미세조류 대량 배양을 위한 종 선별 프로토콜 개발

Abstract

A key point of the micro-algae industry is securing a large amount of micro-algae biomass with high useful substance. In order to secure a large amount of the micro-algae biomass, mass culture of micro-algae is necessary and be established of culturing in open-raceway pond that has a lower installation and management cost compared to a photo-bioreactor. However, due to the environment in outdoor condition, mass culture of micro-algae in open-raceway pond is very limited. In this study predicts the growth in open-raceway pond through experiments results in a laboratory condition that growth characteristics of 11 species were identified and numerical values of growth were tried to be quantified. First, the growth characteristics of microalgae were investigated by temperature, Stigeoclonium sp., Scenedesmus sp. were grown in broad temperature condition. In growth characteristics by medium condition, Chlorella vulgaris and Scenedesmus sp. were grown higher than BG11 in field a. In growth characteristics by light period condition, Scenedesmus obiliquus was shown highest growth in the others. Based on the results, growth possibility (ST) for each microalga was calculated as S5, S15, S25, and S35 by the temperature. In order to confirm the availability of the calculated growth possibility (ST), microalgae were cultured in a 100 L open-raceway pond and the growth of each microalgae was observed. The availability of the microalgae screening system for mass culture was evaluated by comparing with the calculated growth possibility (ST) and open-raceway pond growth.

미세조류 산업은 부가 가치가 높은 미세조류 종을 이용하여 유용 미세조류 바이오매스를 대량 확보하는 것이 산업의 요점이다. 이러한 미세조류를 대량 배양하기 위한 배양기는 수로형 옥외 배양기를 이용하여 생산하는 것이 광생물배양기에 비해 설치비용과 관리비용이 적게 들고, 큰 규모로 배양하여 바이오매스를 생산하므로, 경제적인 대량 배양이 가능하므로 생산된 바이오매스의 부가가치성이 증대된다. 그러나 옥외 배양 시스템에서 대량 배양이 가능한 미세조류는 매우 제한적으로 한정되어 있어 수로형 옥외 배양 시스템으로 적용이 힘든 점이 있다. 따라서 본 연구는 실험실 내에서 옥외 배양 시스템에서 성장을 예측하여 시간· 경제적으로 이득이 될 수 있도록 미세조류 성장에 필요한 환경 요소별로 검증함으로써, 선정된 미세조류 총 11종의 성장 특성을 파악하고 성장 정도의 수치화를 시도하였다. 먼저, 온도에 따라 미세조류의 성장 특성 조사 결과 Stigeoclonium sp., Scenedesmus sp., Scenedesmus obiliquus는 성장률이 실험 온도 구간 모두에서 고르게 나타나 배양 가능한 온도 범위가 넓게 나타났다. 배지에 따라 미세조류 성장 특성 조사 결과 Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp.의 경우 실험실 내에 배지인 BG11 보다 현장 배지인 Field a에서 더 높은 성장률을 보여 수로형 옥외 배양 시스템에 적용 가능성을 보였다. 또한, 자연 모사광 하에서 각 미세조류의 성장 특성 조사 결과로 성장률이 가장 높은 미세조류는 Scenedesmus obiliquus로 나타났다. 이를 토대로 환경 요소별로 영향 정도 및 보정값을 산정하여 미세조류별로 성장가능성(ST)를 온도에 따라 S5, S15, S25, S35로 산출하였고, 산출된 성장가능성(ST)의 가용성을 확인하기 위하여 검증 대상 미세조류를 100L 수로형 옥외 배양기에서 배양을 시도하여 각각의 미세조류의 성장을 관찰하였고, 수로형 옥외 배양기에서 성장 결과와 산출된 성장가능성(ST)과 비교를 통해 미세조류 대량배양을 위한 종 선별 프로토콜의 가용성을 확인하였다.