• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.533-539
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• 2016

This study was performed to evaluate the characteristics of start-up of anaerobic digestion from food waste with different inoculum ratios. The hydrogen yield was similar with different inoculum ratios. The hydrogen production rate increased with increasing inoculum ratio. But the specific hydrogen production rate decreased with increasing inoculum ratio. Total volatile fatty acids composition analysis showed that butyrate and acetate were the prevalent products in all reactors, followed by lactate and propionate. The acetate was most prevalent product in reactors at $X_0/S_0=0.080$ and 0.159. But in reactors at $X_0/S_0=0.239$ and 0.318, butyrate accounted for greater than 50% of the total volatile fatty acids.

• 공업화학
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• 제32권5호
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• pp.487-496
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• 2021

Microalgae is one of the promising biodiesel feedstock with high growth rates compared to those of terrestrial oil crops. Despite its numerous advantages, biodiesel production from microalgae needs to reduce energy demand and material costs further to go to commercialization. During solvent extraction of microalgal lipids, lipid-extracted algae (LEA) cell residue is generated as an organic solid waste, about 80-85% of original algal biomass, and requires an appropriate recycling or economic disposal. The resulting LEA still contains significant amount of carbohydrates, proteins, N, P, and other micronutrients. This review will focus on recent advancement in the utilization of LEA as: (i) utilization as nutrients or carbon sources for microalgae and other organisms, (ii) anaerobic digestion to produce biogas or co-fermentation to produce CH₄ and H₂, and (iii) conversion to other forms of biofuel through thermochemical degradation processes. Possible mutual benefits in the integration of microalgae cultivation-biodiesel production-resulting LEA with anaerobic digestion and thermochemical conversion are also discussed.

• 유기물자원화
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• 제20권3호
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• pp.41-51
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• 2012

생물학적 혐기발효를 이용하여 제당폐수로부터 바이오 수소가스의 생산 수율을 알아보고, 이 반응에 관여하는 미생물의 군집양상을 살펴보았다. 제당폐수 내 영양염류($N{\cdot}P$)의 공급함에 따라 수소발생량이 9.53 에서 $26.67m{\ell}$ $H_2/g$ COD로 증가하였다. 혐기발효과정에서 butyric acid, acetic acid, lacticacid, 그리고 propionic acid이 검출되었다. Butyric acid/acetic acid(B/A)비는 제당폐수에 영양염류가 공급됨에 따라 0.50에서 0.92로 증가 하였으며, B/A비가 높을수록 수소생산량이 증가하였다. 제당폐수의 발효과정에서 나타나는 미생물 군집은 Firmicutes문에는 Clostridium 속으로 나타났으며 $\gamma$-Proteobacteria 강에는 Klebsiella 속, Erwinia 속, 그리고 Eenterobacter 속이 검출되었다. 또한 수소 생성이 활성화 되면서 Erwinia 속은 위축되고 Klebsiella 속이 많아지는 것을 알 수 있었다.

• 생명과학회지
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• 제19권2호
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• pp.241-248
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• 2009

본 시험은 혐기성 박테리아, 효모 및 곰팡이로 제조한 synbiotics를 TMR에 첨가하여 7일 동안 발효시킨 후, 성분함량의 변화 및 개봉하여 공기에 노출시킨 기간에 따른 발효특성의 변화를 알아보기 위하여 수행되었다. 처리구는 무처리구인 US구, 혐기성 박테리아와 prebiotics로 구성된 BS구, 혐기성 효모와 prebiotics로 구성된 YS, 혐기성 곰팡이와 prebiotics로 구성된 MS구, 혐기성 박테리아와 혐기성 곰팡이 및 prebiotics를 조합한 BMS구, 혐기성 효모와 혐기성 곰팡이 그리고 prebiotics를 조합한 YMS구, 혐기성 박테리아와 혐기성 효모 그리고 prebiotics를 조합한 BYS구, 혐기성 박테리아, 효모 및 곰팡이 복합물과 prebiotics를 조합한 BMYS구로서 총 8 처리구로 나누었다. 개봉 후 노출기간(1, 3, 5, 7, 14, 및 21일)별 3반복으로 총 144개의 bag을 공시사료로 제조하였다. 혐기 발효 TMR의 개봉 후 성분함량과 공기노출에 따른 발효특성에 대한 결과를 요약하면 다음과 같다. 혐기 발효시킨 TMR의 수분함량은 약 41${\sim}$45% 범위로서원 사료와 비슷한 수준이었다. 조단백질 함량은 기초 사료에 비해 무처리 대조구에서는 11.7${\sim}$14.8% 줄어들었으나, BMYS 처리구에서는 약 11%가 증가되었다. BMYS 처리구에서는 조섬유 함량이 기초사료에 비해 약 32% 감소되었고, NDF 및 ADF도 각각 15.5% 및 26.1%가 감소되었다. 공시사료의 내부 온도는 개봉 7일째에 전 처리구에서 높게 나타났다. 발효 TMR의 pH는 개봉 5일까지는 처리 간에 차이가 없었으나, 개봉 7일 이후부터는 높아졌고, BMS구에서 개봉 14일째에 가장 높았다(P<0.05). 산에 대한 완충능력은 개봉 후, 시간이 경과함에 따라 산의 첨가량이 많아져 완충능력이 높아지는 경향으로서 대체로 개봉 7일 이후부터 시작하여 14일째에 peak를 이루었다. 발효 TMR 즙액의 $NH_3-N$ 농도는 개봉 후 5일째에 peak를 이루었으며, 휘발성지방산 함량은 매우 낮은 수준이었다. 이상의 결과로 볼 때, BMYS 처리구에서 단백질 함량은 높아지고, 섬유소함량은 낮아졌지만, 공기 중 노출기간별 발효특성에서는 혐기성 synbiotics의 첨가에 따른 영향은 없는 것으로 나타났다.

• 신재생에너지
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• 제20권1호
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• pp.175-181
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• 2024

This study analyzed the hydrogen conversion rate and microbial community in conjunction with changes in carbohydrate concentration during hydrogen fermentation using food waste, and presented comprehensive research results for the condition 80 g Carbo COD/L, which showed the highest efficiency with a carbohydrate removal rate of 98.1% and a hydrogen conversion rate of 1.76 mol H₂/mol. The microbial community analysis found that Clostridium sp., widely known as a hydrogen-producing microorganism, was released in 80 g Carbo COD/L and confirmed that it was a dominant species at 98.1%. Conversely, in 100 g Carbo. Under COD/L conditions, Leuconostoc sp. showed the maximun prevalence, which is believed to hinder hydrogen production.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권8호
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• pp.1452-1456
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• 2016

Overexpression of the genes encoding phosphoeneolpyruvate carboxykinase (pckA) and NAD-dependent malic enzyme (maeA) facilitates higher intracellular ATP and NAD(P)H concentrations, respectively, under aerobic conditions in Escherichia coli. To verify a hypothesis that higher intracellular energy reserves might contribute to H₂ fermentation, wild-type E. coli strains overexpressing pckA and maeA were cultured under anaerobic conditions in a glucose minimal medium. Overexpression of pckA and maeA enabled E. coli to produce 3-times and 4-times greater H₂ (193 and 284 nmol, respectively) than the wild type (66 nmol H₂). The pckA and maeA genes were further overexpressed in a hydrogenase-3-enhanced E. coli strain. The hydrogenase-3-enhanced strain (W3110+fhlA) produced 322 nmol H₂, whereas the ATP-enhanced strain (W3110+fhlA+pckA) produced 50% increased H₂ (443 nmol). Total H₂ in the NAD(P)H-enhanced strain (W3110+fhlA+maeA) was similar to that in the control strain at 319 nmol H₂. Possible explanations for the contribution of the increased cellular energy reserves to the enhanced hydrogen fermentation observed are discussed based on the viewpoint of metabolic engineering strategy.

• 한국환경농학회지
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• 제23권4호
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• pp.220-227
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• 2004

본 연구는 음식물찌꺼기의 혐기성 산발효에 있어 여러 조건들 중 온도가 효율적인 가수분해와 산발효에 미치는 영향을 검토하기 위해 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$)에서 각각 실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 음식물찌꺼기의 혐기성 산발효시 산생성 효율을 높이기 위한 전처리 과정으로 음식물찌꺼기에 NaOH를 투입한 결과 가수분해효율을 표현한 가용화 정도(Solubilizatio)가 0.01g NaOH/g TS이하로 투입된 경우 $0.01\;mgSCODP_{prod.}/mgICOD_{inf.}$이하를 타내었으나, 0.05g NaOH/g TS이상을 투입했을 때는 $0.07{\sim}0.09\;mgSCOD_{prod.}/mgICOD_{inf.}$로 나타났다. 따라서 음식물찌꺼기에 NaOH를 투입하여 효율적인 가수분해가 이루어지기 위해서는 g TS당 0.05 g이상의 NaOH가 투입되어야 할 것으로 판단된다. 음식물찌꺼기를 NaOH로 전처리 한 후 고온($55^{\circ}C$) 산발효를 실시했을 때 0.05 g NaOH/g TS 투입시 SCOD의 증가치 3,800 mg/L로 최대의 가용화와 산생성에 효과적인 pH 5.95를 얻을 수 있었다. 0.05g NaOH/g TS를 투입하여 중온($35^{\circ}C$)에서 산발효를 실시한 경우와 비교하여 SCOD 증가치가 약 5배정도 높았고, 최대 가용화에 이르는 시간도 중온의 2/3 정도로 짧아 음식물찌꺼기의 가용화에는 고온이 효과적인 것으로 나타났다. NaOH 0.05 g NaOH/g TS로 전처리된 음식물찌꺼기의 산발효 결과 고온($55^{\circ}C$) 및 중온($35^{\circ}C$)에서 각각 반응시작 후 72시간에 12,600 mg/L, 120시간에 9,800 mg/L의 VFA농도를 나타내어 동일기질을 이용하여 산발효를 실시했을 때 중온보다는 고온에서 미생물의 활성증대와 유기물의 가수분해가 촉진되어 VFA생성이 효율적인 것으로 판단되었다. 고온에서 NaOH에 전처리 된 음식물찌꺼기를 산발효 시켰을 때 VFA가 가장 높았던 시점을 기준으로 VFA의 조성을 조사한 결과 acetic acid가 45.9%, buftc acid가 26.7%, propionic acid가 13.9% 등으로 총 유기산 발생량의 86.5%를 차지하였다.

• 유기물자원화
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• 제8권4호
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• pp.100-110
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• 2000

음식찌꺼기의 사료화를 위한 발효처리시 수분조절제로 이용되는 재료 (톱밥, 버섯폐재, 밀기울, 야자박 등)와 발효방법 (호기성파 혐기성)및 발효기간이 음식찌꺼기 사료의 사료가치에 미치는 영향을 구명하기 위한 일련의 시험을 실시하였다. 본 연구의 시험설계는 농가 지도자료로 활용 될 수 있도록 하였다. 참나무 톱밥과 소나무 톱밥의 NDF(중성세제 불용성 섬유)함량은 각각 건물기준 93.5%와 95.4%로써 사료로 이용하기는 어려운 재료라고 할 수 있다. 톱밥을 수분조절제로 50% 혼합하여 $30^{\circ}C$에서 2일간 호기성발효를 했을때 NDF 함량은 발효 전 재료에 비하여 12% 증가했고 in vitro DDM (인공반추위 건물소화율)은 48% 감소했다. 참나무 톱밥은 소나무 톱밥에 비하여 양호하였으며, 버드나무 톱밥(80%)과 밀기울(20%)을 혼합하여 팽이버섯재배의 배지로 이용된 후의 폐재는 톱밥류에 비하여 사료가치가 우수한 것으로 나타났다. 발효된 사료의 NDF함량과 건물소화율은 이용된 수분조절제의 NDF함량에 주로 관계된다는 것을 알 수 있었다. 버섯폐재를 밀기울로 대체 했을때 밀기울의 대체율이 증가함에 따라 발효된 사료의 NDF함량은 직선적으로 감소했고 소화율은 직선적으로 증가했다. NDF함량이 높은 수분조절제를 이용한 호기성발효는 발효기간이 길어질수록 NDF함량은 증가되었고 건물소화율은 감소되었다. 그러나 밀기울 만을 이용하거나 밀기울이 함유된 수분조절제는 발효기간이 연장됨에 따라 조단백질 함량이 증가되었다. 혐기성발효는 호기성 발효에 비해 전 처리구에서 NDF함량은 감소되었고 건물소화율은 향상되었다. 버섯폐재와 밀기울을 수분조절제로 이용하여 실온에서 30일간 혐기적으로 발효한 사료를 유기산 조성과 pH가를 기준으로 발효상태를 판정할 때 우수한 것으로 나타났다.

• KSBB Journal
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• 제10권5호
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• pp.568-574
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• 1995

Anaerobiospirillum succiniciproducens에 의한 유기산 생성에 미치는 pH의 영향을 조사하기 위하여 발효 배양액의 pH를 5.8, 6.0, 6.4, 6.8, 7.2로 유지하여 혐기 발효 실험을 수행하였다. 세포 농도는 여러 pH 조건에서 $1.0∼1.9g/\ell$로 다른 연구자들의 결과와 비교할 때 2~3 배 정도 더 높았으며 pH 5.8에서 가장 높았다. pH 6.0 ~ 6.8의 범위에서 기질 소모량은 pH가 높을수록 증가였으며 반면에 pH 5.8과 7.2에서의 당 소비 속도는 매우 느렸다. 유기산 생성으로 인한 pH 변화의 조절을 위 하여 첨가된 2M $Na_2C0_3$의 총량은 pH 6.8에서 최대였다. 여러 pH조건에서 발효액의 전기전도도의 변화는 첨가된 2M $Na_2C0_3$의 변화와 매우 유사한 경향을 보였고 따라서 발효액내의 유기산의 정량은 전기전도도를 측정 함으로 구할 수 있음을 알 수 있었다. pH 7.2의 조건에서 기질에 대한 lactatedml chleo todtks tndbfdms 64%, pH6.8의 경우 32% 였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.768-774
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• 2009

본 연구는 통성 혐기성 미생물인 K. pneumoniae DSM4799을 이용하여 순수 글리세롤과 국내 바이오디젤 생산공정에서 발생된 폐글리세롤로부터 1,3-PD을 생산하기 위한 연구로서, 혐기 및 호기 조건, 배양온도, 글리세롤 농도, pH에 따른 1,3-PD 생산성 비교를 통해 최적 배양조건을 찾고자 하였다. K. pneumoniae DSM4799를 혐기조건과 호기/혐기 2단계 배양을 한 결과, 혐기조건에서 더 효율적인 1,3-PD 생산이 이루어졌다. 배양 온도를 $26{\sim}37^{\circ}C$로 변화시키면서 배양한 결과, $30{\sim}33^{\circ}C$에서 높은 1,3-PD 생산성을 나타내었고, 글리세롤 농도는 글리세롤의 종류에 상관없이 60 g/L 이상에서 균주의 성장 및 1,3-PD 생산이 저해되는 현상을 관찰할 수 있었다. 폐글리세롤 사용시 순수 글리세롤에 비해 초기 1,3-PD 생산은 감소하였으나, 48시간 후에는 오히려 더 높은 농도의 1,3-PD를 생산하였다. 유가식 배양으로 글리세롤 농도를 40 g/L 이하로 조절하면서 pH 조절유무에 따른 1,3-PD 및 부산물의 변화를 살펴본 결과, pH를 7.0으로 유지시켰을 때 pH 조절을 하지 않은 경우보다 25% 향상된 1,3-PD 수율을 나타내었다(0.56 g/g vs. 0.45 g/g). 본 연구를 통해 K. pneumoniae DSM4799를 이용하여 1,3-PD 생산시 혐기조건, 온도 $30^{\circ}C$, 순수 또는 폐글리세롤 40 g/L 이하, pH 조절 등의 배양조건이 적합함을 알 수 있었으며, 최적화된 배양조건을 통해 보다 가격경쟁력이 있는 생물학적 1,3-PD 생산이 가능할 것으로 기대된다.