Zymomonas mobilis KCTC 1534 균체를 alginate에 고정화시킨 후 기질농도의 상관성으로 회분발효와 반연속발효에서 에탄올 생산을 시도하였다. 회분발효에서 17 glucose 농도를 발효시간 25시간에서 최대 에탄올 생산성 2.91g/l.h 얻었고 이경우 비에탄올 생산속도 $29.14g/{\ell}{\cdot}h$, 비기질 소모속도 $60.24g/{\ell}{\cdot}h$, 에탄올 수율 계수 0.48g/g, 기질전환율 98.4이었다. 생산배지의 전량 교환에 변수를 준 반복발효는 교환시간 20-24 시간에서 약 30일 동안 에탄올생산성이 2.24-$2.94g/{\ell}{\cdot}h$, 에탄올 수율계수 0.42-0.51g/g, 기질전환율 95.9-99.6%로 실행할 수 있었다. 반연속 발효의 경우 생산 배지의 교환 간격을 희석속도로 이용한 유효 희석속도 $0.36h^{-1}$에서 17% glucose 농도로 최대 에탄올생산성 $15.7g/{\ell}{\cdot}h$를 얻었고 이 경우 비 에탄올 생산속도 $156.9g/{\ell}{\cdot}h$ 비기질 소모속도 $396.0g/{\ell}{\cdot}h$, 에탄올 수율계수 0.39, 기질전환율 64.7% 이었다.
통기발효에서 중요한 통기 및 진탕효과를 측정함에 있어 공기로부터 물속으로 용존해 가는 산소의 전달속도와, 용존된 산소가 미생물에 의해 흡수되는 속도를 산출하였다. 항생물질발효에서 통기효과는 현저하였으며, 배양시간에 따른 산소흡수 속도와 비산소흡수 속도가 변화하는 것을 알았다. 이러한 변화는 대사이차 산물인 항생물질생합성의 생화학적인 전환에 기인하는 것으로 판단된다.
벌꿀발효주인 mead 와 melomel의 제조방법을 비교하기 위하여, 천연벌꿀을 희석하여 제조한 mead와 벌꿀로 삼투압추출법에 의해 얻은 매실쥬스를 희석하여 제조한 매실 melomel의 발효 중 알코올함량, 환원당, 가용성고형분, pH 및 총산도의 변화를 조사하였다. 전반적으로 발효 속도는 mead보다 melomel이 훨씬 빨랐다. 환원당과 가용성 고형분(Brix)은 발효시작 후 16일까지 점차적으로 감소하였으며, 이 기간 동안에 알코올함량은 점차적으로 증가하였다. mead의 경우는 초기 5일까지는 환원 당량의 감소속도와 알코올 생성속도가 다소 지연되는 양상을 나타냈다. 발효 21일 후에는 mead의 알코올함량은 7.6%에 이르렀으며, 매실 melomel은 12.4%에 도달하였다. pH와 총산도는 발효 초기의 변화 외에는 전 발효기간 중 큰 변화를 보이지 않았다. 발효가 끝난 mead와 매실 melomel은 미세여과를 통하여 광투과도가 99.4%인 밝고 투명한 제품을 얻을 수 있었다. 결론적으로 벌꿀을 사용하여 삼투압법으로 추출한 과실을 사용하여 벌꿀발효주를 만드는 melomel의 제조법이 단순히 벌꿀만을 사용하는 mead의 제조법에 비해 장점을 갖음을 알 수 있었다.
기포탑 회분식 xanthan 발효에서 xanthan 생성속도와 분자량에 영향을 미치는 산소전달제한을 피하기 위하여 과산화수소수를 산소공금 보조수단으로 사용하였다. 과산화수소수 주 입은 xanthin 생성을 가역적으로 저해하였다. 반면이 직경 8 mm 유리구슬 유동화 입자는 기-액 산소전달속도를 증가시켜서 기-액-고 삼상유동충 생물반응기에서의 xanthan 발효는 기포탑 발효에 비하여 높은 단위균체량 당 xanthan 생성속도 및 점도수윤 그리고 반응기 공간-시간 수윤(space-time yield)을 보였다.
열에 의한 호화전분을 사용하는 에탄올 발효공정에서 증자과정을 생략하기 위한 방법으로 알칼리호화 및 생전분으로 부터 직접 발효시키는 가능성을 여러가지 전분종류에 따라 검토하였다. 5.4% NaOH를 사용하여 전분을 호화시키고 $H_{2}SO_4$와 $KH_{2}PO_4$용액을 사용하여 중화시켰다. 이어상법에 따라 에탄올 발효를 시킨 결과 $CO_2$발생속도에 있어서는 화학적 호화방법에 비해 약간 떨어지나 최종 에탄올함량은 동일하였다. 한편 생전분에 당화효소와 효모를 첨가하고 동시 당화, 발효시켰을때 쌀의 생전분은 가열호화시킨 전분과 $CO_2$생성속도 및 최종 에탄올함량이 거의 비슷하였다. 옥수수, 보리, 타피오카 및 고구마등의 생전분은 초기의 $CO_2$생성속도가 늦었고 발효종료에 걸리는 시간은 길었으나 최종 에탄올함량은 종류에 따라 비슷하거나 약간 떨어졌다. 감자생전분은 분해, 발효시 초기의 $CO_2$발생속도와 발효율이 현저히 낮았다.
여러 가지 조성의 PEG 20000jDx로 구성한 수성 이상계를 사용한 에탄올 추출발효실험을 통하여 K. fragilis에 의한 돼지감자 주스의 발효 특성을 초기 당농도 및 생성 알코올 농도의 함수로 규명하여 다음의 결과를 얻었다. 균체의 비증식속도 빛 에탄올 비생성속도는 PEG 및 Dx 농도가 낮을수록 증가하였다. 비증식속도는 조성에 무관하게 초기 당농도 $80g/\ell$에서 최대치를 보였고, 에탄올 비생성속도는 $120g/\ell$최대치를 보였다. 생성 알코올 농도에 의한 저해 영향은 비증식속도에 대하여 지수함수형 을, 에탄올 비생성속도에 대하여 쌍곡선함수형을 나타냈다. Dx 농도가 2.5~5% 범위에셔 PEG 농도 가 낮을수록 에탄올 저해 영향은 감소하였다. 총괄 에탄올 생산성은 초기 당농도가 증가할수록 높았으 며 생산성이 최대치에 도랄하는 소요시간도 당농도가 증가함에 따라 증가하였다. 시간별 에탄올 생산 속도는 초기 당농도 $160g/\ell$ 에서 가장 높은 값을 보 였다. 총괄 에탄올 생산성은 대조실험에 비하여 수 성이상계 추출발효를 통하여 1.2배 이상 증가하였고 초기 당농도가 높을수록 이상계 추출발효가 더욱 유리한 것으로 나타났다.
음식물쓰레기 발효건조장치의 가동온도는 발효물질의 분해속도 및 발효물질의 이 화학성 뿐만 아니라 장치의 가동에 소요되는 에너지 양에 크게 영향을 미친다. 따라서 한번에 100kg의 음식물쓰레기를 발효건조시킬 수 있는 시판되는 발효건조기를 사용하여 가동온도를 35, 45, 55와 $70^{\circ}C$에서 가동하면서 발효물질의 분해속도 및 이 화학적 특성의 변화를 조사하였다. 분해속도는$35^{\circ}C$와 $70^{\circ}C$에서 가장 빨랐으며 모든 온도에서 가동초기 10시간 내에 급격하게 분해되는 비슷한 양상을 보였다. 온도가 높을수록 분해가 빨랐다. 가동기간에 따른 발효물질의 pH는 가동온도 $55^{\circ}C$와 $70^{\circ}C$에서 빠르게 증가하였다. 발효물질의 질소함량은 가동기간에 따라 별다른 경향을 나타내지 않았다. 발효물질 중 $P_2O_5$와 CaO함량은 가동기간에 따라 증가하였으나 MgO, $K_2O$ 와 NaCl의 함량은 축적되지 않았다. 구리의 함량은 100mg/kg(건조물질 함량)이었으며 Cd, Pb 및 Cr은 분석한계 이하이었다.
양파의 첨가량을 5%, 10%, 15%로 달리하여 제조한 김치를 14$^{\circ}C$에서 20일간 발효시키면서 pH와 총산도, 휘발성 및 비휘발성 산 그리고 총 당 함량을 측정하였고, 관능검사를 실시하여 양파가 김치발효에 어떠한 영향을 주는지 알아보았다. 염도 2.90%인 김치 시료들의 pH, 산도 및 총 당 함량의 변화로 미루어 볼 때, 발효기간이 길어질수록 5% 양파 첨가 시료는 Control 시료보다 발효속도가 증가했고, 10%와 15% 양파 첨가 시료는 control 시료보다 감소했으며, 15% 양파 첨가 시료의 발효 속도가 가장 낮아서 김치 보존 효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 기존(control)김치와의 맛 차이를 알아보기 위한 관능 검사에서는 발효가 진행됨에 따라 5% 양파 첨가 김치는 기존(control)김치보다 맛이 나빠졌고, 10%, 15% 양파 첨가 김치는 기존 김치보다 맛이 좋아진 것으로 나타났다.
본 연구는 남은 음식물을 유산균을 이용하여 발효 사료화 하기 위해 실시하였다. 발효를 촉진시키기 위한 균주로는 Lactobacillus acidophilus를 사용하였고 최적의 발효조건을 갖는 공기 주입량을 알아보기 위해 시료의 발효 조건을 각각 달리 하였다. 시료는 교반하지 않고 공기주입 또한 없는 혐기적 조건의 것과 50rpm의 속도로 교반하면서 0.25v.v.m의 공기를 주입한군, 70rpm의 속도로 교반하면서 0.5v.v.m의 공기를 주입한 군으로 나누었다. 시료는 모두 $37^{\circ}C$로 유지하면서 48시간 발효 시키며 12시간 단위로 시료를 채취하였다. p.H와 유기산함량, 환원당함량과 유산균수를 측정하여 남은 음식물을 발효시키기 위한 최적의 공기 주입량을 알아보았다. 실험결과 50rpm 0.25v.v.m에서 가장 낮은 p.H를 보여주었고 유기산 함량과 환원당 함량은 70rpm 0.5v.v.m에서 가장 높은 함량을 보였다. 유산균은 50rpm 0.25v.v.m에서 가장 많은 증식되었음을 보여주어 적절한 공기의 주입이 남은 음식물의 발효를 촉진하는 것으로 보여진다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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