Abstract
The characteristics of the reaction of calcium carbonate $(CaCO_3)$ immobilized with alginate as buffer system for the high concentration cultivation of bifidobacteria in fermenter are described by the mathematical model, and tested for the reusing possibility of the used $CaCO_3$ beads. When$CaCO_3$ beads with the various diameters were reacted in 0.1 M of the mixed organic acids (0.6 M of acetic acid and 0.4 M lactic acid) and in fermenter inoculated Bifidobacterium longum ATCC 15707, the change of bead diameters can be calculated with the amount of the decreased $CaCO_3$ from the surface of bead using the mathematical model. These values was similar to the directly measured bead diameter by a micrometer. Therefore, it was considered that the mathematical model could be used for explaining the reaction charateristics of the $CaCO_3$ bead reacted with the organic acids. When Bifidobacterium longum was incubated at $37^{\circ}C$ for 20 hours in fermenter with $CaCO_3$ beads, the buffering effect of $CaCO_3$, the reduce rate of the bead diameter, and the growth rate of Bifidobacterium longum were higher at the smaller beads than beads with the larger diameters. Also, when Bifidobacterium longum was incubated in fermenter with the mixed beads which were added new beads to the recovered beads in order to equalize with the total surface area of initial beads, the buffering effect of $CaCO_3$ bead and the growth rate of Bifidobacterium longum were very corresponded with the results of the fermentation using the only initial beads. Therfore, it is expected that the used beads can be reused by adding the initial beads.
Bifidobacteria의 고농도 배양을 위한 배양액내 완충제로써 $CaCO_3$ 비드를 효율적으로 이용하기 위하여 유기산에 대한 비드의 반응특성과 유기산과 반응한 비드의 재사용 방안을 수학적 모델을 적용하여 검토하였다. 각각 다른 크기의 $CaCO_3$ 비드를 0.1 M의 혼합 유기산 용액과 Bifidobacterium longum ATCC 15707이 접종된 배양액에 각각 첨가하여 반응시킨 후, 비드 표면으로부터 감소한 $CaCO_3$ 양을 수학적 모델에 의하여 산출한 비드의 직경값과 micrometer를 이용하여 반응한 비드의 직경을 직접 측정한 값을 비교한 결과 서로 일치하였다. 그러므로, 수학적 모델이 유기산과 반응하는 $CaCO_3$ 비드의 반응특성을 설명하는데 유용하게 이용되어 질 수 있음을 확인하였다. 각각 다른 크기의 $CaCO_3$ 비드를 완충제로 사용한 배양액에 Bifidobacterium longum을 접종하여 $37^{\circ}C$로 20시간 배양한 후, $CaCO_3$ 비드의 완충효과와 직경의 변화 및 Bifidobacterium longum에 대한 증식도를 측정한 결과 비드의 직경이 작을수록 더높은 완충효과와 균증식도를 나타내었으며, 또한 비드의 직경이 크게 감소하였다. 균배양액으로부터 회수한 비드의 직경을 조사하여 반응된 비드의 전체표면적을 산출한 후 초기 사용한 비드의 전체표면적과 같도록 새로운 비드를 첨가하여 bifidobacteria를 배양한 결과 초기 사용한 비드의 완충효과와 유사한 결과를 나타내었으며, 또한 배양액내 균증식도도 같은 수준으로 증식되었음을 알 수 있었다. 따라서 bifidobacteria 배양에 완충제로 이용된 비드를 균배양에 완충제로 재차 이용할 경우 비드가 일정한 크기를 갖고, 감소한 표면적과 같은 양의 새로운 비드를 첨가한다면 사용된 비드의 재활용 가능성도 있다고 사료되었다.