• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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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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• 제50권2호
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• pp.257-263
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• 2012

바이오디젤은 화석연료인 경유의 대체에너지로써 비독성이고 재생 가능한 에너지이다. 바이오디젤생산방법은 크게 산 염기 초임계 효소방법으로 분류되는데 본 연구에서 친환경적으로 바이오디젤을 생산할 수 있는 초임계공정과 효소고정화공정에 대해 연구하였다. 연간 10,000톤의 바이오디젤을 생산하는 공정을 대상으로 PRO II 공정모사기를 통해 전환률과 에너지소비량을 알아보기 위한 공정모사를 실시하였다. 그 결과 초임계공정에서의 전환률은 91.17%(0.9% 글리세롤 포함), 효소고정화공정에서는 93.58%(1.0% 글리세롤 포함)로 나타났다. 이 결과는 효소고정화공정이 높은 전환률을 보였지만 바이오디젤의 순도는 초임계공정에서 높게 나타났음을 보여준다. 한편, 에너지소비량 측면에서 초임계공정과 효소고정화공정이 각각 8.9, 3.9MW를 나타났다. 즉, 초임계 공정이 효소고정화공정에 비하여 2.3배 많은 에너지를 소모한다는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.471-471
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• 2005

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2003년도 생물공학의 동향(XII)
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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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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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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.

• 한국식품과학회지
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• 제11권4호
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• pp.249-257
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• 1979

전보에서 저자들을 물리적 견고성이 우수한 포도당 이성화 효소를 세포 고정화 시킨 제품을 얻었다.(한국 식품 과학 회지, 11(No. 3), 192(1979). 이 효소 제품을 사용하여 실험실 조건에서 회분식 반응조와 충진식 반응조를 운영하여 효소의 반응 특성과 생산성, 활성 감소 현상을 비교 하였다. 본 고정화 효소의 비활성 역가는 회분식 반응조와 충진식 반응조에서 1 g당 각각 48 및 114 units였으며 연속적인 공정에서 더 높은 생산성과 이성화율을 보였다. 효소의 생산성은 체장 시간, 기질의 농도, 효소 부하율(附荷率) 및 반응조의 외형에 영향을 받았으며 충진 밀도가 450 g/l일 때 실제 공간율은 0.36이었으며 비교적 좋은 충진 현상을 보였다. 연속 공정중 효소의 활성 감퇴 현상을 고찰하기 위하여 2.5 M 포도당 용액을 체장 시간이 5.3시간이 되도록 약 220시간 동안 반응시켜 본 결과, 효소 활성 감퇴 곡선은 일차 반응을 따르며 활성 반감기는 115일로 연속 공정에 이용 가능함을 알았다. 이 고정화 효소 제품은 물리적 안정성이 높은 반면 물질 전달 계수가 반응 속도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 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.

• 생명과학회지
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• 제17권9호통권89호
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• pp.1260-1265
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• 2007

자석으로 분리가 가능한 ${\alpha}-Amylase$가 코팅된 나노고분자를 제조하여 녹말의 분해공정에 활용하였다. 본 연구에서 개발된 고정화 효소의 안정성은 크게 증가하여 상온에서 200rpm으로 교반하면서 보관한 경우 30일 동안에 92.7%의 활성도를 유지하였다 . 고정화 효소를 자석을 이용하여 재사용한 경우 10 회 동안 사용했을 경우 95.2%의 활성도 회수율을 보 여 효소의 재사용 가능성을 확인시켜 주었다 . 고정화 효소 0.5mg을 사용하여 녹말 분해 공정 에 활용하였을 때 2 ml의 40 g/l 녹말 용액을 40분만에 완전히 분해 시켰다, 이러한 고정화 효소를 사용하여 연속 효소반응기를 개발하여 녹말 분해공정에 활용한 결과 체류시간을 1시간으로 하였을 때 녹말 30 g/l를 76% 분해시켜 산업적으로 활용 가능성을 보여 주었다.

• 생명과학회지
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• 제20권11호
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• pp.1656-1661
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• 2010

난황단백질 가수분해를 위한 알칼리성 단백질분해효소를 5가지 담체 Duolite A568, Celite R640, Dowex-1, Dowex 50W 그리고 Silica gel R60 에 고정화하였다. Duolite A568의 경우에 24.7%의 최대 고정화 효율을 나타내었다. 자유 효소와 고정화 효소에 대한 최적의 pH는 각각 8과 9였고, 최적의 pH는 고정화에 의해 염기성으로 1만큼 증가하였다. 그러나 최적 온도는 자유 효소와 고정화 효소 모두 $50^{\circ}C$로 같았다. 고정화 효소가 자유 효소에 비해 높은 열 안정성을 보였다. 재사용 회분식 공정에서 10 cycle 동안 효소활성은 초기 활성의 86%를 유지하였다. 연속 공정을 위한 충진층 반응기에서 여러 유속에 대한 장기 조업에서 효소 활성의 안정성 평가하였는데 낮은 유속일수록 높은 활성을 유지하였다. 연속 조업에서 casein과 난황 단백질을 사용하여 원료에 대한 고정화 효소의 활성에 대한 영향을 조사하였다. 96시간 연속 조업에서 casein의 경우는 초기 활성의 83%를 유지하였고 난황 단백질의 경우는 초기 활성의 61%를 유지하였다.

• 식품산업과 영양
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• 제2권1호
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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.