[생명공학실험]산소전달계수

소개

생물공학의 기본요소인 미생물의 생장 및 대사특성을 연구하고, 유용생물 공학물질의 대량생산을 위해서 발효기(fermenter) 등 각종 생물반응기(bioreacter)를 사용한다. 호기성 미생물의 생장 및 대사물질의 생산은 반응기 내의 용존산소(dissolved oxygen)에 직접적인 영향을 받는다. 반응기 내에서 기체에서 액체로의 산소전달효율을 나타내기 위하여 산소전달계수(volumetric oxygen transfer coefficient, KLa)를 정의하고, 통기속도(air flow rate), 교반속도등 반응기 운전요소들이 이에 미치는 영향을 연구한다.

목차

1. 실험목적

2. 실험원리
1) 발효기에서의 통기와 교반
2) 산소 공급
3) 발효조의 산소이용량계수 ( KLa )에 영향을 미치는 여러 가지 인자
4) KLa값의 측정

본문내용

(3) 액체배양
액체 배양의 장점은 물 부족으로 인한 미생물 성장방해는 걱정하지 않아도 된다. 하지만 기질인 포도당은 물에 잘 녹아 문제가 안되지만 단점은 산소가 물에 잘 안 녹는다는 것이다. 포도당과 산소의 용해도를 비교하면 포도당 6000대 산소 1정도로 안 녹는다.
산소의 용해도는 1atm에서 대기 속에서는 8～10ppm밖에 되지 않기 때문에 한 번에 미생물 성장에 필요량만큼의 산소를 넣어 줄 수는 없다. 그래서 미생물이 필요로 하는 만큼 생물 반응기에 산소를 연속적으로 공급해 주어야 한다. 그러기 위해서 통기와 교반이 중요하다.
통기란 말 그대로 공기를 넣어주는 것이며 교반이란 이 공기가 물에 잘 용해되도록 저어주는 것이다. 발효공정에 있어서 산소이동속도에 영향을 주는 요인을 검토하는 것이 매우 중요한 일이다. 발효공정에 있어서 산소요구의 기본적 개념, 산소이동의 정량적 취급, 배양액에 있어서 산소이동속도에 영향을 주는 여러 인자에 관해서 알아본다.
(4) 발효기에서의 교반과 통기
발효조 설계에서 고려되어야 할 가장 중요한 인자들 중의 하나는 함유물의 적절한 혼합을 위한 대비책이다. 발효에서 혼합의 중요한 목적은 기포들의 분산, 미생물(혹은 동식물조직)의 부유, 그리고 배지에서의 열과 물질전달의 증진을 위함이다. 대부분의 영양분들은 물에 잘 녹으며 미생물에 의해 거의 이용되기 때문에 발효기간 중에 단지 배지만을 혼합하기 위한 교반은 거의 요구되지 않는다. 그러나 호기성 미생물의 활발한 성장의 경우에는 발효배지의 산소 용해도가 대단히 낮기 때문에 배지의 용존산소는 예외에 속한다. 예를 들면, 공기로부터 산소가 공급될 때, 수용액에서 일반적으로 산소의 최대농도는 6～8mg/l정도이다. 미생물에 따라 폭넓은 변화를 보이긴 하지만, 세포의 산소요구량은 1g/l․h 정도이다. 비록 발효배지가 산소로부터 포화되었다 하더라도 계속적으로 공급되지 않는다면, 미생물에 의해서 용존산소는 1분 내에 고갈될 것이다. 호기성 발효에서는 세포에 적절한 산소공급이 종종 호기성 발효의 결정적 요인이 되기도 한다. 심지어 산소의 일시적인 고갈이 세포를 재생할 수 없도록 손상시키기도 한다.

참고자료

· • 일반화학, 일반화학교재 편찬위, p. 204～205, 대학서림, 1995.
· • 화학의 원리, Robert S. Boikess, Ebward Ebelson, 박면용 역, 탐구당