Enterobacter asburiae SNU-1을 이용한 수소 생산을 위한 유가식 배양 배지 최적화 공급 전략

Abstract

생물학적 수소 생산은 환경 친화적으로 에너지를 생산해서 장래에 가장 유망되는 에너지 발생 기술로 평가되고 있다. 이 수소 생산을 할 수 있는 미생물에 분류는 크게 두 가지로 분류가 된다. 광합성 세균 (Rhodobacter, Cyanobacteria) 과 비 광합성 세균 (Enterobacter, Escherichia)이 있다. 본 연구에서는 비교적 수소 생산성이 높은 Enterobacter sp.중 새롭게 토양에서 분리해낸 Enterobacter asburiae SNU-1을 이용한 수소 생산을 해나갔다. 이 E. asburiae SNU-1을 통해서 수소 생산을 효과적으로 증대시키기 위해서 기존 유가식 배양을 여러 가지 방식으로 전략적 접근을 통해서 부피당 수소 생산성, 세포당 수소 생산성과 수율을 증가시킬 수 있었다. 먼저 수소 생산이 주로 정지기 주변에서 이루어지는 점을 파악해서 정지기를 유지시키기 위한 방법을 시도해보고 그 다음 고농도 세포 배양을 위해서 배지 공급량을 변화시켜서 시도해 보았다. 이를 통해서 기존 보다 최대 3.17배 수소 생산성을 이끌어 내었다. 100 g/l 포도당이 존재한 배지에서 150 ml/hr, 300 ml/hr 일 때 각각 평균 417.95 ml/Lㆍhr, 553.07 ml/Lㆍhr이 나왔다. 위 결과를 통해서 수소 생산을 단순 대사산물 분해에 의해 생성되는 물질로 파악해서 고농도 배양을 통해서 수소 생산성과 수율을 높여보자고 했다. 이를 위해 대수적 배지 공급을 하는데 비 생장속도에 따른 효과를 파악하기 위해서 비 생장속도를 달리해서 키운 결과 수소 생산성은 0.3 h-1 은 3.96배 상승, 수율은 0.2 h-1은 2.38배 상승으로 가장 좋았다. 더 나은 수소 생산을 위해서 수율이 가장 좋았던 0.2 h-1을 통해서 고농도 배양 된 E. asburiae SNU-1을 계속적인 수소 생산을 위해서 지속적 배지 공급을 하였다. 이를 통해서 수소 생산성은 3.96배 상승을 했지만 수율은 1.05배로 약간 증가했다. 개미산으로부터 수소를 생산할 때 pH6 근처일 때 가장 좋아서 지속적 배지 공급 때 pH7로 고정하지 않고 pH6 까지 조절하지 않은 상태로 배지 공급 한 결과 수소 생산성은 7.16배 상승, 수율은 1.84배 상승을 이끌어 내었다. 이 실험을 통해서 알 수 있는 사실은 수소 생산성을 높이기 위해서는 고농도 배양을 하면 되며, 수율을 높이기 위해서는 비 생장속도를 낮게하여 개미산이 충분히 분해될 수 있는 시간을 주면서 배양하는 것이 가장 좋은 방법임을 알았다.