Rhodopseudomonas sphaeroides과 Clostridium butyricum의 혼합배양을 통한 수소생성의 연속발효제

Abstract

생물학적인 방법에 의한 대체에너지로서의 수소의 생성을 목적으로 본 연구실에서 연구되어 온 수소생성균주인 광합성 세균 Rhodopseudomonas sphaeroides K-7과 혐기성 세균 Clostridium butyricum NCIB 9576의 혼합배양을 통하여 연속적인 수소생성계를 확립하고자 하였다. C butyricum NCIB 9576의 발효대사산물이자 수소생성을 저해하는 유기산이 R. sphaeroides K-7의 수소생성기질로 이용될 수 있으므로, 이 두 균주의 혼합배양을 시도하였다. (반)연속배양시의 혼합비율이 C. : R.. = 1 : 6일 때 최대의 수소를 얻었으며, 두 균주의 접종시기에 의한 수소생성효율을 조사한 결과 C. butyricum NCIB 9576의 대수증식기에 R. sphaeroides K-7을 접종해줌으로해서 C. butyricum NCIB 9576의 유기산에 의한 급격한 pH변화를 막을 수 있어 더 많은 수소를 얻을 수 있었다. Reactor system을 이용한 반연속배양시, 배지치환율은 30%일 때가 최대를 나타내었고, 연속배양시, 배지의 희석속도는 0.05 h^(-1)일 때 최대였다. 연속배양은 회분배양시의 수소생성량이 1309.2 ㎖/㎖ of culture인데 반해 4010.9㎖/㎖ of culture로 약 3.1배가량의 수소를 얻을 수 있었다. 이러한 연속배양시의 C. butyricum NCIB 9576의 단독배양과 C. butyricum NCIB 9576과 R. sphaeroides K-7의 혼합배양을 비교해보면, 연속배양기간동안 1,3∼2.1배 높은 수소생성속도를 보여주었다 연속배양과정에서는 수소생성의 주된 기질인 glucose의 농도가 10 g/ℓ일 때, 수소생성량이 최대를 나타내었으며, 또한 질소원이자 유기폐자원에 다량 함유되어 있는 glutamate의 이용성을 조사한 결과, R. sphaeroides K-7의 단독배양에 의한 연속배양은 glut-amate의 농도가 높아질수록 수소생성이 저해되었고, C. butyricum NCIB 9576에 의한 단독배양 및 두 균주의 혼합배양에 의한 연속배양은 glutamate의 농도에 따른 수소생성이 크게 저해받지 않았다. 이를 통해 유기폐자원의 이용성이 혼합배양의 경우 더 유리하다는 것을 알 수 있다.;A purpose of the study was to optimize condition of continuous mixed culture of C. butyricum and R. sphaeroides K-7, which were able to produce hydrogen molecules using bimass-derived substrate. In order to see a possibility of continuous culture, semi-continuous culture was carried out for 20 days. In semi-continuous culture using reactor system, th replacement rate of fresh medium was 30% of total medium volume for highest hydrogen evolution. In continuous culture, optimum dilution rate was determined to be 0.05 h^(-1), The continuous culture produced 3.1 times as compared with the hydrogen on batch culture. On the other hand, continuous mixed culture of C. butyricum and R. sphaeroides K-7 increased hydrogen evolution rate. Because considerable amount of glutamate was contained in waste water ofglutamate fermentation, utilization of glutamate was examined in mixed culture. As a result of examination, production of hydrogen molecule was slightly inhibited by concentration of glutamate -more than 20 mM- on continuous monoculture of R. sphaeroides K-7. On the other hand, both on continuous monoculture of C. butyricum and on mixed culture of C. butyricum and R. sphaeroides K-7, production of hydrogen wasn's inhibited by high concentration of glutamate such as 100mM. Hence this suggests that high concentration of waste waster can be used as good substrate of hydrogen molecule on monoculture of C. butyricum and mixed culture of C. butyricum and R. sphaeroides K-7.