초록 ▼

1) 1차년도
1. 목표
목질계 당화액으로부터 숙신산을 과량 생산하는 균주의 선정 및 숙신산 생산 균주의 배양학적 특성 및 대사특성 파악
새로운 젖산 발효균주 탐색${\cdot}$선별 및 목질계 당화액을 이용한 젖산 발효공정 기초 확립
2. 주요연구내용
숙신산 생산균주의 선정
목질계 탄소원 테스트결과에 근거한 배지최적화
플라스크 및 회분식 배양에 의한 생리적 및 환경적 요소에 대한 기초 연구
고수율, 동형발효, 광학적 순도가 높은 젖산을 생산할 수 있는 균주 선별 및 특

1) 1차년도
1. 목표
목질계 당화액으로부터 숙신산을 과량 생산하는 균주의 선정 및 숙신산 생산 균주의 배양학적 특성 및 대사특성 파악
새로운 젖산 발효균주 탐색${\cdot}$선별 및 목질계 당화액을 이용한 젖산 발효공정 기초 확립
2. 주요연구내용
숙신산 생산균주의 선정
목질계 탄소원 테스트결과에 근거한 배지최적화
플라스크 및 회분식 배양에 의한 생리적 및 환경적 요소에 대한 기초 연구
고수율, 동형발효, 광학적 순도가 높은 젖산을 생산할 수 있는 균주 선별 및 특성연구
목질계 당화액 젖산 발효공정 적용에 관한 연구
3. 사업수행방법
본 연구진은 우선 숙신산 생산균주의 선정 및 응용가능성 검토를 수행할 예정이다. 이 과정을 통하여 절대 혐기성 혹은 통성 혐기성 균주들을 테스트하여서 숙신산의 생산에 가장 적합한 균주를 선정할 것이다. 선정된 목질계 탄소원 소화능력에 관한 연구를 수행할 계획이다.
2) 2차년도
1. 목표
고효율 생산을 위한 배양방법 개발 및 최적화
목질계를 이용한 숙신산의 생산 특성파악
선별된 젖산 생산균주 돌연변이를 통한 기질의 확대와 대사속도의 증진 최적화
회분식 및 반연속식 젖산 발효공정을 최적화
2. 주요연구내용
여러 가지 배양방법을 통한 숙신산 고효율 생산방법 개발 및 최적화
목질계를 이용한 숙신산 생산균주의 대사특성파악
우수한 젖산 생산 돌연변이주 분리
개발된 젖산 발효균주를 이용한 회분식 젖산 발효공정 최적화(배지 및 배양조건)
3. 사업수행방법
목질계 당화분을 포함한 여러 가지 값싼 탄소원 및 질소원을 사용하여 숙신산 생산 균주의 배양 배지의 최적화를 수행한다. 최적화된 배지를 이용하여 고효율 생산을 위한 여러 가지 배양방법을 개발한다. 그리고 이 과정에서 기질공급법 등을 여러 가지 인자에 대한 최적화를 수행하여 궁극적으로 최적화된 배양방법을 개발한다.
3) 3차년도
1. 목표
연속식 발효공정의 최적화 및 상업화를 위한 발효 스케일업에 대한 기초 연구
새로운 목질계이용 숙신산 생산균주의 개발
효소의 유전자 발현 및 조절을 통한 새로운 유전자 및 효소 생산 기반 확립
연속식 젖산 발효공정의 최적화
2. 주요연구내용
연속식 발효공정의 최적화 및 상업화를 위한 기초연구
새로운 균주의 숙신산 생산성 및 안정성 평가
유전자 발현을 통한 새로운 유전자 및 효소 생산 최적화
연속식 젖산 발효공정 최적화
3. 사업수행방법
2단계에서 최적화된 발효공정 및 배양배지를 연속식 발효공정에 응용하여, 연속식 발효공정의 최적화를 수행한다. 이 과정에서 회석률 등의 여러 조업조건을 테스트함으로서 공정의 최적화를 수행한다. 또한 이를 바탕으로 상업화를 위한 기초연구를 수행한다. 우선 10L 규모의 발효조에서 배양실험을 실시하며, 실험실 규모와의 비교를 통하여 10 L 발효조로의 scale-up시 최적조건을 확립한다. 또한, 공정의 상업화를 위하여서는 사용균주의 안정적 생산성이 필수적이므로, 예상되는 여러 변수에 대한 생산 균주의 생산성과 안정성을 평가하여, 새로운 숙신산 생산균주의 산업화 가능성을 테스트 할 계획이다. 또한 이 과정에서 확보된 숙신산 생산균주의 다른 응용가능성에 관한 연구를 수행할 계획이다. 젖산 생산의 경우 젖산 생산 관련 효소의 유전자 발현 및 조절과 구조적 유전자의 변화등의 확인은 일반적인 유전자 연구 방법으로 수행하며, 새로운 유전자 및 효소의 생산을 위하여 DNA shuffling 기술 등을 이용한 새로이 개발되는 분자생물학 연구 방법을 활용하고자 한다. 개발된 젖산 발효균주를 이용하여 연속식 발효공정을 최적화하고 산업화를 위한 준비단계로서 최적화된 젖산 발효공정의 scale-up을 위한 기초연구로 10 L급 이상의 pilot-plant를 도입하여 젖산 발효공정을 시험하고 최적화한다.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...3
• 목차 ...15
• 목질계 당화액을 이용한 숙신산 생산 기술 개발...19
• 제 1 장 서론...20
• 제 1 절 연구과제의 개요...20
• 제 2 절 국내외 기술 개발의 개요...21
• 1. 국내 현황...21
• 2. 해외 현황...22
• 3. 국ㆍ내외 특히 및 현존 기술과의 관련성...23
• 제 3 절 목질계 바이오 메스의 효소 당화...24
• 1. 연구의 필요성...24
• 2. 목질계 바이오매스의 당화...25
• 제 4 절 현존 기술의 문제점 및 해결 방안...25
• 1. 현존 기술의 취약점...25
• 2. 기술 개발 과정에서의 애로사항...26
• 3. 문제점 및 애로사항 해결방안...26
• 제 2 장 목질계 당화액을 이용한 숙신산 발효공정 개발...28
• 제 1 절 Anaerobiospirillum succiniciproducens를 이용한 숙신산 생산...28
• 1. 연구 수행방법...28
• 2. 연구 결과...29
• 제 2 절 Mannheimia succiniciproducens MBEL55E를 이용한 숙신산 생산...35
• 1. 숙신산 생산균주에 미치는 환경적 및 생리적 인자 연구...35
• 2. 배지최적화 및 질소원이 숙신산 생산에 미치는 영향...36
• 제 3 절 목질계당화액을 이용한 Mannheimia succiniciproducens MBEL55E의 회분식 발효법의 개발...49
• 1. 연구수행 방법...49
• 2. 연구 결과...49
• 제 4 절 Mannheimia succiniciproducens MBEL55E를 이용한 유가식 및 연속식 발효법 개발...54
• 1. 연구 수행 방법...54
• 2. 연구 결과...55
• 제 5 절 Mannheimia succiniciproducens MBEL55E를 이용한 회분식 및 연속식 발효의 스케일 업 연구...68
• 1. 연구 수행 방법...68
• 2. 연구 결과...69
• 제 3 장 경제성 평가...76
• 제 1 절 경제성 평가 방법...76
• 제 2 절 결과...77
• 제 3 절 결론...78
• 제 4 장 연구개발목표 달성도...83
• 제 1 절 연구개발목표 달성도...83
• 제 5 장 참고문헌...84
• 목질계 당화액을 이용한 젖산 생산 기술 개발...90
• 제 1 장 서론...91
• 제 1 절 연구개발 목적 및 중요성...91
• 1. 젖산의 역사적 배경...92
• 2. 젖산의 물리ㆍ화학직 특성 및 응용...93
• 3. 젖산 생산방법...98
• 제 2 절 국내외 관련 기술개발 현황...100
• 1. 국내 기술개발 현황...100
• 2. 국외 기술개발 현황...100
• 제 3 절 연구의 범위...101
• 제 2 장 연구 방법...102
• 제 1 절 신규 젖산발효 균주 분리 및 동정...102
• 1. 젖산균의 분리...102
• 2. 젖산균의 동정...102
• 제 2 절 바이오매스 전처리...103
• 1. 전분계 기질...103
• 2. 목질계 기질...103
• 제 3 절 젖산발효...104
• 1. 사용 균주 및 배지...104
• 2. 회분식 젖산발효...105
• 3. 반복회분식 젖산발효...105
• 4. 연속식 젖산발효...105
• 5. Pilot-scale 젖산발효...106
• 제 4 절 젖산발효 관련 유전자 및 효소 특성...106
• 1. 젖산발효 균주의 유전자 및 효소...106
• 2. D형 젖산만을 생산하는 균을 제작하기 위한 L-1dh 유전자의 null mutant 제작...107
• 3. 새로운 젖산 생산 유전자의 확보를 위한 DNA chip개발 및 유전자 확인...107
• 제 5 절 분석 방법...113
• 1. 세포 성장...113
• 2. 젖산 농도...113
• 3. 젖산의 광학적 순도...113
• 4. 탄수화물 농도...113
• 제 3 장 연구내용 및 결과...114
• 제 1 절 기존 젖산균(Enterococcus faecalis RKY1)을 이용한 젖산발효...114
• 1. E. faecalis RKY1의 젖산발효 특성...114
• 2. 대체 질소원으로서 비지 및 맥아를 이용한 젖산발효...116
• 3. 당밀을 이용한 젖산발효...122
• 4. 목질계 당화액을 이용한 젖산발효...130
• 5. 연속식 및 반복회분식 젖산발효...136
• 제 2 절 새로운 젖산균(Lactobacillus sp. RKY2)을 이용한 젖산발효...149
• 1. 새로운 젖산균 분리 및 동정...149
• 2. Lactobacillus sp. RKY2를 이용한 젖산발효 최적화...154
• 3. 대체 질소원 개발...167
• 4. 목질계 당화액을 이용한 젖산발효...169
• 5. 세포재순환 반복회분식 젖산 발효공정 개발...187
• 6. 연속식 젖산 발효공정 개발...196
• 7. 젖산 발효공정의 scale-up...204
• 제 3 절 젖산발효 균주 개발...214
• 1. TLC를 이용한 젖산 정량법 개발...214
• 2. 젖산발효 균주 개량을 위한 돌연변이 기술 개발 및 젖산생산 관련 유전자의 universal primer 개발...214
• 3. D형 젖산만을 생산하는 균을 제작하기 위한 L-1dh 유전자의 null mutant 개발...227
• 4. 새로운 젖산 생산 유전자의 확보를 위한 DNA chip 개발 및 유전자 확인...227
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도...233
• 제 1 절 연구개발목표 달성도...233
• 제 2 절 대외기여도...234
• 제 5 장 참고문헌...235
• 부록...240
• ※ 연구개발 실적...240