Goldratt박사에 의해 제창된 TOC(Theory of Constraints)는 제약조건을 찾아 개선시켜 없애고 시스템 심과를 높일 수 있는 방안을 찾는 제약이론이다. 생산공정을 포함한 모든 분야에서 제약이란 없을 수가 없다. 따라서 기존의 MRP나 PERT/CPM과 같은 무한 자원 스케줄링으로는 예상하지 못한 문제가 도출될 수 밖에 없는 한계를 제약공정의 자원능력이 유한하다는 가정에서 출발하는 제약이론으로 자원활용의 최적화를 도모할 수 있다. 본 논문에서는 TOC와 많은 유사점을 가지고 있는 생산시스템인 JIT와 비교하여 아직 국내에는 활발한 연구가 이루어지고 있지 않은 TOC를 기반으로 최적 생산시스템을 연구하고자 한다.
Lactobacillus brevis BH-21의 균체를 고정화하여 column형 reactor를 이용하여 $\gamma$-aminobutyric acid의 연속적 생산을 검토하였다. Lactobacillus brevis BH-21에 의한 $\gamma$-aminobutyric acid 생산조건은 고정화 담체로는 3.0% sodium alginate가 좋았고 직경 2.2 mm의 bead를 사용하여 기질의 주입속도는 10 mL/h이 최적 조건이었다. Lactobacillus brevis BH-21의 고정화 균체와 유리 균체를 사용하여 $\gamma$-aminobutyric acid의 생산을 최적 조건하에서 1, 2, 3, 및 4차 발효 동안 48시간마다 신선한 기질을 주입하면서 비교ㆍ조사한 결과 고정화 균체를 사용 시에 생산량이 더 많았다. Column형 reactor에 의한 연속 발효 시 발효 25일까지 생산이 우수하였고 발효 30일까지는 $\gamma$-aminobutyric acid를 생산할 수 있었다.
고 함량 이소플라본 생산을 위한 대두의 침지, 발아조건 및 청국장 발효 최적조건을 찾기 위해 반응표면분석법을 사용하였다. 대두의 침지와 발아조건은 대두를 25.6$^{\circ}C$에서 7 hr 침지 후 29.1$^{\circ}C$에서 42.4 hr 발아 시 이소플라본 함량이 가장 높게 측정이 되었다. 또한 고함량 이소플라본을 얻기위한 청국장 발효 최적 조건은 온도 39.96$^{\circ}C$, 접종량 1.32%, 42.4 hr 이었다. 최적조건에서의 이소플라본 함량은 2,544 ppm으로 대조구(1,960 ppm)보다 약 1.3 배 향상되었다.
상품성이 떨어지는 감자의 효율적 활용을 위하여 감자식포 제조공정을 반응표면분석에 의해 최적화하였다. 품질이 일정하고 단기간에 대량생산이 가능한 발효조건을 확립하기 위하여 반응표면분석으로 식초 제조조건 설정을 위해 알콜 발효와 초산발효 2단계로 구분하여 모니터링하였다. 그 결과 1단계 알콜발효에서 알콜함량이 최대치를 나타내는 조건은 감자에 대한 백분율로 첨가한 가수량 241.35%(v/w), 교반속도 8.05 rpm 및 발효시간 34.81 hr으로 나타났다. 알콜발효에서 알콜함량에 대한 최적조건으로 알콜발효 후 2단계로 초산발효를 행하여 초산발효조건을 예측하였다. 그 결과 총산이 최대치를 나타내는 조건은 교반속도 169.89 rpm 및 발효시간 285.12 hr로 나타났다. 최적조건에서 예측된 알콜발효 및 초산발효의 결과는 최적조건에서 실제 발효를 행한 결과와 유사하였다.
요구되는 접착력과 그라프트율을 만족시킬 수 있는 변성폴리프로필렌의 제조 기술 확립을 목표로 변성폴리프로필렌의 최적 합성을 위한 과산화물, 변성폴리프로필렌의 최적 합성을 위한 촉매 및 반응몰비, 변성폴리프로필렌의 최적 합성을 위한 반응온도, 반응시간 확립을 통한 변성 PP 제조기술을 개발하였으며, $90{\Phi}$ extruder에서 상업 생산을 위한 공정 제어 기술 확립과 접착력과 그라프트율 등을 나타내는 변성폴리프로필렌의 최적 합성 조건 확립을 통한 폴리프로필렌 엘라스토머 복합수지용은 물론 강관 코팅용, 시트 및 필름용 등의 변성 폴리프로필렌 제조기술을 개발하였다. 이들 변성 PP를 활용하여 매트릭스 및 필러, 분산 조건 변경 시험, 엘라스토머 폴리프로필렌 컴파운드 최적 분산 조건 확립, 엘라스토머 폴리프로필렌 컴파운드 pilot 생산 및 제품 분석을 통하여 초고강성 범퍼, 룸미러 케이스 소재, 인패널, 도어용으로 사용될 수 있는 자동차 부품용 폴리프로필렌 복합수지 개발을 완료하였다.
인삼전분으로부터 기능성 말토올리고당을 생산하기 위하여 인삼전분에 대한 말토 올리고당 생산 최적조건을 검토하고 이들을 정제 한 후 물리화학적 특성과 장내 유용 세균에 대한 생육효과를 조사하였다. Amano-A amylase를 사용하였을 때 glucose가 4개 이상 결합된 말토 올리고당이 많이 생성되어 최적 효소로 선정하였고, 이 효소를 이용한 말토 올리고당 생산 최적조건은 인삼전분 10%, 효소 첨가 농도 50 unit/g 전분 과 반응시간 24시간이었다. 인삼전분을 효소분해하여 생산하고 carbon-celite로 정제한 말토올리고당의 점도와 보수력은 각각 37.7 cps(20。C)와 110%(75%상대습도)로 설탕에 비하여 높았으며, 감미도는 설탕의 25.6% 이었다. 또한 생산된 말토올리고당은 장내 유용세균인 Biflidobacterium infantis의 생육을 촉진시켰다
본 연구의 목적은 통계학적 방법을 사용하여 해양미생물 Cellulophaga lytica LBH-14가 생산하는 cellobiase의 생산조건을 확립하는 것이었다. 이 균주의 생육에 최적인 미강, ammonium chloride 및 배지의 초기 pH는 100.0 g/l, 5.00 g/l 및 7.0이었으나, 이 균주가 생산하는 cellobiase의 생산에 최적인 조건은 각각 91.1 g/l, 9.02 g/l 및 6.6이었다. 이 균주의 생육에 최적인 $K_2HPO_4$, NaCl, $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ 및 $(NH_4)_2SO_4$ 등과 같은 배지의 염농도는 각각 6.25, 0.62, 0.28 및 0.73 g/l이었으나, cellobiase 생산에 최적인 염들의 농도는 각각 4.46, 0.36, 0.27 및 0.73 g/l이었다. 또한, 균체의 생육 및 cellobiase의 생산에 최적인 온도는 각각 35 및 $25^{\circ}C$이었다. 플라스크 규모에서 최적화한 조건으로 파이롯트 규모의 생물배양기에서 cellobiase를 생산한 결과, 이 균주가 생산하는 cellobiase의 생산성은 92.3 U/ml이었으며, 이는 최적화하기 전에 비하여 5.4배 향상된 것 이었다. 본 연구를 통하여 쌀 도정공정의 부산물인 미강 및 ammonium chloride를 cellobiase를 생산하는 기질로 개발하였으며 해양 미생물을 사용하여 cellobiase의 생산기간을 7일에서 3일로 단축시켰다. 또한, 본 연구를 통하여 C. lytica LBH-14가 생산하는 cellobiase의 최적 생산조건은 이 균주가 생산하는 CMCase의 최적 생산조건과 다르다는 사실을 확인하였다.
국내 부존자원인 inulin을 이용하여 fructose syrup 또는 oligosacharide를 생산한는 효소를 발굴하기 위하여 전국적으로 토양 등 시료를 채취하여 inulinase 생성 미생물을 분리하였으며 inulinase 활성이 높은 96-1 균주를 동정한 결과 그람 양성균인 Arthrobacter protophormiae/ramosus인 것으로 잠정 동정되었다 Inulinase 생산을 위한 최적 배지는 무기염류 기초배지에 각 1%(w/v)의 inulin tryptone. $NH_4Cl$이 함유된 배지였으며 퇴적 발효조건은 $35^{\circ}C$초기 pH 7.5 통기량 1vvm 교반속도 200rpm이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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