시중에서 판매되는 공기를 이용한 미세조류 배양특성

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3792(2023) 이 기사 인용

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에어쿠션(AC) 포장은 전 세계적으로 널리 사용되고 있습니다. AC는 공기가 채워진 이중 플라스틱 포장 솔루션으로, 운송 중 배송 인클로저 내의 귀중품을 둘러싸고 보호하는 데 흔히 사용됩니다. 여기에서는 AC를 미세조류 광생물반응기(PBR)로 사용하는 실험실 평가에 대해 보고합니다. 이러한 PBR은 본질적으로 증발 수분 손실, 외부 오염 및 포식과 같은 개방형 수로 연못 및 폐쇄형 광생물 반응기에서 일반적으로 직면하는 많은 운영 문제를 해결합니다. 반쯤 채워진 AC를 사용하여 미세 조류 종인 Chlorella vulgaris, Nannoclopsis oculata 및 Cyclotella cryptica(규조류)의 성능을 조사한 결과 회분 없는 건조 세포 중량 및 전체 바이오매스 생산성은 2.39g/L 및 298.55mg/L/L인 것으로 확인되었습니다. N. oculata의 경우 하루, C. vulgaris의 경우 0.85g/L 및 141.36mg/L/일, C. cryptica의 경우 0.67g/L 및 96.08mg/L/일. 또한 C. cryptica는 AFDCW의 최대 지질 생산성 25.54mg/L/day AFDCW와 탄수화물 생산성 53.69mg/L/day AFDCW를 달성한 반면, N. oculata는 AFDCW의 최대 단백질 생산성 247.42mg/L/day를 달성했습니다. 이 작업에서 얻은 데이터는 관심 최종 제품, 활용 규모 및 생산 비용에 따라 잠재적 미세조류 광생물반응기로서 용도 변경 및 재사용된 AC의 적용 가능성 및 수명 주기 프로필을 결정하는 데 유용할 것입니다.

과소비, 인구 과잉 등 인간 활동은 자원 고갈, 생태계 및 서식지 파괴, 오염 등을 통해 생물물리학적 환경을 악화시키는 데 기여해 왔습니다. 여기에는 야생 포획 어류 자원 고갈과 해양 플라스틱 오염 수준 증가가 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다. 이러한 유해한 영향을 완화하려면 환경 자원, 용량 및 폐기물의 상호 연결성을 인식하는 물-식량-에너지 연계 방법론을 기반으로 한 지속 가능한 개발이 필요합니다. 이에 따라 감소(Reduce), 재사용(Reuse), 재활용(Recycle) 및 용도 변경(rethink)이라는 4R 지속 가능성 개념은 환경 수명 주기 평가(LCA) 접근 방식, 특히 플라스틱 폐기물 관리 전략 및 공공 정책을 공식화하는 접근 방식에 더 자주 통합되고 있습니다1. 이러한 지속 가능성의 4R은 새로운 개념은 아니지만, 최근 30년 동안 거의 20억 명이 증가한 2050년 인구 98억 명으로 추정되는 세계에서 오늘날보다 더 중요한 것은 없었습니다. 인구 추세가 진행된다고 가정하면, 세계 인구에게 영양가 있는 단백질 및 기타 생물산물의 충분한 공급을 보장하기 위해 미세조류 생산이 점점 더 필요할 것입니다2,3.

수년에 걸쳐 온실가스(GHG) 수지4 및 물 사용 수지5,6에 초점을 맞춘 많은 미세조류 기술경제적 분석이 발표되었습니다. 대규모 조류 재배에 대한 상당한 관심과 노력이 수십 년 동안 연구되어 왔지만 업계는 여전히 재배 및 수확 방법론에 있어서 혁신적인 아이디어 개발이 필요한 높은 생산 비용으로 인해 어려움을 겪고 있습니다7. 미세조류는 다양한 환경 조건에서 번성하는 자연에서 흔히 발견되는 단세포 유기체입니다. 이러한 환경 중 일부는 매우 적대적일 수 있으며, 이로 인해 환경 스트레스 요인에 대응하기 위한 생존 메커니즘의 내부 개발이 이루어집니다. 이러한 세포 스트레스 반응의 대부분은 일반적인 대사산물 및 기타 기능성 영양소와 함께 강렬한 자외선 노출 하에서 항산화제 및 카로티노이드와 같은 상업적 관심 제품의 생합성을 초래합니다8. 미세조류의 상업적 생산은 현재 레이스웨이 연못(RWP), 튜브, 폴리에틸렌 비닐봉지, 실내 및 실외 광생물반응기(PBR) 및 발효기를 포함한 다양한 재배 설계를 사용하여 달성됩니다9,10,11,12. 종종 실외 무균 미세조류 배양은 포식자가 배제되고 영양분과 환경 조건이 통제되는 실내에서 접종원을 재배한 후 대량 생산을 위해 실외 탱크나 레이스웨이로 옮겨집니다3.