• Journal of Animal Science and Technology
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• 제62권1호
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• pp.1-13
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• 2020

This study was designed to evaluate the in vitro and in vivo effects of reductive acetogens isolated from ruminants on methane mitigation, and milk performance, respectively. Four acetogens, Proteiniphilum acetatigenes DA02, P. acetatigenes GA01, Alkaliphilus crotonatoxidans GA02, and P. acetatigenes GA03 strains were isolated from ruminants and used in in vitro experiment. A control (without acetogen) and a positive group (with Eubacterium limosum ATCC 8486) were also included in in vitro experiment. Based on higher acetate as well as lower methane producing ability in in vitro trial, P. acetatigenes GA03 was used as inoculum for in vivo experiment. Holstein dairy cows (n = 14) were divided into two groups viz. control (without) and GA03 group (diet supplied with P. acetatigenes GA03 at a feed rate of 1% supplementation). Milk performance and blood parameters were checked for both groups. In in vitro, the total volatile fatty acids and acetate production were higher (p < 0.05) in all 4 isolated acetogens than the control and positive treatment. Also, all acetogens significantly lowered (p < 0.05) methane production in comparison to positive and control groups however, GA03 had the lowest (p < 0.05) methane production among 4 isolates. In in vivo, the rate of milk yield reduction was higher (p < 0.05) in the control than GA03 treated group (5.07 vs 2.4 kg). Similarly, the decrease in milk fat was also higher in control (0.14% vs 0.09%) than treatment. The somatic cell counts (SCC; ×10³/mL) was decreased from 128.43 to 107.00 in acetogen treated group however, increased in control from 138.14 to 395.71. In addition, GA03 increased blood glucose and decreased non-esterified fatty acids. Our results suggest that the isolated acetogens have the potential for in vitro methane reduction and P. acetatigenes GA03 strain could be a candidate probiotic strain for improving milk yield and milk fat in lactating cows with lowering SCCs.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제25권1호
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• pp.1-8
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• 1997

Carbon monoxide (CO)-utilizing acetogens were enriched and KIST612 isolated from anaerobic digester fluid was selected for its abilities to tolerate high CO and acetate concentration. The isolate KIST612 was identified as Eubacterium limosum based on the morphological and biochemical characteristics, G+C content of DNA and 16S rRNA sequence analysis. E. limosum KIST612 produced acetate and butyrate from CO. The optimum temperature and pH for the growth and acids formations were 37$\cdot $C and 7.0, respectively. The growth rate and acids productivity of E. limosum KIST612 were higher than those of any other known acetogens when CO was used as the sole energy and carbon source.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권5호
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• pp.668-673
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• 2012

Biohydrogen production from organic wastewater by anaerobically activated sludge fermentation has already been extensively investigated, and it is known that hydrogen can be produced by glucose fermentation through three metabolic pathways, including the oxidative decarboxylation of pyruvic acid to acetyl-CoA, oxidation of NADH to $NAD^+$, and acetogenesis by hydrogen-producing acetogens. However, the exact or dominant pathways of hydrogen production in the anaerobically activated sludge fermentation process have not yet been identified. Thus, a continuous stirred-tank reactor (CSTR) was introduced and a specifically acclimated acidogenic fermentative microflora obtained under certain operation conditions. The hydrogen production activity and potential hydrogen-producing pathways in the acidogenic fermentative microflora were then investigated using batch cultures in Erlenmeyer flasks with a working volume of 500 ml. Based on an initial glucose concentration of 10 g/l, pH 6.0, and a biomass of 1.01 g/l of a mixed liquid volatile suspended solid (MLVSS), 247.7 ml of hydrogen was obtained after a 68 h cultivation period at $35{\pm}1^{\circ}C$. Further tests indicated that 69% of the hydrogen was produced from the oxidative decarboxylation of pyruvic acid, whereas the remaining 31% was from the oxidation of NADH to $NAD^+$. There were no hydrogen-producing acetogens or they were unable to work effectively in the anaerobically activated sludge with a hydraulic retention time (HRT) of less than 8 h.

• 한국물환경학회지
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• 제23권6호
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• pp.993-997
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• 2007

The upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor can be effective for treating simple organic compounds containing high concentration of ammonia nitrogen. The chemical oxygen demand (COD) removal efficiency was about 80% at ammonia nitrogen concentration up to 6,000 mg-N/L. This result also showed that it would be possible to treat propionate effectively at free ammonia nitrogen concentration up to 724 mg-N/L if sufficient time was allowed for adaptation. However the specific methanogenic activity (SMA) of granule was lower than that of granule in the reactor with lower ammonia nitrogen concentration. At 8,000 mg-N/L, the inhibition of high ammonia concentration was observed with evidence of increase of the volatile suspended solids (VSS) concentration in the effluent. It might be ascribed to the decrease in the content of extracellular polymer (ECP), which resulted to the sloughing off of obligated proton-reducing acetogens and heterogenotrophic methanogens from the exterior of granular sludge. This caused a great portion of the finely sludge to be easily washed out. Therefore, failure to maintain the balance between these two groups of microorganism cause accumulation of the hydrogen partial pressure in the reactor, which could have inhibited the growth of acetate utilizing methanogens.

• 한국농공학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.1-6
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• 2009

Acetogen과 같은 일부 혐기성미생물은 소위 acetyl-CoA 경로에 의해 아세트산, 에탄올, 그리고 몇 가지 생화학 물질을 생산한다. 이 경로에서는 일산화탄소를 기질로 이용할 수 있다. 일산화탄소 이외에 수소가 이용될 수 있다. 즉 이들 미생물은 독립영양생물로서 이산화탄소와 태양광에너지를 이용하는 녹색식물과 비유될 수 있으며, 일산화탄소는 탄소원으로서 동시에 에너지원으로서 이용된다. 본 연구에서는 혐기성 소화액 중 아세트산을 생성하는 미생물이 존재한다고 가정하고, 일산화탄소와 수소가 주 가연성분인 합성가스를 공급하면 추가의 메탄이 생성가능성을 평가하였다. 혐기성 소화과정에서 발생되는 메탄은 주로 아세트산으로부터 만들어지므로 일산화탄소를 공급하는 경우 추가로 메탄이 생성될 것으로 추측할 수 있기 때문이다. 이를 확인하기 위하여 현재 운영중인 바이오가스 생산 설비로부터 얻은 혐기성 소화액을 생물반응조에 넣은 후, 합성가스를 순환-공급하여 가스 생산량의 변화 및 조성을 분석하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 일산화탄소만을 공급했을 때에는 이산화탄소의 생성으로 가스 생산량이 증가하였으나, 수소가 포함된 합성가스를 공급하였을 때에는 이산화탄소가 탄소원이로 소비되어 가스 저장도 내의 가스량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가스화공정에 으해 얻어지는 합성가스는 온도와 가스 조성을 고러할 때, 바이오가스 생산을 위한 혐기성 소화조와 연계하면 소화조의 가온에 필요한 열을 공급할 수 있고 바이오가스 중 이산화탄소 농도를 낮추어 발열량을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제14권3호
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• pp.126-137
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• 2006

고농도 암모니아성 질소를 함유한 프로피온산의 처리시 유기물과 입상슬러지의 거동을 평가하기 위하여 12개월간 상향류 혐기성 슬러지 블랭킷 (UASB) 반응조를 운전하였다. UASB 반응조의 경우 암모니아성 질소 농도 6000mg-N/L까지는 80%의 COD 제거가 가능하였다. 암모니아성 질소 농도를 고농도로 유지하는 경우 유출수의 프로피온산의 농도는 증가하였으나 초산 농도는 상대적으로 매우 낮게 유지되었다. 암모니아성 질소 농도 8000mg-N/L에서는 낮은 메탄 발생량에도 불구하고 유출수의 휘발성 현탁 고형물 농도가 증가하였으며, 이는 입상슬러지의 체외고분자 물질의 감소에 기인하는 것으로 판단된다. 개미산, 초산 및 프로피온산을 기질로 이용한 비메탄 활성도는 암모니아성 질소 농도 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 일반화된 비선형 모델을 이용하여 산정한 동력학적 상수값은 개미산, 초산 및 프로피온산을 기질로 사용한 경우 각각 3.279, 0.999 및 0.609로 나타났다. 비메탄 활성도에 50% 저해를 미치는 암모니아성 질소 농도는 개미산, 초산 및 프로피온산을 기질로 이용한 경우 각각 2666, 4778 및 5572mg-N/L로 나타나 수소 이용 메탄균의 저해가 가장 큰 것으로 나타났다. 입상슬러지는 대나무 모양(bamboo-shape form)의 methanothrix 형태의 미생물이 주종을 이루고 있으며, hydrogen-producing acetogens와 hydrogen-consuming methanogens이 존재하는 것으로 나타났다.

• 미생물학회지
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• 제52권2호
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• pp.157-165
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• 2016

침수된 논토양에서는 메탄생성균이 벼 줄기를 타고 올라오는 메탄을 생성하는 것으로 알려져 있고, 그래서 논토양은 대기 메탄의 인위적인 발생원 중 하나로 알려져 있다. 또한 (분뇨)거름을 사용하면 벼로부터 메탄 배출이 증가하는 것으로 연구 결과 알려져 있다. 어떠한 기작으로 (분뇨)거름이 메탄 배출을 증가시키는지 알아보기 위하여, 무기비료를 사용한 논토양(NPK)과 돈분뇨를 처리한 논토양(PIG)에서의 미생물의 메타게놈에 대해 비교분석을 수행하였다. 미생물군집 분류 분석 결과, 메탄생성균과 메탄영양균, 메틸영양균, 초산생성균(acetogen)이 NPK에서 보다 PIG에서 더 풍부하였다. 더욱이 BLAST 비교 분석 결과 탄수화물 대사 기능유전자가 PIG에 더 풍부하였다. 메탄 대사와 관련된 유전자 중에서 메틸-조효소-M-환원효소(mcrB/mcrD/mcrG)와 트리메틸아민-코리노이드 단백질 Co-메틸전달효소(mttB)가 PIG 시료에 더 풍부하였다. 그와는 상대적으로, 트리메틸아민 모노산소첨가효소(tmm)와 포스포세린/호모세린 인산전달효소(thrH) 같은 메탄 배출을 하향 조절하는 유전자는 NPK 시료에서 더 관찰되었다. 메탄영양과 관련된 유전자(pmoB/amoB/mxaJ)들 또한 PIG에서 더 풍부하게 발견되었다. 메탄 배출과 메탄 산화와 관련된 핵심 유전자들을 환경에서 확인함으로써, (분뇨)거름 사용에 의해 벼로부터 메탄 배출이 증가하는 기작에 대해 기초적인 정보를 얻을 수 있을 것이다. 본 연구에 제시된 내용을 통해 돈분료거름을 처리한 논토양 내 미생물의 분자적 변이를 알 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제12권1호
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• pp.49-57
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• 2004

기체 sparging이 수소 발효에 미치는 영향을 알아보기 위하여 기체의 종류($N_2$, $CO_2$) 및 sparging 유량의 변화(100, 200, 300, 400 ml/min)를 달리하여 연속 실험을 수행하였다. Sparging을 한 모든 경우, 하지 않는 경우에 비하여 더 높은 수소 전환율이 관찰되었는데, 이는 sparging을 통한 수소 분압 감소가 수소 발효에 좋은 영향을 끼쳤음을 말해준다. 특히, $CO_2$로 sparging을 하는 경우가 $N_2$에 비하여 더 좋은 결과를 보였으며, Clostridium sp.의 주요 부산물인 뷰틸산의 농도 및 조성비도 $CO_2$ sparging의 경우 훨씬 높았다. $CO_2$로 sparging 하는 경우, sparging 유량의 증가에 따라 수소 전환율이 상승하였지만, $N_2$의 경우는 유량 변동과는 무관하였다. 최적의 조건은 $CO_2$, 300 ml/min로 sparging 하는 경우였고, 이 때, 1.65 mol $H_2/mol$ hexoseconsumed의 높은 수소 전환율과 6.77 L $H_2/g$ VSS/day 의 높은 수소 발생율을 보였다. 전체적으로 $CO_2$로 sparging을 하는 경우가 N2에 비하여 더 좋은 결과를 보였는데, 이는 $CO_2$로 sparging을 하는 경우, 수소 분압 감소에 따른 수소 발효 효율 향상 이외에 높은 $CO_2$분압이 수소 발효에 우호적인 영향을 끼쳤을 것으로 사료된다. 높은 $CO_2$ 분압의 환경이 수소 생성균과 경쟁 관계에 있는 lactic acid bacteria나 acetogen과 같은 미생물에게 저해 작용을 주어 높은 수소 생산이 가능하였다고 판단된다.