Earticle

rpm이나 온도와 같은 전형적인 발효 변수들을 위한 기존의 아나로그 제어장치들을 적절히 교정하여 마이크로콤퓨터에 연결시켰다. 임피던스 조정, 그라운드 격리, 및 시그날 범위 조정등의 여러 가지 필요한 수정을 가하여 발효조계측기와 컴퓨터 사이의 인터페이싱을 성공적으로 수행할수 있었으며 결국 온도와 용존산소를 온.라인 휘드.백 제어하고 유전자 재조합 발효공정을 온.라인 유도할 수 있었다

The existing analog controllers for typical fermentation variables such as rpm and temperature were properly modified in order to be interiaced with microcomputers. Other necessary corrections like the impedance matching, the ground isolation, and the signal range adjustment were done for the successful interfacing between fermentor detectors and computers and for the eventual on-line feedback control of temperature and DO and the induction of the fermentation process with recombinant cells.

용존 산소와 온도같은 변수들을 온.라인 휘드백 제어할 수 있는 소프트웨어를 개발하여 실제 발효 공정에 성공적으로 적용하였다. PI, PID, DSC 그리고 DDC 같은 여러 가지 면을 알고리즘에 포함시켰다. 발효공정을 위한 어떠한 형태의 온.라인 컴퓨터 자동제어도 별어려움 없이 성공적으로 실현 시킬 수 있었다,

Software for the on-line feedback control of such variables as DO and temperature was developed and tested successfully for a real fermentation system. Several aspects like Pl, PID, DSC, and DDC were incorporated into the algorithm. Any kind of on-line computer control system can be successfully implemented without much difficulty.

필드 하드웨어와 소프트웨어를 자체 개발하고 컴퓨터 인터페이싱을 수행하여 유전 재조합세포 발효 공정을 온.라인으로 휘드.백 및 휘드.포워드 식 자동제어 할 수 있었다. 유전자 재조합 세포들이 발현을 위하여 온도 유도 및 화학약품 유도 방법을 사용하였다. 빠르고 안정된 반응을 보이고 정확한 자동 제어를 수행할 수 있었다.

The computer interfaced by the necessary hardwares and the software developed in PARTs I and II were used to control the fermentation with recombinant cells in an on-line feedback-feed-forward manner. The recombinant cells were induced for expression either thermally or chemically. Very accurate controls with fast response and no oscillation could be performed.

불용성 기질인 섬유소의 고효율 효소당화에 적합한 저에너지 소모형 분쇄마찰매체 함유 효소반응기의 개발을 목표로 수평형 회전축에 부착된 paddle에 의해 반응조 내부의 섬유소-분쇄마찰매체-효소의 혼합액을 교반 마찰시키는 horizontal paddle type bioreactor를 제작하여 효용성과 당화조건을 검토하였다. 여러 실험조건하에서 당생성효율과 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 에너지를 다른 두 형태의 bioreactor와 비교 분석함으로서 공업적 활용을 위한 기술적, 경제적 타당성을 비교평가하였다. 표준당화조건은 3mm의 분쇄마찰매체를 500g / L로 첨가하여 200rpm에서 교반할 때였으며, 특히 HPTB는 고농도 기질의 당화에 적합한 bioreactor로 판단된다. 표준당화조건에서 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 동력은 1.7watch/g였으며, 고농도 기질을 이용할 경우 더욱 낮은 동력소모로 당을 생산할 수 있었다. 뿐만 아니라 scale up이 용이할 것으로 예상되는 등 섬유소의 고농도 당화에 적합한 고효율 분쇄마찰매체함유 효소반응기로 판단된다.

To develop an attrition coupled enzyme reactor with high efficiency-low energy consumption for saccharification of insoluble biomass, a 5L horizontal paddle type bioreactor was constructed and its performance was evaluated. The optimal condition for saccharification of 50g a-cellulose/L was found to be 200rpm with 500g of 3mm glass bead. Especially, the horizontal paddle type bloreactor was very effective for saccharification of high concentration of insoluble cellulose, in which around 72% of a-cellulose was saccharified for 75g a-cellulose/L, and even up to 70% for 100g of a-cellulose/L after 24hours. Under the optimal condition, the power consumption was measured to be around 1.7watth/g. Horizontal paddle type bioreactor seems to have an appropriated structural feature for industrial scale operation and to be an effective and energy saving attrition coupled enzyme reactor

각종 섬유질 효소당화반응조내의 현탁액 혼합교반 양상이 효소당화에 미치는 영향을 검토하기 위하여 3종의 대표적인 bioreactor;vertical impeller type bioreactor-(VITB), horizonatl paddle type bioreactor(TDTB)를 제작하여 그 효용성을 비교 검토하였다. 최적 교반강도는 impel-ler나 paddle로 현탁핵을 교반하는 VITB와 HPTB가 각각 100rpm, 그리고 통자체를 회전시켜 교반하는 TDTB가 200rpm이었으며 TDTB에 부착된 baffle의 형태 및 크기는 큰 영향을 주지 않았다. 또한 VITB나 TDTB의 경우 과다한 교반은 효소의 실활을 유발시켜 오히려 섬유소당화를 저해하였다. 3종의 bioreactor의 최적 교반조건에서의 당화효율을 비교한 결과 VITB가 가장 높았으며 특히 고농도 섬유소 당화시 가장 높은 당화효율을 보여, 가장 효율적인 교반양상을 나타내는 것으로 보인다. 이로 미루어 impeller나 paddle의 물리적 충격에 의한 현탁액의 cellulose network를 파괴시키는 효소반응기가 단순히 교반혼합하는 반응기에 비하여 우수한 결과를 줌을 알 수 있었다. 반면 주어진 양의 당을 생산하는데 소요되는 동력소모를 검토한 결과 TDTB가 VITB에 비하여 다소 낮았으나 고농도의 경우는 급속히 증가되었다. 적절한 bioreactor의 선정에는 기질의 가격, 당화수율, 고농도 당화, 그리고 반응기의 scale-up의 용이성등이 종합적으로 검토되어져야 할 것이다.

Celluose is an insoluble substrate, therefore, a proper mixing of the cellulose suspension is essential for an effective enzymatic hydrolysis. To study the effect of mixing motion of various enzyme reactors on enzymatic hydrolysis of cellulose, three distinct types of biroreator: vertical impeller type bioreator(VITB), horizontal paddle type bioreactor(HPTB), and tumbling drum type bioreactor(TDTB), were assembled and their performance was compared. The optimal agitation speed was 100rpm for VITB and HPTB, 200rpm for TDTB. The saccharification efficiency of each reactor was compared under the optimal agitation intensity. The highest degree of saccharification was achieved in the case of VITB, especially, at high cellulose concentration. The VITB seems to be the most suitable type of bioreactor that can maintain proper mixing pattern for effective enzyme reaction. In the view of energy consumption, the TDTB showed the lowest value: however, the energy consumption was rapidly increased at high concentration of celluose. To dertermine the most suitable type of bioreactor, the entire process, including substrate cost, substrate concentration, and feasibility of scale-up, needs to be evaluated.

보효소고분자화를 위한 담체로서 B- casein에 NAD/+ 를 효소법으로 고정화하였다. 21개의 glutamine 잔기를 함유하는 수용성고분자물질로서 transglutaminase 촉매작용에 의해 NAD/+analog의 amino기와 r-glutamylamine bond를 형성하여 결합하였다. B-Casein은 /ar1+(1분자내에 15개의 glutamine잔기를 함유)에 비하여 효과적인 고정화담체이었으며 8-(6-amino hexyl) aminonicotinamide ade-nine dinucleotide는 N6-[(6-aminohexyl)-carba-moylmethy]-NAD에 비하여 고정화수율이 높았다. 고정화에 있어 NAN의 첨가는 필수적이었다. 고정화 NAD Km치는 NAD또는 NADanalog와 비슷하였으나 max.rate는 고정화하므로써 31% 감소되었다. 그러나 고정화하므로써 NAD의 alkaline pH에서의 안정성은 증대되었으며, 고정화 보효소를 칼슘침전하여 분리회수하였을 경우에도 보효소 활성을 유지, NAD형 (산화형)과 NADH형(환원형)으로 상호전환되므로써 재생되었다.

NAD+ analogs, 8-( 6-aminohexyl) aminonicotinamide adenine dinucleotide and N6-[(6- aminohewl)-carbamoylmethyl]- NAD+, were imobilized on bovine caseins by the action of hansglutaminase. It appears that NAD+ analogs bind with aS1-and B-caseins through formation of the r-glutamylamine bond between the amino groups attached to the hexyl chains in NAD+ analogs and the glutaminyl residues in caseins. The NAD+ analogs immobilized on the caseins were enzymatically reducible by alcohol dehydrogenase. B-Casein was more useful carrier than the S1-casein and 8-substituted NAD+ analog was more effective than N6-substituted one in immobilization. Michaelis constant of 8-substituted NAD+ analog immobilized on B-casein in alcohol dehydrogenase reaction was similar to that of free from of NAD+ and that of NAD+ analog. Immobilized NAD+ was much more stable at alkaline pH than free NAD+ and its analog while maximum velocity was reduced to 31% of the free NAD+ analog. The coenzyme casein conjugated was recovered almost completely in casein precipitated by calcium.

본 연구에서는 매년 700여만톤 생산되는 볏짚을 자원화 하기 위하여 암모니아-냉동-파열법 (AFEX)을 사용하였다. AFEX으로 전처리된 볏짚은 처리되지 않은 것보다 대랴 4배 이상의 가수분해율을 얻을 수 있었다. 또한 어떼한 전처리 방법보다도 처리하는 과정이 쉽고 당화율도 90%로 이상이며, 경제성이 높다.

A novel pretreatment of rice straw has been developed to increase the reactivity of cellulose, in particular to increase the rate and extent of cellulose enzymatic hydrolysis. This technique is called ammonia-freeze-explosion method and relies on treatment of the lignocellulosic material with a volatile liquid under pressure followed by pressure release to evaporate the liquid and reduce the temperature by Bme E. Dale of Texas A & M University. Volatile liquids which also chemically explosion and swell lignocellulosic materials are particularly effective when used in this technique. Above four times of conversion of cellulose to glucose has been achived by enzymatic hydrolysis of rice straw with this method.

Streptomyces erythreus의 포자를 다공성의 celite를 담체로 이용하여 미세구멍조직내에 흡착 후 배양하여 얻은 균사 증식 담체를 erythromycin의 발효에 응용하였다. 이때 균사체는 담체의 내부에서부터 포자가 발아하여 담체 표면으로 성장되어 나왔기 때문에 부착성이 강하고 매우 안정한 biofilm growth를 보여 주었다. 발효시 배지중의 com steep liquor의 양을 0.8g/L 첨가하여 인산원의 농도를 40mg $KH2PO4/L 정도로 하였을 때 항생제 비생산 속도는 최대값 2,898g/g.cell.hr로서 인산원이 제한되지 않은 배지에서 얻은 비생산속도 557g/g.cell.hr보다 약 4배의 증가효과를 보였다. 유동층 반응기를 이용한 연속 발효 공정에서도 인산원의 제한에 의하며 세포의 항생제 합성 활성은 약 600시간 이상 유지 되었다.

A carriersupported mycelial growth of Sreptomyces erythreus was applied to erythromycin fermentation sistem using celite as a support material. Hyphal growth through the pore matrices of the materials showed anchorages and provided a stable biofilm growth. When the phospate concentration was limited to 0.8g corn steep liquor/L(corresponding to 40mg KH2PO4/L), the specific production rate of erythromycin was increased from 557ug/g-cell.hr under unlimited condition to 2, 898 g/g-cell.hr. A fluidized-bed bioreactor was operated for erythromycin production by a repeated fed-batch mode. The control of free mycelial concentration and the extension of production phase were considered important to maintain the reactor productivity at a desired level. The erythromycin production under phosphate-limited condition could be maintained for at least 600hrs.

Agorobacterium rhizogenes에 의하여 유도된 당근(Daucus carota L. )의 hairy root를 배양하였으며 opine 유무에 대한 형질전환 확인 및 배지조성을 달리하여 성장률에 따른 색소함량을 비교하였고, 재분화된 식물체의 형태적 차이를 관찰하여 몇가지 결론을 얻었다. Hairy root는 균 접종 2-4주 후에 형성층 부위를 중심으로 유도되었다. 유도된 hairy root의 초기 배양에는 R.C.M 배지가 적합하였으며 MSO(2, 4-D $10-4 ml/ l, pH6, sucrose 5%, 질소원 0.03M 등)에서 최대 성장을 보여주었고 성장의 증가에 따른 색소의 형성은 비교적 안정하였다. 재분화된 식물체는 정상 식물체에 비하여 형태적으로 차이를 나타내었으며 형질전환된 hairy root 및 재분화된 식물체에서 mannopine 분석으로 Ri-plasmid에 의한 형질전환이 이루어졌음을 확인하였다.

Hairy roots of carrot were induced by Agrobacterium rhizogenes A4 strain within about 2-4 weeks after inoculated from root disc. Early axonic culture is established in RCM agar medium and following is in MS rigid medium. After 15 days culture, the hairy roots were vigrous growth in about 10 times of initial inoculum. Anthocyanin contents of hairy roots were more than of ordinary roots. 2, 4-D ($10^{-4}mg/ l$), sucrose (5%), nitrogen source (0.03M) contained medium was optimized to growth of hairy root and contents of anthocyanin. Phenotypic alterations of leaves are observed in transformed plants and determined the transformation of hairy roots and the transformed plants by opine assay.

균체 재순환이 없는 연속 발효조에서 K.fragilis에 의한 돼지감자 착즙의 알콜발효시, 정상상태에서 주입 당농도와 희석속도가 에탄올 발효특성에 미치는 영향에 대하여 구명한 결과를 요약하면 다음과 같다. 즉, 주입 당농도가 낮고, 희석속도가 낮을 때는 기질제한성의 균체발효특성을 보였다. 그리고 희석속도가 증가할수록 에탄올 농도와 균체농도는 감소하였으나, 잔당농도는 증가하였다. 에탄올 생산성 및 균체유실율은 희석속도 0.36$hr-1에서 최대값을 나타내었다. 에탄올 생산성과 균체유실율에 대한 희석속도 변화의 영향이 주입 당농도 변화의 영향보다 큰 것으로 추정되었다. 에탄올 생산성이 높고 동시에 당의 유실율이 낮은 최적조건은 희석속도 0.22$hr-1, 주입 당농도85ｇ/l 이었다. 이 조건하에서 에탄올 생산성은 5.9g/l-hr, 당유실율은 3.8g/l-hr, 에탄올 수율 0.39, 당이용율 0.8, 비 알콜생산성 1.6g/l-hr이었다.

It was investigated that the influent sugar concentration and the dilution rate have an influence on the ethanol fermentation characteristics at steady state in a chemostat culture of K. fragilis using Jerusalem Artichoke juice as substrate. And also the optimum condition of high ethanol productivity and low residual sugar output in the ethanol production by K. fragilis, was clarified to be given at a dilution rate of 0.22/hr and at an influent sugar concentration of 85g/l.

당근세포의 현탁배양에서 배지중 제한영양소인 인산염과 글루코우즈 농도에 대한 당근세포 배양특성에 관한 실험으로부터 다음의 결론을 얻었다. 1) 배지중의 글로코우즈와 인산염을 제한영양소로 하였을 때, 현탁배양 중의 글루코우즈의 농도 1.49g/l - 3.01g /l, 인산염의 농도 0.08mM - 1.06mM의 범위에서 세포성장 정체기에 도달하는 시간은 13.2hr-66.4hr였고 제한영양소의 전환율은 초기 글루코우즈와 인산염의 농도의 5~30% 범위내에 분포되었다. 2) 제한 영양소의 저농도범위에서의 농도변화에 따른 세포의 비성장속도, u는 0.15day-1와 0.3day-1사이의 값으로 일정한 경향을 보이지 않았는데, 이것은 제한요소가 저농도로 존재할 때 세포의 비성장속도에 미치는 영향이 적음을 알 수 있다. 3) 제한 영양소의 소모량과 세포증가량 사이에는 선형적 관계를 나타내며, 제한 영양소 글루코우즈에 대한 세포수율(Yx/lG)은 인산염 0.32mM, 글루코우즈 2.67g/l에서 98.7x1010[?][?][?] / g[?][?][?] 최대값을 나타내었다. 4) 제한 영양소의 비(3G/3P)에 대한 비성장속도, u 및 세포수율(Ys/lG는 두 농도의 비(3G/3P)가 20mM/mM-120mM/mM 사이에서 임의적으로 분포하였다.

In a batch fermentation process using carrot cell suspension culture, the effect of initial concentration of limiting nutrients(glucose and phosphate) on the specific growth rate and cell yield was investigated. The period of exponential growth is about 2 days and the consumption of glucose and phosphate in culture medium was very small when the initial concentrations of glucose and phosphate are 1.49g/1 ~ 3.01g/l and 0.08 ~ 0.32mM respectively. The specific growth rate of cells ranged from TEX>$0.15\;day^{-1}$ to 0.3day-1 irregularly. And the ratio of the initial concentration of glucose to phosphate did not affect the specific growth rate and the cell yield. The increase on cells had linear relationship with the consumption of limiting nutrients. Therefore, the increase of cells was found to be more influenced by the concentration of glucose than that of phosphate.

실험실 규모의 배양기에서 곤충세포의 배양을 수행하였다. 회분식 배양에서의 곤충 세포의 성장은 serum의 농도, 다른 영양소, 초기 정종 농도, 기계적인 교반파 같은 변수에 의해 영향을 받는 것으로 나타났다. Lactate와 ammonium은 회분식 배양에서의 말기에 관찰되는 농도에서는 세포의 성장을 저해하는 원인은 아닌것 같았다. 또한. redox potential은 공충세포의 배양 용존산소를 측정할 수 있는 좋은 index 임을 알 수 있었다. 아울러 유전공학적으로 재조합된 baculovirus를 곤충세포에 감염시켜 재조합 단백질의 생산을 시도하였으며 dilution rate 가 0.006hr-1 일때 반응기당 최대 2800 units 의 beta-galactosidase 가 생산되었다.

Insect cell cultures were performed in laboratory-scale vessels. The batch growth of insect cells was affected by such parameters as serum content, other nutrients, seeding density, and mechanical agitation. Lactate and ammonium were not likely to be environmental factors that inhibited cell growth at the concentrations observed at the end of batch cultures. In addition, redox potential was found to be a useful index in monitoring low-level dissolved oxygen during the cultivation of insect cells. Recombinant protein production by cells infected with a genetically-modified baculovirus was also demons treated. The maximum beta-galactosidase synthesis of 2800 units per reactor volume was achieved at the dilution rate of 0.006hr-1.

본 논문에서는 Thalictrum rugosum 식물세포의 회분식 배양에 있어서 동역학적 특성들을 연구하였다. 본 실험에서 alkaloid의 생성은 일반적인 2차대사 산물의 생성 특성과 달리 세포성장에 비례함이 확인되었다. 세포 성장기의 비증식속도는 $0.200.25 day-1이었으며 FW / DCW 비가 배양상태를 나타내는 중요한 인자임을 알수 있었다. Cell yield는 0.36g cells/g sugar이었으며 berberine은 139mg/L까지 생성되었고 그중 120mg/L는 세포내에 존재하였다. 이를 specific content로 계산하면 dry cell weight의 1.10%가 된다. 세포 성장기에서 비증식속도와 당농도간의 관계는 Monod kinetics로 잘 기술될 수 있었다

Batch growth of plant cell suspension cultures of Thalictrum rugosum was studied to clarify the kinetic behaviors. It was found that the product formation was growth associated. The specific growth rate was $0.20-0.25\;day\;^{-1}$/TEX> at the growth phase and the FW/DCW ratio was an interesting parameter which represented the status of the cells or the status of sugar concentration. The cell yield was 0.36 g cells/g sugar. The maximum berberine level was 139 mg/L of which 120 mg/L was intracellular. In terms of the specific content of berberine, the product was 1.10% of dry cell weight. At the growth phase, the relationship between the specific growth rate and sugar concentration was described well by Monod kinetics.

Phenol / mineTeX failed to render your expression 를 유기용매로 사용하여 이태리 포플라(Populus euramericana)를 무촉매와 산촉매(HCI)하에서 170, 180, 190, 20에서 각각 30, 60, 90분간 전처리 하였다. 각 조건에서의 목분수율, 리그닌 제거율, 그리고 효소 가수분해에 의한 당화율을 비교 검토하였다. 무촉매하에서의 전처리 결과, 전체 목분수율은 71.5(17, 30분)에서 41.8%(20, 90분)의 분포를 보였고, 19, 60분 조건에서 가장 높은 전처리 효과를 나타내였는 바 이 때의 리그닌 제거율은 98.2%로서 거의 대부분이 추출되었으며 72시간 효소 가수분해 결과 생성된 전체 환원당 농도는 43.9g/1였고 전화율(당화율)은 83.4%였다. 이때 전체 환원당중 glicose의 농도는 36.2g/l로 82.5%를 차지하였다. 산촉매(HCL)를 사용하였을때는 무촉매에 비해 13.13.45%의 낮은 목분수율을 보였고 16.5313.15%의 높은 리그닌 제거율을 나타내었다. 가장 높은 당화율은 17, 60분에서 전처리한 것으로 59.1%였다. 따라서 산촉매하에서의 당화율이 무촉매의 경우보다 훨씬 낮아 산촉매가 부적합함을 보였다.

The effect of the pretreatment by solvent extraction on the saccharification of poplar (Populus euramencana) was studied. The solvent system was Phenol/H2O(Uncatalyzed)and Phenol/H2O/HCl catalyst system. When the poplar was pretreated by uncatalyzed system, the best result of the saccharification was total of 43.9 g/1 reducing sugar produced and 83.5% of carbohydrated conversion was obtained at 19, 60 minutes. Total wood yield and the lignin removal were 46.3% and 98.2% respectively. The use of acid catalyst was unsuitable to increase he efficiency of saccharification.

The experimental study reported herein was to investigate to separation characteristics of a tangential flow membrane in a continuous recycle situation. Physical and dynamic analyses are performed on the membrane system in order to relate relevant variables to the capacity of separation. The results of separation process may be summarized by a proposed equation:Sh=A(Re.Sc.dh/L)1/3. It was shown also by the analyses that effective separation of sugar and cell was attainable by means of tangential membranes, thereby enhancing ethanol productivity in fermentation with continuous cell and substrate recycle.

인참 근 조직에 Agrobacterium rhizogenes strain A4를 접종하여 hairy roots 유도와 유도된 hairy roots의 배양 조건을 조사하였다. 48시간 배양된 균(2xA92bacteria/ml)을 접종하여 암조건(26pm1℃)하에서 배양하였을때 6-7주후 tumor가 형성되었으며, 10-12주후 hairy roots가 유도되었다. 근 년별 hairy roots 유도율은 5년근이 4, 6년근에 비하여 높았으며, 배지에 IAA, 2, 4-D, IBA 및 tryptophan 을 각각 첨가시켰을때 15-30mg/l tryptophan에서 tumor 및 hairy roots 유도율이 증가되었음을 나타내었다. 또한 유도된 hairy roots hormone-free인 RCM배지(sucrose 3%, pH 4.5)에서 배양하였다

Induction and culture of hairy roots from ginseng(Panax ginseng C. A. Meyer) roots discs by A. rhizogenes strain A4 were studied. After 6-12 weeks infected with A. rhizogenes tumor and hairy roots emerged from the root discs. The ratio of hairy root induction on root discs was higher in 5-year old than in 3, 4, and 6-year old ginseng. On treatment with IAA, IBA, 2, 4-D and tryptophan, hairy roots formation showed a significant increase at 15-30mg/1 tryptophan treated. Subsequently, hairy roots were cultured on hormone-free RCM medium(pH 4.5, sucrose 30g/1).