• Korean Journal of Chemical Engineering
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• 제35권11호
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• pp.2232-2240
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• 2018

We applied methanesulfonic acid (MSA) as a green catalyst to produce levulinic acid (LA) from monomeric sugars. To optimize reaction factors and assess the effect of reciprocal interactions, a statistical experimental design was applied. Optimized result of 40.7% LA yield was obtained under the following conditions: 60 g/L galactose, 0.4 M MSA at $188^{\circ}C$ for 26.7 min. On the other hand, 66.1% LA yield was achieved under 60 g/L fructose and 0.4 M MSA at $188^{\circ}C$ for 36 min conditions. For the effect of combined severity factor on the LA yield from galactose, the LA yield showed a peaked pattern, which was linearly increased until a CSF 3.2 and then diminished with a high CSF. Moreover, it was closely fitted to a non-linear Gaussian peak pattern with a high regression value of 0.989. These results suggest that MSA and galactose, derived from marine red macro-algae, can potentially be applied for the conversion into platform chemicals.

• 분석과학
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• 제30권5호
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• pp.295-302
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• 2017

본 연구는 High liquid chromatograph-photodiode array detector (HPLC-PDA)를 사용하여 간장 및 이를 활용한 식품에서의 레불린산을 측정하기 위하여 신속 정확한 분석법을 개발하였다. 시료 중 레불린산은 증류수로 추출한 후 C18 Sep-Pak 카트리지로 정제하여 기기분석을 수행하였다. 직선성은 비교적 넓은 농도 범위 ($2.5-400{\mu}g/mL$)에서 우수한 선형성 (R > 0.999)을 나타내었으며, 간장 시료에 대하여 레불린산의 회수율을 확인한 결과, 6 가지 농도범위($2.5-400{\mu}g/mL$)에서 87.58-97.26 %로 확인되었으며, 모두 15 % 미만의 표준오차를 나타내었다. 검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)는 각각 0.64와 $1.64{\mu}g/mL$이었다. 간장 및 이를 활용한 식품에서의 레불린산 함량을 조사한 결과 59 개의 샘플 중 43 개의 샘플에서 검출되었다. 검출 수준은 간장의 경우 0.44-1.23 mg/mL, 간장 소스의 경우 0.03-0.83 mg/mL, 양념육의 경우 8.43-38.94 mg/mL로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 분석법은 신속하고 정확하게 레불린산을 정량하고 간장 및 이를 활용한 상품의 적절한 품질 관리 방법으로 사용될 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권2호
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• pp.193-201
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• 2022

바이오매스로부터 얻는 5-HMF(5-hydroxymethylfurfural)과 레불린산(LA; levulinic acid)는 그린 플랫폼 화학물질로, 폭넓은 응용분야를 가지며 바이오연료 및 바이오 화학물질로써 사용된다. 본 연구에서는, 글루코오스(D-glucose) 분해로부터 레불린산 형성의 kinetic를 다양한 온도 및 황산 농도를 통해 연구하였다. 실험은 황산 촉매(1-3 wt%)을 사용하였으며, 온도(140-200 ℃)는 넓은 범위에서 수행되었다. 글루코오스 용액은 10 ml 황산 용액에 글루코오스 1g을 용해시켜 만들었다. 반응 속도는 온도에 따라 증가하였고 활성화 에너지는 이전에 보고된 값과 유사한 경향을 보였다. 5-HMF의 최대 농도에 대한 반응 시간은 온도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한, 산 농도가 증가함에 따라 5-HMF의 분해속도가 빨라졌다. 황산 촉매의 농도가 증가함에 따라 레불린산의 최대 농도에 도달하는 시간이 줄어들었다. 온도를 계속 높이는 것은 레불린산의 최대 농도를 감소시켰고 휴민의 양을 증가시켰다. 결과를 통해 얻은 kinetic parameters는 5-HMF과 레불린산의 mechanism를 이해하는데 도움을 준다. 또한, 이 연구의 결과는 바이오매스에서 고농도의 레불린산 및 5-HMF를 얻어내는데 유용한 정보를 제공한다.

• 신재생에너지
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• 제19권4호
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• pp.11-19
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• 2023

Levulinic acid (LA) derived from cellulosic biomass, serves a crucial intermediate that can be used in various chemical conversions. This study focused on optimizing the production of LA using two types of pretreated rice husk (de-ashed and delignificated cellulosic biomass) in a batch reaction system through catalytic conversion with sulfuric acid. To determine the optimal conditions, the conversions of glucose and α-cellulose were examined to compare the effects of pretreatment on the rice husk. The experimental parameters covered a broad spectrum, including temperatures ranging from 140℃ to 200℃, a reaction time was up to 600 minutes, and a substrate to catalyst (acid solution) ratio of 100 g/L. The highest LA yield was 44.8%, achieved from de-ashed rice husk with 3.0 wt.% of sulfuric acid at 180℃ and with a reaction time of 180 minutes. In the case of the delignificated rice husk, a LA yield of 43.6% was obtained with 3.0 wt.% of sulfuric acid at 200℃ and with reaction time of 30 minutes.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제43권6호
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• pp.838-850
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• 2015

본 연구에서는 국산 소경 신갈나무를 이용하여 약산 전처리를 실시하고, 당으로부터 변환된 푸르푸랄 및 레불린산의 함량 변화를 평가하였다. 약산 전처리는 반응온도($140-180^{\circ}C$), 반응시간(10-30분), 황산 촉매 농도(0-2%, w/w)에 따라 수행하였고, 전처리 후 액상 내 글루코오스, XMG (자일로오스 + 만노오스 + 갈락토오스), 푸르푸랄, 레불린산의 함량을 측정/분석하였다. 글루코오스는 반응온도의 상승, 반응시간과 황산 촉매 농도의 증가에 의해 그 함량이 높아져 최대 16.02%까지 나타났으나, 황산 촉매 농도 2% (반응온도 $170^{\circ}C$ 이상, 반응시간 20분 이상)에서 함량이 감소하였다. 한편, XMG 함량은 반응온도의 영향을 크게 받았고, 반응온도와 황산 촉매 농도의 증가에 따라 1.63%까지 감소하 였으며, 반응시간의 증가에 의한 함량변화는 적었다. 푸르푸랄 함량은 반응온도, 반응시간, 황산 촉매 농도 증가에 따라 높아져 초기시료 중량 대비 최대 7.61% (반응온도 $180^{\circ}C$, 반응시간 20분, 1% 황산 촉매 농도)로 나타났으나, 전처리 조건이 최대 푸르푸랄 함량 조건보다 가혹해지면서 감소하는 경향이 발생하였다. 레불린산 함량은 반응온도, 반응시간, 황산 촉매 농도가 증가함에 따라 높아졌고, 특히 반응온도 $170^{\circ}C$ 이상에서 급격한 함량 증가를 확인하였으며, 최대 10.98% (반응온도 $180^{\circ}C$, 반응시간 30분, 2% 황산 촉매 농도)로 나타났다. 반면 황산 촉매를 투입하지 않았을 경우 모든 반응온도, 반응시간 조건에서 푸르푸랄 및 레불린산 함량은 1% 미만으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권2호
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• pp.293-300
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• 2020

홍조류인 Eucheuma spinosum은 카라기난을 주된 다당으로 함유하고 있으며 Indonesia, Malaysia, Philippines, China, Tanzania 등지에서 상업적으로 생산되고 있다. 본 연구에서는 E. spinosum을 대상으로 FeCl₃-촉매 수열반응을 통하여 당과화학중간체(5-HMF, levulinic acid, formic acid)로전환하고자하였다. 통계적실험법(3-수준-3-인자의 Box-Behnken design)을 적용하여 반응인자(반응온도, 촉매농도, 반응시간)의 최적화와 영향을 평가하였다. 최적화 결과, 5-HMF의 농도는 160 ℃, 0.4 M FeCl₃, 10 min에서 2.96 g/L가 생성되었다. Levulinic acid와 formic acid의 최적 조건은 200 ℃, 0.6 M FeCl₃, 30 min으로 결정되었고, 농도는 각각 4.26 g/L와 3.77 g/L이었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제32권1호
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• pp.110-116
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• 2022

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are emerging as alternatives to plastics by replacing fossil fuels with renewable raw substrates. Herein, we present the construction of engineered Escherichia coli strains to produce short-chain-length PHAs (scl-PHAs), including the monomers 4-hydroxyvalerate (4HV) and 3-hydroxyvalerate (3HV) produced from levulinic acid (LA). First, an E. coli strain expressing genes (lvaEDABC) from the LA metabolic pathway of Pseudomonas putida KT2440 was constructed to generate 4HV-CoA and 3HV-CoA. Second, both PhaAB enzymes from Cupriavidus necator H16 were expressed to supply 3-hydroxybutyrate (3HB)-CoA from acetyl-CoA. Finally, PHA synthase (PhaC_Cv) from Chromobacterium violaceum was introduced for the subsequent polymerization of these three monomers. The resulting E. coli strains produced four PHAs (w/w% of dry cell weight): 9.1 wt% P(4HV), 1.7 wt% P(3HV-co-4HV), 24.2 wt% P(3HB-co-4HV), and 35.6 wt% P(3HB-co-3HV-co-4HV).

• 미생물학회지
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• 제38권2호
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• pp.144-151
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• 2002

Rhodopseudomonas sp. KCTC1437균주를 이용하여 Polyhydroxyalkanoate (PHA)와 5-aminolevulinic acid (ALA)를 생산하기 위한 배양조건과 이들 생합성 조건의 상호관련성에 대하여 조사하였다. PHA생합성을 위한 탄소원으로는 acetic acid가 가장 효과적이었으나, succinic acid를 보조 탄소원으로 사용하였을 때의 세포건체량은 2.5g/ι, PHA함량은 건체량의 73%로서 주 탄소원만을 사용할 때에 비하여 크게 증가하였다. 조사된 탄소원으로부터 생합성된 PHA는 모두 polyhydroxybutyrate 단일중합체 이었으나, valeric acid로부터는 3-hydroxybutyrate와 3-hydroxyvalerate로 구성된 공중합체가 생산되었다. ALA의 생합성을 위하여서는 환원제 인 sodium thioglycolate를 첨가하여 혐기적 조건을 만들고, 탄소원인 acetic acid와 propionic acid 이외에 전구물질인 levulinic acid, succinic acid와 glycine을 반복적으로 공급해주었을 때 가장 좋았으며, 약 400 mg/ι의 ALA를 생산할 수 있었다. 그러나 ALA 생합성의 필수물질인 glycine, levulinic acid와 환원제는 세포생장과 PHA의 생합성을 저해하는 것으로 나타났다. 이러한 실험 결과, Rhodopseudomonas sp. KCTC1437균주로부터 PHA와 ALA를 동시에 생산할 수 있으나, 두 가지 유용산물을 효율적으로 생합성하기 위한 각각의 배양조건이 상호 배타적임을 확인하였다.

• 유기물자원화
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• 제5권1호
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• pp.63-69
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• 1997

5-Aminolevulinic acid (ALA) 생합성의 $C_5$ 경로의 전구물질인 L-glutamic acid가 Rhodospirillum rubrum N-1 새포내에서 ALA 생산의 역할을 검토하였다. Lascelles의 기본배지에 L-glutamic acid와 levulinic acid (LA)를 각각 30, 20 mM 첨가배양으로써 균체외 ALA 생산성이 40배 증가(76 mg/l)하였다. 한편 $C_4$ 경로의 기질인 glycine과 succinic acid를 대수기 중기에 각각 60 mM 첨가함으로써, 균의 증식은 억제되었으나 균체외의 ALA는 52 mg/l에 달하였다.

• Journal of Microbiology
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• 제39권1호
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• pp.79-82
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• 2001

The influence of levulinic acid (LA) on the production of copolyester consisting of 3-hydroxybutyrate (3HB) and 3-hydroxyvalerate (3HV) by Ralstonia eutropha was investigated. Addition of LA into the culture medium greatly increased the molar fraction of 3HV in the copolyester, indicating that LA can be utilized as a precursor of 3HV. In shake flask culture, the 3HV content in the copolyester increased from 7 to 75 mol% by adding 0.5 to 4.0 g/L LA to the medium containing fructose syrup as a main carbon source. A maximal copolyester concentration of 3.6 g/L (69% of dry cell weight) was achieved with a 3HV content of 40 mo1% in a jar fermentor culture containing 4.0 g/L of LA. When LA (total concentration, 4 g/L) was added repeatedly into a fermentor culture to maintain its concentration at a low level, the copolyester content and the 3HV yield from LA reached up to 85% of dry cell weight and 5.0 g/g, respectively, which were significantly higher than those when the same concentration of the LA was supplied al1 at once. The present results indicated that LA is more effective than propionate or valerate as a cosubstrate fur the production of copolyesters with varying molar fractions of 3HV by R. eutropha.