Rhodopseudomonas spp.의 균체고정화에 의한 수소생성

Abstract

For improvement of photobiological hydrogen production, a photosynthetic bacteria capable of producing a high yield of hydrogen was isolated and identified. Whole cell immobilization using carrageenan, alginate and agar as gel matrix was carried out and conditions on hydrogen production were examined. From the results of examination in morphological, physiological and cultural characteristics, the isolated strain E15-1 was belong to Rhodopseudomonas sp. and tentatively identified as Rhodopseudomonas sphaeroides. A large amount of molecular hydrogen "61.3 ul/hr/mg cel (dry wt.)" was evolved at 3O˚C under anaerobically illuminated condition of about 12,000 Lux. Four percent of alginate was proper to immobilization. Inhibition experiments suggested that the photoproduction of hydrogen was mostly catalyzed by nitrogenase. Hydrogen productivity of the immobilized cell was enhanced by preincubation for 48hr. To minimize the resistance of diffusion of the gel, the bead size less than 2mm in diameter was desirable. The immobilized cell could produced hydrogen from a wide range of carbon sources as electron donor under the light. Among the carbon sources tested, the organic acids(such as citrat, fumarate and malate) were found to be good substrates for the hydrogen production by the immobilized cells at 30mM. A large amount of hydrogen was obtained with the malate concentration of 30mM and flow rate of 0.25ml/hr in semicontinuous culture. The hydrogen producing activity of the immobilized cells was maintained for 20 days without less of activity during semicontinuous operation by feeding of new medium periodically.;광합성세균의 수소생성 향상을 위한 노력의 일환으로 자연계에서 분리한 수소생성 광합성세균E15-1을 동정하였으며 담체의 종류, 농도와 입자형태를 달리하여 고정화할 때 그에 따른 수소생성량과 수소생성에 영향을 미치는 조건들을 조사하였다. 분리된 E15-1균주는 형태적, 생리적, 배양적 특징을 조사한 결과 Rhodopseudomonas sphaeroides와 유사하였다. 혐기적 광조건 (12,000 Lux)에서 E15-1균주를 배양하였을 때, 수소생성능[61.3㎕/hr/㎎ cell(dry wt.)]이 비교적 높았으므로 담체로 carrageenan, alginate와 agar를 사용하여 고정화하였다. 그 농도를 달리했을 때 4％의 alginate에 E15-1균주를 고정화하는 것이 적당하였으며 고정화 세포는 유리 세포와 비교할 때 산소와 질소에 대한 안정성을 갖고 있었다. Alginate로 고정화한 세포는 약 48시간 전배양하므로써 겔내 세포농도가 증가되었으며 수소생산성이 향상되었다. bead의 직경을 1.5㎜-2.0㎜, bead내 세포농도는 6.7g wet cell/100㎖ gel로 고정화하는 것이 적당하였다. 또 여러 가지 당류를 이용하여 수소를 생성할 수 있었으며 유기산으로 citrate, fumarate 와 malate를 사용했을 때 수소생성이 잘 되었으므로 그 농도를 5,15,30,50,80mM로 달리하여 조사한 결과 30mM에서 최적을 나타내었다. 반연속적인 배양에 있어 도입액의 농도가 30mM, 유량이 0.25㎖/h 일 때 최대 총수소생성량을 나타내었다. 장기간 반연속적으로 배양한 결과, 20일 경과후부터 활성이 감소하기 시작했으나 겔의 구조적 안정성은 30일까지 계속 유지되었다.