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서우 형
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1 - J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 2, April 2008, 총설 미세조류를이용한이산화탄소고정화기술현황 전선미 김인혜 하종명 이재화 신라대학교제약공학과 (2007 년 12 월 24 일접수, 2008 년 2 월 20 일채택 ) Overview of Technology for Fixation of Carbon Dioxide Using Microalgae Seon-Mi Jeon, In Hae Kim, Jong-Myung Ha, and Jae-Hwa Lee Department of Pharmaceutical Engineering, College of Medical Life Science, Silla University, Busan , Korea (Received December 24, 2007; accepted February 20, 2008) 온실가스로인해발생한지구온난화현상은최근몇년동안심각한환경문제를야기했다. 온실가스중가장큰비중을차지하는것은이산화탄소이다. 이산화탄소의처리방법중하나인미세조류의광합성을통한이산화탄소고정화는화력발전소로부터화석연료의사용을통해나오는이산화탄소감소를도와준다. 이러한미세조류는빠른성장력을지니고있고, 다양한환경에서성장이가능하다는장점이있다. 따라서미세조류의이용에있어고농도의이산화탄소, 낮은 ph, 산성가스등에강한내성을지닌미세조류에대한연구와미세조류의대량배양을통해효율성을높일수있는생물반응기의연구가선행되어야한다. 앞으로생물공학기술의발달로미세조류의대량배양에의한이산화탄소저감과동시에미세조류로부터고부가가치의자원을생산한다면생물산업의발전을촉진할수있다. In this work we have studied the antifouling properties of the hydrophobic sol-gel modified sensing membrane and its optical properties for sensor application. E. coli JM109, B. cereus 318 and P. pastoris X-33 were cultivated in confocal cultivation dishes with glass surface, respectively. The glass surface was coated with the hydrophobic sol-gels prepared by the dimethoxy-dimethyl-silane (DiMe-DMOS) and tetramethyl-orthosilicate (TMOS). After cultivation, microorganisms adhered on the surface coated with sol-gels and glass surface were dyed by gram-staining method and the numbers of microorganisms were analyzed based on the image data of the scanning electronic microscope (SEM). A great number of microorganisms, about /mm 2, was adhered on the glass surfaces which no hydrophobic sol-gels were coated. But, the antifouling effect of the hydrophobic sol-gels was large, that microorganisms of less than /mm 2 were adhered on the coated glass surface. The performance of the sensing membranes for detection of ph and dissolved oxygen was enhanced by recoating the light insulation layer prepared with the mixture of the hydrophobic sol-gel and graphite particles. Keywords: microalgae, biological fixation, carbon dioxide, photobioreactor 1) 1. 서론 19세기이후, 경제발전을위한과도한산업화로인해화석연료의사용량이급격히증가하면서, 화석연료의연소과정에서발생하는이산화탄소와메탄, 프레온가스등의온실가스가대량발생하였다. 이들온실가스로인해우주로방출될적외선을흡수, 차단하며, 대기중으로다시배출함으로써대기의온도를상승시키는온실효과 (Greenhouse effect) 가발생하였다. 이로인해지구온난화 (Global warming) 현상이점점가속화되고있으며, 다가오는 2030년대는기온이평균 2 3 상승하리라예상된다 [1]. 지구온난화는온실가스가주원인으로서알려져있는데이중이산화탄소가가장큰영향을주고있는것으로밝혀졌다. 이산화탄소의대기중의농도는과거빙하기에대기중농도가 180 ppm이었으나, 산업혁명이시작된이후급격히증가하여 1890년에는 290 ppm, 1992년에는약 360 ppm으로 1세기동안 30% 증가를보였다. 또한 21세기말에는이산화탄 교신저자 ( jhalee@silla.ac.kr) 소의대기중의농도가산업화이전의 2배수준인 500 ppm에도달할것이며, 이산화탄소배출증가속도가 1970년수준으로안정화된다하더라도 2000년이후에는 1,000 ppm에도달할것으로예상되고있다. 우리나라의경우에는온실가스중이산화탄소기여도가 88% 이며, 이러한이산화탄소의 96% 가화석에너지소비에의해배출되고있다. 또한, 주요온실가스로지목되고있는이산화탄소배출량은 1990년에비해 90% 이상증가한것으로나타났으며, 연료연소부문의이산화탄소배출량으로는미국, 중국, 러시아, 일본, 인도, 독일, 영국, 캐나다에이어세계 9위에해당한다 [2]. 최근국제사회의최대환경이슈로등장한온실가스저감문제는기후변화협약을통하여활발히논의되고있으며, 이러한시점에기후변화협약에대한적극적인대응은국가의경제발전에기여할수있는동시에에너지, 경제및환경의조화를통한국가발전을이루는데기여할것이다. 이를위해보다적극적인온실가스감축에대한계획과프로그램을마련하고이를시행할이산화탄소제어기술의개발과보급이매우필요한때이다. 145

146 전선미 김인혜 하종명 이재화 Table 1. Classification of Microalgae Class Common name Chlorophyll Species Bacillariophyceae Diatoms a & c 1c 2 Cyclotella sp. Chlorophyceae Green algae a & b Chlorella sp.

2 146 전선미 김인혜 하종명 이재화 Table 1. Classification of Microalgae Class Common name Chlorophyll Species Bacillariophyceae Diatoms a & c 1c 2 Cyclotella sp. Chlorophyceae Green algae a & b Chlorella sp. Chrysophyceae Golden algae a & c 1c 2 Nitella sp. Cyanophyceae Cyanobacteria Blue-green algae a Spirulina sp. Phaeophyceae Brown algae a & c 1c 2 Heribaudiella sp. Rhodophyceae Red algae a Porphyridium sp. 2. 미세조류의탐색 Figure 1. Scheme of biological carbon dioxide fixation. 이산화탄소고정화방법의하나는광합성미생물을이용하는생물학적고정화방법으로대기혹은수중의이산화탄소를식물또는미생물의유기물질로고정화하는방법이다 (Figure 1). 이는자연계물질순환의핵심기능이며, 이산화탄소저감을위한가장환경친화적인방법으로고온및고압에서행하여지는화학적고정화방법에비해반응속도가늦어생산성과효율이떨어지는반면, 상온상압하에서태양에너지와해수만으로이산화탄소고정화가가능한장점을가지고있다. 또한생물학적고정화방법은배기가스에직접적으로적용할수있기때문에분리, 회수, 농축등의배출가스전처리비용을절감할수있으며, 최종산물인바이오매스를동물의사료나청정연료등으로재이용함으로써보다경제적인공정을확립할수있는장점을가지고있다 [3,4]. 이러한생물학적이산화탄소고정화공정에관한연구는 1990년대초반부터활발하게이루어져왔으며, 고효율의광생물반응기개발 [5] 에서부터고농도이산화탄소에대한내성을가지는균주의분리 [6-8], 그리고파일럿플랜트스케일 (Pilot plant scale) 운전을위한모델링 [9] 등다양한방향으로연구가진행되고있다. 또한, 산업체배기가스로부터이산화탄소를고정화하는데적합한미세조류를개발하기위한연구가활발히수행되고있다 [9-11]. 따라서생명공학기술을이용하여미세조류의광합성기능을향상시키고, 최적배양환경에서미세조류를고밀도대량배양하여이산화탄소의처리와동시에생산된바이오매스로부터고부가의유용물질을생산함으로써부가가치를창출할수있는생물학적이산화탄소고정화연구가매우필요한실정이다. 본논문에서는이러한미세조류를이용한이산화탄소고정화공정에필요한요소기술과최근의연구동향에대해고찰하고자한다. 지구상에서광합성을하는생물중하나인미세조류는광독립영양생물로, 여러광합성색소를가지고있어태양에너지이용에의한무기물에서유기물로변환시키는생물군이다. 그종류로는약수만종이다양한환경에서분포하고있고, 사는환경에따라담수성 (Fresh water) 과해수성 (Sea water) 으로, 각조류의클로로필의종류에따라규조강 (Bacillariophyceae), 녹조강 (Chlorophyceae), 황색편모조강 (Chrysophyceae), 남조강 (Cyanophyceae), 갈조강 (Phaeophyceae) 및홍조강 (Rhodophyceae) 등으로나눈다 (Table 1). 즉, 미세조류는에너지원으로태양광을사용하여이산화탄소를고정화하는탄소동화기능을갖고있으며이를통해생리활성물질과같은다양한유용물질을생산하여, 이산화탄소의저감과대체연료의생산이라는두가지장점을갖는다 [12-14]. 미세조류배양의가장큰장점은작물생산에적합하지않은염도농도가높거나강한알카리등의극한환경에서도성장가능하다는점이다. 또한, 수중에서태양광, 이산화탄소등을이용하여비교적적은비용으로대량배양이가능하며, 환경조건에따라폭발적인증식력을가지고있다 [15]. 생물학적이산화탄소고정화를위해서는이산화탄소의효율적인고정이필수요건인데, 이를위해서는고농도의이산화탄소및낮은 ph에대한내성, 안정적이고높은생장률, 고밀도배양의가능성등의특성을고루갖춘미세조류의탐색과고밀도배양시스템에관한연구가절실히필요하다. 최근에분리, 동정된해양성미세조류인 Chlorococcum littorale 등과같은일부광합성미생물들은 20 50% 의이산화탄소농도에서내성을가지는것으로알려져있다. Watanabe[6] 등은 20 30% 의이산화탄소에대해내성을갖는담수성미세조류인 Chlorella를분리하여동물사료로서의활용성을조사하였고, Sakai[16] 등이온천에서분리한 Chlorella는 42 의고온에서도성장가능하였다. Kurano[18] 등은해양녹조류인 Chlorococcum littorale로부터이산화탄소의분압 20% 에서높은이산화탄소고정률을보고하였으며, Miyairi[18] 는온천에서분리한 Synechococcus elongatus를대상으로 60 의고온과 60% 의이산화탄소농도에서빠른성장에대한기작을조사한바있고, 산성및고온조건에서도내성을가진미세조류를탐색한결과, 단세포홍조인 Galdieria partita는 ph 1, 50, 50 ppm, SO 2 의조건에서도생장가능한것으로보고하였다. 일반적으로 5% 이상의이산화탄소농도에서는미생물의성장이저해를받는것으로알려져있으며발전소에서배출되는이산화탄소농도는 20% 라고알려져있다. 지금까지의연구를바탕으로낮은 ph와 20% 이상의고농도이산화탄소에서생장할수있는미세조류균주를응용한다면이산화탄소고정화효율을높일수있을것으로사료된다. 공업화학, 제 19 권제 2 호, 2008

3 미세조류를이용한이산화탄소고정화기술현황 147 Table 2. Characteristics of Photobioreactors Photobioreactor Mixer Light efficiency Temperature control Gas control Contamination control Scale-up Tank bad very bad difficulty bad difficulty very difficulty Stirred Tank (internal or external lighting) equality very good excellent high and low easy difficulty Bag culture variety very good good high and low easy difficulty Flat-plate photobioreactor equality excellent excellent high easy difficulty Tubular photobioreactor (Serpentine type) equality excellent excellent high and low easy easy Tubular photobioreactor (Biocoil type) equality excellent excellent high and low easy easy (A) (B) (C) (D) Figure 2. Type of bioreactors (A) Flat plate photobioreactor, (B, C, D) Tubular photobioreactor. 3. 미세조류의대량배양 효율적으로미세조류를이용하여이산화탄소고정화를하기위해서는고농도및대량배양기술의확립이필요한데, 이러한미세조류를배양하는방법에는옥외에서배양하는개방형배양 (Open culture) 과실내에서광생물반응기 (Photobioreactor) 를이용하여배양하는밀폐형배양 (Closed culture) 으로나눌수있다 개방형배양개방형배양은가장단순한형태로, 자연적으로영양원공급이풍부한개방된연못등에서배양하는것으로, 초기설비투자와운전비용이저렴하고유지및보수가용이한장점이있다. 그러나배양장치내부로효과적인빛전달이이루어지지않아균체의성장속도가느리고, 균체의성장수율이낮으며, 오염으로인한미세조류생물량및종의불안정성, 영양원의불균등분포등의문제점과더불어많은양의이산화탄소를제거하기위해서는넓은설치공간이필요한단점이있다 [4]. 미세조류의침전이일어나는점과순환식원형연못은중앙부에효과적인교반이어려운단점이있어, 현재거의대부분도수로 (Raceways) 형태로축조되고있다. Matsumoto[19] 등은옥외배양장치를이용하여미세조류를배양하였는데, 이때얻어진생산성은 42 g/m 2 /d, 이산화탄소의평균이용률은 54%, 이산화탄소고정량은 48 tc/ha/yr이였고, 이때사용된미세조류는 Nannochloropsis, Phaeodactylum 등의미세조류로화력발전소의배출가스를도수로형태배양기에주입하여배양하였고, 생산된생물량은고체연료로사용할수있었다 밀폐형배양밀폐형배양은밀폐된환경에서배양한다는의미로, 주로광생물반응기를이용하여미세조류를배양하는것을의미한다. 미세조류의고농도배양을위한중요한인자는빛, 기체전달, 배지의공급, 그리고생물학적한계등이나어느정도의농도이상에서는항상광원이가장큰제한인자이다 [20]. 빛의효율적인전달을위해서태양광집광판, 광섬유 (Optical fiber) 이용등의다양한방법이시도되었으며, 고농도배양에서빛의효율적인전달을위해서는광생물반응기의단위부피당표면적을증가시켜야하는데, 이를위해다양한형태가보고되고있다 [21-27]. 적당한광생물반응기를선택할때에는광원의종류, 광생물반응기의기하학적모양, 배양액의깊이, 그밖에영향인자들을고려하여야하며, 광합성효율을극대화하기위해서는광량및광도의조절과최적화, 온도조절, 혼합그리고영양염류의균형있는공급등이수반되어야한다 [28-30]. 광생물반응기개발에관한연구는 1980년대부터활발하게진행되었으며, 이러한연구들은미세조류의배양을통해이산화탄소고정화효율을향상시킬뿐만아니라생물학적이산화탄소고정화공정의파일럿규모의적용을위해서도필수적이다 [31]. 광생물반응기는옥외대량배양장치에비해초기투자비와관리유지비가상대적으로높은단점을가지고있으나, 높은균체성장속도와편리한운전조건조절, 그리고스케일-업이용이한장점을가지고있다. Table 2는대표적인광합성미생물배양장치들의특징을비교한 Table이다. 이 Table에서알수있듯이탱크 (Tank) 를제외한나머지광생물반응기들은광이용효율이높고, 온도, 가스, 오염조절이비교적쉬운편으로나타났다 [32]. 그중에서대량배양을위해스케일-업을할수있는광생물반응기는관형광생물반응기 (Tubular photobioreactor) 임을알수있다. 현재까지개발된광생물반응기의대부 J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 2, 2008

4 148 전선미 김인혜 하종명 이재화 Table 3. Comparison of Performance in Various Photobioreactors Productivity Design Total vol. (L) Area/Vol. ratio (m 1 ) per area g/m 2 /d per vol g/l/d Biomass (g/l) Reference Falt-plate [9] Tank [36] Tubular [37] Slab [38] Inclined slab [39] Flat-panel [40] Table 4. High-value Materials from Microalgae Microalgae Dry weight (g/m 2 /d) High value materials Chlorella C. pyrenoidosa C. vulgaris C. elliposoidea 2 20 health food (protein, lipid, vitamin, mineral) Spirulina S. platensis S. maxima 8 14 health food (protein, vitamin, mineral, carotenoid) Dunaliella D. bardavil D. salina 5 25 health food (β carotene, glycerol) Porphyridium P. cruentum P. aerugineum pigment (phycoerythrin), polysaccharides, arachidonic acid 분은관형광생물반응기와판형 (Flat plate photobioreactor) 광생물반응기 (Figure 2) 로효과적인멸균이가능하고, 기체전달이용이하며, 구조가간단하여쉽게어느곳에서든설치가가능하다는장점을가지고있어그응용및변형에관해많은연구가되고있다 [19-26]. 광섬유반응기 (optical fiber reactor) 의경우에는빛을광섬유를통해반응기내부로조사시켜빛에너지이용효율을높이는데, 다른반응기들에비해높은이산화탄소고정화효율을얻을수있다 [33]. 그러나광섬유반응기의경우고가의광섬유와부대시설로인한초기투자비가지나치게높아실제산업현장에적용하는데한계를가지고있다. 광생물반응기형태에따라각각의성능을비교하면주로관형광생물반응기와판형광생물반응기의생산량이높음을 Table 3에서알수있다 [8,34-38]. Takano[39] 등은광섬유를이용한광생물반응기로 Emiliania huxleyi 를 8일간배양한결과, 이산화탄소를탄산칼슘으로전환하여이산화탄소를제거하는데효과적임을확인하였다. Watanabe[40] 등은 Spirulina platensis 배양에원주형나선관상광생물반응기 (Cylindrical shaped helical tubular photobioreactor) 를이용하여이산화탄소의농도가 4% 인공기를공급한결과, 30.2 g dry weight/l (14.6 g/m 2 /d) 의생산율에도달하였다. Samon와 Leduy[41] 는 Spirulina maxima를평판형광반응기에서다단연속배양으로 1.7 g/l/d의수율을얻었다. Laws와 Berning[44] 등은 sallow outdoor flume에서해양규조류인 Cyclotella cryptica를발전소배출가스를이용하여대량배양하였으며, 이때순생산률은 g/m 2 /d이었다. 수직기포탑반응기에서 Chlorella sp. HA-1의이산화탄소고정화특성연구에서는직경 2 cm의반응기에서 g/l/d로이산화탄소고정화능이가장높게조사된바있다 [43]. 우리나라의경우태양광이일정하지않고, 온도및강우량의일편차및연편차가큰지역에서는미세조류의고농도배양을위해서는밀폐형배양장치인광생물반응기에의해서수행되어야경쟁력이있다. 밀폐형배양이개방형배양보다초기투자비용과운전비용이많이들지만, 생산성과재현성이높아서고부가가치의물질생산에적합하다. 미세조류를이 용하여생산하는물질이현재의바이오매스에서좀더고부가가치산물의창출이가능해짐에따라밀폐형광생물반응기의사용이늘어날것이라예상된다. 이러한연구내용을바탕으로밀폐형광생물반응기에서이산화탄소고정화능이우수한미세조류를배양함으로써이산화탄소저감의시설및운영에따른비용의상쇄를기할수있을뿐만아니라, 고부가가치의산물을창출하여여러분야로활용할수있을것으로사료된다. 4. 고부가가치로서의활용방안 미세조류는수질판정을위한지표생물로서연구되고있고, 비타민, EDTA와같은고도불포화지방산, 단백질, 메탄가스등고부가가치소재의공급원, 건강식품, 사료, 비료, 연료등생명공학적연구개발소재로각광받고있다 [44]. 특히최근에는생물적환경정화 (Bioremediation) 를위해미세조류를이용하여환경친화적인수질오염원및대기중에이산화탄소를제거하는데이용하고있다. 이처럼조류의대량배양을통해생산한유용물질을산업화하여많이이용하고있고, 폐수처리에이용하거나환경문제를해결하는등의여러연구가이루어지고있다 [45]. Table 4에서보면대량배양에의해생산된조류의생물량은종에따라여러방면으로활용될수있다는것을알수있다 [46] 식품분야미세조류를식품으로이용한대표적예로서 Chlorella와 Spirulina를들수있는데, 이들은비교적높은부가가치를지닌미세조류로서다이어트식품등의건강보조식품으로현재상품화되고있다. Nostoc flagelliforme은중국에서진미의음식으로통하기도하고 [47,48], 남조류중일부가인도와필리핀등지에서식품으로사용된다는보고가있다 [49]. 미세조류중에서규조류인 Phaeodactylum tricornutum은총지방산의 35% 이상이 EPA (Eicosapentaenoic acid) 로구성되어있는것으로보고되었으며 [50], 와편모조류인 Crypthecodinium sp. 에서추출한 DHA 공업화학, 제 19 권제 2 호, 2008

5 미세조류를이용한이산화탄소고정화기술현황 149 Table 5. Type of Biologically Active Materials from Microalgae Biologically active materials Amino acids Lipids Pharmaceuticals Pigments Polyols/Carbohydrates Polysaccharides Primary alcohols Vitamin Type proline, asparatate, alanine, histidine, serine threonine, phenylalanine, leucine, ornithine, glutamate lipids, fatty acids, sterols alkylguanidine compounds, arachidonic acid, microcystin, anatoxins, gallotannin, aponin, malyngolide carotenoids, astaxanthin, chlorophyll, biliproteins trehalose, glucose, sucrose, sorbitol, glycerol, glycolate, mannitol, mannose containing D xylose, D glucose, D and L galactose, methylxylose, D glucuronic acid, etc. phytol B 1, B 6, B 12, C, E, Biotin, rivoflavin, nicotinic acid, pantothenate (Docosahexaenoic acid) 를함유한식물성오일은미국에서건강보조식품으로널리판매되고있다 [51]. EPA가부족하면혈관계의이상을초래할수있어, EPA를다량함유한 Nannochloropsis, Navicula, Nitzschia, Porphyridium 등다양한미세조류의건조체가상품화되고있다 [52]. 또한, Spirulina는단백질함량이건조중량의 46 71% 로매우높고 [53], GLA (γ-linolenic acid), phycocyanin, myxoxanthophyll, zeaxanthin 등약리작용을나타내는물질이다량함유되어있어사람뿐만아니라동물에게까지단백질등의영양소를제공하는건강보조식품으로선호되고있다 [54-56]. 소가스를미세조류배양시설에공급하여처리하고생산된미세조류를혐기소화하여생산된메탄을병합발전시스템연료로사용하는실증연구에착수하였다. 국내에서도생물학적이산화탄소전환기술의실용화를위한다양한요소기술개발에대한연구가다수수행되었고, 한국에너지기술연구원에서는 LNG 연소가스를미세조류배양공정에주입하여사료첨가제로전환하는기술을개발하였다 [64]. 이와같이미세조류는식품분야, 의약분야, 에너지환경분야등다양한분야에서이용가능성이입증되었고, 무한한시장성을지니고있음을확인할수있었다 기능성물질과의약품분야미세조류는자연상태에서다양한유용물질을생산되는것으로알려져있는데, 그대표적유용물질로는 carotenoid, phocobiliproteins, polysaccharides, Polyols/Carbohydrates 등이있다 (Table 5). Dunaliella salina로부터주로추출되는 β-carotene은이미상품화된고부가가치의조류산물로, 호주 (Western Biotechnology Ltd, Betatene Ltd), 미국 (Microbio Resources Inc), 이스라엘 (Naturebeta) 등에서생산되며 [57], 식품의보조색소, 산화방지제, 화장품용노화방지제등으로널리사용되어왔다. 남조류인 Synechococcus의추출물중 allophycocyanin, phycocyanin과같은 phycobiliproteins에의해세포생장을촉진하는효과가있다는것이보고되었다 [53]. 이외에항종양, 항세균, 항진균, 항바이러스, 신경활성과같은다양한생리활성물질들이미세조류에의하여생산가능한것으로보고되고있다 [58] 환경에너지분야미세조류를이용하여생물적환경정화를위해환경친화적인수질오염원을개선하고대기중에이산화탄소를함께제거하는장점이있다 [59, 60]. 미세조류를이용한폐수처리의연구로는 Chlorella와 Scenedesmus 가우점인조류배양에의하여액상분뇨로부터질소와인의제거에관한연구 [61], Spirulina platensis를이용한축산폐수처리에관한연구 [62] 등이있다. 이처럼미세조류의대량배양을통해생산된유용물질을산업화하여많이이용하고있으며, 폐수처리에이용하는등환경문제해결에적용하고자하는연구가이루어지고있다. 미세조류를이용한대체에너지개발은 1970년대석유파동이일어나, 태양에너지를이용한재생생물자원의개발에관심이집중되면서미세조류를이용한연구가시작되었다. 미국은 1990년대중반까지남서부의광활한사막지역에서발전소가배출한이산화탄소를원료로탄화수소함량인높은미세조류를배양하여경유대체연료인바이오디젤 (biodiesel) 을생산하는공정의실용화를위한요소기술개발에주력하고있다 [63]. 이탈리아피렌체대학에서는소형병합발전시스템에서배출되는연 5. 요약및결론 미세조류를이용한생물학적고정화는다른이산화탄소자원화기술에비해온실가스의순저감효율은매우높지만생물공정의낮은반응속도때문에이산화탄소의절대저감양은크다. 또한, 미세조류는산업적으로고밀도배양이가능하므로이산화탄소저감문제해결이가능하다. 그러나산업체배출가스로부터이산화탄소를직접고정화하는데적용하기에는아직해결해야할문제점이있다. 특히, 산업체배출가스중이산화탄소평균농도는 10 15% 로대부분의미세조류가활성을갖는 4 6% 에비해높다. 또한배출가스중의불순성분인 SOx, NOx 등은미세조류배양배지의 ph를떨어뜨리고그결과, 미세조류의이산화탄소고정화활성은크게저하된다. 뿐만아니라, 대규모시설에적용할수있는기술적측면도부족한것이현실이다. 그러므로미세조류를탐색하여우수조류주를분리하고, 생물공학기술의발달로발전소의배출가스와같은고농도의이산화탄소에서생장이가능하며, SOx, NOx에대한내성이있는미세조류균주를개발해야한다. 이와더불어효율적인광생물반응기의개발과배양공정을개선함으로써이산화탄소대량처리기술로서도활용가능할것으로사료된다. 또한, 조류배양에의해환경오염문제의근원적해결과동시에유용생물자원을생산하는환경친화적생물산업을창출하여이산화탄소저감시설및운영에따른비용의상쇄효과등을기대할수있다. 참고문헌 1. H. Rodhe, Science, 248, 1217 (1990). 2. J. K. Jeon, Y. K. Park, and S. K. Ihm, J. Korean Ind. Eng. Chem., 14, 1 (2003). 3. S. B. Lee, C. B. Park, and I. S. Suk, Chem. Ind. Technol., 13, 13 (1995). 4. I. Karube, T. Takeuchi, and D. J. Barnes, Adv. Biochem. Eng. J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 2, 2008

6 150 전선미 김인혜 하종명 이재화 Biotechnol., 46, 63 (1992). 5. G. Torzillo, B. Pushparaj, F. Bocci, W. Balloni, R. Materassi, and G. Florenzano, Biomass, 11, 61 (1986). 6. M. Yanagi, Y. Watanabe, and H. Saiki, Energy Convers. Mgmt., 36, 713 (1995). 7. N. Sakaki, Y. Sakamoto, M. Chihara, and I. Karube, Energy convers. Mgmt., 36, 693 (1995). 8. Q. Hu, N. Kurano, M. Kawachi, I. Iwasaki, and S. Miyachi, Appl. Microbiol. Biotechnol., 49, 655 (1998). 9. N. Hamagata, T. Takeuchi, Y. Fukuju, D. J. Barnes, and I. Karube, Phytochem., 31, 3345 (1993). 10. A. Hamasaki, N. Shioji, Y. Ikuta, Y. Hukuda, T. Makita, K. Hirayama, H. Matuzaki, T. Tukamato, and S. Sasake, Appl. Biochem. Biotechnol., 45, 799 (1994). 11. E. D. Laws and K. L. Berning, Biotech. Bioeng., 37, 936 (1991). 12. J. L. Stauber, Aquat. Toxicol., 41, 213 (1998). 13. A. H. Daranas, M. Norte, and J. J. Fernandez, Toxicon., 39, 1101 (2001). 14. Y. H. Shon, K. S. Nam, and M. K. Kim, J. Microbiol. Biotechnol., 14, 158 (2004). 15. R. J. Radmer, Bioscience, 46, 263 (1996). 16. N, Sakai, Y. Sakamoto, N. Kishimoto, M. Chihara, and I. Karue, Energy Convers. Mgmt., 36, 693 (1995). 17. N. Kurano, H. Ikemoto, H. Miyashita, T. Hasegawa, H. Hata, and S. Miyachi, Energy Convers. Mgmt., 36, 689 (1995). 18. S. Miyairi, Energy Convers. Mgmt., 36, 763 (1995). 19. H. Matsumoto, N. Shioji, A. Hamasaki, Y. Ikuta, Y. Fukuda, M. Sato, N. Endo, and T. Tsukamoto, Appl. Biochem. Biotechnol., 51, 681 (1995). 20. C. G. Lee, Biotechnol. Bioprocess Eng., 4, 78 (1999). 21. A. Bolsunovsky and V. Zhavoronokov, SAE Technical Paper Series , 1 (1996). 22. M. A. Borowitzka, J. Mar. Biotechnol., 4, 185 (1996). 23. M. Javanmardian and B. O. Palsson, Adv. Space Res., 12, 231 (1992). 24. J. L. Liu and S. L. Zhang, J. Biotechnol., 16, 119 (2000). 25. E. Molina, J. Fernandez, F. G. Acien, and Y. Chisti, J. Biotechnol., 92, 113 (2001). 26. J. C. Ogbonna and H. Tanaka, Chemtech., 27, 43 (1997). 27. M. R. Tredici and G. Chini Zittelli, Biotechnol. Bioeng., 57, 187 (1998). 28. J. Y. Lee, T. S. Kwon, H. J. Kim, and J. W. Yang, Kor. J. Biotechnol. Bioeng., 18, 340 (2003). 29. P. Carlozzi and G. Torzillo, Appl. Microbiol. Biotechnol., 45, 18 (1996). 30. Y. Watanabe and D. O. Hall, Appl. Microbiol. Biotechnol., 44, 693 (1996). 31. K. L. Terry and L. P. Raymond, Enzyme Microb. Technol., 7, 474 (1985). 32. A. B. Michael, J. Biotechnol., 70, 313 (1999). 33. K. Mori, Biotechnol. Bioeng. Symp., 15, 331 (1985). 34. W. Yongmanitchai and O. P. Ward, J. Am. Oil Chem. Soc., 69, 584 (1992). 35. G. Torzillo, P. Carlozzi, B. Pushparaj, E. Montaini, and R. Materassi, Biotechnol. Bioeng., 42, 891 (1993). 36. C. G. Lee and B. O. Palsson, Biotechnol. Lett., 17, 1149 (1995). 37. Q. Hu, H. Guterman, and A. Richmond, Biotechnol. Bioeng., 51, 51 (1996). 38. J. Degen, A. Uebele, A. Retze, U. Schmid-Staiger, and W. Trosch, J. Biotechnol., 92, 89 (2001). 39. H. Takano, H. Furu-Une, J. G. Burgess, E. Manabe, M. Hirano, M. Okazaki, and T. Matsunaga, Appl. Biochem. Biotech., 39, 159 (1993). 40. Y. Watanabe, J. Noue, and D. O. Hall, Biotechnol. Bioeng., 47, 261 (1995). 41. R. Samon and A. Leduy, J. Chem. Eng., 63, 105 (1985). 42. E. A. Laws and J. L. Berning, Biotechnol. Bioeng., 37, 936 (1991). 43. K. D. Sung, J. S. Lee, C. S. Shin, and S. C. Park, J. Microbiol. Biotechnol., 8, 409 (1998). 44. S. K. Kim, H. C. Baek, H. G. Byun, O. J. Kang, and J. B. Kim, J. Kor. Fish. Soc., 34, 260 (2001). 45. K. Lee and C. G. Lee, Biotechnol. Bioprocess Eng., 6, 194 (2001). 46. D. S. Joo and S. Y. Cho, J. East Coast. Res., 9, 89 (1999). 47. K. Gao, J. Appl. Phycol., 10, 37 (1998). 48. H. Takenake, Y. Yamaguchi, S. Sakaki, K. Watarai, N. Tanaka, M. Hori, H. Seki, M. Tsuchida, A. Yamada, T. Nichimori, and T. Morinaga, Food Chem. Toxicol., 36, 1073 (1998). 49. D. N. Tiwari, New Phytol., 81, 853 (1978). 50. V. Veloso, A. Reis, L. Gouveia, H. L. Fernandes, J. A. Empis, and J. M. Novais, Bioresour. Technol., 38, 115 (1991). 51. V. Brower, Nat. Biotechnol., 16, 728 (1998). 52. J. A. Running, R. J. Huss, and P. T. Olson, J. Appl. Phycol., 6, 99 (1994). 53. T. Katano and S. I. Nakano, J. Sea Res., 55, 182 (2006). 54. O. Ciferri, Microbiol. Rev., 47, 551 (1983). 55. R. A. Kay, Crit. Rev. Food Sci. Nutr., 30, 555 (1991). 56. T. Enoki, H. Sagawa, T. Tominaga, N. Eiji, K. Nobuto, T. Sakai, and F. G. K. Gao, J. Appl. Phycol., 10, 37 (1998). 57. C. Vilchez, I. Garbayo, M. V. Lobato, and J. M. Vega, Enzyme Microb. Technol., 20, 562 (1997). 58. H. S. Kim, C. H. Kim, M. C. Kwon, Y. K. Song, J. H. Cho, H. G. Gwak, B. Y. Hwang, J. C. Kim, and H. Y. Lee, J. Kor. Fish. Soc., 39, 318 (2006). 59. A. H. Daranas, M. Norte, and J. J. Fernandez, Toxicon., 39, 1101 (2001). 60. Y. H. Shon, K. S. Nam, and M. K. Kim, J. Microbiol. Biotechnol., 14, 158 (2004). 61. M. K. Park, S. J. Lee, H. H. Suh, H. S. Kim, Y. H. Kim, B. D. Yoon, and H. M. Oh, Algae, 13, 227 (1998). 62. J. H. Ahn, S. S. Kim, T. H. Kim, J. Y. Lee, S. J. Ohh, J. H. Lee, and H. Y. Lee, Kor. J. Appl. Microbiol. Biotechnol., 24, 519 (1996). 63. K. L. Kadam, Energy Convers. Mgmt., 38, S505 (1997). 64. J. S. Lee, D. G. Kim, J. P. Lee, S. C. Park, J. H. Joh, and S. J. Ohh, J. Microbiol. Biotechnol., 11, 772 (2001). 공업화학, 제 19 권제 2 호, 2008

유용 천연 물질의 보고(寶庫)_ 광합성 미생물

유용 천연 물질의 보고(寶庫)_ 광합성 미생물 유용천연물질의보고 ( 寶庫 )_ 광합성미생물 CJ 제일제당바이오연구소강창덕 광합성미생물은지구의무한자원인태양 ( 빛에너지 ), 물, 그리고이산화탄소를주영양원으로하여, 천연항암제를비롯한생리활성물질에서부터화석연료를대체할수있는바이오에너지까지인류에게다양한유용물질을제공할수있는무한잠재력을지닌친환경자연공장이다. 최근에는다양한광합성미생물들중에서특히 Algal Biotechnology