Since cellulose is the only organic material that is annually replenishable in very large quantities, we must explore ways to utilize it as a source of energy, food and chemicals. For the utilization of this resource, it is first enzymatic hydrolyzed to glucose, then the glucose can be used as a food, converted single cell protein by microorganism, fermented to clean burning fuel and other chemicals. Cellulolytic enzyme, cellulase, consists of two or three major components, $C_1-cellulase$, $C_x-cellulase$ and ${\beta}-glucosidase$. $C_x-cellulase$ are fairly common but $C_1-cellulase$ are quite rare. Trichoderma viride is the best source of active cellulose, especially $C_1-enzyme$. Saccharification rate of cellulose in greatly influenced by the degree of crystallinity and extent of lignification. But by the pretreatment the substrate with cellulose swelling agent, delignifying reagent and physical treatment, the degree of saccharification is enhanced. Thus, glucose syrups of 2 to 10% concentration are realized from milled newspaper. The enzymatic hydrolysis of such energy rich material, such as cellulose, to glucose is technically feasible and practically achievable on a very large scale.
십자화과 작물에 발생하는 검은썩음병(Black rot or Black vein of crucifer)의 병원성 세균인 Xanthomonas campestris pv. crucifer)의 병원성 세균인 Xanthomonas campestris pv. campestris를 분리, 동정하고 병원성을 검정하였다. 이 X. c. pv. campestris 는 3가지 종의 Chinese cabbage에 병원성을 나타내었고, 병원성과 관련된 특성을 결정하기 위하여 Tn5 mutagenesis를 실시 cellulase negative mutant를 선발하여 병원성 검정하였다. 선발된 cellulase negative mutant를 배추에 분무 접종하여 광학 현미경과 전자현미경으로 관찰한 결과 cellulase negative mutant는 wild type와 함께 기공표면과 기공하부조직에서 정착하였지만 그 밀도는 낮았다. 반면 접종 24시간 이후 wild type은 기공표면과 기공하부조직이 lysis되기 시작하여 48시간 이후에는 병원성의 진전으로 보다 많이 lysis되었다. 6일 후, wild type은 cellulase활성에 의해 식물체 조직에서 높은 증식력을 보이며 조직을 lysis 시키고 또한 조직 깊숙이 침입, 정착하는 것을 관찰하였다. 이 결과로 X. c. pv.c campestris의 cellulase는 병원성에 관여하는 중요한 요인으로 생각된다.
Cellulomonas flavigena KIST 321이 생산하는 균체외 cellulose 분해효소를 gel filtration법과 ion-exchange chromatography법으로 3종의 다른 효소를 분리하여 이들을 A, B, 및 C 효소로 명명하였다. 분리된 각 효소를 결정적 기질에 처리하여 일어나는 기질의 구조변화를 적회전 분광법과 X-ray crystallography법으로 측정하여 다음 결론을 얻었다. B효소는 결정성 cellulosem이 구성단위인 glucopyranose의 불안정화로 그 결정도를 감소시키는 $C_1$형의 효소이며 A 및 C 효소는 $C_x$형의 효소로 B 효소의 반응생성물에 작용하여 glucose를 생산하였다. 이들 각 효소의 작용에서 본균의 cellulase의 작용기작을 고찰하였다.
혐기성 Clostrium therrnocellurn의 배양액으로부터 hydroxyapatite column chromatography를 통하여 cellulase complex중의 $C_{1}$ enriched fraction을 분리하였다. 다은 호기성 미생물과 마찬가지로 분리된 $C_{x}$, fraction과 다른 $C_{x}$ 성분과의 synergism에 의해 볼용성 성유소의 분해가 현저히 촉진되였다. $C_{x}$ 성분과는 달리 $C_{1}$, fraction은 공기중에서 산화에 의해 잘 실활되었으나 환원제, 특히 $\beta$-mercaptoethanol에 의해 효소 환성이 강하게 증가되는 것으로 보아 $C_{1}$ component는 다량의 sulfhydryl grou을 가지고 있는 것으로 판단되었다. 이 fraction은 열에 매우 안정하였으며 최적 온도와 pH는 각각 $60^{\circ}C$와 6.0 이었다.
A $C_{1}$ enriched cellulase fraction was separated from culture filtrate of anaerobic Clostridium thermocellum by hydroxyapatite column chromatography. The separated fraction showed strong synergistic action with $C_{x}$ component (endo-$\beta$-1, 4-glucanase) in digestion of crystalline cellulose, similar to the other aerobic cellulolytic microorganisms. Unlike the $C_{x}$ component the $C_{1}$ enriched fraction was rapidly inactivated by oxidation at the atmospheric condition. The enzyme activity was significantly enhanced by the addition of reducing agents, especially $\beta$-mercaptoethanol, which indicates that a $C_{1}$ component has a lot of sulfhydryl groups essential for the enzyme activity. The effect of metal ions on $C_{1}$ activity was also investigated. The $C_{1}$ fraction was found to be thermally stable compare to endo-$\beta$-1,4-glucanase. Optimal temperature and pH were found to be 60.deg.C and 6.0, respectively.
Two major cellulase components purified with sephadex G-75 and DEAE sepharose were applied to bleached kraft pulp to inverstigate the change of fiber properties. Cellulose viscosity was very sensitive to $C_x$ component treatment (more than 15% drop was observed) while being little influenced by $C_1$, component (only 2% drop). Fiber fraction longer than 2mm was reduced by $C_x$ treatment while short fiber fraction was increased greatly by more than 15%. There was little change in fiber length distribution by combined treatment of $C_1$ 1 and $C_x$ at equal. In this case, fine contents increased by more than 2.5% at equivalent refining time. WRV and Density were increased as the amount of $C_1$ or $C_x$ treatment was increased. $C_{x}$ was main cause for increasing them. But the effect fell as enzyme dosage.
Recently, eco-friendly processing has been focused in the textile industry in order to reduce environmental pollutions. Applications of enzyme technology to the textile industry are an example of more environmentally compatible processes. However, there is not enough quantity of referring to denim fabric subjected to enzymatic treatment. In this study, depending on pH, temperature, cellulase concentration, and treatment time, the weight loss of denim fabrics was examined. Characteristics of enzyme-treated fabrics were measured by tearing strength, stiffness, and K/S values. The effect of a non-ionic surfactant (Triton X-100) on characteristics of the enzyme-treated fabrics was evaluated. The cellulase treatment condition on the cotton fabric were optimized to pH 6.0, $50^{\circ}C$, 1%(o.w.f.), and 60minutes. Characteristics of denim fabrics by cellulase treatment in the presence of Triton X-100 did not improve because Triton-X inhibited the activity of enzyme.
In this study, acid cellulase was used to treat denim fabrics by varying pH, temperature, enzyme concentration, treatment time and non-ionic surfactant (Triton X-100) concentration. Treatment condition was controlled based on the weight loss. The characteristics of enzyme-treated fabrics were measured in terms of tearing strength, stiffness, and color difference. The optimum conditions for cellulase treatment of denim fabric were pH 5.0, $50^{\circ}C$, 3% (o.w.f.), 90minutes. The weight loss did not change significantly with the addition of a non-ionic surfactant, but it improved when more non-ionic surfactant were used. The tearing strength of enzyme-treated denim fabrics did not deteriorate. The stiffness of the treated fabrics improved with the enzymatic treatment with and without the non-ionic surfactant. The difference in color of fabrics treated with enzyme increased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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