수소 생성 혐기성균의 Nitrogenase 활성에 미치는 영향과 연속배양에 의한 수소 생성

Abstract

Hydrogen evolution by Closrtidium butyricum NCIB 9576 in continuous culture and nitrogenase activity of photosynthetic bacteria were investigated. In the continuous culture of C.butyricum, the optimum dilution rate for hydrogen production was 0.075h^(-1) and the hydrogen production rate was determined as 83.2ul.dry cell mg^(-1).hr^(-1) under the condition. Optimal condition for hydrogen evolution in continuous fermentation were achived at pH6.4-7.0 and 2% (W/V) of glucose concentration. In order to keep the efficient hydrogen production, pH of the medium was controlled at pH 6.4 with CaCO_(3), NaOH and hydrogen production rate was increased to 60% compared with the uncontrolled fermentation. Nitrogenase activity of the photosynthetic bacteria was inhibited by NH^(4+),N_(2) and O_(2). The addition of Mn^(2+) in the medium recovered the active form of nitrogenase after growth in a limited concentration of NH^(4+) or N_(2). The nitrogenase activity was maximum when both Mo and Fe ion are existed in the medium, whereas when Fe ion were absent, the activity was not observed at all. This revealed that the enzyme was consisted of both Mo and Fe ion.;대체에너지로서 수소의 생물학적 방법에 의한 생산성 증대를 위하여 Clostridium butyricum의 연속 수소 생성계에서 수소 생성 및 glucose를 이용한 발효 양상을 관찰했으며,C.butyricum의 발효 대사 산물을 소비하여 효율적으로 수소를 생성할 수 있는 광합성 세균의 nitrogenase 활성에 미지는 영향들을 검토하였다. C.butyricum의 연속 배양시에는 D=0.075h^(-1)일때 최고 수소 생성 속도인 83.2μℓ·dry cell mg^(-1)·h^(-1)을 나타내었다. 연속 배양에서 수소생성을 극대화하기 위한 배양조건으로써 pH는 6.4-7.0일때, 그리고 glucose 농도는 2%(W/V)일때 총수소발생량이 최대를 나타내었다. 또한 효율적인 수소 생성을 유지하기 위하여 pH를 CaCO_(3), NaOH등을 이용하여 pH 6.4 이상으로 조절하였을 때 조절하지 않은 것에 비하여 60%에 달하는 총 수소 생성량의 증가를 나타내었다. 광조사하에서 유기산을 이용하여 수소 생성을 하는 광합성 세균의 nitrogenase 활성에 영향을 주는 몇가지 요소들을 검토하였다. nitrogenase 활성은 N_(2)와 NH^(+)_(4)에 의해 저해를 받았으며,N_(2)와는 달리 NH^(+)_(4)는 배지내에서 소모됨에 따라 nitrogenase의 활성이 회복되었다. 또한 Mn ion 의 첨가는N_(2)의 저해 영향을 감소 시켜 nitrogenase 활성을 유지 시켜 주었다. O_(2)에 의해서도 역시 nitrogenase 활성이 저해되며 O_(2)농도가 5% 이상일때 활성이 급격히 감소 되었다. metal ion 의 영향에서 배지내에 MoFe ion 이 모두 존재할 때 nitrogenase 활성이 최대이며 Fe ion 이 결핍되면 활성이 전혀 나타나지 않고 Mo ion의 결핍시에는 활성에 약간의 감소를 보였다.