• Journal of Applied Biological Chemistry
• /
• 제58권1호
• /
• pp.65-74
• /
• 2015

X선 흡수분광법(X-ray absorption spectroscopy, XAS)을 이용하는 X선 흡수미세구조(X-ray absorption fine structure, XAFS)의 분석은 다양한 학문분야에서 적용되고 있다. 본 연구에서는 XAFS 분석을 위한 토양 시료의 준비에서부터 XAFS 측정 후 X선 흡수 끝머리 부근 미세구조(X-ray absorption near edge structure, XANES) 및 광범위 X선 흡수 미세구조(extended Xray absorption fine structure, EXAFS) 데이터를 추출하여 연구에 활용하는 것에 대해 간략하게 소개하였다. 특히 토양환경 분야에서 XANES 및 EXAFS 분석을 활용한 선행연구들에 대해 비소(As) 및 중금속 주요 원소(Cd, Cu, Ni, Pb, Zn)별로 그 내용을 정리하였다. 토양환경 분야에서 XAFS의 응용은 납(Pb)의 화학종 규명에 관한 연구가 가장 많은 것으로 나타났다. 이와 함께 대부분의 연구들은 오염토양 내 중금속 화학종의 규명을 통해 중금속의 유입 원인 등에 대해 기술하고 있으며, 이를 정화하기 위한 다양한 방법들(개량제 처리, 식물정화)을 적용한 후, 안정화된 중금속 화학종을 XANES 및 EXAFS 분석을 통해 규명하여 정화 방법들의 효율성과 안정성에 대해 보고하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제44권4호
• /
• pp.504-511
• /
• 2016

락툴로오스는 기존에 화학적인 이성화법을 통해 생산해왔던 기능성 당으로서 프로바이오틱스나 장내균총 개선을 위한 의약품으로 활용되어 왔다. 최근 락툴로오스 화학전환법의 단점인 촉매제거와 부산물제거 에너지손실등의 문제를 해결할 수 있는 생물촉매를 이용한 락툴로오스 전환법이 대두되었다. 본연구에서는 유당의 낮은 용해도와 락툴로오스의 효율적전환을 위해 최적의 효소를 선별하여 무작위 돌연변이법으로 유전자를 개량하여 열내성이 $75^{\circ}C$까지 증진되고 활성이 1.3배 향상된 효소를 선별하였다. 이 효소를 정제하여 사용하는 대신 본 연구에서는 과량 발현시킨 대장균을 Ca-alginate로 고정화하여 $70^{\circ}C$에서 200 g/l의 유당과 회분식으로 반응시켜 43%의 전환 수율을 확인하였다. 반복회분식 실험에서 고정화된 담체는 비교적 안정적이었으며 4회 반복반응 후에도 80% 이상의 활성을 유지하고 있었다. 산업적인 방법을 개발하기 위해 고정화 담체를 이용한 반응기의 운전 최적화와 담체의 안정화를 증진시키는 추가적인 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 열내성 특성을 이용하여 정제된 효소가 아닌 효소를 발현하는 세포자체를 고정화 시킴으로써 경제성있는 생산에 대한 방법론을 제시하였다.

• 한국토양비료학회지
• /
• 제39권3호
• /
• pp.157-162
• /
• 2006

본 연구는 비소로 오염된 물을 영가 철을 이용하여 복원하는 과정에서 영가 철의 비소 제거에 영향을 미치는 환경인자 간의 특성을 파악하고 기기분석을 통해 영가 철에 의한 비소의 흡착 반응기작을 구명하고자 수행되었다. 영가 철에 의한 As(V)의 흡착은 Langmuir 등온흡착 모델에 부합하였으며 As(V)의 흡착량은 반응 수용액의 pH가 낮을수록(pH 3: 2.05, pH 5: 1.82, pH 7: 1.24, pH 9: 1.03 mg As/g $Fe^0$), 그리고 온도가 증가할수록($15^{\circ}C$ : 1.59, $25^{\circ}C$ : 1.81, $35^{\circ}C$ : 1.93 mg As/g $Fe^0$) 증가하였다. 반응기작을 규명하기 위하여 SEM-EDS 분석을 수행한 결과, 반응 전의 영가철 표면은 부드럽고 큰 결정 형태를 나타내었으나 반응 후에는 매우 거칠고 작은 입자 형태를 나타내었다. 반응 후 영가 철의 조성물 분석결과, 영가 철 표면에 비소가 흡착됨을 알 수 있었다. 반응 전 후 영가 철의 결정구조 XRD를 이용하여 조사한 결과, $Fe^0$는 반응 후 $Fe_2O_3$ 및 FeOOH로 변화되었으며 As는 $FeAsO_4{\cdot}2H_2O$의 형태로 불용화 됨을 알 수 있었다. 이상의 결과에서 비소오염에 불용화 적용방법으로 영가 철을 사용 시 pH 및 온도 조건 등을 고려하여 현장에 적용해야 될 것으로 판단된다.

• 생명과학회지
• /
• 제27권11호
• /
• pp.1381-1392
• /
• 2017

본 총설에서는 유기용매 내성 리파아제와 그들의 산업, 생물공학 및 환경에서의 잠재적인 영향에 대하여 서술하고자 한다. 유기용매 내성 리파아제는 유기용매 내성 세균에서 처음 보고되었으나, 많은 유기용매 내성 리파아제들이 유기용매 내성 세균 뿐만 아니라 잘 알려진 Bacillus, Pseudomonas, Streptomyce 그리고 Aspergillus sp. 균주 같은 유기용매 비내성 세균 그리고 균류 균주들에서도 보고되고 있다. 이들 리파아제들은 유기용매에서 쉽게 불활성화되지 않기 때문에 유기용매에 의한 효소 불활성화를 방지하기 위하여 별도로 그들을 고정화할 필요가 없다. 그러므로 다수의 생물공정 및 생물변환 공정에서 이용될 수 있는 잠재적인 유용성을 가지고 있다. 이들 유기용매 내성 리파아제들을 사용하면, 유기용매계 또는 비수계에서 다수의 불용성 기질들의 용해도가 증가하며, 수계에서는 불가능한 다양한 화학반응들이 일어나고, 가수분해 대신에 합성반응이 일어나며, 물에 의한 부반응이 억제되며, 화학, 위치 그리고 엔안티오(대칭) 선택성(chemo, regio and enantioselective) 변환반응의 가능성이 증가한다. 나아가 고정화하지 않아도 효소의 회수와 재이용이 가능하며, 유기용매계와 비수계에서는 리파아제의 안정성이 더 좋아지는 경향도 있다. 그러므로 유기용매 내성 리파아제는 유기용매계와 비수계를 이용한 생물변환공정에 생물촉매로써 그들을 이용가능하다는 점에서 많은 주목을 받고 있다.

• 한국식품과학회지
• /
• 제30권1호
• /
• pp.22-34
• /
• 1998

고정화효소와 산소전극 시스템을 이용한 효소센서를 제작하여 식품 중의 당, 유기산, 알코올 성분을 동시 측정 하였다. 효소가 기질과 반응하여 소비한 산소의 변화량이 전압차이로 나타나므로 시간당 전압 감소량이 최대인 값으로부터 각 성분의 농도를 측정하였으며, 이때 1분내에 최대기울기를 구할 수 있어 신속한 측정이 가능하였다. 효소의 고정화 지지체로는 nylon cloth를 사용하였고, asymmetrical coupling 방법에 의하여 기질 작용 순으로 위치하도록 효소를 고정화하였다. 한 개의 양극과 6개의 음극으로 제작된 multiple cathode system으로 포도당, 젖산, 에탄올 성분을 동시 측정할 수 있는 효소 센서를 제작하였다. 위의 센서 제작을 위하여 mutarotase과 glucose oxidase/lactate oxidase/alcohol oxidase와 catalase가 각기 사용되었다. 이들 효소센서의 최적조건은 $pH\;7.0,\;40^{\circ}C$의 0.1 M 인산완충용액이었으며 각 효소 센서의 방해물질을 알아 보기 위하여 여러 가지 당과 각종 유기산, 알콜류에 대한 효소 감응도를 살펴 본 결과 포도당 센서에서 유기산의 영향을 제외하고는 10% 내외였다. 따라서 포도당과 유기산을 동시 측정하기 위하여 포도당/젖산의 영향을 고려한 적절한 보정관계식을 도입하여 순수한 유리당과 유기산의 값을 측정할 수 있었다. 제작된 효소센서의 검증을 위하여 분광광도법. HPLC, GC를 이용한 결과, 분석방법간에 높은 상관관계를 보여 주었다. 아울러 각 효소센서의 안정성을 살펴본 결과 알코올 센서를 제외하고는 30일 이후에도 80%이상 효소감응도가 유지되었다.

• 생명과학회지
• /
• 제25권3호
• /
• pp.345-348
• /
• 2015

유기용매 내성 Pseudomonas sp. BCNU 171 균주가 생산하는 유기용매 내성 리파아제의 최적활성은 pH 8과 37℃로 나타났다. BCNU 171 균주가 생산하는 세포외 리파아제는 고농도의 다양한 유기용매하에서 안정성이 증가하는 것으로 나타났다. 리파아제의 안정성은 xylene (137%) 첨가시 가장 높은 것으로 확인되었고, toluene (131%), octane (130%) 그리고 butanol (104%) 순으로 안정성이 높은 것으로 나타났다. 전체적으로 대부분의 용매에서, 상용 고정화 효소(Novozyme 435)와 비교하여 효소안정성이 높은 것으로 나타났다. 나아가 NH₄⁺, Na⁺, Ba²⁺, Hg²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺및 Ca²⁺의 존재하에서 약 90%로 효소 안정성을 유지하였으며 다양한 유화제 첨가시에는 현저하게 안정성이 증가하였다. 그러므로 Pseudomonas sp. BCNU 171의 유기용매 내성 리파아제는 잠재성이 높은 whole cell 생물촉매로서 사용가능 할 것이며, 고정화 하지 않고도 유기용매에서의 공업적인 화학공정에서 효소를 이용한 합성에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
• /
• 제23권12호
• /
• pp.1471-1476
• /
• 2013

Duolite A568 담체에 흡착으로 ${\beta}$-galactosidase를 고정화시켰다. 효소의 흡착되는 현상은 Freundlich 흡착 등온식을 잘 따랐다. 흡착에 관여된 파라미터인 k와 n은 각각 14.62와 1.744를 얻었다. 자유 효소와 고정화 효소의 속도식에 관여된 매개변수를 구하기 위해 초기 속도법을 실시하였다. Michaelis-Menten 상수($K_m$)는 고정화 효소가 120 mM이고 자유 효소가 79 mM 이었다. 재순환 충진층 반응기에서 갈락토스의 농도를 변화시키면서 경쟁적 저해식에 대한 영향을 조사하였다. 갈락토스에 의한 경쟁적 저해식에 대한 모델이 실험 결과와 잘 일치하였으며 $V_m$, $K_m$ 그리고 $K_I$ 값은 각각 46.3 $mmolmin^{-1}mg^{-1}$, 120 mM and 24.4 mM 이었다. 연속 충진층 반응기에서 락토스 용액의 유량을 증가시킬 때 서로 다른 락토스 농도에서 락토스의 전환율이 감소하였다. 장기 연속 조업을 통해 고정화 효소의 안정성을 평가하기 위해 11일 동안 연속적으로 반응기 운전을 실시하였다. 고정화 효소의 잔류하는 활성은 63%로 유지되었고 효소의 반감기는 15일로 밝혀졌다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제32권12호
• /
• pp.1126-1133
• /
• 2010

본 연구에서는 휘발성 유기화합물의 분해능력을 가진 Candida tropicalis와 황화수소 분해능력을 가진 황산화균을 적용하여 이단 바이오필터를 운전하였으며, 각각의 미생물은 스폰지형 담체에 포괄 고정시켜 사용되었다. 이단 바이오필터에는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 암모니아, 황화수소 등의 복합악취를 유입하며 분해 특성을 파악하였고, 특히 오염부하량 단계변동에 대한 바이오필터의 분해능을 확인하였다. 오염부하량 단계변동은 총유입부하량 단계변동(total EC test), 개별 악취물질 유입부 하량 단계변동(individual chemical EC test), 간헐 동적부하 변동(2 days off & 3 days on) 순으로 수행되었다. 총유입부하량 단계변동 실험결과 TVOC와 암모니아, 황화수소의 최대분해능은 각각 61, 5.2, $9.1\;g/m^3/hr$로 확인되었으며, 개별악취물질 유입부하량 단계변동시에는 휘발성 유기화합물질 상호간의 분해능 간섭이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 벤젠 부하량 변동시 톨루엔과 p-자이렌 모두 제거효율에 영향을 받았으며, 톨루엔의 부하량 단계변동시에는 벤젠과 p-자이렌이 각각 30%와 25% 이상의 제거효율의 하락이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 무기악취와 유기악취간의 상호 분해능 간섭은 일어나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 2일간 악취물질의 유입을 중단한 후 다시 악취물질의 유입을 재개하였을 때, 3일 이내에 95% 이상의 악취물질 제거능 회복율을 보였다. 이러한 부하변동 실험결과로 미생물 포괄고정 담체를 적용한 이단 바이오필터가 유 무기 악취의 동시제거에 많은 장점을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.