• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.315-323
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• 2005

The integrated or the two-stage (dark anaerobic and photosynthetic) fermentation processes were compared for the hydrogen production using purple non-sulfur photosynthetic bacteria, Rhodopseudomonas palustris P4. Cell growth, pH changes and organic acids and bacteriochlorophyll contents were monitored during the processes. Culture broth of Rps. palustris P4 exhibited dark-red during the photosynthetic culture condition, while yellow under the anaerobic condition without light. Rps. palustris P4 grown at the photosynthetic condition evolved 0.38 and 1.33 ml $H_2$/mg-dcw during the dark and the light fermentation, respectively, which were totally 1.71 ml $H_2$/mg-dcw at the two-stage fermentation. The rate of hydrogen production using Rps. palustris P4 grown under the dark anaerobic condition was 2.76 ml $H_2$/mg-dcw which consisted of 0.46 and 2.30 ml $H_2$/mg-dcw from the dark and the photosynthetic fermentation processes, respectively. Rps. palustris P4 grown under dark anaerobic conditions produced $H_2$ 1.6 times higher than that of grown under the photosynthetic condition. However, total fermentation period of the former was 1.5 times slower than that of the latter, because the induced time of hydrogen production during the photosynthetic fermentation was 96 and 24 hours when the seed culture was the dark anaerobic and photosynthetic, respectively. The integrated fermentation process by Rps. palustris P4 produced 0.52 ml $H_2$/mg-dcw(1.01 mol $H_2$/mol glucose), which was 20% of the two-stage fermentation.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권1호
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• pp.16-22
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• 2006

생물학적 수소생산 공정은 다른 열화학적 공정이나 전기화학적 공정에 비하여 환경친화적이며 에너지를 덜 소모하는 공정이다. 생물학적 수소생산 공정은 크게 두 가지로 구별할 수 있는데, 광합성에 의한 수소생산과 혐기발효에 의한 수소생산이 그것이다. 광합성에 의한 수소생산 공정은 주로 물로부터 수소를 생산하고 동시에 공기 중의 이산화탄소도 저감하는 특징을 가지고 있으며, 혐기발효에 의한 수소생산 공정은 유기 탄소원을 섭취하는 박테리아에 의한 발효를 통해 이루어지는 공정이다. 본 논문에서는 생물학적 수소생산 공정에 대한 그간의 연구들에 대하여 살펴 보았다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권6호
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• pp.1150-1156
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• 2017

Understanding phosphorus metabolism in photosynthetic organisms is important as it is closely associated with enhanced crop productivity and pollution management for natural ecosystems (e.g., algal blooming). Accordingly, we exploited highly time-resolved metabolic responses to different levels of phosphate deprivation in Chlamydomonas reinhardtii, a photosynthetic model organism. We conducted non-targeted primary metabolite profiling using gas-chromatography time-of-flight mass spectrometric analysis. Primarily, we systematically identified main contributors to degree-wise responses corresponding to the levels of phosphate deprivation. Additionally, we systematically characterized the metabolite sets specific to different phosphate conditions and their interactions with culture time. Among them were various types of fatty acids that were most dynamically modulated by the phosphate availability and culture time in addition to phosphorylated compounds.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제1권2호
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• pp.111-115
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• 1991

The green alga, Dunaliella salina under fed-batch cultivation produced 51.12 mg of hydrocarbon per liter with maintaining 0.313 (g dry wt/l). About 20% of hydrocarbon production yield based on dry biomass was obtained from both batch and fed-batch processes. Optimum culture conditions of light intensity, pH and salt concentration were obtained as 0.0080 (kJ/$cm^2$/h), 8.0 and 1.4 (g of NaCl/l), respectively by response surface analysis. The production of hydrocarbons in D. salina was closely correlated to cell growth. Fed-batch cultivation produced more hydrocarbons and maintained better cell growth than a batch process.

• KSBB Journal
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• 제6권4호
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• pp.351-361
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• 1991

This study is on the investigation of hydrogen production and substrate removal by photosynthetic bacteria. After using of Rhodospillum rubrum KS-301 and IFO 3986, which are photosynthetic bacteria as strains, R. rubrum KS-301 was turned out a better strain. And result of experiment in which glucose and sodium lactate, components of wastewater, were used limiting substrates, showed that the productivity of hydrogen was indifferent with the kind of substrates. In batch experiments using free cells and immobilized whole cells, the decrease in hydrogen productivity was observed in the latter case. From the results of these experiments, specific growth rate of cells, specific utilization rate of glucose, and specific production rate of hydrogen were calculated. And each rate was expressed in the form of Monod equation of which parameters were estimated. Also the optimum condition of hydrogen production for free cells was $30^{\circ}C$, pH 7, and 12,000 Lux, and the optimum immobilized condition was as follows: initial immobilized cell concentration 1.0g/L, sodium alginate concentration 2% and light intensity 12,000 Lux.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권3호
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• pp.400-406
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• 2012

To improve the hydrogen yield from biological fermentation of organic wastewater, a co-culture system of dark- and photo-fermentation bacteria was investigated. In a pure-culture system of the dark-fermentation bacterium Clostridium butyricum, a pH of 6.25 was found to be optimal, resulting in a hydrogen production rate of 18.7 ml-$H_2/l/h$. On the other hand, the photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides could produce the most hydrogen at 1.81mol-$H_2/mol$-glucose at pH 7.0. The maximum specific growth rate of R. sphaeroides was determined to be 2.93 $h^{-1}$ when acetic acid was used as the carbon source, a result that was significantly higher than that obtained using either glucose or a mixture of volatile fatty acids (VFAs). Acetic acid best supported R. sphaeroides cell growth but not hydrogen production. In the co-culture system with glucose, hydrogen could be steadily produced without any lag phase. There were distinguishable inflection points in a plot of accumulated hydrogen over time, resulting from the dynamic production or consumption of VFAs by the interaction between the dark- and photo-fermentation bacteria. Lastly, the hydrogen production rate of a repeated fed-batch run was 15.9 ml-$H_2/l/h$, which was achievable in a sustainable manner.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제20권4호
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• pp.430-436
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• 1992

수소 생성능이 있는 Clostridium butyricum과 이 균주의 대사산물을 이용하여 수소를 생성할 수 있는 광합성 세균의 혼합 배양에 의하여 수소 생성을 할 수 있는 양 균주의 혼합 배양 동력학적 연구를 수행하였다. 혐기성 Clostridia의 발효에서 생성되는 아세트산염과 부티르산염은 Rhodopseudomonas sphaeroides에 의해 이용되어 수소를 생성하게 되었고, 이들 양 균주를 혼합 배양한 결과 수소 생성을 저해하는 아세트산염과 부티르산염의 배지내 농도는 점차 감소하였다. 이들 두 균주의 혼합 배양에서의 균체의 혼합 비율, 혼합시기, 접종량을 조사함으로써 단독 배양시와 비교하면서 최적 조건을 조사하였고, 혼합시 균체량의 비율 Clostridium 속 세균1부에 대하여 Rhodopseudomonas 속 세균 6부의 비율로 혼합할 수 있음을 확인하였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제12권1호
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• pp.17-21
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• 2003

참외재배시 저광도 조건시 상품수량의 급격한 저하를 막기 위하여 본 연구가 수행되었다. 과실 비대기에 해당되는 착과후 10일부터 400 $\mu$mol$.$m$^{-}$2$.$S$^{-1}$정도의 저광도 조건이 지속되면 광합성 속도도 떨어지고, 엽록소 함량도 낮았으며 특히 요소 무엽면시비구의 광합성속도는 크게 저하되었다 당도에 있어서는 자연광에 비해 저광도 처리구가 전반적으로 낮았는데, 착과수가 많고 무엽면시비구일수록 낮았다. 발효과 발생률은 요소 엽면시비 유무에 관계없이 자연광에서는 4% 미만으로 발생되었는데, 저광도 조건에서는 10% 이상 발생되었다. 특히 저광도 조건에서 적과수를 적게 한 처리구일수록 발효과 발생률이 높았는데, 적과를 하지 않은 처리구는 각각 39와 48%로 매우 높은 발생율을 보였다. 수확시기 지연은 요소 엽면시비 유무와 관계없이 자연광에 비해 저광도 조건에서 늦어지는 경향을 보였는데, 적과수가 적을수록 지연정도는 심했다 주당 상품수량에 있어서는 저광도 조건하에서 자연광에 비해 16∼34% 수준 정도로 매우 낮은 수량을 보였는데, 요소 0.5% 액을 엽면시비하고 2개를 적과한 처리구가 34%수준으로 자연광에 비해 다른 처리보다 높은 상품수량을 보였다. 따라서 참외재배시 과실 착과후 10일경부터 강우 등에 의해 장기간 저광도 조건이 지속될 것으로 전망되면 상품수량의 급격한 저하를 막기 위하여 주당 6개의 착과 과실중에서 2개를 적과하고, 요소 0.5%액을 2회 정도 엽면시비 해주는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.

• 동의생리병리학회지
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• 제24권2호
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• pp.258-265
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• 2010

Atopic dermatitis (AD) is a chronically relapsing pruritic inflammatory skin disease. To find new anti-inflammatory products for skin inflammatory disease such as AD and contact dermatitis, we produced the effective microorganism fermentation substance (EM-S) by fermentation of medicinal plants with effective microorganisms including photosynthetic bacteria, lactic acid bacteria and yeast, screened the effects of EM-S on NC/Nga model mice. Murine AD-like skin lesions were made by painting Dermatophagoides farinae (Df) extract. Topically applied EM-S significantly reduced clinical severity score, ear thickness and histological grade in AD-like NC/Nga mouse model by Df antigen sensitization. In addition, the serum IgE and Th2 chemokine levels (TARC/CCL17, MDC/CCL22 and CTACK/CCL27) were significantly reduced by EM-S. Futhermore, skin tissue expressions of Th2 chemokines were significantly reduced by EM-S. These results demonstrate that topical application of EM-S may be improve the AD-like skin lesion by suppressing IgE and Th2 chemokines.