동적 배양 조건에서 세균성 셀룰로오스 생산의 최적화 및 CFD 분석 = Optimiztion and CFD Analysis of Bacterial Cellulose Production in Dynamic Culture Condition

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 Gluconacetobacter xylinus 균주를 활용하여 세균성 셀룰 루오스(Bacterial Cellulose, 이하 BC)를 정적배양, 다양한 교반속도에서 동적배양을 실시하고 CFD 모사를 통해 각 배양기 교반속도에서의 최대난류운동에너지 (Turbulent Kinetic Energy, 이하 TKE)를 계산하였다.
이를 통해 각 조건에서의 BC 수득율, 균주의 생존상태, 생산된 BC pellicle 들의 물성 및 형상을 비교 분석하였다. 전산모사 결과 150rpm 에서의 교반기 날개 끝부분에 해당되는 부위의 최대 TKE 값이 약 0.03 m 2 /s 2 으로 계산되었으며, 이 조건에서 최대치의 BC 생산량을 보였다. BC pellicle 및 생산량은 TKE값이 높아지면서 점차로 작아져 350rpm, 즉 TKE 0.17 m 2 /s 2 에 해당되는 지점 이상에서는 BC 생산이 거의 관찰 되지않았다. 그러나 CFU (Cell Forming Unit) 연구결과, BC 생산의 저하가 오직 균주의 사멸이 아닌, 돌연변이 균주의 활성화에서도 기인한 것으로 보인다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, Bacterial Cellulose producing bacteria, Gluconacetobacter xylinus was used to produce both in static and dynamic culture condition. The influence of the turbulent kinetic energy (TKE) was investigated by CFD simulation for all the rotation speeds of the bioreactor adopted in this research. TKE value of maximum 3 m 2 /s 2, lead to the highest yield of BC, at the dynamic culture and above 12 m 2 /s 2, the BC production diminished. The BC pellicle sized also decrease with increasing TKE value. CFU study implies that the decrease in BC size and its production at high TKE value not only originates from cell death but also the activation of mutant cells.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1. 연구배경 1
• 제2장 재료 및 방법 11
• 1. 박테리아 11
• 2. 정적 배양 11
• 3. 동적 배양 12
• 4. 생산량 비교 13
• 5. CFU(Colony Forming Unit) 측정 13
• 6. 후처리 14
• 7. FT-IR(Fourier Transfer Infrared) spectroscopy 14
• 8. TGA(Thermogravimetric Analysis) 15
• 9. FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 16
• 10. Microscope camera 16
• 11. Simulation software 16
• 제3장 결과 19
• 1. 실험 19
• 1.1 배양 19
• 1.2 생산량 22
• 1.3 FT-IR(Fourier Transform Infrared) spectroscopy 23
• 1.4 CFU(Colony Forming Unit) 측정 25
• 1.5 Digital Microscope Camera 27
• 1.6 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 28
• 1.7 TGA(Thermogravimetric Analysis) 30
• 2. Simulation 32
• 제4장 고찰 38
• 참고문헌 39
• ABSTRACT 41