• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.550-556
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• 2022

당, 알코올, 유기산 및 아미노산 등과 같은 다양한 유기물에 포함된 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 효소 연료전지의 성능은 anode 뿐만 아니라 cathode에도 큰 영향을 받는다. 본 연구의 목적은 laccase 기반의 고성능 cathode 전극을 개발하는데 있다. 효소, 전자전달체 및 탄소나노튜브로 구성된 효소 복합체를 제조하고 이를 전극 표면에 다층으로 부착하며 층수 및 탄소나노튜브의 첨가 유무가 전극 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 전극 표면에 효소-전자전달체(Lac-(PVI-Os-dCl))의 층수가 증가할수록 전극에서 발생되는 환원 전류량이 증가하였다. 탄소나노튜브가 첨가된 효소-전자전달체 복합체 전극(Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl))이 Lac-(PVI-Os-dCl) 전극에 비하여 1.7배 많은 환원 전류를 생성하였다. Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)과 Lac-(PVI-Os-dCl)의 비율을 변화시키며 적층한 전극들에서 2층의 Lac-(PVI-Os-dCl)과 2층의 Lac-SWCNTs-(PVI-Os-dCl)으로 구성된 전극이 가장 많은 양의 환원 전류(10.1±0.1 µA)를 생성하였다. 단일 층의 Lac-(PVI-Os-dCl)로 구성된 cathode를 사용하는 셀과 최적화된 cathode를 사용하는 셀의 최대 생산 전력밀도는 각각 0.46±0.05와 1.23±0.04 µW/cm²였다. 본 연구 결과는 전극 표면에 laccase, 전자전달체 및 탄소나노튜브로 구성된 복합체의 적층 최적화를 통해 cathode 및 이를 이용하는 효소 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있음을 시사한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.373-378
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• 2021

본 연구는 땀에 존재하는 젖산을 연료로 사용하여 전기를 생산하는 웨어러블 연료전지용 고전력 젖산 산화효소 전극을 개발하는 데 그 목적이 있다. 유연성 있는 탄소종이 기반의 고정화효소 전극을 제작하고 평가하였다. 전해질 내 젖산농도 증가에 따라 젖산 산화효소(lactate oxidase, LOx)의 촉매작용으로 전류생성량이 증가하였다. 금 나노입자가 부착된 탄소종이에 고정화된 LOx가 탄소종이에 부착된 LOx보다 1.5배 많은 전류를 생성하였다. 빌리루빈 산화효소(bilirubin oxidase, BOD)가 고정화된 cathode는 질소로 퍼지(purge)된 전해질보다 산소로 포화된 전해질에서 높은 환원전류를 발생시켰다. 두 전극으로 구성된 연료전지를 제작하여 방전전류 변화에 따른 셀전압을 측정하였다. 방전 전류밀도 값이 66.7 ㎂/cm²에서 셀 전압은 0.5±0.0 V였고, 셀 전력량은 최대치인 33.8±2.5 ㎼/cm²를 나타내었다.

• 생약학회지
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• 제7권2호
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• pp.85-93
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• 1976

Since cellulose is the only organic material that is annually replenishable in very large quantities, we must explore ways to utilize it as a source of energy, food and chemicals. For the utilization of this resource, it is first enzymatic hydrolyzed to glucose, then the glucose can be used as a food, converted single cell protein by microorganism, fermented to clean burning fuel and other chemicals. Cellulolytic enzyme, cellulase, consists of two or three major components, $C_1-cellulase$, $C_x-cellulase$ and ${\beta}-glucosidase$. $C_x-cellulase$ are fairly common but $C_1-cellulase$ are quite rare. Trichoderma viride is the best source of active cellulose, especially $C_1-enzyme$. Saccharification rate of cellulose in greatly influenced by the degree of crystallinity and extent of lignification. But by the pretreatment the substrate with cellulose swelling agent, delignifying reagent and physical treatment, the degree of saccharification is enhanced. Thus, glucose syrups of 2 to 10% concentration are realized from milled newspaper. The enzymatic hydrolysis of such energy rich material, such as cellulose, to glucose is technically feasible and practically achievable on a very large scale.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권4호
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• pp.459-463
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• 2015

This study evaluated the microbial conversion of coconut oil waste, a major agro-residue in tropical countries, into single cell oil (SCO) feedstock for biodiesel production. Copra cake was used as a low-cost renewable substrate without any prior chemical or enzymatic pretreatment for submerged growth of an oleaginous tropical mangrove fungus, Aspergillus terreus IBB M1. The SCO extracted from fermented biomass was converted into fatty acid methyl esters (FAMEs) by transesterification and evaluated on the basis of fatty acid profiles and key fuel properties for biodiesel. The fungus produced a biomass (8.2 g/l) yielding 257 mg/g copra cake SCO with ~98% FAMEs. The FAMEs were mainly composed of saturated methyl esters (61.2%) of medium-chain fatty acids (C12-C18) with methyl oleate (C18:1; 16.57%) and methyl linoleate (C18:2; 19.97%) making up the unsaturated content. A higher content of both saturated FAMEs and methyl oleate along with the absence of polyunsaturated FAMEs with ≥4 double bonds is expected to impart good fuel quality. This was evident from the predicted and experimentally determined key fuel properties of FAMEs (density, kinematic viscosity, iodine value, acid number, cetane number), which were in accordance with the international (ASTM D6751, EN 14214) and national (IS 15607) biodiesel standards, suggesting their suitability as a biodiesel fuel. The low cost, renewable nature, and easy availability of copra cake, its conversion into SCO without any thermochemical pretreatment, and pelleted fungal growth facilitating easier downstream processing by simple filtration make this process cost effective and environmentally favorable.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제15권2호
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• pp.281-286
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• 2005

We created a new graphite-Cu(II) electrode and found that the electrode could catalyze FADH$_2$ oxidation and FAD reduction coupled to electricity production and consumption, respectively. In a fuel cell with graphite-Cu(II) anode and graphite-Fe(III) cathode, the electricity was produced by coupling to the spontaneous oxidation of FADH$_2$ Fumarate and xylose were not produced from the enzymatic oxidation of succinate and xylitol without FAD, respectively, but produced with FAD. The production of fumarate and xylose in the reactor with FAD electrochemically regenerated was maximally 2- 5 times higher than that in the reactor with FAD. By using this new electrode with catalytic function, a bioelectrocatalysts can be engineered; namely, oxidoreductase (e.g., lactate dehydrogenase) and FAD can function for biotransformation without an electron mediator and second oxidoreductase for cofactors recycling.

• Plant Biotechnology Reports
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• 제5권1호
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• pp.1-7
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• 2011

Secondary walls have recently drawn research interest as a primary source of sugars for liquid biofuel production. Secondary walls are composed of a complex mixture of the structural polymers cellulose, hemicellulose, and lignin. A matrix of hemicellulose and lignin surrounds the cellulose component of the plant's cell wall in order to protect the cell from enzymatic attacks. Such resistance, along with the variability seen in the proportions of the major components of the mixture, presents process design and operating challenges to the bioconversion of lignocellulosic biomass to fuel. Expanding bioenergy production to the commercial scale will require a significant improvement in the growth of feedstock as well as in its quality. Plant biotechnology offers an efficient means to create "targeted" changes in the chemical and physical properties of the resulting biomass through pathway-specific manipulation of metabolisms. The successful use of the genetic engineering approach largely depends on the development of two enabling tools: (1) the discovery of regulatory genes involved in key pathways that determine the quantity and quality of the biomass, and (2) utility promoters that can drive the expression of the introduced genes in a highly controlled manner spatially and/or temporally. In this review, we summarize the current understanding of the transcriptional regulatory network that controls secondary wall biosynthesis and discuss experimental approaches to developing-xylem-specific utility promoters.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제48권4호
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• pp.278-288
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• 2021

The development of bioenergy through biomass has gained importance due to the increasing rates of fossil fuel depletion. Biomass is important to increase the productivity of bioethanol, and production of biomass with high biomass productivity, low lignin content, and high cellulose content is also important in this regard. Inorganic salts are important in the cultivation of biomass crops for the production of biomass with desirable characteristics. In this study, the roles of various inorganic salts in biomass and bioethanol production were investigated using an in vitro tobacco culture system. The inorganic salts evaluated in this study showed dramatic effects on tobacco plant growth. For example, H₂PO₄ substantially improved plant growth and the root/shoot (R/S) ratio. The chemical compositions of tobacco plants grown in media after removal of various inorganic salts also showed significant differences; for example, lignin content was high after Mg²⁺ removal treatment and low after K⁺ treatment and H₂PO₄ removal treatment. On the other hand, NO₃^- and H₂PO₄ treatments yielded the highest cellulose content, while enzymatic hydrolysis yielded the highest glucose concentration ratio 24 h after NH₄⁺ removal treatment. The ethanol productivity after H₂PO₄ removal treatment was 3.95% (w/v) 24 h after fermentation and 3.75% (w/v) after 36 h. These results can be used as the basis for producing high-quality biomass for future bioethanol production.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권1호
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• pp.1-4
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• 2019

본 연구에서는 효소연료전지의 율속 반응인 산화극의 효소반응 강화 및 효소 담지량을 증가시키기 위하여 안트라센 가교제를 도입하였다. CNT/PEI 담지체에 가교 처리된 글루코오스 산화효소(GOx)를 전기적인 극성을 이용하여 결합시켰다(AC[CNT/PEI/GOx]). 본 촉매의 성능을 확인하기 위하여 전기화학 평가가 수행되었으며, 성능 비교를 위해 가교제 처리를 하지 않은 CNT/PEI/GOx 촉매도 같이 전기화학 테스트를 진행하였다. 전기화학적 특성 평가들을 통해 글루코오스 산화효소 담지량이 증가한 것을 확인하였으며, 라인위버-버크 방정식 통해 AC[CNT/PEI/GOx] ($K_m$ : 0.73 mM)가 가교제 처리를 하지 않은 CNT/PEI/GOx ($K_m$ : 1.71 mM) 보다 우수한 성능을 지닌 것을 확인했다. 또한, 완전지 성능평가 결과 최대 전력 밀도(Maximum power density, MPD)도 상승($21.2{\mu}W/cm^2$에서 $72.6{\mu}W/cm^2$로)한 것을 볼 수 있었는데 이를 통해 글루코오스 산화효소 담지량 및 전자전달능력이 향상되었다는 것을 재확인 하였다.

• KSBB Journal
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• 제10권3호
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• pp.304-316
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• 1995

액화 실험에서 BAN과 Termamyl을 비교할 때 전반적으로 Termamyl이 우수했으며 Termamyl을 (0.00625% ~0.025% 범위로 첨가하였을 때 첨가량 증가에 따른 액화반응 촉진이 뚜렷이 관찰되였다. Termamyl 240uc의 경우 타파오카에 대해 최소 0 0.0125 (v/w)% 이상이 필요하였고, 반응시간은 2 시간 정도가 석당하였다. 최적온도는 $90∼95^{\circ}C$이었고 pH는 5.8 부근이 최척이였다. 반응초기 점도가 매우 높게 나타나는데 호화속도를 약간 줄이가 위해 초기 온도를 $70^{\circ}C$정도로 낮추는 갯이 좋았다. 당화실험에서는 Novo AMG 및 국내 도일 산엽 당 화효소 모두 액화된 타피오카 용액을 잘 당화시켰다. 그러나 Novo AMG와 도일 당화효소의 활성은 기 질 에 따라 약간썩 탈랐다. 즉 이당류인 말토오스를 기 질 로 할 때는 Novo AMG의 단위 부피당 활성이 도일 당화효소의 약 1.2배이였으나, 전분을 기질로 할 때는 활성비가 1.5배였다. 경시적으로 볼 때 초기에는 당화 속도가 빨랐고 포도망이 축적되는 후기에는 당화속도 가 감소하였다. 당화의 최적온도는 약 $55∼60^{\circ}C$ 부근이었고 pH는 조절하지 않는 경우 (pH 5.7)와 조절 한 경우 (pH 4.3)간에 차이가 없었다. 85% 이상의 당화를 위해서는 타피오카 샤용량에 대해 Novo AMG 400uc을 기준으로 O.0625(v/w)% 이상, 그 리고 10시간 이상의 반응사간이 필요하였다.

• 분석과학
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• 제26권1호
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• pp.42-50
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• 2013

이 논문은 센서 및 연료전지에 사용할 수 있는 $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매의 제조 및 전기화학적 촉매의 특성에 대한 것이다. 이 $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매는 주형제인 폴리스틸렌볼(PSB)을 제조하고, 이 주형제의 표면에 졸-겔 반응을 통해 $TiO_2$를 코팅한 후, $Pt^{4+}$와 $Ru^{3+}$의 환원에 의해 제조하였다. 제조된, $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매는 전자투과현미경(TEM), X-선 회절(XRD)와 원소분석에 의해 특성평가 하였고, $Pt-Ru@TiO_2-H$의 전기화학적 촉매특성은 에탄올, 메탄올, 도파민, 아스크로브 산, 프로말린과 글루코오즈의 산화-환원 능력에 의해 평가 하였다. 이 $Pt-Ru@TiO_2-H$ 나노구조체촉매는 바이오분자에 대해 전기화학적촉매 특성을 나타내어, 연료전지 전극 또는 비효소바이오센서에 사용 될 것으로 기대된다.