• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권5호
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• pp.858-862
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• 2008

분리 당화발효(Separate Hydrolysis and Fermentation, SHF)는 당화와 발효공정을 따로 수행하는 방법으로 최종 생성물인 글루코오스에 의해 억제 영향을 받기 때문에 반응에 진행됨에 따라 축적된 글루코오스의 농도가 높아지면 반응이 종결되는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 효소의 양을 늘리는 방법이 있지만, 효소의 생산비용이 비싸기 때문에 경제적인 방법이 될 수 없다. 이러한 분리 당화발효 공정의 단점을 극복하기 위해서 동시당화발효 공정(Simultaneous Saccharification and Fermentation, SSF)은 하나의 반응기에서 당화와 발효를 동시에 수행한다. 동시당화발효 공정에서는 당화과정에서 글루코오스가 생성되자마자 효모가 발효과정을 통해 글루코오스를 바로 제거하기 때문에 반응기내에서 당의 축적을 최소화할 수 있다. 따라서 동시당화발효 공정은 최종 생성물의 억제 작용을 방지할 수 있고, 효소의 가수분해 반응을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 동시당화발효에서 에탄올의 수율에 관여하는 조건들(pH, 반응온도, 효소 투입량, 반응시간)의 최적 조건을 찾는 연구를 수행하였다. 기질로는 감자전분을 사용하였고, 효소는 glucoamylase, 균주는 Saccharomyces cerevisiae가 각각 사용되었다. 동시당화발효의 최적의 조건은 pH 4, 온도 38로 나타났다. 최적의 조건으로 감자전분을 동시당화발효하였을 때 반응 18시간 후에 에탄올은 최대 수율 86%에 도달하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제18권7호
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• pp.1257-1265
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• 2008

To lower the cost of ethanol distillation of fermentation broths, a high initial glucose concentration is desired. However, an increase in the substrate concentration typically reduces the ethanol yield because of insufficient mass and heat transfer. In addition, different operating temperatures are required to optimize the enzymatic hydrolysis (50$^{\circ}C$) and fermentation (30$^{\circ}C$). Thus, to overcome these incompatible temperatures, saccharification followed by fermentation (SFF) was employed with relatively high solid concentrations (10% to 20%) using a portion loading method. In this study, glucose and ethanol were produced from Solka Floc, which was first digested by enzymes at 50$^{\circ}C$ for 48 h, followed by fermentation. In this process, commercial enzymes were used in combination with a recombinant strain of Zymomonas mobilis (39679:pZB4L). The effects of the substrate concentration (10% to 20%, w/v) and reactor configuration were also investigated. In the first step, the enzyme reaction was achieved using 20 FPU/g cellulose at 50$^{\circ}C$ for 96 h. The fermentation was then performed at 30$^{\circ}C$ for 96 h. The enzymatic digestibility was 50.7%, 38.4%, and 29.4% after 96 h with a baffled Rushton impeller and initial solid concentration of 10%, 15%, and 20% (w/v), respectively, which was significantly higher than that obtained with a baffled marine impeller. The highest ethanol yield of 83.6%, 73.4%, and 21.8%, based on the theoretical amount of glucose, was obtained with a substrate concentration of 10%, 15%, and 20%, respectively, which also corresponded to 80.5%, 68.6%, and 19.1%, based on the theoretical amount of the cell biomass and soluble glucose present after 48 h of SFF.

• 공업화학
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• 제23권6호
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• pp.599-603
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• 2012

위치특이적 돌연변이 기술을 이용하여 활성을 향상시킨 Mugil cephalus 유래 에폭사이드 가수분해효소(epoxide hydrolase, McEH)를 발현하는 재조합 대장균 균주를 생촉매로 이용하여 유기용매상에서 라세믹 스틸렌 옥사이드(styrene oxide)에 대한 입체선택적 가수분해 반응을 수행하였다. 재조합 균주의 세포 성장 시간대별로 McEH 단백질의 발현유도 특성을 분석하였으며, 대수성장기에 IPTG를 첨가했을 때 생촉매 활성이 2.2배 향상되었다. 유기용매의 Log P 값이 증가할수록 생촉매의 입체선택적 가수분해 활성이 증가하였으며, 이소옥탄(isooctane)을 반응용매로 사용하였을 때 생촉매의 입체선택적 가수분해 활성이 가장 우수하였다. 동결건조과정에서 skim milk 또는 sucrose와 같은 lyoprotectant를 사용하여 활성 안정화를 시킨 재조합 대장균 생촉매를 사용하여 이소옥탄에서 20 mM 라세믹 스틸렌 옥사이드에 대하여 광학순도 98%의 (S)-스틸렌 옥사이드를 이론수율 대비 53.6%로 제조할 수 있었다.

• 한국수산과학회지
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• 제54권5호
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• pp.724-732
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• 2021

This study used response surface methodology to investigate the optimal conditions to reduce the bitterness of alcalase-treated anchovy hydrolysate (AAH) by the aminopeptidase active fraction (AAF) derived from the common squid Todarodes pacificus hepatopancreas. The central composite design selected AAF/AAH ratio (X₁, %) and hydrolysis time (X₂, h) as independent variables, and the degree of hydrolysis (Y₁) and bitterness (Y₂) as dependent variables. The uncoded values of the multiple response optimization for independent variables were 3.4% for the AAF/AAH ratio and 9.2 h for the hydrolysis time. The predicted values of the yield and bitterness score of alcalase-AAF continuously treated anchovy hydrolysate (AAAH) under the optimized conditions were 68.9% and 4.6 points, respectively. Their measured values of 69.5% for yield and 4.6±0.5 points for bitterness were similar to the predicted values. The food components of AAAH were 91.4% (moisture), 7.5% (protein), 0.1% (lipid) and 0.6% (ash). The findings indicate the potential value for use as an anchovy seasoning base. The results also confirm that the bitterness of AAH was remarkably improved by AAF and implicates AAF derived from squid hepatopancreas as a good enzyme to catalyze reduced bitterness.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.650-658
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• 2006

통계적 실험계획법을 이용하여 TDI 공정에서 발생하는 고체 폐기물(TDI-R)을 근임계수로 가수분해하여 TDA로 재활용하는 연구를 진행하였다. Batch 반응기를 이용한 실험으로부터 TDA 수율에 미치는 주요 인자들의 영향과 교호작용을 확인하였고, pilot plant를 이용한 연속공정 실험을 통해 TDA 수율과 공정 변수들의 상관 식을 도출하였다. TDA 수율에 영향을 주는 주요 인자들은 반응온도, 촉매 종류 및 농도, 물과 TDI-R의 중량비(WR) 등이 유효한 것으로 파악되었다. 반응 온도와 촉매 농도가 증가할수록 TDA 수율은 감소하였고, WR이 증가할수록 수율은 증가하였으며, 촉매로는 $Na_2CO_3$보다 NaOH를 사용하는 것이 효율적이었다. 주요 인자들의 교호작용으로는 촉매농도와 반응온도, WR과 반응온도, 촉매 종류와 반응시간 등이 유효한 것으로 파악되었다. 아임계 온도인 $300^{\circ}C$에서는 촉매 농도 영향이 작지만 초임계수 온도인 $400^{\circ}C$에서는 촉매 농도가 증가할수록 수율이 감소하였다. 반면 $300^{\circ}C$에서 WR이 증가하면 수율이 증가하지만 $400^{\circ}C$에서는 영향이 나타나지 않았다. Pilot plant를 이용하여 scale-up에 필요한 공정 변수의 최적화 실험을 실시하였다. 공정의 경제성, 효율성을 고려하여 공정변수로는 촉매농도와 WR을 정하였고, 중심합성 설계법을 이용하여 TDA 수율에 미치는 인자들의 영향을 파악하였다. 촉매 농도에 따라 수율은 증가하며, 촉매 농도가 낮을 때는 WR이 2.5 이하에서 수율이 최대값을 보인 후 WR이 증가함에 따라 수율이 감소하지만 촉매 농도가 증가하면서 최대값을 보이는 WR이 증가하는 경향을 보였다. Pilot plant 실험 결과를 회귀 분석하였으며 TDA 수율을 예측할 수 있도록 촉매 농도와 WR이 변수인 2차 식으로 상관식을 도출하였다.

• 한국식품과학회지
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• 제47권6호
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• pp.772-778
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• 2015

최근 아임계수 가수분해는 전통적인 단백질 가수분해법의 대체방법으로서 관심을 받고 있으며, 고단백질원으로부터 아미노산을 회수하는데 효과적인 공정이 될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 식물성 단백질원인 분리대두단백질을 선택하여 대두단백질의 아임계수 가수분해에서 가장 중요한 인자인 대두단백질의 초기농도, 반응온도, 반응시간의 영향을 연구하여 대두단백질로부터 아미노산을 생산할 수 있는 조건을 최적화하고자 하였다. 대두단백질 수열분해액의 실온에서 pH는 $200^{\circ}C$에서 20분간 처리했을 때 pH는 7.3으로 중성이었으나 온도가 증가할수록 pH가 증가하여 $270^{\circ}C$에서 10.3으로 알카리성을 나타내었다. 반응온도 $220^{\circ}C$까지는 수열분해액은 분산상태를 이루었으나 $230^{\circ}C$ 이상에서는 분산상태가 파괴되고 단백질이 분리되어 하부에 침강층을 이루었으며 $240^{\circ}C$ 이상에서는 이 단백질층이 현저히 감소하였다. 반응온도는 $250^{\circ}C$, 반응시간 20분으로 고정한 조건에서 대두현탁액의 초기농도가 수열분해에 미치는 영향을 살펴본 결과 초기농도 10% (w/v)일 때 가수분해도 및 아미노산 수율이 각각 16.2% 및 22.3%로 가장 우수하였다. 또한 반응온도 $200-220^{\circ}C$ 범위에서는 가수분해도와 아미노산 수율은 서서히 증가하였으나 $230-250^{\circ}C$ 영역에서는 급격히 증가하였으며 $250^{\circ}C$ 이상에서는 다시 완만히 증가하는 경향을 보여 $250^{\circ}C$ 이상에서 아미노산 분해속도는 단백질 분해속도를 초과하였다. 표면반응분석법으로 예측한 결과 $268^{\circ}C$, 처리시간 35분에서 최적 아미노산 수율 43.5%를 얻을 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제1권1호
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• pp.31-36
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• 1973

1. 화본과 작물의 짚 중에는 조섬유소, 즉, cellulose 및 hemicellulose 등 다당류의 양이 42∼55% 함유되어 있으며 동일작물이라도 품종이나 재배조건이 다르면 성분의 차이가 있었다. 2. 황산 당화액을 발효에 사용하려면 1∼2%의 황산으로 40psig에서 10분간 당화시키는 것이 가장 적당하였으며 이 때 당화율은 원료에 대하여 30∼35%이었다. 3. 황산당화에서 40psig이상으로 가열하면 hexose의 양은 증가하나 peotose의 양은 감소하였다. 이는 pentose가 furfural 등 발효저해 물질로 분해되기 때문이다. 4. 볏짚을 상압에서 2∼5%의 황산으로 가열하여 3∼5시간에 원료에 대하여 약 35%의 환원당이 생성되었다. 5. 40psig이하에서 얻은 당화액에서 Candida utilis NCYC 707을 배양하여 소비당의 50∼55% 균체를 생산하였으며 이 때 당소비는 초기 당의 90% 이상이었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제31권6호
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• pp.823-832
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• 2021

Mushroom cultivation along with the palm oil industry in Malaysia have contributed to large volumes of accumulated lignocellulosic residues that cause serious environmental pollution when these agroresidues are burned. In this study, we illustrated the utilization of lignocellulolytic enzymes from the spent mushroom substrate of Pleurotus pulmonarius for the hydrolysis of palm oil mill effluent (POME). The hydrolysate was used for the production of biohydrogen gas and enzyme assays were carried out to determine the productivities/activities of lignin peroxidase, laccase, xylanase, endoglucanase and β-glucosidase in spent mushroom substrate. Further, the enzyme cocktails were concentrated for the hydrolysis of POME. Central composite design of response surface methodology was performed to examine the effects of enzyme loading, incubation time and pH on the reducing sugar yield. Productivities of the enzymes for xylanase, laccase, endoglucanase, lignin peroxidase and β-glucosidase were 2.3, 4.1, 14.6, 214.1, and 915.4 U g^-1, respectively. A maximum of 3.75 g/lof reducing sugar was obtained under optimized conditions of 15 h incubation time with 10% enzyme loading (v/v) at a pH of 4.8, which was consistent with the predicted reducing sugar concentration (3.76 g/l). The biohydrogen cumulative volume (302.78 ml H₂.L^-1 POME) and 83.52% biohydrogen gas were recorded using batch fermentation which indicated that the enzymes of spent mushroom substrate can be utilized for hydrolysis of POME.

• Journal of Microbiology
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• 제37권2호
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• pp.80-85
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• 1999

The purification system of glucoamylase (glucan 1,4-${\alpha}$-glucosidase, EC 3. 2. 1. 3), some characteristics of the purified enzyme and hydrolysis rate of various raw starch were investigated through several experiments. The enzyme was produced on a solid, uncooked wheat bran medium of Aspergillus oryzae NR 3-6 isolated from traditional Korean Nuruk. The enzyme was homogeneously purified 6.8-fold with an overall yield of 28.3% by the criteria of disc- and SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The molecular weight was estimated to be 48 kDa by SDS-PAGE. The optimum temperature and pH were 55$^{\circ}C$ and 4.0, respectively. The enzyme was stable at a pH range of 3.0∼10.0 and below 45$^{\circ}C$. Enzyme activity was inhibited about 27% by 1mM Hg2+. The hydrolysis rate of raw wheat starch was shown to be 17.5-fold faster than the hydrolysis rate of soluble starch. The purified enzyme was identified as glucoamylase because the product of soluble starch by the purified enzyme was mainly glucose by thin layer chromatography.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제23권11호
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• pp.1616-1622
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• 2002

If the surfaces of vesicles are chemically modified so that they can be dispersed in organic solvents, the application of vesicular colloids may be expanded. A polymerizable surfactant (BDAC) and nonpolymerizable bipolar surfactant (BPAS) were synthesized in multi-steps. Large vesicles composed of BDAC and BPAS with embedded a cross-linking agent (divinylbenzene) underwent a radical polymerization. BPAS was extracted out using methanol (skeletonization). The headgroup of BDAC was cleaved off via hydrolysis in an acidic condition to yield vesicles where surfaces were covered with -COOH groups. There was no significant change in the overall shape. The skeletonized vesicles appear to have many holes with diameters up to about 25 nm. The holes retained even after hydrolysis. The hydrolyzed vesicles were not dispersed in water and most organic solvents such as tetrahydrofuran and chloroform, but dispersed in methanol.