Earticle

본 연구에서는 홍국균 (Monascus pilosus)을 이용하여 이차대사산물인 monacolin-K를 대량생산하기 위하여 탄소원 또는 질소원으로 콩 분말을 기질로 하여 배지를 최적화하고자 하였다. 생산배지에서 탄소원으로 콩 분말을 적용한 실험에서는 soluble starch대신에 콩 분말을 전량 또는 50% 대체하였을 경우 전 실험구간에서 monacolin-K 생산량이 대조구의 50% 미만으로 생산되거나 전혀 생산되지 않았다. Soluble starch 대신에 sucrose를 사용한 실험의 경우 monacolin-K와 건조균체량은 각각 262 mg/L, 31.6 g/L로 대조구의 218 mg/L, 30.2 g/L보다 생산량이 증가하였다. 따라서 생산배지의 탄소원으로 sucrose를 변경하였다. 생산배지의 질소원으로 사용하는 yeast extract (15 g/L), malt extract (40 g/L), beef extract (30 g/L) 대신에 3종류의 콩 분말로 대체 실험을 한 결과, 대조구에서 monacolin-K는 262 mg/L를 생산되었고, yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 사용한 실험구에서는 monacolin-K를 215 mg/L을 생산되어 가장 좋은 결과를 냈다. 따라서 생산배지에 yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 적용하기로 하였다. Plackett-Burman Design 실험계획법에 의한 실험결과 monacolin-K의 생산에 영향을 미치는 인자는 yeast extract, beef extract, (NH4)2SO4 순으로 영향을 주는 것으로 나타났다. Monacolin-K 생산에 영향을 미치는 주요인자 3가지로 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 수행한 결과 최적배지조성은 sucrose 96 g/L, DSM 7.5 g/L, yeast extract 8.4 g/L, (NH4)2SO4 12.0 g/L, malt extract 40 g/L, beef extract 26.7 g/L, Na2HPO4 0.5 g/L, L-Histidine 3.0 g/L, KHSO4 1.25 g/L 이고, monacolin-K 생산 예상량은 369.9 mg/L 이었다. 최적배지를 이용하여 홍국균을 27℃, 200 rpm 조건에서 플라스크 배양 한 결과 monacolin-K 생산량과 건조균체량은 각각 418 mg/L, 27.1 g/L이었다. 결과적으로 monacolin-K 생산과 균체량의 감소 없이 콩 분말을 이용한 배지성분의 변화는 어느 정도 가능함을 알 수 있었다. 현재 알려진 고가의 질소원을 대체하기 위해서는 초기부터 균의 형태구조에 영향을 미치는 배지와 발효환경을 고려하여야 할 것으로 판단되었다.

During the last decade, monacolin-K biosynthesized by fermentation of red yeast rice (Monascus strains) was proved to have an efficient cholesterol lowering capability, leading to rapid increase in the market demand for the functional red yeast rice. In this study, the production medium composition and components were optimized on a shake flask scale for monacolin-K production by Monascus pilosus (KCCM 60160). The effect of three different soybean flours on the monacolin-K production were studied in order to replace the nitrogen sources of basic production medium (yeast extract, malt extract and beef extract). Among the several experiments, the production medium with dietary soybean flour to replace a half of yeast extract was very good for monacolin-K production. Plackett-Burman experimental design was used to determine the key factors which are critical to produce the biological products in the fermentation. According to the result of Plackett-Burman experimental design, a second order response surface design was applied using yeast extract, beef extract and (NH4)2SO4 as factors. Applying this model, the optimum concentration of the three variables was obtained. The maximum monacolin-K production (369.6 mg/L) predicted by model agrees well with the experimental value (418 mg/L) obtained from the experimental verification at the optimal medium. The yield of monacolin-K was increased by 67% as compared to that obtained with basic production medium in shake flasks.

본 연구는 폴리우레탄을 담체로 사용하고 자동교반장치가 장착된 pilot-scale의 바이오필터 (1750 mm W×2750 mm L×2000 mm H)를 제약공정 현장에 설치하여 74일간 막힘현상 등 제반 문제없이 성공적으로 가동하였으며 제약공정에서 발생하는 가스에 함유된 핵산과 알코올류로 구성된 휘발성 유기물질 (VOC)과 악취를 효율적으로 제거하였다. VOC 유입농도의 변화가 비교적 심한 조건임에도 불구하고 체류시간 12.8~24.8초의 가스공급조건에서 알코올류는 가동 5일후부터 90% 이상 100%에 근접하는 제거율을 보였고, n-핵산은 16일정도의 적응기를 지나서 평균 89%가 제거되었고 그 후 더욱 제거율이 증가하였다. 악취 또한 20일 이후부터는 95% 전후한 높은 제거효율을 나타내었다. 향후 적응기간 단축 등의 내용을 다소 보완하여 현장에 실규모 (full scale)로 적응이 가능할 것으로 사료된다.

A pilot-plant biofilter (1750 mm W×2750 mm L×2000 mm H) packed with polyurethane foam (20 mm W×20 mm L×20 mm H) was installed in an pharmaceutical plant emitting gas streams containing n-hexane and alcohols. The biofilter was successfully operated for 74 days under highly fluctuating incoming concentrations at a residence time of 12.8-24.8 sec. Alcohols and n-hexane were removed by more than 90% from 5 and 20 days after start up, respectively. Malodor was also removed more than 95% from 20 days after start up.

효율적인 UDP-glucose regeneration system을 구축하기 위해서 재순환 시스템에 관여하는 4가지 효소 (UDP-glucose pyrophosphorylase, UDP-Kinase gene, UDP-galactose 4-epimerase, and ß-1, 4-galactasyltrasnsferase)들을 E. coli AD202에서 발현시켜 Disaccharide 합성 정도를 보았다. Disaccharide는 0.5 mM IPTG 농도에서 가장 높은 농도를 나타내었다. 대조구와 비교한 결과 LacNAc 농도는 1.34 mM로 10배 정도 정가하였고, lactose 농도는 0.39 mM로 대조구보다 2.6배 증가하였다. 총 disaccharide 농도는 1.73 mM 이며, 대조구 보다 6.5배 높은 생산성을 보였다. 본 논문은 결과는 metabolic flux regeneration으로 disaccharides 합성을 증가시킬 수 있다는 것을 보여주었다.

UDP-glucose regeneration system using metabolic engineeringis unique and efficient strategy for oligosaccharide synthesis. To exploit the efficient UDP-glucose regeneration system, we introduced four enzymes, which would be important in partitioning the flux of UDP regenerationsuch as UDP-glucose pyrophosphorylase, UDP-Kinase gene, UDP-galactose 4-epimerase, and ß-1, 4-galactasyltrasnsferase, into E. coli AD202. To determine the optimal expression level for UDP-regeneration, LacNAc concentration was compared depending on IPTG concentration. 0.5 mM IPTG induction showed the higher oligosaccharides synthesis. Using metabolic engineering under optimal IPTG induction, LacNAc synthesis of AD202/pQNGLU increased until 16 h and showed the 1.34 mM. This concentration is 10 times higher than that of control strain at same reaction time. Lactose of AD202/pQNGLU showed the maximum synthesis of 0.39 mM at 16 h and showed the 2.6 times higher than that of control strain.

본 실험에 사용된 균주는 유류에서 오염된 지역의 토양 시료로부터 직접 분리 하였는데, 이를 액체 배지에서의 성능 시험을 통해 효과를 확인 후 토양 column에 적용하였다. 토양 column에서의 JP-8 분해는 통기에 의한 자연적인 분해와 미생물에 의해 분해되는 것으로 나뉠 수 있다. 토양 내에 접종된 Rhodococcus fascians이 통기를 시키지 않을 경우에도 토양중의 JP-8의 농도가 감소하여 R. fascians의 JP-8 분해가 통기에 상관없이 이루어지는 것을 알 수 있었다. 통기를 시킬 경우 R. fascians를 접종한 경우에 토양중의 JP-8의 70%가 분해되었다. 토양에서 R. fascians의 생장에 작용할 수 있는 질소원을 첨가한 경우 JP-8의 분해율이 75%로 증가하였다. R. fascians에 의한 JP-8의 분해는 세포의 생장과 밀접하게 관련이 있어서 JP-8의 분해율 향상을 위해서는 R. fascians의 증가가 중요함을 알 수 있었다.

The environmental contamination by organic pollutants is a widespread problem. The most widely distributed pollution can be attributed to oil contamination. Bioremediation, the use of microorganism or microbial processes to degrade environmental contaminant, is one of the new technologies. The objective of the present study is to study the degradation of JP-8 in soil by microorganism. The degradation of JP-8 was analysed by TPH using gas chromatography. Rhodococcus fascians isolated from the petroleum contaminated site was applied for the degradation of JP-8 in the soil column system. Air flow rate of 30 ml/min was sufficient to degrade JP-8 in the soil column as much as 70% of JP-8 in the soil column. The addition of nitrogen source resulted in the increase in JP-8 degradability to 75% of JP-8 and the C:N ratio for JP-8 degradation was 100:10.

본 연구에서는 peroxidase 활성의 신속한 스크리닝을 위해 peroxidase의 활성을 정량적으로 평가할 수 있는 분석으로 agar plate와 96-well plate에서 peroxdase의 활성에 비례하여 색상감도를 측정할 수 있는 colorimetric 분석법을 개발하였다. 이 방법은 RP-HPLC 결과와 매우 비례적으로 상관적인 결과를 보였다. 이 colorimetric 분석법을 사용하여, 폐수에서 한천고체배지에서 7회에 걸친 스크리닝으로 높은 농도의 2,4-DCP(1000 ppm)에서 생존하는 균주를 스크리닝하였고 선별된 이들 균주들은 탄소원으로 2,4-DCP 만을 대사할 수 있으며 높은 peroxidase 생산량을 보였다. 분리된 균주들 중 높은 peroxidase 활성을 가지는 2,4-DCP 분해 균주를 분리하였고 최종 분리된 균주는 염색폐수의 COD를 4시간 동안 44%에서 61%까지 제거하였다. 상기의 결과에 의해 본 연구에서 개발된 발색법이 페놀화합물 분해 균주 스크리닝법이 빠르고 쉬운 난분해성 물질인 페놀 혼합물의 분해 균주 탐색에 대하여 성공적으로 적용될 수 있기를 기대한다.

Chlorinated phenols are widely used by the chemical industry as intermediate products in synthesis and previously were frequently applied to various industry fields. Peroxidases catalyze the peroxide-dependent oxidation of a range of inorganic and organic compounds. Peroxidase was shown to mineralize a variety of recalcitrant aromatic compounds and to oxidize a number of polycyclic aromatic and phenolic compounds. Among monomeric phenolic and nonphenolic compounds, peroxidase is known to oxidize its compounds. In this study, a colorimetric assay was developed to quantitatively evaluate the peroxidase activity for rapid screening. Color products of different intensity were developed proportionally to the peroxidase activity on agar plate and 96-well plate. This method correlates well with the RP-HPLC result. Using this screening method, 12 colonies of strain was screened which survived at high concentration of 2,4-DCP (1000 ppm) and with peroxidase activity for the 7th round screening step on agar plate. These strains were utilized 2,4-DCP as a sole carbon source and produced peroxidase. After the screening test, four of the bacteria have significant better effect of COD removal on dye waste-water. COD removal of these was from 44% to 61%, respectively.

수산가공 폐자원인 수산 자숙액의 산업적 활용 극대화 방안의 연구 일환으로 감마선 조사가 수산 자숙액 내 단백질 성분에 미치는 영향을 알아보기 위해 톳, 문어 및 참치 자숙액을 감마선 조사하여 단백질 정량 및 SDS-PAGE를 진행하였다. Lowry, BCA 및 Kjeldahl 법에 의한 단백질 정량 실험 결과 감마선 조사에 의해 수산 자숙액 단백질의 함량이 증가된 것으로 확인되었다. 또한 단백질 함량은 10 kGy이상에서는 선량에 따라 일정한 값을 가졌다. 이를 토대로 각각의 자숙액을 SDS-PAGE를 이용한 전기영동적 분리정도를 확인한 결과 감마선 조사에 의해 단백질의 응집과 저분자화가 관찰되었다. 이상의 결과를 볼 때 감마선 조사에 의해 수산 자숙액의 단백질 추출 효율이 증가한 것으로 판단되며 추후 감마선 조사에 의해 증가된 단백질의 동정 및 구조변화 등의 후속연구가 필요하다고 사료된다.

Although the seafood cooking drips were the byproducts from the fishery industry and being wasted, it had many nutrients including proteins. In this study, the effect of a gamma irradiation on the cooking drips from Hizikia fusiformis, Enteroctopus dofleni and Thunnus thynnus were investigated. The cooking drips were extracted with 70% ethanol solution, and the extracts were analysed for the protein concentration by three different methods of Lowry, BCA and Kjeldahl. The extracts were irradiated with different doses and the protein contents were compared with respect to the absorbed doses. Total content of the proteins was increased with increasing irradiation dose. The change of protein pattern in the irradiated cooking drips was also confirmed by SDS-PAGE analysis. These results shown that the proteins in cooking drips could be unfolded or aggregated by the irradiation. Therefore, gamma irradiation could be considered as an effective method for extracting useful proteins.

초임계수 처리를 통하여 얻어진 목질계 바이오매스 가수분해물을 이용한 바이오 에탄올 생산에 대하여 연구하였다. 초임계수처리 가수분해물은 바이오에탄올 생산을 위한 배지의 탄소원으로 사용되었다. 농축된 초임계수 처리 가수분해물 (SCW3)을 사용하여 효모를 배양하였을 때, 다른 두 가지 초임계수 처리 가수분해물 (SCW1, SCW2) 을 사용한 경우에 비하여 효모의 성장속도가 늦었다. 그리고 모든 경우에 0.51에서 0.56 (%, w/v)의 바이오 에탄올이 생산되었다. 그래서 농축된 초임계수 처리가수분해물 (SCW3)을 활성탄과 수산화 칼슘으로 전처리하여 페놀류 독성물질을 제거하였다. 활성탄 전처리가 보다 효과적으로 94.6%의 페놀류 화합물을 제거하였고, 바이오 에탄올도 0.96 (%, w/v) 생산 할 수 있게 하였고, 환원당을 기준으로 한 바이오에탄올 수율도 0.5에 이르렀다.

We investigated the bioethanol production using wood biomass hydrolysate which obtained from the supercritical water (SCW) treatment. SCW-treated hydrolysate was used C-source of culture medium in shaking flask culture for bioethanol production. When the concentrated SCW-treated hydrolysate (SCW3) was used, yeast cell growth was slower compared with those in other SCW-treated hydrolysate (SCW1, SCW2). In addition, the bioethanol productions were 0.51 to 0.56 (%,w/v) when SCW1, SCW2, and SCW3 were used. Therefore, we removed the toxic phenolic compound in SCW-treated hydrolysate by pretreatments of activated charcoal and calcium hydroxide. Activated charcoal reduced more efficiently the phenolic compounds in SCW3 by 94.6%. Finally, when we pretreated SCW3 by activated charcoal and this was used for bioethanol production, 0.96 (%,w/v) bioethanol was produced and the ethanol yield based on reducing sugar reached 0.5.

화석연료의 사용은 개발 한계성 및 고갈 그리고 지구온난화 등과 같은 심각한 문제를 지니고 있어 이를 극복하기 위해 환경친화적이고 재생 가능한 바이오에탄올이 대두 대고 있다. 현재, 공정의 최적화와 미생물 개발을 통한 생산 단가를 낮추기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 쌀보리, 현미, 옥수수, 절간의 국내산 원료를 바탕으로 각각의 원료의 최적의 전처리 조건을 탐색하여 원료별 특성을 파악하여 동시당화공정발효를 이용하여 에탄올을 생산하였다. 또한 에탄올 생산성과 수율을 높이기 위하여 당화효소를 UV-mutation을 통해 개발한 SGA와 기존의 당화효소인 GA를 비교하였다. 그 결과 모든 원료에서 SGA가 GA보다 우수한 당화력을 나타내어 에탄올의 생산성과 수율을 향상 시켰다. 특히 가장 큰 차이를 보인 현미의 경우 에탄올 최대 농도가 1.25배 증가하여 18.4 g/L가 향상되었다. 또한 최대 농도의 95%도달시간을 비교해 본 결과 GA는 88시간, SGA는 35.98시간을 기록하였다. 이는 SGA의 당화력이 매우 우수함을 입증해준 결과라 할 수 있다.

The bioethanol for use as a liquid fuel by fermentation of renewable biomass as an alternative to petroleum is important from the viewpoint of global environmental protection. Recently, many scientists have attempted to increase the productivity of bioethanol process by developing specific microorganism as well as optimizing the process conditions. In the present study, which is based on our previous investigation on the pretreatment process, theproductivity of bioethanol obtained from simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process was compared between various domestic materials including barley, brown rice, corn and sweet potato. Additionally, Solid glucoamylase (SGA; developed in Changhae Co.), from modified strain with UV, was used. The result was compared to commercial glucoamylase (GA). It was observed that the fermentation rate was increased together with the yield which can be derived from the final ethanol concentration. Especially, in the case of brown rice, compared to the experimental results using GA, the final ethanol concentration was 1.25 times higher and 18.4 g/L of the yield was increased. Also, the time required for reaching 95% of the maximum ethanol concentration is significantly reduced, which is approximately 36 hours, compared to 88 hours using GA. It means that SGA has excellent saccharogenic power.

국내산 라이밀을 이용한 바이오에탄올 생산을 위해 저온 전처리 공정을 도입하여 에탄올 생산성을 비교하였다. 라이밀의 경우 원료 특성상 증자 공정에서 점도 문제가 발생하는데, 이를 해결하기 위해 최적 전처리 조건을 탐색하였으며 이에 따른 에탄올 생산성을 비교하였다. 저온 조건과 점도 저하 효소를 사용함으로서 점도에 따른 발효 저해 현상 해결하였고 전처리 공정에 소요되는 전처리 공정비를 절감할 수 있었다. 또한 pH 조절(pH 4.5) 후 살균 처리 없이 바로 발효가 가능함을 확인할 수 있었다. 발효 초기 총당 함량은 148±2.0 g/L이었으며, 발효 72시간 이후 에탄올 생성 농도는 67.4±1.4 g/L, 톤당 에탄올 생산량은 410.9 L (dry base)로 효소 무첨가구보다 에탄올 농도와 톤당 수득량이 각각 15%, 20% 이상 증가하였다. 이와 같은 결과는 기존의 에탄올생산 공정과 비교하여 전처리 공정에 소요되는 시간을 30-50% 이상 줄일 수 있으며, 저온 공정에 따른 에너지 사용 절감 및 초기 시설 투자비를 줄일 수 있어 바이오에탄올 생산을 위한 대체 원료로 충분한 가능성을 보여 주었다.

The objectives of this study were to develope the economical process for bioethanol production from domestic triticale and investigate optimal fermentation conditions such as temperature, time, and enzyme concentration used to pre-treatment process. Triticale mash, containing 148 g of total sugar per 1 L of mash, was fermented with Saccharomyces cerevisiae CHY1011 at 33℃. Fermentation of mash supplemented with enzyme was completed within 48-60 hours, and the ethanol yield was 410.9 L/tonne of dry base. On the other hand, fermentation of mash without enzyme addition was completed within 36-48 hours, but the ethanol yield was 342.2 L/tonne of dry base. For optimal bioethanol production from triticale, viscosity reduction enzyme was added in the pre-treatment process, and the fermentation rate of triticale was 92.0-94.2%. In addition, the results showed that bioethanol production of triticale by low-temperature pre-treatment would provide higher ethanol production efficiency and lower operating costs.

원료물질인 대두유를 산가수분해하여 지방산의 함량을 분석한 결과 linoleic acid, oleic acid, palmitic acid, stearic acid의 함량순으로 분석되었다. 동일한 조건하에 대두유의 가수분해반응 전화율을 조사한 결과 Candida rugosa와 Candida cylindracea에서 유래된 효소인 CR-E와 CC-E가 Lipase 16, Novozyme 871과 Lipolase-100 L보다 2배이상 높았다. 따라서 CR-E와 CC-E를 선정하여 반응조건에 대한 실험을 수행하였다. CR-E와 CC-E의 경우 비슷한 결과를 보여, pH 3～6, 35-45℃, 물과 대두유의 중량비가 3.3 이상이었을 때가 최적인 반응조건이었으며 95% 이상의 높은 전화율을 나타내었다.

The hydrolysis reaction of soybean oil was conducted experimentally by various source enzymes. The analytical result of hydrolysate of soybean oil showed that the compositions were linoleic acid, olic acid, palmitic acid, and stearic acid in order. The enzymes CR-E and CC-E from Candida rufosa and Candida cylindracea had two hold or more hydrolysis conversions than those of Lipase 16, Novozyme 871, and Lipolase-100L under the same conditions. Therefore CR-E and CC-E were selected for further experiments. These two enzymes had similar ranges of optimun conditions as follows: pH 3-6, 35-45℃, and water to soybean oil ratio of 3.3 or above. They finally got conversions 95% above.

재조합 대장균으로부터 베타-카로틴을 추출/정제하고 정제된 베타-카로틴의 주름개선 성능을 평가하였다. 탈수 용매, 추출용매에 따른 추출량의 큰 변화는 발견되지 않았으나, wet-cell cake으로부터 추출한 경우가 dry cell로부터 추출한 경우에 비하여 2배 많은 양의 베타-카로틴이 추출되었다. 5 g의 wet-cell cake을 파쇄하고, 아세톤으로 탈수한 후, isobutyl acetate로 추출한 결과 36 mg의 베타-카로틴이 추출되었는데, 이는 61.2% 회수율에 해당한다. 베타-카로틴의 결정을 생성시키고 이를 분리한 결과 순도가 증가하였다. 재조합 대장균 배양액 2.5 L로부터 얻은 wet-cell cake 223 g의 탈수, 세포 파쇄 후 세포잔사물로부터 베타-카로틴 추출, 농축, 결정화 등을 통하여 최종적으로 순도 93%인 베타-카로틴 결정 633 mg을 얻었다. 사람섬유아세포 배양을 통하여 정제된 베타-카로틴의 세포 독성 및 콜라겐 합성에 미치는 영향을 조사하였다. 1.7 μM의 베타-카로틴을 첨가 시 세포에 독성을 거의 나타내지 않았으며 콜라겐 합성양은 첨가하지 않은 경우에 비하여 1.4배 증가하였다. 본 결과는 저 유독성 용매를 사용하고 기존보다 간단한 방법을 사용하여 재조합 대장균으로부터 고순도의 베타-카로틴을 정제할 수 있고 이를 기능성 화장품의 주름개선제로 사용될 수 있음을 시사한다.

This paper described the extraction/purification of β-carotene from recombinant E.coli and evaluation of anti-wrinkle activity of purified β-carotene. No significant differences in extraction yields were observed when hexane or isobutyl acetate was used. However, extraction from wet-cell cake resulted in 2-fold higher amount of β-carotene than that from dry cells. Disruption of 5 g-wet cells by ultrasonic homogenizer, acetone dehydration, extraction with isobutyl acetate resulted in 36 mg of β-carotene corresponding to 61.2% of recovery. The formation and separation of β-carotene crystal improved the purity. 633 mg of β -carotene crystal with 93% purity was obtained from 223 g/L of wet-cell cake harvested from 2.5-L fed-batch culture broth. The cultures of normal human primary fibroblast were performed to investigate the effect of β-carotene on cytotoxicity as MTT assay and anti-wrinkle activity as collagen synthesis assays. 1.7 μM of β-carotene was found to be optimal concentration at which 1.4-fold higher amount of collagen was synthesized than that in absence of β-carotene. This indicates that highly purified β-carotene can be obtained from recombinant E.coli by applying simple method with less toxic solvent and can be used in functional cosmetics as anti-wrinkle agent.

Monacolin-K는 Monascus sp.로부터 polyketide pathway를 통해 생합성 되는 이차대사산물로써 강력한 콜레스테롤 저하제로 알려져 있다. 본 연구에서는 monacolin-K의 생합성 경로에 대한 이해에 근거한 지속적인 rational screening을 통해 monacolin-K의 생산성을 향상시킬 수 있었는데 그 중에서 특히 monacolin-K 생합성에 관련된 전구체를 최적화된 생산배지에 첨가함으로써 monacolin-K 생산성이 대조군에 비해 눈에 띠게 증가하는 결과를 확인하였다. 황의 동화작용에서 cysteine이 여러 단계를 거쳐 S-adenosylmethionine (SAM)으로 전환된다는 연구결과와 더불어, SAM은 다양한 세포내에서 주된 methyl donor 역할을 하므로 monacolin-K 구조에 포함되어있는 많은 methyl기 역시 SAM으로부터 유래한다고 알려져 있다. 따라서 첨가한 cysteine이 SAM을 생합성하는데 이용된 것으로 보고 SAM을 생산균주 내에서 고농도로 생산한다면 monacolin-K 생산성이 증가할 것이라 기대하였다. 따라서 여러 균주에서 보고된 SAM synthetase 유전자를 cloning하여 생산균주 내로 도입함으로써 생산균주가 cysteine의 별도첨가 없이도 세포내에서 SAM을 고농도로 생산하도록 하여 monacolin-K의 생산성 향상을 꾀하고자 하였다. 이를 위해 염기서열이 밝혀진 균사형성 곰팡이인 Aspergillus nidulans로부터 SAM synthetase를 암호화하는 metK 유전자를 cloning하고 Monascus 유래의 gpdA promoter에 의해 발현되도록 하는 재조합 발현벡터 pBMmetK를 제작하였고 이를 생산균주 내로 도입하여 형질전환체와 대조군의 monacolin-K 생산성을 확인한 결과, 대조군에 비해 형질전환체에서 Monacolin-K 생산성이 약 3.3배가량 증가한 것을 관찰하였다. 이는 metK 유전자가 생산균주의 DNA 내로 삽입되어 안정적으로 발현됨으로써 세포내에서 많은 methyl 기를 제공함으로써 monacolin-K 생산성이 향상된 것으로 판단되며, 현재는 분자적 수준에서 이러한 형질전환체 내에서 metK 유전자의 발현 정도를 확인하는 중이다.

Monacolin-K is a strong anti-hypercholesterolemic agent produced by Monascus sp. via polyketide pathway. High-yielding mutants of monacolin-K were developed through rational screening strategies adopted based on understanding of monacolin-K biosynthetic pathway. Through the experiments for investigating various amino acids as putative precursors for the monacolin-K biosynthesis, it was found that production level of monacolin-K was remarkably increased when optimum amount of cysteine was supplemented into the production medium. We suggested that these phenomena might be related to the special roles of SAM (S-adenosyl methionine), a putative methyl group donor in the biosynthetic pathway of monacolin-K, demonstrating close interrelationship between SAM-synthesizing primary metabolism and monacolin-K synthesizing secondary metabolism. Namely, increase in the intracellular amount of SAM derived from the putative precursor, cysteine which was extracellularly supplemented into the production medium might contribute to the significant enhancement in the monacolin-K biosynthetic capability of the highly mutated producers. On the basis of these assumptions derived from the above fermentation results, we decided to construct efficient expression vectors harboring SAM synthetase gene (metK) cloned from A. nidulans, with the hope that increased intracellular level of SAM could lead to further enhancement in the monacolin-K production through overcoming a rate-limiting step associated with monacolin-K biosynthesis. Hence, in order to overcome the plausible rate-limiting step associated with monacolin-K biosynthesis by increasing intracellular level of SAM, we transformed the producer mutants with an efficient expression vector harboring gpdA promoter of the producer microorganism, and metK gene. Notably, from the resulting various transformants, we were able to screen a very high-yielding transformant which showed approximately 3.3 fold higher monacolin-K productivity than the parallel nontransformed mutants in shake flask cultures performed under the identical fermentation conditions.

고농도 산소수를 이용한 새싹 침지로 인한 발아율 및 성장률을 비교하기 위하여 특정 용존산소량의 산소수를 고압 반응기에서 산소를 통한 가압을 통해 생성하였고, 용존산소량을 20, 30, 40, 50 ppm으로 조절한 산소수로 온도 20℃에서 새싹을 4시간 동안 침지한 후 새싹을 관찰하였다. 그 결과 새싹의 10일째 최종적인 발아율은 일반 증류수 침지 시에 비해 50 ppm 산소수 침지시 최종발아율은 24.6~28.6% 높게 나타났고, 최종 성장 길이도 6~7 mm 정도 높은 값을 나타내어, 새싹의 성장에서 씨앗의 충분한 산소 공급에 의한 발아가 안정적이고 효율적인 성장을 유도함을 알 수 있었다.

In order to compare the germination and growth rate of the sprouts soaked in highly concentrated oxygen water, it with specific amounts of oxygen dissolved was produced in a high pressure reactor by pressuring oxygen. The sprouts were observed after being soaked in 20℃ oxygen water with 20, 30, 40, 50 ppm of oxygen dissolved each. Results of ten days later indicate that the final germination rate of the sprout soaked in 50 ppm oxygen water was 24.6~28.6% higher than that of the sprout soaked in distilled water. The final growth length also measured 6-7 mm higher than the sprout soaked in distilled water, demonstrating that enough supply of oxygen to the sprout induces stability and efficiency in its growth.

본 연구에서는 초임계 추출방법을 이용한 7가지 한방원료(음양곽, 복분자, 오미자, 구기자, 건지황, 사상자, 토사자)의 유효성분을 추출하였으며, 각 추출물의 항산화 효과, collagen 합성촉진 효과, collagenase 활성 저해 효과를 비교 평가함으로써 주름개선 기능성 화장품 원료로서의 사용 가능성을 검토하였다. 실험결과 초임계 추출물의 항산화 활성측정시 DPPH 소거효과, 리놀산 자동산화, superoxide radical, Hydroxyl radical소거 작용의 경우 복분자 추출물이 뛰어난 항산화 능력을 볼 수 있었으며, 주름개선효과의 경우 초임계 추출물의 콜라겐 합성과 MMP-1 저해 효과는 구기자 추출물이 주름개선에 탁월한 효과를 확인 할 수 있었다. 이를 기초로 하여 초임계 복분자 추출물과 구기자 추출물을 이용시 항산화 활성과 주름개선 효능에 우수한 화장품의 소재로서 이용이 될 수 있다고 사료된다. 이러한 결과를 바탕으로 초임계 추출을 이용한 7가지 한방원료가 가지는 항산화 및 주름개선 효능을 효율적인 배합시기능성 화장품 소재로 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 이 후 실험으로는 melanocye 배양을 통한 직접적인 세포실험을 하여 초임계 한방원료 추출물의 tyrosinase inhibition 활성, 피부의 주름개선 효과를 in vivo 실험상에서 현재 진행 중에 있다.

The reactive oxygen species generated by ultraviolet rays causes various types of cutaneous damage, such as lipid peroxidation and denaturation of the extra-cellular matrix. The accumulation of such damage contributes to skin aging, especially the formation of wrinkles. This study was carried out to develop functional cosmatic by using Oriental herb supercritical extracts (OHSE) for prevention of skin. Effects of OHSE on anti-oxidation, collagenase inhibition and collagen synthesis in normal human fibroblast were investigated. OHSE showed antioxidative activity as high as vitamin C, trolox and DL-penicillamine. Also OHSE showed promotive effect on collagen synthesis and inhibitory effect on collagenase activity. From this results, we conclude that OHSE may have the potential to be conveniently used as an additive in cosmetics for prevention and improvement of skin aging.

In this study, the effects of several factors such as initial nitrate concentration, C/N ratio, biomass amount and external carbon source on denitrification process were investigated using synthetic wastewater and sludge obtained from wastewater treatment facility. As a result, the condition of lower initial nitrate concentration was increased to the removal rate of nitrate than that of high concentration. The increases of C/N ratio and initial biomass amount were linearly enhanced the removal rate. The use of ethanol as external carbon source was shown the highest removal yield than that of others.

This paper was studied to research regarding the removal of contained nitrogen in industrial wastewater which uses the A2O4 advanced water treatment process. The field researches of two companies' wastewater occurred in each wastewater treatment site to apply the A2O4 process system, it was observed them for 20 days. As a result of the A2O4 system advanced wastewater process which applied an altitude control process obtained 10~76 mg/L, and 20 mg/L total nitrogen compound concentration in the two wastewater plants. In conclusion, it applied the A2O4 system in the two companies' wastewater system.

본 연구에서는 아스타잔틴의 각종 유기용매와 물에 대한 용해도와 산화, 빛, 온도 및 pH에 의한 아스타잔틴의 안정성을 검토하였다. 아스타잔틴은 유기용매인 아세톤과 아세트산에 비교적 용해도가 높았으며 물에는 거의 용해되지 않았다. 아스타잔틴의 용해도에 미치는 pH의 영향을 검토한 결과, 산성 조건 (pH 2)에서는 중성이나 염기성 조건에 비하여 용해도가 10-20배 증가하였다. 아스타잔틴은 산화와 빛에 대한 안정성이 매우 낮았으며, pH 3에서도 안정성이 급격히 떨어지는 것으로 조사되었다. 온도에 대한 영향을 조사한 결과, 상온 보관시에도 아스타잔틴이 쉽게 분해되었으며, 특히 100℃에서 5초 동안 가열할 경우 아스타잔틴이 90% 이상 분해되었다. 결론적으로 아스타잔틴을 식품이나 화장품 등의 산업적 활용을 위해서는 안정성과 용해도 개선이 요구되는 것으로 판단되었다.

Basic characteristics of astaxanthin including solubility and stability were investigated. Astaxanthin showed a very poor solubility in water, but it was highly soluble in organic solvents such as acetone and acetic acid. The solubility of astaxanthin in acidic condition was 10-20 times higher than those in neutral and basic conditions. Astaxanthin was very unstable in acidic condition under UV irradiation and in the presence of oxygen. Also, heating even for a very short time accelerated the degradation of astaxanthin. In conclusion, it is required to enhance the water-solubility and stability of astaxanthin for industrial application in food and cosmetic area.

본 연구에서는 다양한 침지조건에서의 브로콜리 최적 발아조건을 찾기 위한 실험을 수행하였다. 그 결과 4시간동안 20～30℃에서 10 ppm 이상의 용존산소를 공급하면서 침지하였을 경우 약 98.5%의 발아율을 보였다. 산소수의 영향을 관찰한 결과 7, 12 ppm에서 각각 76%, 92%의 발아율을 보였으며, 12 ppm 산소수 공급조건에서 7 ppm에 비해 2배 이상의 생장률을 확인할 수 있었다. 결과적으로 브로콜리의 발아율은 재배 시 산소수의 공급보다 침지 시 산소수를 공급할 경우 증가하는 것으로 판단된다.

In order to optimization germination condition of broccoli, we carried out germination ratio experiment under soaking time, soaking temperature, oxygen concentration. The germination ratio results 98.5% following as soaking water having 10 ppm DO (demanded oxygen) during 4 hr at 20～30℃. The result of provide the dissolved oxygen water, when the concentration of oxygen water were 7, 12 ppm, germination ratio were observed about 76%, 92%. Also, we showed the growth rate of 2 times in 12 ppm compared with 7 ppm. Consequently, germination ratio of broccoli increased cultivation condition at soaking water having high concentration oxygen more than supply to oxygen water of high concentration.

미나리의 엽조직을 agroinfiltration 및 동시배양을 수행하기 전에 NaOH 용액에서 3 min 처리를 실시하였다. MTT를 이용한 세포사멸실험에서 0.7% NaOH 용액처리까지는 엽조직 세포활성에 안전한 것으로 판단되었다. GUS 효소활성의 형광분석 결과 0.5% NaOH를 처리한 미나리 엽조직에 대하여 Agrobacterium cells (OD600=0.5에서 1.0)을 이용한 vacuum infiltration (20 min)을 실시할 경우 효율적 형질전환이 이루어짐을 알 수 있었다. 이러한 조건은 western blotting과 ELISA에 의한 HBsAg의 발현 검정에서 확인할 수 있었다.

Fresh Oenanthe javanica DC. leaves still attached to stem architecture were immersed in NaOH solution for 3 min before agroinfiltration and co-cultivation. MTT assay revealed that NaOH solution containing up to 0.7% was still safe for the leaf viability. Fluorometric GUS enzyme analysis showed that 0.5% NaOH-treated leaf tissues were efficiently transformed by vacuum infiltration for 20 min with Agrobacterium cells at a density of OD600=0.5 to 1.0. These conditions worked well for the expression of HBsAg, which was confirmed by western blotting and ELISA.

본 연구에서는 식물세포배양으로부터 항암제 paclitaxel 정제를 위한 전처리 공정으로 계면활성제 (surfactant)를 이용한 마이셀(micelle) 공정을 개발하였으며, 특히 마이셀 공정에서의 계면활성제 영향에 대해 조사하였다. 마이셀은 친수성 그룹과 소수성 그룹으로 구성되어 있어 마이셀 내부로는 물에 녹지 않는 paclitaxel을 소수성 그룹이 감싸게 되고 외부는 친수성 그룹이 되어 수용액에 용해될 수 있게 된다. 따라서 식물세포인 biomass로부터 유기용매 추출액을 건조하여 상 분리에 적합한 유기용매에 녹인 후 마이셀 형성에 적합한 계면활성제를 첨가하고 교반하여 정체시키면 물에 녹지 않는 paclitaxel이 마이셀 내부의 소수성 그룹에 감싸여 수용액 상로 이동하고 paclitaxel을 제외한 여러 가지 불순물들 (특히 lipid 성분들)은 유기용매 상에 그대로 존재하게 되어 paclitaxel과 불순물들을 효율적으로 분리하게 된다. 본 실험에서는 분리 및 정제에 많이 쓰이는 대표적인 양이온(CPC, CTMAC, LTMAC), 음이온 (SDS, AOT), 비이온 (Tween, PEG, Triton) 계면활성제의 영향에 대한 실험을 수행하였다. 양이온 계면활성제인 CTMAC (5%, w/v)을 이용한 마이셀 공정에서 가장 높은 수율 (~99%)과 순도 (~21%)를 얻었으며 또한 마이셀 형성 후 상 분리에 30 min 정도 소요되어 가장 단시간에 상 분리가 이루어짐을 알 수 있었다. 전처리 공정에서의 마이셀 형성 및 상 분리 방법은 불순물로부터 효과적으로 높은 순도의 paclitaxel을 고수율로 회수할 수 있어 최종 정제를 위한 전처리 공정으로 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The micelle process was developed for pre-purifying paclitaxel from plant cell cultures of Taxus chinensis, giving a high purity and yield. The approach in this work was to transfer paclitaxel in the crude extract to an aqueous surfactant solution as a micelle, allowing organic solvents to be used for removal of lipids and non-polar impurities. In this work, the effects of various surfactants such as CPC, CTMAC, LTMAC, SDS, AOT, Tween, PEG, and Triton were examined on the yield, purity, and phase separation time in micelle process. Among these surfactants, CTMAC (5%, w/v) gave the best result in terms of paclitaxel yield (~99%), purity (~21%), and phase separation time (30 min). The use of micelles in the pre-purification process allows for rapid and efficient separation of paclitaxel from interfering compounds and dramatically increases the yield and purity of crude paclitaxel for subsequent purification steps.