The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.19
no.3
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pp.191-201
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2014
Marine algal flora and community structure were investigated seasonally at three sites in subtidal zone of Wangdol-cho on the east coast of Korea from May 2012 to August 2013. A total of 122 species were collected and identified, including 12 green algae, 29 brown algae, and 81 red algae. Of these, 38 species were found throughout the survey period. Average seaweed biomass was 472.19-1,198.77 g wet wt. $m^{-2}$ in spring, 68.99-631.14 g wet wt. $m^{-2}$ in summer, 200.91-401.20 g wet wt. $m^{-2}$ in autumn, and 53.61-922.32 g wet wt. $m^{-2}$ in winter. The vertical distribution based on biomass were Grateloupia lanceolata, Acrosorium venulosum, Lomentaria catenata - Undaria pinnatifida, Dictyopteris pacifica, Sargassum horneri, Ecklonia cava - Desmarestia viridis, E. cava, S. horneri from upper to lower subtidal zone. The flora was classified into six functional groups: filamentous form (34.43%), coarsely branched form (25.41%), sheet form (24.59%), thick leather form (9.71%), crustose form (5.74%) and jointed calcareous form (0.82%). The C/P, R/P and (R+C)/P values reflecting the flora characteristics were 0.41, 2.79 and 3.21, respectively. Also, diversity index (H') and dominance index (DI) indicate that the algal community and environmental condition of Wangdol-cho is stable. We recommend that Wangdol-cho subtidal zone should be more protected from human activities such as turbulence and eutrophication in order to maintain species diversity and abundance of algae.
In order to study the utilization of brown seaweed Laminaria japonica as an alternative renewable feedstock for bioethanol production, the properties of acid hydrolysis and ethanol fermentation were investigated. The acid hydrolysis enhanced the final yield of fermentable sugars, which led great increase of ethanol productivity. The maximum yield of reducing sugars reached 135 mg/g-dry Laminaria japonica after 1.0N sulfuric acid-hydrolysis at $130^{\circ}C$ for 6 h. The Saccharomyces cerevisiae (ATCC 24858) could ferment $C_6$-sugars like glucose, galactose and mannose into ethanol, but not $C_5$-sugars like arabinose and xylose. Optimal fermentation time varied with sugars; 48 h for glucose, 72 h for galactose, and 96 h for mannose. Nevertheless, the ethanol yield from the hydrolysate reached 242 mg/g-dry Laminaria japonica after fermentation by the S. cerevisiae at $35^{\circ}C$ for 96 h, which corresponds to approximately 4 times more than the theoretical yield from total reducing sugars in the hydrolysates. It indicates that the non-reducing sugars or oligosaccharides dissolved in the hydrolysate played an important role in producing bioethanol. The ethanol concentration linearly increased from 2.4 to 9.2 g/L, while the ethanol yield per dry weight of biomass decreased from 242 to 185 mg/g, with increasing the ratio of biomass to acid solution from 1 to 5% (w/v). The bioethanol yield estimated was approximately 7,400~9,600 kg/ha/year, and indicated that Laminaria japonica is a promissing feedstock for bioethanol production.
We established a two-step production process using immobilized S. cerevisiae and P. stipitis yeast to produce ethanol from seaweed (U. pertusa Kjellman) hydrolysate. The process was designed to completely consume both glucose and xylose. In particular, the yeasts were immobilized using DEAE-corncob and DEAE-cotton, respectively. The first step of the process included a continuous column reactor using immobilized S. cerevisiae, and the second step included a repeated-batch reactor using immobilized P. stipitis. It was verified that the glucose and xylose in 20 L of medium containing the U. pertusa Kjellman hydrolysate was converted completely to about 5.0 g/l ethanol through the two-step process, in which the overall ethanol yield from total reducing sugar was 0.37 and the volumetric ethanol productivity was 0.126 g/l/h. The volumetric ethanol productivity of the two-step process was about 2.7 times greater than that when P. stipitis was used alone for ethanol production from U. pertusa Kjellman hydrolysate. In addition, the overall ethanol yield from glucose and xylose was superior to that when P. stipitis was used alone for ethanol production. This two-step process will not only contribute to the development of an integrated process for ethanol production from glucose-and xylose-containing biomass hydrolysates, but could also be used as an alternative method for ethanol production.
In this paper, the commercial feasibility of trigeneration, producing heat, power, and hydrogen (CHHP) and using biogas derived from macroalgae (i.e., seaweed biomass feedstock), are investigated. For this purpose, a commercial scale trigeneration process, consisting of three MW solid oxide fuel cells (SOFCs), gas turbine, and organic Rankine cycle, is designed conceptually and simulated using Aspen plus, a commercial process simulator. To produce hydrogen, a solid oxide fuel cell system is re-designed by the removal of after-burner and the addition of a water-gas shift reactor. The cost of each unit operation equipment in the process is estimated through the calculated heat and mass balances from simulation, with the techno-economic analysis following through. The designed CHHP process produces 2.3 MW of net power and 50 kg hr-1 of hydrogen with an efficiency of 37% using 2 ton hr-1 of biogas from 3.47 ton hr-1 (dry basis) of brown algae as feedstock. Based on these results, a realistic scenario is evaluated economically and the breakeven electricity selling price (BESP) is calculated. The calculated BESP is ¢10.45 kWh-1, which is comparable to or better than the conventional power generation. This means that the CHHP process based on SOFC can be a viable alternative when the technical targets on SOFC are reached.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Sargassum horneri is an edible brown alga that grows in the subtidal zone as an annual species along the coasts of South Korea, China, and Japan. Recently, an extreme amount of S. horneri moved into the coasts of Jeju Island from the east coast of China, which made huge economic and environmental loss to the Jeju Island. Thus, utilization of this biomass becomes a big issue with the local authorities. Therefore, the present study was performed to evaluate the anti-inflammatory potential of crude polysaccharides (CPs) extracted from S. horneri China strain in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW 264.7 cells. MATERIALS/METHODS: CPs were precipitated from S. horneri digests prepared by enzyme assistant extraction using four food-grade enzymes (AMG, Celluclast, Viscozyme, and Alcalase). The production levels of nitric oxide (NO) and pro-inflammatory cytokines, including tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$ and interleukin (IL)-$1{\beta}$ were measured by Griess assay and enzyme-linked immunosorbent assay, respectively. The levels of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2), nuclear factor (NF)-${\kappa}B$, and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) were measured by using western blot. The IR spectrums of the CPs were recorded using a fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) spectrometer. RESULTS: The polysaccharides from the Celluclast enzyme digest (CCP) showed the highest inhibition of NO production in LPS-stimulated RAW 264.7 cells ($IC_{50}$ value: $95.7{\mu}g/mL$). Also, CCP dose-dependently down-regulated the protein expression levels of iNOS and COX-2 as well as the production of inflammatory cytokines, including TNF-${\alpha}$ and IL-$1{\beta}$, compared to the only LPS-treated cells. In addition, CCP inhibited the activation of NF-${\kappa}B$ p50 and p65 and the phosphorylation of MAPKs, including p38 and extracellular signal-regulated kinase, in LPS-stimulated RAW 264.7 cells. Furthermore, FT-IR analysis showed that the FT-IR spectrum of CCP is similar to that of commercial fucoidan. CONCLUSIONS: Our results suggest that CCP has anti-inflammatory activities and is a potential candidate for the formulation of a functional food ingredient or/and drug to treat inflammatory diseases.
Yoon, Ho-Sung;Do, Jeong-Mi;Jeon, Byung Hee;Yeo, Hee-Tae;Jang, Hyeong Seok;Yang, Hee Wook;Suh, Ho Seong;Hong, Ji Won
Journal of Life Science
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v.32
no.7
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pp.578-587
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2022
Korea, as the world's 7th largest emitter of greenhouse gases, has raised the national greenhouse gas reduction target as international regulations have been strengthened. As it is possible to utilize coastal and marine ecosystems as important nature-based solutions (NbS) for implementing climate change mitigation or adaptation plans, the blue carbon ecosystem is now receiving attention. Blue carbon refers to carbon that is deposited and stored for a long period after carbon dioxide (CO2) is absorbed as biomass by coastal ecosystems or oceanic ecosystems through photosynthesis. Currently, there are only three blue carbon ecosystems officially recognized by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): mangroves, salt marshes, and seagrasses. However, the results of new research on the high CO2 sequestration and storage capacity of various new blue carbon sinks, such as seaweeds, microalgae, coral reefs, and non-vegetated tidal flats, have been continuously reported to the academic community recently. The possibility of IPCC international accreditation is gradually increasing through scientific verification related to calculations. In this review, the current status and potential value of seaweeds, seagrass fields, and non-vegetated tidal flats, which are sources of blue carbon on the east coast, are discussed. This paper confirms that seaweed resources are the most effective NbS in the East Sea of Korea. In addition, we would like to suggest the direction of research and development (R&D) and utilization so that new blue carbon sinks can obtain international IPCC certification in the near future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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