• 유기물자원화
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• 제6권1호
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• pp.21-30
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• 1998

음식 쓰레기와 종이류의 혼합퇴비화에서 퇴비 식종 효과는 온도 변화, pH, 이산화탄소 발생량, 암모니아 발생 속도 등으로 판단하여 볼 때 유기성 질소를 비롯한 유기물의 분해를 퇴비화초기 단계에서는 촉진하는 것으로 나타났다. 하지만 이러한 퇴비식종이 최종적으로 유기물 분해율이나 질소 손실량에는 영향을 주지 않았다. 또한 퇴비를 식종함으로써 초기 고온 단계의 셀룰로스 분해가 촉진되었으며 건조 중량으로 25% 식종은 초기에 충분한 양의 셀룰로스 분해 미생물을 공급하는 것으로 나타났다. 아울러 퇴비 식종량이 증가함에 따라 초기 단계의 셀룰로스 분해 효소 활성도가 높았으며, 단시간에 최대값으로 증가하는 경향을 보였다. 그러나 최대 셀룰로스 분해효소의 활성도 유지기간이나 최대값은 대체로 비슷하였다. 또한 최종적인 셀룰로스 분해율도 비슷하여 퇴비 식종효과는 셀룰로스의 빠른 분해에 제한되며, 셀룰로스의 전반적인 분해도 향상에는 기여하지 못하는 것으로 판단된다.

• 한국식품과학회지
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• 제48권2호
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• pp.97-103
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• 2016

본 연구는 메밀 알곡에 비해 유효성분이 많음에도 불구하고 식품학적 가치가 떨어져 폐기되고 있는 메밀껍질을 기능성 식품소재로 활용하기 위해 메밀껍질을 효소로 분해하여 수용성 식품섬유를 생산하고자 하였다. 메밀껍질을 효소를 이용하여 72시간 분해하여 수용성 식품섬유의 수율을 측정한 결과, 72시간 효소분해 후 셀룰로스 및 헤미셀룰로스 분획으로부터 얻은 수용성 식품섬유는 각각 60.5 g/kg, 123.7 g/kg이었으며, 총 수용성 식품섬유의 수율은 129.8 g/kg이었다. 겔 크로마토그래피에 의한 수용성 식품섬유의 분자량 추이를 측정한 결과, 분해 시간이 증가함에 따라 저분자의 피크가 크게 증가하여 효소 반응 시간이 증가할수록 분해가 진행되었다. 효소분해되지 않은 메밀껍질의 수용성 식품섬유에 비해 효소분해에 의해 생산된 식품섬유소의 산화방지 활성이 높게 나타났으며, 대조군에 비해 높은 포도당 및 담즙산 흡수 지연효과를 보였다. 따라서 메밀껍질로부터 생산된 수용성 식품섬유소는 산화방지를 비롯한 포도당 및 콜레스테롤의 흡수저하 효과를 가진 건강기능식품 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국식품과학회지
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• 제48권3호
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• pp.201-207
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• 2016

메밀껍질은 메밀 알곡보다 유효성분이 많음에도 불구하고 식품학적 가치가 떨어져 대부분 폐기되고 있다. 따라서 이를 기능성 식품소재로 활용하기 위해 효소분해하여 기능성 올리고당을 생산하고 이들의 특성을 분석하였다. 올리고당 생산을 위한 최적 가수분해조건은 셀룰로스 분획의 경우 pH 5.0, $40^{\circ}C$, 기질농도 4%로 결정되었으며, 헤미셀룰로스 분획은 pH 5.0, $40^{\circ}C$, 30 unit으로 결정되었다. 최적 분해조건을 이용하여 72시간 효소분해 후 얻은 올리고당의 생산량을 측정한 결과, 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획으로부터 얻은 올리고당의 수율은 각각 132.37 g/kg 및 393.04 g/kg이었다. 또한 각 분획의 올리고당 함량을 측정한 결과, 포도당, 자일로스, xylobiose, xylotriose, cellobiose 및 cellotriose가 검출되었다. 올리고당(OSC, OSH)의 산화방지 활성을 측정한 결과, OSC는 분해시간이 증가할수록 산화방지 활성은 감소한 반면 OSH는 증가하였다. 또한 메밀껍질로부터 생산된 올리고당 첨가 시, 모든 비피더스 균주의 생육이 control에 비해 증가하여 프리 바이오틱 효과가 있음을 알 수 있었다. 이상의 연구결과, 효소분해에 의해 메밀껍질로부터 올리고당을 생산할 수 있었으며, 산화방지와 프리바이오틱 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 목적에 따라 효소의 처리시간 및 방법을 다양화한다면 기능성식품으로의 활용이 더 높아질 것으로 예상된다.

• 생명과학회지
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• 제23권11호
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• pp.1365-1370
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• 2013

약 염기성 이온교환 수지에 cellulase를 고정화하였고 고정화 cellulase는 흡착 특성이 Langmuir 흡착 등온선을 잘 따랐다. pH와 온도에 대한 효소 활성은 고정화 효소가 우수한 특성을 보였다. 열에 대한 효소 활성은 1차식으로 감소하였고 고정화 효소가 자유 효소에 비해 열 안정성이 우수하였다. 초기 속도법을 통해서 자유 효소와 고정화 효소의 Michaelis-Menten 속도 상수를 결정하였고 속도상수 Km은 고정화 효소가 큰 값을 나타내었다. 충진층 반응기에서 셀룰로스의 전환 공정을 재순환에 의해 측정하였다. 투입되는 셀룰로스의 유량 변화에 대한 셀룰로스의 변환을 연속 공정에서 조사하였다. 장기 운전의 성능을 평가하기 위해 7일 통한 연속공정을 실시하였고 고정화 효소는 48%의 활성을 유지하였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제40권3호
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• pp.147-155
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• 2012

본 연구에서는 스위치그라스를 바이오에탄올 생산용 바이오매스로 선정하여 팝핑 전처리, 효소가수분해 및 발효 과정을 거쳐 바이오 에탄올의 생산 가능성을 조사하였다. 팝핑 전처리 된 스위치그라스에 효소를 처리하여 가수분해 한 결과 95% 이상의 효소 가수분해 효율을 보였고, 가수분해 후 생성된 당화액을 효모(Saccharomyces cerevisiae)로 발효하였을 때 생산된 바이오에탄올의 수율은 89.6%에 이르렀다. 팝핑 전처리 후 바이오매스의 글루코스와 자일로스의 함량은 각각 40.8%와 20.3%로 나타나 전처리 후 글루코스 함량에는 큰 변화가 없었으나, 자일로스의 함량이 4.7% 감소하는 것으로 보아 헤미셀룰로스 영역이 전처리 과정에서 제거된 것으로 보인다. 또한, 주사형 전자현미경 결과에 의하면 전처리 전에는 스위치그라스 표면이 비교적 매끈하고, 입방체 모양을 이루고 있었으나, 전처리 후에는 섬유가 각각 분리되어 있었으며 표면에 많은 미세공극이 생겨난 것을 관찰할 수 있었다. 그러므로 팝핑 전처리는 스위치그라스 시료의 셀룰로스 노출면적을 넓혀주는 역할을 하여 셀룰레이즈 효소의 접근성을 높여 효소 당화 효율을 증대시키는 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.112.1-112.1
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• 2011

쌀을 주식으로 하는 우리나라의 여건상 연간 추정치로 싸라기 약 12만톤, 미강 약 49만톤, 왕겨 약 79만톤의 벼 도정 부산물이 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼 도정 부산물 중 비식량 자원인 왕겨를 대상으로 고효율 효소 당화를 위한 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 왕겨 원시료의 초기 조성은 셀룰로스 34.5%, 헤미셀룰로스 20.5%, 리그닌 25.3%, 회분 14.6%로 나타났는데, 억새 등 초본계 바이오매스와 비교하여 특이하게 높은 성분은 회분으로 이는 벼에 대한 규산질 비료의 시용에서 기인한 것이다. 바이오매스 전처리에 많이 사용되는 암모니아, 희황산 용매와 규산염에 침식성을 가지는 가성소다 용매를 이용하여 각 용매별 단독 및 알칼리-산 복합 처리 하였을 때 효소 가수분해 효율, 고상시료 성분변화 등을 상호 비교하였다. 예비실험을 통하여 암모니아 처리조건은 15%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 가성소다 처리조건은 1.5%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 희황산 처리조건은 1.0%(w/w) $150^{\circ}C$ 10분으로 설정하였다. 암모니아 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율은 각각 37.8%, 39.1%, 42.8%로 약 40%선에서 큰 차이가 없었다. 반면 가성소다 단독, 가성소다-희황산 복합 처리시료의 효소 가수분해 효율은 각각 62.7%, 82.8%로 나타나 앞선 3가지 처리방법 대비 50%, 100%에 가까운 효소 가수분해 효율 향상을 보였다. 이 때 전처리 고상시료의 성분 변화를 살펴보면 회분 함량에서 큰 차이를 보였는데 암모니아 단독, 가성소다 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합, 가성소다-희황산 복합 처리에서 각각 47.8%, 77.1%, 43.5%, 55.8%, 94.7%의 회분 성분 기각률(rejection rate)을 나타냈다. 이는 왕겨 효소 가수분해 효율의 최대 저해요인이 회분임을 추정할 수 있다. 왕겨 전처리 알칼리 용매는 암모니아보다 가성소다가 더 효과적이었고 희황산 복합 처리시 그 효과가 크게 상승하였다. 따라서 규산염(회분) 함량이 높은 바이오매스는 고온 고압 조건에서 가성소다 용액으로 처리한 후 그 고상분을 희황산 용액으로 복합 처리하는 시스템이 효소 당화 증진에 매우 유리함을 확인하였다.

• 한국식품과학회지
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• 제50권3호
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• pp.292-296
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• 2018

당근에 4종의 각기 다른 전처리, 즉 무처리(R), 열처리(H), 열처리 후 냉동해동(HFT), 열처리 후 냉동건조(HFD)한 후 셀룰로스 가수분해 효소용액에 침지하면서 효소에 의한 연화효과를 비교하였다. 당근 연화에 사용된 셀룰로스 가수분해 효소의 활성은 1500 U/mL로 측정되었으며 시료 처리 6시간까지 활성이 일정하게 유지되었다. H 시료의 경도는 무처리군에 비해 약 1/10 수준으로 감소하였고 HFT와 HFD는 약 93.2, 94.8% 감소하였다. 무처리군은 효소액에 침지 6시간이 지나도 경도의 유의미한 변화가 없었다. H 시료는 효소액 침지 3시간 후부터 유의적 경도 감소가 나타났으며 6시간 경과 후에는 효소처리 전과 비교하였을 때 약 58.3% 감소하였다. HFT처리군은 효소액 침지 1시간 경과 후부터 경도가 유의적으로 낮아졌으며 6시간 침지 후에는 효소 처리 전 경도의 약 1/5 수준으로 감소하였다. 가장 연화가 많이 된 처리군은 HFD로 무처리군의 경도와 비교했을 때 99.5%로 감소하는 연화효과를 보인다. 당근의 색도는 다양한 처리 시에도 크게 변하지 않으며 안정적인 처리가 가능하다고 보여진다. 전자현미경을 이용하여 당근의 조직을 관찰한 결과 전처리에 따라 미세구조의 변화가 확인되었는데, 6시간 효소용액에 침지된 HFT와 HFD처리군은 눈에 띄게 조직이 얇아지고 조직사이의 공극이 넓어지고, 크기도 커진 것으로 보아 전처리에 의해 미세구조가 변화되고 이로 인해 효소가 효과적으로 연화작용을 한 것으로 보여진다. 모든 실험군은 원물의 형태를 유지하였고 HFT시료는 효소액 침지 6시간 이후, HFD시료는 침지 3시간 이후 경도 $20,000N/m^2$의 "혀로 섭취 가능" 단계까지 연화되었으며 이는 외관상 숟가락의 둥근 면으로 살짝 눌렀을 때, 시료가 완전히 뭉개질 정도의 수준이었다.

• 생명과학회지
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• 제25권12호
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• pp.1450-1457
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• 2015

화석 연료의 고갈과 환경 문제를 극복하기 위하여 식물성 바이오매스를 이용한 바이오연료의 생산이 큰 주목을 받고 있는 가운데 화학적 전처리를 하지 않은 바이오매스를 직접 분해할 수 있는 그램 양성 초호열성 세균 Caldicellulosiruptor bescii에 대한 관심이 높아지고 있다. C. bescii는 식물 세포벽을 구성하는 셀룰로스, 헤미셀룰로스 등의 분해 뿐만 아니라 세포벽을 연결시켜주는 pectin도 효율적으로 분해할 수 있는데 최근 C. bescii의 genetic tool이 개발되면서 바이오매스 분해에 관여하는 효소의 특성 규명과 아울러 대사공학적 방법으로 바이오에탄올을 생산하는 통합바이오공정(consolidated bioprocessing; CBP)의 개발이 가능케 되었다. 본 총설에서는 초고온성 세균인 C. bescii를 이용한 식물성 바이오매스의 분해와 바이오에탄올의 생산에 대한 최신 연구결과를 소개하고 향후 전망에 대해 논하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제31권6호
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• pp.393-403
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• 2021

생체 내 변화에서 효소는 중요한 촉매이다. 효소의 안정성과 재사용성은 촉매 과정에서 중요한 요소이다. 적합한 기질에 효소 고정화는 특정 미세환경의 조성을 통해 효소 활동성을 높인다. 다양한 종류의 분리막이 각각의 생체적합성과 막 표면의 친수성/소수성 조절 용이도에 따라 기질로 사용되었다. 본 논문에서는 셀룰로스, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에테르설폰(PES) 고분자 분리막이 소개되고 토의되었다. 고정화 효소를 이용한 유기오염물의 생물적 분해는 제약 회사 및 섬유 회사 등에서 발생하는 오염물질을 친환경적으로 감소할 수 있는 방법이다. 효소 고정화 생물반응기(EMBR)로 기름의 가수분해를 제어할 수 있고 이를 통해 탄소 배출량 감소 및 환경오염을 줄일 수 있다. EMBR로 만들 수 있는 바이오에탄올과 바이오디젤은 화석 연료의 대체제이다.

• KSBB Journal
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• 제24권5호
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• pp.415-419
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• 2009

본 연구에서는 리그노셀룰로스 가수분해물과 유사한 조성을 갖는 합성 용액을 이용하여 무독화 실험을 진행하였다. 생물학적 무독화 방법으로는 peroxidase와 laccase와 같은 효소를 이용하였고, 이온교환과 흡착과 같은 물리화학적 방법으로는 이온교환수지와 활성탄을 이용하였다. 효소 중 peroxidase는 페놀계 화합물의 제거에 탁월한 효율을 보였으며, 5-HMF와 furfural은 활성탄에 의해 거의 모두 제거되었고, 아세트산은 음이온교환수지를 사용하는 것이 가장 효율적이었다. 활성탄과 이온교환수지는 다소간의 당손실을 일으켰다. 무독화 방법은 당화액에 포함되어 있는 저해물질의 조성을 고려하여 결정되어야 한다.