• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권4호
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• pp.1243-1252
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• 2019

억새와 같은 초본계 바이오매스로부터 cellulose, hemicellulose, lignin 등 주요성분을 추출하기 위해서는 알칼리 전처리가 효율적이며, 본 연구에서는 수산화칼륨(KOH)을 이용한 전처리 조건을 최적화하였다. 전처리 변수의 최적화는 반응표면분석법(RSM)을 적용하였다. RSM의 변수는 3개였으며, 변수범위는 각각 KOH 0.2~0.8M, 반응온도 110~190℃ 및 반응시간 10~90min 이었다. 억새의 알칼리 전처리를 위한 최적조건은 KOH 농도 0.47M, 반응온도 134℃ 및 반응시간 65min 이었다. 최적 전처리 조건에 따라 전처리를 수행한 후 고형물의 cellulose 함량은 66.1±1.1% 이었으며, hemicellulose 및 lignin 함량은 각각 26.4±0.4%, 3.7±0.1% 이었다. RMS 모델식에 따라 계산된 예측값은 실제값 대비 95% 범위 내에서 유효하였다. 최종적으로 전처리물을 동시당화발효를 통해 검증한 결과 에탄올 생산 수율은 96% 이었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제39권1호
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• pp.95-103
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• 2011

본 연구는 새로운 전처리 방법인 팝핑법을 이용하여 폐목재에 처리하였고, 전처리 된 시료에 효소를 처리하여 당화 수율을 비교 분석하였다. 폐목재의 팝핑 전처리 전후의 화학적 조성 분석 결과 홀로셀룰로오스의 경우 각각 65.9%, 58.8%였으며, 리그닌과 알코올-벤젠을 이용한 유기용매 추출물, 회분의 함량은 전처리 전보다 각각 3.1%, 3.9%, 0.7% 정도 증가하였다. 그리고 폐목재의 팝핑 전처리 전과 후의 시료에 각각 효소 처리 후 환원당을 측정한 결과 팝핑 전처리를 한 경우 전처리 전보다 1.0~1.5 mg/$m{\ell}$ 증가하였다. 시료 50 mg (1%, w/v)에 대한 효소 가수분해율은 셀룰레이즈와 자일란네이즈를 50 U씩 1 : 1로 섞어 처리하였을 때 가장 효과적이었다. 또한 팝핑 된 시료에 효소를 처리하여 가수분해되어 나온 상등액을 HPLC 분석법을 이용하여 분석한 결과 팝핑 전처리 후 셀룰레이즈와 자일란네이즈를 처리하였을 때 피크가 증가하였으며, 주된 피크는 글루코스와 자일로스였다. 또한 GC 분석법을 이용하여 팝핑 후 효소가수분해 한 잔여물의 중성당 분석 결과 잔류 글루코스와 자일로스가 각각 팝핑 전보다 57.5%, 64.2% 감소하였다. 글루코스와 자일로스 당전환율은 각각 약 45.9%, 38.7%였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제40권6호
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• pp.424-430
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• 2012

본 연구에서는 국내에서 자생하는 백색부후균인 겨울우산버섯(Polyporus brumalis)을 소나무 시편에 배양하여 목재 처리에 의한 리그닌 분해효소의 활성변화를 조사하고 목재의 분해가 일어나는 동안 중량감소율 및 리그닌 감소율을 통해 분해능을 확인하고 여기에 관여하는 유전자의 발현을 조사하였다. SSC (Shallow Stationary Culture) 액체배지에 목재 시편을 넣고 겨울우산버섯을 배양하였을 때 무처리구에서는 laccase의 활성이 20일 이후 감소하는 반면, 시편 처리구에서는 활성이 계속 증가되었다. 특히, 60일 전후의 처리구에서 무처리구에 비해 10배 이상 높은 활성을 나타내었다. 또한, 겨울우산버섯에 의한 소나무칩의 중량 감소율과 리그닌 감소율은 80일 후 각각 23.4%와 6.3%로 나타났다. 40일 배양한 목질칩에서 분리한 겨울우산버섯의 pblac1의 유전자 발현은 무처리구에 비해 소나무 칩 처리구에서 약 3배 정도 높게 나타났다. 이상의 결과로 백색부후균에 의한 목재칩 처리에 의해 리그닌 분해효소의 활성이 증가되며 pblac1이 리그닌 분해에 중요한 역할을 하는 것으로 보여진다. 따라서 백색부후균의 리그닌분해효소 유전자 발현을 조절함으로써 리그닌 분해능이 우수한 균주 개발이 가능하고 목질에탄올 생산 전처리에 효율적으로 이용할 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.101-104
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• 2011

Hemoflavoenzyme으로서 cellobiose dehydrogenase(CDH)는 셀룰로오스를 분해하는 과정에서 세포 외부로 분비되는 효소로서 amorphous cellulose와 강하게 결합하여 셀룰라아제(cellulase)에 의해 microcrystalline cellulose의 가수분해를 증가시킨다. 따라서 CDH는 바이오 에탄올 생산의 당화공정에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 여러 백색부후균으로부터 CDH 생산이 높은 Phanerochaete chrysosporium ATCC 32629 균주를 선정하였으며, 균주로부터 생산된 CDH 효소활성의 최적 온도와 pH는 각각 ${55^{\circ}C}$와 4이었다. CDH 활성을 증가시키기 위하여 P. chrysosporium ATCC 32629 균주를 돌연변이시켰다. 돌연변이는 새로운 시도로써 국부적으로 큰 에너지를 줄 수 있는 특징을 가진 양성자 빔을 이용하였다. 양성자 빔 조사 후 사멸율이 약 99.9%인 1.2 kGy에서 CDH 활성이 증가된 변이주를 얻었다. 선별된 변이주와 모균주를 액체배양했을 때 변이주가 모균주보다 CDH와 $\beta$-glucosidase 활성이 각각 약 1.4배와 20배 증가하였다. 따라서, CDH 뿐만 아니라 $\beta$-glucosidase 활성이 높은 P. chrysosporium 변이주를 확보하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제43권1호
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• pp.9-15
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• 2015

본 연구는 해조류, 꼬시래기를 발효하여 에탄올을 생산하였다. 최적 전처리 조건은 12% (w/v) 해조류 슬러리, 270 mM 황산, 121도 60분동안 실시하였다. 열산가수분해 후에, 꼬시래기 가수분해산물에 16 U/ml의 혼합효소 Viscozyme L과 Celluclast 1.5 L를 이용하여 효소당화를 수행하였다. 50.4 g/l의총단당류의농도는, 120 g dw/l 꼬시래기 슬러리로부터 열산가수분해와효소당화에 의해 총 탄수화물 60 g/l의 전환율 84.2%를 나타내었다. 꼬시래기 가수분해산물은 분리당화발효(SHF)로 에탄올 생산을 위한 기질로 사용하였다. 고농도 galactose로 순치한 Candida lusitaniae ATCC42720에 의한 에탄올 생산은 0.43의 에탄올 수율(Y_EtOH)인 22.0 g/l를 생산하였다. 특정 당에 순치한 효모는 혼합당의 흡수에 유용하며, 그 결과 해조류가수분해산물배지로부터 높은 에탄올 수율을 나타내었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제41권6호
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• pp.507-514
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• 2013

본 연구에서는 옥살산을 이용하여 팜 부산물 전처리를 수행하였으며 전처리에 사용된 산 촉매를 회수하였다. $150^{\circ}C$에서 전처리 후 액상가수분해산물에 포함된 발효가능한 당은 $20g/{\ell}$로 다른 조건에서 보다 높았으며 발효를 수행한 결과 72시간 후 $3.78g/{\ell}$의 에탄올을 생산하였다. 이것은 0.21 g/g의 에탄올 수율에 해당한다. $160^{\circ}C$ 이상의 전처리 조건에서 얻어진 액상가수분해산물의 발효는 이루어지지 않았다. 전기투석에 의해 액상가수분해산물에 포함된 옥살산은 대부분 회수되었으며 동시에 일부 발효저해물질도 제거되었다. 전기투석 후 액상가수분해산물을 이용한 에탄올 발효는 효율적으로 이루어졌으며 발효 24시간 후 $5.38g/{\ell}$의 에탄올을 생산하였다. 이것은 0.33 g/g의 에탄올 수율에 해당한다. 전처리 후 고형바이오매스를 이용하여 동시당화발효를 수행한 결과 모든 전처리 조건에서 96시간 후 $15g/{\ell}$ 이상의 에탄올을 생산하였으며, 특히 $170^{\circ}C$ 전처리 조건에서 $20.54g/{\ell}$의 높은 에탄올 생산을 나타냈다. 전기투석 후 액상가수분해산물을 이용하여 동시당화발효를 수행한 결과 에탄올 생산이 향상되었음을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제38권6호
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• pp.561-567
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• 2010

본 연구는 diethyl oxalate 처리로부터 얻어진 가문비나무 가수분해산물을 이용하여 에탄올 생산에 적합한 조건을 탐색하였다. 가문비나무 가수분해산물의 단당류 분석 결과 아라비노오스를 제외한 발효가능한 당 농도 는 29.04 g/${\ell}$이었으며 가수분해산물에 포함된 올리고머로부터 분해된 단당은 대부분 만노오스(39.26 g/${\ell}$)와 갈락토오스(12.83 g/${\ell}$)가 차지하였다. 발효저해물질인 5-HMF, furfural의 농도는 각각 0.09 g/${\ell}$, 0.04 g/${\ell}$, acetic acid는 1.4 g/${\ell}$, total phenolic compounds는 2.83 g/${\ell}$로 나타났다. 가수분해산물을 이용한 에탄올 생산 최적 pH는 6.0으로 발효 48시간 후 11.7 g/${\ell}$의 에탄올을 생산하였다. 시간당 에탄올 생산량은 pH 5.0와 5.5에서 0.15 (g/(${\ell}^*h$))로 나타났으며 pH 6.0에서는 0.24 (g/(${\ell}^*h$))로 나타났다. 시간당 생성된 에탄올 생산량은 에탄올 발효 초기 pH에 따라 차이를 나타냈다. 가수분해산물에 xylanase 20 IU를 첨가하여 올리고머를 분해한 후 발효를 실시한 결과 48시간 후 14.3 g/${\ell}$의 에탄올을 생산하였다. 이것은 xylanase를 첨가하지 않았을 때 보다 에탄올 생산량이 22.2% 증가되었음을 나타내고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.112.1-112.1
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• 2011

쌀을 주식으로 하는 우리나라의 여건상 연간 추정치로 싸라기 약 12만톤, 미강 약 49만톤, 왕겨 약 79만톤의 벼 도정 부산물이 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼 도정 부산물 중 비식량 자원인 왕겨를 대상으로 고효율 효소 당화를 위한 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 왕겨 원시료의 초기 조성은 셀룰로스 34.5%, 헤미셀룰로스 20.5%, 리그닌 25.3%, 회분 14.6%로 나타났는데, 억새 등 초본계 바이오매스와 비교하여 특이하게 높은 성분은 회분으로 이는 벼에 대한 규산질 비료의 시용에서 기인한 것이다. 바이오매스 전처리에 많이 사용되는 암모니아, 희황산 용매와 규산염에 침식성을 가지는 가성소다 용매를 이용하여 각 용매별 단독 및 알칼리-산 복합 처리 하였을 때 효소 가수분해 효율, 고상시료 성분변화 등을 상호 비교하였다. 예비실험을 통하여 암모니아 처리조건은 15%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 가성소다 처리조건은 1.5%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 희황산 처리조건은 1.0%(w/w) $150^{\circ}C$ 10분으로 설정하였다. 암모니아 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율은 각각 37.8%, 39.1%, 42.8%로 약 40%선에서 큰 차이가 없었다. 반면 가성소다 단독, 가성소다-희황산 복합 처리시료의 효소 가수분해 효율은 각각 62.7%, 82.8%로 나타나 앞선 3가지 처리방법 대비 50%, 100%에 가까운 효소 가수분해 효율 향상을 보였다. 이 때 전처리 고상시료의 성분 변화를 살펴보면 회분 함량에서 큰 차이를 보였는데 암모니아 단독, 가성소다 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합, 가성소다-희황산 복합 처리에서 각각 47.8%, 77.1%, 43.5%, 55.8%, 94.7%의 회분 성분 기각률(rejection rate)을 나타냈다. 이는 왕겨 효소 가수분해 효율의 최대 저해요인이 회분임을 추정할 수 있다. 왕겨 전처리 알칼리 용매는 암모니아보다 가성소다가 더 효과적이었고 희황산 복합 처리시 그 효과가 크게 상승하였다. 따라서 규산염(회분) 함량이 높은 바이오매스는 고온 고압 조건에서 가성소다 용액으로 처리한 후 그 고상분을 희황산 용액으로 복합 처리하는 시스템이 효소 당화 증진에 매우 유리함을 확인하였다.

• 환경생물
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• 제37권4호
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• pp.493-502
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• 2019

본 연구는 옥수수 재배 시 환경에 영향을 미치는 노균병 저항성과 관련된 유전자 후보군을 탐색해서 노균병으로 인한 토양오염과 옥수수 생산량 감소를 해결하기 위하여 노균병 저항성 품종을 효율적으로 발굴하기 위한 연구이다. 옥수수의 6번 염색체의 152,892,333과 154,335,437 사이에 있는 노균병 저항성 유전자를 탐색하였으며 이 부분에 존재할 것으로 예상되는 전사체에서 38개의 프라이머 세트를 디자인하여 이 중 16개의 예측 전사체를 가려 내었다. 또한 RT-PCR을 수행하여 감염된 Ki11의 발현이 높은 7개의 전사체로 5개의 품종에 대하여 건강한 샘플과 감염된 샘플을 검정하였고 최종 5개의 후보 유전자군[알려지지 않은 미확인 유전자 2개, OFP transcription factor, bZIP transcription factor, pentatricopeptide repeat (Ppr)]이 발견되었다. 본 연구의 결과로 추가적인 실험 설계를 통해 5개의 후보 유전자군에 대한 재검정을 통하여 확실한 노균병 저항성 유전자를 발굴하고 이를 노균병 저항성 품종 개발 및 방재에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권1호
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• pp.45-51
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• 2014

본 연구는 농업 부산물인 옥수수대(corn stover)를 이용하여 묽은 황산법(DSA; dilute sulfuric acid)과 암모니아 침지법(SAA; soaking in aqueous ammonia) 그리고 암모니아 재순환 침출법(ARP; ammonia recycle percolation)을 비교하여 각 전처리법의 특징과 장단점을 분석하였고, 동시당화공동발효를 통한 에탄올 생산을 비교하였다. ARP, DSA, SAA를 이용하여 전처리된 고형물(3% 글루칸 투입)을 15 FPU/g-glucan, 30 CBU/g-glucan의 상업용 효소(Spezyme CP와 Novozyme 188;)와 E. coli KO11 균주(ATCC$^{(R)}$ 55124)를 이용하여 동시당화공동발효를 수행하였다. 전처리 후에 남은 고형물에 있는 당의 최대이론적 에탄올 수율은 각각 87, 90 그리고 78%였다. 이것은 전처리되지 않은 원래 옥수수대의 총 당량(글루칸 +자일란) 대비 각각 69, 58, 및 74%에 해당하는 것으로 SAA의 수율이 가장 높게 관찰되었다. 또한 전처리 당화액을 이용한 동시당화공동발효 실험결과는 DSA의 당화액이 발효균주에 대하여 가장 높은 독성을 나타내었고 ARP 전처리 당화액이 그 다음으로 저해효과가 큰 것으로 나타났다. 결국 SAA를 이용하여 전처리한 후 리그닌이 풍부한 당화액은 이용하지 않고 전처리된 고형물과 동시당화공동발효 공정을 이용한 에탄올 생산이 가장 간단하면서 경제적인 공정으로 제안되었다.