Rao, K. Uma Maheswara;Sundar, Ch. Syama;Prasad, S. Siva;Rani, C. Radha;Reddy, C. Suresh
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제32권9호
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pp.3343-3347
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2011
A simple efficient and neat synthesis of ${\alpha}$-hydroxy phosphonates has been accomplished from aromatic/heterocyclic aldehydes and diethyl phosphite using $KHSO_4$ as a catalyst under solvent-free conditions at ambient temperature. These compounds are characterized by spectral and analytical data and tested for their anti-oxidant activity.
금속포르피린과 그들의 고분자결합 유도체를 산화촉매로 한 2, 4, 6-trichlorophenol(TCP)의 산화분해반응을 수행하였다. 산화제로는 $KHSO_5$와 tert-butylhydroperoxide(TBHP)가 사용되었다. 금속포르피린은 TCP의 산화분해반응에서 매우 낮은 촉매활성을 보인 반면, 금속포르피린이 새로이 합성된 고분자나 XAD2 수지에 화학결합 되어있는 고분자결합 금속포르피린을 촉매로 사용한 TCP의 산화 분해반응에서는 매우 높은 촉매활성을 보여주었다. 또한, 피리딘이나 이미다졸과 같은 전자 주개 리간드가 축방향에 놓여 있는 고분자의 경우에는 더 큰 활성을 나타내었다. Maleic acid와 chloromaleic acid는 생성물로서 ESI-MS로 확인되었다. 특히, XAD2 수지에 결합된 촉매의 경우 산화제에 대한 안정성과 용매에 대한 불용성으로 인해 촉매로서 재사용이 가능함을 확인하였다.
음식물 쓰레기로 만든 퇴비 중의 염분함량을 1% 이하로 조절하기 위해 지금까지 여러 가지 방법이 개발되었다. 그러나 이런 방법들은 침출수 과다로 인한 환경오염 또는 높은 설치비 등의 문제를 가지고 있어 실용화에 어려움이 있다. 염분이 충분히 제거되지 않은 음식물 쓰레기로 만든 퇴비를 농지에 사용할 경우 염해로 인한 식물의 성장 장애 및 염류축적이 일어날 수 있다. 본 연구는 음식물 쓰레기 퇴비에 함유된 염분을 $KHSO_5$, $KHSO_4$, $K_2SO_4$로 구성된 삼중염을 이용하여 분해하는 방법이며 기존 화학적 처리방법과 달리 염분을 분해하여 칼륨비료의 원료인 KCl로 전환시켰다. 또한 음식물 쓰레기 퇴비화 발효설비에서 음식물 쓰레기 600톤에 삼중염을 적용해본 결과 발효시의 온도가 평균 $5^{\circ}C$가 상승되었다. 온도상승과 함께 전처리 공정 및 발효공정에서 현저한 악취저감 효과가 나타났으며 이는 삼중염으로 인한 염분함량 감소로 호기성균의 활성화 및 악취원인물질을 효과적으로 제거하기 때문이다.
콜레스테롤 저하제이자 고지혈증 치료제의 하나인 모나콜린-K (lovastatin)의 생산을 높이기 위하여 플라스크 배양에서 생산배지 최적화를 위한 실험을 수행하였다. 기본생산배지에 탄소원, 무기인산염, 아미노산원과 무기원에 대한 영향을 조사하였다. 각각의 원소에 대해 모나콜린-K를 가장 많이 생산한 순서대로 3가지를 선별하여 Graeco-Latin square design에 의해 생산배지의 종류와 농도를 결정하였다. 하지만 상기 실험은 각 배지간의 교호작용을 검출할 수 없어서 모나콜린-K 생산에 대한 재현성이 떨어졌다. 따라서 탄소원, 질소원과 질소원의 농도에 대한 실험을 보완하였다. 통계학적 실험계획법인 Plackett-Burman design에 의해 배지 중 beef extract, $(NH_4)_2HSO_4$와 $KHSO_4$가 모나콜린-K 생산에 가장 영향력 있는 인자로 분석되었으며, 영향력이 있는 3가지 배지에 대해 배지 사이의 교호작용까지 분석할 수 있는 실험계획법인 중심합성계획법과 반응표면 분석법을 이용하여 생산배지를 최적화 하였다. 모나콜린-K 고생산을 위한 배지와 최적화된 농도 (g/L)는 soluble starch 96, malt extract 44.5, beef extract 30.23, yeast extract 15, $(NH_4)_2SO_4$ 4.03, $Na_2HPO_4{\cdot}12H_2O$ 0.5, L-Histidine 3.0과 $KHSO_4$ 1.0이며, 기본생산배지에서의 생산량보다 약 3배 증가한 558.96 mg/L의 생산을 보였다. 생물반응기에서 교반속도가 모나콜린-K 생산에 미치는 영향을 조사하기 위하여 기본생산배지를 이용하여 300, 350, 400과 500 rpm에서 실험을 수행하였다. 교반속도 500 rpm에서 68 mg/L으로 가장 높은 생산을 보였으며, 이 때 균의 형태구조는 300, 350과 400 rpm에서 펠��과 균사체가 공존하는 것과는 다르게 펠�� 형태로만 자라는 것이 확인 되었으며, 생물반응기를 이용하여 발효 시 펠�� 형태가 모나콜린-K 생산에 가장 좋은 형태구조임을 알 수 있었다. 확립된 최적생산배지를 이용하여 400 rpm, 1 vvm과 3% 초기 접종량에서 pH를 6.5로 조절한 경우 185 mg/L의 가장 높은 모나콜린-K가 생산 되었으며, 이때 균체량은 32 g/L를 나타내었다.
우리나라 음식물쓰레기의 특징은 높은 수분함량과 고농도의 염분(NaCl)을 함유한다. 음식물쓰레기 수분함량은 가정의 경우 80.0%이고 음식점이나 농수산물시장에서 발생되는 것은 각각 76.9%와 90.0%의 함량을 가지며 염분 함량은 가정쓰레기와 음식점쓰레기가 각각 3.36%와 4.84%를 함유하고 있다. 음식물쓰레기 퇴비 중 염분함량을 1% 이하로 조절하기 위해 지금까지 여러 가지 방법이 개발되었다. 그러나, 이런 방법들은 침출수 과다로 인한 환경오염 또는 높은 장치비 등의 문제를 가지고 있어 실용화에 어려움을 가지고 있다. 염분이 충분히 제거되지 않은 음식물쓰레기 퇴비를 농경지에 사용할 경우 염해로 인한 식물의 성장장애 및 염류축적이 일어날 수 있다. 본 연구는 음식물쓰레기 퇴비에 함유된 염분을 $KHSO_5$, $KHSO_4$, $K_2SO_4$로 구성된 삼중염을 이용하여 분해하는 방법이며, 기존 화학적 처리방법과 달리 염분을 분해하여 칼륨비료의 원료인 KCl로 전환시켰다. 또한 상추재배시험 결과 음식물쓰레기 퇴비와 삼중염을 처리한 음식물쓰레기 퇴비 간에는 발아율 및 성장상태에서 많은 차이를 나타냈다.
본 연구에서는 홍국균 (Monascus pilosus)을 이용하여 이차대사 산물인 monacolin-K를 대량생산하기 위하여 탄소원 또는 질소원으로 콩 분말을 기질로 하여 배지를 최적화하고자 하였다. 생산 배지에서 탄소원으로 콩 분말을 적용한 실험에서는 soluble starch 대신에 콩 분말을 전량 또는 50% 대체하였을 경우 전 실험구간에서 monacolin-K 생산량이 대조구의 50% 미만으로 생산되거나 전혀 생산되지 않았다. Soluble starch 대신에 sucrose를 사용한 실험의 경우 monacolin-K와 건조균체량은 각각 262 mg/L, 31.6 g/L로 대조구의 218 mg/L, 30.2 g/L보다 생산량이 증가하였다. 따라서 생산배지의 탄소원으로 sucrose를 변경하였다. 생산배지의 질소원으로 사용하는 yeast extract (15 g/L), malt extract (40 g/L), beef extract (30 g/L) 대신에 3종류의 콩 분말로 대체 실험을 한 결과, 대조구에서 monacolin-K는 262 mg/L를 생산되었고, yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 사용한 실험구에서는 monacolin-K를 215 mg/L을 생산되어 가장 좋은 결과를 냈다. 따라서 생산배지에 yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 적용하기로 하였다. Plackett-Burman Design 실험계획법에 의한 실험결과 monacolin-K의 생산에 영향을 미치는 인자는 yeast extract, beef extract, (NH4)2SO4 순으로 영향을 주는 것으로 나타났다. Monacolin-K 생산에 영향을 미치는 주요인자 3가지로 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 수행한 결과 최적배지 조성은 sucrose 96 g/L, DSM 7.5 g/L, yeast extract 8.4 g/L, $(NH_4)_2SO_4$ 12.0 g/L, malt extract 40 g/L, beef extract 26.7 g/L, $Na_2HPO_4$ 0.5 g/L, L-Histidine 3.0 g/L, $KHSO_4$ 1.25 g/L 이고, monacolin-K 생산 예상량은 369.9 mg/L 이었다. 최적배지를 이용하여 홍국균을 $27^{\circ}C$, 200 rpm 조건에서 플라스크 배양 한 결과 monacolin-K 생산량과 건조균체량은 각각 418 mg/L, 27.1 g/L이었다. 결과적으로 monacolin-K 생산과 균체량의 감소 없이 콩 분말을 이용한 배지성분의 변화는 어느 정도 가능함을 알 수 있었다. 현재 알려진 고가의 질소원을 대체하기 위해서는 초기부터 균의 형태구조에 영향을 미치는 배지와 발효환경을 고려하여야 할 것으로 판단되었다.
신선편의화된 신고배를 이용하여 연구를 수행한 결과 처리구 중에서 1% NaCl과 0.2% L-cysteine 용액에 1분간 처리한 절단배의 색도가 가장 적게 변화하였으며, 1% CaCl, 용액처리한 것이 가장 높은 경도를 나타내었다. Vitamin C의 함량은 초기 3.7mg%에서 저장 후에는 무처리구가 1.6mg%로 가장 많이 감소하였으며, 나머지는 처리구간 큰 차이가 없이 모두 2.3-2.9mg%의 범위를 유지하였다. 관능평가 결과 사각거림이나 다즙성, 풍미에 있어서는 큰 차이가 없었으나 외관에 있어서는 0.2% L-cysteine 처리구, 전체적 기호도에서는 1% NaCl 처리구가 각각 높은 선호도를 나타내었다. 신선편의 식품화를 위하여 배추를 절단한 후 저장수명과 품질변화를 관찰한 결과 4$^{\circ}C$에서 1% CaCl$_2$ 처리구와 1% NaCl처리구의 저장수명이 가장 길었으며 전반적인 외관의 유지효과 역시 2$0^{\circ}C$와 4$^{\circ}C$ 모두 1% CaCl$_2$처리구가 대조구와 다른 처리구들에 비하여 줄기절단 부위에 약간의 갈변 발생을 제외하고는 외관이 가장 좋았고, fiber함량, 색도, 산도 등의 생화학적인 변화에 있어서도 역시 다른 처리구에 비하여 효과가 우수하였다. 느타리버섯의 MAP조건은 포장재질, 두께 및 저장온도에 따라 저장수명의 큰 차이를 보여주었다. 포장두께는 사용한 creamic, polypropylene 및 polyethylene film 모두 60$\mu\textrm{m}$ 두께에서 가장 높은 저장수명을, 포장재질로는 polyethylene film이 2$0^{\circ}C$에서 30-50%, $0^{\circ}C$에서 30-125% 증가된 저장수명을 보여주었다. Polyethylene flim을 이용해 버섯의 고품질 유지기간의 연장을 위한 시도로 사용된 potassium permanganate와 SO$_2$발생 처리는 potassium permanganate 처리구가 30-50%, SO$_2$, 발생 처리구는 50-78%의 저장수명 연장 효과를 보여주었다. MA저장시 기체조성은 느타리버섯의 경우 $CO_2$ 10.2-11.6%, $O_2$ 1.2-l.9%, 표고버섯은 $CO_2$, 10.8-16.7%, $O_2$ 1.1-1.9%를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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