• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.67-70
• /
• 2008

Biological conversion of biomass into fuels and chemicals requires hydrolysis of the polysaccharide fraction into monomeric sugars. Hydrolysis can be performed enzymatically, and with dilute or concentrate mineral acids. In this study, dilute sulfuric acid used as a catalyst for the hydrolysis of rapeseed straw. The purpose of this study is to optimize the hydrolysis process in a 15ml bomb tube reactor and investigate the effects of the acid concentration, temperature and reaction time on the hemicellulose removal and consequently on the production of sugars (xylose, glucose and arabinose) as well as on the formation of by-products (furfural, 5-hydroxymethylfurfural and acetic acid). Statistical analysis was based on a model composition corresponding to a $3^3$ orthogonal factorial design and employed the response surface methodology (RSM) to optimize the hydrolysis conditions, aiming to attain maximum xylose extraction from hemicellulose of rapeseed straw. The obtained optimum conditions were: acid concentration of 0.77%, temperature of $164^{\circ}C$ with a reaction time of 18min. Under these conditions, 75.94% of the total xylose was removed and the hydrolysate contained 0.65g $L^{-1}$ Glucose, 0.36g $L^{-1}$ Arabinose, 3.59g $L^{-1}$ Xylose, 0.51g $L^{-1}$ Furfural, 1.36g $L^{-1}$ Acetic acid, and 0.08g $L^{-1}$ 5-hydroxymethylfurfural.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제27권1호
• /
• pp.77-83
• /
• 2017

Lignocellulosic biomass represents a potentially large resource to supply the world's fuel and chemical feedstocks. Enzymatic bioconversion of this substrate offers a reliable strategy for accessing this material under mild reaction conditions. Owing to the complex nature of lignocellulose, many different enzymatic activities are required to function in concert to perform efficient transformation. In nature, large multienzyme complexes are known to effectively hydrolyze lignocellulose into constituent monomeric sugars. We created artificial complexes of enzymes, called rosettazymes, in order to hydrolyze glucuronoxylan, a common lignocellulose component, into its cognate sugar ${\small{D}}$-xylose and then further convert the ${\small{D}}$-xylose into ${\small{D}}$-xylonic acid, a Department of Energy top-30 platform chemical. Four different types of enzymes (endoxylanase, ${\alpha}$-glucuronidase, ${\beta}$-xylosidase, and xylose dehydrogenase) were incorporated into the artificial complexes. We demonstrated that tethering our enzymes in a complex resulted in significantly more activity (up to 71%) than the same amount of enzymes free in solution. We also determined that varying the enzyme composition affected the level of complex-related activity enhancement as well as overall yield.

• Journal of Applied Biological Chemistry
• /
• 제50권4호
• /
• pp.196-201
• /
• 2007

An intracellular invertase was purified to homogeneity from the cell extract of an alkalophilic and thermophilic Bacillus sp. TA-11, which was classified as a new species belonging to Bacillus cereus based on chemotaxanomic and phylogenetic analyses. The purified enzyme with a recovery of 26.6% was determined to be a monomeric protein with a molecular weight of 23 kDa by SDS-PAGE and 26 kDa by gel filtration. The maximum enzyme activity was observed at pH 7.0 and $50^{\circ}C$, and the purified enzyme was stable at the pH range of 5.0 to 8.0 and below $60^{\circ}C$. $K_m$ and $V_{max}$ values of the enzyme for sucrose were 370 mM and 3.0 ${\mu}M$ per min, respectively. The enzyme activity was significantly inhibited by bivalent metal ions ($Hg^{2+}$, $Cd^{2+}$ and $Cu^{2+}$) and sugars (glucose and fructose).

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제47권1호
• /
• pp.110-123
• /
• 2019

This work was conducted to examine the relationship between lignin content and the durability of larch (LAR) pellets. LAR sawdust was immersed in tap water (TW), sulfuric acid (AC) and sodium hydroxide (AK) solutions, and then the immersed sawdust was used for pellet fabrication. Klason lignin (KL) content of the immersed LAR, contents of soluble lignin (SL) and monomeric sugars liberated from the immersion of LAR, and durability of LAR pellets were measured. KL content decreased as the concentration of AC and AK solutions increased, but glucose content increased with increase in AC and AK concentration. Durability of wood pellets fabricated using non-immersed LAR sawdust was the highest, followed by those made using TW-, AK- and AC-immersed sawdust. LAR pellets became more durable as the concentration of KL and SL increased, but a significant positive correlation was found only between pellet durability and KL content. Through the fluorescent microscopic observation and SEM-EDX analysis, it was verified that lignin content of non-immersed LAR pellets was higher than that of AC- and AK-immersed LAR pellets. These results suggest that lignin might contribute to an increase in inter-particle bonding in wood pellets.

• 대한화장품학회지
• /
• 제44권1호
• /
• pp.81-87
• /
• 2018

본 연구에서는 각질층의 산란에 대한 새로운 분석 방법을 제공하고 광학에 사용되는 광산란 감소 물질들의 피부 각질층에서의 영향을 확인하였다. 각질층과 피부 구성 성분에 의해 산란되어지는 빛의 변화를 측정하기 위해 각질 테이프로 분리한 각질세포의 다크 필드 이미지 분석을 통해 다양한 광산란 감소 물질들의 각질층에서의 광산란 효과를 측정하고 분석하였다. 광산란 감소 물질의 처리 후 각질층의 물리적 특성(수분 함량, 케라틴 구조 및 두께) 변화는 FT-IR, 3D 레이저 현미경으로 관찰하였는데 화장품에서 보습제로 사용되는 단당류, 당 알코올, 환원당, 히알루론산 등은 광산란을 감소시킬 수 있었다. 그러나 광학에서의 탈수 현상과 달리 낮은 농도조건의 광산란 감소 물질은 각질층 케라틴 구조의 내부로 물의 침투를 향상시켜 각질층의 부피를 증가시키고 강성을 감소시키는 효과를 나타내었다. 이러한 광산란 감소 물질에 의한 각질층 각질세포의 수화 현상은 각질층의 광산란을 감소시켜 피부를 보다 투명하게 보이게 해 줄뿐만 아니라 지속적인 보습효과를 제공할 수 있는 각질층 타겟의 새로운 피부 개선 연구의 가능성을 확인할 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제26권2호
• /
• pp.326-336
• /
• 2016

Saccharomyces cerevisiae is one of the most employed cell factories for the production of bioproducts. Although monomeric hexose sugars constitute the preferential carbon source, this yeast can grow on a wide variety of nitrogen sources that are catabolized through central nitrogen metabolism (CNM). To evaluate the effects of internal perturbations on nitrogen utilization, we characterized strains deleted or overexpressed in GLT1, encoding for one of the key enzymes of the CNM node, the glutamate synthase. These strains, together with the parental strain as control, have been cultivated in minimal medium formulated with ammonium sulfate, glutamate, or glutamine as nitrogen source. Growth kinetics, together with the determination of protein content, viability, and reactive oxygen species (ROS) accumulation at the single cell level, revealed that GLT1 modulations do not significantly influence the cellular physiology, whereas the nitrogen source does. As important exceptions, GLT1 deletion negatively affected the scavenging activity of glutamate against ROS accumulation, when cells were treated with H₂O₂, whereas Glt1p overproduction led to lower viability in glutamine medium. Overall, this confirms the robustness of the CNM node against internal perturbations, but, at the same time, highlights its plasticity in respect to the environment. Considering that side-stream protein-rich waste materials are emerging as substrates to be used in an integrated biorefinery, these results underline the importance of preliminarily evaluating the best nitrogen source not only for media formulation, but also for the overall economics of the process.

• KSBB Journal
• /
• 제24권5호
• /
• pp.439-445
• /
• 2009

목질계 바이오매스 전처리시 발생하는 저해물질로써 퓨란류, 유기산류, 페놀류를 포함한 발효에 있어, S. cerevisiae K35와 P. stipitis KCCM 12009가 에탄올 생산에 미치는 영향을 중심으로 연구를 수행하였다. 본 연구에 사용된 두 균주 모두 24시간 내에 100 g/L의 glucose를 모두 소비하였으며, 40 g/L 이상의 에탄올을 생산하였다. 저해물질로 퓨란 (5-HMF, furfural)류가 1-2 g/L 존재시, S. cerevisiae K35는 furfural에 비해 5-HMF에 의한 저해영향을 높았으며, P. stipitis KCCM 12009는 그와 반대의 경향을 보였다. Acetate가 5 g/L 이상 존재하는 경우, S. cerevisiae K35와 P. stipitis KCCM 12009 두 균주 모두에 균체량 및 에탄올 생산에 대한 저해정도가 가장 높았다. 또한, 페놀류 (syringaldehyde, vanillic acid, syringic acid)가 각각 1-2 g/L 존재시, S. cerevisiae K35는 비교적 적은 세포성장 저해영향과 소량 증가하는 에탄올 생산량을 보인 반면, P. stipitis KCCM 12009는 전반적으로 S. cerevisiae K35의 세포성장과 에탄올 생산에 있어 유사한 경향을 보였으나, syringaldehyde와 vanillic acid가 2 g/L 존재시에는 24시간에 균생장이 급격히 감소함과 동시에 에탄올 생산량도 감소함을 보였고, 48시간 배양 후 저해물질의 영향에서 벗어나 정상적인 세포성장과 에탄올을 생산하는 경향을 보였다. S. cerevisiae K35와 P. stipitis KCCM 12009에 동일한 농도의 저해물질이 존재시 저해영향의 차이를 보이는 것은 균주 자체의 특성 차이로 인한 저해물질에 대한 민감도를 나타내는 것으로 보인다. 본 연구를 통해 두 균주를 이용한 바이오에탄올 생산시 발생되는 저해물질의 농도별 선택적 특이성을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 목질계 바이오매스 전처리시 발생되는 저해물질의 적정농도를 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제37권3호
• /
• pp.255-264
• /
• 2009

본 연구는 화학적 전처리 공정이 목질계 바이오매스의 효소 가수분해에 미치는 영향을 구명할 목적으로 이태리포플러 분말을 1% 황산과 수산화나트륨 수용액을 이용하여 각각 $150^{\circ}C$와 $160^{\circ}C$에서 한 시간 동안 전처리를 실시하였다. 전처리된 시료는 건조과정을 거친 시료와 건조과정을 거치치 않은 시료로 각각 구분하여 화학적, 물리적 성상 및 효소 당화 효율에 미치는 영향을 비교, 분석하였다. 황산 전처리에 의한 바이오매스의 분해율은 약 24.5%로 수산화나트륨 전처리에 의한 분해율(18.6%)보다 약 6% 이상 높게 측정되었다. 반면, 탈리그닌화는 수산화나트륨이 우수하여 황산을 이용한 전처리보다 약 2% 가량 높게 나타났다. 결정화도는 미처리 시료와 비교하였을 때 황산과 수산화나트륨으로 전처리한 시료 모두 다소 높은 값을 나타내었는데, 이는 전처리 과정에서 비결정성 셀룰로오스가 결정영역보다 선택적으로 분해됨으로서 나타난 결과로 예측되었다. 주사전자현미경에 의한 표면 미세구조 관찰 결과, 황산, 수산화나트륨 전처리 모두 구성 성분들을 분해함으로써 목질바이오매스의 표면을 미처리 시료보다 거칠게 만들고 부분적인 균열을 발생시키는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 황산 전처리-건조 시료에서는 이러한 표면 거칠음이 대조구와 유사하게 다시 변화하였음을 관찰하였다. 시료 표면의 기공분포는 두가지 전처리 과정 모두를 통해 크게 증가하였음을 확인하였다. 그러나 수산화나트륨에 의해 전처리된 시료는 건조과정을 거친 경우에도 기공분포가 점차적으로 증가하는 경향을 보였지만, 황산으로 전처리한 시료는 건조과정을 거치면서 전처리에 의해 증가한 기공 분포가 다시 급격히 감소하여 미처리 시료와 유사한 기공분포를 나타내었다. 황산 전처리 후 건조과정을 거친 시료와 미건조 시료는 효소가수분해에 의한 소화율이 각각 7.0%와 26.9%로 측정된 반면, 수산화나트륨 전처리 후 건조된 시료와 미건조시료는 각각 39.7%와 45.8%로 나타나 알칼리에 의한 전처리가 산 전처리보다 소화율 향상을 위해 더 우수하였으며, 이러한 높은 소화율은 당화 효율에도 커다란 영향을 미치는 것으로 판명되었다. 아울러 전처리된 바이오매스의 건조는 소화율 및 당화 수율에 지대한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제38권3호
• /
• pp.213-222
• /
• 2010

본 연구에서는 리그닌 전구물질 생합성에 관여하는 CCoAOMT (Caffeoyl-CoA-O-methyltransferase)유전자의 발현을 분자생물학적으로 억제시킨 상태와 정상적인 상태에서 생장한 현사시나무를 대상으로 홀로셀룰로 오스, 리그닌과 단당류 조성에 관한 정량 분석을 각각 실시하였다. 그리고 각각의 목질바이오매스로부터 MWL (milled wood lignin)을 추출하여 메톡실기정량, DFRC, Py-GC/MS, GPC, $^{13}C$ NMR 분석 등 리그닌의 화학 구조적 특성을 비교하였다. 정상재와 형질전환체의 홀로셀룰로오스 함량은 각각 81.6%와 82.3%로 큰 차이는 없었지만, 리그닌 함량은 각각 21.7%와 18.3%로 형질전환체가 약 3.4% 정도 낮았다. 정상재와 형질전환체의 구성 단당류 분석결과, 글루코오스는 각각 511.0 mg/g와 584.8 mg/g, 그리고 자일로오스는 각각 217.8 mg/g와 187.5 mg/g로 나타나 CCoAOMT 발현억제는 단당류 조성에 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 각 시 료로부터 단리한 리그닌(MWL)의 메톡실기 정량에 따르면 CCoAOMT 발현을 억제한 시료에서 약 7% 정도의 메톡실기가 감소하는 것으로 나타났고, 이는 $^{13}C$-NMR 분석과 Py-GC/MS 분석을 통하여 확인할 수 있었다. 또한 Py-GC/MS 분석에 의하면 정상재와 형질전환체 리그닌의 G/S 비율이 각각 0.59와 0.44로 나타난점으로 미루어 CCoAOMT 발현 억제는 리그닌 생합성 과정에서 G unit 생합성보다 S unit 생합성에 더 많은 영향을 미치는 것으로 예측할 수 있다.