• 공업화학
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• 제25권6호
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• pp.619-623
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• 2014

산 가수분해공정과 효소당화공정을 이용하여 사과, 귤, 수박껍질로부터 셀룰로오스 에탄올을 생산하고, 그 최적조건을 결정함으로써 과일껍질을 원료로 한 바이오에너지 생산가능성을 평가하고자 하였다. 산 가수분해공정을 이용하여 과일껍질로부터 셀룰로오스 에탄올을 생산하기 위한 최적조건은 사과껍질의 경우 황산농도 20 wt%에서 90 min, 귤껍질과 수박껍질의 경우에는 각각 산 가수분해시간 60 min에서 황산의 농도가 15, 10 wt%인 것으로 나타났다. 효소당화공정을 이용하여 과일껍질로부터 셀룰로오스 에탄올을 생산할 경우 효소로는 Viscozyme이 가장 우수한 전환특성을 나타내었으며, 최적 효소당화시간은 사과껍질(180 min), 귤껍질(60 min), 수박껍질(120 min)인 것을 알 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제30권6호
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• pp.283-290
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• 2015

In this study was selected the cellulolytic microorganism and investigated optimum condition of cellulase production for the cellulosic bioethanol production. A bacterial strain Paenibacillus jamilae BRC15-1, was isolated from soil of domestic reclaimed land. For optimizing cellulase production from the selected strain, various culture parameters were investigated such as culture medium, pH (pH 4~10), temperature ($25{\sim}50^{\circ}C$) and culture time (2~72 h). As a result, P. jamilae BRC15-1 efficiently produced cellulase from cellulosic biomass under following conditions: 24 h of culture time (pH 7, $40^{\circ}C$) in manufactured media of CMC (carboxymethyl cellulose) with peptone. Optimum saccharifying condition of crude enzyme produced from P. jamilae BRC15-1 was identified on pH 6 and $40^{\circ}C$ of reaction temperature, respectively. This crude enzyme from P. jamilae BRC15-1 was used for saccharification of pretreated sweet sorghum (Sorghum bicolor var. dulciusculum Ohwi) bagasse under the optimal condition. Finally, pretreated sweet sorghum bagasse including 0.1 g of glucan was saccharified by crude enzyme of P. jamilae BRC15-1 into 2.75 mg glucose, 0.79 mg xylose and 1.12 mg arabinose.

• 공업화학
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• 제27권2호
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• pp.135-144
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• 2016

불안정한 원유 가격과 지속적인 환경 문제를 야기하고 있는 석유 자원의 대체를 위한 바이오매스 활용 기술 개발과 상업화가 활발히 진행되고 있다. 목질계 바이오매스 전처리와 펄프 제조 과정에서 다량으로 발생하는 리그닌은 바이오에탄올 제조량의 증가와 더불어 발생량 또한 급속히 증가할 것으로 예상되고 있다. 리그닌은 방향족 고분자로 hydroxyl기와 같은 화학 작용기를 갖고 있어 화학 소재 원료로서의 활용이 가능한 저가 부산물이다. 리그닌의 방향족구조와 작용기를 oxypropylation, epxoidation 등을 이용하여 화학적으로 변환시켜 반응성을 향상시키거나, 새로운 화학작용기를 도입함으로써 바이오폴리우레탄, 바이오폴리에스터, 페놀 수지, 에폭시 수지 등 바이오플라스틱 제조에 활용이 가능하다. 본 총설은 리그닌을 활용하여 제조 가능한 바이오플라스틱, 수지, 탄소섬유 등에 대해 소개하고, 관련 최신 연구 동향 및 리그닌 응용 기술에 관한 전망을 소개하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권11호
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• pp.1577-1585
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• 2013

Bioethanol production from lignocellulose is considered as a sustainable biofuel supply. However, the low cellulose hydrolysis efficiency limits the cellulosic ethanol production. The cellulase is strongly inhibited by the major end product cellobiose, which can be relieved by the addition of ${\beta}$-glucosidase. In this study, three ${\beta}$-glucosidases from different organisms were respectively expressed in Saccharomyces cerevisiae and the ${\beta}$-glucosidase from Saccharomycopsis fibuligera showed the best activity (5.2 U/ml). The recombinant strain with S. fibuligera ${\beta}$-glucosidase could metabolize cellobiose with a specific growth rate similar to the control strain in glucose. This recombinant strain showed higher hydrolysis efficiency in the cellulose simultaneous saccharification and fermentation, when using the Trichoderma reesei cellulase, which is short of the ${\beta}$-glucosidase activity. The final ethanol concentration was 110% (using Avicel) and 89% (using acid-pretreated corncob) higher than the control strain. These results demonstrated the effect of ${\beta}$-glucosidase secretion in the recombinant S. cerevisiae for enhancing cellulosic ethanol conversion.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권11호
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• pp.1559-1565
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• 2014

Cellulase and xylanase are main hydrolysis enzymes for the degradation of cellulosic and hemicellulosic biomass, respectively. In this study, our aim was to develop and test the efficacy of a rapid, high-throughput method to screen hydrolytic-enzyme-producing microbes. To accomplish this, we modified the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method for microwell plate-based screening. Targeted microbial samples were initially cultured on agar plates with both cellulose and xylan as substrates. Then, isolated colonies were subcultured in broth media containing yeast extract and either cellulose or xylan. The supernatants of the culture broth were tested with our modified DNS screening method in a 96-microwell plate, with a $200{\mu}l$ total reaction volume. In addition, the stability and reliability of glucose and xylose standards, which were used to determine the enzymatic activity, were studied at $100^{\circ}C$ for different time intervals in a dry oven. It was concluded that the minimum incubation time required for stable color development of the standard solution is 20 min. With this technique, we successfully screened 21 and 31 cellulase- and xylanase-producing strains, respectively, in a single experimental trial. Among the identified strains, 19 showed both cellulose and xylan hydrolyzing activities. These microbes can be applied to bioethanol production from cellulosic and hemicellulosic biomass.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.412-418
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• 2023

The surge in the oil prices, increasing global population, climate change, and waste management problems are the major issues which have led to the development of biofuels from lignocellulosic wastes. Cellulosic or second generation (2G) bioethanol is produced from lignocellulosic biomass via pretreatment, hydrolysis, and fermentation. Pretreatment of lignocellulose is of considerable interest due to its influence on the technical, economic and environmental sustainability of cellulosic ethanol production. In this study, furniture waste sawdust was subjected to alkaline peroxide (H₂O₂) for the production of reducing sugars. Sawdust was pretreated at different concentrations from 1-3% H₂O₂ (v/v) loadings at a pH of 11.5 for a residence time of 15-240 min at 50, 75 and 90 ℃. Optimum pretreatment conditions, such as time of reaction, operating temperature, and concentration of H₂O₂, were varied and evaluated on the basis of the amount of total reducing sugars produced. It was found that the changes in the amount of lignin directly affected the yield of reducing sugars. A maximum of 50% reduction in the lignin composition was obtained, which yielded a maximum of 75.3% total reducing sugars yield and 3.76 g/L of glucose. At optimum pretreatment conditions of 2% H₂O₂ loading at 75 ℃ for 150 min, 3.46 g/L glucose concentration with a 69.26% total reducing sugars yield was obtained after 48 hr. of the hydrolysis process. Pretreatment resulted in lowering of crystallinity and distortion of the sawdust after the pretreatment, which was further confirmed by XRD and SEM results.

• KSBB Journal
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• 제24권5호
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• pp.489-494
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• 2009

우리 연구팀은, 농산부산물인 유채대의 알콜 발효용 당화물 생산 가능성을 연구하였다. 이를 위해 농산부산물인 유채대를 연속적으로 5 mL/min의 속도로 산을 이용하지 않고 증류수만을 이용해 이단 고온 처리 ($200^{\circ}C$ and 15 Mpa, $375^{\circ}C$ and 23 Mpa)하였다. 본 전처리 공정을 통한 가수수분해물의 당화물 생성은 최종적으로 자일로스와 글루코스의 경우 25.6 g/L, 5.5 g/L가 생성되었다. 이는 유채대에 존재하는 글루코스와 자일로스의 초기 양 대비 각각 18%와 59%의 전환 수율을 나타낸다. 또한 이 공정은 타 공정들에 비하여 대표발효 저해 산물인 HMF의 생성량이 0.2 ppm으로 극히 낮은 수치를 보였으며, 가수분해물의 에탄올 생산시, 글루코스의 발효를 통한 에탄올 생성 전환수율이 90% 이상으로 높은 생성율을 보였다. 따라서 본 공정을 통해 다른 농산부산물이나 해조류 전체에 응용된다면, 고 수율의 에탄올 생산용 당화물을 생산할 것으로 예상한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권4호
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• pp.430-435
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• 2014

섬유소계 바이오매스의 주요 구성요소 간의 관계에 의한 물리적, 화학적 장벽은 셀룰로오스를 발효 가능한 당으로 전환시키는 효소당화를 방해한다. 전처리의 주 목적은 셀룰로오스의 효소당화율을 향상시키기 위하여 기질로의 효소접근성을 높이는 것으로, 전처리 공정의 발전은 지속적으로 요구되고 있다. 본 연구에서는, 간단하고, 상대적으로 저비용인 암모니아수에 의한 침지공정을 전처리방법로 채택하였다. 기질로는 국내 농업 잔류물 중 생산량이 높은 볏짚을 채택하였다. 암모니아수에 의한 침지 공정은 3, 12, 24 그리고 72시간 동안 수행되었다. 그리고 동시당화발효에 미치는 전처리의 효과를 조사하기 위해, 효소당화와 동시당화발효를 30, 40 그리고 $50^{\circ}C$에서 수행하였다. 연구 결과에 따르면, 볏짚이 암모니아수에 의한 침지 처리 되었을 때, 기존의 보편적인 동시당화발효와 비교하여 상대적으로 적은 효소사용량과 낮은 온도($30^{\circ}C$) 조건에서도 당화와 동시당화발효가 수행될 수 있음을 확인하였다. 그리고 암모니아수에 의한 침지 처리는 초기 당화속도를 증가시킴으로써 24시간 이내에 발효를 종료시켰다.

• 생명과학회지
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• 제29권1호
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• pp.135-145
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• 2019

자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis)는 수십 년 동안 생화학적 발효 기술을 통한 수송용 에탄올을 생산하기에 적합한 산업용 미생물로 각광을 받아왔다. 최근 이 균주의 포스트 게놈 시대 도래 및 미국 듀폰사(DuPont, USA)의 세계 최대 산업용 목질계 에탄올 생산 시설 완료 등은, 이 미생물을 이용한 산업적 에탄올 생산 공정 가시화를 위한 다양한 연구들을 파생시키고 있다. 특히, 산업용 셀룰로오스 에탄올 발효공정에 이용되는 미생물은 다양한 독성 발효 저해물질 및 물리적 스트레스에 보다 쉽게 노출 될 수 있다. 따라서 본 논문은 이 미생물이 보유한 최신 생리학적 이해와 관련 된 정보와 다양한 환경적 스트레스에 견딜 수 있는 산업적 강건성 및 산업용 균주 개발 방법에 대한 사례 및 이 균주를 이용한 가격 경쟁적인 목질계 에탄올 생산 공정 개발에 필요한 균주 개발에 대한 미래 지향적 연구 방향에 대하여 기술하였다.