소개글
"미생물비성장속도"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
2. 실험 개요
2.1. 실험 목적
2.2. 이론적 배경
2.2.1. Beer 법칙
2.2.2. Lambert 법칙
2.2.3. Lambert-Beer의 법칙
2.2.4. Monod 식
2.2.5. Biomass yield
2.2.6. 미생물 생장곡선
2.3. YM 배지
2.4. 실험 재료 및 기구
3. 실험 방법
4. 실험 결과
4.1. 결과 해석
5. 고찰
5.1. Glucose 용액을 따로 Autoclave하여 섞어주는 이유
5.2. Glucose 용액과 제조한 용액의 혼합 비율
5.3. 생장곡선 기울기를 이용한 비성장속도 도출
5.4. Monod 식을 이용한 비성장속도 계산
5.5. 오차 발생 원인
6. 결론
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
미생물은 적절한 환경 조건이 주어지면 기하급수적으로 증식할 수 있다. 이들의 증식 속도는 환경 요인에 따라 달라지며, 이를 정량적으로 표현할 수 있는 비성장속도 개념이 중요하다. 비성장속도는 단위 시간당 미생물의 증가율을 나타내는 지표로, 미생물의 생장 특성을 이해하고 이를 바탕으로 생산 공정을 설계하는 데 활용할 수 있다. 따라서 본 실험에서는 Lambert-Beer 법칙과 Monod 식을 활용하여 YM 배지에서 배양된 효모의 비성장속도를 측정하고자 한다. 이를 통해 미생물 생장에 대한 이해를 높이고 실제 응용 분야에 적용할 수 있는 기반을 마련하고자 한다.
2. 실험 개요
2.1. 실험 목적
이 실험은 미생물의 비성장속도를 측정하는 것이 목적이다. 구체적으로는 Lambert-Beer 법칙을 이용하여 배지 중 균체의 농도를 파악하고, Monod 식을 통해 비성장속도를 계산하여 실험적으로 도출한 비성장속도와 비교하여 분석하고자 한다. 또한 Glucose 용액을 따로 Autoclave하여 섞어주는 이유와 제조한 용액과 Glucose 용액을 4:1로 섞었을 때의 각 플라스크의 Glucose 농도를 고찰한다. 더불어 생장곡선의 기울기를 이용한 비성장속도 도출과 Monod 식을 이용한 비성장속도 계산 방법, 그리고 실험 과정에서 발생한 오차의 원인을 분석하고자 한다.
미생물의 비성장속도를 측정하고 다양한 관점에서 분석함으로써, 미생물 생장 및 대사 과정에 대한 이해를 높일 수 있다. 또한 실험 과정에서의 문제점을 파악하여 향후 실험 설계와 수행에 도움이 될 수 있을 것이다.
2.2. 이론적 배경
2.2.1. Beer 법칙
Beer 법칙은 기체나 용액 시료에 빛을 쪼였을 때, 흡광도가 빛을 흡수하는 화학종의 몰농도에 비례한다는 것이다. 따라서 용액에 대한 빛의 투과도는 용액의 농도에 반비례한다. Beer 법칙은 log(I/I0) = Kc 식으로 표현되며, I0는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, c는 용액의 농도, Kc는 흡광계수이다. 이를 통해 용액의 농도가 알려져 있다면 입사광과 투과광의 세기 비율로부터 흡광도를 구할 수 있다. 또한 흡광도는 용액의 농도에 비례하므로, 이를 이용하여 용액 내 화학종의 농도를 알아낼 수 있다.
2.2.2. Lambert 법칙
기체나 용액 시료에 빛을 쪼였을 때, 입사광의 세기와 투과광의 세기의 비율은 흡수층의 두께에 비례한다. 따라서, 용액에 대한 빛의 투과도는 용액의 두께에 대해 반비례한다. 이는 Lambert 법칙이다. 수학적으로 표현하면 log(I/I0) = - ad이다. 여기서 I0는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, a는 흡광계수, d는 용액층의 두께이다. 즉, 용액에 대한 빛의 투과도는 용액의 두께에 반비례하는 것이다.
2.2.3. Lambert-Beer의 법칙
Lambert-Beer의 법칙이란 용액에 빛을 투과시켰을 때 투과광의 세기가 용액의 농도와 용액층의 두께에 비례한다는 법칙이다. 구체적으로는 log(I/I0) = -a(dc)의 관계가 성립하는데, I0는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, a는 흡광계수, d는 용액층의 두께, c는 용액의 농도이다. 따라서 용액의 흡광도 A(O.D.)는 용액층의 두께와 농도에 대하여 비례하며, 이를 실험에 활용하여 배지 내 균체의 농도를 측정할 수 있다. 일반적으로 O.D.는 0.2에서 0.8 범위 내에서 측정되며, 이 구간 내에서 흡광도와 균체 농도 간 일차함수 관계가 성립한다. 희석법을 사용하면 이 범위 내에서 균체 농도를 정확히 측정할 수 있다.
2.2.4. Monod 식
Monod 식은 액체 배지 속 미생물의 성장과 제한요인의 농도 사이의 관계를 표현한 수학적 모형이다. 제한요인의 농도인 기질의 농도(S)는 기질의 양을 배지의 부피로 나누어 구한다. 이때 배지의 부피는 일정하고 기질은 미생물의 성장에만 관여한다고 가정한다. 이 Monod 식을 양변을 역수로 표현하면 다음과 같다.
= 1 / (1 + Ks/S)
여기서 μ는 비성장속도, μm은 최대비성장속도, Ks는 반속도 상수, S는 기질의 농도이다. 균체가 정해진 상태에서 μm과 Ks는 고정된 값으로, 기질의 농도 S 값만 알면 비성장속도 μ를 구할 수 있다. 또한 비성장속도와 기질의 농도의 관계는 포화 현상을 갖는 형태로, 단 하나의 화학물질 S가 생장을 제한하는 것으로 한다. 즉, S의 증가는 미생물의 생장 속도에 영향을 끼칠 뿐, ...
참고 자료
화공생물공학과 교수진, “2021-2 화공생물공학 기초실험”, 동국대학교, 2021, p. 29-34
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화학공학연구정보센터, “생물 반응기”, pp.3~5, week10.hwp (cheric.org)
미생물 성장 공정에서의 기질 저해에 관한 modified Haldane 모델의 이론적 고찰(Theoretical Consideration of the Modified Haldane Model of the Substrate Inhibition in the Microbial Growth Processes) - 황영보(Young-Bo Hwang) 군산대학교 공과대학 신소재⋅나노화학공학부, 2008년 1월 9일 접수, 2008년 3월 26일 채택
Improved Production of Live Cells of Lactobacillus rhamnosus by Continuous Cultivation using Glucose-yeast Extract Mediu - Liew Siew Ling1, Rosfarizan Mohamad2,*, Raha Abdul Rahim2, Ho Yin Wan 1 and Arbakariya Bin Ariff2 (1Laboratory of Enzyme and Microbial Technology, Institute of Bioscience and 2Department of Bioprocess Technology, Faculty of Biotechnology and Biomolecular Sciences, Universiti Putra Malaysia, 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia), Received January 12, 2006 / Accepted August 9, 2006
공학분야 학부교육 용 효소반응속도식의 수치해석(Numerical Analysis of Enzyme Kinetics
for Undergraduate Education in Engineering) – 김재석(Jae-Seok Kim), 김재윤(Jae-Yoon Kim), 이재홍(Jae-Heung Lee)
