• 미생물과산업
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• 제16권2호
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• pp.53-57
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• 1990

본고에서는 이제까지 개발되어 현재 산업적으로 사용되고 있는 에탄올 생산공정을 살펴보고 scale-up의 사례로서 KIST 유전공학센터에서 Z.mobilis airlift 발효조에서 수행한 연구결과를 중심으로 에탄올 발효에 있어서 scale-up시 나타나는 문제점과 고려해야 할 제반사항에 대해 살펴 보기로 한다.

• 생명과학회지
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• 제29권1호
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• pp.135-145
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• 2019

자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis)는 수십 년 동안 생화학적 발효 기술을 통한 수송용 에탄올을 생산하기에 적합한 산업용 미생물로 각광을 받아왔다. 최근 이 균주의 포스트 게놈 시대 도래 및 미국 듀폰사(DuPont, USA)의 세계 최대 산업용 목질계 에탄올 생산 시설 완료 등은, 이 미생물을 이용한 산업적 에탄올 생산 공정 가시화를 위한 다양한 연구들을 파생시키고 있다. 특히, 산업용 셀룰로오스 에탄올 발효공정에 이용되는 미생물은 다양한 독성 발효 저해물질 및 물리적 스트레스에 보다 쉽게 노출 될 수 있다. 따라서 본 논문은 이 미생물이 보유한 최신 생리학적 이해와 관련 된 정보와 다양한 환경적 스트레스에 견딜 수 있는 산업적 강건성 및 산업용 균주 개발 방법에 대한 사례 및 이 균주를 이용한 가격 경쟁적인 목질계 에탄올 생산 공정 개발에 필요한 균주 개발에 대한 미래 지향적 연구 방향에 대하여 기술하였다.

• Food Science and Biotechnology
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• 제16권3호
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• pp.482-484
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• 2007

To investigate production and hydrolysis of levan, the levansucrase enzymes from Zymomonas mobilis ATCC 10988 and Rahnella aquatilis ATCC 33071 were used. The optimum temperature of R. aquatilis levansucrase for levan formation was $37^{\circ}C$, whereas that of Z. mobilis was $4^{\circ}C$, under the experimental conditions. Both levansucrases also catalyzed the reverse levan hydrolysis reaction. Levan hydrolysis reactions from both levansucrases were temperature dependent; high temperature ($20^{\circ}C$) was more favorable than low temperature ($4^{\circ}C$) by 4 times. Fructose was the only product from hydrolysis reaction by both levansucrases, showing that both levansucrases mediated the hydrolysis reaction of exo-enzyme acting. In both enzymes, initial levan hydrolysis activity was almost accounted to 1% of initial levan formation activity. The results allow the estimation of the fructose release rate in enzyme processing conditions.

• Mycobiology
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• 제32권4호
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• pp.170-172
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• 2004

The efficiency of acid, enzyme and microbial pretreatment of rice bran was compared based on the content of cellulose, hemicellulose, reducing sugars and xylose in the substrate. An isolate of Aspergillus niger or a strain of Trichoderma viride(MTCC 800) was employed for microbial pretreatment of rice bran in solid state. Acid pretreatment resulted in the highest amount of reducing sugars followed by enzyme and microbial pretreatment. A. niger showed a higher rate of hydrolysis than T. viride. The rice bran hydrolysate obtained from the different methods was subsequently fermented to ethanol either by Zymomonas mobilis(NCIM 806) or by Pichia stipitis(NCIM 3497). P. stipitis fermentation resulted in higher ethanol(37% higher) and biomass production($76{\sim}83%$ higher) than those of Z. mobilis. Maximum ethanol production resulted at 12h in Zymomonas fermentation, while in Pichia fermentation, it was observed at 60h. Microbial pretreatment of rice bran by A. niger followed by fermentation employing P. stipitis was more efficient but slower than the other microbial pretreatment and fermentation.

• KSBB Journal
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• 제7권1호
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• pp.15-20
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• 1992

식품첨가물 등으로 이용 되어지는 sorbitol을 $\beta$-1,2fructose oligomer를 함유하고 있는 Jerusalem artichoke를 이용하여 생산 하였으며, 이는 L-sorbose생산에 있어서 전구물질로 이용된다. Inulinase와 oxidoreductase의 동시고정화여, inulin을 와 fructose로 가수분해함과 동시에 가수분해산물을 sorbitol로 전환시켰다. Inulinase와 oxidoreductase는 chitin(5%, w/v)과 K-carrageenan(4%, w/v)으로 고정화 시켰다. 0.2% CTAB(Cetyltrimethylammonlumbromide)처리에 의해서 투과성이 향상된 Zymomonas mobilis세포내의 함유 되어있는 oxidoreductase의 activity가 향상되었다. Jerusalem artichoke juice를 acid에 의한 가수분해에 의해서 40%(v/w) juice 100ml당 53.64의 total carbohydrate yield를 얻었고, 온도 변화에 따른 가수분해시 $85^{\circ}C$에서 반응이 신속히 일어났다. Inulinase를 이용한 가수분해에 의하여 35.56g/l의 glucose와 85.32g/l의 fructose가 생성되었으며, sorbitol생성에 기질로 이용되었다. Inulinase와 Z. mobilis세포의 동시고정화 반응기에서 35.15g/l의 sorbitol을 생성하였으며, 이는 동시고정화를 하지 않았을때의 sorbitol생성농도(35.64g/l)보다 낮았다.

• 미생물학회지
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• 제23권1호
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• pp.56-63
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• 1985

Zymomonas Mobilis로 부터 플라스미드를 분리하여 그 특성을 조사하고 E. col i와 Zymomas양쪽에서 모두 복제하는 셔틀벡터를 제조하였다. Zymomonas mobilis의 4 균주로부터 native plasmid를 분리해 본 결과 모든 Zymomonas균주들은 적어도 하나 이상의 플라스미드를 가지고 있었으며 그 크기는 1.7kb에서 46kb사이였다. 숙주균 주를 선정하고자 Zymomonas의 각종 항생물질에 대한 약재내성을 조사한 결과 특히 tetracycline과 chloramphenic col에 아주 민감한 것으로 나타났다. Zymomonas의 플라스미드들간의 염기배열의 유사성을 조사한 결과 ATCC 1 10988과 ZM 1의 플라스미드들간에는 염기배열의 유사성이 있었고 ZM 4와 Agll은 유사성이 없었다. 클로닝벡터로 개발하고자 하는 ATCC 10988의 1.7kb플라스미드를 pZM886이라 명명하고 이 pZM886을 pBR322와 재조합시켜서 pBZ41이라 명명하였다. pBZ41의 제한효소지도를 작성하였다. pBZ41을 이용하여 조사한 결과 Zymomonas의 replicon은 E.coli에서 작동되지 않았으며 pBR322는 또한 Zymomonas내에서 복제되지 않는 것으로 추정되었다. pBZ41을 conjugal mobilization방법으로 E.coli에서 Zymomonas로 옮겼을 때 Conjugation 된 Zymomonas 들은 모두 tetracycline에 저항성을 나타내었으며 안정하게 플라스미드를 유지시켰다.

• KSBB Journal
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• 제7권2호
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• pp.144-148
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• 1992

투과성이 증가된 Z. mobilis를 K-carrageenan으로 고정화한 건조beads를 이용하여 sorbitol연속생성공정의 향상에 관한 실험을 하였다. 투과성을 증가시킨 균체를 K-carrageenan으로 고정화 하여서 연속공정을 실시한 결과 효소의 안정성이 30일 이상 지속되었다. K-carrageenan으로 고정화한 균체를 건조시 bead의 견고성과 저장성이 향상되었다. 건조 bead를 이용한 72시간의 반회분식 공정에서 효소 활성도의 감소는 8%였으며, 건조 bead에서의 Vmax값은 $39^{\circ}C$와 pH6.2에서 free cell의 거의 절반값을 나타내었다. 연속공정에서 희석속도 $0.1h^{-1}$일 때 wet bead와 건조bead에서의 sorbitol생산성은 각각 3.4, 2.88g/l-h를 나타내었다.

• KSBB Journal
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• 제4권2호
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• pp.110-117
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• 1989

Ca-alginate에 의하여 포괄된 고정화 Zymomonas mobilios의 담체내부에 있어서 균체자체활성을 물질이동 현상으로 규명하고자 하였다. 또한 균체활성을 장기간 유지할 수 있을때 기질의 유효확산에 다른 반응속도를 고찰하여 균일상계로의 균체량농도를 결정할 수 있는 고정화 최적화를 구하고 그 활성의 변화에 대한 경향을 비교검토하였다. 반응속도와 균체량의 관계가 이론치에 잘 일치되므로써 기질의 유효확산계수, $D_e$와 고정화균체량, $C_c$의 상관관계를 결정할 수 있었고 이로부터 고정화 균체량 250g-dry cell/ l에서 공극율 0로 될 수 있음을 알 수 있었다. 실험치의 결과는 Michaelis-Menten형반응의 0차와 1차사이를 만족하였다.

• 생명과학회지
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• 제25권11호
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• pp.1290-1297
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• 2015

에탄올 생산 세균 Zymomonas mobilis에서 에탄올 생산 경로의 핵심으로 작용하는 효소인, pyruvate decarboxylase(pdc) 유전자의 불활성 실험을 통해, PDC 활성이 50% 감소된 PDC 활성 변형균주가 분리되었다. 이러한 균주들의 에탄올 탄소대사 흐름이 고부가가치 화합물인 피루브산, 숙신산 및 젖산 등으로 전환되는지를 발효 실험을 통해 평가하였다. 하지만 pdc의 발현을 중지시키기 위해 cat-삽입형-pdc와 pdc-결손형 아형 유전자를 전기천공법을 이용해 야생형 균주 ZM4의 염색체에 이식하기 위한 다수의 시도에도 불구하고, 이러한 방법을 통해 분리된 균주들은 대부분 부분적 유전자 불활성 특성을 보였으며, PDC 활성이 완전히 손실된 삭제 돌연변이 균주를 획득할 수는 없었다. PDC활성이 변형된 돌연변이 균주의 발효 실험에서, 야생형 균주와 비교 시 감소된 PDC 효소 활성의 변화로 인해 기질 흡수율과 에탄올 생산율이 감소되어 피루브산 생산이 약 2.5 g l^-1 정도로 증가함을 확인하였으나, 젖산과 숙신산의 생산에 현저한 농도 변화를 보이지 못했다. 이러한 결과는 Z. mobilis의 산화환원 에너지가 PDC 효소 활성에 의한 에탄올 생산 경로에 전적으로 의존하여 발생한다는 것을 암시하였다. 상기 결과를 토대로 pdc 유전자의 완전한 불활성 유도와 산화환원 에너지의 균형은, 젖산 생산을 위한 lactate dehydrogenase, 숙신산 생산을 위한 pyruvate dehydrogenase와 malic enzyme과 같은 효소의 활성 증가를 통해, 세포내 NAD와 NADH 농도의 산화환원 균형이 이루어져야 발생할 수 있음을 시사하였다.