미생물 배양 기술

소개글

미생물 배양 기술에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 배지조건 (culture medium)
2. 배지의 종류
3. 배지의 제조 (medium preparations)
4. 배지의 멸균 (sterilization)
5. 미생물의 배양조건 (culture environments)
6. 생물공정의 자동제어 (on-line automatic control in bioprocesses)

본문내용

도상 구균이 증식하여 식중독의 원인균이 되는 것이다. psychrophiles에서도 10℃보다 15℃에서 일찍 증식하는 것처럼, 배양온도는 증식속도에 강한 영향을 준다.
5.2. pH
일반세균은 pH 5.0～8.0에서 증식하지만, 대부분 병원성 세균의 최적 pH는 7.2～7.6이다. 그러나 유산균처럼 산성을 좋아하는 것 콜레라균처럼 알카리를 좋아하는 것이 있다. 완전배지에 발효가능한 당을 가하면, 산을 생산하여 배지가 산성으로 되고 이 때문에 균이 죽게 된다. 대장균을 액체배지에 접종하면 t=0으로 pH 7.3, 5시간 후 대수가 후기에는 pH=8.0, 19시간 후에는 pH 8.8이지만, 포도당을 1.1％ 함유한 배지에서는 t=0에서 pH 7.5시간 후에는 pH 5.1, 19시간 후에는 pH 5.3으로 된다.
이와 같이 같은 균에서 배지성분이 다르면 대산산물도 다르므로 pH도 변화하고 증식에 영향을 주게 되므로 이것을 진단에 이용하는 것이다.
5.3. 교반 (agitation)
물질전달 및 열전달을 원활하게 하기 위하여 대부분의 발효조는 강제적인 교반기능 가지고 있다. 일반적인 발효조에서의 강제교반 장치로서는 평판형의 임펠러 (impeller)가 주로 사용되고 있다. 4-6개의 평판으로 구성된 임펠러가 주로 사용되고 있다. 인위적인 장치를 사용하지 않고 자연교반을 하는 경우도 있다. 특히 효모에의한 에탄올발효의 경우 발생하는 탄산가스가 수면으로 상승하면서 생기는 와류에 의하여 자연적으로 교반이 된다. 그리고 통기(aeration)을 이용하여 교반의 기능을 하는 루프반응기(Loop reactor)등도 있다.
5.4. 통기 (aeration)
혐기성 발효가아닌 경우에는 산소는 미생물의 성장에 필수적인 요소이다. 따라서 외부에서 지속적으로 공기를 공급해 주어야 한다. 이는 산소의 용해도가 매우 낮아 지속적으로 산소를 공급하여 배지내의 산소의 용해도를 유지시켜야 하기 때문이다.
6. 생물공정의 자동제어 (on-line automatic control in bioprocesses)
현대의 생물공정의 경우에는 자동제어가 필수적이다. 생물공정은 자연적인 현상을 제어하여 인간이 원하는 데로 유익한 물질을 생산하게 하거나 이러한 현상을 활용하는 것이다. 자동제어(Automatic control)를 위해서는 먼저 생물공정을 정확하게 측정해야한다. 이 측정의 대상이 되는 것을 공정 변수(process parameter)라고 한다. 그리고 측정 장치와 제어장치를 설치하는 것을 계장 (Instrumentation) 이라고 부른다. 발효조에 사용되는 게장은 발효공정을 온라인으로 모니터 하고 최적의 조건으로 발효조가 유지될 수 있도록 자동 제어가 가능하도록 한다.
6.1. 생물공정에 사용되는 센서
생물공정에 주로 사용되는 센서에는 온도, 압력 및 무게와 같은 물리량을 주로 측정하는 물리적 센서와 pH 및 용존산소와 같은 화학적 성질을 측정하는 물리화학적 센서(Electrochemical sensor)등이 있다. 특히 온도는 미생물의 배양시 결정적인 환경 요소이므로 이것을 정확히 측정하는 것이 필수적이다. 이외에 발효조 및 그 주변 공정에 사용되는 센서는 다음과 같다.
센서: 온도센서, pH 센서, 용존산소 (DO)센서, 거품제어기 (Foam probe), 교반기 교반속도 측정기 (Tachometer), 유속장치 (Flowmeter), Level sensor, 용존 탄산가스 센서, 등.
이외에 균체의 양이나 배지 성분의 농도의 변화 등은 다양한 종류의 센서가 개발되어있으나 특별한 경우를 제외하고는 아직까지는 온라인 분석에 많이 사용되고 있지 않다. 배지중의 포도당의 농도는 포도당 바이오 센서 혹은 External flow sensor등으로 측정가능하다. 그리고 균체의 농도는 탁도를 측정하는 탁도센서, 배지내로 유출되는 NAD, FAD 등의 양을 측정하여 균체의 양을 추정하는 형광센서 등이 개발되어 있다. 그러나 이와 갈은 센서의 경우 반복적인 멸균에도 견디어야하고, 장치가 복잡해진다. 특히 균체의 농도 혹은 포도당의 농도 자체가 가지는 정보의 가치가 결정적이 아닌 경우가 많고 추가적인 비용의 발생으로 인하여 많이 활용되지 않고 있다.
통기 배양의 경우 배출가스의 산소와 이산화탄소의 농도의 변화를 측정하여 간접적으로 미생물의 대사활동도와 각 대사경로가 대사에 참여정도를 추정할 수 있다. 특히 이 방법은 발효조내에 있는 균체 전체의 생화학적인 상태를 바로 알 수 있는 매우 효과적인 방법이다. 현재 효모의 균체 생산 혹은 에탄올 생산 및 항생제 발효의 제어에 활용되고 있다.
그러나 아직까지도 발효배지의 성분의 변화는 주로 샘플을 채취하여 습식 분석 및 기기분석을 이용하여 Off-line으로 측정되고 있다. 이는 이러한 성분만을 측정할 수 있는 온라인 센서가 없거나 있어도 사용하기 어려운 이유 때문이다. 이러한 점을 해결하기 위하여 발효조에 배지를 소량 외부로 빼내어 필터를 하고 희석시키는 장치를 열결하고 이를 HPLC혹은 GC로 온라인으로 분석하는 온라인 센서 시스템이 개발되어있으나 제한적으로만 사용되고있다.
6.2. 컴퓨터 자동제어
센서로부터 제공되는 각종 공정변수를 기록하는데 컴퓨터가 사용된다. 컴퓨터를 사용하여 발효조 및 공정의 운전상태를 한눈에 볼 수 있도록 구성된 그래픽 유저 인터페이스를 MMI(Man Machine Interface)라고 부르며 공정의 감시와 제어에 사용되며 생산성의 향상과 공정운전의 실패율을 감소시키는데 기여하고 있다. 공정의 여러 부분에서 분산된 자동 제어 장치가 독립적으로 자동제어를 수행하고 이를 컴퓨터를 통하여 감독하고 새로운 제어 조건을 부여하는 방법을 SCADA (Supervisory Control and Automatic Data Acquisition)이라고 부르며 최적배양조건이 배양시간의 변화에 따라 변하는 경우에 사용되고 있다.
발효공정의 각종센서에서 발생하는 데이터를 저장하고 알기 쉽게 재구성하여 장기적으로 저장하는 것은 매우 중요하다. 이는 품질보증의 자료로 활용될 뿐만 아니라 공정을 개선하는데 주된 자료로서 활용이 되기 때문이다.

키워드

미생물 배양,   배지종류,   미생물배양조건