제 3 장
2. 환경조건 변화를 통한 배양조건 연구
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A B C
1 2 3 1 2 3 1 2 3
수심 (cm) 25 25 25 30 30 30 35 35 35
차광 (%) 50 25 0 50 25 0 50 25 0
옥외 영양성분 조합 실험을 통한 최적성장환경을 측정한 결과 실험 11(표층수와 지하수를 이용한 Modified Zarruok’s media의 제조)에서 가장 높은 1.91 g/L의 biomass 생산량을 얻었다.
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5% 배지를 첨가한 것으로 바꾸고 난 후 감소했고, 10.72 psu로 C2 수조에서 가장 낮았다(그 림 3-7). 실험 진행 중 6일째 수온 및 염분의 변화는 강수에 의한 영향으로 다소 낮아졌으나, 스피룰리나의 성장에는 문제가 없었다. 수소이온농도인 pH는 S. maxima를 배양하는 동안 7.5 부터 8.98까지 증가했다. 가장 높은 pH는 배양기간 중 4일째에는 C1, 6일째에는 B1, 10일째에 는 B2, C2, C3가 가장 높았다(그림 3-8). 보다 높은 pH 값은 배양수의 표면에서 거품이 높고 일고, 암모니아 냄새가 나는 수조들에서 보다 높은 것이 관찰되었다. 스피룰리나 개체들의 성
장은 pH와 연관이 높은 것으로 보이며, 성장을 거듭할수록 pH 또한 서서히 증가하는 경향을
보였다.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Culture duration (day)
Temperature ℃
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
[그림 3-6] 해산 스피룰리나의 성장 기간 중 각 실험조건별 수온 변화
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0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Culture duration (day)
Salinity (psu)
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
[그림 3-7] 해산 스피룰리나의 성장 기간 중 각 실험조건별 염분 변화
6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Culture duration (day)
pH
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
[그림 3-8] 해산 스피룰리나의 성장 기간 중 각 실험조건별 pH 변화
S. maxima는 모든 A의 배양 조건에서 잘 성장했다. 가장 높은 생산은 건조 중량이 2.05 g/L 로 A2 배양조건이었고, 일간성장율 또한 높았다. A3, A1, B, C 배양조건이 그 뒤를 따랐
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다. 마이크로네시아 Chuuk 기후에서의 S. maxima 생산은 25cm의 낮은 수심과 25% 차광 배양 조건에서 보다 높았다. Oliveira et al. (1999)은 실험실에서 수행한 그들의 연구결과에서 2.4 g/L 정도 생산된 것으로 보고하고 있다. 실외 실험을 수행한 우리 연구 결과와 비교한다면 정 량적으로는 조금 높은 수준이나, 기업화를 목적을 고려한다면 이번 연구의 결과도 낮지 않은 생산량으로 생각된다. Oliveira et al. (1999)은 실험실에서 지속적인 광조건을 유지시키며 성장 실험을 수행하였으나, 생산단가를 증가시키는 중요 요인인 연속 광조건 하에서 성장 실험을 수행했기 때문에 산업화의 생산단가를 유지하기가 어렵다. 그에 반해 이번 연구는 광주기 및 광량, 온도 및 심지어는 빗물을 이용하여 배양배지를 혼합 제조했기에 완전히 자연적인 조건 에 의존한 옥외 실험이라고 볼 수 있다.
두 실험구인 C1과 B1에서 강한 암모니아 냄새와 함께 pH가 급작스럽게 상승하여(그림
3-8) 배양 4~6일 이후에는 각 실험구의 스피룰리나들은 폐사했다. 그러나 보다 높은 수심과
차광은 요소(urea)에서 암모니아(ammonia)로의 전환할 가능성이 보다 높고, 그 전환은 배양 4~6 일째 먼저 C1 배양조건에서 형성되었고, B1이 그 뒤를 따랐다. B와 C의 배양조건 중에 생산량은 B3 (1.55g/L)가 보다 높았고, C3가 뒤를 따랐다. 암모니아는 또한 B2와 C2 배양조건 에서 배양 10일째, 발견되었고 20%의 담수와 배지를 교환해 준 이후 배양 12일째 S. maxima 성장은 B2에서 보다 높았고 (1.10 g/L) C2가 그 뒤를 따랐다. 차광을 하지 않은 25 cm 수심에 서 최고 온도는 34.0℃이었기 때문에 보다 높은 온도에 기인하여 그 생산량이 낮은 것으로 파악된다.
일반적으로 스피룰리나는 열대지방에서 염분이 있는 얕은 수심과 높은 알칼리성의 수질에 서 잘 자라며, 섬유질 네트를 이용하더라도 아주 손쉽게 수확할 수 있는 장점을 가지고 있다.
그렇지만 많은 양의 스피룰리나를 지속적으로 생산하기 위해서는 미네랄 성분으로 구성된 적 절한 배지환경을 마련해줘야 하고 이에 따르는 높은 단가가 종종 문제가 되기도 한다. 현재 까지 스피룰리나를 생산하는 생물공학 산업은 높은 생산단가의 문제 때문에 난관에 직면해 있고, 이러한 원인 때문에 많은 나라에서 산업화로 실행을 옮기지 못하고 있다. 보통 많은 과 학자들이 스피룰리나 배양을 위해 Zarrouk's medium을 사용하고, 또는 변형된 Zarrouk's medium, 또는 Zarrouk's medium를 변형한 SOT medium등을 사용하고 있으나, NaHCO3, Na2CO3 및 NaNO3 등과 같은 미네랄 원료들이 비싼 단점이 있다. Zarrouk's medium을 제외하 고, 몇몇 과학자들은 몇 가지 미네랄을 보충시킨 해수를 사용하기도 했었지만 저비용․고효 율의 배지를 개발하는 것은 경제적인 스피룰리나 생산을 위해 대단히 중요한 부분이라 볼 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이 연구에서는 오염되지 않은 열대지역의 지하수와
humic soil을 사용하여 배양 배지를 제조하였다. 배양수의 원료를 해수와 현지의 지하수를 사
용하였고, 특히 철분 성분이 많이 함유된 흙을 배지 구성 원료로 채취해 FeSO4․7H2O의 보 조 영양원으로 성분을 추출한 뒤 사용하였다. 이러한 조건에서도 4가지의 실험 그룹에서 1.5 g/L이상의 최종 생산량을 보인 점은 향 후 산업적으로 이용할 만한 가치가 있는 것으로 파악 된다.
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0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Culture duration (day)
Biomass (g/L)
A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3
[그림 3-9] 각 배양조건별 해산 스피룰리나의 성장량 분석