The enzymatic properties of soil cellobiohydrolase were examined and compared with those of cellobiohydrolase-active extracts from soil in the forms of enzyme-humic complex and humicfree enzyme, and cellobiohydrolase partially pruified from Aspergillus niger. The pH optima of soil cellobiohydrolase and cellobiohydrolase-humic complex were greater by 1.5-3.0 pH units than those of cellobiohydrolase in humic-free extract and from A. niger. Soil cellobiohydrolase and cellobiohydrolase-humic complex were remarkably resistant to thermal denaturation and proteolysis. These results confirm that cellobiohydrolase in soil is atable in conditions which rapidly inactivate microbial cellobiohydrolase and that its stability is due to the immobilization of this enzyme by association with humic substances. The Michaelis-Menten constants (Km) for soil, cellobiohydrolase-humic complex, humic free extract and cellobiohydrolase from A. niger were 22.1mg/ml, 11.3mg/ml, 10.6mg/ml and 4.5 mg/ml of Avicel, respectively.
This study was conducted to improve biological degradation efficiency of toluene as a model volatile organic compound (VOC) using yeast Candida tropicalis and to suggest an effective method for bioreactor operation. The yeast strain was immobilized with polyethylene glycol (PEG), alginate, and powdered activated carbon (PAC). The yeast-immobilized polymer media were used as fluidized materials in an airlift bioreactor. Polymer media without PAC were also made and operated in another airlift bioreactor. The two bioreactors showed toluene removal efficiencies ranging 80-96% at loading rates of $10-35 g/m^3-hr$, and the bioreactor containing the polymer media with PAC achieved higher removal efficiency. Protein contents in the liquid phase showed that the bioreactor using the yeast-immobilized polymer media with PAC had a higher rate of microbial growth initially than that without PAC. In addition, the microbial growth rate inside of the polymer media with PAC was five times higher than that without PAC. Consequently, the polymer media containing the yeast strain and PAC could enhance removal efficiencies for VOCs, and the immobilization method improve microbial activity and stability for a long-term operation of biological systems.
In this study, we investigated whether galactooligosaccharide (GOS) can be stably and steadily synthesized using immobilized ${\beta}$-galactosidase (${\beta}$-gal) inclusion body (IB)-containing E. coli cells during long-term repeated-batch operation. To improve the operational stability of this enzyme reactor system, immobilized E. coli cells were crosslinked with glutaraldehyde (GA) after immobilization of the E. coli. When we treated with 2% GA for E. coli crosslinking, GOS production continued to an elapsed time of 576 h, in which seven batch runs were operated consecutively. GOS production ranged from 51.6 to 78.5 g/l ($71.2{\pm}10.5$ g/l, n = 7) during those batch operations. In contrast, when we crosslinked E. coli with 4% GA, GOS production ranged from 31.5 to 64.0 g/l ($52.3{\pm}10.8$, n = 4), and only four consecutive batch runs were operated. Although we did not use an industrial ${\beta}$-gal for GOS production, in which a thermophile is used routinely, this represents the longest operation time for GOS production using E. coli ${\beta}$-gal. Improved stability and durability of the cell immobilization system were achieved using the crosslinking protocol. This strategy could be directly applied to other microbial enzyme reactor systems using cell immobilization to extend the operation time and/or improve the reactor system stability.
Uranium mill tailing ponds (UMTPs) are risk source of debris flow and a critical source of environmental U and Rn pollution. The technology of microbial induced calcium carbonate precipitation (MICP) has been extensively studied on reinforcement of UMTs, while little attention has been paid to the effects of MICP on U & Rn release, especially when incorporation of metakaolin and bacillus subtilis (MBS). In this study, the reinforcement and U & Rn immobilization role of MBS -MICP solidification in different grouting cycle for uranium mill tailings (UMTs) was comprehensively investigated. The results showed that under the action of about 166.7 g/L metakaolin and ~50% bacillus subtilis, the solidification cycle of MICP was shortened by 50%, the solidified bodies became brittle, and the axial stress increased by up to 7.9%, and U immobilization rates and Rn exhalation rates decrease by 12.6% and 0.8%, respectively. Therefore, the incorporation of MBS can enhance the triaxial compressive strength and improve the immobilization capacity of U and Rn of the UMTs bodies solidified during MICP, due to the reduction of pore volume and surface area, the formation of more crystals general gypsum and gismondine, as well as the enhancing of coprecipitation and encapsulation capacity.
Park, Jeong-Ann;Lee, Chang-Gu;Park, Seong-Jik;Kim, Jae-Hyeon;Kim, Song-Bae
Environmental Engineering Research
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제15권3호
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pp.149-156
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2010
The objective of this study was to investigate microbial removal using layered double hydroxides (LDHs) and iron (hydr)oxides (IHs) immobilized onto granular media. Column experiments were performed using calcium alginate beads (CA beads), LDHs entrapped in CA beads (LDH beads), quartz sand (QS), iron hydroxide-coated sand (IHCS) and hematite-coated sand (HCS). Microbial breakthrough curves were obtained by monitoring the effluent, with the percentage of microbial removal and collector efficiency then quantified from these curves. The results showed that the LDH beads were ineffective for the removal of the negatively-charged microbes (27.7% at 1 mM solution), even though the positively-charged LDHs were contained on the beads. The above could be related to the immobilization method, where LDH powders were immobilized inside CA beads with nano-sized pores (about 10 nm); therefore, micro-sized microbes (E. coli = 1.21 ${\mu}m$) could not diffuse through the pores to come into contact with the LDHs in the beads, but adhere only to the exterior surface of the beads via polymeric interaction. IHCS was the most effective in the microbial removal (86.0% at 1 mM solution), which could be attributed to the iron hydroxide coated onto the exterior surface of QS had a positive surface charge and, therefore, effectively attracted the negatively-charged microbes via electrostatic interactions. Meanwhile, HCS was far less effective (35.6% at 1 mM solution) than IHCS because the hematite coated onto the external surface of QS is a crystallized iron oxide with a negative surface charge. This study has helped to improve our knowledge on the potential application of functional granular media for microbial removal.
This study attempted to compare the litter decomposition rate of Arundinella hirta and Miscanthus sinensis var. purpurascens which collected from serpentine soil acting potentially toxic concentration of heavy metals and non-serpentine soil by using the microcosm method for 192 days under constant humidity and $23^{\circ}C$. The contents of Ni, Fe, Mg and Cr in the serpentine and nonserpentine soil originated litter showed high differences between them. The litter samples from serpentine site have lower C/N than non-serpentine litter, but the soluble carbohydrate content was shown almost similar between two plant litter. The mass loss rates of leaf litter from serpentine area were slower than those from non-serpentine site. During the experimental period, the remained dry weight of A. hirta and M. sinensis var. purpurascens litter collected from serpentine site were 64.7%, 65.0% of initial dry weight and litter samples from non-serpentine site showed 54.2%, 50.7%, respectively. K and Na were leached rapidly at the initial decomposition periods, but Ca showed immobilization and other metal elements reserved at the decomposing litter for a long time. The decomposing A. hirta litter from non-serpentine soil showed higher values of $CO_2$ evolution, microbial biomass-C, and microbial biomass-N than those in serpentine soil originated litter acting nutrient stresses and exhibited rapid decay rate. The microbial biomass and microbial respiration of decaying litter were positively correlated with litter decomposition rate, and these relationships showed more rapid slope in non-serpentine soil originated litter than that in serpentine soil.
Salmonella spp.의 신속한 검출을 위하여 발진모듈, 수정결정 진동측정기, 박막형태의 수정결정으로 이루어진 압전류적(piezoelectric, PZ) 항체센서 시스템을 구성하였다. 수정결정의 금전극 표면에 Salmonella 구조 항원(common structural antigen)에 대한 항체를 protein A를 사용하여 고정화하고, 항체가 고정화된 수정결정과 미생물간의 결합반응에 의한 질량증가로 나타나는 진동수의 감소량을 측정하였다. PZ 항체센서는 $35^{\circ}C$, pH 7.2의 0.1M 인산 완충용액에서 Salmonella균에 대하여 가장 높은 감응도를 나타내었다. PZ 항체센서의 반응은 Salmonella균에 대하여 매우 선택적이었고 polystyrene bead 첨가시 센서의 감응도가 크게 증가하였다. Salmonella균의 농도가 $10^5{\sim}10^6\;CFU/mL$의 범위 내에 있을 때 쌍대수좌표에서 직선구간의 검량선을 얻을 수 있었고, Salmonella 검출에 소요되는 시간은 50분이내 이었다.
Digestate or slurry produced from anaerobic digestion is mostly applied to crop lands for its disposal and recovering nutrients. However, minimizing nitrogen losses following field application of the digestate is important for maximizing the plant's nitrogen uptake and reducing environmental concerns. This study was conducted to assess the effects of three different biogas digestate application techniques (sawdust mixed with digestate (SSD), the hole application method (HA), and digestate injected in the soil (SD)) on nitrate leaching potential in the soil. A pot laboratory experiment was conducted at room temperature of 25 ± 2 ℃ for 107 days. The experimental results showed that sawdust application method turned out to be appropriate for quick immobilization of surplus N in the form of microbial biomass N, reflecting its lower total nitrogen and NH4-N contents and low pH. The NH4-N and total nitrogen fate in the soil fertilized with manure showed no statistically significant (p > 0.05) differences between the different methods applied during the incubation time under room temperature. In contrast, NO3-N concentration indicates significant reduction in sawdust treatment (p < 0.05) compared to the control and other application methods. However, the soil sawdust mixed with digestate was more effective than the other methods, because of the cumulative labile carbon contents of the amendment, which implies soil net N immobilization.
Strains degrading and decolorizing acid dyes, Nylosan red E-BL 150%. were isolated from natural system, was named as ARK3. The optimal culture conditions of temperature and pH were $35^\circ{C}$, 7.0, respectively. Growth rate of cells in conditions of aerobic shaking more than standing culture conspicuously increased, and optical density of those to strain ARK3 were found as 1.38 and 0.25 after 42 hrs. Decolorization efficiency in batch culture which used as immobilization media to natural zeolite was 15% after 6 hrs, while suspension culture was 5%, also its of immobilization and suspension culture were 90% and 85% after 48 hrs, respectively. Decolorization efficiency of air-lift bioreactor was more than 90% to a dilution rate of $0.038hr^{-1}$, but that was decreased as 70%, when the dilution rate was $0.05hr^{-1}$. Even though at maximum dilution rate of this study, there was not appeared "wash out" phenomienon of biomass. Decolorization efficiency was 97.7% at a dilution rate of $0.025hr^{-1}$, when influent dye concentration was $100mg/\ell$. But if influent dye concentration increased as $150mg/\ell$, even though MLVSS increased, that of treatment water decreased as 93%. Also, when influent dye concentration increased as $200mg/\ell$ and $300mg/\ell$, decolorization efficiencies of treatment water abruptly decreased as 85% and 63%, respectively. Decolorization efficiency was more than 92% to the limit volumetric loading rate of $3.75mg/\ell\cdot{hr}$hr, without regard to variation of influent dye concentration or hydraulic retention time. if volumetric loading rate was more than $3.80mg/\ell\cdot{hr}$, at same condition, decolorization efficiency was lower decrease of retention time than increase of influent dye concentration.entration.
멥쌀로 탁주를 제조하여 발효과정 중에 변화되는 에탄올 및 포도당의 함량을 동시에 측정할 수 있는 바이오센서를 dual cathode electrode를 이용하여 제작하였다. Alcohol oxidase와 glucose oxidase는 nylon net에 고정화시켜 anode가 한 개이고 cathode가 두 개인 dual cathode electrode에 부착하여 용존산소가 소모되는 변화량을 측정하여 간접적으로 포도당과 에탄올의 농도를 동시에 측정할 수 있도록 하였다. 이 시스템의 최적 조건은 $35^{\circ}C$에서 pH 7.5인 0.1 M 인산 완충용액이었다. 바이오센서를 이용하여 측정한 값을 분광광도법과 gas chromatography를 이용한 값과 비교해 본 결과 유사한 것으로 나타났다. Dual cathode electrode를 이용한 바이오센서로 측정할 경우 다른 분석방법과 같은 복잡한 전처리 과정없이 두 가지 성분을 동시에 측정하는 것이 가능함으로써 신속하게 측정할 수 있었으며, 탁주와 같은 발효식품의 발효 중 변화하는 두 가지 성분을 동시에 측정할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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