• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.782-786
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• 2009

Thiocapsa roseopersicina NCIB 8347은 purple sulfur bacteria이며 광합성종속영양 조건에서는 nitrogenase 효소계가 유도되어 질소를 고정하며, 수소를 발생한다. 또한 광합성독립영양 조건에서는 hydrogenase 효소계가 유도되어 3~4개 종류의 특성이 다른 hydrogenase가 membrane에 결합되어 있거나, cytoplasma에 존재하며, 이 중의 일부는 산소농도와 온도의 상승에도 비교적 안정하다. 본 연구에서는 T. roseopersicina NCIB 8347이 광합성종속영양 조건에서 수소를 생산할 수 있는 제반 배양조건을 최적화하고, nitrogenase와 일부 hydrogenase역가를 측정하여 purple non-sulfur bacteria, Rhodobacter sphaeroides KD131의 nitrogenase와 비교하여 수소생산을 최적화하였다. 할로겐램프를 8-9 $Klux/m^2$로 조사할 때와 배양온도 $26{\sim}30^{\circ}C$, 배양시간 72시간에서 균체 성장과 수소생산이 가장 높았다. T. roseopersicina NCIB 8347는 광합성 독립영양, 종속영양 조건에서 모두 성장 할 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.371-378
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• 2006

Effect of $(NH_4)_2SO_4$ precipitation and heat-treatment on hydrogenase which was extracted from the cytoplasmic fraction of the phototrophic purple sulfur bacterium Thiocapsa roseopersicina NCIB 8347 was studied. Crude enzyme extract was prepared by centrifugation($28,000{\times}g$, $400,000{\times}g$) after sonication of cells grown under photosynthetic condition for 96 hrs. Various conditions of $(NH_4)_2SO_4$ precipitation and heat-treatment were examined and the effect of protein concentration was analyzed by SDS-electrophoresis between the treatments. Optimum conditions for $(NH_4)_2SO_4$ precipitation and heat-treatment for evolution hydrogenase activity were 40-60% saturation and $60^{\circ}C$ for 20 min, respectively, which exhibited the specific hydrogenase activity of 0.78 U/mg-protein. Specific hydrogenase activity was decreased to 31.6% when the heat-treatment at $60^{\circ}C$ increased from 20 min to 5 hrs.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.219-228
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• 2005

Fermentative strict anaerobic bacterium, Clostricium butyricum NCIB 9576 (Cl. butyricum) and purple sulfur phototrophic bacterium, Thiocapsa roseopersicina NCIB 8347 (T. roseopersicina) were compared on their temperature and oxygen stabilities of cytoplasmic hydrogenases. Cell growth phase and the specific activities of evolution $H_2ase$ were related for both strains, exhibiting the highest cytoplasmic $H_2ase$ activities during the logarithmic growth phases which were 4 and 18 hrs after the incubation for Cl. butyricum and T. roseopersicina, respectively. The optimum temperatures for the growth of Cl. butyricum and T. roseopersicina were 37$^{\circ}C$ and 27$^{\circ}C$, respectively, while those for $H_2$ evolution of cytoplsmic hydrogenases prepared from Cl. butyricum ($C-H_2ase$) and T. roseopersicina ($T-H_2ase$) were 45$^{\circ}C$ and 65$^{\circ}C$, respectively. $T-H_2ase$ was more thermo-stable than $C-H_2ase$. $T-H_2ase$ retained its full activity for 5 hrs at 50$^{\circ}C$ and retained 90% of its original activity for 5 hrs at 60$^{\circ}C$, however, $C-H_2ase$ lost its activity drastically at 50$^{\circ}C$. The optimum pHs for $H_2$ oxidation of $C-H_2ase$ and $T-H_2ase$ were 9.0 and 7.5 respectively. The both enzymes showed maximum $H_2$ evolution activity at pH 7.0. Under the aerobic condition, 80% of $T-H_2ase$ activity was retained for 10 hrs at 30$^{\circ}C$, and 50% of activity was still remained after 6 days at the same experimental conditions. But the $C-H_2ase$ was labile to oxygen and lost its activity immediately after the exposure to air.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.124-131
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• 2008

Crude cytoplasmic fraction of phototrophic purple sulfur bacterium, Thiocapsa roseopersicina NCIB 8347, were initially prepared and purified by sonication, ultracentrifugation, ammonium sulfate fractionation and heat-treatment and it has been previously reported. Using various applications of chromatography far the purification of membrane-bound and soluble hydrogenases from heat-treated enzyme fraction were studied at present report. When the heat-treated enzyme preparation was applied to the anion column chromatography using Q-sepharose, Fraction I and II, which were extracted with the KCl 0-0.5 M gradient, showed the specific evolution hydrogenase activity 3.86 and 2.27 U/mg-protein respectively. Specific hydrogenase activitys of Fraction I and II were further increased to 4.35 and 7.46 U/mg-protein for Fraction I and to 2.49 and 4.41 U/mg-protein fur Fraction II respectively, when hydrophobic interaction column, Phenyl superose, and anion exchange column, Mono-Q, were applied. Size exclusion chromatography using superdex 200 concentrated the hydrogenase Fraction I and II to 9.19 and 7.84 U/mg-protein respectively at the final step of purification.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.413-417
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• 2005

홍색유황세균, Thiocapsa roseopersicina가 광합성 종속영양상태에서 수소를 생산하기 위한 여러 가지 인자 중에서 광원, 광세기, 배양온도의 영향을 실험하였다. 또한 균체의 성장곡선과 아울러 수소 생산과 소비에 영향을 주는 효소 역가의 변화를 측정하였다. 할로겐등과 형광등을 사용하여 균체성장과 수소생산을 관찰한 결과 배양 48시간 만에 균체성장은 할로겐등과 형광등을 $7.5{\sim}10$ klux로 조사할 때 각각 1.38 및 1.41 g-DCW/L로 가장 높은 균체 성장을 보였고, 수소생산성은 할로겐등과 형광등 10 klux일 때 각각 0.90 및 0.48 $ml-H_2/mg$-dcw를 보여 할로겐등 10 klux일 때 가장 높은 수소생산성을 보였다. 최적 수소생산 온도는 $26^{\circ}C$이었고, $30^{\circ}C$ 이상에서는 수소생산이 감소하였다. $30^{\circ}C$에서 할로겐 램프로 $8{\sim}9$ klux를 조사하면서 photoheterotrophic 조건으로 배양할 때 T. roseopersicina NCIB 8347 세대시간은 약 4.2시간이었다. 수소는 성장대수기 중간인 18시간부터 발생하여 succinate가 모두 소비되는 45시간까지 발생하였고, 그 이후는 더 이상 생산되지 않았다. 그러나 배양시간이 연장되면서 발생한 수소는 시간이 경과함에 따라 감소하였다. 또한 본 배양 조건에서 발생한 수소생산은 nitrogenase에 의한 것으로 사료되었다.