• 청정기술
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• 제28권3호
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• pp.232-237
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• 2022

해조류 바이오매스 중 갈조류의 주요 구성 성분인 알긴산은 다양한 산업에서 널리 사용되어지며, 촉매적 저분자화를 통해 당, 당알코올, 퓨란계, 그리고 유기산과 같은 고부가가치 화합물로 전환할 수 있다. 본 연구에서는 루테늄 담지 활성탄과 마그네시아를 혼합하여 알긴산 저분자화 반응에 적용하고자 하였다. 이러한 불균일계 촉매 시스템은 생성물에 대한 분리가 용이하고 정제 과정의 간소화가 장점으로 작용한다. 반응 결과, 탄소 수 5개 이하의 저분자량 알코올 및 유기산이 생성되었으며, 최적의 반응 조건 탐색을 통해 최종적으로 1 wt% 알긴산 수용액 30 mL, 루테늄 담지 활성탄 100 mg, 마그네시아 100 mg, 반응 온도 210 ℃, 반응 시간 1 h의 반응 조건에서 29.8%의 알코올에 대한 탄소 수율과 43.8%의 알코올 포함 액상 생성물에 대한 총 탄소 수율을 확보하였다.

• KSBB Journal
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• 제18권3호
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• pp.222-228
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• 2003

당알콜인 D-sorbitol을 화학 촉매 p-toluenesulfonic acid(p-TSA)를 이용하여 탈수반응을 수행하여 고리구조의 1,4-sorbitan을 제조 후 효소적으로 고정화 리파제 Novozym 435를 이용하여 아크릴산과 에스테르화 반응을 수행한 결과 아래와 같은 결론을 얻었다. D-Sorbitol을 p-TSA를 화학촉매로 하여 탈수반응을 통한 고리화 반응의 생성물인 1,4-sorbitan의 최대수율을 얻을 수 있는 최적조건은 1% (w/w)의 p-TSA를 이용하여 200 mmHg의 감압조건에서 13$0^{\circ}C$에서 150분 반응 후 약 90%의 1,4-sorbitan을 얻을 수 있었으며, 부산물과 미반응의 D-sorbitol의 양을 최소화시킬 수 있었다. 화학적 촉매반응의 생성물로 얻은 1,4-sorbitan을 고정화 리파제 (Novozym 435)를 이용하여 반응매질 t-butanol에서 아크릴산과의 에스테르화 반응을 수행한 결과, 5$0^{\circ}C$에서 고정화효소는 최대 활성을 보였으며, 최적 첨가량은 3% (w/v)이었다. 또한 초기농도가 반응의 전환율에 미치는 영향을 조사한 결과 1,4-sorbitan 50 8/L의 초기농도에서 55.8%의 최대 전환율을 얻었으며, 63.5%의 반응수율을 보인 1:3의 몰비가 최적으로 조사되었다.

• KSBB Journal
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• 제6권2호
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• pp.167-174
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• 1991

섬유소 물질을 유용한 자원으로 전환시키기 위하여 섬유소 분해요소를 상요하여 가수분해 반응을 시킬 때 섬유소의 구조적 특성, 섬유소-효소계의 상관성, 가수분해 저해효과, 섬유소 분해효소의 불활성화 등에 의하여 섬유소 가수분해 반응 속도에 상당한 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 가수분해 반응이 진행함에 따라 높은 결정성을 가진 섬유소인 Avicel PH 101의 결정화도는 서서히 증가하였으며 무정형이 많은 Solka Floc BW 40은 반응초기에 급격한 증가를 보여주었고 실험적으로 결정성 부분과 무결정성 부분이 동시에 분해됨을 알 수 있었으며, 반응 초기에 급격한 효소의 흡착이 일어나며 반응이 진행함에 따라 서서히 탈착됨을 볼 수 있었다. 반응 생성물인 글루코오스와 셀로바이오스는 초기 가수분해 반응속도에 상당한 저해효과를 주며 또한 생성물의 농도가 증가할수록 효소 흡착량이 감소함을 알 수 있었다. 섬유소 분해요소의 불활성도는 반응시간에 따라 지수 함수적으로 변화함을 실험적으로 알 수 있었다. 셀로바이오스의 초기 가수분해 반응속도는 상대적으로 높은 ${\beta}-glucosidase$의 활성도에 의해 비교적 높은 셀로바이오스의 농도(5-10mg/ ml)에서도 기질의 저해효과가 적음을 볼 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제17권2호
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• pp.165-169
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• 1989

고생산성의 알콜 발효용 생물반응기를 개발하기 위하여 sodium alginate로 효모균체를 고정화시킨 후 충전탑 반응기를 제조하였다. 이 때 gel속에 고정화되어 있는 세포에 산소를 공급하기 위하여 배지를 공기로 포화시킨 후 공급하였다. 그 결과 9% 포도당을 함유한 배지를 사용하였을 경우 최대 알콜생산성은 35g/$\ell$-gel-hr에서 55g/$\ell$-gel-hr로 증가되었고 90%의 전환율을 얻는데 걸리는 시간도 40분에서 25분으로 감소되었다. 즉 고정화세포 충전탑 반응기에서도 배지에 어느 정도의 산소를 공급하면 세포활성의 증가로 발효속도가 현저히 촉진됨을 알 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제22권3호
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• pp.123-128
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• 2007

에폭사이드 가수분해 효소를 이용하여 라세믹 에폭사이드 기질로부터 광학활성 에폭사이드 또는 vic-diol을 제조하는 동력학적 분할법은 이론 수율이 50%로 제한된다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 이론 수율 100%를 얻을 수 있는 다양한 생물전환 방법들이 최근에 개발되고 있다. 서로 상보적인 입체 및 위치특이성을 가진 에폭사이드 가수분해효소에 의한 광학수렴반응을 이용한 광학활성 vic-diol 제조법, 에폭사이드 가수분해효소가 촉발하는 cascade 반응을 통해 라세믹 haloalkyl 에폭사이드로부터 광학활성 epoxy alcohol 또는 THF를 제조하는 방법, ADH를 이용하여 haloketone을 환원시킨 다음 자발적인 cyclization 반응을 통해 광학활성 에폭사이드를 제조하는 방법들이 개발되었다. 이러한 방법들은 높은 광학순도를 가진 광학활성 물질들을 이론수율 100%로 제조할 수 있으므로 향후에 상업화 사례가 많아질 것으로 기대된다.

• KSBB Journal
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• 제5권1호
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• pp.59-67
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• 1990

생성물의 분리 및 효소의 회수를 위하여 수평흐름 한외여과장치를 부착한 기포탑에서 섬유소의 연속적인 효소 가수분해 반응을 연구하였다. 기포탑을 효소 가수분해 반응 공정에 이용할 경우 기체유속의 범위는 1-3cm / sec로 기포의 합체현상이 발생하지 않는 dispersed bubble flow 영역이 적합하며 혼합도 거의 완전하게 이루어짐을 확인하였다. 효소 회수장치에 한계분자량이 $10^4$인 여과막을 사용하였을 경우 효소의 활성이 저하되지 않은 채 대부분이 회수되었고 glucose 및 cellobiose의 배제율은 0이었다. 따라서 수평흐름 한외 여과장치는 효소의 연속회수장치로 작합하였으며 반응생성물이 연속적인 분리로 섬유소의 당화율을 증가시켰다. 화분식 반응의 경우 반응시간이 8시간이내에서 실험치는 성능식에 잘 부합되었으나 반연속식 및 연속식 반응의 경우에는 이론값과 차이가 있었다. 이는 반응기 내에서의 효소의 변성에 기인된다. 반연속식 및 연속식 반응의 경우 희석율을 증가시킴에 따라 전환율은 증가하나 반응액중의 환원당의 농도는 낮아진다. 따라서 적정한 기질 공급속도 및 희석율은 효소의 회수비용, 생성물의 농축비용 및 기질의 공급비용등의 경제적 요소를 고려하여 판단하여야 한다. 이상의 결과로부터 수평흐름 한외여과장치를 효소 회수장치로 기포탑에 응용할 경우, 효소의 재사용이 가능할 뿐 아니라 당화율을 증가시킴으로서 연속반응기로 효과적이라고 판단되었다.

• KSBB Journal
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• 제10권3호
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• pp.283-291
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• 1995

Aminopeptidase M(ApM)을 Cellufine Formyl 에 고정화시켜 고정화 효소의 반응특성을 고찰하고, 고정화 ApM을 충진한 column reactor를 이용하여 메치오닐 인간 성장 호르몬(met-hGH)으로부터 천연형 인간 성장 호르몬(hGH)의 연속 생산을 검토 하였다. Cellufine Formyl 19 gel당 2.3mg의 ApM 이 결합되었을 때 met-hGH의 hGH로의 전환능력이 가장 우수하였다. Soluble enzyme과 고정화 효 소의 반응 최적 pH는 7.0, 반응 최적 온도는 $55^{\circ}C$로 통일하였으나 고정화에 의해 pH 벙위가 보다 넓 어졌으며, column reactor에서 연속 운전시 최적온 도 역시 $55^{\circ}C$로 나타났다. Column reactor를 이용 한 천연형 hGH의 연속 생산시 met-hGH가 100% 전환되는 조건에서 hGH 수율과 생산성은 각각 약 77%와 약 0.8mg hGH/ml.h이었다. 반응기 크기 를 5배 증가시켰을 때 두 반융기에서 유속 SV 값이 통일하면 met-hGH 전환율과 hGH 수율이 통일하 였으며, 90일간의 연속 운전 결과로 예측한 column reactor의 반감기는 45t에서 228일, $55^{\circ}C$에서 81 일로 비교척 안정하였다.

• KSBB Journal
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• 제5권3호
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• pp.241-246
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• 1990

Transgluaminase반응을 이용하여 ATP analog들$(C^8-ATP와 N^6-ATP)$을 casein에 고정화하였다. 고정화 ATP는 hexokinase에 의해 탈인산화되어 약55%가 ATP형으로 전환되었으며, 이는 acetate kinase에 의해 역으로 인산화되어 약80%가 ATP형으로 전환 되었다. $\beta$-Casein은 $$\alpha$_s_1-casein$에 비하여 glutamine 잔기의 수가 많으며,$N^6-ATP$의 경우 이의 alkyl carbamyl기와 casein의 carboxamide기 간의 정전기적 반발에 원인이 있는 것으로 보인다. ATP는 고정화하므로써 안정성이 증대되었으며, 고정화 ATP의 km치는 유리상의 ATP및 ATP analog의 그것과 비슷하였으나, 최대속도는 감소되었다. 고정하 ATP는 반응액에서 calcium의 첨가로 쉽게 침전되어 용액으로부터 거의 완전히 회수 되므로써, 반응액으로부터의 회수분리가 가능한 이점을 가졌다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제11권2호
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• pp.68-76
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• 2006

실험실 규모의 반연속 흐름 2단 토양컬럼을 이용하여 사염화에틸렌(PCE)에서 에틸렌으로의 혐기성 환원 탈염소화 반응특성을 조사하였다. 국내의 TCE로 오염된 현장에서 토양을 채취하여 컬럼 반응조에 충진하고, lactate(전자공여체 그리고/혹은 탄소원으로서)와 PCE를 함유한 현장 지하수를 컬럼 반응조로 주입하였다. 운전초기 약 50일 경과기간 동안 유입 lactate와 PCE의 질량비는 620:1이었는데, 이때 PCE에서 cis-DCE로의 불완전한 환원성 탈염소화가 관찰되었다. 그러나 유입 lactate와 PCE의 질량비를 5,050:1로 증가시킨 두번째 운전기간동안 PCE에서 ethylene로의 완벽한 탈염소화를 관찰할 수 있었는데, 이는 초기 운전기간 동안의 적절한 전자공여체의 공급의 중요성을 보여 주었다. PCE에서 cis-DCE로의 탈염소화율은 $0.62{\sim}1.94\;{\mu}mol$ PCE/L pore volume/d이었고, cis-DCE에서 ethylene으로의 탈염소화율은 $2.76\;{\mu}mol$ cis-DCE/L pore volume/d으로 나타났다. 전체 시스템에서의 PCE에서 ethylene으로의 전환율은 $1.43\;{\mu}mol$ PCE/L pore volume/d이었다. 본 실험에서 PCE에서 cis-DCE로의 분해단계에서 수소의 농도는 $10{\sim}64\;mM$, 그리고 cis-DCE에서 에틸렌으로의 분해단계에서 수소의 농도는 $22{\sim}29\;mM$이었다. 본 연구에서의 이러한 긍정적인 실험 결과는 본 연구에서 조사된 TCE로 오염된 지하수의 현장 생물학적 복원을 위해 혐기성 환원 탈염소화 공정의 적용 가능성을 보여준다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제44권4호
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• pp.504-511
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• 2016

락툴로오스는 기존에 화학적인 이성화법을 통해 생산해왔던 기능성 당으로서 프로바이오틱스나 장내균총 개선을 위한 의약품으로 활용되어 왔다. 최근 락툴로오스 화학전환법의 단점인 촉매제거와 부산물제거 에너지손실등의 문제를 해결할 수 있는 생물촉매를 이용한 락툴로오스 전환법이 대두되었다. 본연구에서는 유당의 낮은 용해도와 락툴로오스의 효율적전환을 위해 최적의 효소를 선별하여 무작위 돌연변이법으로 유전자를 개량하여 열내성이 $75^{\circ}C$까지 증진되고 활성이 1.3배 향상된 효소를 선별하였다. 이 효소를 정제하여 사용하는 대신 본 연구에서는 과량 발현시킨 대장균을 Ca-alginate로 고정화하여 $70^{\circ}C$에서 200 g/l의 유당과 회분식으로 반응시켜 43%의 전환 수율을 확인하였다. 반복회분식 실험에서 고정화된 담체는 비교적 안정적이었으며 4회 반복반응 후에도 80% 이상의 활성을 유지하고 있었다. 산업적인 방법을 개발하기 위해 고정화 담체를 이용한 반응기의 운전 최적화와 담체의 안정화를 증진시키는 추가적인 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 열내성 특성을 이용하여 정제된 효소가 아닌 효소를 발현하는 세포자체를 고정화 시킴으로써 경제성있는 생산에 대한 방법론을 제시하였다.