• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.64-71
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• 2020

본 연구에서는 미세조류 Haematococcus pluvialis의 성장에 미치는 배양 배지와 광원의 영향을 평가하기 위해 제한 성분 배지인 Modified Bold's Basal Medium (MBBM) 와 상업용 액체 비료 배지인 Neo, 그리고 파장이 서로 다른 7개의 광원을 사용하여 H. pluvialis를 39일 동안 배양하고 성장률을 비교하였다. 그 결과 제한 성분 배지인 MBBM에서 H. pluvialis의 성장은 fluorescent light 광원에서 세포 성장이 가장 높게 나타난 반면, blue+red LED에서 세포 성장이 가장 낮게 나타났다. 상업용 배지인 Neo에서 H. pluvialis의 성장은 fluorescent light 광원에서 세포성장이 가장 높게 나타났으며, blue LED에서는 세포 성장이 가장 낮음이 확인되었다. 본 연구를 통해 MBBM 배지가 Neo 배지보다 우수한 결과를 나타내었으며 또한, MBBM 배지를 이용하여 fluorescent light에서 성장한 미세조류는 본 연구에서 가장 우수한 세포 성장 결과를 보였다. 이러한 결과는 이차대사산물 생산을 위한 H. pluvialis 배양에서 배지, 광원과 광량을 최적화한 것으로 미세조류 대량 배양에 기초 자료로써 유용하게 활용될 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.138-138
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• 2011

GTL(Gas to Liquid) 합성유 생산 공정은 크게 합성가스 개질공정(reformer), FT 반응공정, upgrading 공정으로 구성된다. 본 연구에서는 FT 반응기에 유입되는 합성가스의 생산공정인 개질공정 최적화 시뮬레이션을 수행하였다. 기존에 HYSYS 공정 모사 tool로 구현한 개질공정 모델에 dynamic simulation을 적용하여 공정 운전 시간 변화에 따른 온도/압력/조성의 일정범위 별 생산 가스의 성분비를 모사하고자 한다. Dynamic 공정 시뮬레이션은 모사 대상 공정의 운전 시간 별 결과값 변화를 산출할 수 있는 방법으로 기존 정상상태(steady-state) 시뮬레이션에 비해 현실 공정의 운전 변수를 보다 더 정확하게 반영할 수 있는 장점이 있다. 본 시뮬레이션은 1bpd급 GTL 파일럿 플랜트의 설계 자료를 근거로 수행되었으며, 향후 운전 데이터를 feedback하여 최적의 운전 매뉴얼 도출자료로 활용코자 한다. 아울러, 다음의 시간 변화별 모사 결과 데이터들을 산출하고 공정의 최적운전 조건을 분석하고자 한다. - 시간에 따른 공정의 온도/압력 변화, 이에 연동되는 반응기 출구의 1) $H_2$/CO 비율, 2) $CH_4$ conversion, 3) $CO_2$ conversion 본 연구의 결과 데이터를 1bpd급 GTL 플랜트 내 합성가스 개질공정의 운전조건 최적화에 적용코자 하며, 이는 개질반응기의 안정적인 연속운전을 통한 GTL 통합공정의 운전 효율향상에 기여 가능하리라 기대된다. 향후 개질공정의 후단공정인 FT 합성공정 시뮬레이션 과업과 연계하여 GTL 통합공정 시뮬레이션 및 최적화에 따른 실증 규모의 스케일업 기반 데이터를 마련할 수 있을 것이다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
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• pp.313-316
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• 2002

형질 전환된 식물세포배양에서 비이온성 계면활성제인 Pluronic F-68 의 첨가가 미치는 영향을 연구하였다. Pluronic F-68 첨가시 세포생장에 미치는 영향은 크지 않았으며 5 g/L 첨가시 배지내 hGM-CSF의 양은 대조구에 비해 2배 더 증가하였다. 첨가 시기 최적화 실험을 통하여 배양 초기부터 첨가하는 것이 유리할 것으로 판단된다. 또한 Pluronic F-68 의 첨가가 세포크기를 감소시킴을 알 수 있었다. 이는 Pluronic F-68 이 세포막과 상호 작용하여 세포막 투과성을 증진시킴으로써 생산된 hGM-CSF의 배지 내로의 분비를 촉진시킴을 간접적으로 보여주는 결과이다.

• 미생물학회지
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• 제54권4호
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• pp.384-397
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• 2018

본 연구는 전통 발효식품에서 반려동물의 사료 및 보조식품 등에 사용될 수 있도록 안전성 확보와 프로바이오틱스 활성 등 기능성을 갖춘Bacillus 속 균주를 선발하고자 하였다. 전국에서 수집한 전통 장류에서 약 300종의 분리주를 확보하였고, Bacillus cereus가 생성하는 구토와 설사 독소 유전자 6종, ${\beta}$형 용혈성, 발암 관련 효소 3종 등을 보유하지 않거나 생성하지 않는 4종의 균주를 선별하였다. 4종의 분리주를 대상으로 항생물질 유전자 보유 여부, 세포 표면 소수성, 항생제 감수성과 당 이용성 등을 분석하였고, 최종적으로 항생물질 생성 유전자 3종을 모두 보유하고, 혈전 용해 및 세포 표면 소수성이 가장 우수한 SRCM 100731을 선정하였다. 최종 선별된 SRCM 100731의 16S rRNA 염기서열 분석 결과 Bacillus amyloliquefaciens로 동정 되었으며, 펫 사료 및 식품 등 산업적 적용을 위하여 균체 성장 최적화를 수행하였다. SRCM 100731의 배지 성분 선별을 위하여 Plackett-Burman design (PBD)을 사용하였으며, 최적 성장을 위한 배지 성분으로는 molasses와 sodium chloride, potassium chloride가 예측되었다. PBD를 통해 선정된 배지 성분의 농도를 최적화하기 위하여 central composite design (CCD)을 사용하였으며, 실험 결과 7.0% molasses, 1.1% sodium chloride, 0.5% potassium chloride로 예측되었다. 이때 최대 균체량은 12.6625 g/L로 예측되었으며, 최종적으로 실험 모델의 예측값과 실 측정값이 $12.6625{\pm}0.0658g/L$로 오차 범위내의 결과를 나타내어 실험 모델의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 이는 실험 모델에 의해 예측된 최적 배지 사용 시 최적화 이전 배지에서의 균체량($1.8273{\pm}0.0214g/L$) 대비 약7배로 균체량이 증가함을 확인할 수 있었다. 향후 B. amyloliquefaciens SRCM 100731의 제품 개발 등 후속 연구의 진행이 필요하나 본 연구를 통해 산업 적용이 가능한 프로바이오틱스 소재의 발굴 및 산업화 배양 조건이 확립 되었으므로 앞으로 성장하고 있는 반려동물 산업에 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 생명과학회지
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• 제21권8호
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• pp.1083-1093
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• 2011

왕겨를 기질로 사용하여 carboxymethylcellualse (CMCase)를 생산하는 미생물을 해수에서 분리하였으며 16S rDNA의 염기서열을 분석하여 동정한 결과, Bacillus lichemiformis로 확인되었다. CMCase를 생산하기 위한 최적의 탄소원과 질소원은 왕겨와 암모니움 나이트레이트이었다. 통계학적인 방법인 response surface method (RSM)을 사용하여 CMCase를 생산하기 위한 조건을 최적화하였다. 통계학적인 분석 결과, 왕겨가 균체의 생육에 미치는 영향이 가장 높았으며, 왕겨와 배지의 초기 pH가 CMCase 생산에 미치는 영향이 높았다. Design Expert Software를 사용하여 결과를 분석한 결과, 균체의 생장에 최적인 조건은 48.7 g/l 왕겨, 1.8 g/l 암모니움 나이트레이트, 배지의 초기 pH 6.8 및 배양온도 35.7$^{\circ}C$이었으나, CMCase의 생산에 최적인 조건은 43.2 g/l 왕겨, 1.1 g/l 암모니움 나이트레이트, 배지의 초기 pH 6.8 및 배양온도 35.7$^{\circ}C$이었다. 최적화된 조건에서 왕겨를 기질로 사용하여 B. lincheniformis LBH-52가 생산하는 CMCase는 79.6 U/ml이었다. 본 연구를 통하여 왕겨와 암모니움 나이트레이트를 CMCase를 생산하는 기질로 개발하였으며, 해수에서 분리한 미생물을 사용하여 생산기간을 3일로 단축하였다.

• 생명과학회지
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• 제23권8호
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• pp.1010-1018
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• 2013

본 연구에서는 온실가루이 방제를 위하여 감염된 이병체로부터 균주 분리 및 농촌진흥청 및 경상북도농업기술원에서 균주를 분양 받아 5 종의 균주를 확보하여, 최종적으로 활성이 가장 높은 분리균주 M130을 선발하였다. Beauveria bassiana M130을 이용하여 균주가 갖는 효소학적 활성을 분석하였다. Chitinase와 protease의 활성을 조사한 결과, 타 균주에 비하여 높은 효소학적 활성을 가지는 조건을 얻었으며, 선발된 균주의 포자생산의 최적화를 위한 방안으로 PDB (potato dextrose broth)배지와 미강추출물을 이용한 ERBM (extracted rice bran medium)을 비교하여, 더 높은 생육도와 포자 생성량을 보인 ERBM을 본 균주를 배양하는 기본배지로 선발하였다. ERBM을 이용한 액체배양시의 최적조건으로, 기본배지인 ERBM에 0.5% $(NH_4)_2SO_4$를 첨가하여 pH 5, $28^{\circ}C$에서 배양최적화를 하였다. 향후 곤충병원성곰팡이 Beauveria bassiana M130의 최적화 조건에 따라 배양을 한다면 포자의 생산량 및 방제효과가 높아질 것으로 사료된다.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제54권1호
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• pp.7-14
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• 2011

본 연구에서는 원유, 휘발유, 등유, 경유를 분해하면서 생물 계면활성제를 생산하는 균주인 B. subtilis JK-1을 선별하여 생물계면활성제 생산에 관한 연구를 수행하였다. 생물계면활성제 생산을 위한 최적 배지를 결정하기 위해 다양한 탄소원과 질소원, 무기염류를 조사하였다. B. subtilis JK-1은 탄소원인 1.0%(w/v) soluble starch와 질소원인 0.5% (w/v) skim milk를 포함한 배지에서 96 시간 동안 배양한 결과 가장 많은 생물계면활성제를 생산하였으며, 이 때 탄소원과 질소원의 비율은 2.0이었다. 그리고 0.1% (w/v)의 $KNO_3$는 생물계면활성제 생산을 위한 최적 무기염으로 확인되었다. B. subtilis JK-1은 LB 배지와 TSB 배지보다 본 연구에서 확립한 생물계면활성제 생산 최적 배지에서 더 많은 생물계면활성제를 생산하였다. 생물계면활성제 생산 최적 배지에서 B. subtilis JK-1 배양액의 표면장력은 균주 접종 후 48시간 만에 47.3 dyne/cm에서 24.0 dyne/cm로 감소하였다.

• KSBB Journal
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• 제22권5호
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• pp.297-304
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• 2007

Lovastatin은 근사형성 균류인 Aspergillus terreus가 생합성하는 이차대사산물로 강력한 고지혈증 치료제로 널리 이용되는 물질이다. 본 연구에서는 lovastatin 고생산변이주를 이용하여 포자배지 최적화를 통한 miniature 배양 방법을 확립하고자 하였다. 우선 miniature 배양에 필수적인 효과적인 포자 형성 방법을 개발하고자 포자 형성 배지의 통계학적 배지 최적화를 수행하였다. Miniature 배양의 inoculum으로 이용되는 대량의 포자를 획득하기 위해 Plackett-Burman 실험법을 이용하여 포자 형성을 향상시키는 성분을 조사한 결과, glucose, sucrose, yeast extract 그리고 $KH_2PO_4$가 주목할 만한 효과를 보였다. 상기 성분의 최적 농도를 확인하기 위해 반응표면분석법 (RSM)을 이용한 결과, PDA 포자 형성 배지와 비교하여 볼 때, 최적 성분 농도에서 포자 형성이 약 190배 증가하였다. 최적화된 포자형성 배지를 이용하여 lovastatin 고생산성 변이주의 대량 선별을 위한 miniature 배양 방법을 확립하기 위해 기존의 실험 과정에 'PaB (adaptation)'라는 한 번의 계대배양을 더 추가한 결과 생산균주의 안정성과 재현성이 큰 폭으로 증가하는 주목할 만한 결과를 얻을 수 있었다. 단기간에 가능한 한 다량의 균주를 스크리닝하기 위해 성장배양과 생산배양 모두 조업부피가 7 ml인 tube를 이용해 miniature 배양을 반복 수행하여, lovastatin 생산성과 배양형태가 훌륭한 변이주를 선별할 수 있었는데, 이 균주는 7 ml tube배양과 250 ml flask배양 (조업부피 50 ml) 모두에서 생산성이 높은 것으로 보아 산소 의존도가 비교적 낮고 생산 안정성이 높은 균주인 것으로 판단되었다. 한편 miniature 배양을 이용해서 lovastatin 고생산성을 보이는 균주를 신속 선별하기 위해서는 균주의 적절한 배양형태 유도가 매우 중요한 것으로 관찰되었다. 즉 생산배양으로의 고활성 균주의 접종을 위해서, 또한 생산배양에서 pellet의 배양형태 유도를 위해서 성장배양 시에는 반드시 고농도의 균사모양을, 생산배양 시에는 직경 1 mm 이하의 pellet모양의 배양 형태를 유지해야만, 생산균주가 lovastatin을 안정적으로 고생산할 수 있는 것으로 관찰되었다. 초기에 선별된 균주를 이용하여 miniature 배양에 의해 고속 균주선별 실험을 반복함으로써 고생산성 균주들을 다량 선별할 수 있었는데, 이들의 lovastatin 생산성을 조사한 결과, 기존의 flask 배양대비 오차범위가 $\pm$20% 이내의 생산성을 보이는 균주가 초기 선별시의 32%에 비해 81%로 크게 증가함을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 lovastatin 고생산성, 고안정성 균주의 고속 스크리닝을 위해서 본 연구에서 개발한 tube를 이용한 miniature 배양이 기존의 flask 배양을 대체할 수 있는 훌륭한 배양방법임을 제시해 준다.

• KSBB Journal
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• 제24권1호
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• pp.30-40
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• 2009

Aspergillus terreus에 의한 이타콘산 생산 발효공정에서 생산균주의 성장을 어느 정도 제한시킴으로써 배양생리적 특성이 이타콘산 생합성 쪽으로 치우치도록 통계적 방법을 적용하여 itaconic acid의 생산배지 조성을 최적화하는 연구를 수행하였다. 이타콘산은 TCA회로를 거쳐 합성된 cis-aconitic acid의 디카르복실화 반응에 의해 생합성되는 고부가 화학원료물질이다. 우선 One factor at a time (OFAT) 방법을 이용하여 이타콘산의 생산성 증가에 크게 영향을 미치는 중요한 탄소원들로 sucrose, glucose, fructose와 soluble starch를 확인할 수 있었고, 질소원들로는 cottonseed flour와 soybean meal을 찾을 수 있었다. Fractional factorial design을 통하여 이들 6가지 요인들 간의 상호작용의 정도를 확인한 결과 sucrose와 cottonseed flour간의 상호작용의 정도가 가장 컸고, 나머지 요인들 간의 상호작용의 정도는 작거나 혹은 이타콘산 생산에 오히려 부정적인 결과를 나타냈다. 또한 full factorial design (FFD) 실험을 통해 생산배지에 $KH_2PO_4$와 $MgSO_4$가 과량 첨가되면 이타콘산의 생산성이 심각하게 저해됨을 알 수 있었다. FFD의 1차모델식을 근간으로 하여 최급상승법 (steepest ascent method, SAM)을 적용하여 sucrose, cottonseed flour, $KH_2PO_4$ 및 $MgSO_4$의 최적 농도로 향하는 가장 가파른 기울기를 구함으로써, 신속하고 효율적으로 최적 농도지점에 대한 정보를 얻을 수 있었다. SAM이 제시해주는 농도 부근에서 반응표면분석 (response surface method, RSM)을 적용하여 각 배지성분의 농도를 최적화시키기 위해, 2개의 중요한 요인인 sucrose와 cottonseed flour를 이용하여 중심합성계획 (central composite design, CCD) 실험을 수행하였다. 그 결과 이타콘산의 최적 배지 조건은 sucrose 90.4 g/L, cottonseed flour 53.8 g/L인 것으로 관찰되었고, 이 농도에서 이타콘산의 생산성은 초기 사용된 배지에서의 생산성에 비해 약 7배 증가한 4360 mg/l로 나타났다. 이로부터 탄소원 (C)으로 사용한 sucrose와 질소원 (N)으로 사용한 cottonseed flour 간의 C/N 비율이 이타콘산의 생산성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할수 있었다.

• 한국유기농업학회지
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• 제25권1호
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• pp.135-148
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• 2017

본 연구를 통해 논, 시설재배 밭 토양, 쓰레기장, 하천 및 호수의 퇴적 토양 등 22개소에서 분리한 총 6종의 광합성세균 중 호기 암 배양이 가능한 Rhodobacter sphaeroides PS-24를 분리하였다. 형태학적 특징으로는 그람음성의 막대모양으로, 운동성이 있었다. 분리균주의 16S rRNA 염기서열을 분석한 결과 Rhodobacter sphaeroides ATH2.4.1과 99%의 상동성을 나타내었으며, 본 연구에서 Rhodobacter spharoides PS-24로 명명하여 연구를 수행하였다. 선별균주를 modifed Van niel's yeast 배지에서 배양 후 생성된 carotenoid를 추출한 결과 $12.03{\pm}0.15mg/L$의 함량이 측정되었으며, 반응표면분석법 중 Plackett burman 분석방법과 Box-Behnken 분석방법을 통해 carotenoid 생산에 영향을 미치는 요인을 분석하고 농도를 최적화하였다. 분석결과 각각의 독립변수 yeast extract -0.4144 (1.23 g/L), $Na_2CO_3$ 0.8541 (3.71 g/L)와 $MgSO_4$ 1.00 (1.00 g/L)의 농도를 선정하였으며, 이를 바탕으로 배지 조성을 최적화한 결과 yeast extract 1.23 g, sodium acetate 1 g, $NH_4Cl$ 1.75 g, NaCl 2.5 g, $K_2HPO_4$ 2 g, $MgSO_4$ 1.0 g, mono-sodium glutamate 7.5 g, $Na_2CO_3$ 3.71 g, $NH_4Cl$ 3.5 g, $CaCl_2$ 0.01 g/ liter로 선정하였다. 최적배지를 대상으로 5 L, 50 L, 500 L scale-up을 진행한 결과 최종 carotenoid는 각각 17.98 mg/L, 18.03 mg/L, 18.11 mg/L로 조사되었다. 최적배지의 경우 modified Van niel's yeast 배지보다 약 1.5배 많은 carotenoid를 생산하였으며, 대량배양을 통한 scale-up 과정 시 carotenoid의 생산량은 크게 변화하지 않는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구를 바탕으로 산업적으로 다양하게 사용되고 있는 carotenoid를 생산하는 광합성세균 Rhodobacter spharoides PS-24를 개발하였으며, 본 연구를 바탕으로 유기농축산에 사용이 가능한 기능성 미생물제제를 개발하고자 한다.