초록 ▼

- 음식폐기물을 박테리아 셀룰로오스(BC) 생산배양의 배지원료로 사용하기 위해, 음식물쓰레기의 당화를 위한 가수분해효소생산에서 탄소원은 섬유소폐기물인 볏짚과 폐지로, 고가의 유기질소원은 protease 생산균 B. alcalophilus 배양액으로 가수분해한 효모로 대체하였다. 그리하여 10 L에서 30 L jar fermenter로 scale-up하여 섬유소분해효소를 저비용 대량생산하였다.
- 반응표면분석을 이용하여 음식폐기물 당화반응의 최적조건을 결정하였다.
- BC생산에 적합하게 전단력을 낮추고 산소전달효율을 높일

- 음식폐기물을 박테리아 셀룰로오스(BC) 생산배양의 배지원료로 사용하기 위해, 음식물쓰레기의 당화를 위한 가수분해효소생산에서 탄소원은 섬유소폐기물인 볏짚과 폐지로, 고가의 유기질소원은 protease 생산균 B. alcalophilus 배양액으로 가수분해한 효모로 대체하였다. 그리하여 10 L에서 30 L jar fermenter로 scale-up하여 섬유소분해효소를 저비용 대량생산하였다.
- 반응표면분석을 이용하여 음식폐기물 당화반응의 최적조건을 결정하였다.
- BC생산에 적합하게 전단력을 낮추고 산소전달효율을 높일 수 있는 50 L 공기순환배양기를 설계 구축하였으며, scale-up인자의 해석을 통하여 최적조건을 결정하였다. 그리하여 50 L 규모에서 5.64 g/L의 BC를 얻었으며, 순산소를 첨가하여 BC생산량을 6.79 g/L로 제고시켰다. 이는 10 L와 비슷한 수준(5.84 g/L)이었다.
- BC를 사용하여 고급종이를 제조하였으며, 한지보다 더욱 높은 인장강력과 영율을 나타내었다.

Abstract

The technology of BC mass production in low cost will be applied on back data for scale-up to pilot plant, and it will provide a blueprint to food waste problem. Then, BC could be applied to paper, diaphragm of speaker and medical material.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• 영문요약서...5
• 영문 목차...6
• 한글 목차...9
• 표 차례...12
• 그림 차례...14
• 제1장 연구개발과제의 개요...18
• 제2장 국내.외 BC 기술개발 현황...21
• 제1절 세계적 수준...21
• 1. BC의 생산기술...21
• 2. BC의 응용기술...22
• 제2절 국내수준...24
• 1. BC 생산기술...24
• 2. BC의 응용기술...25
• 제3절 국내.외의 연구현황...25
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...26
• 제1절 저비용 섬유소분해효소 생산기술제고...26
• 1. 저비용 당화효소생산에서 탄소원의 대체...26
• 2. 저비용 당화효소생산에서 유기질소원의 대체...29
• 가. 효모 혹은 콩을 질소원으로 대체...29
• 나. 효모 혹은 콩을 황산으로 가수분해하여 질소원으로 대체...32
• 다. 청국장을 질소원으로 대체...34
• 라. 효모 혹은 콩을 protease 생산배양액으로 가수분해하여 질소원으로 대체...38
• (1) 된장으로부터 protease 생산균주 개발...38
• (2) Protease 생산균주를 분양받아 콩, 효모를 가수분해시켜 질소원으로 첨가...43
• (가) 플라스크 레벨...43
• (나) 10 L 생물반응기에서의 섬유소분해효소생산...45
• (다) 30 L 생물반응기에서의 섬유소분해효소생산...47
• 3. 효소생산 배양기의 scale-up 및 운전...50
• 가. 10 L 생물반응기 에서 30L 교반배양기로의 scale-up...50
• (1) 30 L 교반배양기의 제원특성...50
• (2) 30 L 교반배양기에 대한 물리적 특성 검토-산소전달계수(kLa) 측정...52
• (3) 30 L 교반배양기에서의 통기조건과 교반조건의 결정...56
• (4) 30 L 교반배양기에서의 효소생산 (0.5 vvm, 150 rpm)...58
• (5) 30 L 교반배양기에서의 DO 모니터링 (150, 200 rpm)...61
• (6) 30 L 교반배양기에서 dynamic method에 의한 OUR와 kL a의 측정...63
• (7) 30 L 교반배양기에서의 효소생산 (0.5 vvm, 200 rpm)...69
• 4. Fill-and-draw 방식에 의한 회분식 및 반연속식 효소생산...72
• 가. Flask level에서 Fill-and-draw 방식의 섬유소분해효소생산...72
• (1) 탄소원의 주입 농도의 계산...72
• (2) 주입 탄소원의 농도를 0.1%로 하여 연속배양...75
• 나. 10 L jar fermentor을 이용한 반연속식 효소생산...78
• 제2절 음식물쓰레기 효소당화기술 제고...81
• 1. 당화액의 안정적 생산기술...81
• 가. 동력학적 해석을 통한최소 효소사용기술 검토...86
• (1) 이론적 배경...86
• (2) 음식폐기물 효소학적 당화의 동력학 해석...87
• (3) 반응표면분석을 통한 당화조건의 최적화...92
• 제3절 저비용 BC 대량생산...98
• 1. BC생산 배양조건에 따른 생산성 비교...98
• 2. BC 생산 - 플라스크 레벨...101
• 3. BC 생산 - 10 L 공기순환배양기...107
• 가. 배지조건에 따른 kLa...107
• 나. kL a에 대한 고형물(BC)의 영향...109
• 다. 배양시간에 따른 점도와 표면장력의 변화...111
• 라. BC 생산에 대한 점도와 kLa의 영향...114
• 4. BC 생산 - 50 L 공기순환배양기...116
• 가. 50 L 규모의 BC 생산용 배양기 구축 및 운전...116
• (1) BC생산 배양기의 주요인자 검토 및 설계...117
• (가) 10 L 공기순환반응기의 설계...117
• (나) 50 L 공기순환반응기의 설계...126
• (2) 50 L 공기순환반응기의 물리적인자...140
• (가) 50 L 공기순환반응의 산소전달계수(kLa) 값...140
• (나) 50 L 공기순환반응기의 통기조건...142
• 나. 50 L 공기순환반응기에서 배지조건에 따른 kLa...144
• 다. 50 L 공기순환반응기에서 배양시간에 따른 점도, 환원당, BC 농도의 변화...147
• 라. 50 L 공기순환반응기에서 순산소 첨가에 의한 BC 생산...149
• 마. 산소섭취율 OUR의 측정...152
• 제4절 BC 응용제품의 방향검토...156
• 1. BC 물성조사...156
• 가. 형태학적 조사...156
• 나. 물리.화학적 물성 조사...158
• (1) 평균분자량...158
• (2) BC의 결정화도...162
• (3) 인장강도...164
• (4) 내광성...164
• 2. BC의 응용기술검토...166
• 가. BC를 사용한 습식 부직포(종이)의 제조...166
• (1) 종이의 제조...166
• (2) 종이의 성질...167
• (가) 역학적 성질...167
• (나) 형태학적 성질...169
• 나. 카본이 첨가된 종이...171
• (1) 역학적 성질...171
• (2) 소취성...172
• (3) 전도성...174
• 다. 항균필터 여재...176
• (1) 제조...176
• (2) 항균성...176
• (3) 필터 여재 특성...177
• 3. 기존의 BC 응용기술 조사...180
• 가. 특허등록기술 조사...180
• 나. BC의 응용기술 관련 특허조사...183
• 다. BC 상용화 기술...184
• 제5절 각 공정의 동력학적 해석을 통해 연계 시스템 운영에 필요한 크기 결정...185
• 제6절 본 기술의 경제성 분석...187
• 제7절 결론...188
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에서의 기여도...190
• 제1절 목표 달성도...190
• 제2절 BC생산 분야에서의 기여도...192
• 1. 해당분야 학문발전에의 기여...192
• 2. 산업 발전에의 기여도 등 국가 경제에 미치는 효과...192
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...193
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...194
• 제7장 실용화 가능성 시나리오...195
• 1) BC 생산 단위공정 기술의 시나리오...195
• 2) BC 및 응용제품의 시나리오...195
• 3) 기타 발효산업의 배지원료로 사용-다른 생물공학산업으로의 실용화...195
• 제8장 전문가 자문...197
• 제9장 참고문헌...198
• 첨부 (공개세미나 Comment 정리)...202