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Rhodopseudomonas sphaeroides와 clostridia의 단독 및 혼합배양에 의한 수소생성

Title
Rhodopseudomonas sphaeroides와 clostridia의 단독 및 혼합배양에 의한 수소생성
Other Titles
Hydrogen evolution by monoculture and mixed culture with Rhodopseudomonas sphaeroides of Clostridia
Authors
李惠珠
Issue Date
1988
Department/Major
대학원 생물학과
Keywords
Rhodopseudomonas sphaeroidesclostridia혼합배양수소생성
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
배무
Abstract
생물학적 과정에 의한 대체 에너지로써의 수소 생성 증대를 목적으로 Clostridium속 세균을 대상으로 biomass 에서 유래된 당류를 이용한 수소 생성을 관찰하였으며, 이 혐기성 세균의 대사 산물을 소비함으로써 효율적으로 수소를 생성할 수 있는 광합성 세균과의 혼합 배양을 검토하였다. Clostridium 속의 보존균 및 혐기성 분리 세균을 대상으로한 수소 생성능 검토로부터 세 균주를 선정하였고, 이들의 biomass 구성 성분 이용성 및 수소 생성 속도를 관찰하였다. 실험 균주중 수소 생성 수율이 높은 균주는 Clostridium pasteurianum ATCC 6013과 Cl. butyricum NCIB 9576으로 나타났으며, 기질 이용 범위를 기준으로 Cl. butyricum을 선택하여 발효 산물 생성에 영향을 미치는 몇가지 배양 조건을 검토하였다. 회분 배양시, 수소 생성을 극대화 하기 위한 배양조건으로써 pH는 7.0 - 8.0, phosphate 농도는 10 - 50mM, 그리고 glucose 농도는 2%(w/v) 일 때 총 수소 발생량이 최대치를 나타내었다. Cl. butyricum 은 당류로 부터 높은 속도로 수소를 생성하면서 그 밖의 부산물로 유기산 (acetate, butyrate)을 생성한다. 1% glucose 로 부터 acetate/butyrate molar ratio = 0.8 정도로 생성하는 이 혐기성 세균의 대사 산물을 기질로써 대사할 수 있는 광합성 세균을 선정하였다. 기질 이용도와 수소 생성 수율을 검토한 결과, Rhodopseudomonas sphaeroides K-7 을 대상 균주로 선정하였다. 일차적으로 Cl. butyricum NCIB 9576과 R. sphaeroides K-7 과의 혼합 배양 조건을 검토하고 합성 배지내 glucose를 비롯한 xylose, cellobiose, xylan, pectin, starch를 이용한 수소 생성을 관찰하므로써, 단독 배양시의 대사 양상과 비교하였다. Glucose를 기질로 하였을 때, Cl. butyricum에 의해 생성된 유기산을 R. sphaeroides K-7 이 소모함으로써 일어나는 대사 산물의 동향을 추적하였고, 그 결과 유기산의 감소와 함께 최종 산물로써의 수소 생성 수율이 증가하는 것을 관찰하였다. 회분 발효에 의한 혼합 배양시, 두 균주의 혼합 비율과 혼합시기 및 배지내 총 세포 농도가 수소 생성율에 미치는 영향을 비롯하여 효율적인 수소 생성을 위한 배양 조건 및 혼합 배양시 대사 전이 양상을 관찰하였다.;Hydrogen evolution from biomass-derived carbohydrates by Clostridia and mixed fermentation of Clostridium butyricum with photosynthetic bacteria which was capable of consuming clostridial metabolites and evolving hydrogen were investigated. Among the tested organisms, Clostridium butyricum was efficient hydrogen producer with starch, xylan, pectin, cellobiose, and xylose. In batch fermentation of C1. butyricum, optimal conditions for hydrogen evolution were achieved at pH7.0-8.5, l0-50mM phosphate concentration, and 2%(w/v) glucose concentration. Total amount of hydrogen evolved by the organism was slightly increased at the presence of less then 150 mM acetate or less then 20 rnM butyrate in the initial fermentation medium. Especially in case of more than these concentration of butyrate, growth and hydrogen evolution were dramatically inhibited. Acetate and butyrate formed from anaerobic clostridial fermentation were efficiently utilized by Rhodopseudomonas sphaeroides K-7. For complete bioconversion of clostridial metabolites such as acetate and butyrate into hydrogen, mixed culture of both anaerobic organisms forming molecular hydrogen was performed. By the mixed culture, the yield of hydrogen production increased by 20 to 75% and clostridial metabolites (acetate, butyrate) decreased in the fermentation broth. Influence of cell mixing ratio, mixing time and inoculum level on hydrogen evolution by mixed culture were studied. And then co-metabolic pattern compared with in monoculture was observed as time course.
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