It is crucial to develop a miniaturized cultivation method for large and rapid screening of high-yielding mutants of monacolin-K, a powerful anti-hypercholesterolemic secondary metabolite biosynthesized by the fungal cells of Monascus ruber. In order to investigate as many strains as possible in a short time, a miniaturized fermentation method especially suitable for the cultivation of the filamentous Monascus mutants was developed using $50m{\ell}$ culture-tube ($7m{\ell}$ of working volume) instead of the traditional $250m{\ell}$ flask ($50m{\ell}$ of working volume). Generally, in filamentous fungal cell fermentations, morphologies in growth and production cultures should be maintained as thick filamentous and compact-pelleted (usually less than 1 mm in diameter) forms, respectively, for enhanced production of secondary metabolites in final production cultures. In this study, we intended to induce the respective optimal morphologies in the miniaturized culture system for the purpose of rapid screening of overproducers. Miniaturized growth culture system was successfully developed due to the mass production of spores in the statistically optimized solid medium. When large amounts of spores were inoculated into the growth cultures, and brown rice flour (20 g/L) was also supplemented to the growth medium, dense filamentous morphologies were successfully induced in the growth cultures performed with the 50 ml culture tubes. It was implied that the amounts of spores inoculated into the growth tube-cultures and the growth medium components should be the key factors for the induction of the filamentous forms in the growth fermentations. Furthermore, in order to statistically optimize production medium, multiple experiments based on Plackett-Burman design and response surface method (RSM) were carried out, resulting in more than 2 fold enhanced production of monacolin-K in the final production cultures with the optimized production medium. Notably, under the production culture conditions with the statistically optimized medium, optimal pellet sizes below 1 mm in diameter were reproducibly induced, in contrast to the thick and viscous filamentous morphologies observed in the previous production cultures.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.6
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pp.642-652
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2008
The aim of our research was to apply experimental design methodology in the optimization condition of Photo-Fenton oxidation of the residual livestock wastewater after the coagulation process. The reactions of Photo-Fenton oxidation were mathematically described as a function of parameters amount of Fe(II)($x_1$), $H_2O_2(x_2)$ and pH($x_3$) being modeled by the use of the Box-Behnken method, which was used for fitting 2nd order response surface models and was alternative to central composite designs. The application of RSM using the Box-Behnken method yielded the following regression equation, which is an empirical relationship between the removal(%) of livestock wastewater and test variables in coded unit: Y = 79.3 + 15.61x$_1$ - 7.31x$_2$ - 4.26x$_3$ - 18x$_1{^2}$ - 10x$_2{^2}$ - 11.9x$_3{^2}$ + 2.49x$_1$x$_2$ - 4.4x$_2$x$_3$ - 1.65x$_1$x$_3$. The model predicted also agreed with the experimentally observed result(R$^2$ = 0.96) The results show that the response of treatment removal(%) in Photo-Fenton oxidation of livestock wastewater were significantly affected by the synergistic effect of linear terms(Fe(II)($x_1$), $H_2O_2(x_2)$, pH(x$_3$)), whereas Fe(II) $\times$ Fe(II)(x$_1{^2}$), $H_2O_2$$\times$$H_2O_2$(x$_2{^2}$) and pH $\times$ pH(x$_3{^2}$) on the quadratic terms were significantly affected by the antagonistic effect. $H_2O_2$$\times$ pH(x$_2$x$_3$) had also a antagonistic effect in the cross-product term. The estimated ridge of the expected maximum response and optimal conditions for Y using canonical analysis were 84 $\pm$ 0.95% and (Fe(II)(X$_1$) = 0.0146 mM, $H_2O_2$(X$_2$) = 0.0867 mM and pH(X$_3$) = 4.704, respectively. The optimal ratio of Fe/H$_2O_2$ was also 0.17 at the pH 4.7.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.40
no.10
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pp.1430-1437
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2011
Synthesis conditions of cocoa butter equivalents were optimized using the response surface method (RSM) by interesterification of canola oil (Ca), palmitic ethyl ester (PEE), and stearic ethyl ester (StEE). The reaction was catalyzed by immobilized lipase (Lipozyme TLIM) from Thermomyces lanuginosa to produce structured lipids containing a composition of triacylglycerols similar to cocoa butter. Reaction conditions were optimized using D-optimal design with the three reaction factors of the substrate molar ratio of canola oil to palmitic ethyl ester and stearic ethyl ester (Ca : PEE : StEE=1:1:3, 1:1.66:5, 1:2:6, 1:2.33:7, 1:3:9, $X_1$), enzyme ratio (2~6%, $X_2$), and reaction time (30~270 min, $X_3$). The optimal conditions that minimized acyl-migration while maximizing 1-palmitoyl-2-oleoyl-3-stearoyl glycerol (POS), 1,3-distearoyl-2-oleoyl glycerol (SOS), and 1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl glycerol (POP) were predicted, resulting in Ca : PEE : StEE=1:3:9, 6% of enzyme ratio, and 40 min of reaction time. The reaction product of structured lipids was synthesized again under the same conditions, showing 10.43 area% of acyl-migration, 25.31 area% of POS/PSO, 19.79 area% of SOS, and 11.22 area% of POP.
Jo, Jin-Ho;Jang, Hae-Jin;Cho, Seung-Mock;Lee, Yang-Bong
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.34
no.9
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pp.1471-1476
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2005
The optimization of ethanol treatment was carried out by response surface methodology (RSM) which was expressed through change of ${\Delta}$E value for improvement of color of dried large anchovy. The optimum condition was shown as treatment with 7 volumes (v/m) of ethanol at $50^{\circ}C$ for 9 hrs. At this condition, the removal rates of trimethylamine (TMA) and fat considered as fishy odor-causing materials were 81.1 and $77.4\%$, respectively, when analyzed by solid phase microextraction (SPME)/gas chromatography and soxhlet method, respectively The effect of citric acid on the removal rate of TMA was the highest one among organic acid treatments. The removal rate of TMA was affected greatly by the concentration of organic acid rather than the temperature and time of treatment. $73\%$ of TMA was removed by treatment of $1\%$ of citric acid at $20^{\circ}C$ for 20 min. Specially, above $90\%$ of TMA could be removed by the combination of alcohol and citric acid treatment. In vitro absorption rate of calcium was also increased to $12.3\%$ by the combination of alcohol and citric acid treatment compared with $2.9\%$ of control.
This study was to investigate the physicochemical and sensory characteristics of snack with various amounts Cham chwi and oil. This result was used to determine the optimum condition of adding levels of Cham chwi and oil. Flavor, crispness, greasiness, oil absorption, expansion rate were selected as the physicochemical and sensory characteristics to determine the optimum conditions of the amount of Cham chwi and oil. The predicted values were obtained by the regression method of RSM(response surface methodology). Conditions were standardized with maximum range of expansion rate when expected value of crispness was more than five and expected value of greasiness was less five. The optimum conditions of Cham chwi snack was established as the 8.6% of Cham chwi and 7.6% of oil.
This study investigated on the photolytic degradation of Triclosan by E-beam process. The optimization of process was investigated during a series of batch experiments by design of experiments(DOEs). The DOE was one of the statistical application that was used for designed the response surface to determine the effects of each parameters. The responses were applied as removal rate of Triclosan(%, $Y_1$) and TOC removal rate(%, $Y_2$). Two independent variables were concentration of Triclosan and irradiation intensity that were designed as "$x_1$" and irradiation intensity was designed as "$x_2$". The regression equation in coded parameter between the Triclosan removal efficiencies(%) and TOC removal efficiencies(%) was $Y_1=63-12.4335x_1+15.1835x_2+5.8125x{_1}^2-5.6875x{_2}^2-0.75x_1x_2(R^2=95.1%,\;R^2(Adj)=91.7%)$ and $Y_2=46-8.8462x_1+11.7175x_2-0.75x{_1}^2-6.25x{_2}^2(R^2=98.7%,\;R^2(Adj)=97.7%)$, respectively. The model predictions agreed well with the experimentally observed results $R^2$ and $R^2(Adj)$ over 90% within both of $Y_1$ and $Y_2$. This result shows that the regression model express well about the effects of parameters on E-beam process and the statistical method was successfully applied.
Viewers of videos are likely to absorb more information from the part of the screen that attracts visual attention. This fact has led to the visual attention models that are being used in producing and evaluating videos. In this paper, we investigate the factors that are significant to visual attention and the mathematical form of the visual attention model. We then estimated the visual attention probability using the statistical design of experiments. The analysis of variance (ANOVA) verifies that the motion velocity, distance from the screen, and amount of defocus blur affect human visual attention significantly. Using the response surface modeling (RSM), we created a visual attention score model that concerns the three factors, from which we calculate the visual attention probabilities (VAPs) of image pixels. The VAPs are directly applied to existing gradient based 3D effect perception measurement. By giving weights according to our VAPs, our algorithm achieves more accurate measurement than the existing method. The performance of the proposed measurement is assessed by comparing them with subjective evaluation as well as with existing methods. The comparison verifies that the proposed measurement outperforms the existing ones.
Compound K(ginsenoside M1) is one of saponin metabolites and has many benefits for human health. This study was to investigate Compound K produced from ginseng crude saponin extract with commercial cellulolytic complex enzyme(cellulase, ${\beta}$-glucanase, and hemicellulase) obtained from Trichoderma reesei. The effect factors(temperature, pH, ginseng crude saponin extract and enzyme concentration, and reaction time) on production of Compound K from ginseng crude saponin extract were determined by one factor at a time method. The selected major factor variables were ginseng crude saponin extract of 2%(w/v), enzyme of 7%(v/v), reaction time of 48 hr. Based on the effect factors, response surface method was proceeded to optimize the enzymatic bioconversion conditions for the desirable Compound K production under the fixed condition of pH 5.0 and $50^{\circ}C$. The optimal reaction condition from RSM was ginseng crude saponin extract of 2.38%, enzyme of 6.06%, and reaction time of 64.04 hr. The expected concentration of Compound K produced from that reaction was 840.77 mg/100 g. Production of Compound K was 1,017.93 mg/100 g and 862.31 mg/100 g, by flask and bench-scale bioreactor($2.5{\ell}$) system, respectively.
Kim, Sung-Min;Kim, Deog-Keun;Lee, Jin-Suk;Park, Soon-Chul;Rhee, Young-Woo
Clean Technology
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v.18
no.1
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pp.102-110
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2012
In this study, the production of bio-diesel from animal oil by esterification and trans-esterification was investigated. There were three different extraction methods for oil extraction from raw animal fat. Heterogeneous catalysts such as Amberlyst-15 and Amberlyst BD-20 and a homogeneous catalyst such as sulfuric acid were used for esterification. Among three catalysts, the removal efficiency of Free Fatty Acid (FFA) was the highest in sulfuric acid. Response surface method was carried out to find the optimal esterification condition of sulfuric acid and methanol. After the esterification under the optimal condition, this animal fat was used for the trans-esterification. Animal oil used for trans-esterification was below 1% of FFA content and 0.09% of water content. The catalysts for trans-esterification were KOH, NaOH and $NaOCH_3$. To investigate the effects of catalyst type and amount on trans-esterification, The amount of catalyst were changed with 0.3, 0.6 and 0.9 wt%. The molar ratio of methanol/oil was changed with 4, 6, 9 and 12. The amount of catalyst was fixed to 0.8 wt%. The KOH catalyst showed the highest FAME conversion for trans- esterification, and the optimal methanol/oil weight ratio was 6. In the experiments of various catalysts and methanol molar ratios, the highest content of FAME is 96%. However, this FAME content was below Korean bio-diesel standard which is 96.5% of FAME content. After distillation, FAME content increased to 98%.
In this study, we developed Rapid Enrichment Broth for Vibrio parahaemolyticus (REB-V), a broth capable enriching V. parahaemolyticus from 100 CFU/mL to 106 CFU/mL within 6 hours, which greatly facilitates the rapid detection of V. parahaemolyticus. Using a modified Gompertz model and response surface methodology, we optimized supplement sources to rapidly enrich V. parahaemolyticus. The addition of 0.003 g/10 mL of D-(+)-mannose, 0.002 g/10 mL of L-valine, and 0.002 g/10 mL of magnesium sulfate to 2% (w/v) NaCl BPW was the most effective combination of V. parahaemolyticus enrichment. Optimal V. parahaemolyticus culture conditions using REB-V were at pH 7.84 and 37℃. To confirm REB-V culture efficiency compared to 2% (w/v) NaCl BPW, we assessed the amount of enrichment achieved in 7 hours in each medium and extracted DNA samples from each culture every hour. Real-time PCR was performed using the extracted DNA to verify the applicability of this REB-V culture method to molecular diagnosis. V. parahaemolyticus was enriched to 5.452±0.151 Log CFU/mL in 2% (w/v) NaCl BPW in 7 hours, while in REB-V, it reached 7.831±0.323 Log CFU/mL. This confirmed that REB-V enriched V. parahaemolyticus to more than 106 CFU/mL within 6 hours. The enrichment rate of REB-V was faster than that of 2% (w/v) NaCl BPW, and the amount of enrichment within the same time was greater than that of 2% (w/v) NaCl BPW, indicating that REB-V exhibits excellent enrichment efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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