• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권1호
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• pp.18-24
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• 2012

최근의 식량자원과 충돌의 우려가 있는 전분질계 에탄올 생산에 문제점이 대두되고 있고, 기존의 화석에너지를 대신할 새로운 재생가능 에너지개발에 대한 요구가 지속적으로 증가하면서 새로운 에너지 자원으로서 셀룰로오즈 계열 바이오매스가 지속적인 주목을 받고 있다. 하지만 지난 수십 년 간의 연구에도 불구하고 셀룰로오직 에탄올이 가격 경쟁력을 가지지 못하는 이유는 셀룰로오스 계열 바이오매스의 구성성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 분리과정이 어렵고, 전처리 과정 중 생산되는 부산물질에 의한 당화 및 발효율이 낮다는 점과, 당화를 위해 다량의 효소가 필요하고 가격이 비싸다는 점이다. 바이오 에탄올 생산을 위한 전처리 공정 기술을 상용화 단계까지 효율적이고, 경제적으로 구축하기 위해서는 경제성이 확보되고 원천 기술 적용이 가능한 바이오매스의 선정과 더불어 기존 기술들의 문제점을 파악, 극복하면서 전체 생산 수율을 높이는 동시에 에너지 저감형태의 새로운 전처리 공정 기술 개발이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 문제 점을 해결하기 위해 이전부터 많은 연구가 이루어진 농업 부산물 계열의 볏짚과 그 특성이 비슷할 것으로 보이는 보릿짚을 바이오매스로 선택하여 보편적으로 이용되고 있는 염기 전처리를 적용하여 그 특성에 대하여 파악해 보고자 하였다. 보릿짚은 볏짚과 비교하였을 때 셀룰로오스와 리그닌의 함량이 각각 41.60%와 17.56%로 그 함량이 비슷하게 나타났고 가축 사료로 사용되고 있는 볏짚에 비해 수급단가 또한 상대적으로 낮아 매우 경제적인 바이오매스로 보여진다. 보릿짚을 이용한 암모니아 침지 반응을 통한 볏짚과의 비교에서는 암모니아 농도; 15%, 반응온도; $60^{\circ}C$ 반응시간; 24hr의 조건에서 전처리 후 리그닌 제거율 29.09%, 가수분해도 64.78%(16.01 g/L), 에탄올 수율 56.50%(8.65 g/L)로 나타나 볏짚에 비해 그 효과가 낮은 것으로 나타났지만 암모니아에 의한 전처리에 상당한 효과가 있는 것으로 보여진다. NaOH 침지 반응은 NaOH 농도; 2%, 반응온도; $85^{\circ}C$, 반응시간; 1hr 동안 반응하여 볏짚과 암모니아 침지 반응에 대한 비교를 통해 그 특성을 파악하였다. NaOH 침지 반응 후 보릿짚의 상대적인 리그닌 제거율; 24.15%, 가수분해도; 58.40%(15.39 g/L), 에탄올 수율 52.56%(8.35 g/L)의 결과를 얻어, 보릿짚이 암모니아를 이용한 전처리와 NaOH를 이용한 전처리 즉 염기 용매를 이용한 전처리에 있어 효과적인 리그닌 제거가 가능한 것으로 결론 지을 수 있고 본 연구 결과를 바탕으로 차 후 NaOH와 암모니아 침지 반응 및 침출 반응의 최적화 연구를 통해 각 전처리의 최적화 조건을 설정할 수 있을 것으로 보인다.

• 한국균학회지
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• 제42권3호
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• pp.191-200
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• 2014

다양한 경로를 통하여 수집된 누룩 11종에 들어 있는 효모와 곰팡이의 함량 및 다양성을 조사하였다. 누룩 현탁액을 DRBC 고체배지에서 배양한 후 고체배지상 곰팡이균들의 수를 콜로니형성단위(CFU)로 측정한 결과, MS4, MS8, MS10등 3종의 누룩에서 각각 $1,278.9{\pm}21.6$ (${\times}10^4$), $1,868.0{\pm}27.7$ (${\times}10^4$), $775.1{\pm}19.2$ (${\times}10^4$) CFU (20 mg 누룩당)로 가장 높은 곰팡이 밀도를 보였으며, 이들의 대부분은 Pichia anomala, P. kudriavzevii, Kluyveromyces marxianus 및 Saccharomycopsis fibuligera 등 효모가 차지하고 있었다. MS2, MS5, MS11등 3종의 누룩에서만 곰팡이인 Aspergillus oryzae, A. niger와 Rhizopus oryzae들이 우점균이었다. 각 곰팡이의 누룩에서의 역할을 알기 위하여, 곰팡이의 배양상등액을 취하여 amylase 및 ${\beta}$-glucanase 활성을 조사였다. Amylase 활성은 A. niger와 A. luchuensis 등 A. niger clade에 속하는 균이 가장 높았으며, 특이하게도 효모균인 S. fibuligera가 A. niger에 근접하는 amylase 활성을 보였다. A. oryzae와 R. oryzae는 당화능면에서 위 세가지 곰팡이에 비하여 뒤쳐지는 것으로 평가되었다. 한편 ${\beta}$-glucanase 활성은 주로 R. oryzae에서만 나타나서 R. oryzae가 전분의 당화 외에 곡류의 주성분 중 하나인 ${\beta}$-glucan의 분해하는 역할을 하는 것으로 추정되었다. 누룩의 안전성 평가를 위하여 분리된 Aspergillus 균들의 aflatoxin 생산능을 norB-cypA, aflR 및 omtA 유전자마커로 조사한 결과, 모든 A. oryzae 분리균들은 aflatoxin 생산능이 없는 균주들로 예측되었으며, 이는 배양액의 TLC 분석을 통해서 확인되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권8호
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• pp.637-645
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• 2016

본 연구는 재래누룩의 누룩곰팡이를 접종한 쌀누룩을 이용하여 담금방법을 달리한 청주를 제조한 후 발효 및 품질특성을 연구하는데 있다. 발효제 투입비율, 양조용수 비율, 발효온도, 원료쌀의 도정비율을 달리한 청주 술덧을 제조하여 30-50일간 발효시켰다. 쌀누룩을 발효제로 하여 총 원료 대비 투입비율이 15%일 때 알코올 발효속도가 느렸으나 최종 알코올 함량은 17%(v/v)로 다른 시료와 마찬가지로 동일하게 나타났다. 또한 누룩투입비율이 높을수록 청주의 총유기산이 많이 생성되었고 그중 구연산, 주석산, 사과산은 많이, 호박산은 적게 생성되었다. 한편 양조용수비율이 낮을때 불완전발효가 일어났으며, 알코올 함량은 모든 시료가 17%(v/v)로 유사하였다. 양조용수 비율이 높을수록 청주의 총 유기산은 적게 검출되었으며 구연산과 주석산은 적게, 호박산은 많이 나타났다. 발효온도가 저온일수록 발효초반의 당화와 발효속도는 늦었으나 지속적인 발효가 진행되어 $10^{\circ}C$의 경우 최종 알코올 함량은 18.1%로 가장 높았다. 저온일수록 n-propanol, isobutanol, isoamyl alcohol 등의 고급알코올과 총 유기산이 적게 생성되었으며, 이때 구연산과 사과산은 많이, 호박산은 적게 생성되었다. 도정도가 높을수록 알코올함량, 총 유기산과 고급알코올이 적게 생성되었으며, 특히 10%도정미 사용시 도정도 20% 이상의 다른 시료들에 비해 현저히 많이 생성되었다.

• 한국식품영양학회지
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• 제30권3호
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• pp.491-500
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• 2017

신율미와 신자미 페이스트, 맥아, 효소제, 홉을 사용하여 고구마-맥아 당화액을 제조하고, 하면 발효효모 및 상면 발효효모를 접종, 발효하여 라거 및 에일 고구마 맥주를 제조하였다. 고구마 당화시 ${\alpha}-amylase$ 계 효소제를 첨가했을 때 여과성 향상과 당도 증가 효과가 가장 좋았다. ${\alpha}-Amylase$ 계 효소제를 0.1% 첨가하여 three step infusion 법으로 고구마-맥아 당화액을 제조했을 때 맥주 양조를 위한 최적 당도인 $13.5^{\circ}Brix$를 갖는 당화액이 얻어졌다. 라거 및 에일 신자미 맥주에서 고구마 첨가량이 증가함에 따라 폴리페놀 및 안토시아닌 함량이 증가하였고, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거효과도 크게 증가하였다. 신율미 맥주에서는 감소하는 경향을 나타내었다. 고구마 맥주의 항산화 활성과 폴리페놀 함량 사이에는 강한 상관관계가 있었다. 라거 및 에일 신자미 맥주 모두에서 고구마 41.6%를 첨가했을 때 관능평가가 양호하였고, 미려한 적색의 색조를 띄었다.

• KSBB Journal
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• 제25권4호
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• pp.357-362
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• 2010

Green alga, Ulva pertusa kjelmann has been known to be one of the largest pollutants in Korea. Therefore, the efficient pretreatment processes have been required to improve the yields of fermentable sugar. The optimal pretreatment conditions were determined to be $195^{\circ}C$ for 15 min. The sugar yield of glucose and xylose were estimated as 20.5%, and 5.0% respectively, based on theoretical yields. However solid residues were estimated enzymatic digestibility of 90-95% with cellulase loading of 15 FPU/g glucan. This process was proved to generate the low concentration of Hydroxy-Methyl-Furfural (51 ppm), which resulted in ethanol production with 95% of the maximum conversion yield from glucose in the culture of Saccharomyces cerevisiae (ATCC, 24858). This study showed that Ulva pertusa kjellmann can be used as a bioetahnol resource using the high temperature liquefaction process.

• KSBB Journal
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• 제4권2호
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• pp.87-93
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• 1989

불용성 기질인 섬유소의 고효율 효소당화에 적합한 분쇄마찰매체함유 반응장치의 개발을 목표로 섬유소-효소-분쇄마찰매체함유 반응장치의 개발을 목표로 섬유소-효소-분쇄마찰매체의 혼합액을 통자체를 회전시켜 교반마찰시키는 tumnling drum type bioreactor를 제작하여 그 효용성을 검토하였다. 반응조 내부의 구조 및 제반 운전조건하에서의 당생성 효울을 분쇄마찰매체의 교반에 소요되는 에너지와 비교분석 검토함으로써 공업적 규모의 활용을 위한 기술적, 경제적 타당성을 평가하였다. 3L규모의 장치의 경우 반응조내경과 baffle의 크기의 비가 1:0.05이고 8개의 baffle을 설치한 반응조에서 3mm glass bead를 600g/l로 첨가하여 100rpm으로 교반할 때 가장 우수한 결과를 얻었다. Tumbling drum type bioreactor는 매우 효율적인 attrition coupled된 당화장치로 판단되며, 특히 산업적 규모로 scale-up하기 용이한 구조를 갖고 있어 이에 대한 구체적 연구가 요망된다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제3권
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• pp.9-15
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• 1962

1) Rhizopus균(菌) 8주(株)와 Aspergillus속균(屬菌) 7주(株)의 당화효소생산력(糖化酵素生産力)(전분가수분해율(澱粉加水粉解率))을 비교한 결과 Rhizopus delemar ND 1과 Aspergillus usamii mut. shirousamii의 두 균주(菌株)를 각각 선정(選定)하였다. 2) Rhizopus delemar ND 1은 전분당화율(澱粉糖化率)이 높고 효소전이당(酵素轉移糖)의 생성(生成)이 적으므로 효소당화(酵素糖化) 포도당(葡萄糖)의 제조(製造)에 적합(適合)하고 Asp. usamii mut. shirousamii는 당화율(糖化率)이 약간(若干) 떨어지나 효소전이당(酵素轉移糖)의 생성(生成)이 인정(認定)되므로 특수(特殊)한 풍미(風味)를 필요(必要)로 하는 전분이(澱粉飴) 제조(製造)에 적합(適合)함을 알았다. 3) Rhizopus delemar ND 1의 당화효소(糖化酵素)를 시용(使用)한 예비시험(豫備試驗)에서 정제분말(精製粉末) 포도당(葡萄糖)을 얻을 수 있었다.

• 한국식품과학회지
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• 제45권3호
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• pp.333-338
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• 2013

영양기능성이 우수한 전곡립인 현미와 흑미를 이용하여 발아 조건에 따른 전분분해효소 활성도 변화를 조사하였다. 현미의 ${\alpha}$-amylase 활성은 3일간 발아과정 중 증가하였으며 찹쌀 현미가 멥쌀 현미에 비해 높게 나타났다. 흑미의 ${\alpha}$-amylase 활성 역시 3일간 발아가 진행됨에 따라 계속 증가하였으며 현미와는 달리 멥쌀 흑미가 찹쌀 흑미에 비해 높았다. 현미와 흑미의 ${\beta}$-amylase는 3일간의 발아 중 다소 미미하게 증가하였으며 찹쌀 현미와 흑미에서 높게 나타났다. 현미와 흑미의 발아과정 중 ${\alpha}$-amylase와 ${\beta}$-amylase 활성은 발아온도 $30^{\circ}C$가 $20^{\circ}C$에서 보다 높게 나타났다. 당화에 관여하는 효소의 활성도를 총칭하는 당화력은 찹쌀 현미와 흑미가 멥쌀에 비해 다소 높았으며 $30^{\circ}C$ 발아온도에서 보다 높게 나타났다. 발아조건에 따른 발아 전곡립의 호화양상을 신속점도측정계로 측정한 결과 RVA 점도는 발아기간이 1-3일 경과함에 따라 감소하였으며 발아 전곡립 효소활성도가 증가함에 따른 RVA의 점도감소를 확인할 수 있었다.

• 생명과학회지
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• 제26권8호
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• pp.976-982
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• 2016

해조류는 성장이 빠르고, 낮은 경작지 사용, 높은 이산화탄소 흡수 및 식량자원과 경쟁하지 않는 장점이 있다. 따라서 리그닌이 없는 해조류 사용은 바이오에탄올 생산을 위한 3세대 바이오매스로 주목받고 있다. 산 촉매 열가수분해 전처리법은 해조류로부터 높은 단당을 획득할 수 있는 경제적인 방법 중 하나이다. 고온 전처리 조건들에서 3,6-anhydrogalactoe는 저해물질인 HMF로 전환되는데, 이 저해물질은 세포 성장과 에탄올 생산을 저해한다. 따라서 바이오에탄올을 생산하기 위해 해조류의 탄수화물을 분해할 때는 높은 단당 수율과 낮은 저해물질 생성을 하는 효과적인 전처리 방법이 필요하다. 혼합 당을 이용한 에탄올 발효의 효율을 향상시키기 위해, 고농도 당에 순치한 효모는 혼합 당의 사용을 통해 해조류를 이용한 바이오 에탄올의 생산을 가능하게 한다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제31권5호
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• pp.738-747
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• 2018

Objective: In a previous study, analysis of Illumina sequenced metagenomic DNA data of bacteria in Vietnamese goats' rumen showed a high diversity of putative lignocellulolytic genes. In this study, taxonomy speculation of microbial community and lignocellulolytic bacteria population in the rumen was conducted to elucidate a role of bacterial structure for effective degradation of plant materials. Methods: The metagenomic data had been subjected into Basic Local Alignment Search Tool (BLASTX) algorithm and the National Center for Biotechnology Information non-redundant sequence database. Here the BLASTX hits were further processed by the Metagenome Analyzer program to statistically analyze the abundance of taxa. Results: Microbial community in the rumen is defined by dominance of Bacteroidetes compared to Firmicutes. The ratio of Firmicutes versus Bacteroidetes was 0.36:1. An abundance of Synergistetes was uniquely identified in the goat microbiome may be formed by host genotype. With regard to bacterial lignocellulose degraders, the ratio of lignocellulolytic genes affiliated with Firmicutes compared to the genes linked to Bacteroidetes was 0.11:1, in which the genes encoding putative hemicellulases, carbohydrate esterases, polysaccharide lyases originated from Bacteroidetes were 14 to 20 times higher than from Firmicutes. Firmicutes seem to possess more cellulose hydrolysis capacity showing a Firmicutes/Bacteroidetes ratio of 0.35:1. Analysis of lignocellulolytic potential degraders shows that four species belonged to Bacteroidetes phylum, while two species belonged to Firmicutes phylum harbouring at least 12 different catalytic domains for all lignocellulose pretreatment, cellulose, as well as hemicellulose saccharification. Conclusion: Based on these findings, we speculate that increasing the members of Bacteroidetes to keep a low ratio of Firmicutes versus Bacteroidetes in goat rumen has resulted most likely in an increased lignocellulose digestion.