• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2000년도 춘계학술발표대회
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• pp.51-52
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• 2000

생물공정의 운전에 있어서 적절한 공정변수가 부족한 경우가 많다. 이것은 멸균과정을 견딜 수 있는 신뢰성 높은 센서가 부족하기 때문이다[1]. 생물공정에 주로 사용되는 센서로서는 온도, pH, D.O., rpm, viscosoty 등이 있으나 이 센서들은 배양액의 물리적 혹은 화학적 상태를 측정할 수 있는 경우가 대부분이다[2]. 미생물의 대사활동과 관련이 있는 공정 변수로는 배출가스의 성분을 측정하여 얻을 수 있는 Oxygen uptake rate, Carbon dioxide evolution rate 및 Respiratory quotient가 있으며 현재 생물공정의 운전에 사용되고 있다[3]. 그러나 반복적인 센서의 보정과 연결관의 잦은 청소 및 보수를 필요로 하여 제한적으로 사용되고있는 실정이다. 자동화된 습식분석장치, Gas chromatograph, High Performace Liquid Chromatograph 혹은 Mass spectrophtometry 등을 온라인 샘플 처리장치와 연결하여 발효조의 배양액의 성분을 온라인으로 분석하고 공정의 운전에 응용하는 사례가 많이 발표되었다[4-6]. 고가의 장비 및 운전의 번거러움이나 추가적인 인력이 필요하므로 역시 특별한 경우에만 사용되고 있다. 이외에도 여러 종류의 온라인 센서 및 바이오 센서등이 개발되어 사용되고 있으나 역시 그 사용범위는 특수한 영역에 한정되어있다. 이와 같이 새로운 센서를 개발하여 공정변수를 측정하려는 시도중의 하나가 소프트웨어 센서의 개발이다. 이 것은 공정상에서 발생하는 1차 공정변수를 이용하여 배양액의 상태 혹은 2차적인 공정 변수를 추측해내는 것이다. 대부분의 경우 기존의 공정 변수를 사용하므로 추가적인 비용이 들지 않고 소프트웨어의 형태로 구현되므로 센서의 보정과 설치 및 유지관리의 노력이 매우 적은 장점이 있다. 본 연구에서는 생물공정에서 자동제어 과정에서 발생하는 여러 가지 공정상의 제어 신호로부터 새로운 공정 변수를 얻어내고자 시도하였다. 대부분의 생물공정에서는 pH의 자동제어가 필수적인데 자동제어 과정에서 발생하는 pH 제어 신호 및 pH의 변화 응답신호를 이용하여 배지의 완충용량의 변화와 알칼리의 소비속도를 온라인으로 측정할 수 있었다. 여기에 인공지능망을 설계하여 균체의 량을 온라인으로 추정하는 방법을 개발하였다 [7].산업용 발효조의 운전 온도는 주로 냉각수의 단속적인 공급에 의하여 항상 일정하게 조절된다. 따라서 냉각수의 냉각량을 측정하면 미생물의 배양시 발생하는 대사열량을 측정할 수 있게 된다. 본 연구에서는 실험실의 발효조를 냉각수의 단속적인 공급에 의하여 자동온도 조절이 되도록 개조하고 여기에 냉각수의 유출입 지점에 온도센서를 부착하여 냉각수의 온도를 측정하고 냉각수의 공급량과 대기의 온도 등을 측정하여 대사열의 발생을 추정할 수 있었다. 동시에 이를 이용하여 유가배양시 기질을 공급하는 공정변수로 사용하였다 [8]. 생물학적인 폐수처리장치인 활성 슬러지법에서 미생물의 활성을 측정하는 방법은 아직 그다지 개발되어있지 않다. 본 연구에서는 슬러지의 주 구성원이 미생물인 점에 착안하여 침전시 슬러지층과 상등액의 온도차를 측정하여 대사열량의 발생량을 측정하고 슬러지의 활성을 측정할 수 있는 방법을 개발하였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제17권3호
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• pp.210-214
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• 2008

코이어 배지(코코넛 분말:섬유=70%:30%, v/v)를 이용한 착색단고추 수경재배에서 공급 배양액의 적정 농도를 구명하자 EC 2.5, 3.0, 3.5 및 $4.0dS{\cdot}m^{-1}$의 농도를 공급하였다. 생육 기간 동안 배양액의 급액 농도에 따른 슬라브 내의 EC는 급액 농도가 높아지면 증가하는 경향을 보였으며, 수분 함량은 반대의 경향을 보였다. 배액의 pH는 안정적이었으며, EC는 급액 농도 EC $4.0dS{\cdot}m^{-1}$에서 EC $7.3dS{\cdot}m^{-1}$로 높았을 뿐만 아니라 표준편차와 변이계수도 높았다. 초장은 급액농도 간 큰 차이를 나타내지 않았다. 광합성율은 급액 농도 EC $4.0dS{\cdot}m^{-1}$에서 전반적으로 높았다. 과중은 급액 농도 EC $4.0dS{\cdot}m^{-1}$에서 가장 무거웠으며, 과형은 급액 농도 EC $3.5dS{\cdot}m^{-1}$에서 정사각형에 가까웠다.

• 생태와환경
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• 제36권2호통권103호
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• pp.208-214
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• 2003

국내산 물벼룩의 배양조건에 따른 개체 생산특성을 비교하고 최적 배양환경 조건을 도출하기 위하여 배양조건에 따른 물벼룩의 개체생산특성을 조사하였다. Daphnia magna, D. pulex, Moina macrocopa는 퇴비를 이용한 배양액으로 배양하는 것이 생존기간과 개체 발생 수 측면에서 가장 효과가 좋았으며 D. galeata는 이와는 달리 비료를 이용한 배양액에서 가장 성장률이 좋았다. D. galeata는 전반적으로 배양이 어려웠으며 배양기간 동안의 새끼 발생도 적어 인공 배양시에 상당한 관심이 요구되었다. 남조류 Microcystis sp.의 microcystin이라는 독소는 포유류를 비롯한 여러 생물에게 직접적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으나 금번 실험에서는 물벼룩의 생존여부에 대해서는 독소의 영항이 크게 나타나지 않았다. 또한 남조류 Microcystis sp.를 공급받은 물벼룩은 제한된 먹이 제공으로 적은 양의 Microcystis sp.를 불가피하게 섭취함으로써 상대적으로 생존기간이 짧았으며 개체 생산율도 낮았다. Scenedesmus sp.를 먹이로 공급한 경우는 물벼룩의 종류와 배양액의 종류에 상관없이 Microcystis sp.를 먹이로 공급한 경우보다 생존기간이 길고 개체발생수도 많았다. 각 물벼룩은 $20^{\circ}C$에서보다 더 생존기간이 길고 더 많은 개체를 발생하여 물벼룩 배양은 $15^{\circ}C.$보다 $20^{\circ}C$가 적절함이 확인되었다. 이러한 결과를 토대로 볼 때 D. galeata와 M. macrocopa는 물벼룩을 이용한 수질감시와 독성실험에 사용하기에 어려움이 많은 종이며 기존에 사용하고 있는 D. magna와 국내에서도 분포하고 있는 D. pulex를 사용하는 것이 용이할 것으로 사료된다.

• 한국생물환경조절학회:학술대회논문집
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• 한국생물환경조절학회 1998년도 정기총회 및 학술논문 발표요지
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• pp.83-88
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• 1998

양액재배는 세계적으로 각광을 받으며 그 면적이 급속히 증가하고 있고 이에 따라 우리나라의 양액재배 면적도 '94년 63㏊에서 '97년 413.9㏊로 급속히 증가하였다. 양액재배의 특징은 양분의 농도를 쉽게 변경하여 공급할 수 있는 장점이 있으나 토양이 갖는 완충능이 감소되는 조건하에서의 재배이므로 항상 작물의 생육에 합치되는 배양액의 관리가 필요하다. (중략)

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2017년도 춘계학술발표대회
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• pp.497-498
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• 2017

최근 딸기는 고소득 부가가치 작물로 인식되기 시작하면서 수확작업에 노력이 적게 들고, 재배 및 작업 환경이 개선된 딸기 수경재배에 관심이 높아지고 있다. 현재 우리나라에서도 한국형 배양액 자동공급시스템을 개발하여 보급하기 시작하였지만 딸기 수경재배에서는 배양액의 EC와 pH관리 및 배양액의 급액에 따른 적절한 배액량 구명이 가장 시급하게 필요한 사항이다. 본 논문에서는 생육과 밀접한 관계가 있는 딸기 수경재배 생육 정보를 수집하는 장치를 개발하였고, 이 장치를 통해 딸기 수경재배 생육 데이터들을 수집하고 분석하여 딸기 수경재배 농가에 균일화 된 품질생산 및 수확량 증대에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 컴퓨터교육학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.67-77
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• 2004

본 논문에서는 시설내 작물재배 시스템의 완전자동화를 구현함에 동시에 자동 제어 방식 설계상에 존재하는 많은 문제들 때문에 실현하지 못했던 작물의 직접제어자동화를 구현하였다. 시설내 작물재배 자동제어 시스템은 제어대상에 따라서 세 가지로 구분될 수 있다. 시설외부로부터 기상 환경 등을 계측하여서 시설내 재배 제어에 응용하는 외부 환경 제어, 시설 내부 환경을 직접 계측하고 제어하는 내부 환경 제어, 작물의 성장에 직접 공급되는 배양액의 적절한 조성에 관련된 배양액 제어로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 이 세 가지의 자동 제어시스템을 완전 실현하며, 배양액의 급액량을 제어함으로서 작물의 우량 성장을 자동적으로 조절할 수 있는 고난도 제어시스템을 설계하였다.

• 한국동물학회지
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• 제18권4호
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• pp.181-196
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• 1975

토끼 여포난자의 성숙을 유도하는데 필요한 배양액의 성분중 아미노산 및 탄수화물의 영향을 규명하기 위해 실험한 결과는 다음과 같다. 1. 기본배양액에 포함된 탄수화물의 pyruvate, lactate 및 glucose는 모두 난자의 성숙유도에 유효한 성분이었으나 필수영양물질은 아님이 밝혀졌다. 아미노산중에 glutamine과 proline은 난자의 성숙을 촉진하였다. 특히 glutamine은 위의 세가지 탄수화물의 전부 또는 그 각각이 포함된 기본 배양액에서 보다 높은 난자의 성숙율을 보였다. 2. 아미노산이 포함된 배양액에 난자를 24시간 배양할 경우 배양 과정중에 생성된 암모니아의 양은 glutamine이 포함된 배양액에서 가장 높았다 (15.2 $\\mu$g/ml). 그러나 이 양은 난자의 성숙을 억제하지는 않았다. 3. 난자의 성숙율은 배양액의 osmole이 270 mOsm일때 가장 높았으나 최적 범위는 250$\\sim$310 mOsm로 넓은폭을 보였다. 4. 토끼여포난자는 0.08$\\sim$2 mM의 glutamine과 소혈청단백(BSA)만이 포함된 기본 배양액에서 능히 성숙이 유도됨을 보았다. 5. $^14 C$-glutamine을 사용한 실험에서 glutamine이 토끼난자의 단백질합성과 에너지 공급원으로 이용된다는 사실이 입증되었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제11권4호
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• pp.168-174
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• 2002

시설재배 참외를 위한 새로운 방식의 순환식 수경재배시스템을 고안하여 참외 수경재배의 가능성을 검정하고, 순환식 수경재배 시의 배양액 관리기술을 확립하기 위하여 세 가지 수경재배방식에서 순환배양액의 무기이온 함량의 변화를 조사하였다. 참외의 수경재배에서 토양재배와 비교하여 양호한 수량과 품질을 나타내었다. 참외의 수경재배는 고형배지방식이 적합한 것으로 보였으며 NFT방식은 고온기의 장해발생으로 적합하지 않은 것으로 생각되었다. 참외의 배양액은 야마자키 조성 멜론 배양액을 EC 2.0dS.m$^{-}$로 전 생육기간에 동일하게 공급하는 것이 적절한 것으로 밝혀졌다. 순환방식에서도 배양액의 EC와 pH는 비교적 안정적으로 유지되었으며 순환배양액내의 다량원소와 미량원소도 계속적으로 일정한 함량으로 유지되어 참외용 수경재배방식이 적절한 것을 확인할 수 있었다. NO$_3$-N, Ca, Mg은 모든 재배방식에서 비슷한 양상으로 안정적인 함량변화를 나타내었고, P은 다른 두 방식에 비해 펄라이트 배지에서 약 $1me{\cdot}{\iota}$^{-}$ 정도 흡수가 저하하였으며, K은 펄라이트 배지에서는 불규칙한 양상을 보였으나 코코피트 배지에서는 안정적인 함량변화를 나타내었다. 미량원소는 Mo을 제외하고는 고형배지 방식에서는 대체적으로 안정된 함량의 추이를 나타내어 미량원소의 흡수가 원활하게 이루어진 것을 알 수 있었다. 그러나 NFT방식에서는 B와 Mn은 비교적 안정된 함량변화를 나타내었으나 다른 원소들은 불규칙적인 변화를 나타내었다. 특히 고온기에 미량원소의 흡수가 저하한 것을 알 수 있었으며 Cu. Zn, Mo의 흡수가 원활하지 않았다. 본 실험의 결과를 통하여 참외를 위한 새로운 순환식 고형배지방식은 참외시설재배에서의 문제점을 해결하는 적절한 방법이 될 것으로 생각되었다.

• 미생물과산업
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• 제16권2호
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• pp.58-61
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• 1990

항생제 생산을 위한 생물공정은 크게 3단계로 나뉠 수 있다. 우주균주 선발, 현장균주 보존및 현장 종균 공급을 위한 일련의 종균배양 과정을 Upstream이라 할 수 있고, 종모실로 부터 공급받은 종균을 현장에서 증식시키는 현장 종균배양 공정과 본 발효조에서의 항생제 생합성공정을 Mid-Stream, 발효가 끝난 상태의 배양액으로부터 균체, 세포내 및 세포외 불필요한 물질을 제거하고 항생제만을 회수, 정제하는 Down Stream으로 나뉠 수 있다. 따라서 항생제 발효는 좁은 의미에서는 본 발효조에서의 항생제 생합성공정을 가르키지만 넓은 의미에서는 위 전체 공정을 가르키는 말이기도 하다. 따라서 본 소고에서는 항생제 생산을 위한 생물 공정상의 문제점을 3분야로 나누어 제시하고자 한다. 실제로 항생제 공장을 건립하여 항생제 발효를 실시해 왔으며 그것을 좀더 나은 수준으로 개선하고자 꾸준히 노력해 온 당사에서의 경우를 그 예로 보아 문제점을 제시하고자 한다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2000년도 춘계학술발표대회
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• pp.207-210
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• 2000

P. oleovorans의 유가식 배양에서 탄소원으로 octanoic acid, 질소원으로 $NH_4NO_3$를 이용한 혼합기질을 배양액의 pH 변화에 따라 공급하는 pH-stat 기질공급전략을 개발하였다. 공급기질의 탄소원/질소원 비 (C/N 비)를 변화시킴으로써 최종 균체농도, PHA 농도, PHA 함량 등을 변화시킬 수 있었으며, 최대 균체농도는 C/N 비가 10 (g octanoic acid/g $NH_4NO_3$)일 때 65 g/L, 최대 PHA 농도는 C/N 비가 20일 때 41 g/L, 최대 PHA 함량은 C/N 비가 20일 때 75%였으며 최대 PHA 생산성은 C/N 비가 10일 때 1.03 g/L/h였다.