본 연구에서는 사과쥬스와 포도쥬스 2종을 우유와 여러가지 비율로 혼합하여 기질을 만들고, Lactobacillus acidophilus (KCTC 2182)로 발효하여 발효유를 만든 후, 과즙-우유 혼합 기질에서 젖산균의 생육과 산 생성(pH) 및 발효유의 관능성을 관찰하였다. 사과쥬스나 포도쥬스를 우유에 25 mL : 25 mL 부터 5 mL : 45 mL의 비율로 첨가하여 L. acidophilus로 21시간 발효시킨 경우 pH는 쥬스 첨가 시료가 다소 낮았으나, 생균수는 거의 차이가 없었다. pH와 생균수의 경시적인 변화를 보면, pH는 사과쥬스-우유, 포도쥬스-우유, 우유시료 어느 것이나 6시간까지 큰 차이가 없었으나, 6시간부터 21시간까지 현저하게 저하하였다. 한편 pH 수치는 쥬스-우유 시료가 우유 시료보다 낮았다. 생균수의 변화는 쥬스-우유. 우유시료 어느 것이나 대략 발효 3시간까지 lag phase, 대략 15시간까지 log phase를 유지하였으며, 시료 사이에 생균수의 차이는 크지 않았다 관능검사의 결과를 보면, 우유에 쥬스(사과, 포도)를 15 mL : 35 mL, 5 mL : 45 mL의 비율로 혼합하여 만든 발효유의 관능성, 특히 전반적인 기호도는 표준시료인 우유시료보다 우수하며. 적정 첨가 비율은 쥬스-우유 15 mL : 35 mL인 것으로 나타났다. 한편 두 쥬스 가운데는 포도쥬스 시료가 사과쥬스 시료보다 관능성이 다소 높은 것으로 나타났다.
Alcaligenes eutrophus 균주로 poly-Beta-hydroxybutyrate(PHB) 생산을 위한 연속배양 공정의 성능에 미치는 희석비율, 주입 포도당 및 염화암모늄농도의 영향에 대하여 연구하였다. 주입 기질농도가 일정할때( 주입 포도당농도=20g/l, 주입 염화암모늄농도=2g/l), 생체성장속도와 PHB생성속도는 희석비율이 각각 0.1, $0.06h^{-1}$에서 최고 값을 나타냈고, $0.13h^{-1}$에서 세포가 전부 배출되었다. 희석비율이 증가함에 따라 비PHB 생성속도는 계속 증가하였지만 PHB 축적비는 50%에서 25%로 감소하였다. 세포농도는 주입 염화암모늄농도가 2g/l일 때 최고값을 나타내었고, 그 이상의 농도에서는 감소하였다. 이 실험결과로 암모늄에 의한 기질저해가 있음을 알 수 있었다. 주입 포도당농도가 30g/l에서 세포농도는 최고값을 나타냈지만 PHB 농도는 계속 증가하였따. 모델속도식에 대한 매개변수는 도식적 방법과 매개변수 추정으로 구하였고 희석비율, 주입 포도당농도, 주입 염화암모늄농도의영향에 대하여 모사한 결과 실험데이타와 잘 일치하였다.
10% ethanol에 의한 처녀발생유가 및 체외수정된 돼지 난포란을 CZB와 CRlaa 에서 배양하여 배발달율을 조사하였다. 또한 CZB에 각기 다른 농도의 cholesterol (0$\mu$g/mL, 2$\mu$g/mL, 5$\mu$g/mL, 10$\mu$g/mL)을 첨가한 후 체외수정된 돼지 난포란을 배양하여 배발달률을 조사하였다. CZB 구는 BOEC와 공배양하였다. 처녀발생유가 48시간 후 2~8세포기로 발달한 난자의 비율은 CZB 구가 32.2%, CRlaa구가 16.8%였으며, 192시간후 상실배로 발달한 난자의 비율은 CZB구가 5.75%, CRlaa구가 0%였다. 체외수정 48시간 후 2~8세포기로 발달한 난자의 비율은 CZB 구가 42.4%, 81%, CRlaa 구가 17.6%였으며, 192시간 후 상실배로 발달한 난자의 비율은 CZB 구가 5.81%, CRlaa 구가 0%였다. 각기 다른 농도의 cholesterol이 첨가된 CZB구에서 상실배로 발달한 난자의 비율은 각각 0,10,0.45,0%였다.
본 연구에서는 거대 갈조류 대표종인 다시마(Saccharina japonica)로부터 물리화학적 전처리 방법, 미생물 접종비율, 다시마 추출물의 농도 및 pH 조건에 따른 휘발성 유기산(volatile fatty acids, VFAs) 생산 가능성 확인과 생산 효율을 평가하고자 하였다. 물리화학적 전처리 방법에 따른 휘발성 유기산의 최대 농도는 황산, 아임계수, 지질 추출 후 아임계수 전처리 순으로 나타났다. 황산 전처리 방법에서 미생물 접종비율(유효용적(WV)/미생물 부피(M) = 10~30), pH (6.0~7.0) 및 다시마 추출물의 농도(18.0~72.0 g/L)의 혐기성 발효 조건에 따른 휘발성 유기산 생성 농도에 미치는 영향을 확인한 결과, 발효 온도 $35^{\circ}C$, 미생물 접종비율 15, pH 7.0, 발효시간 372시간에서 다시마 추출물의 농도가 18.0, 36.0, 54.0, 72.0 g/L일 때, 휘발성 유기산의 최대 농도가 각각 9.8, 13.9, 18.6, 22.3 g/L로 확인되었다. 생산된 휘발성 유기산의 조성은 pH가 높을수록 아세트산과 프로피온산의 생산 비율이 높았으며, pH가 낮을수록 부티르산의 비율이 높게 확인되었다. 생산된 저농도의 휘발성 유기산은 농축 및 분리공정과 연계하여 향후 기초화학 원료와 바이오연료 등으로 사용될 수 있으므로, 기존 화석연료의 대체에너지 생산에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 대표적인 유기성 폐기물인 음식물쓰레기와 폐활성슬러지를 처리함과 동시에 수소를 생물학적인 방법으로 생성하기 위하여 운전인자인 가용화 방법, pH, VFAs 및 음식물쓰레기와 폐활성슬러지의 최적 혼합비율을 도출하고자 하였다. 폐활성슬러지의 수소 생성량을 높이기 위해 다양한 가용화 방법을 적용하여 그에 따른 수소 수율을 비교한 결과 알칼리와 초음파처리 한 병합처리에서 4.3 mL $H_2/g$$VS_{consumed}$로 가장 높았으며, 음식물쓰레기와 가용화 된 폐활성슬러지를 혼합한 경우에도 병합처리 한 가용화 방법에서 수소 수율이 13.8 mL $H_2/g$$VS_{consumed}$로 가장 높았다. 또한 pH는 $5.0\sim5.5$에서 운전시 가장 높은 수소 생성량을 보였으며, 음식물쓰레기와 가용화 된 폐활성슬러지의 최적 혼합비율은 2 : 1에서 수소 생성량이 5.0 L $H_2/L/d$로 가장 높았다. 생물학적 수소 생성이 많을수록 VFAs는 프로피온산의 농도가 낮았고, 부티르산이 아세트산보다 높은 비율로 생산되었다.
겨우살이의 농도를 25 mL/g, 50 mL/g, 100 mL/g로 추출비율을 달리하고, 추출용매로 증류수, 50% EtOH, 100% EtOH를 이용하여 추출한 후 항산화 효과 및 생리활성을 측정하였다. 전자공여 작용 측정 결과 50 mL/g의 비율로 추출한 추출물에서 전자공여능이 모두 높게 나타났고, 특히 50% EtOH 추출물이 93.27%로 비교물질인 L-ascrobic acid보다 높은 항산화 활성을 보였다(p<0.05). SOD 유사활성에서도 50 mL/g의 비율로 추출한 추출물의 활성이 가장 높게 측정되었지만, 모든 추출물이 40%미만의 활성을 보였다(p<0.05). 총 폴리페놀 함량의 경우 25 mL/g, 50 mL/g, 100 mL/g의 비율로 추출한 모든 추출물에서 증류수를 추출용매로 사용하였을 때 가장 많이 함유하고 있었고, 50 mL/g의 비율로 추출한 추출물은 모든 추출용매의 조건에서도 가장 높은 폴리페놀 함량을 나타냈다(p<0.05). 아질산염 소거능을 측정한 결과에서 50% EtOH를 이용한 모든 추출물이 80% 이상의 높은 소거능력을 보였고, 특히 산성조건인 pH 1.2에서 모든 추출물이 가장 높은 소거능을 나타냈다(p<0.05). Tyrosinase 활성 저해능의 경우는 모든 농도의 겨우살이가 10%미만의 매우 낮은 저해 효과를 보였다. 이와 같은 결과를 비추어 볼 때, 겨우살이가 적정의 농도에서 높은 항산화 효과 및 생리활성을 갖고 있으며, 이를 극대화할 수 있는 추출조건을 찾아 천연 항산화제로서의 개발 및 이용이 가능할 것으로 사료되어진다.
Lactobacillus brevis, L. fermentum과 L. plantarum의 혼합젖산균을 사용하여 배양조건이 밀가루 용액의 발효에 미치는 영향을 살펴보았다. 온도변화에 따른 pH와 총적정산도의 변화를 살펴본 결과 pH의 감소와 총적정산도의 증가가 가장 크게 나타난 $35^{\circ}C$를 밀가루 발효의 최적온도로 선정하였다. 5L발효조에서 질소가스를 1.0 vvm으로 첨가한 혐기적 조건보다 공기를 첨가한 호기적 조건에서 총적정산도의 증가와 pH의 감소가 더 크게 나타났다. 최적 산소공급 조건을 찾기 위하여 통기량을 1.0 vvm으로 고정하고 교반속도를 달리하여 밀가루 용액의 발효한 결과 총적정산도가 가장 크게 나타난 교반속도 250 rpm에 해당되는 산소 전달속도상수 $60\;hr^{-1}$에서 최적이었다. 선정된 최적 배양조건에서 밀가루 발효액의 생산성을 높이기 위하여 반복비율을 변화시키면서 pH-stat를 이용한 반복 유가식 배양을 수행하였다. 반복비율이 증가할수록 반복 간격시간은 증가하였으나 밀가루 발효의 최대 작동시간은 감소하였다. 최적 반복비율을 결정하기 위하여 단위시간 당 배양부피 당 생산된 밀가루 발효액의 부피와 최대가동시간 동안 배양부피 당 생산된 총 밀가루 발효액의 부피를 살펴본 결과 20%의 반복비율에서 최대값을 나타내었다. 혼합젖산균을 이용한 밀가루용액의 유가식 배양에서 최적조건은 배양온도 $35^{\circ}C$, 통기량 1.0 vvm, 산소전달속도 $60\;hr^{-1}$, 반복비율 20%로 나타났다.
잎상추 수경재배시 배양액 내 NO$_3$-N와 NH$_4$-N 비율 및 pH 조절이 엽중 nitrate 함량에 미치는 효과를 구명하였다. NO$_3$-/NH$_4$$^{+}$의 비율 처리는 12:1, 10:3, 8:5이었으며, 8:5 처리구에 pH를 자동적으로 조절해준 처리구조 설정하였다. pH의 변화는 12:1 처리구에서는 실험기간 동안 계속적으로 상승하는 경향을 보였고, NH$_4$$^{+}$의 비율이 높을수록 pH가 상당한 저하하다가 낮은 수준에서 유지되었다. NH$_4$$^{+}$의 비율이 가장 높았던 8:5에 pH를 자동적으로 조절해준 처리구에서는 5.5-6.5 사이의 안정적인 수준으로 pH를 유지하였다. 엽중 nitrate 함량은 전반적으로 12:1 처리구에서는 점점 감소하는 경향을 보였으나, 12:1과 8:5에 pH를 조절해준 처리구에서는 비슷한 양상으로 수확시마다 증가하는 경향을 보였다. 즉, NH$_4$$^{+}$의 비율을 높이고 배양액의 pH를 조절하는 것이 생육 및 엽중 nitrate 함량에 가장 좋은 것으로 나타났다
물비율에 따른 열무 물김치의 발효특성을 조사하기 위해 담금수의 비율을 1/1.14, l/l.5, 1/2, 1/2.75, 1/4로 각각 달리하고 발효숙성 온도를 4$^{\circ}C$, 15$^{\circ}C$, $25^{\circ}C$로 조절하여 열무 물김치를 제조한 후 pH, 산도, 총 비타민C 함량, 미생물균수의 변화를 측정하였고 물비율이 관능적 특성에는 어떠한 영향을 미치는지 함께 살펴보았다. 위의 비율대로 열무 물김치를 제조했을 때, pH와 미생물 변화는 온도별, 시료별로 큰 차이를 보이지 않았고 산도는 온도와 상관없이 물비율이 작을수록 높게 나타났다. 총 비타민 C 함량도 물비율이 작을수록 높음을 알 수 있었다. 관능검사에서는 신냄새, 신맛, 새콤한 맛에서 시료간 차이를 보였는데 각각의 항목에서 물비율 1/1.14 시료가 다른 시료들과 유의적으로 강하게 나타났다. 전반적인 기호도면에서는 유의적인 차이는 없었지만 물비율 1/2가 가장 우수했으며 이어서 l/l.5, l/l.14, 1/2.75, l/4순으로 높게 나타났다. 또한, 총 비타민 C가 김치의 신맛과 풍미와 상관관계가 있음을 알 수 있었다.
연속반응조에서의 수소생산에 대한 수리학적체류시간(희석율, D)의 영향을 $1\%$ sucrose를 함유한 $37{\pm}1^{\circ}C$ 조건에서 조사하였다. 실험결과 수리학적체류시간(희석율)의 각각의 조건에 따라 생성된 가스중 수소성분은 $50~71\%$의 범위로 발생되었다. $H_2/CO_2$ 비율은 희석율이 증가할 때 $H_2/CO_2$ 비율도 증가하였다. 최대수소생성 수율은 희석율 0.14 l/h까지는 증가하다가 이후에는 감소하였고, 수소생성 수율은 0.81 l/g sucrose이었다. Acetate 생성 수율은 butyrate생성 수율 보다 희석율 조건변화에 민감하게 변화하였다. propionate 및 solvents는 희석율 변화에 영향을 받지 않았다 biomass 수율은 희석율이 0.2 l/h 까지는 증가하였으나, 그 이상의 조건에서는 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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