Optimization of Hydrogen Production using Clostridium beijerinckii KCTC 1785

Clostridium beijerinckii KCTC 1785를 이용한 수소생산 최적화 조건 탐색

Optimum culture conditions and medium composition for hydrogen production by Clostridium beijerinckii KCTC 1785 were investigated. Initial pH and temperature for growth were 7.0 and $35^{\circ}C$, respectively. Agitation accelerated the hydrogen production. Although C. beijerinckii KCTC 1785 could grow up to 6%(w/v) glucose in the medium, the optimum glucose concentration for hydrogen production was 4% and hydrogen content in the biogas was 37%(v/v). However, the economical glucose concentration for hydrogen production was 1% regarding to the residual glucose which was not used in the medium. During hydrogen fermentation, acetic and butyric acid were produced simultaneously. High concentrations of acetic(>5,000 mg/L) or butyric(>3,000 mg/L) acid inhibited hydrogen production. When pH was maintained at 5.5 in the batch fermentation, 1,728 mL of hydrogen was produced from 0.5% glucose within 15 hr. $H_2$ yield was estimated to be 1.23 mol $H_2/mol$ glucose. It was found that yeast extract or tryptose in the medium was essential for hydrogen production.

본 연구는 C. beijerinckii KCTC 1785의 배양배지(RCM)에서 수소생산을 위한 최적화 조건을 탐색하고 수소생산을 위한 배지성분을 최적화하였다. 수소생산을 위한 최적 초기 pH와 발효온도는 각각 7.0과 $35^{\circ}C$이었고, 교반은 수소생산을 가속화 시켰다. C. beijerinckii KCTC 1785는 6%(w/v)의 glucose 농도까지 성장할 수 있지만 4%의 glucose 농도에서 가장 많은 수소를 생산하였으며, 이 때 바이오가스 중 수소 함량은 37%(v/v)이었다. 그러나 배지내 잔여 glucose 양을 고려할 때 수소생산을 위한 최적 glucose 농도는 1%이었다. 발효가 진행되는 동안 수소가 생산됨과 동시에 acetic acid와 butyric acid가 동시에 생성되었으며, acetic acid와 butyric acid가 각각 5,000 mg/L과 3,000 mg/L 이상의 농도에서 수소생산을 저해하였다. 또한 발효조의 pH를 5.5로 계속 유지하였을 경우 15시간 동안 0.5% glucose로부터 1,728 mL의 수소를 생산하였으며 이 때 수소의 생산수율은 1.23 mol $H_2/mol$ glucose이었다. C. beijerinckii KCTC 1785의 성장에 있어서 yeast extract 또는 tryptose는 반드시 필요한 배지의 성분이었다.