• 생명과학회지
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• 제33권8호
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• pp.680-691
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• 2023

오일 피크, 기후변화 그리고 미세 플라스틱과 관련된 석유합성 플라스틱의 생산과 사용은, 지속 가능한 인류 생활을 위협하는 범세계적 이슈로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 생분해성 친환경 바이오플라스틱 소재가 대안이 되고 있으며, 그중 주목받고 있는 소재 중 하나는 polyhydroxyalkanoates (PHA) 생분해성 바이오플라스틱이다. 본 총설은 PHA 생산공정에 이용될 수 있는 해양 미생물의 산업적 활용 이점과 현재까지 밝혀진 해양미생물의 생산성을 비교하고, 이들이 산업에서 활용되기 위해 필요한 연구개발 현황에 대해 조사하였다. 조사 결과 해양미생물로부터 생산된 PHA는 석유합성 플라스틱이 보유한 다양한 물리적 특성을 띄는 중합체 소재로의 대체 가능성과, 배지 제조 시 해수를 사용할 수 있는 장점, 특별한 멸균 과정이 필요치 않은 장점, 그리고 분리 정제 과정 등에서 비용 절감의 장점을 제공할 수 있음을 확인하였다. 하지만 해양미생물의 PHA 생산성은 육상에서 분리된 상용화 균주에 비해 다소 떨어지는 효율을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 선진 omics 기반 합성 미생물학 기반 기술을 활용하여, 고밀도 연속배양기술 개발, PHA 효율 증진 및 다양한 시장 요구에 필요한 생분해성 플라스틱 소재 개발이 미래 플라스틱 대체 소재 개발에 필요한 연구임을 확인하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제37권3호
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• pp.231-237
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• 2009

재조합 대장균으로부터 고순도 베타-카로틴을 효율적으로 회수하기 위한 추출정제 방법을 개발하기 위하여 세포파쇄의 유무, 추출온도, 추출용매의 종류, 세포 대 추출용매의 비율 및 결정세척 용매의 선정이 베타-카로틴 추출수율과 순도에 미치는 영향을 조사하였다. 세포파쇄의 유무는 베타-카로틴 추출수율에 영향을 미치지 않았으므로 별도의 물리적 세포파쇄 단계가 생략되었다. 테스트된 용매 종류에 관계없이 $50^{\circ}C$에서 베타-카로틴의 추출수율은 $30^{\circ}C$에서보다 월등히 높았다. 아이소부틸 아세테이트에 의해 추출되는 베타-카로틴의 양은 추출성능이 제일 낮은 아세톤을 사용한 경우에 비해 7.6배 높았다. 0.4g의 동결건조세포로부터 베타-카로틴을 최대로 추출하기 위해 필요한 아이소부틸 아세테이트의 최적양은 10mL였고, 이는 단위 건조 세포(g-dry cells)당 25mL의 아이소부틸 아세테이트가 필요함을 의미하였다. 아세톤과 올리브오일을 동일비율로 혼합한 용액에 의한 추출양은 아세톤만을 사용한 경우보다 훨씬 높았고 가장 높은 값을 나타낸 아이소부틸 아세테이트에 의한 값과 비슷한 수치를 나타내었다. 추출액에 용해되어 있는 베타-카로틴의 결정 생성을 촉진시켜 베타-카로틴을 추출용액으로 분리하여 얻어진 베타-카로틴 결정의 순도는 89%으나 이를 에탄올로 세척 시 순도가 98.5%로 향상되었다. HPLC, 분광광도계 분석외에 추가적으로 질량분석을 수행함으로써 회수된 결정이 베타-카로틴임을 확인하였다. 이와 같은 결과는 본 연구팀에서 개발한 방법으로 식품의약 안전청에서 고시한 화장품 및 식품의 첨가물 기준을 만족시키는 고순도 베타-카로틴을 효율적으로 생산할 수 있음을 시사한다.

• 환경영향평가
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• 제29권3호
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• pp.157-181
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• 2020

하천, 호소 및 해양항만의 퇴적물은 수계로 배출된 오염물질의 종착점이면서 동시에 지속적으로 오염물질을 수계로 배출하는 오염원(source)으로 작용한다. 지금까지 오염퇴적물은 육상매립 또는 해양투기해왔던 것이 현실이었다. 하지만 육상매립은 고 비용, 해양투기는 런던협약으로 인해 전면 금지되었다. 따라서 본 연구에서는 대상부지인 왕궁축산단지의 오염퇴적토를 대상으로 토양정화방법을 적용하여 연구하였다. 토양정화방법은 해외 적용사례와 국내 처리 가능한 적용기술을 선별하여 전처리, 퇴비화, 토양세척, 동전기, 열탈착을 적용하였다. 오염특성파악을 위한 대상 부지 조사결과 수질은 용존산소(Disolved Oxigen, DO), 부유물질(Suspended Solid, SS), 화학적산소요구량(Chemical Oxygen Demand, COD), 총질소(Total Nitrogen, TN), 총인(Total Phosphorus, TP) 이 방류수 수질기준을 초과하였고 특히 SS, COD, TN, TP는 기준을 수십 배에서 수백 배 초과하였다. 토양은 돼지사료의 성장을 촉진하는 구리, 아연의 농도가 높게 나타났으며, 카드뮴이 토양환경보전법 기준치 1지역을 상회하였다. 전처리기술은 하이드로사이클론을 활용하여 입도분리를 실시하였으며, 미세토양이 80% 이상 분리되어 선별효율이 높게 나타났다. 퇴비화는 유기물 및 석유계 총 탄화수소(Total Petroleum Hydrocarbon, TPH) 오염토양을 대상으로 실시하였으며, TPH는 우려기준 이내로 처리되었고, 유기물의 경우 대장균이 높게 분석되어 70℃에서 퇴비화 최적조건을 적용하여 비료규격을 만족하였으나 비료규격에 비하여는 유기물함량이 낮게 분석되었다. 토양세척은 연속추출시험결과 Cd는 미세토에서 5단계인 잔류성(Residual)물질이 확연하게 존재하였고 Cu 및 Zn은 오염분리가 쉬운 이온교환성(1단계), 탄산염(2단계), 철/망간산화물(3단계)의 함량이 대부분을 차지했다. 산용출과 다단세척을 단계별로 적용결과 염산, 1.0M, 1:3, 200rpm, 60min이 최적 세척인자로 분석되었으며 다단세척실험결과 오염 퇴적토는 대부분 1단에서 토양환경보전법 우려기준을 만족하는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구의 적용성 시험결과 중금속오염이 높은 오염토는 전처리 후 토양세척을 적용하여 처리토를 골재로 활용하고, 유기물 및 유류 오염토는 퇴비화를 적용하여 오염물질과 대장균을 사멸한 후 부숙토로 사용하는 것이 효율적임을 확인할 수 있었다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제43권6호
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• pp.842-853
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• 2014

본 연구는 고올레산 해바라기유(high oleic sunflower oil, HOSO), palmitic ethyl ester 및 stearic ethyl ester를 이용하여 대칭형 유지와 비대칭형 유지를 합성하였으며, 이를 이용하여 in vitro digestion에서의 소화율(%)을 비교하고자 하였다. 생성된 대칭형 유지와 비대칭형 유지는 acetone을 이용하여 분별함으로써 대칭형 유지는 I, II, III으로, 비대칭형 유지는 IV, V로 분별되었다. 그 후 분별물들을 이용하여 in vitro digestion을 진행함으로써 소화율(%)과 농도변화량(mg/mL/min)을 비교하였으며, 분별물들의 위치별 지방산 및 TAG 조성 분석, DSC를 통한 흡열 및 발열곡선 분석, solid fat index와 융점 측정을 통해 특성을 알아보고자 하였다. 위치별 지방산 조성 분석 결과 I, II, III은 sn-2 위치에 palmitic acid와 stearic acid의 합이 4.9~6.5 area%로 나타나 주로 대칭형 TAG로 이루어졌고, IV와 V는 41.9~43.9 area%로 나타나 주로 비대칭형 TAG로 구성되어 있는 것으로 확인되었다. 한편 in vitro digestion을 진행하여 분별물간의 가수분해율(%)을 비교한 결과, 반응시간 120분에서는 V만 다른 분별물에 비해 약 40% 정도 소화가 되지 않았으며, V의 융점이 $49^{\circ}C$로 반응온도($37^{\circ}C$)보다 높았다. 초기 반응시간(15분)에서는 I,II>IV>III>V 순으로 소화가 되지 않았으며, 각 분별물에서 ${\bigcirc}{\bigcirc}{\bigcirc}$와 POS/PSO의 가수분해율(%)을 비교해 본 결과 TAG 간의 가수분해율 차이가 없는 것으로 나타났다. 한편 III과 IV를 비교해 보았을 때, IV가 III에 비해 두 개의 포화지방산으로 구성된 TAG 함량이 약 40 area% 적지만 complete melting point가 III과 유사한 것으로 나타나 비대칭형 TAG가 대칭형 TAG에 비해 융점이 높다는 것을 알 수 있었다. 따라서 slip melting point가 in vitro digestion 결과에 가장 큰 영향을 미치며, 융점은 총지방산 조성에서의 포화지방산 함량이 높을수록, 두 개의 포화지방산으로 구성된 TAG의 함량이 높을수록, 비대칭형 TAG로 이루어질수록 높아짐을 알 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제23권1호
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• pp.1-7
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• 2008

비록 전 세계적으로 많은 수의 소규모 시범 셀룰로식 에탄올 생산연구가 보고되고 있으며 셀룰로식 에탄올 생산을 위한 많은 연구들이 진행되고 있지만 현재까지 전분계나 설탕계 에탄올과 경쟁할 수 있을 정도의 경제적 생산이 가능한 상용화된 셀룰로식 에탄올 생산시설은 현재까지 보고 된 바 없다. 또한 일부 환경경제학자들은 옥수수 작물자체가 수확기까지 많은 양의 수분과 에너지를 필요로 하고 매년 토양을 침출시키는 작물이어서 환경적인 문제점을 불러 올 수 있다는 점, 이후 옥수수 바이오매스로부터 에탄올을 생산할 때까지 들어가는 에너지의 양이 높다는 점등을 지적하며 옥수수로부터의 에탄올대량생산에 신중해야 한다는 의견도 있다(24). 하지만 가까운 장래에 석유를 대체할 액체연료 중 에탄올이 가장 적합하다는 미국이나 유럽의 목표에 따라 옥수수 줄기나 잎을 이용한 셀룰로식 에탄올 생산계획은 계속해서 추진될 것으로 보이며 상용화도 미국정부의 계획대로라면 수년 내에 이루어 질 것으로 보인다. 셀룰로식 에탄올의 상용화를 위해서는 여러 점들을 고려하여야 한다. 첫째로, 분자 및 유전자 수준까지의 식물에 대한 이해가 필요하다. 왜냐하면 이러한 지식의 바탕에서 바이오매스를 효과적으로 정제할 수 있는 방안들이 가능하기 때문이다. 이를 위해서는 셀룰로스보다 상대적으로 덜 알려진 식물체 내에서의 리그닌 합성경로 및 결합구조나 헤미셀룰로스의 합성 및 리그닌과의 결합관계 둥에 대한 연구가 더욱 필요하다. 둘째로는 셀룰로식 에탄올생산의 상용화를 위해서는 화석연료의 수요를 대체할 수 있는 작물의 개발과 수확작물을 처리하여 공장이나 공업단지까지 경제적으로 수송할 수 있는 방법이 개발되어야 한다. 현재 거론되고 있는 셀룰로식 에탄올공장의 생산규모를 연간 1억 내지 1억 8천만 리터 정도의 규모로 생각하고 연간 250-300일 작업 기준으로 생각한다면 적어도 하루 2000톤 정도의 biomass를 처리하여야 됨으로 이 정도의 바이오매스가 지속적이고, 경제적으로 공급되어야 한다. 미국의 경우, 옥수수작물이 셀룰로식 에탄올 생산을 위해 가장 적합한 원료물질로 거론되고 있다. 이는 현재 옥수수 열매 는 전분이나 에탄올 생산을 위해 공장으로 수송되지만 엄청난 양의 잎과 줄기는 밭에 남겨져 있기 때문이다. 이들 corn stover로 통칭되는 식물원료 물질이 바이오매스 중 연간 생산량이 가장 많은 1억 건조 톤 이상으로 현재로도 공급이 가능하고 잠재적으로는 10억 톤까지도 생산될 수 있다고 전망하기 때문이다. 따라서 미국의 경우 셀룰로식 에탄올의 생산은 corn stover의 이용이 불가피해 보인다. 더불어 톱밥이나 임업부산물의 경우는 현재 3800만 건조 톤 정도의 공급이 가능하며 미래 3억 7000만 건조 톤이 공급될 수 있을 것으로 예상하고 있다(25). 하지만 이러한 자원은 부피가 크고 무게가 가벼워 수송밀도가 낮아 고밀도 형태로 운송할 수 있는 방법이 모색되어야 한다. 또한 원료물질을 처리 시설까지 운반하는 운송비를 줄일 수 이는 다른 방법들도 모색되어야한다. 셋째로는 바이오매스의 구조를 당화과정과 발효과정에 적합하게 변환시킬 수 있는 경제성 있는 전처리 방법의 개발이 필수적이다. 이상적 전처리 방법은 리그닌을 효과적으로 분리해내 이를 이용한 공정에 필요한 에너지로 사용하거나 차후 부가가치가 높은 물질의 원료로 사용할 수 있게 하여야 한다. 또한 헤미셀룰로스와 셀룰로스의 손실을 최소화하여 차후 이들 식물탄수화물을 이용한 에탄올 생산을 극대화할 수 있는 방법이어야 하며 이와 함께 경제성을 담보하여야 한다. 이러한 전처리방법의 개발은 현재까지 개발된 여러 전처리 방법들의 장단점들을 파악하고 이를 극복할 수 있는 방법들을 모색하는 노력으로 가능할 수 있겠다. 마지막으로 5탄당과 6탄당을 동시에 발효할 수 있는 미생물 균주의 개발이나 효소비용을 획기적으로 줄일 수 있는 생산방법이 개발되어야 하겠다. 이는 셀룰로식 에탄올이 90% 이상의 높은 수율과 시간당 1.5-2.5 g/L의 생산성을 보이고 있는 전분이나 설탕으로부터 생산되는 에탄올과 경쟁력을 갖기 위한 필수적인 요소이기 때문이다.

• 한국식품영양학회지
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• 제11권2호
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• pp.179-184
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• 1998

양파를 생채로 착즙하여 분리한 액즙을 Brix 70%까지 감압농축시킨 것과 이어서 잔사에 ethyl alcohol을 가하여 추출한 것을 농축시켜 같이 합하고, 갈변방지를 위하여 1% cysteine의 첨가와 유화제로서 2% PGDR을 첨가하여 양파 oleoresin을 저장중 품질 안정성을 검토하였다. 양파로부터 oleoresin에 추출된 당은 저장온도 5$^{\circ}C$, $25^{\circ}C$ 및 4$0^{\circ}C$에서 매우 안정하여 저장 60일후까지도 함량변화는 거의 일어나지 않았다. 양파 oleoresin 추출 직후 갈변도를 나타내는 흡광도가 0.38로 담갈색을 띄었는데 5$^{\circ}C$에서는 저장 60일 후에도 변화가 거의 없었으나, $25^{\circ}C$ 및 4$0^{\circ}C$에서 저장한 경우는 60일후 흡광도가 1.53 및 3.32로 증가하였고, cysteine을 1% 첨가한 경우는 대조구에 비하여 갈색 억제효과가 상당히 나타나 4$0^{\circ}C$에서 60일간 저장하였을 때의 흡광도는 대조구의 절반 수준으로 나타났다. 유화 안정성은 5$^{\circ}C$ 저장의 경우 20일, 40일 및 60일 후에 분리되지 않는 emulsion 층의 부피가 각각 96.8%, 94.1% 및 9.06%로 매우 안정하였고, $25^{\circ}C$ 및 4$0^{\circ}C$에서 60일간 저장 후는 83.2% 및 75.4%로 유화상태가 다소 불안정하였다. 생체 양파로부터 추출한 oleoresin을 저장시키지 않고 바로 대두유에 1%를 첨가한 경우와 0.02% BHA를 첨가하였을 때 A.I.는 각각 1.39 및 1.72를 나타내어 0.02% BHA를 첨가한 대두유의 유도기간 연장효과에 대하여 80.8%에 해당하는 항산화 활성을 나타내었고, 5$^{\circ}C$ 및 $25^{\circ}C$에서 60일 동안 저장한 양파 oleoresin을 대두유에 각각 1% 첨가하였을 때의 A.I.는 1.37 및 1.30을 나타내어 실온 또는 그 이하의 온도에서는 양파 oleoresin이 가지는 항산화 활성은 매우 안정하였으며, 4$0^{\circ}C$에서 저장 60일후의 양파 oleoresin의 A.I.는 1.08로 나타나 고온에서 저장기일이 길수록 불안정하였다. Overall odor intensity의 지표로서 total pyruvate 함량변화는 5$^{\circ}C$, $25^{\circ}C$ 및 4$0^{\circ}C$에서 저장 60일 후 잔존율이 각각 89.9%, 79.7% 및 65.2%로 저온에서 상당히 안정하였다. 양파 oleoresin의 저장중 pyruvate 감소에 대한 반응속도 상수는 저장온도 범위 5~4$0^{\circ}C$에서 1.381~4.735m㏖/$\ell$.hr, Q10 값은 1.537~1.694, 그리고 활성화 에너지는 11.649㎉/g mole이었다.