소개글
"미생물비성장속도"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 제목
1.1. 미생물 비성장속도 측정
2. 실험 이론
2.1. Lambert-Beer 법칙
2.1.1. Beer 법칙
2.1.2. Lambert 법칙
2.1.3. Lambert-Beer의 법칙
2.2. Monod 식
2.3. Biomass yield
2.4. 미생물 생장곡선
3. 실험 재료 및 방법
3.1. 시약
3.2. 실험 기구
3.2.1. Autoclave
3.2.2. 진탕배양기
3.2.3. UV spectrophotometer
4. 실험 결과 및 고찰
4.1. 실험 결과
4.2. 고찰
4.2.1. Glucose 용액을 따로 Autoclave하여 섞어주는 이유
4.2.2. 제조한 용액과 Glucose 용액을 4:1로 섞었을 때, 플라스크 5개 각각의 Glucose 농도
4.2.3. Glucose 농도 별로 생장곡선을 그린 후, 5개의 생장 곡선의 기울기를 이용하여 비성장속도 구하기
4.2.4. Monod 식을 역수로 뒤집은 식이 일차함수 꼴로 나타나는데, 이 일차함수의 기울기를 이론에서 주어진 값이 아닌 실험적으로 계산하여 구할 방법
4.3. 실험 오차 및 개선 방안
5. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 제목
1.1. 미생물 비성장속도 측정
미생물 비성장속도 측정은 미생물의 성장에 관한 중요한 지표 중 하나이다. 이를 확인하기 위해 Lambert-Beer 법칙을 이용하여 배양액의 흡광도와 균체 농도의 상관관계를 분석한다. Lambert-Beer 법칙에 따르면 용액의 흡광도는 용액층의 두께와 용액의 농도에 비례한다. 따라서 배양액의 흡광도를 측정함으로써 배양액 내 균체 농도를 간접적으로 확인할 수 있다.
미생물의 성장은 Monod 식으로 수학적으로 모델링할 수 있다. Monod 식은 제한 기질의 농도와 미생물의 비성장속도 간의 관계를 나타내는데, 이를 통해 미생물의 최대 비성장속도와 반속도 상수를 구할 수 있다. 또한 Monod 식을 역수로 표현하면 일차함수 형태의 식으로 나타나게 되어, 실험적으로 측정한 데이터를 활용하여 최대 비성장속도와 반속도 상수를 계산할 수 있다.
미생물 생장곡선은 시간에 따른 균체량의 변화를 나타낸 것으로, 일반적으로 S자 형태의 곡선을 그린다. 이 곡선에는 유도기, 대수기, 정체기, 사멸기 등의 다양한 생장 단계가 나타나며, 각 단계에서의 특징을 확인할 수 있다. 따라서 실험을 통해 얻은 생장곡선의 기울기를 이용하여 비성장속도를 계산할 수 있다.
이처럼 Lambert-Beer 법칙, Monod 식, 미생물 생장곡선 등을 활용하여 미생물 비성장속도를 측정할 수 있다. 이러한 방법을 통해 미생물의 생장 특성을 이해하고, 효율적인 발효 공정 설계 등에 활용할 수 있다.
2. 실험 이론
2.1. Lambert-Beer 법칙
2.1.1. Beer 법칙
Beer 법칙이란 기체나 용액 시료에 빛을 쪼였을 때, 흡광도가 빛을 흡수하는 화학종의 몰농도에 비례한다는 법칙이다. 따라서 용액에 대한 빛의 투과도는 용액의 농도에 반비례한다. Beer 법칙은 다음과 같은 수식으로 표현된다: log(I/I0) = Kc. 여기서 I0는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, c는 용액의 농도, Kc는 흡광계수를 나타낸다. 이를 통해 용액의 농도와 흡광도는 비례관계에 있음을 알 수 있다. 이런 Beer 법칙은 이 실험에서 YM 배지의 흡광도(O.D.)가 배지 속 균체의 농도에 비례한다는 것을 설명하는 이론적 근거가 되고 있다.
2.1.2. Lambert 법칙
Lambert 법칙은 기체나 용액 시료에 빛을 쪼였을 때, 입사광의 세기와 투과광의 세기의 비율은 흡수층의 두께에 비례한다는 법칙이다. 따라서 용액에 대한 빛의 투과도는 용액의 두께에 대해 반비례한다. 이를 수식으로 나타내면 log(I/I0) = - ad의 관계가 성립한다. 여기서 I0는 입사광의 세기, I는 투과광의 세기, a는 흡광계수, d는 용액층의 두께를 의미한다. 이를 통해 알 수 있듯이, Lambert 법칙에 따르면 용액의 두께가 증가할수록 빛의 투과도는 감소하게 된다.
2.1.3. Lambert-Beer의 법칙
Lambert-Beer의 법칙이란 기체나 용액 시료에 빛을 쪼였을 때, 흡광도는 빛을 흡수하는 화학종의 몰농도와 용액층의 두께에 비례한다는 법칙이다. 따라서 용액의 빛에 대한 투과도는 용액의 농도와 두께에 반비례한다.
구체적으로 Lambert-Beer의 법칙은 다음과 같이 표현된다. log(I/I0) = -a(dc)
여기서 log(I/I0)는 투과도의 로그값으로 흡광도(A)와 동일하고, a는 흡광계수, d는 용액층의 두께, c는 용액의 농도를 나타낸다.
이를 통해 알 수 있듯이, 흡광도 A는 용액층의 두께와 용액의 농도에 비례한다. 따라서 이 실험에서는 YM 배지의 흡광도(O.D.)가 배지 속 균체의 농도에 비례한다는 것을 활용할 수 있다. 즉, 균체를 접종하기 전의 O.D.를 0으로 조절한 후 배양 과정에서 측정한 O.D.를 통해 균체의 농도를 파악할 수 있다.
일반적으로 O.D.는 0.2에서 0.8 범위 내에 있으며, 이 범위 내에서 O.D.와 균체 농도 간 선형관계가 성립한다. 따라서 희석법을 이용하여 0.2 - 0.8 범위 내에서 O.D.를 측정할 수 있다면, 이 선형관계를 이용해 배지 속 균체의 수를 알 수 있다.
2.2. Monod 식
Monod 식은 미생물의 성장을 기술하는 수학적 모형으로, 액체 배지 속 미생물의 성장과 제한요인의 농도 사이의 관계를 표현한 식이다.
Monod 식은 Michaelis–Menten equation(미카엘리스-멘텐 식)과 같은 형태를 가지며, 제한요인의 농도, 즉 기질의 농도(S)는 기질의 양을 부피로 나누어 구한다. 이때 배지의 부피는 일정하고 기질은 미생물의 성장에만 관여한다고 가정한다.
Monod 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다:
=
여기서 μ는 비성장속도, μm은 최대비성장속도, S는 기질의 농도, Ks는 반속도 상수이다.
Monod 식을 양변을 역수로 표현하면 다음과 같다:
1/μ = (Ks/μm)(1/S) + 1/μm
이 식은 일차함수 꼴로 나타나며, y절편이 1/μm, 기울기가 Ks/μm이다. 이를 Lineweaver-Burk plot이라고 한...
참고 자료
화공생물공학과 교수진, “2021-2 화공생물공학 기초실험”, 동국대학교, 2021, p. 29-34
강태수, M배지 조성중 포도당과 설탕이 효모의 생육에 미치는 영향, 충북도립대학논문집 14권, p. 17-24, 2011
김재석 외 2명, 실천공학 교수법 : 공학분야 학부교육용 효소반응속도식의 수치해석, 실천공학교육논문지 2권 1호, p. 277-286, 2010
배현아 외 2명, 발효 식·음료용 배지의 개발 방향, 식품산업과 영양 21권 2호, p. 36-39, 2016
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)
