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ISSN : 1598-6721(Print)
ISSN : 2288-0771(Online)
The Korean Society of Manufacturing Process Engineers Vol.20 No.8 pp.33-41
DOI : https://doi.org/10.14775/ksmpe.2021.20.08.0033

Analysis of Cell Disruption in Microalgae Using Continuous Low Frequency Non-Focused Ultrasound

Jun-Hyuk Choi*, Gwang-Ho Kim**, Jong-Rak Park***, Sang-Hwa Jeong*#
*Dept. of Mechanical Engineering, CHOSUN Univ.
**PROTECHKOREA Co. LTD.
***Dept. of Photonic Engineering, CHOSUN Univ.
#Corresponding Author : shjeong@chosun.ac.kr Tel: +82-62-230-7178
02/06/2021 15/06/2021 16/06/2021

Abstract


Recently, many studies have been conducted on substituting fossil fuels with bio-refineries in existing industrial systems using biomass. Among the various bio-refineries, microalgae have received wide attention because it uses inorganic compounds to produce useful substances, which are extracted by a cell disruption process. Although numerous cell disruption methods exist, cell disruption efficiency has been studied by ultrasonic treatment. Ultrasound is a high-frequency (20 kHz or higher) sound wave and causes cell disruption by cavitation when passing through a solvent. In this study, we used the microalgal species Chlorella sp., which was cultured in a plate-type photobioreactor. The experiment was conducted using a continuous low-frequency processing device. The reduction of cells with time due to cell disruption was fitted using a logistic model, and optimum conditions for highly efficient cell disruption were determined by conducting experiments under multiple conditions.



연속저주파를 이용한 미세조류 파쇄

최 준혁*, 김 광호**, 박 종락***, 정 상화*#
*조선대학교 기계공학과
**프로텍코리아(주)
***조선대학교 광기술공학과

초록


    © The Korean Society of Manufacturing Process Engineers. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    최근 기존 산업체계에서 화석연료가 담당하고 있 는 역할을 바이오매스로 대체하는 바이오 리파이너 리(Bio-refinery)에 대한 많은 연구가 세계적으로 주 목받고 있다. 특히, 미세조류를 이용한 바이오 에너 지에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 미세조류 는 광독립 영양 미생물로서 무기화합물을 이용해 수많은 유용물질을 생산한다. 이렇게 생산된 미세 조류의 천연물질은 식품첨가물, 동물사료, 화장품 및 생명공학 등 다양한 분야에서 사용되고 있다[1].

    이 유용물질들을 사용하기 위해서는 세포막 파쇄 과정이 필수적이며, 파쇄과정은 크게 기계적방법과 비기계적방법으로 구분된다. 보편적으로, 비기계적 방법은 경제적이며 대량으로 처리를 할 수 있지만, 세포 파쇄과정에서 화학처리 공정으로 인해 환경오 염을 야기할 수 있으며, 이를 방지하기 위한 후처 리 공정에 많은 시간이 소요된다. 또한, 화학물질이 세포에 영향을 미치고, 처리 후에 정화과정이 필요 하다. 기계적 방법은 세포의 단백질 구조 상태를 잘 유지할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 기존의 기계적 방법은 처리과정이 복잡하고, 장비가 고가 이고 유지 보수 관리 비용이 많이 소요된다. 최근 많은 연구가 진행 중인 기계적 방법 중 하나인 초 음파를 이용한 세포막 파쇄는 다른 기계적 파쇄 방 법과 비교하여 경제적, 환경적 측면에서 뛰어난 장 점을 가지고 있다. 초음파는 20kHz 이상의 높은 주파수의 음파로서, 초음파가 용매를 통과함에 따 라 발생하는 공동현상(cavitation)으로 인하여 매우 높은 에너지가 발생하게 된다. 높은 에너지의 충 격으로 인해 발생 된 높은 압력은 세포벽 및 세 포 내부구조를 쉽게 파열시킨다[2]. 공동현상에 대 한 모식도는 Fig.1에 나타내었으며, 초음파는 주파 수에 따라 저주파, 고주파로 나뉘게 된다.

    본 연구에서는 유동이 있는 균체에 연속적으로 저주파를 조사(irradiation)하며 미세조류의 파쇄 현 상을 관측하였다. 연구에 사용된 미세조류는 평판 형광생물반응기에서 각종 센서를 설치하여 배양 환 경을 측정하고, 수집된 데이터를 이용해 미세조류 의 최적 성장조건이 유지될 수 있도록 제어하였다.

    먼저, 조도 조건에 변화를 주어 회분 배양된 Chlorella sp.의 최적 성장조건에 대하여 연구를 진 행하였고, 해당 미세조류를 연속 배양하여 초음파 를 이용한 세포막 파쇄 실험을 진행하였다. 또한, 초음파 처리장치의 최적 운전조건을 위해 여러 변 수를 조정해가면서 실험을 진행하였다. 실험에서 변수는 초기 균체 농도, 초음파 출력 파워, 균체 유 량, 작동 주기, pH 등 5가지를 선택하였으며, 실험 계획법을 이용하여 가장 좋은 파쇄 효율을 실험을 통해 연구를 진행하였다.

    2. 미세조류 Chlorella sp. 배양

    2.1 균주 및 배지액

    균주는 평판형광생물반응기에서 배양된 Chlorella sp.를 사용하였고, 배양에 사용된 배지는 121℃ 에서 20분 동안 고압멸균기(Autoclave)에서 멸균하여 냉각 시킨 TAP(Tris-Acetate-Phosphate) media를 사용하였 다[3].

    2.2 회분식 배양

    실험에 사용 될 균주를 평판형광생물반응기에 회 분배양 하였다. 회분배양의 특징은 목적물질(배양세 포이거나 배양물질)을 생산하는데 필요한 기질 또 는 배지 전체를 처음부터 배양기에 넣고 배양을 시 작한다는 점이다. 처음 배양을 시작하면 배양시간 에 따라 기질은 점차 감소되며, 접종 세포 량은 증 가되고, 세포 안이나 배양액에 생산물이 점차 축적 된다[4]. 균주의 회분배양은 성장에 영향을 미치는 조도 값에 변화를 주어 Chlorella sp.를 반복적으로 회분배양 하여 조도변화에 따른 성장곡선을 비교하 여 균체의 최적 성장환경을 알아내었고, 이를 통해 실험에 사용될 균체를 배양하였다. Logistic, Gompertz, Baranyi 등 3가지 모델을 사용하여 성장곡선을 근사 화하고 비성장률을 예측하였다. 배양 결과 조도 8,000 LUX에서 가장 빠른 성장을 나타내었으며, 최 대광학밀도는 4.33이 측정되었다. 따라서, 8,000 LUX에서 균체를 연속 배양하여 세포파쇄 실험을 진행하였다.

    3. 초음파 파쇄 시스템

    3.1 연속저주파 처리장치

    기존 미세조류 파쇄를 적용해 미세조류 로부터 바이오 에너지를 추출하는 경우에는 경제적으로 부 정적인 모습을 보였으며, 이를 보완하기 위해 기존 의 방법 보다 경제적인 연속적인 저주파 시스템을 구축하였다. 연속적 저주파 처리방법은 수확 된 미 세조류를 연속해서 일정 속도로 세포벽을 파쇄 하 는 방법이며, 기존의 회분 초음파 처리장치보다 상 대적으로 대량 추출이 가능한 방법이다[5]. 연속적인 초음파 장치의 구성은 지속적인 초음파 처리를 위 해 장치 외부에 펌프와 유량계를 구성하여 균체의 일정한 순환 유량을 유지하였다, 초음파 처리 과정 중에 발생하는 열에너지의 개입을 최소화하기 위해 서 얼음물을 일정한 속도로 초음파 처리 용기의 외 부로 순환시켜 온도의 급격한 상승 현상을 억제하 였다. 또한, 연속저주파 장치에서는 기존 회분 저주 파 처리에서보다 처리용량을 증가시켰고, 이에 맞 춰 처리장치에 증폭기를 더하여 출력 파워를 증가 시켜 파쇄 효율을 증가시켰다. Table 1에 실험에 사 용된 연속저주파 장치의 매질에서 출력 파워, 진동 에너지와 출력밀도를 나타내었고, Fig. 2에 개략적 인 연속저주파 파쇄장치 시스템을 나타내었다.

    3.2 연속저주파 파쇄실험 조건

    미세조류는 수많은 종이 존재하며, 그 종에 따라 서 각각의 적정 파쇄 조건이 다르므로, 본 연구에 서는 파쇄 효율에 영향을 미칠 수 있는 변수 5가지 를 선별하여 실험 조건을 결정하였다. 5가지 실험 조건은 실험에 사용된 Chlorella sp.의 초기 균체 농 도(Microalgae concentration), 처리장치의 출력 파워, 작동 주기(Duty cycle), 균체 초기 pH 및 균체 유동 유량(Flow rate) 등이며, 각 변수마다 최대 4단계로 나뉘어 반복실험을 통해 연구하였다. 연속저주파 처리장치 내부의 최대 수용가능 용량은 0.5L이며, 원활한 균체 유동을 위해 장치 외부의 미세조류 0.8L를 준비하여 실험을 진행하였다. 변수들의 실험 단계는 Table 2에 나타내었다.

    3.3 세포 파쇄 효율 계산식

    평판형광생물배양기에서 배양한 Chlorella sp.를 연속저주파 초음파 장치를 이용하여 파쇄 하였고, 파쇄 효율은 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다[6].

    η = ( C 0 C t ) C 0 × 100 ( % )
    (1)

    여기서, □C0 은 초기 세포 농도이며, Ctt 분 동안 초음파 처리된 후의 세포 농도이다.

    4. 연속저주파 초음파 파쇄 실험 결과

    4.1 초기 균체 농도

    초음파 실험에서 초기 균체 농도가 파쇄 효율에 미치는 영향을 알아보기 위해서 연속저주파 처리를 통해 미세조류 Chlorella sp.의 세포 파쇄 실험을 진 행하였다. 초기조건은 출력 파워 225 watt, 순환 유 량 415 ml/min, pH는 배양배지(7.0~7.4)로 설정 하였 다.

    실험을 통해 측정된 파쇄 효율 변화를 Fig. 3에 나타내었으며, 첫 번째는 가장 낮은 초기 균체 농 도 조건인 광학밀도 1.54에서 연구를 진행하였으며, 미세조류 성장구간 초기 단계에 해당한다. 해당 구 간에서 세포의 성장이 불완전하여 가장 낮은 세포 파쇄 효율이 나타났다. 광학밀도 4.13의 경우, 가장 높은 초기 균체 농도로서, 세포막이 잘 성장 된 상 태이며, 세포 간 인력이 강해 낮은 세포파쇄 효율 이 나타난다. 광학밀도 2.80과 3.16의 경우 세포의 성장이 급속도로 증가하는 단계이며, 모두 초기 세 포 파쇄 효율이 높다. 3.16의 경우 좋은 세포 파쇄 효율을 지속적으로 보여주며, 100분의 파쇄실험 동 안 85% 이상의 효율을 보인다. 2.80의 경우에는 약 60분 후 약 85%에 가까운 효율을 나타냈으며, 이후 로도 계속하여 파쇄 효율이 증가하였고, 최종 결과 에서도 가장 높은 파쇄 효율을 나타내었다.

    시간변화에 따른 광학밀도의 변화를 Fig. 4에 나 타내었다. Fig. 4에서 나타난 것처럼 y축은 680nm파 장에서의 광학밀도이며, 광학밀도의 측정은 식 (2) 와 같이 나타낼 수 있다.

    O D λ = A λ l = 1 l log 10 T = 1 l log 10 ( I 0 I )
    (2)

    여기서 I 는 투과광의 강도, I0 는 입사광의 광도 이며, λ 는 빛의 파장이고, l은 측정 셀의 길이이 다. 이를 바탕으로 설계된 분광광도계에서 측정된 시간변화에 따른 광학밀도 값은 모든 실험에서 초 음파처리 시간이 경과 할수록 감소하며, 2.80의 경 우 가장 많은 감소를 보인다.

    4.2 출력 파워

    연속저주파 처리장치의 출력 파워에 따른 세포파 쇄 효율을 알아보기 위해 실험을 진행하였다. 선행 실험에서 효율이 가장 좋은 광학밀도 2.80 근방에서 실험하였으며, 장치의 출력 파워는 225 watt를 초과 할 경우 과부하가 발생함을 고려하여 Table 2의 4 단계 출력 파워 값에 따른 실험을 진행하였다.

    출력 파워의 변화에 따른 세포파쇄 효율은 Fig. 5에 나타내었다. 가장 낮은 108 watt에서는 최종 세포파 쇄 효율이 50%미만을 나타냈다. 185 wat에서는 108 watt보다 높지만 최종 파쇄 효율이 상대적으로 낮 은 60%미만을 나타냈다. 205 watt에서는 약 40분에 서 50%이상의 세포 파쇄 효율을 보였으며, 실험종 료까지 약 80%의 효율을 보였다. 가장 높은 단계인 225 watt에서는 가장 높은 파쇄 효율을 보였으며, 약 10분 정도부터 40%이상의 세포파쇄 효율을 보 였고, 최종적으로 90%이상의 높은 파쇄 효율을 보 였다. 실험결과 출력 파워의 변화에 따라 극명한 효율차이를 나타냈으며, 장치의 출력 파워가 높을 수록 세포파쇄 효율이 급격하게 증가했다. 또한, 90% 이상의 고효율을 얻기 위해서는 225 watt의 출 력을 사용해야 한다.

    초음파 처리 시간에 따른 광학밀도의 변화는 Fig. 6에 나타내었으며, 출력 파워가 가장 높은 225 watt 에서 변화가 가장 크게 나타났다.

    4.3 순환 유량

    기존의 고정적인 초음파처리 방식과는 다르게, 연속저주파 초음파장치는 외부의 펌프를 이용하여 균체를 순환시킨다. 장치 내부에서 균체가 순환하 면서 초음파에 접촉되기 때문에, 장치 외부의 펌프 의 속도를 조정하여 순환 유량에 따른 실험을 진행 하였다. 일정한 유량제어를 위해 유량계를 사용해 펌프의 rpm변화에 따른 유량을 측정하였다. 또한, 선행실험의 초기균체광학밀도 2.80, 출력 파워 225 watt를 실험 초기 조건으로 설정하고, 실험을 진행 하였다. 유량에 따른 세포 파쇄 효율은 Fig. 7에 나 타내었다.

    실험 결과 모든 균체 순환 유량에서 약 20분 이 후에 40%이상의 효율이 나타나고, 최종적으로 모든 조건에서 90% 전후로 매우 양호한 효율을 보였다. 유량이 가장 적은 415 ml/min에서는 실험 시작 후 20분 이후로 다른 조건들과 차이를 보이며, 실험 시작 후 70분 전후로 90%의 파쇄 효율이 나타났다. 최종적으로 가장 높은 세포 파쇄 효율을 보였다. 가장 낮은 세포 파쇄 효율은 유량이 가장 많은 1290 ml/min에서 나타났으며, 유량이 적은 순서대로 파쇄 효율이 높게 나타났다.

    초음파 처리 시간에 따른 광학밀도 변화량은 Fig. 8에서 나타난 것처럼, 순환 유량이 가장 적은 415 ml/min에서 가장 많이 감소하는 모습을 보이며, 유 량이 가장 많은 1290 ml/min에서 가장 적은 감소를 보이는 것을 살펴볼 수 있다.

    4.4 작동 주기

    이전 순환 유량실험에서, 유량이 적을수록 초음파 와 균체의 접촉시간이 증가하여 단위시간당 균체 처리량이 증가했고, 이에 따라서 세포 파쇄 효율도 증가함을 볼 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로, 외부의 펌프 작동 주기를 조정하여 균체가 초음파 와 접촉하는 시간에 변화를 주어 작동 주기가 파쇄 효율에 미치는 영향을 연구하였다. 앞선 실험에서 얻은 초기 균체 농도 2.80, 출력 파워 225 watt, 순 환 유량 415 ml/min을 실험 초기조건으로 채택하였 다. 해당 실험에서 조정한 작동 주기 조건은 총 3 단계로서, 5:1(5분 초음파 처리 1분 순환), 10:1, 20:1로 나뉘며, 모든 실험의 초음파 처리 시간은 100분으로 동일했다.

    작동 주기 변화에 따른 세포 파쇄 효율을 Fig. 9 에 나타냈다. 가장 좋은 효율은 10:1주기에서 나타 났으며, 실험 시작 20분 만에 50%이상의 파쇄 효율 이 나타났으며, 최종 파쇄 효율도 가장 높게 나타났 다. 가장 좋은 효율이 나타난 10:1주기에서 출력 파 워를 다르게 하여 실험한 결과 출력 파워의 영향을 받아 225 watt에서 더 좋은 효율을 보였다.

    처리 시간에 따른 광학밀도 변화는 Fig. 10에 나 타내었고, 세포파쇄 효율이 높은 10:1주기 출력 파 워 225 watt에서 큰 폭으로 감소함을 볼 수 있다. 세포파쇄 효율이 가장 낮은 20:1주기에서도 광학밀 도가 큰 폭으로 감소하는 결과가 나타났다.

    추가로 작동 주기와 순환 유량을 병행한 초음파 처리 실험과 순환 유량만을 가지고 실험을 진행하 여 비교 하였다. 실험 초기조건은 선행 실험들의 최적 파쇄효율 조건과 10:1주기로 실험을 진행하였 고, 세포파쇄 효율을 Fig. 11에 나타내었고, 초음파 처리 시간에 따른 광학밀도 변화는 Fig. 12에 나타내 었다.

    실험 결과 균체의 순환 유량과 작동 주기를 병행한 실험이 더 높은 파쇄 효율을 나타냈으며, 10:1주기와 순환 유량 415 ml/min을 병행한 실험이 초기부터 실험 종료까지 가장 높은 세포 파쇄 효율을 보였다. 비교해 본 결과 초음파 처리장치에 작동 주기를 설정하여 조 사 할 때, 더 좋은 세포파쇄 효율을 얻을 수 있었다.

    초음파처리 시간에 따른 광학밀도 변화는 10:1, 415 ml/min에서 가장 큰 폭으로 감소함을 볼 수 있으며, 파쇄 효율과는 다르게 415 ml/min에서 두 번째로 크게 감소하였다.

    4.5 초기 pH

    모든 실험에서 사용한 Chlorella sp.는 pH 7.0~7.4 의 중성 환경에서 배양되었다. 연속저주파 실험에 서 pH가 세포파쇄 효율에 미치는 영향을 연구하기 위하여 균체에 HCl과 NaOH를 첨가하여 pH를 조정 하여 실험을 진행하였다. 선행 실험들의 최적 세포 파쇄 효율인 초기 균체 광학밀도 2.80, 출력 파워 225 watt, 순환 유량 415 ml/min을 초기 조건으로 설정하고 실험을 진행하였으며, 실험 단계는 pH 5.26, 7.85, 10.12등 총 세 가지로 나누어 실험을 통 해 연구를 수행 하였다. 각 조건에서의 세포 파쇄 효율 실험결과는 Fig. 13과 같다.

    실험 결과 pH 10.12의 경우 염기처리로 인해 유 연해진 세포막의 영향으로[7] 초기에 세포파쇄 효율 이 가장 좋음을 볼 수 있지만, 실험시작 30분 이후 점차 파쇄 효율이 감소하는 모습을 볼 수 있다. 산 성인 pH 5.26에서는 산 처리로 인해 단단해진 세포 막의 영향으로 실험 초기부터 낮은 세포파쇄 효율 을 보이며, 지속적으로 낮은 파쇄 효율이 나타난다. 최종적으로 75% 정도의 세포 파쇄 효율로 3조건 중 가장 낮은 효율을 살펴볼 수 있다. 다른 실험과 가장 유사한 조건인 pH 7.85에서는 초기 세포파쇄 효율이 염기처리를 한 pH 10.12보다 더 낮은 세포 파쇄 효율이 나타나지만, 60분 이후부터 가장 높은 세포파쇄 효율이 나타나, 최종적으로 세포파쇄 효 율이 가장 높게 나타난다.

    시간에 따른 광학밀도의 변화는 Fig. 14에 나타냈 다. 중성과 염기 처리를 한 경우, 선행 실험들에서 나타난 것처럼 세포 파쇄 효율이 높을수록 높은 감 소를 보였다. 산 처리의 경우도 마찬가지로, 낮은 파쇄효율에 따라 낮은 광학밀도 감소를 보인다.

    추가적으로 초음파 처리 과정에서 pH의 변화량을 Fig. 15에 나타냈으며, 살펴볼 수 있는 바와 같이, 산, 염기 처리를 진행한 실험들의 pH는 모두 중성 값에 조금씩 근접하며, 중성의 경우 미세한 변화는 있지만 큰 pH 변화는 나타나지 않는다.

    균체의 초음파처리 과정에서 세포내부에 있는 중성 요소들이 방출되는 것으로 판단이 되며, pH의 조정 이 실험에 영향을 미치는 모습을 볼 수 있다.

    5. 결 론

    평판형광생물반응기에서 TAP media를 사용하여 배양된 미세조류 Chlorella sp.에 대해 조도 값에 변 화를 주어 회분배양을 진행하였다. 세포 내 광산란 도가 가장 높은 680 nm파장을 이용하여 최적성장 조건을 계측하였다. 계측된 최적성장조건을 통해서 균체를 배양하였고, 배양된 균체로 연속저주파 실 험을 통해 연구를 진행하였다. 연속저주파는 초기 균체 농도, 초음파 출력 파워, 균체 유량, 작동 주 기와 균체의 초기 pH등 5가지 변수를 조정하면서 최적 세포 파쇄 효율 조건을 결정하였다. 본 논문 의 결론을 다음과 같이 정리하였다.

    • 1. 약 17일 동안 평판형광생물반응기에서 광주기 24:0으로 회분 배양한 Chlorella sp.를 총 4가지 조건의 조도 값에서 광학밀도를 측정하여 비교 하였고, 그 결과 8,000 LUX에서 최적의 성장률 을 보였으며 균체의 최대 광학밀도 값은 4.33이 계측되었다.

    • 2. 최적성장조건으로 배양된 균체 Chlorella sp.를 사용하여 초기 균체 농도에 대한 연속저주파 실 험을 하였다. 실험 결과 4가지 실험 조건 중에서 성장이 급속도로 증가하는 광학밀도 2.80과 3.16 에서 파쇄 효율이 높게 나타났다. 최종 세포 파 쇄 효율은 초기 광학밀도 2.80에서 가장 높게 나 타났다.

    • 3. 연속저주파 장치의 출력 파워를 변수로 설정하 여 실험을 한 결과, 출력 파워의 변화에 따라 세 포 파쇄 효율이 극명한 차이를 보였다. 출력 파 워가 증가 할수록 세포 파쇄 효율이 급격히 증 가했으며, 가장 낮은 108 watt와 가장 높은 225 watt의 최종 세포 파쇄 효율이 약 40%정도의 큰 차이를 보였다. 출력 파워가 세포 파쇄 효율에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있었다.

    • 4. 연속 초음파 장치의 외부 펌프 속도를 조정하여 균체 유량이 세포 파쇄 효율에 미치는 영향을 실험을 진행한 결과, 모든 실험 조건에서 약 70 분 이후 80% 이상의 파쇄 효율이 나타났으며, 유량이 가장 적은 415 ml/min에서 최종 세포 파 쇄 효율이 가장 높게 나타났다. 균체 유량이 적 을수록 유동하는 세포와 초음파의 접촉이 시간 이 증가하여 세포 파쇄 효율이 높게 나타난 것 으로 판단된다.

    • 5. 연속 초음파 장치의 외부 펌프 작동 주기를 조 정하여 세포 파쇄 효율에 미치는 영향에 대해 실험을 한 결과, 10:1주기의 실험이 가장 높은 세포 파쇄 효율이 나타났으며, 20:1주기보다 5:1 주기에서 세포 최종 파쇄 효율이 더 높게 나타 났다.

    • 6. 순환 유량과 작동 주기를 병행한 실험과 순환 유량만을 가지고 실험하여 비교 한 실험 결과, 순환 유량과 작동 주기를 병행한 실험이 더 높 은 파쇄 효율을 나타냈다. 가장 높은 최종 세포 파쇄 효율은 10:1 주기, 순환 유량 415 ml/min에 서 볼 수 있었다. 펌프의 작동 주기를 조정한 실 험에서 알 수 있듯이 단순한 연속 순환 방법 보 다는 초음파 처리장치에 적당한 작동 주기를 설 정하여 순환시킬 때, 더 높은 세포 파쇄 효율을 얻을 수 있었다.

    • 7. 연속저주파 처리 실험에서 균체 초기 pH가 미치 는 영향을 알아보기 위해 pH를 조정하여 실험을 진행 한 결과, 균체에 산 처리를 할 경우보다 염 기 처리를 할 경우 세포막이 유연해져 초기 세 포 파쇄 효율이 증가하였다. 하지만, 최종 세포 파쇄 효율은 중성 조건에서 가장 높게 측정되었 다. 실험을 진행 할수록 모든 실험의 pH가 중성 에 접근하는 것을 확인 할 수 있었고, 세포 내부 에 중성 요소가 방출되는 것으로 판단된다.

    후 기

    “이 논문은 2020년 조선대학교 학술연구비의 지 원을 받아 연구되었음”

    Figure

    KSMPE-20-8-33_F1.gif
    Schematic diagram of cavitation
    KSMPE-20-8-33_F2.gif
    Schematic diagram of continuous low frequency non-focused ultrasound system
    KSMPE-20-8-33_F3.gif
    Cell reduction variation according to initial OD value in continuous LFNFU treatment
    KSMPE-20-8-33_F4.gif
    Optical density variation during sonication for initial OD experiment in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F5.gif
    Cell reduction variation according to output power in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F6.gif
    Optical density variation during sonication for output power in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F7.gif
    Cell reduction variation according to flow rate in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F8.gif
    Optical density variation during sonication for flow rate in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F9.gif
    Cell reduction variation according to duty cycle in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F10.gif
    Optical density variation during sonication for duty cycle in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F11.gif
    Cell reduction variation according to comparison of parallel and single experiment in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F12.gif
    Optical density variation during sonication for comparison of parallel and single experiment in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F13.gif
    Cell reduction variation according to pH in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F14.gif
    Optical density variation during sonication for pH in continuous LFNFU
    KSMPE-20-8-33_F15.gif
    pH change according to sonication time

    Table

    Output variable of continuous low frequency sonication device
    Level of parameters in continuous low frequency non-focused ultrasound process

    Reference

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