Effect of pH on Growth and Ethanol Production of Clostridium ljungdahlii

Clostridium ljungdahlii 성장 및 에탄올 생산에 pH가 미치는 영향

In this study, we developed a bioprocess using Clostridium ljungdahlii as a biological catalyst to produce bio-ethanol, and the effect of pH on microbial growth and ethanol production was investigated. From the results of fermentation at various initial pH condition without pH control, pH of fermentation broth decreased to 4.5 within 24 h due to accumulation of by-product acetic acid and both microbial growth and ethanol production were stopped. The experimental result of initial pH 8 showed the highest microbial growth and ethanol production (0.53 g/L), since the pH drop was relatively slow. From the experiment of pH 7 maintained fermentation using pH controllable bioreactor, the maximum cell dry weight of 1.65 g/L and the maximum ethanol concentration of 1.43 g/L were obtained within 24 h. In conclusion, the C. ljungdahlii growth was enhanced by pH maintenance of neutral range, and the ethanol production was also enhanced based on the growth-associated ethanol production characteristics of C. ljungdahlii.

본 연구에서는 합성가스를 기질로 Clostridium ljungdahlii를 생물촉매로 바이오에탄올을 생산하는 공정을 개발하고, pH가 미생물 성장 및 에탄올 생산에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 초기 pH 조건(pH 5~8)에서 pH제어 없이 발효실험을 수행한 결과, 부산물인 acetic acid의 축적에 따라 모든 조건에서 24 h 이내에 pH 4.5 이하로 감소되고 미생물의 성장과 에탄올 생산이 중단되는 것을 확인하였다. 사용된 pH 조건 중에서 가장 높은 초기 pH 8의 경우가 가장 높은 미생물 성장과 에탄올 생산량(0.53 g/L)을 보였으며, 이는 상대적으로 pH의 감소가 늦게 일어나기 때문으로 생각된다. pH를 제어할 수 있는 생물반응기를 사용하여 pH 7로 유지시키며 생물공정을 운전한 결과, 최대 미생물 농도 1.65 g/L과 최대 에탄올 농도 1.43 g/L를 24 h 이내에 얻을 수 있었으며, 이는 pH를 중성영역에서 유지할 경우 C. ljungdahlii의 성장을 최대화할 수 있고, growth-associated production의 특성을 보이는 에탄올의 생산량을 최대화할 수 있는 것을 확인시켜준다.