• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권5호
• /
• pp.379-386
• /
• 2021

본 연구 목적은 미세조류 대량생산을 위한 ICT와 BT기술이 융합된 계단식 연속 배양 시스템(CCCS)을 개발함에 있다. 본 시스템은 미세조류 성장에 필요한 주요 운전변수인 pH, 온도, 이산화탄소와 조도 제어를 통해 실시간 배양조건 유지를 통해 세포성장 증진과 계절과 장소에 관계없이 미세조류를 생산할 수 있어 경제성이 확보 된 시스템이다. 또한, 안정적이고 높은 생산성을 제공하는 장점을 갖는다. 본 연구에서는 이 시스템을 활용하여 71일간 미세조류를 배양하고 실험 데이터를 분석하였다. 그 결과, 배양초기 O.D.는 수조1에서 0.006로 측정되었으며 이후 배양 71일, O.D.는 수조1: 0.399, 수조2: 0.961, 수조3: 0.795 그리고 수조4: 0.438로 측정되었다. 따라서 배양기간 동안 연속적인 배양이 가능함이 확인되었다. 대량 배양 방식인 ISMC (In-situ monitoring and control)기반 스마트팜을 제시하고, 본 개발기술을 통해 미세조류 이외의 수경재배 기반의 약용식물 등에 적용하여 식품, 화장품 그리고 의료 소재용 고부가가치 식물 재배에도 적용이 가능한 상업화 적합 기술이라 사료된다.

• 상하수도학회지
• /
• 제27권6호
• /
• pp.703-709
• /
• 2013

Among many microalgae cultivation types, heterotrophic culture with low cost carbon sources and energy saving culture method is crucial. A result of estimating the effects of pH on wastewater treatment using heterotrophic growing microalgae Chlorella sorokiniana shows that there was no difference in microalgae growth amount and nitrogen, phosphorus removal rate by wide range of pH(5 ~ 9). From pH 5 to 9, total nitrogen, phosphorous and glucose removal rates were 10.5 mg-N/L/d, 2 mg-P/L/d, 800 ~ 1000 mg/L respectively. This study reveals that C. sorokiniana cannot metabolite glycerol heterotrophically, however, glucose and acetate were proper carbon sources for growth and T-N, T-P and TOC removal. This research highlights the potential of heterotrophic microalgal growth with wastewater treatment plant with wide range of pH and carbon sources.

• 생명과학회지
• /
• 제25권7호
• /
• pp.733-739
• /
• 2015

미세조류는 천연재생자원으로서 단순히 빛, 이산화탄소, 인 및 질소만이 존재하는 환경에서도 빠른 속도로 자라며 동시에 다양한 기본 화학물질(예를 들면 제약 및 식품산업에서 높은 부가가치를 창출 할 수 있는 비타민, 지방산, 카로티노이드 등)들을 생산한다. 본 연구에서는 생리활성물질을 생산하는 미세조류의 무균순수분리방법의 개발 및 미세조류 배양에 필요한 균체 생육도 측정법을 확립하고자 하였다. 미세조류에서 유용성분 추출을 위하여 항생제 혼합물 [ampicillin (100 ${\mu}g/ml$), streptomycin (10 ${\mu}g/ml$), chloramphenicol (10 ${\mu}g/ml$), penicillin (10 ${\mu}g/ml$), neomycin (50 ${\mu}g/ml$), gentamycin (50 ${\mu}g/ml$), kanamycin (10 ${\mu}g/ml$), nystatin (1.5 ${\mu}g/ml$)]을 이용한 결과 1-3%의 혼합 항생제의 농도범위에서 최적의 결과를 얻었으며 분광광도법을 이용한 균체생육도 측정법 또한 확립하였다. Haematococus lacustris 미세조류를 배양하여 astaxanthin을 추출하였으며, H. lacustris 배양액 1 ml로부터 얻은 astaxanthin의 농도는 $1.9{\times}10^{-3}{\mu}g/l$이었다. 따라서 개발된 무균 순수분리법을 이용하여 미세조류로부터 양질의 astaxanthin 및 유용성분들을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국식생활문화학회지
• /
• 제36권1호
• /
• pp.66-75
• /
• 2021

Microalgae are unicellular microorganisms inhabiting various ecosystems of the world, including marine and freshwater systems and extreme environments. Only a few species have been actively used as food. Microalgae are attracting attention as a means of biological CO2 reduction because they play an important role in absorbing atmospheric CO2 through their rapid growth by photosynthesis in water. Besides, microalgae are considered to be an eco-friendly energy source because they can rapidly produce biomass containing a large quantum of lipids that can be converted into biodiesel. Several microalgae, such as Chlorella spp., Spirulina spp. and Haematococcus spp. have already been commercialized as functional health supplements because they contain diverse nutrients including proteins, vitamins, minerals, and functional substances such as docosahexaenoic acid (DHA), β-glucan, phycocyanin, astaxanthin, etc. Moreover, they have the potential to be used as food materials that can address the protein-energy malnutrition (PEM) which may occur in the future due to population growth. They can be added to various foods in the form of powder or liquid extract for enhancing the quality characteristics of the foods. In this review, we analyzed several microalgae which can be used as food additives and summarized their characteristics and functions that suggest the possibility of a role for microalgae as future food.

• Journal of Biosystems Engineering
• /
• 제39권3호
• /
• pp.244-252
• /
• 2014

Purpose: The development of an efficient in vitro cell culture device to process various cells would represent a major milestone in biological science and engineering. However, the current conventional macro-scale in vitro cell culture platforms are limited in their capacity for detailed analysis and determination of cellular behavior in complex environments. This paper describes a microfluidic-based culture device that allows accurate control of parameters of physical cues such as pressure. Methods: A microfluidic device, as a model microbioreactor, was designed and fabricated to culture Saccharomyces cerevisiae and Chlamydomonas reinhardtii under various conditions of physical pressure stimulus. This device was compatible with live-cell imaging and allowed quantitative analysis of physical cue-induced behavior in yeast and microalgae. Results: A simple microfluidic-based in vitro cell culture device containing a cell culture channel and an air channel was developed to investigate physical pressure stress-induced behavior in yeasts and microalgae. The shapes of Saccharomyces cerevisiae and Chlamydomonas reinhardtii could be controlled under compressive stress. The lipid production by Chlamydomonas reinhardtii was significantly enhanced by compressive stress in the microfluidic device when compared to cells cultured without compressive stress. Conclusions: This microfluidic-based in vitro cell culture device can be used as a tool for quantitative analysis of cellular behavior under complex physical and chemical conditions.

• 생명과학회지
• /
• 제31권10호
• /
• pp.960-968
• /
• 2021

미세조류 연구는 18세기 후반부터 시작된 이후 생물산업에서 가장 중요한 생물자원으로 인식되어 왔다. 특히 미세조류의 산업 활용에 초점을 맞춘 식품/사료 및 생리 활성 화합물에 대한 초기 주요 연구 분야는 현재 대체 에너지 자원, 탄소 배출 저감 및 폐수 처리를 포함한 환경 연구 분야로 더욱 확대되고 있다. 하지만 그 산업적 활용의 중요성에도 불구하고 미세조류 배양의 장기 보존과 관련된 기초 연구 분야는 많은 주목을 받지 못하고 있다. 그러나 생물학적으로 활성을 띄는 안정적인 미세조류 배양체 보존은 이러한 미세조류의 산업적 활용을 더욱 부각시킬 수 있는 핵심적인 성공요소이다. 따라서 본 총설은 조류(algae)의 분류체계에서 가장 큰 분류군을 차지하는 녹조류(Chlorophyceae)를 포함하여 현재까지 개발된 다양한 최첨단 미세조류 냉동보존기술을 조사하였다. 또한, 국내 생물자원은행 및 국제 미세조류 자원은행에 기탁된 생물학적으로 활성을 띄는 미세조류 배양체를 보존·유지하기 수행하고 있는 보존 기술과 함께 동결보존 시 온도조절 효과, 보존제 효과 등 미세조류의 성공적인 동결보존 기술과 관련된 주요 요인들을 조사하였다. 본 연구를 통해 확인된 결과를 살펴보면, 미세조류의 형태 및 생리학적 다양성으로 인해 현재로서는 범용적으로 사용할 수 있는 표준 미세조류 장기 보존 방법이 없다는 것을 확인하였다. 따라서, 이러한 문제를 극복하기 위해서는 미세조류의 분류학적 체계를 명확하기 위한 종 특이적 바이오마커의 개발과 종 특이적 동결보존 방법에 기반한 체계적인 접근을 위한 기초 연구 분야에 대해 훨씬 더 많은 노력이 필요함을 확인하였다.

• ALGAE
• /
• 제28권2호
• /
• pp.131-147
• /
• 2013

Major progress has been made in the past decade towards understanding of the biosynthesis of red carotenoid astaxanthin and its roles in stress response while exploiting microalgae-based astaxanthin as a potent antioxidant for human health and as a coloring agent for aquaculture applications. In this review, astaxanthin-producing green microalgae are briefly summarized with Haematococcus pluvialis and Chlorella zofingiensis recognized to be the most popular astaxanthin-producers. Two distinct pathways for astaxanthin synthesis along with associated cellular, physiological, and biochemical changes are elucidated using H. pluvialis and C. zofingiensis as the model systems. Interactions between astaxanthin biosynthesis and photosynthesis, fatty acid biosynthesis and enzymatic defense systems are described in the context of multiple lines of defense mechanisms working in concert against photooxidative stress. Major pros and cons of mass cultivation of H. pluvialis and C. zofingiensis in phototrophic, heterotrophic, and mixotrophic culture modes are analyzed. Recent progress in genetic engineering of plants and microalgae for astaxanthin production is presented. Future advancement in microalgal astaxanthin research will depend largely on genome sequencing of H. pluvialis and C. zofingiensis and genetic toolbox development. Continuous effort along the heterotrophic-phototrophic culture mode could lead to major expansion of the microalgal astaxanthin industry.

• 공업화학
• /
• 제20권3호
• /
• pp.285-289
• /
• 2009

최근 지구온난화 및 식량문제에 대한 관심이 증대되면서 그 해결책으로 미세조류에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 광합성 미세조류 Spirulina platensis는 이산화탄소를 고정할 수 있으며, 영양적 가치가 우수하여 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 Spirulina platensis NIES 39의 대량 배양을 위한, 배양온도, 초기 pH, 조도, 탄소와 질소원의 농도 등의 요인에 대한 최적 조건을 확립하고자 하였다. 배양 온도 $35^{\circ}C$에서 초기 pH 9.5, 조도 4500 lux에서 건조균체중량 2.10 g/L, 클로로필 함량 29.53 mg/L로 가장 우수한 결과를 나타내었으며, 이때의 탄소원과 질소원의 농도는 각각 16.8 g/L $NaHCO_3$, 2.5 g/L $NaNO_3$이었다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권10호
• /
• pp.64-71
• /
• 2020

본 연구에서는 미세조류 Haematococcus pluvialis의 성장에 미치는 배양 배지와 광원의 영향을 평가하기 위해 제한 성분 배지인 Modified Bold's Basal Medium (MBBM) 와 상업용 액체 비료 배지인 Neo, 그리고 파장이 서로 다른 7개의 광원을 사용하여 H. pluvialis를 39일 동안 배양하고 성장률을 비교하였다. 그 결과 제한 성분 배지인 MBBM에서 H. pluvialis의 성장은 fluorescent light 광원에서 세포 성장이 가장 높게 나타난 반면, blue+red LED에서 세포 성장이 가장 낮게 나타났다. 상업용 배지인 Neo에서 H. pluvialis의 성장은 fluorescent light 광원에서 세포성장이 가장 높게 나타났으며, blue LED에서는 세포 성장이 가장 낮음이 확인되었다. 본 연구를 통해 MBBM 배지가 Neo 배지보다 우수한 결과를 나타내었으며 또한, MBBM 배지를 이용하여 fluorescent light에서 성장한 미세조류는 본 연구에서 가장 우수한 세포 성장 결과를 보였다. 이러한 결과는 이차대사산물 생산을 위한 H. pluvialis 배양에서 배지, 광원과 광량을 최적화한 것으로 미세조류 대량 배양에 기초 자료로써 유용하게 활용될 것이다.

• 한국수산과학회지
• /
• 제32권2호
• /
• pp.186-191
• /
• 1999

본 연구에서는 미세조류의 고밀도 배양을 위한 경제적인 공정을 개발하는 차원에서 3종의 미세조류 즉, Chlorella vulgaris, Dunaliella salina 및 Porphyridium purpureum를 Ca-alginate 로 microencapsulation 한 후 air-bubble column형 배양조에서 고밀도 배양을 시도하였다. $2\%\;CaCl_2$ 농도로 capsule을 제조할 때 capsule의 안정성이 가장 좋았으며, capsule 막의 두께 및 $CO_2$ 공급유무에 따른 미세조류 (Chlorella vulgaris)의 생산성은 거의 차이가 없었다. 한편, 3종의 미세조류 모두 capsule로 고정화시킨 것이 bead로 고정화한 미세조류나 free cell 보다 농도가 높았으며, 특히Dunaliella salina가 microencapsulation에 의한 고밀도 배양 효과가 가장 뛰어나 free cell 보다 약 5배 정도의 생산성을 나타내었다.