The optimal physical factors affecting enzyme production in an airlift fermenter have not been studied so far. Therefore, the physical parameters such as aeration rate, pH, and temperature affecting PLA-degrading enzyme production by Actinomadura keratinilytica strain T16-1 in a 3 l airlift fermenter were investigated. The response surface methodology (RSM) was used to optimize PLA-degrading enzyme production by implementing the central composite design. The optimal conditions for higher production of PLA-degrading enzyme were aeration rate of 0.43 vvm, pH of 6.85, and temperature at $46^{\circ}C$. Under these conditions, the model predicted a PLA-degrading activity of 254 U/ml. Verification of the optimization showed that PLA-degrading enzyme production of 257 U/ml was observed after 3 days cultivation under the optimal conditions in a 3 l airlift fermenter. The production under the optimized condition in the airlift fermenter was higher than un-optimized condition by 1.7 folds and 12 folds with un-optimized medium or condition in shake flasks. This is the first report on the optimization of environmental conditions for improvement of PLA-degrading enzyme production in a 3 l airlift fermenter by using a statistical analysis method. Moreover, the crude PLA-degrading enzyme could be adsorbed to the substrate and degraded PLA powder to produce lactic acid as degradation products. Therefore, this incident indicates that PLA-degrading enzyme produced by Actinomadura keratinilytica NBRC 104111 strain T16-1 has a potential to degrade PLA to lactic acid as a monomer and can be used for the recycle of PLA polymer.
Kim, Sang-Woo;Park, Kyung-Min;Ha, Jae-Uk;Lee, Jae-Hwan;Chang, Pahn-Shick
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.41
no.2
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pp.173-178
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2009
Epidemiological studies showed that high trans-fat consumption is closely associated with getting the risks of cardiovascular disease. The objective of this study was to produce trans-free fat through lipase-catalyzed interesterification, as a substitute for the cream margarine commonly used in industry. Optimum conditions for interesterification in a packed bed enzyme bioreactor (PBEB) were determined using response surface methodology (RSM) based on central composite design. Three kinds of reaction variables were chosen, such as substrate flow rate (0.4-1.2 mL/min), reaction temperature (60-70$^{\circ}C$), and ratio of fully hydrogenated canola oil (FHCO, 35-45%) to evaluate their effects on the degree of interesterification. Optimum conditions from the standpoint of solid fat content (SFC) were found to be as follows: 0.4 mL/min flow rate, 64.7$^{\circ}C$ reaction temperate, and 42.8% (w/w) ratio of FHCO, respectively. The half-life of immobilized lipase in PBEB with two stages at 60$^{\circ}C$ ($1^{st}$ stage) and 55$^{\circ}C$ ($2^{nd}$ stage) was about more than 30 days as estimated by extrapolating the incubation time course of tristearoyl glycerol (TS) conversion, whereas the half-life of the enzyme in PBEB with single stage at 65$^{\circ}C$ was only about 15 days. Finally, the results from SFC analysis suggest that trans-free fat produced in this study seems to be a suitable substitute for the cream margarine commonly used in industry.
Kim, Yi-Joon;Cao, Wa;Lee, Yu-Jeong;Lee, Sang-Un;Jeong, Jeong-Han;Lee, Jin-Woo
Journal of Life Science
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v.22
no.10
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pp.1295-1306
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2012
A microorganism producing carboxymethylcellulase (CMCase) was isolated from seawater and identified as Bacillus atrophaeus. This species was designated as B. atrophaeus LBH-18 based on its evolutionary distance and the phylogenetic tree resulting from 16S rDNA sequencing and the neighbor-joining method. The optimal conditions for rice bran (68.1 g/l), peptone (9.1 g/l), and initial pH (7.0) of the medium for cell growth was determined by Design Expert Software based on the response surface method; conditions for production of CMCase were 55.2 g/l, 6.6 g/l, and 7.1, respectively. The optimal temperature for cell growth and the production of CMCase by B. atrophaeus LBH-18 was $30^{\circ}C$. The optimal conditions of agitation speed and aeration rate for cell growth in a 7-l bioreactor were 324 rpm and 0.9 vvm, respectively, whereas those for production of CMCase were 343 rpm and 0.6 vvm, respectively. The optimal inner pressure for cell growth and production of CMCase in a 100-l bioreactor was 0.06 MPa. Maximal production of CMCase under optimal conditions in a 100-l bioreactor was 127.5 U/ml, which was 1.32 times higher than that without an inner pressure. In this study, rice bran was developed as a carbon source for industrial scale production of CMCase by B. atrophaeus LBH-18. Reduced time for the production of CMCase from 7 to 10 days to 3 days by using a bacterial strain with submerged fermentation also resulted in increased productivity of CMCase and a decrease in its production cost.
${\gamma}-Glutamylcysteine$ synthetase was purified from E. coli K-12 strain and its properties related to the in vitro synthesis of glutathione by enzymatic method were investigated. The activity of purified ${\gamma}-glutamylcysteine$ synthetase was increased with increasing concentration of L-glutamate up to 60 mM, while it was decreased by about 50% and 40% under 60 mM of L-cysteine and 45 mM of glycine, respectively. The enzyme activity was reduced not only by ADP, one of the reaction products, but also by the reduced form of glutathione. Therefore, because the reduced glutathione as well as glycine which is the substrate for glutathione synthetase inhibit the activity of ${\gamma}-glutamylcysteine$ synthetase, it is recommended to design a bioreactor system with two separate reactions for glutathione synthesis : one with ${\gamma}-glutamylcysteine$ synthetase reaction and the other glutathione synthetase reaction. In addition since ADP, resulted from these reactions, reduces the activity of ${\gamma}-glutamylcysteine$ synthetase, it is necessary to introduce an ATP regeneration system for glutathione synthesis.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.29
no.5
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pp.259-268
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2017
This paper proposes a hydrogen-based social economy derived from fuel cells capable of replacing fossil fuels and resolving global warming, It thus provides an entry for developing economically feasible social configurations to make use of bio-hydrogen production systems. Bio-hydrogen production works from the principle that microorganisms decompose water in the process of converting CO to $CO_2$, thereby producing hydrogen. This study parts from an analysis of an existing 157-ton class NA1 bio-hydrogen reactor that identifies the state of feedstock and reactor conditions. Based on this analysis, we designed a 1-ton class bio-hydrogen reactor process simulator. We carried out thermal analyses of biological heat reactions, sensible heat, and heat radiation in order to calculate the thermal load of each system element. The reactor temperature changes were determined by modeling the feed mixing tank capacity, heat exchange, and heat storage tank. An analysis was carried out to confirm the condition of the feed mixing tank, heat exchanger, heat storage tank capacity as well as the operating conditions of the system so as to maintain the target reactor temperature.
Analysis of the change in water content and distribution was conducted according to the supply of recirculation water to a landfill. An excavation sample analysis showed that the recirculation water injection zone had water content 8.8% point higher than that of the non-injection zone, after 8 months of operation. And due to the influence of recirculation water supply by vertical wells in injection zones, the water content increases along with depth more clearly than non-injection zone. According to an electrical specific-resistivity survey after 13 months of operation, the water content got higher towards the bottom of the landfill. The water transmission coefficient is 8.72×10-4 cm/sec for injection zones and 3.36×10-5 cm/sec for the intermediate cover layer; analysis shows that the intermediate cover layer may affect the penetration velocity of water supplied by the horizontal injection tube. For the scientific design and operation of re-injection facilities, it was deemed necessary to follow-up research on the residence time and behavior of re-injection water considering the ratio of recirculation water supply in horizontal and vertical tubes, and pitcher coefficient of intermediate and waste layers.
The removal of phosphorus, especially phosphate-form phosphorus, is necessary in wastewater treatment. Biofouling induced by the quorum sensing mechanism is also a major problem in membrane bioreactor (MBR), which reduces membrane flux. This study introduces lanthanum-doped quorum quenching (QQ) beads into MBR, confirming their inhibitory effect on biofouling due to Rhodococcus sp. BH4 and their capacity for phosphorus removal through lanthanum adsorption. A batch test was conducted to access the phosphate adsorption of lanthanum-QQ (La-QQ) beads and lab-scale MBR to verify the effect of inhibition. The study aimed to identify distinctions among the MBR, QQ MBR, and La-QQ MBR. In the batch test, the phosphate removal rate increased as the volume of beads increased, while the unit volume removal rate of phosphate decreased. In the lab-scale MBR, the phosphate removal rates were below 20% in the control MBR and QQ MBR, whereas the La-QQ MBR achieved a phosphate removal rate of 74%. There was not much difference between the ammonia and total organic carbon (TOC) removal rates. Regarding the change in transmembrane pressure(TMP), 3.7 days were taken for the control MBR to reach critical pressure. In contrast, the QQ-MBR took 9.8 days, and the La-QQ MBR took 6.1 days, which confirms the delay in biofouling. It is expected that La-QQ can be used within MBR to design a more stable MBR process that regulates biofouling and enhances phosphate removal.
Kim, Hye-Jin;Gao, Wa;Chung, Chung-Han;Lee, Jin-Woo
Journal of Life Science
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v.21
no.8
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pp.1083-1093
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2011
A microorganism utilizing rice hulls as a substrate for the production of carboxymethylcellulase (CMCase) was isolated from seawater and identified as Bacillus lincheniformis by analyses of its 16S rDNA sequences. The optimal carbon and nitrogen sources for production of CMCase were found to be rice hulls and ammonium nitrate. The optimal conditions for cell growth and the production of CMCase by B. lincheniformis LBH-52 were investigated using the response surface method (RSM). The analysis of variance (ANOVA) of results from central composite design (CCD) indicated that a highly significant factor ("probe>F" less than 0.0001) for cell growth was rice hulls, whereas those for production of CMCase were rice hulls and initial pH of the medium. The optimal conditions of rice hulls, ammonium nitrate, initial pH, and temperature for cell growth extracted by Design Expert Software were 48.7 g/l, 1.8 g/l, 6.6, and 35.7$^{\circ}C$, respectively, whereas those for the production of CMCase were 43.2 g/l, 1.1 g/l, 6.8, and 35.7$^{\circ}C$. The maximal production of CMCase by B. lincheniformis LBH-52 from rice hulls under optimized conditions was 79.6 U/ml in a 7 l bioreactor. In this study, rice hulls and ammonium nitrate were developed to be substrates for the production of CMCase by a newly isolated marine microorganism, and the time for production of CMCase was reduced to 3 days using a bacterial strain with submerged fermentation.
The objective of this study was to optimize industrial-grade media for improving the biomass production of Weissella cibaria JW15 (JW15) using a statistical approach. Eleven variables comprising three carbon sources (glucose, fructose, and sucrose), three nitrogen sources (protease peptone, yeast extract, and soy peptone), and five mineral sources (K2HPO4, potassium citrate, ⳑ-cysteine phosphate, MgSO4, and MnSO4) were screened by using the Plackett-Burman design. Consequently, glucose, sucrose, and soy peptone were used as significant variables in response surface methodology (RSM). The composition of the optimal medium (OM) was 22.35 g/l glucose, 15.57 g/l sucrose, and 10.05 g/l soy peptone, 2.0 g/l K2HPO4, 5.0 g/l sodium acetate, 0.1 g/l MgSO4·7H2O, 0.05 g/l MnSO4·H2O, and 1.0 g/l Tween 80. The OM significantly improved the biomass production of JW15 over an established commercial medium (MRS). After fermenting OM, the dry cell weight of JW15 was 4.89 g/l, which was comparable to the predicted value (4.77 g/l), and 1.67 times higher than that of the MRS medium (3.02 g/l). Correspondingly, JW15 showed a rapid and increased production of lactic and acetic acid in the OM. To perform a scale-up validation, batch fermentation was executed in a 5-l bioreactor at 37℃ with or without a pH control at 6.0 ± 0.1. The biomass production of JW15 significantly improved (1.98 times higher) under the pH control, and the cost of OM was reduced by two-thirds compared to that in the MRS medium. In conclusion, OM may be utilized for mass producing JW15 for industrial use.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.11
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pp.7227-7236
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2015
The survey revealed that, due to the discharge characteristics of seafood wastewater, irregular inflow loads were caused, making it difficult to treat the wastewater safely. It is crucial for the operation of pressure and floating tanks for the treatment of high-concentration organic wastewater such as seafood wastewater. The survey of operation factors for the pressure and floating tanks revealed this: A/S ratio 0.05 (design criteria 0.01), the pressurized air pressure 8bar(design criteria 6bar), the pressure tank pressure 6bar (design criteria 4.5bar), and HRT 60sec(design criteria: 10sec). Also, the recirculation rate was changed to over 40%(design criteria: 30%), and the surface load rate was changed to under $13.7m^3/m^2{\cdot}hr$(design criteria: under $17.7m^3/m^2{\cdot}hr$); thus, compared to the initial design criteria, the operation factors were changed according to inflow characteristics, thus enhancing the pressure and floating tank performance. The survey of inflow load revealed BOD 140.7%, $COD_{Mn}$ 120.32%, and SS 106.3%, compared to the inflow design criteria, as well as T-N 135.5% and T-P173.3%, higher than the design criteria. The survey of the treatment facility annual operation cost revealed high portions in sludge treatment cost(27.7%) and chemicals costs(26.0%), and the sludge treatment cost will likely further increase due to the ban on ocean dumping. The unit cost for the treatment of seafood wastewater was found to be KRW 3,858 per ton, more than 27 times higher than the sewage treatment cost(KRW 142.6/ton), presumably because the seafood wastewater contains high-concentration organic substances and nutritive salts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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