• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.251.1-251.1
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• 2010

바이오디젤은 동식물성 기름과 메탄올의 트랜스에스테르화 반응에 의해 생산되는 지방산메틸에스테르(FAME, fatty acid methyl esters)로서, 트랜스에스테르화 공정에는 KOH, NaOH, $NaOCH_3$등의 균질계 화학촉매를 이용한 방법, 무촉매 공정인 초임계 메탄올 이용 방법, 그리고 효소촉매를 이용한 방법이 있다. 초임계 공정은 에너지 소비와 장치비가 커서 경제성이 떨어지는 것으로 보고되며 화학촉매 공정은 반응 효율이 높다는 장점을 가지고 있지만, 반응 및 정제단계가 복잡하고 정제과정에 폐수를 발생시키는 문제점을 가지고 있다. 고정화 효소를 사용하는 효소 공정은 에너지 비용의 절감, 후 처리 공정의 단순화, 고 순도의 글리세롤을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 반응 속도가 느리고 효소 가격이 비싸다는 단점이 있어 현재까지 상업화되지 못하고 있다. 반응속도가 높고 재사용이 가능한 효소 촉매 공정 개발을 위해 본 연구에서는 Candida rugosa, Rizhopus oryzae 2종을 실리카에 동시 고정화하였다. 고정화 Lipase의 제조는 실리카겔을 과산화수소를 이용하여 전처리를 하고 Acetone과 3-APTES의 혼합용액을 첨가한 후 실리카겔과 (silanization)을 진행 하였다. 그리고 glutaraldehyde를 첨가 하여 공유 결합을 형성 한 후에 증류수를 사용하여 실리카겔을 회수하여 lipase(Rizhopus oryzae, Candida rugosa 10% 용액)를 고정화 하였다. 고정화 효소의 효소 활성을 측정한 결과 3000-3500 Unit(${\mu}mol/g{\cdot}min$)으로 측정되었다. 제조된 고정화 효소를 이용하여 Canola Oil을 바이오디젤로 전환하는 실험을 진행하였으며 생성물로부터 고정화 효소를 분리한 후에 상층의 에스테르층을 취하여 수세한 뒤 원심분리하여 FAME 함량을 측정한 결과 83%의 바이오디젤을 얻을 수 있었다. 그리고 효소 촉매 트랜스에스테르화 반응의 Enzyme, Water, Methanol 투입량의 반응 변수들에 대하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 적용하여 최적 반응조건을 도출하는 연구를 수행하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.2
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• pp.257-263
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• 2012

Biodiesel is a renewable energy which is nontoxic and acting as a replacement for conventional diesel which derived from fossil fuel. Classified biodiesel producing way such as acid, base, supercritical and enzyme methods, this study focused on eco-friendly production of biodiesel using supercritical and immobilized enzyme process. Assuming a plant with a production rate of 10,000 tons a year, a PRO II simulator program was used to simulate the product conversion rate and total energy consumption. The product conversion in supercritical process and immobilized enzyme was found to be 91.17% (including 0.9% glycerol) and 93.18% (including 1.0% glycerol) respectively. The result shows that the efficiency of immobilized enzyme process is higher compared to supercritical process but having lower end product purity. From the energy consumption point of view, supercritical process consume about 8.9 MW while immobilized enzyme process consume much lower energy which is 3.9 MW. Consequently, this study certifies that energy consumption of supercritical process is 2.3 times higher than immobilized enzyme process.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.471-471
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• 2005

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 2003.04a
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• pp.513-516
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• 2003

고체상 풀림과 재접힘 공정을 통해서 EK의 활성이 회복되어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 고정화 효소를 사용함으로써 기존의 액상반응에서 불가능한 효소의 재사용 문제를 해결할 수 있다. 친화도보다는 다중 공유결합을 통한 효소의 고정화가 효소의 활성 회복에 높은 안정성을 가질 수 있다고 예상한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.267-275
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• 2005

차세대 재생산성 에너지로 각광을 받고 있는 바이오디젤은 현재 주로 알칼리촉매를 이용하는 화학공정으로 생산하고 있으나 고에너지 요구성이며 대규모 생산시 폐수발생 등 환경오염 유발요인이 있기 때문에 친환경 생물공정의 필요성이 대두되고 있다. 생물촉매 리파제(lipase)를 이용하는 친환경 생물공정은 화학공정에 비해 다양한 장점을 제공하고 있으나 고가의 효소생산 비용문제로 실용화에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 저비용의 생물학적 바이오디젤 생산 시스템 구축을 위해 고활성의 효소 개발, 경제적 재조합 대량생산, 반복 재사용을 위한 효소고정화 등을 통해 고효율의 생산반응계를 개발하였다. 우선 바이오디젤 생산공정에 적합한 리파제로서 CalB(Lipase B of Candida antarctica)를 선택하고 분자 진화기술을 이용하여 효소활성을 17배 향상시킨 CalB14를 개발하였다. CalB14를 효모 발현시스템을 이용하여 경제적 대량생산하기 위해 단백질분비를 획기적으로 개선할 수 있는 맞춤형 분비융합합인자기술(TFP technology)을 이용하여 재조합 CalB를 2 grams/liter 수준으로 분비생산하였다. 생산된 효소를 반복 재사용이 가능하도록 다양한 레진에 고정화하였고 최적의 바이오디젤 전환반응용 고정화효소를 개발하였다. 고정화효소를 효율적으로 재사용하기 위해 바이오디젤 생산용 고정상반응기(packed-bed reactor)를 제작하였으며 기질을 12시간내에 95% 이상 바이오디젤로 수십회 이상 반복전환할 수 있는 경제적인 생물학적 바이오디젤 전환 시스템을 구축하였다.

• Korean Journal of Food Science and Technology
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• v.11 no.4
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• pp.249-257
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• 1979

Using the whole cell immobilized glucose isomerase which was prepared in the previous work (Korean J. Food Sci. & Technol., 11(3), 192 (1979), the specific activity of the immobilized enzyme was 48.1 units in the batch reaction system and 114 units in the continuous reaction system per g of matrix, respectively. In the continuous reactor the voidity was 0.36, which was suitable for the packed bed reactor. This immobilized enzyme showed a good operational stability of 115 days of half life which was sufficient for the continuous operation. The experimental result showed that 55 % of the substrate was converted to the product in the packed bed reactor. The productivity was dependent on the flow rate, column geometry, enzyme loading, and substrate concentration. An intrapaticle diffusion was observed by the effectiveness factor of 0.75 and interparticle diffusion by the decrease of Km' with increasing the superficial velocity.

• Journal of Life Science
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• v.23 no.11
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• pp.1365-1370
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• 2013

Immobilized cellulase on weak ion exchange resin showed a typical Langmuir adsorption isotherm. Immobilized cellulase had better stability with respect to pH and temperature than free cellulase. Kinetics of thermal inactivation on free and immobilized cellulase followed first order rate, and immobilized cellulase had a longer half-life than free cellulase. The initial rate method was used to characterize the kinetic parameters of free and immobilized enzyme. The Michaelis-Menten constant $K_m$ was higher for the immobilized enzyme than it was for the free enzyme. The effect of the recirculation rate on cellulose degradation was studied in a recycling packed-bed reactor. In a continuous packed-bed reactor, the increasing flow rate of cellulose decreased the conversion efficiency of cellulose at different input lactose concentrations. Continuous operation for five days was conducted to investigate the stability of long term operation. The retained activity of the immobilized enzymes was 48% after seven days of operation.

• Journal of Life Science
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• v.17 no.9 s.89
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• pp.1260-1265
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• 2007

Magnetically separable enzyme-coated nanofibers were developed for the hydrolysis of starch. Stability of ${\alpha}-amylase-coated$ nanofiber was greatly improved and its residual activity was maintained over 92.7% after 32 days incubation at room temperature and under shaking conditions (200 rpm). The recovery of enzyme was high and enzyme activity after 10 recycle was 95.2% of its original activity. Developed enzyme-coated nanofibers were used for the hydrolysis of starch. When 0.5 mg of magnetically separable enzyme nanofibers was used, 40 g/l of starch (2 ml) was completely degraded within 40 min. The continuous enzyme reactor was developed and used for starch hydrolysis and 76% of starch (30 g/l) was hydrolyzed with 1 hr residence time.

• Journal of Life Science
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• v.20 no.11
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• pp.1656-1661
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• 2010

Alkaline protease for the hydrolysis of egg yolk protein was immobilized on five carriers - Duolite A568, Celite R640, Dowex-1, Dowex 50W and Silica gel R60. Duolite A568 showed a maximum immobilization yield of 24.7%. Optimum pH for the free and immobilized enzyme was pH 8 and 9, respectively. However, no change was observed in optimum temperature ($50^{\circ}C$). Thermal stability was observed in immobilized enzymes compared to free enzymes. The immobilized enzyme retained 86% activity after 10 cycle operations in a repeated batch process. The effect of flow rate on the stability of enzyme activity in continuous packed-bed reactor was investigated. Lowering flow rate increased the stability of the immobilized enzyme. After 96 hr of continuous operation in a packed-bed reactor, the immobilized enzyme retained 83 and 61% activity when casein and egg yolk were used as a raw materials, respectively.

• Food Industry And Nutrition
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• v.2 no.1
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• pp.7-9
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• 1997

내열설 미생물, Thermus caldophilus CK24에 대한 탄수화물 생합성을 연구하는 과정에서 다양한 탄수화물 관련효소를 탐색하고 그레 대한 생화학적 및 분자생물학적 연구를 수행하고 있다. 일차로 내열성 미생물내 1) 당핵산염 합성효소와 당전이 효소, 2) 탄수화물 대사효소. 3)탄수화물 분해 및 전환효소의 존재를 HPLC/Bio-LC분석을 통하여 확인하고 이들에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 연구발표에서는 포도당을 과당으로 전환하는 이성화효소(xylose isomerase), 그리고 맥아당을 트레할로스로 전환하는 트레할로스 합성효소(trehalose synthase)를 소개하고저 한다. 이성화효소는 이미 산업적 과당 생산에서 대규모적으로 사용되고 있는 식품산업효소이다. 본 연구에서는 Thermus caldophilus GK24, Thermus thermophilus HB8, Thermus flavus AT62 3종의 내열성 미생물에 대한 이성화효소 유전자를 클로닝 하고, 각 재조합하고 이성화효소를 대량생산하였다. 이 내열성 이성화효소는 최적 반응 온도가 8$0^{\circ}C$이고, 포도당을 과당으로 전환하는 수유른 55%이었다. 이러한 과당전환률은 이미 산업적으로 사용되고 있는 이성화효소의 과당전환률(43%)보다 훨씬 높은 것으로 과당 생산공정의 단순화의 생산성 향상에 결정적인 요인이라 할 수 있다. 한편 본 이성화효소의 산업적 특성을 증대하기 위하여 구조-기능관계 연구를 착수하였다. 우선 내열성 이산화 효소의 입체 구조를 결정하였고, 구조조정에 따른 기능적 특성을 조사하기 위하여 특정 위치의 선택적 변이 연구를 진행하고 있다. 끝으로 포도당 전이 효소를 추적하던 과정에서 맥아당을 트레할로스로 전환하는 새로운 효소를 Thermus caldo-philus GK24에서 발견하였다. 그 트레할로스 합성효소는 분자량이 약 110kDa이고 최적 반응온도가 75$^{\circ}C$이면, 조효소없이 맥아당을 트레할로스로 80%이상 전환해 주는 가역효소이었다. 본 연구에서는 효소반응의 조건과 특성을 조사하였고, 효소 아미노-밀단의 서열결정정보를 통하여 효소의 유전자를 클로닝 하고 그 유전자의 구조와 발현연구를 진행하고 있다.