실험에 사용된 MeL 6-2균주는 홍색 비유황세균으로 균체 생장과 수소 생산에 여러 대사를 수행하는 것으로 알려져있어 호기적 및 혐기적 암조건에서도 생장이 가능하고, 광합성과 동시에 발효에 의해서도 배양이 가능하다. 포도당 농도 변화에 따른 단위 시간, 단위부피당 수소 생산성과 균주의 생육에 따른 수소의 비생산속도를 비교해본 결과 수소 생산성은 포도당의 농도가 \( 10 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 으로 첨가된 경우, 비수소생산성은 \( 8 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 에서 최적의 결과를 얻는 것을 알 수 있었다. 포도당의 수소 생산 수율은 mol-glucose, Enterobacter 등 다른 기질에 비해 높은 수율을 보이는 것으로 나타났으며 포도당의 첨가량이 수소 생산 수율에는 큰 영향을 미치지 않았다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>수소생성균의 선발 및 동정</h2> <p>군포공단 주위 하천변 햇볕이 잘 드는 지역에서 채취된 슬러지를 광·혐기조건으로 13차례 계대 배양하여 붉은 빛의 배양액을 얻고 이를 고체배지에서 순수 분리한 균주 중 생육이 우수한 MeL 6-2 균주를 분리하였다. 16S rDNA의 염기서열 분석결과 Rhodopseudomonas sp. PSB07-8와 \(100\%\) 연관성을 가지며, palustris는 \(99\%\)인 균으로 동정되었다. 따라서, 염기서열의 분석만으로 확실한 결론을 내릴수는 없으나, 분리균 MeL 6-2은 Rhodopseudomonas sp.으로 추정된다. Rhodopseudomonas sp. 중 Rps. palustris는 홍색 비유황세균으로 균체 생장과 수소 생산에 여러 대사(photo-autorophic, phto-heterotrophic, chemo-autotrophic,chemo-heterotrophic)을 수행하는 것으로 알려져있어, 호기적 및 혐기적 암조건에서도 생장이 가능하고, 광합성과 동시에 발효에 의해서도 배양이 가능하다고 한다. 이러한 다양성 때문에 유기산 뿐 아니라 단당류 및 이당류의 기질 이용이 가능하여 다양한 유기성 폐수에 적용이 용이하다고한다.</p> <h2>포도당의 농도 변화가 MeL 6-2 균주의 수소 생성효율에 미치는 영향</h2> <p>\( 1 \sim 12 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)의 포도당을 함유한 무기염 배지를 넣은 혈청병에 MeL 6-2 균주를 \(10\%\)가 되도록 접종한 후 5시간 간격으로 시료를 채취하면서 배양액의 OD, 포도당 농도 및 상층부의 공간부분에서의 채취한 공기 중의 수소농도를 측정하였다. 탄소원으로 첨가한 포도당이 \( 1 \sim 12 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)의 모든 범위에서 초기 지체기 없이 생장하였으며, 첨가량이 \( 1 \sim 2 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)인경우 수소 생성은 균체 건조중량 증가 곡선과 일치하여 20시간까지 증가하다가 더 이상 증가하지 않았다(data notshown). 첨가된 포도당은 배양 시작 약 10시간이 경과될 때까지 거의 사용되지 않다가 이후 급격히 소모되었다(Fig.1). \( 8 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이하의 포도당은 첨가량이 모두 사용되었으며, 이는\( 8 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이하의 포도당은 균주의 생장을 충분히 뒷받침하기엔 부족한 기질로 사료된다. 이는 앞서 언급한 것처럼 포도당을 \( 1 \sim 2 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 첨가한 실험구에서 생장곡선이 20시간 이후 정지된 것에서도 알 수 있다. 반면, \( 4 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)의 포도당 첨가구에서는 25시간 이후 생장곡선이 정지되었으며, 포도당 고갈과 일치하는 그래프이다. 나머지 실험구(\( 6 \sim 12 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \))의 생장곡선은 25시간에서 30시간 사이 생장곡선의 둔화가 관찰되었다. 포도당을 \( 10, 12 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)씩 첨가한 실험구에서는 30시간을 기준으로 각각 \(62\%\) 및 \(40\%\)가 분해되었으며, 배양 53시간에 각각 \(96\%\)와 \(62\%\)의 분해율을 보였다. 이때 포도당 첨가량이 \(12 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)의 경우 포도당의 소모가 매우 완만한 경향을 보였으며, 이로서 포도당의 최적 첨가량은 \( 8 \sim 10 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \)임을 추정할 수 있다. 대표적으로 포도당이 \(10\mathrm{~g} / \mathrm{L} \)로 첨가된 실험구에서의 균주의 생장곡선을 Fig. 2에 도시하였다(Fig.2).</p> <p>포도당의 농도가 \( 4 \sim 12 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 인 경우, 균체량이 더 이상 증가하지 않는 25시간 이후 53시간까지 지속적으로 \( 60 \sim 150  \mathrm{mL} \) 의 수소가 생성되었다(data not shown). 따라서, 포도당의 농도 증가에 따른 단위시간 및 단위부피당 수소 생산성\( \left(\mathrm{mmol}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{L}^{-1} \cdot \mathrm{h}^{-1}\right) \) 의 변화를 알아보았다(Fig. 3). 단위시간 및 단위 부피당 수소 생산성은 포도당의 농도가 증가함에 따라 증가하다가 \( 10 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 에서 최대값인 \( 4.2 \mathrm{mmol}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{L}^{-1} \cdot \mathrm{h}^{-1} \) 을 보이=고 그 이후 다소 감소하는 경향을 보였다. 따라서, 수소생산성은 포도당의 농도가 \( 10 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 으로 첨가된 경우 최적의 값을 보였다. 또한, 균주의 생육에 따른 수소의 비생산속도를 비교하여보았다(Fig. 4). 포도당 첨가량이 증가할수록 단위 시간 및 단위 세포무게당 비수소생산속도가 지속적으로 증가하여 \( 8 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 에서 최대값인 \( 14.7 \mathrm{mmol}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{g}-\mathrm{DCW}^{-1} \cdot \mathrm{h}^{-1}(239 \) \( \mathrm{mL}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{g}-\mathrm{DCW}^{-1} \cdot \mathrm{h}^{-1} \) )을 보이고 이후 \( 10 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이후 점차 감소하였다. Yun 등(2005)의 Rhodopseudomonas palustris를 이용한 혐기발효의 결과 배양 144시간 동안 포도당으로부터 \( 2.30 \mathrm{~mL}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{mg}-\mathrm{DCW}^{-1} \) 을 생성하며 \( 20 \% \) 의 수소 전환효율을 보인 결과에 비교할 경우 본 연구결과는 효율면에서 우수하다 할 것 이다. 또한, Enterobacter 를 이용한 생물학적 발효에선 포도당이 \( 30 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 에서 수소의 누적 농도가 \( 431 \mathrm{mL} \) 로 최대값을 얻은 것과는 달리 최적 첨가량은 \( 10 \mathrm{~g} / \mathrm{L}\)의 결과를 얻었다. 미생물의 균체량에 대한 수소생산수율은 포도당의 첨가량에 비례하여 증가되어 \( 0.76 \sim 2.46 \mathrm{~L}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{g}- \) \( \mathrm{DCW}^{-1} \) 의 값을 보였다. 반면에 첨가된 기질인 포도당에 의한 수소생산수율은 2.6 3.1 mol- \( \mathrm{H}_{2} \) 'mol-glucose \( { }^{-1} \) 의 범위였다(Fig.5). Clostridium 을 이용한 수소생산수율은 \( 1.08 ~ 2.0 \mathrm{~mol}_{2} \mathrm{H}_{2} \). mol-glucose \( { }^{-1} \)의 범위로 보고되어있으며, Enterobacter를 이용한 수소생산이 1.6-2.1 mol-H \( \mathrm{H}_{2} \) mol-glucose \( { }^{-1} \) 의 범위, E. colt를 이용한 경우, \( 1.2 ~ 2.0 \mathrm{~mol}-\mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{mol}-\mathrm{glucose}^{-1} \) 으로 보고된 것에 비교하면 상대적으로 우수한 것으로 나타났다. 포도당의 농도가 Ethanoligenes harbinense B49의 수소생산수율에 미치는 영향을 알아본 결과 초기 농도 \( 3 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 에서 \( 9 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 까지 수율이 증가하여 최대로 \( 1.83 \mathrm{~mol} \)\( \mathrm{H}_{2} \cdot \mathrm{mol}-\mathrm{glu} \operatorname{cose}^{-1} \) 의 값을 보이고 그 이후에 \( 18 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 까지 첨가된 포도당이 오히려 수율을 감소시키는 것으로 나타났다. 반면, 본 연구에서는, 포도당의 첨가량은 수소 생산 수율에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다.</p>