Earticle

In spite of the powerfulness for the simultaneous study of proteome expression and post-translational modification, 2-D PAGE has inevitable limitation to detect low abundant proteins. Since many of the low abundant proteins are likely to have very important regulatory functions in cells, separation and analysis of low copy number proteins is an important issue in proteome studies and challenge for 2-D techniques. Among various methods developed to detect low abundant proteins, electrophoretic protein prefractionation, chromatographic protein prefractionation, and subcellular fractionation are explained in this paper. Their practical strengths and weaknesses are also explained with current research trends.

녹차는 최근 많은 건강 식품으로 많은 관심을 받고 있는 물질이며 함암 및 항산화 효과, 면역체계 강화, 항혈전 효과, 피부암 예방, 심장병 예방과 콜레스테롤 예방과 같은 효능을 지닌 카테킨 화합물을 포함하고 있다. 본 연구에서는 녹차로부터 카테킨 화합물을 회수하기 위하여 용매 추출과 분배 방법을 사용하였으며 추출 시 용매, 시간과 온도에 따른 회수율을 비교하여 최적 추출 조건을 조사하였다. 실험 결과로부터 얻은 최적 추출 조건은 물 80℃에서 40분 동안 추출한후 카페인을 제거하기 위하여 클로로포름으로 분배를 실시하고 다시 에틸아세테이트로 분배를 실시하는 것이다. 에틸아세테이트 층에는 EGC, EC EGCG, ECG와 같은 카테킨 화합물이 분배되어 있다. 더 나아가서는 제조용 액체 크로마토그래피를 이용하여 항암 및 항산화 효과가 가장 좋은 EGCG를 얻을 수 있을 것이다.

Catechin compounds as anticancer and antioxidant were target materials from Korean Green Tea in this work. The methodologies of solvent extraction and partition were utilized to recover catechin compounds from green tea and the optimal experimental conditions were found by comparing the degree of recovery as solvent, extraction times and operating temperatures. The extract was partitioned with chloroform, which was best fit to remove caffeine after the extraction of green tea with 80℃ water for 40 min. Further, the resulting extract was partitioned in ethyl acetate layer to purify the catechin compounds of EGC, EC, EGCG and ECG. This experimental result could be extended to preparative HPLC to obtain EGCG on a commercial scale.

신문지와 같은 폐지의 적합한 전처리 방법을 조사하였다. 조사방법은 전처리 후 기질의 효소 가수분해에 영향을 미칠 수 있는 인자, 즉 회분의 양, 기질 크기와 잉크의 유무에 따른 효소 당화율을 측정하였다. 이 세 인자 중 잉크가 효소당화율에 미치는 영향이 가장 커서 잉크를 제거하는 방향으로 전처리 방법을 고안하였다. 먼저 섬유성 기질에서 성능이 입증된 percolation 반응기에 의한 전처리 방법을 사용하였다. 그러나 170℃에서 전처리된 기질은 잉크가 거의 제거되지 않았고 효소 당화율도 전처리하지 않은 기질보다 더 낮았다. 그래서 100℃이하의 낮은 온도에서 회분식 반응기를 사용하는 방법을 연구했는데 암모니아에 과산화수소를 첨가하여 진탕교반시키는 방법이 가장 효과적이었다, 이 방법의 효소 당화율은 전처리하지 않은 기질보다 약 20% 증가한 85%이어서 신문지와 같은 폐지의 전처리에 아주 효과적이었음을 알 수 있었다. 이와 같은 높은 당화율은 암모니아에 첨가한 과산화수소가 잉크제거와 기질을 팽윤시키는 작용을 하기 때문이라고 생각된다.

A pretreatment method to increase enzymatic digestibility for waste paper such as newspaper was investigated. Ash content, substrate size and printed ink were considered to be factors that affect on enzymatic hydrolysis. The effect on enzymatic digestibility of varying these factors were measured. Printed ink had the highest effect of the three factors, so a method was developed to remove the ink during pretreatment. First, a pretreatment process using a percolation reactor was tried. The digestibility of the substrate pretreated at 170℃, however, was less than that of the untreated substrate because only small portion of ink was removed. Therefore, a batch type process operated at less than 100℃ was devised. Of several schemes, a method using ammonia-hydrogen peroxide mixture on a shaking bath proved most effective. The digestibility obtained from this method was about 85% -- approximately 20% greater than the untreated substrate. This proves the pretreatment method was very effective in treating waste paper. The high digestibility obtained from this pretreatment is probably due to the effects of the hydrogen peroxide that can enhance ink removal and substrate swelling.

생물 공정에서 암모니아 농도를 제어하기 위해 NN 제어기를 개발하였고 기존의 PID 제어기와 비교하였다. 특히, 생물반응기내 암모니아 농도를 온라인 모니터링하기 위해 암모니아-FIA 장치를 사용하였으며 이 장치의 분석 오차, 분석 시료의 체류 시간 등의 제어 특성에 대한 영향을 computer simulation을 통해 비교, 고찰하였다. 또한, computer simulation에 의해 생물공정에 적합한 인공 신경망 제어구조를 고찰하였고 3-2-1 구조의 NN 제어기가 PID 제어기보다 우수함을 알 수 있었다. 3-2-1 구조의 NN 제어기를 이용하여 모사 생물공정 및 yeast 발효공정에서 암모니아 농도를 제어하여 그 특성을 고찰하였다. 본 연구로부터 미생물의 비선형성장 특성을 가진 생물공정에서 기질의 농도를 제어하기 위해서는 3-2-1 구조의 인공 신경망 제어기가 적합함을 알 수 있었다.

Concentrations of ammonia in biological processes were controlled by PID controllers and also neural network based controllers (NN controllers). A flow injection analysis system has been used to on-line monitor the concentrations of ammonia in a bioreactor. The effect of the analysis error and the residence time of samples on the control performance were studied. The optimal neural network structure was investigated by using computer simulation and found to be a 3(input layer)-2(hidden layer)-1(output layer). The NN controller is often time consuming, but it has advantage over the PID controller in sensitivity. The 3-2-1 NN controller has been applied to control the ammonia concentrations in a simulated bioprocess and also a real cultivation process of yeast. The good control performance showed that the 3-2-1 NN controller based on the FIA system can be used to control the concentration of substrates in biological processes very well.

본 연구에서는 생물공정에서 주요 기질로 이용하는 글루코오스와 전분을 온라인 모니터링하기 위하여 GOD, AMG를 이용한 흐름주입분석(Flow Injection Analysis : FIA) 기술을 개발하였고, 효소활성 변화를 비교, 고찰하였다. 특히, epoxy 고분자 담체에 고정화된 GOD-FIA와 AMG/GOD-FIA 장치의 성능을 조사하였고, FIA의 조작온도, pH, 운반용액의 첨가제, 염 그리고 각종 신진대사물질의 고정화된 GOD, AMG의 활성에 대한 영향을 고찰하였다. GOD-FIA와 AMG/GOD-FIA장치를 이용하여 소형 반응기내 글루코오스와 전분의 농도변화를 온라인 모니터링하였다. GOD-FIA에 의한 온라인 모니터링 결과는 오프라인 분석과 비교적 잘 일치하였으며, AMG/GOD-FIA에 의한 전분 농도의 온라인 모니터링은 단일 효소 반응기를 사용한 경우 두 개의 효소 반응기를 사용한 경우보다 더욱 효과적임을 알 수 있었다.

The on-line monitoring technique for the concentrations of glucose and starch by FIA(Flow Injection Analysis) system was studied. Glucose oxidase(GOD) and amyloglucosidase(AMG) were immboilized on VA-Epoxy carrier and integrated into the FIA system. The pH, buffer flow rate and temperature were optimized and the effects of salts and metabolites dissolved in the sample on the activity of immobilized enzyme were investigated. GOD-FIA and AMG/GOD-FIA were applied for the on-line monitoring of the glucose and starch in a simulated bioprocess. The on-line measurements of glucose concentrations by GOD-FIA agreed with off-line data well and the AMG/GOD-FIA with single cartridge system took an advantage over the FIA system with two separated cartridges for the on-line monitoring of starch concentrations.

분리 균주는 운동성을 갖는 그람 음성 간균으로서 catalase 양성 반응을 보였으며, citrate, mannitol, sucrose, frutose, trehalose 등을 이용하였다. Biolog test 결과, 분리 균주는 Burkholderia(Pseudomonas) cepacia인 것으로 동정되었으며, 85.5%의 유사성을 나타내었다. 분리 균주의 최적 온도와 pH는 각각 30℃, 7.0이었으며, pH 4.0-8.0의 넓은 범위에서 성장이 가능하였다. 그리고 분리 균주의 유기물의 영향을 알아본 결과는 thiosulfate 배지에 yeast extract를 유일한 탄소원으로 혼합하여 첨가하면 thiosulfate와 yeast extract중 하나가 성장 제한 인자가 될 것이며 제한 인자 중 하나의 농도를 증가시키면 세포 성장에 따른 균체량이 증가하였다. 본 실험에서는 유기물로는 glucose 보다 yeast extract를 첨가했을 때가 증식 속도와 황산화 속도가 높게 나타났다. Thiosulfate 농도에 따른 분리 균주의 황산화 속도를 Limeweaver-Burk로 직선화하여 구한 최대 비증식 속도와 최대 황산화 속도는 각각 0.56 h-1과 0.18 g-S/L․h로 나타났다. 결과는 황 산화 속도는 기질 농도가 증가함에 따라 완만하게 증가하여 0.12 M에서 0.2 g-S/L․hr에 도달하였으나 0.16 M에서는 급격하게 감소하였다. 분리균의 황화 수소 제거능을 조사하기 위하여 각 flow rate에 따른 최대 제거 속도는 Vm과 K Cln/R과 Cln의 그래프를 이용하여 Hanes-Wolf 식을 통하여 구했다. 즉, 그래프의 기울기와 Y절편으로부터 계산한 flow rate 12 L/h에서의 황화 수소에 대한 Vm과 Ks는 각각 6.25 g-S․cm3․h-1과 22.88 ppm이다. 높은 flow rate에서의 제거 효율과 제거 용량은 역 경향이 나타났다. 이것은 mass transfer 효과 즉, 확산제한에 기인한 것이지 미생물의 효소 활성의 제한에 의한 것은 아니다(19). 따라서, biofilter내로 고농도의 황화 수소가 유입 될 때 황화 수소 가스의 flow rate를 줄이든지 또는 적절한 제거 용량에 도달하기 위해 충진물의 부피를 증가할 필요가 있다.

A bacterium was isolated from soils in Suwon, Korea for the purpose of H2S removal using a biofilter system. The isolate was gram-negative, rod-shaped, catalase-positive, motile, and the isolated bacterium showed a positve in utilizing energy sources including citrate, mannitol, sucrose, fructose, and trehalose. Based on its biochemical characteristics it was identified as Burkholderia(Pseudomonas) cepacia. The specific growth rate of cell and generation time, cell productivity of the bacterium in thiosulfate medium containing yeast extract were 0.15 hr-1, 4.6 hr, and 8.05 mg/Lㆍh, respectively. The isolate reached the stationary phase of cell growth after 21 hr in incubation period. The optimum pH and temperature for the growth of the bacterium were 7.0 and 30℃, respectively. The pH range for the growth of B. cepacia was 5.0-8.0. The maximum rate of sulfur oxidation was 0.18g-S/L․h. The oxidation rate of thiosulfate was maintained up to 0.12 M of thiosulfate. Thereafter, the oxidation rate was significantly reduced. Both cell growth rate and sulfur oxidation rate of Burkholderia(Pseudomonas) cepacia were enhanced about 1.5times by the supplement with 0.2% yeast extract. Subsequently, B. cepacia cell was immobilized with Ca-alginate and investigated its ability of removal of hydrogen sulfide. The maximum removal rate for H2S was 6.25 g․cm-3․h-1 when the sulfide was supplied at 12 L/h of flow rate. From this study, we found that the immobilized B. cepacia may be a potential candidate for H2S removal.

L-lysine의 생산을 Corynebacterium glutamicum SH35을 이용하여 유가식 배양법과 연속 배양법으로 수행하였다. 유가식 배양에 의한 lysine 생산을 조사한 결과 최종 발효액 중의 lysine 농도는 129.2 g/L, lysine 수율 및 productivity는 각각 47%, 3.08 g․L-1․h-1이였다. Single-stage 연속 배양에서 dilution rate에 따른 균의 생장 및 lysine 생산을 조사한 결과, critical dilution rate은 0.100 h-1으로 이때 균체농도(OD610)는 67, lysine 농도는 44.0 g/L 그리고 lysine 수율 및 productivity는 41%, 4.39 g․L-1․h-1이고 lysine 연속배양 시 최적의 dilution rate이였다. 또한 lysine 생산을 위한 medium reservoir 내의 최적 탄소원 농도, 최적 질소원(ammonium sulfate) 농도 및 최적 pH는 각각 108 g/L, 25 g/L 및 6.9이었다. 유가식배양법과 single-stage 연속 배양법에 의한 lysine 생산에서, productivity는 유가식 배양의 경우 3.08 g․L-1․h-1인 반면, 연속 배양에서는 4.39 g․L-1․h-1로 유가식 배양법에서보다 약 1.4배 정도 증가하였다. 연속 발효 공정을 통해 생산 역가의 향상은 있었으나, lysine 농도와 수율이 낮아 이에 대한 해결책으로 two-stage 연속 배양 방법을 수행하였다. 그 결과, 연속 배양 발효 수행시보다 lysine 농도는 2배 정도 증가하였으며, lysine 수율은 46%로서 유가식 배양과 비슷한 정도로 얻어졌다. 이러한 실험 결과로 미루어 lysine 생산 역가 향상을 위한 방법으로 two-stage 연속배양의 산업적인 이용가능성이 있을 것으로 사료된다.

Fed-batch culture, single stage and two stage continuous cultures of Corynebacterium glutamicum SH 35 for the production of L-lysine were performed and compared. In the case of fed batch culture, L-lysine concentration, L-lysine yield and L-lysine productivity was 129.2 g/L, 47.0% and 3.08 g/L/h, respectively. In a single-stage continuous culture, optimum dilution rate and pH was 0.1 h-1 and 6.9, respectively, and optimum concentration of sugar and ammonium sulfate in a medium reservoir was 108 g/L and 25 g/L, respectively. Under the optimized conditions, 67 of cell concentration(OD610), 44.2 g/L of lysine concentration, 41% of L-lysine yield and 4.39 g․L-1․h-1 of L-lysine productivity were obtained. In a two-stage continuous culture, optimum dilution rate was 0.075 h-1. Under the conditions, 103 of cell concentration(OD610), 84.0 g/L of L-lysine concentration and 46% of L-lysine yield were obtained.

국화과에 속하는 다년생 초본식물인 민들레가 Agrobacteria에 대한 숙주로서의 가능성을 조사하고 여러 가지 유용한 유전자를 민들레로 도입시키기 위해, 민들레잎 절편을 pBI121으로 형질전환된 Agrobacterium tumefaciens LBA4404와 10분 동안 공동배양하여 형질전환시킨 후, 1 μM IAA, 1 μM BA, 50 μg/mL Km과 100 μg/mL Cb이 함유된 MS 배지에서 약 2주 후에 multiple shoot를 유기시켰다. 유기된 shoot로부터 유식물체를 얻었으며, 형질전환을 확인하기 위해 GUS활성을 측정한 결과 양성 반응을 보였다.

Genetic transformation in dandelion (Taraxacum mongolicum Hand.) was studied. We used for transformation by Agrobacterium tumefaciens strian LBA4404 harboring a binary vector pBI121 carrying the CaMV 35S promoter-GUS gene fusion used as a reporter gene and NOS promoter-NPTⅡ gene as a positive selection marker. To obtain transformed plants, leaf explants of dandelion were cocultured with Agrobacterium tumefaciens LBA4404 for 10 mins, then transferred to MS medium containing 1 μM IAA, 1 μM BA, 100 μg/mL carbenicillin and 50 μg/mL kanamycin sulfate. After two weeks of subculture of the explants, kanamycin-resistant shoots were formed on explants survived. When subjected to GUS histochemical assay, all of the regenerants showed the GUS-positive responses. Plantlets were be transformed to soil for further growth.

숙지황 물추출물로부터 분리된 fractionⅢ(RG-Ⅲ)의 항돌연변이원성의 기작을 E. coli GW, B/r 균주를 이용하여 조사하였다. SOS 유도를 반영하는 β-galactosidase 활성이 E. coli GW1060, 1103, 1107, 1105에서 증가되지 않았다. RG-Ⅲ는 RecA 단백질의 합성을 증폭시키거나 LexA 산물의 분해를 저해하지 않았으므로 SOS 두 기능의 발현에 영향을 미치지 못했다. 따라서 DNA 수복의 경로가 다른 E. coli B/r 변이주를 사용하여 4NQO와 MNNG에 대한 세포내 항돌연변이원성과 생존효과를 조사하였다. ZA159(uvrB, chl)를 제외한 WP2, WP2s, WP67, CM561, CM611에서 RG-Ⅲ는 4NQO에 대한 생존력을 미약하게나마 증가시켰으나, 이러한 생존력 재활성을 수복모드에 의해 설명할 수는 없었다. WP2, WP2s, WP67, CM561, CM611에서, RG-Ⅲ는 MNNG로 유도된 돌연변이원성과 치사력을 증가시킴에도 불구하고 ZA159(uvrB, chl)에서는 감소시켰다. 4NQO에 대한 세포내 항돌연변이원성과 세포외 항돌연변이원성을 비교하였을 때 시험한 E. coli B/r 균주에서 4NQO의 변이원성을 두드러지게 억제하였으나 ZA159(uvrB, chl)에서는 상승효과가 상대적으로 감소되었다. 이러한 결과들은 RG-Ⅲ가 4NQO의 변이원성을 방어하는 차단제임을 시사하며, chl 산물의 기능과 유사한 작용을 하는 것으로 사료된다.

The antimutagenic mechanism of the fraction Ⅲ(RG-Ⅲ) separated from the water extract of Rehmannia glutinosa was investigated by Escherichia. coli GW and B/r strains. RG-Ⅲ treatment did not affect the β-galactosidase activity of E. coli GW1060, 1103, 1107 and 1105. These results indicated that RG-Ⅲ did not induce RecA protein amplification and did not also prevent the proteolytic cleavage of LexA. The bio-antimutagenicity and survival effect of RG-Ⅲ on 4-nitroquinoline 1-oxide(4NQO), N-methyl-N-nitro-N'-nitrosoguanidine(MNNG) were investigated by E. coli B/r strains which have different pathway of DNA repair. RG-Ⅲ slightly increased the survival of 4NQO-treated WP2, WP2s, WP67, CM561, CM611 cells, but the reactivation of survival cannot be explained by the repair mode. RG-Ⅲ caused the decrease of mutagenicity and lethality treated with MNNG in ZA159 despite of the increase in WP2, WP2s, WP67, CM561, CM611. Compared with bio-antimutagenic effects of RG-Ⅲ on 4NQO, greatly increased antimutagenic effects of RG-Ⅲ were observed with all the E. coli B/r strains tested, but less active in ZA159. These results suggest that RG-Ⅲ was identified as a blocking agent for preventing the 4NQO induced mutagenesis, and may act as chlproducts.

2차원 형광센서를 이용하여 생물공정을 모니터링하는 기술에 관해 연구하였다. 기존의 광학센서에 비해 2차원 형광센서는 발효공정의 중요한 변수들을 동시에 모니터링하는데 사용될 수 있다. 본 연구에서는 2차원 형광센서를 이용하여 재조합 E. coli, A. terreus 및 T. vulgaris 등의 발효공정을 모니터링하고 미생물의 성장과 생성물의 생성에 대한 형광 스펙트럼의 변화를 정성적으로 비교, 고찰하였다. 2차원 형광센서는 발효공정 이외에도 생물화학반응 및 분리공정에도 쉽게 사용할 수 있고 생물공정의 최적화를 도모하는데 이용될 수 있다.

This work presented the monitoring technique of biological processes by a 2-dimensional fluorescence sensor. The 2-dimensional fluorescence sensor can be used to monitor some important variable during cultivation processes simultaneously. In this study we have monitored fermentation processes of a few microorganisms such as recombinant E. coli, A. terreus and T. vulgaris. and investigated the changes of the fluorescence spectra in the fermentation processes qualitatively. The 2-dimensional fluorescence sensor can be also used to monitor biochemical reactions and separation processes and applied for the optimization of biological processes.

Sepharose CL-6B의 기능기를 aldehyde기로 활성화시킨 후 urokinase와 공유결합 시켜 고정화하는 방법을 6 mL 규모에서 250 mL 규모로 스케일업한 결과 고정화 수율 및 고정화된 UK에 의한 절단반응 수율 등에서 스케일업 전후의 결과에 차이가 없었다. 따라서 위의 고정화 방법의 scale-up 효능은 매우 우수한 것으로 나타났다. hGH와 GST 절편으로 구성된 융합 단백질의 고정화 UK 칼럼에 의한 절단 반응 후 용출액의 pH를 3.5로 낮춤으로써 이물질들을 침전시키고 이를 expanded bed chromatography 칼럼에 통과시킨 결과, 이물질들의 제거와 hGH 단량체의 흡착분리가 동시에 이루어졌다. 흡착된 단량체는 NaCl에 의해 용출되었으며 이 단계의 수율은 거의 100%이었다. 따라서 칼럼에 의한 절단 반응과 산 침전에 의한 이물질 침전 반응, EBA에 의한 이물질 제거 및 단량체 회수 반응을 연속적으로 진행할 수 있는 기초를 제시하였다. 또한 고정화된 UK는 guanidine HCl(6 M)을 이용하여 unfolding시키고 이를 세척하여 refolding 시킨 결과 20회의 반복적인 처리 후에도 초기 활성의 약 80% 수준을 유지하였다. 이는 UK가 공유결합된 상태에서 solid-phase refolding이 가능하다는 증거이며, 고정화 효소 칼럼의 수명을 크게 향상시켜 경제성을 확보하는 방안으로 이용될 것으로 기대된다.

We scaled up a covalent immobilization system of urokinase to the activated Sepharose and used it repeatedly to cleave a fusion protein consisting of human growth hormone and GST fragment. After scale up from 6 ml to 250 mL, the column system still demonstrated basically the same performance in terms of urokinase immobilization and fusion protein cleavage. When the column was washed with 6 M guanidine HCl after the cleavage reaction, the immobilized urokinase showed no activity probably because it was fully unfolded. However, as the denaturant was gradually removed from the column the immobilized urokinase fully regained its bioactivity, which indicated it was properly refolded into its native conformation as covalently attached to the solid matrix. After 20 cycles of this 'solid-phase unfolding/refolding', the immobilized urokinase maintained approx. 80% of the initial bioactivity. This method provides an efficient protocol to apply the solid-phase refolding technique to improve the longevity of immobilized enzyme columns.

생분해성 합성고분자인 PLA와 천연고분자 물질인 tamarind gum과 levan을 불용화시킨 다당 아세테이트를 solvent evaporation방법을 통해 약물(indomethacin)이 포함된 미세구를 제조하였다. PLA 미세구의 경우, 약물의 방출속도는 함유된 약물의 양에 따라 달라졌으며 담체의 비율이 증가할수록 약물의 방 출이 지연되었다. 다당 아세테이트를 이용해서 제조한 미세구의 경우에도 방출지연 효과가 있었다. 이러한 점들을 고려해볼 때 본 실험에서 사용한 생분해성 고분자 미세구들이 방출지연담체로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.

The preparation, characterization and drug release behaviour of drug(indomethacin) loaded Poly(L-lactic acid)(PLA), tarmarind acetate and levan acetate microspheres were investigated. Hydrophobic tarmarind acetate and levan acetate were prepared by chemical modification of hydrophilic tarmarind gum and levan and microspheres were made by a solvent evaporation method. In the case of poly(L-lactic acid) microspheres, drug release rate was effected by polymer-drug ratios and drug release was sustained by increasing of polymer content. The yield of microspheres were effected by many factors and the mean size was below 1 μm. The IND release profiles from tarmarind acetate and levan acetate microspheres were more slightly less than poly(L-lactic acid) microspheres.

TCE 및 TCE 분해산물의 높은 독성으로 인하여 TCE 분해효소 및 세포 불활성화가 일어나서 장기간 안정되게 반응기운전이 어렵다는 단점을 극복하고, TCE와 성장기질사이의 경쟁적 저해관계로 인한 처리효율 감소도 막기 위하여 TCE 분해단계와 세포 및 효소 재활성화 단계를 구분시킨 2단계 CSTR/TBF 시스템을 개발하였다. B. ceapcia G4를 분해 미생물로 사용하였으며, 탄소원인 phenol과 공기 및 배지가 연속적으로 공급되는 CSTR에서 효소 및 세포 재활성화를 도모하고, TBF에서는 폐가스에 포함된 기상의 TCE를 공기와 함께 공급하여 B. ceapcia G4 미생물막에 의해 TCE가 분해되도록 구성하였다. 2단계 CSTR/TBF 시스템은 유입 TCE 농도가 15 ppmv까지도 100% 수준의 처리 효율을 보여주었으며, 고농도의 TCE를 안정적으로 장기간 처리할 수 있었다.

In this paper, we developed and operated a two-stage continuous stirred tank reactor (CSTR) / trickling biofilter (TBF) system for the long-term continuous treatment of trichloroethylene (TCE) using Burkholderia cepacia G4. In this reactor system, CSTR with cell recycle from TBF was coupled to the TBF for the reactivation of the cells deactivated during TCE degradation. The critical elimination capacity was determined to be 25.3 mg TCE/L․day and the reactor has been stably operated for more than 1 months, which clearly represented that CSTR/TBF system can be used for long-term treatment of TCE.

균사형성 미생물에 의한 항생물질의 대량생산은 적절한 산소공급이 요구되며, 산소전달속도는 생산성에 영향을 미치는 속도제한단계이다. 그러므로 발효에 이용하기 위해 Streptomyces avermitilis와 같은 균사형성 미생물 배양액에서의 산소전달계수를 측정하였다. 그러나 회분식 배양에서 kLa 측정을 위한 적절한 용존산소 유지가 어려웠으며, 이를 극복하기 위해서 유가식 배양을 도입하였다. 배지의 단계적 공급으로 미생물의 성장속도를 조절할 수 있었고, 낮은 교반속도에서도 적정용존산소의 유지가 가능하였으며, 결과적으로 kLa 측정도 용이하였다. 7 g/L이하의 낮은 균체량에서는 350 rpm의 교반속도가 교반효율과 전단응력을 고려했을 때 가장 적절한 조건임을 알 수 있었다. 그러나 균체가 증가할수록 배양액 점도가 증가하여 혼합이 효과적이지 못한 이유로 더 높은 교반속도가 필요하였다. 통기량의 증가에 의한 kLa 증가율은 건조균체질량이 고 농도 일수록 미미하였다. 그러므로 높은 균체농도에서는 이차대사산물에 영향을 주지 않는 범위에서 교반속도를 증가하여 용존산소 농도를 조절하는 것이 통기속도의 조절보다 더 효율적 일 것으로 판단되었다.

The large-scale production of antibiotics by filamentous mycelial organism requires an adequate supply of dissolved oxygen. In terms of productivity, it means that oxygen transfer is the rate-limiting step. Therefore, the oxygen transfer coefficients(kLa) were determined in a broth involving a filamentous mycelial organism such as Streptomyces avermitilis for use in fermentations. To determine kLa in a stirred vessel, a great deal of effort is required to provide all the cells with a sufficient oxygen supply. To overcome the oxygen limitation in a batch culture, a fed-batch culture was applied to control the growth rate by an intermittent supply of nutrients. Thus, it was possible to maintain a suitable dissolved oxygen concentration at a low agitation rate. The optimal agitation speed was 350 rpm at low cell concentrations (below 7 g/L) by considering the efficiency of agitation and shear stress. The kLa was found to decrease from 64.26 to 29.12 hr-1 when the biomass concentration was increased from 9.82 to 12.09 g/L. In addition, an increase in viscosity was also observed during the growth phase. By comparing the kLa values for the various agitation and aeration rates, it was found that the effect of an increase in kLa by aeration was reduced dramatically at high biomass concentrations. However, this effect was not observed when altering the agitation rate. This suggests that controlling the dissolved oxygen concentration by altering the agitation rate was more efficient than increase the aeration rate.

커들란은 용액의 pH 7.0에서 salt 상태로 존재하기 때문에 커들란만이 액상에 녹아있는 경우에는 분리공정은 원심분리를 함으로써 분리가 가능하다. 그러나, 세포외 다당류로 생산된 커들란은 세포, 염 등의 무기물이 섞여 있기 때문에 이러한 물질을 제거하는 것이 커들란 분리의 중요한 변수가 되었다. 커들란의 생산을 위한 분리에 관한 보고는 원심분리 방법을 이용한 것으로 알려져 있으며 세포 및 불순물 등을 제거하여 순수한 커들란을 분리하기 위해 pH swing separation(pH가 높은 경우 커들란이 용액에 녹는 성질을 이용)을 이용하였으나 원심분리를 수 차례 반복해야 되기 때문에 소요되는 동력이 많이 필요하여 에너지 절감형 및 오염절감형의 새로운 공정의 개발이 필요하게 되었다. 본 연구에서는 pH swing separation에서 동력비가 많이 드는 단점을 감소시키기위하여 커들란의 물리 화학적인 특성을 고려한 분리공정을 개발하였다. 향후 공정 개선을 위한 지속적인 연구가 필요하며 완성시 경제적인 공정을 개발하는 것이 가능할 것이다.

Curdlan is one of biopolymer composed of β-1,3-glucan and dissolved in a alkali solution but formed salt under neutral or acid condition. It was produced by Agrobacterium species and the separation process is necessary to make pure curdlan from the culture broth. The pH swing separation method was a feasible separation process using solubility changes with the pH difference. however, this method requires a lot of acid and alkali solution also produces a lot of waste. Therefore, an efficient process which could save energy and minimize toxic waste was developed. A density gradient separation process was developed in this research. High density sucrose solution was used as a separation agent. Curdlan was separated from the culture broth when the density of the sucrose solution was 1.15 g/L. Since the curdlan was produced on the surface of cell wall, the pre-treatment of culture broth was necessary. Curdlan recovery yield was increased up to 83% with the homogenization of the culture broth and further increased up to 87% with the treatment of alkali-acid solution.