• 한국생물공학회:학술대회논문집
• /
• 한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
• /
• pp.381-384
• /
• 2002

Response surface methodology (RSM) was successfully applied to optimize for the production of Ganoderma lucidum in batch fermentations using the whey (40,000 mg latose/L) as substrate. This study was performed according to the central composite design (CCD) with respect to pH and temperature, where the designed intervals were 3.3$22.9^{\circ}C$$37.1^{\circ}C$, respectively. A second-order factorial design of the experiments was used to build empirical models providing a quantitative interpretation of the relationships between the two variables. The optimum conditions to maximize the production of G. lucidum were pH 4.2 and $28.3^{\circ}C$. At optimum conditions, the mycelial dry weight (MDW) and residual soluble COD (SCOD) were simultaneously used to evaluate the biokinetic coefficients assocoated with substrate inhibition model by nonlinear least squares method with 95% confidence interval. The. maximum microbial growth rates (${\mu}m$), half saturation coefficient ($K_s$), and the inhibition substrate concentration ($K_{is}$) were determined to be 0.095 l/hr, 128,000 mg SCOD/L and 49,000 mg SCOD/L, respectively. And the microbial yield coefficient (Y), biomass decay rate coefficient ($K_d$), and the maintenance energy coefficient ($m_s$) were determined to be 0.37 mg MDW/mg SCOD, 0.001 1/hr, and 0.0015 1/hr, respectively.

• 농약과학회지
• /
• 제9권3호
• /
• pp.191-198
• /
• 2005

신규 살충제 표적 단백질인 AnCE의 활성부위 잔기들과 상호작용 가능한 약리단 (pharmacophore)을 세 개의 펩타이드로 이루어진 ACE 기질 Hippuryl-L -histidyl-L-leucine (Hip-L-His-L-Leu, HHL) 분자의 구조를 모델로 하여 예측하였다. HHL의 분자구조, 용액장 내에서의 구조변화 그리고 약리단을 구성하는 원자들의 전하밀도 분석을 위해 순이론적인 양자화학 계산방법을 이용하여 구조 최적화, NMR 화학적 이동 및 NPA 계산을 수행하였다. 이론적인 NMR 화학적 이동 값들은 실험 결과와 잘 일치함을 보였고 전하밀도 계산 결과는 해당원자의 약리단을 분석하는데 사용되었다. 결과적으로 HHL 분자 구조를 통해 소수성(aromatic, aliphatic), 수소결합 주게, 수소결합 받게, 금속 아연 결합부위의 5개 약리단을 추출할 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제13권4호
• /
• pp.501-508
• /
• 2003

Artificial coupling of one enzyme with another can provide an efficient means for the production of industrially important chemicals. Xylose reductase has been recently discovered to be useful in the reductive production of xylitol. However, a limitation of its in vitro or in vivo use is the regeneration of the cofactor NAD(P)H in the enzyme activity. In the present study, an efficient process for the production of xylitol from D-xylose was established by coupling two enzymes. A NADH-dependent xylose reductase (XR) from Pichia stipitis catalyzed the reduction of xylose with a stoichiometric consumption of NADH, and the resulting cofactor $NAD^+$ was continuously re-reduced by formate dehydrogenase (FDH) for regeneration. Using simple kinetic analyses as tools for process optimization, suitable conditions for the performance and yield of the coupled reaction were established. The optimal reaction temperature and pH were determined to be about $30^{\circ}C$ and 7.0, respectively. Formate, as a substrate of FDH, affected the yield and cofactor regeneration, and was, therefore, adjusted to a concentration of 20 mM. When the total activity of FDH was about 1.8-fold higher than that of XR, the performance was better than that by any other activity ratios. As expected, there were no distinct differences in the conversion yields of reactions, when supplied with the oxidized form $NAD^+$ instead of the reduced form NADH, as a starting cofactor for regeneration. Under these conditions, a complete conversion (>99%) could be readily obtained from a small-scale batch reaction.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제22권10호
• /
• pp.1446-1451
• /
• 2012

Levodopa or L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) is the precursor of the neurotransmitter dopamine. L-DOPA is a famous treatment for Parkinson's disease symptoms. In this study, electroenzymatic synthesis of L-DOPA was performed in a three-electrode cell, comprising a Ag/AgCl reference electrode, a platinum wire auxiliary electrode, and a glassy carbon working electrode. L-DOPA had an oxidation peak at 376 mV and a reduction peak at -550 mV. The optimum conditions of pH, temperature, and amount of free tyrosinase enzyme were pH 7, $30^{\circ}C$, and 250 IU, respectively. The kinetic constant of the free tyrosinase enzyme was found for both cresolase and catacholase activity to be 0.25 and 0.4 mM, respectively. A cyclic voltammogram was used to investigate the electron transfer rate constant. The mean heterogeneous electron transfer rate ($k_e$) was $5.8{\times}10^{-4}$ cm/s. The results suggest that the electroenzymatic method could be an alternative way to produce L-DOPA without the use of a reducing agent such as ascorbic acid.

• 방사성폐기물학회지
• /
• 제19권4호
• /
• pp.459-467
• /
• 2021

In the majority of countries, the upper limit of buffer temperature in a repository is set to below 100℃ due to the possible illitization. This smectite-to-illite transformation is expected to be detrimental to the swelling functions of the buffer. However, if the upper limit is increased while preventing illitization, the disposal density and cost-effectiveness for the repository will dramatically increase. Thus, understanding the characteristics and creating a database related to the buffer under the elevated temperature conditions is crucial. In this study, a strategy to investigate the bentonite found in Korea under the elevated temperatures from a mineral transformation and radionuclides retardation perspective was proposed. Certain long-term hydrothermal reactions generated the bentonite samples that were utilized for the investigation of their mineral transformation and radionuclide retardation characteristics. The bentonite samples are expected to be studied using in-situ synchrotron-based X-Ray Diffraction (XRD) technique to determine the smectite-to-illite transformation. Simultaneously, the 'high-temperature and high-pressure mineral alteration measurement system' based on the Diamond Anvil Cell (DAC) will control and provide the elevated temperature and pressure conditions during the measurements. The kinetic models, including the Huang and Cuadros model, are expected to predict the time and manner in which the illitization will become detrimental to the performance and safety of the repository. The sorption reactions planned for the bentonite samples to evaluate the effects on retardation will provide the information required to expand the current knowledge of repository optimization.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제34권3호
• /
• pp.683-693
• /
• 2017

지구 온난화, 석유 고갈, 환경 오염에 대한 방안으로 수송부문에서 국제적으로 바이오연료에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 바이오디젤은 이산화탄소 감소 효과와 인체에 무해하며 세탄가가 높아 석유디젤을 대체할 수 있는 장점을 가지고 있다. 현재 국내 바이오디젤 수요는 지속적으로 증가하고 있으나 원료부족으로 인해 수입의존도가 커지고 있는 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구는 현재 사용되지 않는 음폐유(약 33 % 유리지방산 함유)를 Amberlyst-15촉매를 이용한 에스테르화 반응을 통해 바이오디젤 원료로서 활용가능성을 확인 하였다. 다양한 반응 조건의 영향을 조사하기 위한 실험을 수행한 결과 반응온도 383 K에서 97.62 %의 전환율을 얻었으며, 반응속도는 353 K에서 373 K로 증가 할 때 최대 1.99 배까지 상승하였다. 또한 동역학적 결과를 이용하여 29.75 kJ/mol의 활성화 에너지를 확인하여 선행연구에서 연구된 타 고체촉매에 비해 에스테르화반응에 Amberlyst-15 더 적합함을 확인하였다. 그리고 메탄올 몰 비가 증가함에 따라 최대 91.43 %의 반응 전환율을 확인하였고, 촉매량 영향의 경우 0 wt%에서 20 wt%까지 증가시킨 결과 반응 전환율이 43.78 %에서 94.62 %까지, 초기 반응 속도는 1.1~1.4 배로 상승하는 것을 확인하였다. 교반속도의 경우 100~900 rpm의 조건에 따라 실험을 수행하였으나 반응 전환율에는 큰 영향을 주지 않음을 확인하였고 반응 시간에 따른 영향의 경우 240 분 까지 산가 감소를 보이다가 300 분이 지나면서부터 산가가 상승하는 결과를 가져왔다. 그리고 위 실험들을 통해 도출된 최적 조건을 적용하여 음폐유 에스테르화 반응에 적용하였고 그 결과 반응시간 60 분에서 음폐유와 모사 폐유지간의 13 %의 반응 전환율 차이를 보였으나 최종 240 분 반응 전환율은 모사 폐유지 98.12 %, 음폐유는 97.62 %로 거의 유사한 결과를 얻었다.

• KSBB Journal
• /
• 제17권1호
• /
• pp.73-79
• /
• 2002

본 연구에서는 C. ljungdahlii를 이용하여 일산화탄소로부터 에탄올 생성 방법을 최적화하였다. 먼저 Clostridium ljungdahlii ATCC 55383을 이용하여 일산화탄소 소비속도에 대한 kinetic model과 그에 따른 여러 가지 상수값을 계산하기 위한 실험을 수행하였다. 이 결과 일 산화탄소 소비속도 data에 Michaelis Menten식이 잘 적용됨을 알수 있었고 기울기 값 $K_m/V_{max}$ max 및 y-절편값 $1/V_{max}$로부터 구한 $V_{max}$는 37.14 mmol/L-hr-O.D. 그리고 $K_{m}$은 0.9516 atm임을 알 수 있었다. C. ljungdahlii에서의 ethanol의 생성에 미치는 pH와 질소원의 영향을 실험한 결과 세포성장에는 pH 5.5와 YE첨가가 에탄올 생성에는 pH 4~4.5, ammonium solution $(NH_4Cl+(NH_4)_2SO_4$)첨가가 필요한 것으로 확인되었다. 따라서 pH 5.5와 YE 0.5%에서 C. ljungdahlii를 배양한 후 pH 4.5로 shift하고 ammonium solution을 계속 첨가한 경우 세포농도 0.D. 0.25에서 약 3.6 g/L의 에탄올 생성을 얻었으며 이것은 pH 및 질소원 shift가 없는 경우에 비하여 약 20배 이상 에탄을 생성양이 증가된 수치이다. 이를 바탕으로 pH shift 후 N source로서 ammonium solution을 지속적으로 공급하여 주면서 fermenter를 이용한 일산화탄소로부터 에탄을 최적화를 수행하였고 이 결과 최대 specific ethanol production rate 0.49 g ethanol/L.hr.O.D.를 얻을 수 있었으며 생성된 최종 에탄을 농도는 25 g ethanol/L에 달하였다. 이 결과를 이용하여 높은 세포농도를 얻기 위하여 세포성장에 도움을 주는 탄소원 실험을 수행하였고 이 결과 glucose를 이용한 세포성장후 일산화탄소로 전환하는 방법을 fermenter에 적용하여 pH 5.5, 400 rpm 조건에서 glucose를 feeding하여 O.D. 3.4가지 자라게 한 후 ammonium solution을 첨가하여 주면서 일산화탄소를 소비하는 시점가지 약 10시간 동안 CO adaptation을 실시하여 일산화탄소의 소비속도가 충분한 속도에 달했을 때 pH를 5.5에서 4.5로 낮추어 주었고 그 후 간헐적으로 ammonium solution을 feeding한 결과 얻어진 최종 에탄을 생성량은 45 g/L 이었다. 특히 약60시간 이내에 45 g/L 정도의 ethanol을 생성 함으로써 0.75 g ethanol/L.hr의 ethanol 생산성을 확보 할 수 있었다. 또한 C. ljungdahlii이 에탄을 내성을 실험한 결과 약 50 g/L 정도의 에탄올에는 큰 성장 장애를 받지 않는 것으로 나타나 이 균주를 이용한 산업체 부생가스로부터의 에탄을 생산 가능성을 더하여 주고 있다. 현재 본 연구진에 의하여 C. ljungdahlii를 이용하여 long term operation시의 cell viability 유지를 위한 세포성장과 에탄을 생성을 완전히 분리시킨 2 bioreactor system의 연구 및 일산화탄소로부터 높은 농도의 에탄올을 생성하는 독창적인 새로운 균주가 분리되어 현재 실험 진행 중이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제13권11호
• /
• pp.37-42
• /
• 2012

본 연구는 TBOS를 기질로 적용한 Geobacter lovleyi의 TCE 탈염소화 공정에 관하여 조사하였다. Geobacter lovleiy를 이용한 TCE 탈염소화 반응은 TCE 초기농도와 Geobacter lovleyi 주입량, 초기 TBOS 농도의 독립변수를 수학적으로 표시하였고, 반응표면법(RSM)을 활용하여 모델화하였다. 이 실험들은 Box-Behnken Design(BBD)을 통해 계획된 15개의 실험을 통해 이루어졌다. RSM을 통하여 TCE 제거효율과 독립변수들의 모델식이 도출되었다 : $Y_1$= -11.50(initial concentration of TCE) + 4.25(단백질 양, 주입된 Geobacter lovleyi의 양) - 4.75(initial concentration of TBOS) - ${6.58X_1}^2$ - ${8.583X_3}^2$ + 93.67, $Y_2=-10.92X_1+5.06X_2-4.89X_3-{4.93X_3}^2-2.19X_1X_2+2.54X_1X_3-2.19X_2X_3+16.71$. 도출된 반응모델은 수정결정계수는 각 0.975, 0.934로 1에 가깝게 나타났으며, 모델의 기여율이 높은 것으로 나타났다. 또한, 통계적 분석결과 TCE 탈염소화 효율에 미치는 영향은 TCE 초기농도 > TBOS 초기농도 > 단백질 양의 순으로 나타났으며, 상호항의 영향은 나타나지 않았다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제36권9호
• /
• pp.641-647
• /
• 2014

연구에서는 폐기물 처리에 어려움을 겪고 있는 폐슬러지를 원료로 사용하여 섬유(fiber) 형태의 생체흡착제를 제조하였다. 유기성 오염물의 용출 문제 및 처리수의 고액분리 문제를 해결하기 위하여 Ca-alginate를 이용해 폐슬러지를 고정화하였으며, 제조의 용이성 및 흡착제로써의 성능을 향상시키기 위하여 섬유 형태로 생체흡착제를 제조하였다. Alginate 사용량을 최소화 하면서 제조한 생체흡착제의 성능을 최대화 하기 위한 고정화 조건은 alginate 농도 10 g/L, 폐슬러지 농도 40 g/L, 생체흡착제 직경 0.3~0.4 mm로 결정하였다. 제조한 섬유형 생체흡착제는 2가 양이온 중금속인 Cd(II)에 대해 60.73 mg/g의 최대흡착량을 보였으며, Cd(II) 흡착 거동은 Psuedo-second-order 속도모델과 Langmuir 등온흡착모델로 잘 설명되었다. 결론적으로, 하폐수 처리공정에서 발생하는 폐슬러지는 생체흡착제를 제조하는데 사용될 수 있는 저렴한 원료이며, 이렇게 제조한 생체흡착제는 산업폐수에 함유된 유독성 중금속을 효율적으로 제거하는데 사용될 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제15권4호
• /
• pp.165-174
• /
• 2011

본 연구는 롤러코스터 구조물의 구조적인 결함을 검출하기 위해서 요구되는 최적의 센서를 구성하기 위한 연구이다. 특수한 목적과 구조적인 형태의 롤러코스터를 3차원 FE 모델링을 통해 구조적 거동특성을 분석하고, 최적계측/센서 이론을 통해 합리적인 센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 구성된 최적 센서 위치 및 개수를 바탕으로 손상 전 후에 따른 수치적인 모달 특성값을 추출해 손상평가에 활용될 기본 구조물에 대한 기초자료를 제공하였다. 본 연구의 대상구조물로 서울 어린이대공원에 위치한 롤러코스터 구조물을 선정하였고, 1/20 크기로 축소한 모형 구조물을 제작 활용하였다. 또한, 롤로코스트의 공간적인 구조의 특성으로 운동학(Kinetics)적 거둥에 따른 운동역학(Kinematics)적인 특성이 포함되도록 Spline 함수를 이용해 대상 모형 구조물을 정확히 3차원 FE 모델을 구성 후, 가이언 소거법에 근거한 모달 특성값을 추출하였고, 유효독립법(EIM) 및 최적운동에너지법(EOT) 이론을 바탕으로 최적계측/센서 위치 및 개수를 구성하였으며, 손상 전 후에 따른 모달 특성값을 추출해 크게 강성도, 유연도, 모드상관도의 관계로부터 손상(결함)을 평가하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성된 최적 계측/센서 이론이 타당함을 확인하였고, 강성도 및 유연도 변화를 통해 만족할 수준으로 손상이 규명되었다. 이 결과 롤러코스터 구조물의 건전도 모니터링에 필요한 거동특성 분석 및 결함검출기술 개발에 관한 최적 센서의 구성을 제시 하였다.