• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제3권2호
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• pp.123-128
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• 1993

The polyesters (polyhydroxyalkanoates; PHAs) production capability in a two-step cultivation of Alcaligenes eutrophus H16(ATCC 17699) was investigated by using various organic carbon sources. The carbon sources used included linear $C_2~C_10$ monocarboxylic acids, $C_3~C_10$ dicarboxylic acids, crotonic acid, and several linear vicinal and $\omega$-diols. The polyesters synthesized were characterized by 500 MHz $^1 H-NMR$ spectroscopy, intrinsic viscosity$[\eta]$ measurement in chloroform and differential scanning calorimetry (DSC). The PHAs synthesis data showed that the use of C-odd ($C_3, C_5, and C_7$) monocarboxylic acids resulted in poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)(P(3HB-co-3HV) (3HV content ranging 40 to 70 mol%) while the use of $C_9$ substrate gave the copolyester containing only 4 mol% of 3HV. All culture products obtained on $C_3$~C$_{10}$ dicarboxylic acids gave exclusively P(3HB). 500 MHz $^1 H-NMR$ analysis showed that all polyesters synthesized generally contained 1~2 mol% 3HV even for the unrelated substrates such as the carboxylic acids with even number of carbon. When $\alpha, \omega$-diols with even number of carbon were used as substrates, 4-hydroxybutyrate(4HB) was inserted into the polyester chain composed of P(3HB-co-4HB). Vicinal diols were generally not utilized by the bacterium for polyester production.n.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제26권3호
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• pp.257-263
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• 1998

Alcaligenes eutrophus의 세포배양액(23-210 g dry weight/L)으로부터 균체 회수 효율에 미치는 철계 응집제 첨가 효과에 대해 연구하였다. 응집제로는 무기 응집제인 Fe$_2$(SO$_4$)$_3$과 무기 고분자 응집제인 Ferix-3를 사용하였다. 철계 응집제는 3-13의 넓은 pH 범위에서 응집효과를 나타내었으며, 배양액의 pH가 증가할수록 floc의 크기는 증가하였다. 균체 회수를 위한 배양액의 최적 pH는 10-13이었다. 최적 응집제의 첨가량은 세포농도가 증가함에 따라 증가하였는데, 무기응집제인 Fe$_2$(SO$_4$)$_3$보다는 무기고분자응집제인 Ferix-3이 적은 농도에서 응집 효율이 우수함을 알 수 있었다. 210 g/L의 세포농도 배양액에 Ferix-3을 1300 mg Fe/L를 첨가하면 45$\times$g의 낮은 원심력에 의해 95%이상의 균체를 회수 가능하였다. 응집제의 요구량은 배양액 중의 NH$_4$$^{+}$ 농도에 비례하여 증가하였고, 배양액 중의 NH$_4$$^{+}$ 농도가 1 g 증가하면 응집제가 0.066 g Fe$_3$$^{+}$정도 더 요구되었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제13권1호
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• pp.64-69
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• 2003

Pseudomonas chlororaphis HS21 was isolated from a soil sample and found to produce medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (MCL-PHAs) using palm kernel oil (PKO) as the sole carbon source. Up to 3.3 g/1 dry cell weight containing $45\%$ MCL-PHA was produced, when the strain was grown for 21 h in a jar fermentor culture containing 5 g/1 PKO. The polymer produced from PKO consisted of unsaturated monomers of $7.3\%$ 3-hydroxy-5-cis-tetradecenoate and $2.3\%$ 3-hydroxy-5,8,-cis, cis-tetradecadienoate as well as saturated even-carbon number monomers ranging from $C_6\;to\;C_14$, as determined by GC and El GC/MS The PHA was a transparent, sticky material at room temperature. A differential scanning calorimetric analysis revealed that the polymer was amorphous with a $-44^{\circ}C$ glass transition temperature. The number average molecular weight and polydispersity index of the PHA were 83,000 and 1.53, respectively. Although the PHA was practically biodegradable, its degradability was lower than that of poly(3-hydroxyoctanoate) based on a comp:trison of the clear zones formed by growing PHA depolymerase-producing bacteria on an agar plate containing the respective polymers.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제9권6호
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• pp.847-853
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• 1999

A Pseudomonas sp. strain that is capable of utilizing dicarboxylic acids as a sole carbon source was isolated from activated sludge by using the enrichment culture technique. This organism accumulated polyhydroxyalkanoates (PHAs) with an unusual pattern of monomer units that depends on the carbon sources used. Polyhydroxybutyrate (PHB) homopolyester was synthesized from glucose or small $C_{-even}$ alkanoic acids, such as butyric acid and hexanoic acid. Accumulation of PHB homopolyester was also observed in the cells grown on $C_{-odd}$ dicarboxylic acids, such as heptanedioic acid and nonanedioic acid as the sole carbon sources. In contrast, a copolyester consisting of 6 mol% 3-hydroxybutyrate (3HB) and 94 mol% 3-hydroxyvalerate (3HV) was produced with a PHA content of as much as 36% of the cellular dry matter. This strain produced PHAs consisting both of the short-chain-length (SCL) and the medium-chain-length (MCL) 3-hydroxyacid units when heptanoic acid to undecanoic acid were fed as the sole carbon sources. Most interestingly, polyester consisting of significant amount of relevant fractions, 3HB, 3HV, and 3-hydroxyheptanoate (3HHp), was accumulated from heptanoic acid. According to solvent fractionation experiments, the polymer produced from heptanoic acid was a blend of poly(3HHp) and of a copolyester of 3HB, 3HV, and 3HHp units. The hexane soluble fractions contained only 3HHp units while the hexane-insoluble fractions contained 3HB and 3HV units with a small amount of 3HHp unit. The copolyester was an elastomer with unusual mechanical properties. The maximum elongation ratio of the copolyester was 460% with an ultimate strength of 10 MPa, which was very different from those of poly(3HB-co-3HV) copolyesters having similar compositions produced from other microorganisms.

• 미생물학회지
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• 제53권3호
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• pp.200-207
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• 2017

SA-TSA 복합구를 이용해 폐활성슬러지로부터 VFAs를 생산하고, 이를 발효 기질로 이용해 PHA를 생산하기 위한 실험을 수행하였다. 30%의 SA-TSA 복합구를 처리하였을 때 폐활성슬러지의 가용화 효율이 가장 효과적으로 일어나서 약 3,900 mg/L의 SCOD값을 얻었으며, acetic acid, propionic acid, iso-butyric acid 및 butyric acid를 주성분으로 하는 2,961 mg/L 농도의 VFAs를 얻었다. VFAs를 외부탄소원으로 이용하는 SBR 공정을 통해 PHA를 생합성하는 미생물을 농화배양하는 실험을 수행하고 PCR-DGGE로 분석한 결과, 우점 미생물로 Vibrio spp.와 Corynebacterium glutamicum이 확인되었다. 폐활성슬러지로부터 얻은 VFAs를 탄소원으로 사용하여 농화된 혼합미생물배양체를 회분배양한 결과, 건체량의 25.9%에 달하는 PHB를 얻었다. 본 연구결과는 SA-TSA 복합구를 이용하여 폐활성슬러지로부터 VFAs를 얻음으로써 폐슬러지 감량화 효과를 얻고, 또 혼합미생물배양체를 이용하여 VFAs를 바이오폴리머로 전환함으로써 경제성을 확보할 수 있는 새로운 생물공정의 가능성을 보여준다.

• 미생물학회지
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• 제37권1호
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• pp.92-99
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• 2001

Pi1ot plant (200 l)에서의 유가식 배양에 의한 Ralstonia eutopha KHB 8862의 고농도 배 양을 통하여 Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB)의 대량생산을 모색하였다. 그 결과 배양 80시간 후 168 g/l의 건체량과 건체량의 74%에 달하는 PHB를 생산할 수 있었으며, 이때의 고과당 시럽으로부터의 PHB 전환수율 및 PHB 생산성은 각각 0.27 (w/w) 및 1.6 $gl^{-1}$ $h^{-1}$ /이었다. 이를 토대로 본 연구에서는 미생물 발효에 의한 PHB 생산 cost 및 그 경제성을 분석하였다. 신규설비투자를 고려하지 않은 경우의 PHB의 생산 cost는 US$2.41/kg으로 산출된 반면에 신규 설비투자를 고려한 경우에는 US$3.15/kg으로 상승되었다. 탄소원의 PHB로의 전환수율과 발효 생산성 모두 PHB 생산비를 결정하는 중요요인이지만 전체 생산비의 37%를 차지하는 탄소원 원료비의 비중이 설비투자의 감가상각비 비중 (17%)에 비해 높기 때문에 생산성을 높이는 노력보다는 전환수율을 개선하는 것이 PHB 생산비용 절감의 핵심이 되는 것으로 나타났다. PHB chip으로의 제조시 PHB 생산 cost는 US$4.0/kg의 수준으로 현재로서는 범용 합성플라스틱에 비하여 경쟁력을 확보하지 못한다. 따라서 생산비 절감을 통한 범용수지로써 경쟁력 제고와 함께 바이오의약 분야 등의 고부가가치 영역에서의 새로운 용도 개발 등이 적극 요구된다.

• 미생물학회지
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• 제38권2호
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• pp.144-151
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• 2002

Rhodopseudomonas sp. KCTC1437균주를 이용하여 Polyhydroxyalkanoate (PHA)와 5-aminolevulinic acid (ALA)를 생산하기 위한 배양조건과 이들 생합성 조건의 상호관련성에 대하여 조사하였다. PHA생합성을 위한 탄소원으로는 acetic acid가 가장 효과적이었으나, succinic acid를 보조 탄소원으로 사용하였을 때의 세포건체량은 2.5g/ι, PHA함량은 건체량의 73%로서 주 탄소원만을 사용할 때에 비하여 크게 증가하였다. 조사된 탄소원으로부터 생합성된 PHA는 모두 polyhydroxybutyrate 단일중합체 이었으나, valeric acid로부터는 3-hydroxybutyrate와 3-hydroxyvalerate로 구성된 공중합체가 생산되었다. ALA의 생합성을 위하여서는 환원제 인 sodium thioglycolate를 첨가하여 혐기적 조건을 만들고, 탄소원인 acetic acid와 propionic acid 이외에 전구물질인 levulinic acid, succinic acid와 glycine을 반복적으로 공급해주었을 때 가장 좋았으며, 약 400 mg/ι의 ALA를 생산할 수 있었다. 그러나 ALA 생합성의 필수물질인 glycine, levulinic acid와 환원제는 세포생장과 PHA의 생합성을 저해하는 것으로 나타났다. 이러한 실험 결과, Rhodopseudomonas sp. KCTC1437균주로부터 PHA와 ALA를 동시에 생산할 수 있으나, 두 가지 유용산물을 효율적으로 생합성하기 위한 각각의 배양조건이 상호 배타적임을 확인하였다.

• 미생물학회지
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• 제36권2호
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• pp.155-160
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• 2000

Pseudomonas sp. HJ-2는 heptanoinc acid를 단일탄소원으로 이용하여 3-hydroxybutyrate (3HB),3-hydroxy-velerate (3HV) 및 3-hydroxybutyrate (3HHp)를 구성 단위체로 하는 고무탄성 polyhydroxyalkanoate (PHA)를 생합성한다. 이 미생물 고분자는 poly(3HB-co-3HV)공중합체와 poly(3HHp) 단일중합체로 이루어진 혼합물임이 밝혀졌다. 본 연구에서는 PHA가 고무탄성체로서의 성질을 유지하는데 필용한 단위체 조성과 HJ-2의 배양조건이 PHA의 생산 및 단위체 조성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 생합성된 PHA의 탄성률은 poly(3HHp)의 존재로 크게 감소되었으나, 3HV의 함량이 높은 poly(3HB-co-3HV) 자체도 최대변형률 740%로서 고무탄성체로서의 성질을 보였다. HJ-2의 생장 및 PHA 생합성은 탄소원인 heptanoic acid의 초기농도가 40mMdlfEo 가장 높았으나, 50mM의 농도에서는 큰 저해를 받았다. PHA 생합성은 질소와 인이 결핍된 조건에서 크게 증가되었다. 배양액의 pH 및 통기는 HJ-2로부터 생합성되는 PHA의 단위체 조성에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. pH 7.5에서 생합성되는 고분자는 poly(3HB-co-38% 3HV)인 반면에 pH8.0에서의 고분자는 3HHp가 95%를 차지하였다. 발효조의 교반속도를 달리한 실험의 결과 고분자 내 3HHp의 함량은 산소전달 속도가 높아질수록 증가하였다.

• 미생물학회지
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• 제52권4호
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• pp.455-462
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• 2016

Pseudomonas aeruginosa P-5 균주는 홀수개의 탄소수를 갖는 지방산으로부터 3-hydroxyvalerate (3HV)와 medium-chain-length (MCL) 3-hydroxyalkanoates (3HAs) 단위체로 구성된 popolyhydroxyalkanoate (PHA) 공중합체를 생산하는 특이한 성질을 갖고 있다. 이 균주가 갖고 있는 2개의 MCL-PHA synthases ($PhaC1_{P-5}$와 $PhaC2_{P-5}$)의 탄소길이에 따른 기질특이성을 비교하기 위하여 각각의 유전자를 PHA 생합성능이 결여된 돌연변이주 Pseudomonas putida GPp104에 도입하고 발현시킨 결과, $PhaC2_{P-5}$는 3HV와 MCL 3HAs로 이루어진 공중합체를 생산하지만 $PhaC1_{P-5}$는 단지 MCL 3HAs로 구성된 공중합체를 생산하였다. 이는 $PhaC2_{P-5}$가 $PhaC1_{P-5}$과는 달리 보다 짧은 탄소길이의 3-hydroxyvaleryl Co-A를 기질로 인지하여 합성반응에 이용할 수 있음을 보여주는 것이다. 또한 $PhaC2_{P-5}$의 효소활성 및 기질특이성의 변화를 유도하기 위하여 위치지정 돌연변이생성을 수행하고 P. putida GPp104과 다른 PHA 생합성능 결여 돌연변이주인 Ralstonia eutropha $PHB^-4$에서 발현시킨 결과, $PhaC2_{P-5}$ 내 두 개 아미노산의 치환(Ser326Thr과 Gln482Lys)이 공중합체의 3HV 함량을 크게 증진시키는 효과를 보였다. 두 개 아미노산이 모두 치환된 $PhaC2_{P-5}$ 유전자($phaC2_{P-5}QKST$)를 갖는 P. putida GPp104를 nonanoic acid가 탄소원으로 함유된 배지에서 배양하였을 때, 모균주에 비해 공중합체 함량과 공중합체 내 3HV 함량이 각각 2.5배 및 3.5배 증가하였다. 따라서 $phaC2_{P-5}QKST$를 포함하는 재조합 균주는 개량된 물성의 신규PHAs 생산에 유용할 것으로 기대된다.