• 한국농공학회논문집
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• 제54권6호
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• pp.143-150
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• 2012

바이오에탄올 생산공정은 당 (Sugar)을 기반으로 하는 공정과 합성가스를 이용하는 공정으로 분류할 수 있다. 이 가운데 합성가스를 이용하는 공정은 촉매를 이용한 화학적 공정과 혐기성 발효에 의한 생물학적 공정의 두 가지로 나뉜다. Clostridium ljungdahlii는 일산화탄소와 수소가 주요 성분으로 구성되는 합성가스를 이용하여 에탄올과 아세트산을 생산할 수 있는 균주 중의 하나로 알려져 있다. 합성가스 발효공정에서 pH는 미생물의 증식과 에탄올 등의 생산에 아주 중요한 요인 중의 하나이다. 본 연구에서는 pH 조건이 미생물의 생장과 에탄올 생산성에 미치는 영향을 조사하였다. C. ljungdahlii 배양은 엄격한 혐기성 조건에서 100 ml의 serum bottle과 pH 제어가 가능한 반응기를 이용한 실험결과, 회분식 배양 조건에서는 미생물의 생장과 에탄올 생산을 위한 최적 초기 pH는 7.0로 나타났다. 미생물 농도는 0.57 g/L, 에탄올 농도 0.91 g/L로 나타났다. pH 4.5 이하에서는 미생물의 생장이 멈추는 것으로 나타났다. pH 제어가 가능한 생물반응기에서는 pH 6.0 일때 에탄올 생산량이 pH 7.0 일때 보다 높게 나타났다. 일정 수준의 미생물 농도를 유지한 조건에서 합성가스를 기포식으로 주입하고 pH 5.9에서 5.4까지 제어하였을 때 미생물량과 에탄올 농도가 증가하였다. 60 시간이 지난 후에 미생물의 농도는 0.498 g/L, 에탄올은 1.056 g/L까지 이르렀다.

• 공업화학
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• 제22권5호
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• pp.562-565
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• 2011

본 연구에서는 합성가스를 기질로 Clostridium ljungdahlii를 생물촉매로 바이오에탄올을 생산하는 공정을 개발하고, pH가 미생물 성장 및 에탄올 생산에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 초기 pH 조건(pH 5~8)에서 pH제어 없이 발효실험을 수행한 결과, 부산물인 acetic acid의 축적에 따라 모든 조건에서 24 h 이내에 pH 4.5 이하로 감소되고 미생물의 성장과 에탄올 생산이 중단되는 것을 확인하였다. 사용된 pH 조건 중에서 가장 높은 초기 pH 8의 경우가 가장 높은 미생물 성장과 에탄올 생산량(0.53 g/L)을 보였으며, 이는 상대적으로 pH의 감소가 늦게 일어나기 때문으로 생각된다. pH를 제어할 수 있는 생물반응기를 사용하여 pH 7로 유지시키며 생물공정을 운전한 결과, 최대 미생물 농도 1.65 g/L과 최대 에탄올 농도 1.43 g/L를 24 h 이내에 얻을 수 있었으며, 이는 pH를 중성영역에서 유지할 경우 C. ljungdahlii의 성장을 최대화할 수 있고, growth-associated production의 특성을 보이는 에탄올의 생산량을 최대화할 수 있는 것을 확인시켜준다.

• KSBB Journal
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• 제17권1호
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• pp.73-79
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• 2002

본 연구에서는 C. ljungdahlii를 이용하여 일산화탄소로부터 에탄올 생성 방법을 최적화하였다. 먼저 Clostridium ljungdahlii ATCC 55383을 이용하여 일산화탄소 소비속도에 대한 kinetic model과 그에 따른 여러 가지 상수값을 계산하기 위한 실험을 수행하였다. 이 결과 일 산화탄소 소비속도 data에 Michaelis Menten식이 잘 적용됨을 알수 있었고 기울기 값 $K_m/V_{max}$ max 및 y-절편값 $1/V_{max}$로부터 구한 $V_{max}$는 37.14 mmol/L-hr-O.D. 그리고 $K_{m}$은 0.9516 atm임을 알 수 있었다. C. ljungdahlii에서의 ethanol의 생성에 미치는 pH와 질소원의 영향을 실험한 결과 세포성장에는 pH 5.5와 YE첨가가 에탄올 생성에는 pH 4~4.5, ammonium solution $(NH_4Cl+(NH_4)_2SO_4$)첨가가 필요한 것으로 확인되었다. 따라서 pH 5.5와 YE 0.5%에서 C. ljungdahlii를 배양한 후 pH 4.5로 shift하고 ammonium solution을 계속 첨가한 경우 세포농도 0.D. 0.25에서 약 3.6 g/L의 에탄올 생성을 얻었으며 이것은 pH 및 질소원 shift가 없는 경우에 비하여 약 20배 이상 에탄을 생성양이 증가된 수치이다. 이를 바탕으로 pH shift 후 N source로서 ammonium solution을 지속적으로 공급하여 주면서 fermenter를 이용한 일산화탄소로부터 에탄을 최적화를 수행하였고 이 결과 최대 specific ethanol production rate 0.49 g ethanol/L.hr.O.D.를 얻을 수 있었으며 생성된 최종 에탄을 농도는 25 g ethanol/L에 달하였다. 이 결과를 이용하여 높은 세포농도를 얻기 위하여 세포성장에 도움을 주는 탄소원 실험을 수행하였고 이 결과 glucose를 이용한 세포성장후 일산화탄소로 전환하는 방법을 fermenter에 적용하여 pH 5.5, 400 rpm 조건에서 glucose를 feeding하여 O.D. 3.4가지 자라게 한 후 ammonium solution을 첨가하여 주면서 일산화탄소를 소비하는 시점가지 약 10시간 동안 CO adaptation을 실시하여 일산화탄소의 소비속도가 충분한 속도에 달했을 때 pH를 5.5에서 4.5로 낮추어 주었고 그 후 간헐적으로 ammonium solution을 feeding한 결과 얻어진 최종 에탄을 생성량은 45 g/L 이었다. 특히 약60시간 이내에 45 g/L 정도의 ethanol을 생성 함으로써 0.75 g ethanol/L.hr의 ethanol 생산성을 확보 할 수 있었다. 또한 C. ljungdahlii이 에탄을 내성을 실험한 결과 약 50 g/L 정도의 에탄올에는 큰 성장 장애를 받지 않는 것으로 나타나 이 균주를 이용한 산업체 부생가스로부터의 에탄을 생산 가능성을 더하여 주고 있다. 현재 본 연구진에 의하여 C. ljungdahlii를 이용하여 long term operation시의 cell viability 유지를 위한 세포성장과 에탄을 생성을 완전히 분리시킨 2 bioreactor system의 연구 및 일산화탄소로부터 높은 농도의 에탄올을 생성하는 독창적인 새로운 균주가 분리되어 현재 실험 진행 중이다.

• 공업화학
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• 제29권4호
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• pp.419-424
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• 2018

무기탄소원으로부터 에탄올을 생산하는 acetogenic 박테리아인 Clostridium ljungdahlii 발효공정에서 배양 배지 조성에 따른 영향을 분석하여 균주 성장과 에탄올 생산 향상을 시도하였다. 균주 성장 및 에탄올 생산에 영향을 줄 수 있는 배지 구성성분으로 yeast extract, fructose, $NH_4Cl$, $K_2HPO_4$를 선정하였다. Yeast extract 농도가 증가할수록 균주 성장과 에탄올 생산이 증가하였으며 에탄올 비생산성은 yeast extract 기본 배지 농도보다 낮은 0.05 g/L에서 가장 높았다. Fructose 농도가 증가할수록 균주 성장은 증가하였지만 5 g/L을 초과하는 fructose 투입은 에탄올 생산을 감소시켰다. Yeast extract 5 g/L인 조건에서 fructose 5 g/L와 넣었을 때 에탄올 생산농도가 0.297 g/L로 가장 높았으나, fructose를 넣지 않았을 때 매우 낮은 균주 농도로 인해 에탄올 비생산성은 0.281 g/g DCW로 높았다. $NH_4Cl$은 균주 성장이나 에탄올 생산은 큰 차이를 보이지 않았으며 30 g/L 이상 과다 투입하면 성장저해가 나타났다. $K_2HPO_4$에 대해서는 농도가 증가할수록 균주 성장과 에탄올 생산이 모두 증가하였다. $NH_4Cl$과 $K_2HPO_4$를 사용한 경우 에탄올 비생산성은 yeast extract를 적게 사용한 경우 크게 나타났다.

• 공업화학
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• 제34권3호
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• pp.327-329
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• 2023

본 연구에서는 Clostridium ljungdahlii 배양에서 유기질소공급물인 tryptone과 sodium tungstate의 배양액 내 농도가 균주 성장과 아세트산, 에탄올 생산에 대한 영향을 확인하기 위한 실험을 수행하였다. 대조군 실험의 배지 조건(0 g/L tryptone)보다 tryptone 2.5 g/L를 투입한 경우 균주 성장이 144.6% 증가하였고, 에탄올 및 아세트산 생산은 각각 8.6%와 36.7% 향상되었다. 대조군 실험에 사용된 배지의 조건(0.01 µM Na₂WO₄·2H₂O)보다 100배인 1 µM Na₂WO₄·2H₂O를 사용한 실험군에서, 균주 성장과 C2 대사산물의 총생산량에는 큰 차이가 없지만, 에탄올 생산 증가하고 아세트산 생산은 감소하여 에탄올/아세트산 생산비가 0.56로 대조군의 0.24에서 크게 증가하였다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2001년도 추계학술발표대회
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• pp.606-609
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• 2001

The anaerobic bacterium Clostridium ljungdahlii was known to produce ethanol from CO, $CO_2$ and $H_2$ In this research the production of ethanol at high concentration from carbon monoxide was studied. ethanol production using fed -batch, ceramic filter supported system, and 2-stage bioreactors were tested and optimized.