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KR101947274B1 - Microbubble generator and method for culturing microbe including microalgae with high-efficiency using the same - Google Patents

Microbubble generator and method for culturing microbe including microalgae with high-efficiency using the same Download PDF

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KR101947274B1
KR101947274B1 KR1020170097277A KR20170097277A KR101947274B1 KR 101947274 B1 KR101947274 B1 KR 101947274B1 KR 1020170097277 A KR1020170097277 A KR 1020170097277A KR 20170097277 A KR20170097277 A KR 20170097277A KR 101947274 B1 KR101947274 B1 KR 101947274B1
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Abstract

본 발명은 마이크로버블 발생기 및 이를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미세조류를 배양하여 DHA 오일을 생산하는 방법에 있어서, 마이크로버블 발생기가 적용된 배양장치를 이용하여 단시간에 고농도의 산소를 공급함으로써 미세조류의 성장을 향상하고 지질 함량을 증대하여 미세조류 오일을 효율적으로 생산하도록 하는 마이크로버블 발생기 및 이를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microbubble generator and a method for culturing microorganisms containing high-efficiency microalgae using the microbubble generator, and more particularly, to a method for producing DHA oil by culturing microalgae using a microbubble generator- The present invention relates to a microbubble generator for efficiently producing microalgae oil by increasing the growth of microalgae and increasing lipid content by supplying oxygen at a high concentration in a short time, and a microbial culture method comprising the microalgae.

Description

마이크로버블 발생기 및 이를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법 {MICROBUBBLE GENERATOR AND METHOD FOR CULTURING MICROBE INCLUDING MICROALGAE WITH HIGH-EFFICIENCY USING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microbubble generator and a microbial cell culture method using the microbubble generator. 2. Description of the Related Art Microbubble generators and high-

본 발명은 마이크로버블 발생기 및 이를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 미세조류를 포함하여 호기성 미생물을 배양하여 대사산물을 생산하는 방법에 있어서, 마이크로버블 발생기가 부착된 배양장치를 이용하여 미세한 크기를 갖는 공기를 공급함으로써 배양기의 용존산소 농도를 고농도로 유지하게 함에 따라 미세조류 또는 미생물의 성장을 향상시켜 기존 배양장치와 대비 시 공기의 소모 및 과도한 교반으로 인한 에너지 소비를 절감하고 균체가 받는 전단응력을 감소시키도록 하는 마이크로버블 발생기 및 이의 응용에 관한 것이다.The present invention relates to a microbubble generator and a method for culturing a microorganism containing the microbubble generator, and more particularly, to a method for producing a metabolite by culturing aerobic microorganisms including microalgae, The micro-algae or microorganisms can be grown at a high concentration by supplying air having a minute size by using the culturing apparatus of the present invention. As a result, compared to the conventional culture apparatus, the energy consumption due to excessive consumption of air and excessive stirring A microbubble generator for reducing consumption and reducing the shear stress applied to the microbes, and an application thereof.

최근 들어 화석연료에 대한 대안으로서 바이오디젤과 같은 바이오연료(Biofuel)에 대한 관심이 높아짐에 따라 그 원료물질인 바이오오일의 수요가 급증하고 있다.In recent years, as an alternative to fossil fuels, interest in biofuel such as biodiesel has increased, and the demand for bio-oil, which is a raw material thereof, is increasing rapidly.

이에 따라 바이오오일의 주요 공급원인 유채유, 대두유 등의 식물성 오일의 가격이 급등하면서 이를 대체하기 위한 오일의 확보가 필요하게 되었고, 기존의 식물성 오일에 비하여 기후 등 환경요인에 의한 영향을 덜 받을 뿐만 아니라 좁은 공간에서도 생산이 가능한 미생물 오일 예컨대, 미세조류를 이용한 바이오오일의 생산에 대한 연구가 많이 진행 중이다.Accordingly, the price of vegetable oil such as rapeseed oil and soybean oil which is a main source of bio oil has been surging, and it has become necessary to secure oil to replace it. In addition, it is less affected by environmental factors such as climate than conventional vegetable oil Studies on the production of bio-oil using microbial oil, such as microalgae, which can be produced in a narrow space, are under way.

특히, 종속영양 미생물 오일은 기존의 미생물 배양설비를 활용하여 폐기성 유기물 등을 원료로 사용하여 생산할 수 있으므로 국토 면적이 협소하고 우수한 미생물 배양기술을 확보하고 있는 우리나라에서 단기간 내에 산업화가 가능한 대체 오일이라 할 수 있다.Especially, heterotrophic microbial oil can be produced by using disposable organic material as a raw material by utilizing existing microbial cultivation facility. Therefore, it is an alternative oil that can be industrialized in a short time in Korea which has a microbial culture technology with a narrow land area. can do.

상기 종속영양 미생물 중 트라우스토키트리드(Thraustochytrid)계 미세조류는 균체무게 대비 30% 이상의 오일을 균체 내에 축적하고 있다. 이 오일은 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid, DHA)와 에이코사펜타엔산(Eicosapentaenoic acid, EPA)을 비롯한 다양한 다중불포화지방산(Polyunsaturated fatty acid)을 고농도로 함유하는 트리아실글리세롤(Triacylglycerol)로 카로티노이드, 스쿠알렌 등의 다양한 고기능 성분들이 함유되어 있어 차세대 바이오오일 공급원로서 매우 유망한 오일 공급원 이다.Among the heterotrophic microorganisms, Thraustochytrid-based microalgae accumulate 30% or more of oil in the microorganism in relation to the weight of the microorganism. This oil is triacylglycerol, which contains a high concentration of polyunsaturated fatty acids, including docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA) , Squalene and other high-performance ingredients, it is a very promising source of oil as a next-generation bio-oil supplier.

한편, 다중불포화지방산인 DHA는 인체 내에서 콩과 같은 식품에 포함된 알파-리놀렌산(Alpha linolenic Acid, C18:3n3)으로부터 일부 합성되기도 하지만, 주로 참치, 연어와 같은 심해어류로부터 얻어지게 된다. 그러나 어획규제 강화로 인해 어획량이 감소한데다가 해양환경의 오염으로 인해 어류 체내에 수은을 비롯한 중금속, 환경호르몬, 방사성물질 등의 오염물질이 축적되면서 이러한 심해어류의 섭취에 따른 위험성이 커짐에 따라 DHA 등 다중불포화지방산을 함유하는 바이오오일을 안전하면서도 안정적으로 공급하기 위한 새로운 수단으로서 트라우스토키트리드계 미세조류가 주목을 받고 있다.On the other hand, DHA, a polyunsaturated fatty acid, is partially synthesized from alpha-linolenic acid (C18: 3n3) contained in foods such as soybeans in the human body, but is mainly obtained from deep sea fish such as tuna and salmon. However, due to the reduction of catches due to the strengthening of fishing regulations and the pollution of heavy metals, environmental hormones and radioactive materials including mercury in the fish body due to pollution of the marine environment, the risk of ingestion of deep sea fish increases, As a new means for safely and stably supplying a bio-oil containing a polyunsaturated fatty acid, a micro-algae of a Trout kettre system has been attracting attention.

종래에는 이러한 트라우스토키트리드계 미세조류의 배양을 통해 DHA 오일을 고농도로 생산하기 위하여 주로 유가식 공정이 사용되는데, 유가식 공정의 경우 배양시간이 길어지면 미세조류 균체가 쉽게 파괴되어 배지 내로 유출된 미세조류 오일(지질) 회수에 문제가 발생할 뿐 아니라 DHA 오일이 산화되어 변성된다는 문제점이 있다.Conventionally, in order to produce DHA oil at a high concentration through the cultivation of such a microorganism, microorganisms are easily destroyed when the incubation time is long, There is a problem in that the recovery of the microalgae oil (lipid) is problematic and the DHA oil is oxidized and denatured.

이를 위하여 한국 특허등록 제1187813호에서는 트라우스토키트리드계 미세조류의 배양 과정 중에 배양기 내의 전단응력(shearing force)을 낮추기 위하여 안정제를 첨가하는 기술이 개시되었고, 한국 특허등록 제1328090호에서는 배양기 내의 전단응력에 대한 저항성이 증진된 변이 균주가 개시되었다.Korean Patent Registration No. 1187813 discloses a technique for adding a stabilizer to lower the shearing force in an incubator during the culturing of microtidal strains. In Korean Patent No. 1328090, shearing in the incubator Mutation strains with enhanced resistance to stress have been disclosed.

이와 같이 트라우스토키트리드계 미세조류 균체의 파쇄에 따른 DHA 오일의 산화적 변성을 최소화하기 위해서는 단시간 배양을 통해 DHA 오일을 생산하는 방법이 효과적이라 할 것이다.Thus, in order to minimize oxidative degeneration of DHA oil due to the breakdown of microbial cells, it is effective to produce DHA oil through short-term culture.

하지만 트라우스토키트리드계 미세조류의 단시간 배양을 통해 균체량을 높임과 동시에 DHA 농도를 높이기는 쉽지 않은바, 이는 트라우스토키트리드계 미세조류의 균체 증식과 오일 생산에 적합한 배양조건에서는 다중불포화지방산인 DHA의 합성이 원활하게 이루어지지 않기 때문이다. 일예로 종래의 교반형 배양기를 이용하여 고농도의 산소를 공급하기 위해서는 교반속도와 공기공급량을 높여야 하는데, 이로 인해 미세조류의 배양 과정에서 배양기 내의 전단응력을 증가시킴에 따라 미세조류 균체가 쉽게 파쇄 되는 단점이 있고, 일반적인 공기 부양식(airlift) 배양기를 사용하여 공기공급량을 높일 경우에는 다량의 거품 발생과 생산된 오일의 산폐 문제가 발생한다.However, it is not easy to raise the amount of the bacterium and increase the concentration of DHA through the short-term cultivation of the microorganism of the trout tokit lead system. This is because, in the culture condition suitable for the microbial propagation and the oil production of the microorganism of the trout, This is because the synthesis of DHA is not performed smoothly. For example, in order to supply oxygen at a high concentration using a conventional agitating type incubator, it is necessary to increase the stirring speed and the air supply amount. As a result, the shear stress in the incubator is increased during the cultivation of the microalgae, There are disadvantages, and when using an ordinary airlift incubator to increase the air supply, a large amount of foam is generated and the produced oil is shunted.

이에 따라 본 발명의 출원인은 단시간 동안의 미세조류 배양을 통해 고농도의 DHA 오일을 생산하기 위하여 배양기 내의 용존 산소량을 효과적으로 높이는 방법을 강구하였다.Accordingly, the applicant of the present invention has found a method for effectively increasing the amount of dissolved oxygen in the incubator in order to produce a high concentration of DHA oil through the microalgae culture for a short time.

한국 특허등록 제132809호 "고함량의 도코사헥사엔산을 생산하는 균주 및 이의 제조 방법" (2013.11.05)Korean Patent No. 132809 entitled " A strain producing a high content of docosahexaenoic acid and a method for producing the same "(2013.11.05) 한국 특허등록 제1187813호 "미세조류로부터 고도불포화지방산을 생산하는 방법" (2012.09.26)Korean Patent No. 1187813 "Method for producing polyunsaturated fatty acids from microalgae" (2012.09.26) 한국 특허등록 제700486호 "오메가-3 불포화 지방산을 생산하는 균주 및 이를 이용한 오메가-3 불포화 지방산의 제조방법" (2007.03.21)Korean Patent No. 700486 "Strain Producing Omega-3 Unsaturated Fatty Acids and Method for Producing Omega-3 Unsaturated Fatty Acids Using the Same" (2007.03.21) 한국 특허등록 제1541521호 "미세조류를 이용한 도코사헥사엔산 생산방법" (2015.07.28)Korea Patent No. 1541521 "Production method of docosahexaenoic acid using microalgae" (2015.07.28)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 트라우스토키트리드계 미세조류의 배양 시 산소전달효율 촉진에 의한 단시간 배양을 통해 고농도의 산소를 공급하여 고농도의 바이오오일 및 DHA를 수득하되 미세조류 균체의 파쇄를 억제하고 DHA 오일의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 마이크로버블 발생기 및 이를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법을 제공하는데 목적이 있다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a high concentration of bio-oil and DHA by supplying a high concentration of oxygen through a short-time culture by promoting oxygen delivery efficiency during culturing of a micro- It is an object of the present invention to provide a microbubble generator capable of suppressing the breakdown of microbes and improving the quality of DHA oil, and a microbial culture method including the microbes with high efficiency using the same.

본 발명의 다른 목적은 종속영양 미세조류의 배양 시 공기 사용량 및 에너지 비용을 절감함과 아울러 미세조류의 성장률을 증대하고 미세조류 내 지질(Lipid) 함량을 증가하도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to reduce air consumption and energy cost in culturing heterotrophic microalgae, increase the growth rate of microalgae, and increase the lipid content in microalgae.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로버블 발생기는 원통 형상으로 형성되고 공기주입노즐이 구비된 소켓부; 상기 소켓부의 내부에 설치되고 프로펠러 형태로 형성되어 회전 구동에 의해 소켓부 상단에 공기가 일정 방향으로 회전하면서 균일하게 분포되도록 이루어진 공기전단부; 상기 공기전단부의 하부에 설치되고 고속 회전에 의해 큰 사이즈의 기포를 잘게 부숨과 아울러 난류의 빠른 유속에 의해 물과 공기를 혼합하도록 다수의 블레이드가 구비된 마이크로버블 생성부; 및 중앙에 수직으로 설치되어 모터의 회전력을 상기 공기전단부와 마이크로버블 생성부에 전달하는 회전축;을 포함하고, 미세조류의 배양장치 내부에 설치되어 마이크로버블을 발생 및 공급하도록 구성됨을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a micro bubble generator comprising: a socket having a cylindrical shape and provided with an air injection nozzle; An air front end portion formed inside the socket portion and formed in the shape of a propeller so that the air is uniformly distributed at the upper end of the socket portion by rotating in a predetermined direction; A micro bubble generator provided at a lower portion of the air front end and having a plurality of blades for mixing water and air at a high flow rate of turbulent flow along with fine bubbles blowing by high speed rotation; And a rotating shaft installed vertically at the center to transmit the rotating force of the motor to the air front end and the micro bubble generating unit, and is installed inside the micro-algae culture apparatus to generate and supply micro bubbles .

상기 소켓부는 그 내부에 공기가 정체되지 않도록 측면 둘레부에 다수의 홀이 형성될 수 있다.A plurality of holes may be formed in the sidewall portion of the socket portion so that air is not stagnated therein.

상기 마이크로버블 생성부는 상기 회전축을 중심으로 생성되는 선회력을 최소화하도록 원판 부위에 다수의 홀이 추가로 형성될 수 있다.The micro bubble generator may further include a plurality of holes in the disc to minimize the turning force generated around the rotation axis.

또한 상기 마이크로버블 생성부는 소켓부 내부의 선회류 발생을 최소화하여 그 내부에서 발생하는 유체의 저항값을 최소하도록 커버 형태의 블레이드로 구성될 수 있다.The micro bubble generator may be configured as a cover type blade so as to minimize the generation of swirling flow in the socket portion and to minimize the resistance value of the fluid generated therein.

아울러, 본 발명에 따른 마이크로버블 발생기를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법은, 트라우스토키트리드계 미세조류를 배양하는 방법에 있어서, a) 탄소원 및 질소원이 포함된 배양 배지에서 전배양한 균체를 상기 배양 배지에 이식하여 배양하는 단계; 및 b) 상기 배양 배지로의 산소전달효율을 높이도록 상기와 같은 구성으로 된 마이크로버블 발생기에 의해 생성된 마이크로버블을 공급하는 단계;를 포함함을 특징으로 한다.In addition, the method for culturing a micro-organism containing high-efficiency microalgae using the micro-bubble generator according to the present invention is characterized in that a) culturing the micro-algae of the strain-aquitride system comprises the steps of a) pre-culturing in a culture medium containing a carbon source and a nitrogen source Transplanting the cells into the culture medium and culturing the cells; And b) supplying microbubbles generated by the microbubble generator having the above-described configuration to enhance the efficiency of oxygen transfer to the culture medium.

이때, 상기 b) 단계에서 마이크로버블의 공급량은 2~5L/min이고, 마이크로버블의 크기는 250~300㎛이며, 교반속도는 200rpm로 배양함이 바람직하다.At this time, in the step b), the amount of microbubbles to be supplied is 2 to 5 L / min, the microbubble size is 250 to 300 탆, and the stirring speed is 200 rpm.

이상에서 살펴본 바와 같이, 트라우스토키트리드계 미세조류를 배양하는 과정에서 과잉 주입된 공기 및 강한 교반력에 의해 미세조류 세포에 손상이 발생하고 에너지 비용의 증가를 초래하는 종래 방식과는 달리, 본 발명에서는 프로펠러 전단 방식의 마이크로버블 발생기를 적용하여 단시간에 고농도의 산소를 공급하되 300㎛ 이하의 마이크로버블 형태로의 공급을 통해 산소전달효율을 30% 이상 향상시킬 뿐만 아니라 미세조류 배양을 위한 공기 사용량을 1/3 이상 절감하고 용존 산소량을 증가시키고, 균체의 파쇄를 억제하여 미세조류의 성장률을 증대함과 아울러 미세조류의 지질(Lipid) 함량을 60% 이상 증가시킴으로써 DHA를 활용한 고부가가치 산업과 바이오오일 산업의 시장 경쟁력을 증대할 수 있는 장점을 가진 것이다.As described above, unlike the conventional method in which micro-algae cells are damaged by excessively injected air and a strong agitation force in the process of culturing the micro-algae of the strain, In the present invention, a propeller shear type micro bubble generator is used to supply oxygen at a high concentration in a short time. In addition, it is possible to improve the oxygen transmission efficiency by more than 30% by supplying the micro bubble of 300 탆 or less, By increasing the amount of dissolved oxygen, increasing the growth rate of microalgae by inhibiting the crushing of microorganisms, and increasing the lipid content of microalgae by more than 60%. It has the advantage of increasing the market competitiveness of the bio-oil industry.

도 1은 본 발명의 마이크로버블 발생기의 대략적인 구조를 나타낸 도면
도 2는 도 1의 배면사시도
도 3은 본 발명에 따른 소켓부를 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 마이크로버블 생성부를 나타낸 도면
도 5는 본 발명에 따른 마이크로버블 생성부의 다른 실시예를 나타낸 도면
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a microbubble generator of the present invention; FIG.
Fig. 2 is a rear perspective view of Fig.
3 is a view showing a socket unit according to the present invention.
4 is a view showing a micro bubble generator according to the present invention;
5 is a view showing another embodiment of the micro bubble generating unit according to the present invention;

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명은 종속영양 미생물 중 트라우스토키트리드(Thraustochytrid)계 미세조류를 배양하는 과정에서 마이크로버블 발생기를 적용하여 단시간 동안 산소를 효율적으로 공급하되 250~300㎛의 마이크로버블 공급을 통해 산소전달효율을 향상시켜 미세조류의 성장을 향상하고 지질 함량을 증가하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for efficiently delivering oxygen during a short time by applying a micro bubble generator in the process of culturing a microorganism of a threustochytrid system in a heterotrophic microorganism, To improve the growth of microalgae and to increase lipid content.

우선, 본 발명에 따른 마이크로버블 발생기(10)에 대하여 설명하기로 한다.First, the micro bubble generator 10 according to the present invention will be described.

마이크로버블 발생기(G)는 미세조류의 배양 시 마이크로버블을 발생 및 공급하도록 공지의 배양장치 내부에 설치되는 것으로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 소켓부(12); 공기전단부(13); 마이크로버블 생성부(14); 및 회전축(15);을 포함하여 구성된다.The micro bubble generator G is installed in a known culture apparatus for generating and supplying micro bubbles when microalgae are cultured, and includes a socket unit 12 as shown in Figs. 1 and 2; An air front end portion 13; A micro bubble generator 14; And a rotary shaft (15).

소켓부(12)는 도 3에 도시되듯이 대략 원통 형상으로 형성되고 내측에 공기주입노즐(121)이 구비되어 외부 공기를 후술하는 공기전단부로 유입하도록 한다.As shown in FIG. 3, the socket portion 12 is formed in a substantially cylindrical shape, and an air injection nozzle 121 is provided on the inner side to allow the outside air to flow into an air front end portion described later.

상기 소켓부(12)의 측면 둘레부에는 다수의 홀(12a)이 형성되는데, 이는 소켓부(12)의 크기가 작을 경우 공기주입노즐을 통해 내부로 공기 주입 시 물의 부력과 표면장력으로 인해 공기가 외부로 빠져 나가지 못한 채 소켓 내부에 정체되는 현상이 발생하게 된다.A plurality of holes 12a are formed in the side surface of the socket portion 12. This is because when the size of the socket portion 12 is small, air is injected into the air through the air injection nozzle, So that the inside of the socket is stagnated without being able to escape to the outside.

즉, 후술하는 마이크로버블 생성부(14)가 수중에서 물과 공기가 함께 접촉되는 상황에서 회전을 해야 함에도 공기층에서만 회전이 일어남에 따라 마이크로버블을 제대로 생성하지 못할 우려가 있으므로 상기 홀(12a)을 통해 소켓부 내부에 공기가 정체되지 않고 외부로 유출되도록 이루어진다.That is, although the micro bubble generator 14 to be described later must rotate in a state where water and air are in contact with each other in the water, rotation may occur only in the air layer, so microbubbles may not be generated properly. So that the air flows out to the outside through the socket portion without stagnation.

상기 다수의 홀(12a)은 필요에 따라 볼트와 같은 수단을 이용하여 차폐할 수 있다.The plurality of holes 12a may be shielded by a means such as a bolt if necessary.

공기전단부(13)는 프로펠러 형태로 형성되고 회전 구동에 의해 소켓부(12) 상단에 공기가 일정 방향으로 회전하면서 균일하게 분포되도록 한다.The air front end portion 13 is formed in the shape of a propeller so that the air is uniformly distributed at the upper end of the socket portion 12 by rotating in a certain direction.

마이크로버블 생성부(14)는 도 4에서와 같이 대략 원판 형태이고 그 상부에 다수의 블레이드(14a)가 구비되며, 공기전단부(13)의 하부에 설치되어 블레이드(14a)의 고속 회전에 의해 큰 사이즈의 기포를 여러 차례 잘게 부숨과 아울러 난류의 빠른 유속에 의해 물과 공기를 혼합하면서 마이크로버블을 생성하게 된다.The micro bubble generator 14 is formed in a substantially disc shape as shown in FIG. 4 and has a plurality of blades 14a at the upper portion thereof. The micro bubble generator 14 is installed at a lower portion of the air front end portion 13, The microbubbles are produced by mixing the water and the air by the fast flow rate of the turbulent flow as well as the bubbling of the large size bubble several times.

즉, 공기전단부(13)의 프로펠러(13a)가 상단의 유체(물과 공기)를 하부로 밀어주는 역할을 함과 아울러 마이크로버블 생성부(14)의 블레이드(14a)가 고속으로 회전하면서 공기 절단에 의해 마이크로버블을 생성하게 되며, 마이크로버블의 크기는 250~300㎛가 바람직하다.That is, the propeller 13a of the air front end portion 13 pushes the upper fluid (water and air) downward, and the blade 14a of the micro bubble generating portion 14 rotates at high speed The micro bubble is generated by cutting, and the size of the micro bubble is preferably 250 to 300 mu m.

이때, 상기 블레이드(14a)는 배양장치 내에서 유체의 선회류를 생성함과 아울러 교반에 큰 영향을 주게 되며, 소켓부(12)의 하단에 종방향으로 형성되는 다수의 슬릿(12b)을 통해 유출되는 공기를 전단하는 역할을 동시에 행하게 된다.At this time, the blade 14a generates a swirling flow of the fluid in the culture apparatus and greatly influences agitation. The blade 14a has a plurality of slits 12b formed in the longitudinal direction at the lower end of the socket portion 12 And the air flows out at the same time.

이러한 마이크로버블 생성부(14)는 미생물 배양을 위해 다른 유해 미생물의 간섭을 받지 않고 멸균 처리 및 배양 상태를 유지할 수 있도록 스테인레스 강(SUS) 재질이 사용되며, 배양장치 내부의 유체를 교반할 수 있도록 선회 운동이 가능한 상태로 유지된다.The micro bubble generator 14 is made of stainless steel (SUS) so that it can be sterilized and maintained in a cultured state without being interfered with by other harmful microorganisms for culturing microorganisms. And the swing motion is maintained in a state in which it is possible.

또한 상기 마이크로버블 생성부(14)는 원판 부위에 홀(14b)이 추가로 형성되어 후술하는 회전축을 중심으로 생성되는 선회력을 최소화하도록 할 수 있다.In addition, the micro bubble generator 14 may further include a hole 14b formed in the disc portion to minimize the turning force generated around a rotation axis, which will be described later.

아울러, 도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로버블 생성부(14')는 커버 형태의 블레이드(14a')를 형성하여 소켓부의 하단 부분을 밀폐하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 소켓부(12) 내부의 선회류 발생을 최소화하여 그 내부에서 발생하는 유체의 저항 값을 최소하도록 할 수 있다.5, the micro bubble generator 14 'may be configured to form a cover-shaped blade 14a' to seal the lower end portion of the socket portion, The generation of swirling flow of the fluid can be minimized and the resistance value of the fluid generated therein can be minimized.

회전축(15)은 중앙에 수직으로 설치되어 모터(미도시)의 회전력을 공기전단부(13)와 마이크로버블 생성부(14)에 전달하는 것으로서, 장시간 운전에도 손상이 발생하지 않고 외형 변화가 없는 소재로 이루어지며, 또한 회전으로 인한 마찰손상과 열을 미연에 방지하도록 별도의 부품과 커버를 제작하여 구성할 수도 있다.The rotary shaft 15 is vertically provided at the center to transmit the rotational force of a motor (not shown) to the air front end portion 13 and the micro bubble generating portion 14, so that damage does not occur even in long- And a separate part and a cover may be fabricated to prevent frictional damage and heat due to rotation.

상기와 같은 구조로 된 마이크로버블 발생기(G)에 의해 얻어진 마이크로버블은 일반적인 기포와는 달리 크기가 작기 때문에 물속에서 체류시간이 상대적으로 긴 편이어서 지속적인 운전효율 및 기포 발생율이 높아 소형화가 가능하게 된다.Since the size of the microbubbles obtained by the microbubble generator (G) having the above structure is small compared with the conventional bubbles, the residence time in the water is relatively long, and the continuous operation efficiency and the bubble generation rate are high, .

또한 본 발명의 마이크로버블 발생기(G)에 의한 마이크로버블의 발생은 종래의 고압 탱크가 이용되거나 고속 펌프를 통과시키는 방식이 아니라 고속 전단방식을 가짐에 따라 균체 파쇄 등 미생물의 성장에 영향을 주는 외부요인을 최대한 줄일 수 있게 된다.In addition, the microbubble generation by the microbubble generator (G) of the present invention is not based on a conventional high pressure tank or passing through a high-speed pump but a high-speed shear type, It is possible to reduce the factors as much as possible.

다음으로, 본 발명에 따른 마이크로버블 발생기(G)를 적용하여 미세조류를 배양하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.Next, a method for culturing microalgae by applying the microbubble generator (G) according to the present invention will be described.

본 발명에서 배양되는 미세조류로는 트라우스토키트리드(Thraustochytrid)계 미세조류인 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) SH103 균주가 사용된다.As the microalgae cultured in the present invention, Schizochytrium sp. Strain SH103, which is a microalgae of Thraustochytrid type, is used.

상기 미세조류를 배양하기 위하여 탄소원, 질소원, 해수염, 인원 및 비타민 혼합액으로 된 기본배지가 사용되며, 상기 탄소원은 포도당 60g/L, 질소원은 효모 추출물(yeast extract) 10g/L, 해수염은 인공 해수염 20g/L, 인원은 제2인산칼륨(KH2PO4) 9g/L이 사용되고, 비타민은 티아민 9.5g/L와, 비오틴 0.2g/L 및 시아노 코발라민 B12 1.0g/L 혼합액 1㎖/L를 함유한 배지가 사용된다.A basic medium consisting of a carbon source, a nitrogen source, a sea salt, a man and a vitamin mixture is used for culturing the microalgae. The carbon source is 60 g / L of glucose, the nitrogen source is 10 g / L of yeast extract, L of a mixture of biotin (0.2 g / L) and cyanocobalamin B12 (1.0 g / L) was used as a phosphate buffer (20 g / L of seawater salt and 9 g / L of potassium phosphate (KH 2 PO 4 ) / L is used.

이와 같은 구성으로 된 배지에서 30시간 전배양한 균체를 5L 배양기 내의 미세조류 배양 배지 3L에 이식하고 상기 마이크로버블 발생기(G)가 장착된 배양기를 이용하여 마이크로버블을 주입하면서 온도 28℃에서 회분식 배양(batch culture)을 한다.Cells cultured 30 hours before in the medium having the above-described structure were transplanted into 3L of the microalgae culture medium in a 5L incubator, and microbubbles were injected using an incubator equipped with the microbubble generator (G) (batch culture).

이때, 공기주입량이 5L/min 이상이거나 교반속도가 증가할수록 탄소원 소비속도도 증가하므로 스키조키트리움 속 SH103 균주의 배양을 최적화하고 건조 균체량 및 지질 함량을 고려하여 공기주입량은 2~5L/min 바람직하게는 3L/min, 교반속도는 200rpm으로 함이 바람직하다.At this time, as the air injection amount is more than 5 L / min or the stirring speed is increased, the carbon source consumption rate is also increased. Therefore, the culture of the SH103 strain of the Schizochytrium is optimized and the air injection amount is preferably 2 to 5 L / min in consideration of the dry cell weight and the lipid content Is 3 L / min, and the stirring speed is 200 rpm.

이에 따라 종래의 미생물 배양을 위해 배양장치 내에 적용되어 온 에어레이터(aerator)와 같은 종래의 장치의 경우 산소전달효율이 불균일하고 낮은 편이어서 배양효율이 양호하지 않은 것과는 달리, 본 발명에 따른 마이크로버블 발생기가 장착된 배양장치의 경우 배양조 내로의 산소전달효율을 높여 미생물의 성장속도에 영향을 주어 배양장치의 운전효율을 높일 수 있게 된다.Accordingly, conventional apparatuses such as aerator, which has been applied to a conventional culture apparatus for culturing microorganisms, have a disadvantage in that the oxygen transmission efficiency is uneven and the culture efficiency is not good, In the case of a culture apparatus equipped with a generator, the efficiency of oxygen transfer into the culture tank is increased, and the growth rate of the microorganism is influenced, thereby improving the operation efficiency of the culture apparatus.

시험예 1Test Example 1

본 발명에 따른 마이브로버블 발생기가 적용된 배양장치에 의해 배양된 미세조류 배양 시료의 건조 균체량 및 지질 함량을 분석하였으며, 이를 위하여 본 발명에 의해 배양된 미세조류 배양 시료를 하기 표 1과 같이 시간별로 채취하여 준비한다.The microbial culture samples cultured by the microbubble generator according to the present invention were analyzed for dry cell mass and lipid content. For this purpose, microbial culture samples cultured according to the present invention were analyzed by time Collect and prepare.

Figure 112017073958262-pat00001
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⒜ 건조 균체량 측정(A) Measurement of dry cell mass

건조 균체량은 상압가열건조법을 이용하여 측정하였다. 배양 시간별로 채취한 10mL의 시료를 미리 무게를 측정한 50mL 코니칼 튜브(SPL Life Sciences)에 담고 온도 4℃, 3500rpm으로 20분간 원심분리하여 상층액을 제거하였다. 위 시료에 포함된 배지 성분을 제거하기 위해서 10mL의 증류수를 이용하여 3회 세척한 후 온도 105℃의 정온건조기에서 3시간 동안 건조한 후 뚜껑을 닫고 상온으로 방냉하여 실온에 도달하면 무게를 측정하였다. 위 시료를 다시 뚜껑을 열고 온도 105℃의 정온건조기에서 30분간 건조한 후 뚜껑을 닫고 상온에서 방냉하여 실온에 도달하면 무게를 측정하여 무게의 변화가 없을 때까지 반복하여 건조하였다. 배양액에 포함된 건조 균체량(g/L)은 하기 식에 의해 산출하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Dry cell mass was measured by the atmospheric pressure heating drying method. 10 mL of the sample collected at each incubation time was placed in a 50 mL conical tube (SPL Life Sciences) which had been weighed in advance, and the supernatant was removed by centrifugation at 4 ° C and 3500 rpm for 20 minutes. To remove the media components contained in the above samples, the cells were washed three times with 10 mL of distilled water, dried in a constant temperature drier at 105 ° C for 3 hours, and then the lid was closed. After cooling to room temperature, the weight was measured. The lid was opened again and dried in a constant temperature drier at 105 ° C for 30 minutes. The lid was then closed. The lid was allowed to cool at room temperature. When the temperature reached room temperature, the weight was measured and repeatedly dried until there was no change in weight. The dry cell mass (g / L) contained in the culture solution was calculated by the following formula, and the results are shown in Table 2 below.

Figure 112017073958262-pat00002
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Figure 112017073958262-pat00003
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⒝ 지질 함량 측정⒝ Measurement of lipid content

지질 함량은 수정된 Bligh-dyer법(Burja et al., 2007)을 이용하여 분석하였다. 배양 시간별로 채취한 10mL의 미세조류 배양액을 50mL 코니칼 튜브에 담아 온도 4℃, 3500rpm으로 20분간 원심분리하여 상층액을 제거하였다. 위 시료에 포함된 배지 성분을 제거하기 위해 10mL의 증류수를 이용하여 3회 세척한 후 12시간 동안 동결 건조하였다. 동결 건조된 시료에 클로로폼 5mL, 메탄올 10mL, 50mM 제2인산칼륨(K2HPO4) 완충액(pH 7.4) 5mL을 가하여 온도 28℃에서 200rpm으로 1시간 동안 반응 후 클로로폼 5mL, 50mM 제2인산칼륨(K2HPO4) 완충액 5mL을 첨가하여 30회 정도 섞어준 후 1시간 동안 방치하여 수층과 지질이 함유된 유기용매가 분리되도록 하였다. 미리 무게를 측정해둔 알루미늄 접시로 클로로폼층 5mL를 조심스럽게 옮긴 후 온도 90℃의 정온건조기에서 30분 동안 건조 후 무게를 측정하였다. 지질 함량(g/L)은 다음 식으로 산출한 후 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.Lipid content was analyzed using the modified Bligh-dyer method (Burja et al., 2007). 10 mL of microalgae culture collected at the time of incubation was placed in a 50 mL conical tube and centrifuged at 3500 rpm for 20 minutes at 4 ° C to remove supernatant. To remove the medium components contained in the above samples, the cells were washed 3 times with 10 mL of distilled water and lyophilized for 12 hours. 5 mL of chloroform, 10 mL of methanol and 5 mL of 50 mM potassium phosphate (K 2 HPO 4 ) buffer (pH 7.4) were added to the lyophilized sample, and the mixture was reacted at 28 ° C. and 200 rpm for 1 hour. Then, 5 mL of chloroform, 5 ml of potassium (K 2 HPO 4 ) buffer was added and mixed for about 30 times. Then, the mixture was allowed to stand for 1 hour to separate the aqueous layer and the organic solvent containing lipid. 5 mL of the chloroform layer was carefully transferred to an aluminum plate which had been previously weighed and then dried in a constant temperature drier at 90 ° C. for 30 minutes and then weighed. Lipid content (g / L) was calculated by the following equation and the results are shown in Table 3 below.

Figure 112017073958262-pat00004
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Figure 112017073958262-pat00005
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시험예 2 : 배양기별 산소전달효율 대비Test Example 2: Concentration of oxygen transfer efficiency by incubator

우선, 미세조류 배양을 위한 배양장치로는 본 발명에 따른 마이크로버블 발생기가 적용된 배양기와, 종래의 교반형 배양기 및 기포탑형 배양기가 사용되었다.First, as a culture apparatus for culturing microalgae, an incubator to which the microbubble generator according to the present invention is applied, and a conventional stirring type incubator and a bubble column type incubator were used.

본 시험에서 배양기별 산소전달효율(oxygen transfer coefficient)을 대비하기에 앞서, 종래의 배양장치에 대하여 간략하게 설명하면, 교반형(표준형) 배양기는 교반과 공기의 공급이 독립적으로 구성되고 다양한 형태의 임펠러를 이용하여 0~1,200RPM의 범위로 교반이 이루어지는 것이며, 기포탑형(air-lift) 배양기는 전단응력에 민감한 세포 배양을 목적으로 별도의 교반수단을 구비하지 않고 드래프트 튜브(유리관)를 통한 공기 순환을 통해 교반이 이루어지는 것이다.Prior to preparing the oxygen transfer coefficient for each incubator in the present test, a conventional culture apparatus will be briefly described. The agitation type (standard type) incubator is configured such that stirring and air supply are independently configured, The air-lift incubator is equipped with a stirrer and a stirrer in the range of 0 to 1,200 RPM using an impeller. The air-lift incubator is equipped with a stirrer Stirring is performed through circulation.

이러한 교반형 및 기포탑형 배양기는 스피닝(spinning), 링(ring), 래더(Ladder), 싱글 오리피스(single orifice), 멀티 오리피스(multi orifice) 타입과 같이 다양한 형태의 스파저(sparger)에 의해 공기를 공급받는다.Such agitated and bubble column incubators can be made by various types of spargers, such as spinning, ring, ladder, single orifice, multi orifice type, .

상기와 같은 구조로 된 배양기들을 이용하여 산소전달효율을 비교 측정하기 위한 시험을 수행하였다.Tests were conducted to compare oxygen delivery efficiency using incubators having the above structure.

이를 위하여 아황산나트륨산화 방법을 이용하여 단위부피당 산소흡수속도(

Figure 112017073958262-pat00006
)를 측정한바, 각각 5L 배양기에 0.1~0.5M의 3L 아황산나트륨용액을 넣고 온도를 28℃로 유지한 후 공기주입량과 교반속도를 다양한 조건으로 조절하였다.For this purpose, the sodium absorption rate per unit volume
Figure 112017073958262-pat00006
) Was measured, and 0.1 L to 0.5 M 3 L sodium sulfite solution was added to each 5 L incubator, and the temperature of the solution was maintained at 28 ° C. Then, the amount of air injected and the stirring speed were adjusted under various conditions.

상기 조건의 용액에 황산구리 수용액을 첨가하되 최종 3mM의 농도로 첨가하고, 공기를 공급함과 동시에 시간을 측정하여 매 5분마다 시료를 채취하였으며, 상기 시료를 적정 농도로 희석하여 2배 부피의 표준 요오드용액(0.16M 요오드, 0.3M 요오드화칼륨)을 첨가하여 흡광도 600㎚에서 단위시간당 소모된 아황산나트륨의 양을 측정하였다.The aqueous solution of copper sulfate was added to the solution of the above conditions, and the final concentration of 3 mM was added. The air was supplied and the time was measured. The sample was sampled every 5 minutes. The sample was diluted to an appropriate concentration, Solution (0.16M iodine, 0.3M potassium iodide) was added to measure the amount of sodium sulfite consumed per unit time at an absorbance of 600 nm.

상기 측정된 아황산나트륨의 소모량을 통해 단위부피당 산소흡수속도를 계산하였고, 아래와 같이 산소전달계수(

Figure 112017073958262-pat00007
)를 산출한 후 그 결과를 표 4에 나타내었다.The oxygen uptake rate per unit volume was calculated from the consumption of the measured sodium sulfite and the oxygen transfer coefficient
Figure 112017073958262-pat00007
), And the results are shown in Table 4. < tb >< TABLE >

Figure 112017073958262-pat00008
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Figure 112017073958262-pat00009
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상기 표 4에 따르면, 종래의 교반형과 기포탑형 배양기를 적용한 경우에는 산소전달효율이 대략 88.5h-1, 285h-1인 반면, 본 발명에 따른 마이크로버블 배양기를 적용한 경우에는 2130h- 1으로 가장 높은 효율을 나타냄을 알 수 있었다.According to Table 4, when applying a conventional stirred with a bubble column-type incubator, whereas the oxygen transfer efficiency of approximately 88.5h -1, 285h -1, the case of applying the microbubbles incubator according to the present invention, 2130h - the 1 High efficiency was obtained.

즉, 종래의 배양기가 스파저에 의한 이산화탄소 또는 공기의 주입 시 전달효율이 13% 정도로 낮아 주입되는 공기양의 80% 이상은 미세조류의 성장에 사용되지 못하고 대기 중으로 방출되는 것과는 달리, 본 발명에 따른 배양장치를 이용하여 배양 시 미세조류의 고속 성장을 유도하고 효율적인 공기 공급에 의해 산소전달율을 향상하여 고농도로 배양이 가능하게 되었다.That is, in the conventional incubator, since the efficiency of transferring the carbon dioxide or air by the sparger is as low as about 13%, more than 80% of the amount of air to be injected is not used for growth of microalgae, , It is possible to cultivate microalgae at a high concentration by inducing high-speed growth of microalgae and improving oxygen transmission rate by efficient air supply.

시험예 3 : 배양기별 DHA 함유 오일의 생산량 대비Test Example 3: Production of DHA-containing oil by culture apparatus

본 발명의 마이크로버블 발생기가 적용된 배양기와, 종래의 교반형 배양기 및 기포탑형(air-lift) 배양기를 이용하여 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 미세조류 배양을 통해 지질 생산성(Lipid productivity) 및 DHA 함량(DHA content)을 측정하였다.Lipid productivity and DHA (microalgae) were obtained through culture of Schizochytrium sp. Microalgae using the incubator to which the microbubble generator of the present invention was applied and the conventional stirrer type and air-lift type incubator. The content (DHA content) was measured.

우선, 탄소원으로 포도당 60g/L, 질소원으로 yeast extract 10g/L, 인공 해수염 20g/L, 제2인산칼륨(KH2PO4) 9g/L, 비타민 혼합액(티아민 9.5g/L, 비오틴 0.2g/L, 시아노 코발라민 B12 1.0g/L) 1mL/L를 함유한 기본배지를 사용하고, 미세조류 배양 배지에서 30시간 전배양한 균체를 5L 배양기의 미세조류 배양 배지 3L에 각각 이식하여 배양하였으며, 마이크로버블형 및 교반형 배양기는 배양온도 28℃, 교반속도 200rpm, 공기주입량 5L/min의 조건으로 회분식 배양을 수행하였고, 기포탑형 배양기는 배양온도 28℃, 교반속도 700rpm, 공기주입량 1.5L/min의 조건으로 회분식 배양을 수행하였으며, 추가적으로 기포탑형 배양기는 배양온도 28℃, 공기주입량 6L/min의 조건으로 회분식 배양을 수행하였다.First, a mixture of glucose 60 g / L as a carbon source and 10 g / L yeast extract as a nitrogen source, 20 g / L artificial seawater salt, 9 g / L potassium diphosphate (KH 2 PO 4 ), 9.5 g / L thiamine, / L, cyanocobalamin B12 1.0 g / L), and the cells were cultured in a microalgae culture medium for 30 hours before transplantation into 3 L microalgae culture medium , A microbubble-type and a stirring-type incubator were batch-cultured under the conditions of a culture temperature of 28 ° C, a stirring speed of 200 rpm and an air injection amount of 5 L / min. The bubble column culture incubator had a culture temperature of 28 ° C, a stirring speed of 700 rpm, min. In addition, the bubble column type incubator was batch-wise cultivated at a temperature of 28 ° C and an air flow rate of 6 L / min.

배양 시료를 원심분리법으로 회수하여 균체를 PBS 완충액(phosphate buffered saline, pH 7.2)로 3회 세척 후 12시간 동결 건조하여 건조 균체량을 측정하였고, DHA 함유 지질 함량은 수정된 Bligh-Dyer법(Burja et al., 2007)을 의하여 분석하였다. The culture broth was recovered by centrifugation, and the cells were washed three times with PBS buffer (phosphate buffered saline, pH 7.2) and lyophilized for 12 hours to measure dry cell mass. The lipid content of DHA was determined by the modified Bligh-Dyer method al., 2007).

배양액 10mL의 건조 균체에 클로로폼 3mL, 메탄올 6mL, 50mM 제2인산칼륨(K2HPO4) 완충액(pH 7.4) 3mL을 가하여 28℃에서 200rpm으로 1시간 동안 반응한 후 클로로폼 3mL, 제2인산칼륨(K2HPO4) 완충액 3mL을 첨가하여 30회 정도 섞어준 후 온도 4℃에서 3500rpm으로 10분간 원심분리하여 수층과 지질이 함유된 유기용매층으로 분리되도록 하였다. 미리 무게를 측정해둔 알루미늄 접시로 클로로폼층을 조심스럽게 옮긴 후 온도 90℃에서 30분 동안 건조한 후 지질 함량을 측정하였으며, 이로부터 얻어진 오일의 생산량을 하기 표 5에 나타내었다.The dried cells of the culture 10mL chloroform 3mL, methanol 6mL, 50mM dipotassium hydrogen phosphate (K 2 HPO 4) buffer (pH 7.4) and the reaction mixture at 28 ℃ to 200rpm after the reaction for 1 hour, chloroform 3mL, phosphate dibasic 3mL 3 ml of potassium (K 2 HPO 4 ) buffer was added thereto, and the mixture was mixed for about 30 times. The mixture was centrifuged at 4 ° C and 3500 rpm for 10 minutes to separate the aqueous layer and the lipid-containing organic solvent layer. The chloroform layer was carefully transferred with an aluminum dish preliminarily weighed, dried at a temperature of 90 ° C for 30 minutes, and then the lipid content was measured. The yield of the obtained oil was shown in Table 5 below.

이때, 지질 중에 함유된 DHA의 함량은 기체크로마토그래피법으로 측정한바, 적당량의 건조된 균체에 5% 황산-메탄올 용액 6mL을 첨가하여 90℃에서 1시간 동안 반응하여 지방산 메틸에스테르를 생성한 다음 핵산 1mL로 추출하여 기체크로마토그래피로 분석하였다.At this time, the content of DHA contained in the lipids was measured by gas chromatography, and 6 mL of a 5% sulfuric acid-methanol solution was added to an appropriate amount of dried cells, followed by reaction at 90 ° C for 1 hour to produce a fatty acid methyl ester. 1 mL and analyzed by gas chromatography.

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상기 참고도1 내지 3에 따르면, 교반형 배양기의 최대 건조 균체량과 지질 함량은 각각 배양 48시간 째 26.1g/L와 13.8g/L로 확인되었고, 기포탑형 배양기의 최대 건조 균체량과 지질 함량은 각각 배양 36시간 째 33.7g/L와 23.1g/L로 확인되었으며, 마이크로버블형 배양기의 최대 건조 균체량과 지질 함량은 각각 배양 18시간 째 29.4g/L와 14.6g/L로 확인된바, 본 발명의 마이크로버블형 배양기를 이용하여 배양 시 종래의 교반형 배양기에 비해 배양시간을 2배 단축할 수 있었다.According to the References 1 to 3, the maximum dry cell mass and lipid content of the stirring type incubator were confirmed to be 26.1 g / L and 13.8 g / L at 48 hours, respectively, and the maximum dry cell mass and lipid content of the bubble column- The maximum amount of dry cell mass and lipid content of the microbubble-type incubator were confirmed to be 29.4 g / L and 14.6 g / L at 18 hours of culture, respectively, The incubation time could be shortened by 2 times as compared with the conventional stirring type incubator.

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또한 표 5에서와 같이 각 배양기에 의해 18시간 동안 배양한 결과를 보면, 마이크로버블형 배양기의 지질 생산성이 19.5g/L-d로 가장 높게 나타남을 알 수 있었다.In addition, as shown in Table 5, the microbubble-type incubator showed the highest lipid productivity of 19.5 g / L-d when cultured for 18 hours by each incubator.

시험예 4 : 공기주입량에 따른 배양 최적화 실험Test Example 4: Optimization of culture according to air injection amount

상기 시험예 3와 같은 배양 조건에 의해 미세조류를 배양하되, 공기량을 각각 2L/min, 3L/min, 4L/min 및 5L/min로 달리하여 주입하여 24시간 동안 회분식 배양을 수행한 후 배양성능을 측정하여 하기 표 6에 나타내었다.The microalgae were cultured under the same culture conditions as in Test Example 3 except that the amounts of air were varied at 2 L / min, 3 L / min, 4 L / min and 5 L / min, respectively, And the results are shown in Table 6 below.

Figure 112017073958262-pat00014
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상기 표 6에 따르면, 공기주입량이 3L/min 일 때 건조균중량, 지질 함량 및 DHA 생산량은 각각 33.1g/L, 19.0g/L, 7.2g/L로 가장 높게 나타남을 확인할 수 있었다.According to the above Table 6, when the amount of air injected was 3 L / min, the dry bacterial weight, lipid content, and DHA yield were the highest at 33.1 g / L, 19.0 g / L and 7.2 g / L, respectively.

시험예 5 : 교반속도에 따른 배양 최적화 실험Test Example 5: Optimization of culture according to stirring speed

상기 시험예 3과 같은 배양 조건에 의해 미세조류를 배양하되, 교반속도를 100rpm, 200rpm, 300rpm, 400rpm으로 각각 달리하여 30시간 동안 회분식 배양을 수행한 후 배양성능을 측정하여 하기 표 7에 나타내었다.The microalgae were cultured under the same culture conditions as in Test Example 3 except that the batch culture was performed for 30 hours at a stirring speed of 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, and 400 rpm, respectively, and the culture performance was measured and shown in Table 7 below .

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상기 표 7에 따르면, 교반속도가 200rpm 일 때 건조 균체량, 지질 함량 및 DHA 생산량이 각각 31.9g/L, 18.6g/L, 7.1g/L로 가장 높게 나타남을 확인할 수 있었다.According to Table 7, it was confirmed that when the stirring speed was 200 rpm, the dry cell mass, lipid content and DHA production amount were the highest, 31.9 g / L, 18.6 g / L, and 7.1 g / L, respectively.

12 : 소켓부 121 : 공기주입노즐
13 : 공기전단부 14 : 마이크로버블 생성부
15 : 회전축 G : 마이크로버블 발생기
12: Socket section 121: Air injection nozzle
13: air front end portion 14: micro bubble generating portion
15: rotation axis G: micro bubble generator

Claims (8)

원통 형상으로 형성되고 공기주입노즐이 구비되고, 내부에 공기가 정체되지 않도록 측면 둘레부에 다수의 홀이 형성된 소켓부;
상기 소켓부의 내부에 설치되고 프로펠러 형태로 형성되어 회전 구동에 의해 소켓부 상단에 공기가 일정 방향으로 회전하면서 균일하게 분포되도록 이루어진 공기전단부;
상기 공기전단부의 하부에 설치되고 고속 회전에 의해 큰 사이즈의 기포를 잘게 부숨과 아울러 난류의 빠른 유속에 의해 물과 공기를 혼합하도록 다수의 블레이드가 구비된 마이크로버블 생성부; 및
중앙에 수직으로 설치되어 모터의 회전력을 상기 공기전단부와 마이크로버블 생성부에 전달하는 회전축;을 포함하고,
상기 마이크로버블 생성부는 상기 회전축을 중심으로 생성되는 선회력을 최소화하도록 원판 부위에 다수의 홀이 추가로 형성되며,
미세조류의 배양장치 내부에 설치되어 마이크로버블을 발생 및 공급하도록 구성됨을 특징으로 하는 마이크로버블 발생기.
A socket portion formed in a cylindrical shape and provided with an air injection nozzle and having a plurality of holes formed in a side periphery thereof so as to prevent air from stagnating therein;
An air front end portion formed inside the socket portion and formed in the shape of a propeller so that the air is uniformly distributed at the upper end of the socket portion by rotating in a predetermined direction;
A micro bubble generator provided at a lower portion of the air front end and having a plurality of blades for mixing water and air at a high flow rate of turbulent flow along with fine bubbles blowing by high speed rotation; And
And a rotary shaft installed vertically at the center for transmitting the rotational force of the motor to the air front end and the micro bubble generating unit,
The micro bubble generator may further include a plurality of holes formed in the disc to minimize the turning force generated about the rotation axis,
Wherein the microbubble generator is installed inside the micro-algae culture apparatus to generate and supply microbubbles.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 마이크로버블 생성부는 소켓부 내부의 선회류 발생을 최소화하여 그 내부에서 발생하는 유체의 저항값을 최소화하도록 커버 형태의 블레이드를 포함함을 특징으로 하는 마이크로버블 발생기.
The method according to claim 1,
Wherein the micro bubble generator includes a cover-shaped blade for minimizing the generation of swirling flow in the socket portion and minimizing a resistance value of fluid generated inside the micro bubble generator.
트라우스토키트리드계 미세조류를 배양하는 방법에 있어서,
a) 탄소원 및 질소원이 포함된 배양 배지에서 전배양한 균체를 상기 배양 배지에 이식하여 배양하는 단계; 및
b) 상기 배양 배지로의 산소전달효율을 높이도록 제1항 또는 제4항의 마이크로버블 발생기에 의해 생성된 마이크로버블을 공급하되, 공급량은 2~5L/min으로 설정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 마이크로버블 발생기를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법.
A method for cultivating a microalgae of a Troutukitrid system,
a) transplanting and culturing the cells pre-cultured in a culture medium containing a carbon source and a nitrogen source into the culture medium; And
b) supplying microbubbles produced by the microbubble generator of claim 1 or 4 to the culture medium to increase the efficiency of oxygen delivery, and setting the feed rate to 2 to 5 L / min Wherein the microbubble generator is a microbubble generator.
삭제delete 제5항에 있어서,
상기 b) 단계에서 마이크로버블의 크기는 250~300㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로버블 발생기를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the size of the microbubbles in the step b) ranges from 250 to 300 탆.
제7항에 있어서,
상기 b) 단계에서 200rpm의 교반속도로 배양함을 특징으로 하는 마이크로버블 발생기를 이용한 고효율 미세조류를 포함하는 미생물 배양방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the microbubble generator is cultivated at a stirring speed of 200 rpm in the step b).
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