• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제15권4호
• /
• pp.309-316
• /
• 2004

Chlamydomonas reinhardtii UTEX 90 was cultivated with continuous supply of 2% $CO_2$ using TAP media at $25^\circ{C}$ and produced biomass 1.18 g of dry cell weight/L for 4 days. C. reinhardtii algal biomass(CAB) was concentrated to 20 times by volume and converted into hydrogen and organic acids by anaerobic fermentation using Clostridium butyricum. Organic acids in the fermentate of CAB were consecutively used to produce hydrogen by Rhodobacter sphaeroides KD 131 under the light condition. Approximately 52% of starch in the concentrated CAB which had 4-5.8, 24-26 and 6-7 g/L of starch, protein and fat, respectively was degraded by Cl. butyricum at $37^\circ{C}$. During this process, hydrogen and some organic acids, such as formate, acetate, propionate, and butyrate, respectively were produced. Further conversion of the organic acids in anaerobic fermentate of CAB by Rb. sphaeroides KD131 produced hydrogen from the anaerobic fermentate under the illumination of 8 klux using halogen lamp at $30^\circ{C}$. The result showed that hydrogen was evolved by the anaerobic conversion using Cl. butyricum and then by the photosynthetic fermentation using Rb. sphaeroides KD131. It indicated that the two-step conversion process produced the maximum amount of hydrogen from algal biomass which contained carbohydrate, protein, and fat via organic acids.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
• /
• pp.299-306
• /
• 2005

Anaerobic fermentation of food waste (FW) and waste activated sludge (WAS) for hydrogen production was performed in CSTR (Continuous Stirred tank reactor) under various HRTs and volumetric mixing ratio (V/V) of two substrates, FW and WAS. The specific hydrogen production potential of FW was higher than that of WAS. However, pH drop in the CSTR for hydrogen production from FW was higher than that from WAS. The maintenance of desired pH during fermentative hydrogen production is regarded as the most important operation parameter for the stable hydrogen production. Therefore, when the potential of hydrogen production from FW and better buffer capacity of WAS, the proper mixture of FW and WAS for fermentative hydrogen production were considered as a useful complementary substrate. The maximum yield of specific hydrogen production, 140 mL/g VSS, was found at HRT of 2 day and the volumetric mixing ratio of 20:80 (WAS : FW). The spatial distribution of hydrogen producing bacteria was observed in anaerobic fermentative reactor using fluorescent in situ hybridization (FISH) method.

• 대한환경공학회지
• /
• 제28권9호
• /
• pp.949-954
• /
• 2006

본 연구는 Water jet 플라즈마 반응기를 개발하고 탄화수소 연료의 개질을 통한 합성가스 생산의 최적 조건을 연구하였다. 연료는 프로판을 사용하였다. 그리고 수표면에 아크 방전을 가하여 플라즈마를 발생하였다. 수표면의 방전은 short-wave, UV radiation 등을 발생시키는 이점을 가지고 있어 물의 생물학적 기리고 화학적 처리에 이용할 수 있다. 전력, Water jet의 유량, 전극간격 뿐만 아니라 처리시간에 따른 영향에 대해 연구하였다. 변수별 연구는 전력을 $0.18{\sim}0.74$ kW, Water jet의 유량을 $38.4{\sim}65.6$ mL/min, 전극간격을 $5{\sim}15$ mm 그리고 처리시간을 $2{\sim}20$ min에 따라 수행하였다. 상기 변수별 연구에서 0.4 kW, 53.9 mL/min, 10 mm and 20 min일 때 수소는 최대 61.6%를 나타냈으며 이 때 중간생성물의 농도는 6.1% 그리고 프로판 전환율은 99.8%를 나타냈다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제16권4호
• /
• pp.315-323
• /
• 2005

The integrated or the two-stage (dark anaerobic and photosynthetic) fermentation processes were compared for the hydrogen production using purple non-sulfur photosynthetic bacteria, Rhodopseudomonas palustris P4. Cell growth, pH changes and organic acids and bacteriochlorophyll contents were monitored during the processes. Culture broth of Rps. palustris P4 exhibited dark-red during the photosynthetic culture condition, while yellow under the anaerobic condition without light. Rps. palustris P4 grown at the photosynthetic condition evolved 0.38 and 1.33 ml $H_2$/mg-dcw during the dark and the light fermentation, respectively, which were totally 1.71 ml $H_2$/mg-dcw at the two-stage fermentation. The rate of hydrogen production using Rps. palustris P4 grown under the dark anaerobic condition was 2.76 ml $H_2$/mg-dcw which consisted of 0.46 and 2.30 ml $H_2$/mg-dcw from the dark and the photosynthetic fermentation processes, respectively. Rps. palustris P4 grown under dark anaerobic conditions produced $H_2$ 1.6 times higher than that of grown under the photosynthetic condition. However, total fermentation period of the former was 1.5 times slower than that of the latter, because the induced time of hydrogen production during the photosynthetic fermentation was 96 and 24 hours when the seed culture was the dark anaerobic and photosynthetic, respectively. The integrated fermentation process by Rps. palustris P4 produced 0.52 ml $H_2$/mg-dcw(1.01 mol $H_2$/mol glucose), which was 20% of the two-stage fermentation.

• 생명과학회지
• /
• 제27권6호
• /
• pp.726-737
• /
• 2017

Carotenoid는 isoprenoid 화합물로써 3-15개의 이중 결합이 결합된 긴 polyene 구조를 가지며, 이러한 구조적 특성에 의해 최대 흡수파장대가 결정된다. 카로티노이드는 전형적으로 $C_{40}$ 탄화수소 골격으로 이루어져 있으며, 그 중에는 산소를 포함하고 있는 작용기로 인해 cyclic 또는 acyclic의 크산토필을 형성하기도 한다. 현재 대부분의 세계 시장을 점유하고 있는 합성 카로티노이드의 대안을 찾기 위해 천연물(식물, 미생물, 갑각류 부산물) 유래의 카로티노이드를 생산 및 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 오직 몇몇 카로티노이드(${\beta}-carotene$, lycopene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein)만이 천연물 소재에서 분리 또는 발효되어 상업적으로 이용된다. 카로티노이드가 만성질환 예방 및 발암 억제 작용에 효과가 있음이 밝혀지면서 카로티노이드 시장이 급격히 증가하였다. 사료, 기능성 식품 및 의약품 소재로써의 카로티노이드의 중요성이 증가함에 따라 카로티노이드 생산법에 대한 연구가 진행되었으며, 이러한 관점에서 미생물 및 식물을 이용한 대사공학적 접근법에 의한 카로티노이드 대량생산법을 개발하게 되었다. 본 논문에서는 생산 균주, 대사공학 적용에 따른 대량 생산 방법, 생물학적 작용기전 및 산업적 이용을 중심으로 설명하고자 한다.

• Applied Biological Chemistry
• /
• 제48권2호
• /
• pp.109-114
• /
• 2005

토양 시료로부터 n-hexadecane 대사능을 가지며 배양액의 표면장력을 감소시키고, 탄화수소를 가장 잘 유화시키는 세균을 oil-film collapsing 방법을 통해 선별하였다. 세균은 Bacillus sp.로 부분동정되었으며, BJS-51로 명명하였다. 생물계면활성제의 최적 생산에는 n-hexadecane이 가장 효과적인 탄소원이었으며, 3%의 농도일 때 표면장력이 76 dyne/cm에서 31 dyne/cm로 감소하였다. 이 때, CMD(critical micelle dilution)가 5.7로 가장 높았다. 질소원으로는 $(NH_4)_2HPO_4$가 가장 효과적이었으며, C/N ratio가 60인 경우 표면장력이 29 dyne/cm, CMD가 9.2로 가장 활성이 좋았다. 생산 최적 pH는 7.2였으며, 최적 온도는 $30^{\circ}C$였다. Bacillus sp. BJS-51에 의해 생산된 생물계면활성제를 유기용매추출법과 preparative HPLC systems을 통해 추출, 정제하였다. 각종 발색 시약으로 정제된 생물계면활성제의 생화학적 성질을 조사한 결과, 지질다당임을 확인 할 수 있었다. 생산된 생물계면활성제의 표면장력은 27 dyne/cm까지 감소하였으며, CMC(critical micelle concentration)는 0.08 g/l였다. 상기의 최적조건에서 생물계면활성제의 생산량은 CMD값이 9.2이었으므로 약 0.74 g/l이었다. 생산된 생물계면활성제는 $pH\;2{\sim}12$ 사이에서 표면장력 $29{\sim}31\;dyne/cm$로 안정하였으며, $100^{\circ}C$에서 60분간 열을 가한 후에도 표면장력 $29{\sim}30\;dyne/cm$로 안정하였다.

• 환경생물
• /
• 제18권3호
• /
• pp.307-313
• /
• 2000

석유화학 공업으로부터 생산되는 방향족 탄화수소 화합물질들은 여러 가지 산업과정에서 널리 활용되고 있으나, 자연계에 오염될 때에는 쉽게 분해되지 않는다는 점에서 환경 오염물질로 주목받고 있다. 방향족 탄화수소 물질의 미생물 분해는 산화반응에 의한 benzene고리의 개환으로부터 시작되기 때문에 이 개환 작용을 갖는 미생물의 분리와 함께 그 분해 기능을 연구하는 것은 매우 중요한 일이다. 본 연구에서는 여천 화학공업단지 폐수로부터 benzoate와 catechol 등의 방향족 탄화수소에 대하여 분해능이 우수한 균주를 분리하여 생화학적 특성과 세포 지방산 분석에 의하여 동정한 결과 Pseudomonas putida로 밝혀졌다. 따라서 이 균주를 Pseudomonas putida Z104라 명명한 후, benzoate와 catechol의 분해과정을 검토하였다. Pseudomonus putida Z104의 catechol분해능에 대하여 환경요소의 영향을 실험한 결과, 3$0^{\circ}C$와 pH 7.0 그리고 0.5mM의 농도에서 왕성한 세포의 생장과 catechol의 분해능을 보였으다. 그러므로 Z104 균주는 benzoate를 연속적으로 완전분해시키는 유전자를 모두 가지고 있다는 점에서 활용가치가 있는 균주라고 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
• /
• pp.465-469
• /
• 2006

Two mesophilic trickling bed bioreactors filled with two different types of media, hydrophilic- and hydrophobic-cubes, were designed and tested for hydrogen production via anaerobic fermentation of sucrose. Each reactor consisted of a column packed with polymeric cubes and inoculated with heat-treated sludge obtained from anaerobic digestion tank. A defined medium containing sucrose was fed with changing flow rate into the capped reactor, hydraulic retention time and recycle rate. Hydrogen concentrations in gas-phase were constant, averaging 40% for all conditions tested. Hydrogen production rates increased up to $10.5 L{\cdot};h^{-1}{\cdot}L^{-1}$ of reactor when influent sucrose concentrations and recycle rates were varied. Hydrophobic media provided higher value of hydrogen production rate than hydrophilic media at the same operation conditions. No methane was detected when the reactor was under a normal operation. The major fermentation by-products in the liquid effluent of the both trickling biofilters were acetate and butyrate. The reactor filled with hydrophilic media became clogged with biomass and bio gas, requiring manual cleaning of the system, while no clogging occurred in the reactor with hydrophobic media. In order to make long-term operation of the reactor filled with hydrophilic media feasible, biofilm accumulation inside the media in the reactor with hydrophilic media and biogas produced from the reactor will need to be controlled through some process such as periodical backwashing or gas-purging. These tests using trickling bed biofilter with hydrophobic media demonstrate the feasibility of the process to produce hydrogen gas in a trickle-bed type of reactor. A likely application of this reactor technology could be hydrogen gas recovery from pre-treatment of high carbohydrate-containing wastewaters.

• KSBB Journal
• /
• 제19권1호
• /
• pp.1-11
• /
• 2004

클로렐라는 생물화학적 성분들을 풍부하게 함유하고 있어서 영양학적으로 사료나 식품으로 이용되며 화장품, 의약품, 심지어 연료로도 이용되고 있다. 클로렐라는 보통 연못이나 호수 등 담수에서 생육하며, 구형 단세포이다. 생식은 무성생식으로 하루에 4-16배로 증식한다. 클로렐라의 대량생산을 위한 배양은 크게 옥외배양법과 발효조 배양법으로 나뉜다. 클로렐라는 필수 아미노산과 생체에 여러 가지 생리적 기능을 수행하는 지방산과 스테롤, 유산균 성장 촉진 원인 물질인 chlorella growth factor (CGF)의 함유되어 있으며, 생체 내에서 중금속 배출기능, 독성물질의 분해, 동맥경화 및 간장장애의 억제, 면역기능 강화, 항암 활성, 장내 유효세균의 증식 촉진, 식품의 풍미 향상 및 보습효과 등의 기능성을 가지고 있어 기능성 생물소재로 주목되고 있다. 클로렐라는 건강기능식품, 화장품, 의약품 소재로서 응용될 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소의 고정화와 수소가스의 생성 등 환경 및 에너지의 생산을 위한 수단으로서의 역할이 전망된다.

• 유기물자원화
• /
• 제25권4호
• /
• pp.41-50
• /
• 2017

점도, 임펠러 종류, 소비전력 등에 의해 영향을 받는 생물학적 폐기물 처리시설 및 에너지 생산 플랜트에서 적절한 교반 시스템의 설계는 필수적이다. 본 연구에서는 적절한 교반 시스템의 설계를 위해 음식물류폐기물을 이용하여 다양한 조건(운전 pH 및 농도)에서의 수소발효 시 유변학적 특성의 변화를 조사한 후, 이를 기반으로 교반강도를 설계하였다. 운전 pH에 따른 수소발효 실험에서 수소전환율은 $0.51{\sim}1.77mol\;H_2/mol\;hexose_{added}$였고, 가장 높은 수소전환율은 운전 pH 5.5에서 나타났다. 발효액은 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 Shear thinning 거동을 보였다. 탄수화물이 분해되면서 발효 이후 점도는 초기 점도보다 감소하는 경향을 보였으나, 운전 pH의 변화에 따른 발효액의 점도 변화는 크지 않았다. 탄수화물 농도 10~50 g Carbo. COD/L에서 수소전환율은 $1.40{\sim}1.86mol\;H_2/mol\;hexose_{added}$로 운전 pH 조건이 수소전환율에 미친 영향과 비교했을 때 큰 차이는 없었다. 발효액의 Zero viscosity와 Infinite viscosity는 탄수화물 농도에 따라 각각 $10.4{\sim}346.2mPa{\cdot}s$와 $1.7{\sim}5.3mPa{\cdot}s$로 나타났는데, 10 g Carbo. COD/L와 20 g Carbo. COD/L에서 발효액의 점도 값은 거의 차이가 없었다. 실험 결과에 기초하여 교반강도를 설계한 결과, 기질농도 30 g Carbo. COD/L의 수소발효 초기 및 발효 후 교반강도는 각각 26.0, 10.0 rpm으로 약 2.5배 정도의 교반강도를 줄임으로써 에너지를 절약할 수 있을 것으로 사료된다.