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 대량 배양 시설을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a mass culture facility for optimizing growth and maximal harvest of spirulina characterized by using the optimum medium composition.
본 발명은 질소의 농도가 150 ∼ 300 mg/L이고 탄소의 농도가 1200 ∼ 2400 mg/L인 스피룰리나 속(Spirulina genus)의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물을 특징으로 한다.The present invention features a medium composition for optimizing the growth and maximum harvest of the Spirulina genus with a concentration of 150 to 300 mg / L of nitrogen and a concentration of 1200 to 2400 mg / L of carbon.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the present invention in more detail as follows.
본 발명은 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식품 또는 생물활성 물질의 신소재로 널리 사용될 수 있는 스피룰리나의 배양에 사용되는 SOT 배지의 질소 및 탄소의 농도를 조절한 최적 조성의 배지를 개발함으로써 광도 또는 온도 등의 배양 조건을 조절한 특수 배양기를 사용하지 않고도 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확이 가능하여 경제적으로 유용할 뿐만 아니라 다양하게 산업적으로 응용될 수 있는 스피룰리나를 짧은 시간 안에 편리하게 생산할 수 있도록 개선된, 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a medium composition for optimizing the growth and maximum harvest of spirulina, and more specifically, to adjust the concentration of nitrogen and carbon of the SOT medium used in the culture of spirulina that can be widely used as a new material of food or bioactive materials By developing a medium with an optimal composition, it is possible to optimize the growth and maximum harvest of spirulina without using a special incubator that controls the culture conditions such as brightness or temperature. It relates to a medium composition for optimizing the growth of spirulina and for maximum harvest, which has been improved for convenient production in a short time.
미생물은 종류에 따라 영양 요구성이 다르기 때문에 미생물의 배양을 위해서 미생물의 종류와 사용 목적에 적합한 배지가 필요하다. 배지는 미생물의 생육에 필요한 필수 영양소를 가지고 있으며 배양을 위한 미생물 이외의 균은 존재하지 않아야 한다.Since microorganisms have different nutritional requirements depending on the type, a medium suitable for the type of microorganism and its purpose of use is required for the culture of the microorganism. The medium contains essential nutrients necessary for the growth of microorganisms, and there should be no bacteria other than the microorganisms for culture.
스피룰리나의 경우에는 SOT 배지를 사용하는데, SOT 배지는 탄소, 질소 및 각종 무기염류를 포함한다. 질소와 탄소는 스피룰리나가 대사를 통하여 만들어 내는 아미노산, 단백질 등의 대사 산물의 필수 구성 요소가 되고 특별히 이산화탄소를 흡수하여 산소를 만들어 내는 스피룰리나에게는 중요한 원소이다. 또한, 각종 무기염류는 균체의 구성 성분으로 이용되기도 하고, 배지의 pH와 삼투압의 조절에도 중요한 작용을 한다. 주요 무기염은 P, Na, K, Mg, S, Fe, Cl 등이며, Ca, Mn, Zn, Cu 등도 포함될 수 있다.In the case of spirulina, SOT medium is used, which includes carbon, nitrogen and various inorganic salts. Nitrogen and carbon are essential components of metabolites such as amino acids and proteins that spirulina produces through metabolism, and are important for spirulina, which absorbs carbon dioxide to produce oxygen. In addition, various inorganic salts are also used as a component of the cells, and also plays an important role in controlling the pH and the osmotic pressure of the medium. The main inorganic salts are P, Na, K, Mg, S, Fe, Cl and the like, and may also include Ca, Mn, Zn, Cu and the like.
스피룰리나의 배양을 위한 배지의 제조는 앞서 언급한 표 1에 기재된 성분을 증류수(또는 지하수나 수돗물도 가능)에 순차적으로 녹인다. 다만 A5 용액은 다른 배지성분과의 반응 및 침전을 최소화하기 위하여 별도로 제조하여 마지막에 배지에 추가한다.In the preparation of the medium for culturing spirulina, the components described in Table 1 are sequentially dissolved in distilled water (or groundwater or tap water). A 5 solution is prepared separately and added to the medium at the end to minimize the reaction and precipitation with other media components.
조제된 배지를 사용하여 스피룰리나를 대량으로 생산하기 위해서는 다양한 종류의 배양시설을 이용할 수 있다. 첫째로 폐쇄형 배양계로서 광생물반응기(Photobioreactor)를 이용하는 경우 광 조사(illumination), 온도 조절, 교반(shaking), 통기(aeration) 등이 용이하고, 순수배양을 유지하기에 유리하지만 비용은 많이 들 수 있다. 둘째로 개방형 배양계로서 옥외 배양 등의 오픈 배양(open culture)를 이용하는 경우가 있는데, 배양 시설에 대한 투자비용이 현저히 적으나 순수배양을 유지하기가 어렵고 배양된 스피룰리나 생물량의 상품적 질이 낮아질 수 있는 단점이 있다. 즉, 스피룰리나 대량 배양을 위한 배양시설은 배양된 생물량의 사용목적 및 비용을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.Various types of culture facilities can be used to produce spirulina in large quantities using the prepared medium. First, when using a photobioreactor as a closed culture system, light irradiation, temperature control, shaking, aeration, etc. are easy and advantageous to maintain pure culture, but it is expensive. Can be mentioned. Second, open culture, such as outdoor culture, is used as an open culture system. Although the investment cost for the culture facility is significantly lower, it is difficult to maintain pure culture and the commercial quality of the cultured spirulina or biomass may be lowered. There is a disadvantage. That is, it is preferable that the culture facility for spirulina or mass cultivation is determined in consideration of the purpose and cost of the cultured biomass.
스피룰리나 속(Spirulina genus)에 속하는 것으로는 스피룰리나 플라텐시스, 스피룰리나 맥시마, 스피룰리나 후지폴미스 등이 있는데, 본 발명에 따른 목적을 달성하기 위해서는 스피룰리나 플라텐시스를 균주로 사용하는 것이 보다 바람직하다.Spirulina genus (Spirulina genus) belongs to the spirulina platensis, spirulina maxima, spirulina Fujipolmis and the like, in order to achieve the object according to the invention it is more preferred to use the spirulina platensis as a strain.
이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예 1 : 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina platensis)의 확보Example 1 Securing Spirulina platensis
본 발명에 따라 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 최적 조성의 배지를 개발하기 위하여 일본 국립환경연구소에서 시아노박테리아 스피룰리나 플라텐시스 NIES 46((Spirulina platensis NIES 46)을 배양 받았다. 배양 받은 스피룰리나 플라텐시스 NIES 46을 위의 표 1의 조성을 가지는 일반적인 SOT 배지에서 계대배양(subcultury)하였다. 통상의 시아노박테리아와 같이 스피룰리나 플라텐시스는 광독립영양(photoautotrophic) 조건에서 생육하기 때문에 빛에너지 공급원인 형광등(cool white fluorescent lamps)을 사용하여 성장에 적합한 광도 160 ∼ 180 μmol/m2/sec를 유지하였다. 온도 35 ℃, 광주기 L:D = 24:0 하에서 70 rpm으로 교반하면서 배양하여 대용량 배양을 위한 예비 균주를 확보하였다. 배양된 균체는 광학현미경(Nikon Microphot FXA) 및 도립현미경(Nikon TMS)으로 관찰하여 일정한 균주 상태를 유지하였다. 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina platensis) NIES 46의 광학현미경 사진은 도 1과 같다.According to the present invention, in order to develop an optimum composition medium for optimizing growth and maximum harvest of spirulina, cyanobacteria spirulina platensis NIES 46 (( Spirulina platensis NIES 46)) was cultured at the National Institute of Environmental Research in Japan. Tensis NIES 46 was subculturated in a general SOT medium having the composition in Table 1. Spirulina and platens, like conventional cyanobacteria, grow under photoautotrophic conditions, so they are fluorescent light sources. (cool white fluorescent lamps) were used to maintain a light intensity suitable for growth of 160 to 180 μmol / m 2 / sec, and the large-volume cultures were incubated with stirring at 70 rpm under a temperature of 35 ° C. and a photoperiod L: D = 24: 0. A preliminary strain for the culture was obtained. The cultured cells were observed with an optical microscope (Nikon Microphot FXA) and an inverted microscope (Nikon TMS). The microorganisms of Spirulina platensis NIES 46 are shown in FIG. 1.
실시예 2 : 스피룰리나 플라텐시스의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 최적 배지 조성의 규명Example 2 Optimization of Growth of Spirulina Platensis and Identification of Optimal Media Composition for Maximum Harvest
스피룰리나 플라텐시스의 생장에 중요한 영향을 줄 수 있는 질소 및 탄소의 농도를 변수로 하여 여러 종류의 변형된 SOT 배지를 제조하였다. 제조된 배지에 실시예 1에서 확보한 스피룰리나 플라텐시스(Spirulina platensis) NIES 46을 150 mL 씩 넣고 매일 클로로필 a 함량과 균체의 건조중량을 1 회 측정하여 생장률(성장 최적화)을 조사하였다.Several types of modified SOT media were prepared with nitrogen and carbon concentrations as variables that could have an important effect on the growth of spirulina and platensis. 150 mL of Spirulina platensis NIES 46 obtained in Example 1 was added to the prepared medium, and the growth rate (growth optimization) was examined by measuring the chlorophyll a content and the dry weight of the cells once daily.
스피룰리나 플라텐시스의 성장 최적화를 위한 배지 조성을 규명한 후, 그 조성에 따라 배지를 제조하여 3 L 용량, 광도 180 μmol/m2/sec, 온도 35 ℃, 광주기 L:D = 24:0으로 조정된 광교반기(Illuminated Shaking Incubator)를 운용하여 스피룰리나 플라텐시스의 일일최대생산량(최대 수확)을 측정하였다.After determining the medium composition for optimizing the growth of spirulina platensis, the medium was prepared according to the composition to 3 L capacity, luminous intensity 180 μmol / m 2 / sec, temperature 35 ° C., photoperiod L: D = 24: 0 The daily maximum production (maximum yield) of spirulina platensis was measured using an Illuminated Shaking Incubator.
실시예 3 : 생장률의 측정방법Example 3 Measurement of Growth Rate
다른 식물플랑크톤과 마찬가지로 시아노박테리아에 속하는 스피룰리나 플라텐시스는 클로로필 a를 함유하고 있으므로 이를 측정하여 스피룰리나 플라텐시스의 현존량을 산정하였다. 매일 1 회 5 mL의 시료를 채취하여 와트만 유리섬유여과지(GF/C)로 여과한 후, 여과지를 90 % 아세톤 용액에 담가 마쇄한 뒤 12 시간 이상 암냉 상태에서 방치한 후 클로로필 a를 추출하였다. 추출 후 여과지로 걸러 750 nm, 664 nm, 647 nm 및 630 nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다.As with other phytoplankton, spirulina platensis belonging to cyanobacteria contains chlorophyll-a, and the amount of spirulina platensis was estimated by measuring it. 5 mL of sample was taken once daily and filtered through Whatman glass fiber filter paper (GF / C), and then the filter paper was immersed in 90% acetone solution and crushed. . After extraction, the filter paper was quantified by measuring absorbance at 750 nm, 664 nm, 647 nm and 630 nm.
조체의 건조중량은 매일 1 회 시료를 채취한 후, 사전에 건조하여 여과 전 무게를 측정해 둔 유리섬유여과지로 여과하여 측정하였다. 이 때 여과 후에는 반드시 3 차 증류수로 조체를 세정하여 조체 주변에 남아 있는 염분을 제거하였고, 여과지를 4 시간 동안 80 ℃에서 충분히 건조시킨 다음 무게를 측정하여 여과 전ㅇ후 무게의 차이로 조체의 건조중량을 산정하였다.The dry weight of the granules was measured once by taking a sample once daily, and then filtered with a glass fiber filter paper which was dried beforehand and weighed before filtration. At this time, after filtration, the crude body was washed with tertiary distilled water to remove salts remaining around the crude tank, and the filter paper was sufficiently dried at 80 ° C. for 4 hours, and then weighed to determine the weight of the crude powder before and after filtration. The dry weight was calculated.
본 실시예에서는 배양된 스피룰리나 플라텐시스의 생물량(biomass)을 나타내기 위해서 생물체 전체 또는 부분 사이의 상대적 생장 관계를 비교할 목적의 비생장률을 구하였다. 비생장률은 클로로필 a의 함량과 건조중량 값을 토대로 하였고 비생장률을 비교하여 상대적으로 유리한 생장 조건을 밝혔다. 비생장률(μ)은 (ln x2 - ln x1) / (t2 - t1)로 계산하여 구하였는데, 여기서 t1은 처음 측정일, t2는 나중 측정일이고, x1은 t1 측정일의 클로로필 a의 함량 또는 건조중량, x2는 t2 측정일의 클로로필 a의 함량 또는 건조중량을 의미하고 t2 - t1은 측정일의 차이이다. 상기 모든 실험은 3 회 반복 실시하였다.In this example, the specific growth rate for the purpose of comparing the relative growth relationship between all or part of the organism was determined to represent the biomass of cultured spirulina and platensis. The specific growth rate was based on the content of chlorophyll-a and dry weight value, and compared with the specific growth rate to find relatively favorable growth conditions. The specific growth rate (μ) was obtained by calculating (ln x 2 -ln x 1 ) / (t 2 -t 1 ) where t 1 is the first measurement, t 2 is the later measurement, and x 1 is t 1 The content or dry weight of chlorophyll a on the measurement day, x 2 means the content or dry weight of chlorophyll a on the t 2 measurement day and t 2 -t 1 is the difference between the days of measurement. All the experiments were repeated three times.
본 실시예에 있어서, 비생장률 값은 결과적으로 일일생산량과 높은 상관관계를 나타내었다. 스피룰리나 플라텐시스의 비생장률과 동일시기의 일일생산량과의 상관관계는 도 2와 같다.In the present example, the specific growth rate value was highly correlated with the daily yield. The correlation between the specific growth rate of spirulina and platensis and the daily production at the same time is shown in FIG. 2.
실시예 4 : 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 질소의 농도Example 4 Concentration of Nitrogen for Growth Optimization and Maximum Harvest
스피룰리나 플라텐시스의 생장에 있어 가장 유리한 질소의 농도 조건을 알아보기 위하여 NaNO3를 0.607 g/L (질소 100 mg/L), 0.911 g/L (질소 150 mg/L), 1.214 g/L (질소 200 mg/L), 1.788 g/L (질소 300 mg/L) 또는 3.035 g/L (질소 500 mg/L) 각각 주입하여 조체를 배양하면서 조체의 클로로필 a 농도와 건조중량을 위와 같은 방법으로 측정하였다.In order to determine the most favorable nitrogen concentration conditions for the growth of spirulina platensis, NaNO 3 was 0.607 g / L (100 mg / L nitrogen), 0.911 g / L (150 mg / L nitrogen), 1.214 g / L (
그 결과는 도 3에 도시하였으며, NaNO3를 1.214 g/L 주입한 경우 즉, 질소가 질소 200 mg/L 포함된 경우에 가장 높은 클로로필 a 농도와 조체의 건조중량을 나타냄을 알 수 있고 질소가 150 ∼ 300 mg/L인 경우 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확에 대체로 적합함을 알 수 있다. 질소농도가 150 mg/L 미만(100 mg/L)인 경우에는 클로로필 a 값과 조체 건조 중량 모두 낮은 값을 보여 스피룰리나의 증식에 부족한 농도로 사료되며, 300 mg/L 초과(500 mg/L)인 경우에는 배양 중반까지는 양호한 증식을 유도하지만 그 이후에는 급감함을 확인함으로써 경비 지출에 따른 최적의 효과를 기대하기에는 무리가 있어 바람직하지 못하다. 따라서, 스피룰리나 속의 배양에 일반적으로 사용되고 있는 SOT 배지의 경우 2.5 g/L의 NaNO3가 주입되고 있는데, 이는 질소가 필요 이상으로 함유되어 경제적으로 불필요한 비용이 소요되고 있음을 시사한다. 조체의 클로로필 a 농도와 건조중량의 측정 자료를 토대로 한 비생장률을 조사한 결과, 표 2와 같이 비슷한 경향을 보임을 알 수 있었다.The results are shown in Figure 3, NaNO 3 injection of 1.214 g / L, that is, when the nitrogen containing 200 mg / L shows the highest chlorophyll a concentration and the dry weight of the crude, It can be seen that the 150 ~ 300 mg / L is generally suitable for optimizing the growth and maximum harvest of spirulina. When the nitrogen concentration is less than 150 mg / L (100 mg / L), both chlorophyll a and the dry dry weight are low, which is considered to be insufficient for the growth of spirulina, and more than 300 mg / L (500 mg / L). In the case of inducing a good growth until the middle of the culture, but it is not preferable because it is too difficult to expect the optimal effect according to the expense by checking the sharp decrease after that. Therefore, 2.5 g / L of NaNO 3 is injected in the SOT medium which is generally used for culturing Spirulina genus, suggesting that it contains more nitrogen than necessary and economically unnecessary costs are required. As a result of examining the specific growth rate based on the chlorophyll-a concentration and dry weight measurement data of the crude body, it can be seen that similar trends are shown in Table 2.
실시예 5 : 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 탄소의 농도Example 5 Concentration of Carbon for Growth Optimization and Maximum Harvest
실시예 4와 마찬가지의 방법으로 스피룰리나 플라텐시스의 생장에 있어 가장 유리한 탄소의 농도 조건을 알아보기 위하여 실시예 4의 결과를 토대로 하여 질소농도를 배양의 최적조건인 NaNO3 1.214 g/L로 주입하고, 탄소원인 NaHCO3의 주입량을 1.68 g/L (탄소 240 mg/L), 3.46 g/L (탄소 494 mg/L), 8.4 g/L (탄소 1200 mg/L), 16.8 g/L (탄소 2400 mg/L), 34.6 g/L (탄소 4940 mg/L) 또는 56 g/L (탄소 8000 mg/L)을 각각 주입하여 탄소 농도의 구배를 주어 스피룰리나 플라텐시스를 배양하였다. 그 결과는 표 3과 도 4에서 보는 바와 같이, 클로로필 a값은 NaHCO3의 주입량 8.4 g/L (탄소 1200 mg/L)에서 최적을 보였고, 조체 건조 중량은 NaHCO3의 주입량 16.8 g/L (탄소 2400 mg/L)에서 최적을 나타내어, 8.4 ∼ 16.8 g/L 즉, 탄소의 농도가 1200 ∼ 2400 mg/L인 경우 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확에 적합함을 알 수 있다. 탄소 농도가 1200 mg/L 미만인 경우에는 생산성이 떨어지며, 2400 mg/L를 초과할 경우에는 생산성은 크게 달라지지 않으면서 경비가 많이 소요되므로 대량 배양시에는 바람직하지 않다. In the same manner as in Example 4, in order to determine the most favorable carbon concentration conditions for the growth of spirulina or platensis, nitrogen concentration was injected into 1.214 g / L of NaNO 3 , which is the optimal condition for culturing, based on the results of Example 4. The amount of NaHCO 3 that is a carbon source is 1.68 g / L (carbon 240 mg / L), 3.46 g / L (carbon 494 mg / L), 8.4 g / L (carbon 1200 mg / L), 16.8 g / L ( Spirulina platensis was incubated with a gradient of carbon concentrations by injection of 2400 mg / L carbon, 34.6 g / L (4940 mg / L carbon) or 56 g / L (8000 mg / L carbon), respectively. As a result, as shown in Table 3 and Figure 4, the chlorophyll a value was optimal at the injection amount of NaHCO 3 8.4 g / L (carbon 1200 mg / L), and the dry dry weight of NaHCO 3 16.8 g / L ( Optimum at 2400 mg / L of carbon) shows that 8.4 to 16.8 g / L, that is, at a concentration of 1200 to 2400 mg / L, is suitable for optimizing growth and maximum harvest of spirulina. If the carbon concentration is less than 1200 mg / L productivity is lowered, if it exceeds 2400 mg / L productivity is not significantly changed, it is not preferable for mass cultivation.
실시예 6 : 성장 최적화 및 최대 수확에 질소와 탄소의 농도비가 영향을 미치는지 여부에 대한 검토Example 6 Examining Whether Nitrogen and Carbon Concentration Ratios Affect Growth Optimization and Maximum Harvest
식물에서와 마찬가지로 미세 조류의 경우에도 각 종에 따라 조체 내부의 최적 질소와 탄소 농도의 비를 갖고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서 주입된 질소와 탄소 농도 자체가 아니라 이들 농도비가 조체의 생장에 영향을 미치는지 여부에 대하여 살펴볼 필요가 있었다.As in plants, microalgae have a ratio of optimal nitrogen and carbon concentrations in the body depending on the species. Therefore, it was necessary to examine whether these concentration ratios affect the growth of the crude rather than the nitrogen and carbon concentration itself injected in the embodiment according to the present invention.
표 4와 같이 질소와 탄소 농도의 비를 달리하여 조체 생장의 변화를 조사하였다. 그 결과, 주입된 질소와 탄소 농도의 비는 조체의 생장에 큰 영향을 미치지 않았고, 이보다는 주입된 질소와 탄소 각각의 농도에 따라 최대 비생장률이 달라지는 것을 알 수 있었다. 또한, 이전 실험의 결과와 마찬가지로 NaHCO3 주입량 16.80 g/L와 NaNO3 주입량 1.21 g/L의 조건에서 클로로필 a 농도 및 건조중량을 토대로 한 최대 비생장률 값이 모두 높게 나타났다. 이는 이들 주입량이 스피룰리나 플라텐시스의 생장에 가장 효율적인 농도임을 시사한 것이라고 판단된다.As shown in Table 4, the change in the growth of the body was investigated by varying the ratio of nitrogen and carbon concentration. As a result, the ratio of the injected nitrogen and carbon concentration did not have a significant effect on the growth of the body, but rather the maximum specific growth rate was changed according to the concentration of each of the injected nitrogen and carbon. In addition, as in the previous experiments, the maximum specific growth rate values based on chlorophyll a concentration and dry weight were both high under the conditions of 16.80 g / L NaHCO 3 and 1.21 g / L NaNO 3 . This suggests that these doses are the most efficient concentrations for the growth of spirulina and platensis.
실시예 7 : 성장 최적화 및 최대 수확에 철을 비롯한 무기염류가 영향을 미치는지 여부에 대한 검토Example 7 Examination of Inorganic Salts Including Iron for Growth Optimization and Maximum Harvest
배양의 최적화 배지 조성을 규명함에 있어, 조체의 성장에 철을 비롯한 미소량 성분 원소의 영향이 있으므로 배지의 구성분인 Fe, Zn, Cu, Mn 등의 무기염류의 농도를 조절하여 SOT 배지를 제조한 후 스피룰리나 플라텐시스를 배양하였다.In optimizing the culture medium composition, since there is an influence of microelements such as iron on the growth of the medium, the concentration of inorganic salts such as Fe, Zn, Cu, Mn, etc. of the medium was adjusted to prepare the SOT medium. Then spirulina platensis was incubated.
그 결과는 표 5에 나타내었는데, 결과적으로 특이한 영향을 발견할 수 없었고 여전히 질소농도를 NaNO3 1.214 g/L로 조정한 배지에서 배양한 조체가 최대 비생장률과 최대 상대빈도 값이 가장 높게 나타났다. 이로써, 질소 농도가 스피룰리나 플라텐시스의 성장에 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.The result is eotneunde shown in Table 5, consequently, it could not be found a unique effect still showed the crude product being cultivated in a culture medium and adjusting the nitrogen concentration of NaNO 3 1.214 g / L The increase the maximum relative growth rate and the maximum relative frequency value. As a result, it was found that the nitrogen concentration significantly influences the growth of spirulina and platensis.
실시예 8 : 기존의 방법과 본 발명의 최대 생장률 값 비교Example 8 Comparison of Maximum Growth Rate Values of Existing Methods and Invention
상기 실험을 통해 결정된 배양 최적화 배지 조성을 이용하여 3 L 배양기에서 스피룰리나 플라텐시스를 배양한 결과, 도 5에서 산정할 수 있는 바와 같이, 최대 생장률이 1.11 g/L/d였는데, 이러한 결과는 광도, 온도 등을 조절하고 배양기를 특수 제작하여 운용한 많은 연구사례에서 지금까지 보고된 스피룰리나 플라텐시스의 최대 생장률 값과 비교해 본 결과 유사한 수준임을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명은 배양기를 제조하는 등의 설비 확보에 요구되는 시간 및 비용을 들이지 않으면서 단지 배지의 조성만을 조절하여 가장 경제적인 방법으로 조체를 배양함으로써 가장 편리하고도 경제적인 방법으로 높은 회수율을 얻을 수 있음이 판명되었다.As a result of culturing spirulina platensis in a 3 L incubator using the culture optimization medium composition determined through the above experiment, as shown in FIG. 5, the maximum growth rate was 1.11 g / L / d. In many cases of controlling the temperature and specially manufacturing the incubator, the results were similar to those of the maximum growth rate of spirulina and platensis. Therefore, the present invention is to control the composition of the medium without the time and cost required to secure the equipment, such as manufacturing the incubator, to cultivate the body in the most economical way to achieve high recovery rate in the most convenient and economical way Proved to be obtainable.
본 발명에 따른 스피룰리나(Spirulina)의 성장 최적화 및 최대 수확을 위한 배지 조성물은 스피룰리나의 배양에 사용되는 SOT 배지의 질소 및 탄소의 농도를 조절한 최적 조성의 배지를 개발함으로써 광도 또는 온도 등의 배양 조건을 조절한 특수 배양기를 사용하지 않고도 스피룰리나의 성장 최적화 및 최대 수확이 가능하여 경제적으로 유용할 뿐만 아니라 다양하게 산업적으로 응용될 수 있는 스피룰리나를 짧은 시간 안에 편리하게 생산할 수 있는 우수한 효과가 있다.The medium composition for optimizing the growth and maximal harvest of Spirulina according to the present invention is a culture condition such as light or temperature by developing a medium of optimal composition by adjusting the concentration of nitrogen and carbon of the SOT medium used for the culture of spirulina It is possible to optimize the growth and maximum harvest of spirulina without using a special incubator, which is not only economically useful, but also has an excellent effect of conveniently producing spirulina which can be variously applied industrially in a short time.
스피룰리나(Spirulina)의 성장 최적화 및 최대 수확에 적합한 질소의 농도는 150 ∼ 300 mg/L이고, 탄소의 농도는 1200 ∼ 2400 mg/L이다.The concentration of nitrogen suitable for growth optimization and maximum harvest of Spirulina is 150-300 mg / L and the concentration of carbon is 1200- 2400 mg / L.
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