A new thermotolerant yeast strain was siolated, and its characteristics have been studied. The strain was identified and named Saccharomyces cerevisiae F38-1. This strain could grow not only at high temperature, but also in high concentrations of sugar and ethanol. S. cerevisiae F38-1 could grow in a medium containing 50% glucose. The isolate produced ethanol at 43$\circ$C, but didn't grow at 40$\circ$C in the presence of 8% ethanol. Fermentation studies showed that the isolate ferments 20% glucose to 9.8% (V/V) ethanol at 40$\circ$C in the presence of 0.2%, yeast extract.
We investigated the possibility of industrial application and economit process of high temperature fermentation by thermotolerant alcohol producing yeasts as previously reported. From the 20% glucose media, the RA-74-2 produced 11.8% (v/v) ethanol at $32^{\circ}C$ (0.5% inoculum) and 10.6% (v/v) ethanol at $40^{\circ}C$ (3% inoculum), respectively. Also, 11.3% (v/v) ethanol was produced for 96 hours in the temperature-gradient fermentation. These results suggest that the RA-74-2 could isuccessfully be applied to save the cooling water and energy in industrial scale without re-investment or modification of established fermentation systems. When potato starch was used as the substrate for the RA-74-2, high temperature fermentation above $40^{\circ}C$ was more appropriate for industrial utilization because organic nitrogen was not necessary to economical fermentation. As the naked barley media just prior to industrial inoculation, taken from the Poongkuk alcohol industry Co., were used, 9.6% (v/v) ethanol was produced at $40^{\circ}C$ for 48 hours in jar-fermentor scale (actually, 9.5-9.8% (v/v) ethanol was produced at 30~$32^{\circ}C$ for 100 hours in industrial scale). The ethanol productivity was increased by the high glucoamylase activity as well as the high metabolic ratio at $40^{\circ}C$ Therefore, if the thermotolerant yeast RA-74-2 would be used in industrial scale, we could obtain a high productivity and saving of the cooling water and energy. Meanwhile, the RA-912 produced 6%(v/v) ethanol in 10% glucose media at $45^{\circ}C$ and showed the less ethanol-tolerance compared with industrial strains. As the produced alcohol was recovered by the vacuum evaporator at $45^{\circ}C$ in 15% glucose media, the final fermentation ratio was enhanced (76% of theoretical yields). This suggest that a hyperproductive process could be achieved by a continuous input of the substrate and continuous recovery of the product under vacuum in high cell-density culture.
당밀로부터 ethanol을 생산하기 위한 균체순환식 연속발효를 실시하였다. 균주는 Saccharomyces uvarum ATCC 26602를 사용 하였으며 발효온도는 35$^{\circ}C$였다. 발효중 ethanol에 의한 저해를 줄이기 위하여 이단계발효를 시행하였는데, 첫번째 단계에서 공기는 0.12vvm으로 공급하였고 두번째 단계에서는 혐기적상태로 발효를 진행하였다. 당농도를 14%로 희석했을 때 다른 무기물을 추가하지 않아도 ethanol 발효가 진행되었으며 단지 균체증식이 목적일 때는 phosphorus 첨가가 필요하였다. 균체순환식 연속발효로 14%의 당을 함유한 당밀희석액을 발효시키는데 14.5 시간이 소요되었다. 이때의 최종 ethanol 농도는 8.4~9.0%(v/v)로서 ethanol 생산비율은 이론식의 88.1~94.4% 이었다.
곶감중 당은 주로 glucose, fructose, mannose였다. 당도 조절을 위하여 가한 sucrose는 즉시 단당류로 분해되었다. Glucose는 $25^{\circ}C$ 발효의 경우 발효 8일째 거의 발효가 완료되었으나 $15^{\circ}C$ 경우 75% 정도 발효되었다. 발효속도는 발효온도에 관계없이 glucose>fructose>mannose 순이었다. 곶감에서 검출된 유기산은 acetic acid, levulinic acid, 4-methylvaleric acid, oxalic acid, N-butyric acid, succinic acid 등이었고 발효온도에 관계없이 발효초기에 감소하다 4일, 6일째 증가후 다시 감소하는 경향이었다. Levulinic acid는 발효가 진행됨에 따라 가장 급격히 감소하였다. Acetic acid와 4-methylvaleric acid는 발효가 진행됨에 따라 증가하였다. 유리 아미노산은 Ala, Gly, Val, Leu, Ile, Met, Ser, Pro, Phe, Asp, Hyp, Glu, Asn, Lys, Gln, Arg, His, Trp, Tyr 등 19가지가 검출되었다. 총 유리아미노산의 함량은 발효온도에 관계없이 발효 2일까지는 감소하다가 다시 증가하여 2주에서 원료용액과 같은 수준이었다. Ethanol함량은 발효 8일째까지는 $25^{\circ}C$우 9.4%(v/v), $15^{\circ}C$ 발효의 경우는 5.3%(v/v)였으나 12주째에는 $25^{\circ}C$ 경우 9.4%(v/v), $15^{\circ}C$ 경우 14.5%(v/v)로 $15^{\circ}C$ 경우가 알코올함량이 높았다. 고급 알코올은 2-methyl-1-propanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-propanol 등이 0.001%(v/v)에서 0.06%(v/v) 범위에서 검출되었고 발효기간의 경과에 따라 증가하는 경향이었다.
충북 영동 지역에서 1998년 수확한 포도 (Campbell Early)의 수확시기별 평균 당도와 산도는 8월 15일에 각각 $11{\pm}0.5^{\circ}Brix,\;1.1{\pm}0.3%$이었고, 8월 30일에는 $12.0{\pm}0.4^{\circ}Brix,\;1.0{\pm}0.2%$, 9월 15일에는 $13.5{\pm}0.4^{\circ}Brix,\;0.8{\pm}0.2%$, 9월 30일에는 $16.0{\pm}0.5^{\circ}Brix,\;0.7{\pm}0.1%$로 나타났으며, 야생효모량은 평균 $4{\sim}8{\times}10^5\;cells/g$으로 나타나 포도주 발효를 위해서는 가당과 효모첨가가 필요한 것을 알 수 있었다. 8월 30일경 수확한 포도로 초기 당농도를 $24^{\circ}Brix$, 초기 효모농도를 $5{\times}10^6\;cells/mL$로 하여 $25^{\circ}C$에서 발효시킨 경우 9일만에 발효가 종료되어 최종 14.7% (v/v)의 알코올 함량을 나타내었으며, 산도와 pH는 각각 $0.9{\pm}0.2%,\;3.3{\pm}0.2$로 발효 중에 거의 변화가 없었다. 반면 효모를 첨가하지 않은 경우는 약 15일만에 발효가 종료되었으며 알코올 함량은 최종 14.4% (v/v)로 효모 첨가구와 비슷하게 나타내었다. 그러나 발효개시 2일 경과 후에 발효가 일어나기 시작하여 잡균오염에 의한 이상발효의 우려가 있었다. 살균 및 색소추출의 목적으로 potassium metabisulfite를 300 ppm 첨가한 등외품 포도즙의 일반세균수는 $10^3c\;ells/mL$, 500 ppm 첨가한 것은 $10^2\;cells/mL$ 수준이었고, 첨가하지 않은 경우는 $10^8\;cells/mL$ 수준이었으며, 전발효 종료시 알코올 생성은 모두 14% (v/v) 정도로 비슷하였다. 포도주의 숙성기간 중 잡균 오염 방지를 위해 potassium metabisulfite를 40 ppm 이상 첨가하였을 때에는 포도주의 색이 탈색되었다.
세포 외로 단백질분해효소를 생산하는 효모 균주 CO-1을 대나무 부산물에서 분리하였다. CO-1은 원형 또는 타원형($3.1-4.0{\times}3.8-4.4{\mu}m$)으로, 생장을 위한 최적 온도는 $30^{\circ}C$, 초기 pH는 4.0이었다. 그리고 최대 15.0% (w/v)의 NaCl과 9.0%(v/v)의 ethanol 농도에서 생장하였다. 형태적, 생리 생화학적 특성 및 18S rRNA 유전자 염기서열을 통한 계통분석을 이용하여 동정을 실시한 결과 Pichia anomala로 판명되었다. P. anomala CO-1 단백질분해효소를 부분 정제한 결과 수율은 7.2%였으며, 정제 전에 비해 약 14.6배 정제되었다. Zymogram으로 측정한 효소의 분자량은 약 30 kDa으로 확인되었다. 본 균주는 배지 중에 탄소원과 질소원, 무기염으로 1.0%(w/v) CMC와 1.0%(w/v) yeast extract, 0.3%(w/v) $MnSO_4$를 사용하였을 경우 가장 높은 단백질분해효소 활성을 나타내었다. P. anomala CO-1이 생산하는 단백질분해효소의 최적 활성 pH와 온도는 각각 7.0과 $30^{\circ}C$였다. 또한 본 효소는 pH 4.0-10.0에서 75%의 안정성을 나타내었으며, $65^{\circ}C$에서 1시간 가열하여도 60% 전후의 활성을 유지하였다. 균주의 효소 생산은 생육과 비례하였으며 대수증식기 후반에 최대의 효소 생산을 나타내었다.
초임계 이산화탄소를 이용한 유자과피로 부터의 휘발성 정유성분의 추출은 entrainer를 사용하지 않을 경우 압력 13.8㎫, 온도 4$0^{\circ}C$에서 756.61mg/sample 30g이 추출되었으며 entrainer를 7.4mL/min을 첨가하였을 경우 압력이 13.8㎫, 온도 4$0^{\circ}C$에서 5416.64mg/sample 30 g이 추출되어 약 7배의 추출량의 증가를 볼 수 있었다. 이는 보조용매를 첨가함으로서 초임계 이산화탄소의 유자과피의 휘발성 정유성분에 대한 용해력을 증가시키는데 큰 영향을 미치는 것으로 알 수 있다.
Previous studies have suggested a possible correlation between cell surface hydrophobicity (CSH) and stress tolerance in Bifidobacterium. In this study, the relationship was examined between CSH and environmental stress tolerance in Lactobacillus spp. By measuring the adhesion to hexadecane, 2 Lactobacillus fermentum strains- KLB 261 and KLB 231 were found to have high and low CSH, respectively. To measure their tolerance to various stresses, cells were subjected to salt (2 M NaCl), acid (pH 2), $H_2O_2$ (0.01 %, v/v), ethanol (20%, v/v), heat ($60^{\circ}C$), and cold ($-20^{\circ}C$). Compared with KLB 231, the hydrophobic KLB 261 was found to be much more resistant to the various stresses examined. After being subjected to different stresses for a period of time, KLB 261 and KLB 231 showed 50 and 0% survivability in 2 M NaCl, 108.2 and 0.6% in 0.01 %(v/v) $H_2O_2$, 40.2%(v/v), and 3.7% at $60^{\circ}C$ incubation, 4 and 0.6% at $-20^{\circ}C$, 12.9 and 0.1 % in pH 2, 33.8 and 0.2% in 20%(v/v) ethanol, respectively. Autoaggregation test and morphological observation were also conducted in an attempt to explain these differences. These results suggested that high CSH could strengthen the stress tolerance of lactobacilli.
In order to fractionate sardine oil by different solvents for an effective use of fish oil being subjected to the limit of use, an attempt was to investigate the proper solvents, ratios and fractionation time. The results of the study were as follows: 1. The proper solvent of fractionation using ethanol, isopropyl alcohol, acetone, and hexane was ethanol, and its optimum ratio was 2:1 (ethanol: oil, v/w). The proper time of ethanol fractionation by the ratio (2:1) was 4hr at $10^{\circ}C$, 6hr at $5^{\circ}C$, 8hr at $0^{\circ}C$and 8hr at $-5^{\circ}C$, respectively. 2. In the fractionation by stages using the ratio (2:1) at each temperature, the yield of stearine was 8% at $10^{\circ}C$ (Fraction I), 32% at $5^{\circ}C$ (Fraction II), 7% at $0^{\circ}C$ (Fraction III) and 10% at $0^{\circ}C$ (Fraction IV), respectively. When ethanol fractionation was undertaken at $5^{\circ}C$ by stages, the yield of stearine (Fraction II) was high. 3. Iodine value of Fraction II was 96.8. This result indicated that the hydrogenation process would be simplified by fractionation. 4. The percentage of the decrease of polyenoic acids from original sardine oil to Fraction II oil was from 30.5% to 13.5%. The major fatty acids of Fraction II were palmitic and oleic acids and these fatty acids were about 52% of total fatty acids. Therefore, Fraction II, which remained liquid oil at room temperature because solid fat content was 6.9% at $20^{\circ}C$, would be used as frying oil.
본 실험은 메밀새싹의 추출조건에 따른 수율, 총 페놀, $\alpha$-glucosidase 저해활성능, 및 ACE 저해활성능에 대해 반응표면 분석법을 이용하여 추출조건을 최적화하였다. 중심합성계획에 따라 추출온도($0{\sim}100^{\circ}C$), 추출시간(0~12 hr) 및 에탄올 농도(0~100%)를 달리하였을 때 반응 표면 회귀식의 R2는 수율, 총 페놀, $\alpha$-glucosidase 저해활성능 및 ACE 저해활성능에서 각각 0.9461(p<0.001), 0.8875(p<0.005), 0.9186(p<0.005) 및 0.8667(p<0.005)로 나타내었으며, 추출조건별 총 페놀 함량, $\alpha$-glucosidase 저해활성능 및 ACE 저해활성능에 대한 반응표면을 superimposing하여 얻은 최적 추출조건 범위는 추출온도 $0{\sim}70^{\circ}C$, 추출시간 2~8 hr 및 에탄올 농도 30~80%로 나타내었다. 최적 추출조건 범위내의 임의의 조건인 추출온도 $15^{\circ}C$, 추출시간 5 hr 및 에탄올 농도 50 %를 회귀식에 대입하여 얻은 예측값은 수율 15.18%, 총 페놀 함량 189.27 mg/100 g, $\alpha$-glucosidase 저해활성능 77.44 % 및 ACE 저해활성능 85.24%으로 예측되었으며, 실제 실험을 통해 얻어진 값은 수율 16.18%, 총 페놀 함량 175.57 mg/100 g, $\alpha$-glucosidase 저해활성능 79.17% 및 ACE 저해활성능 81.60%으로 매우 유사하게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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