초록 ▼

연구개발 결과
300종 이상의 젖산균 라이브러리를 활용하여 젖산 고생산, 고내성균을 선별하고 이의 순수한 L형 또는 D형 젖산을 생산하는 미생물을 개발하였고 바이오매스 유래 당화액 적용한 발효를 통해 1) L형 젖산 생산 농도 100 g/l, 생산성 0.7 g/lžh, 수율 0.6 g/g total sugar, 2) D형 젖산 생산 농도 70 g/l, 생산성 0.5 g/lžh, 수율 0.5 g/g total sugar 이상의 생산능력을 가진 광학적으로 순수한 젖산 생산하는 발효 공정을 개발하였다. 또한 정제 공정에 있어 최종

연구개발 결과
300종 이상의 젖산균 라이브러리를 활용하여 젖산 고생산, 고내성균을 선별하고 이의 순수한 L형 또는 D형 젖산을 생산하는 미생물을 개발하였고 바이오매스 유래 당화액 적용한 발효를 통해 1) L형 젖산 생산 농도 100 g/l, 생산성 0.7 g/lžh, 수율 0.6 g/g total sugar, 2) D형 젖산 생산 농도 70 g/l, 생산성 0.5 g/lžh, 수율 0.5 g/g total sugar 이상의 생산능력을 가진 광학적으로 순수한 젖산 생산하는 발효 공정을 개발하였다. 또한 정제 공정에 있어 최종 젖산 정제 수율 85% 이상, 정제 순도 99.5% 이상의 반응증류 조건개선 및 젖산의 색도개선 공정을 개발하였다. D 또는 L형 젖산을 기질로 전환수율 85% 이상, 광학적 순도 95% 이상의 lactide 합성 공정의 개발하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
A workhorse strain has been selected on a plate by showing a typical large colony and lactic acid halo which represents high productivity from a library of over 300 hundred different lactic acid bacteria. This strain was further engineered to obtain a optically pure L- or D-lactic acid

Ⅳ. Results
A workhorse strain has been selected on a plate by showing a typical large colony and lactic acid halo which represents high productivity from a library of over 300 hundred different lactic acid bacteria. This strain was further engineered to obtain a optically pure L- or D-lactic acid producer by deleting or switching the genes of unwanted lactate dehydrogenase which might produce opposite racemic form of lactic acid. A fermentation for production of L-lactic acid was done using a carbon source from saccharified liquor as a carbon source and the final concentration of lactic acid reached to 100 g/l with a productivity of 0.7 g/l·h and a yield of 0.6 g/g total sugar. As for the production of D-lactic acid, the final fermentation concentration, a productivity, and a yield for D-lactic acid were 70 g/l, 0.5 g/l·h, and 0.5 g/g total sugar, respectively. In a lactic acid purification, the final recovery yield was 85% with a purity of 99.5% resulted from an optimized reactive distillation process. Using purified lactic acid, a process for crude lactide synthesis was optimized and purified lactide was yielded by 85% with an optical purity of 95%.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 9
• 목 차 ... 11
• 표 목 차 ... 15
• 그 림 목 차 ... 17
• 제 1 장 서 론 ... 21
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 23
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 23
• 가. 내산성, 내독성 균주 개발의 측면 ... 23
• 나. PLA 원료로서의 젖산과 lactide 생산 기술의 측면 ... 23
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 24
• 가. 국내의 기술개발동향 ... 24
• 나. 해외의 기술개발동향 ... 24
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 26
• 제2절 연구개발의 목표 및 추진전략 ... 26
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 26
• 2. 연구개발의 추진전략 ... 26
• 3. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 ... 27
• 4. 연차별 추진체계 ... 28
• 제 2 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 31
• 제1절 고생산 젖산균 선별 ... 33
• 1. 고생산 균주 대량 선별 ... 33
• 2. 고생산 젖산 생산 균주 평가 및 최종 선별 ... 35
• 3. 결론 및 고찰 ... 36
• 제2절 젖산균 유전자 조작 기술 개발 ... 36
• 1. 연구 배경 및 목적 ... 36
• 2. pUC 계열 유산균 벡터 제작 ... 37
• 3. Intron 삽입 유전자 조작 ... 38
• 4. Lb. paracasei 형질전환 및 플라스크 발효 평가 ... 40
• 5. 결론 및 고찰 ... 40
• 제3절 D형 젖산 생산 효모 균주 개발 ... 41
• 1. 연구 배경 ... 41
• 2. 균주와 플라스미드 ... 42
• 3. 부산물 경로 조절 ... 42
• 4. D-LDH 도입 벡터 제작 및 균주 평가 ... 43
• 5. 세포활성 개선 유전자 탐색 및 발현 ... 44
• 6. 발효조 평가 ... 46
• 제4절 내산성 적응 효모 균주 개발 ... 47
• 1. 연구배경 및 목적 ... 47
• 2. Flow cytometry를 이용한 고속대량선별 조건 설정 ... 47
• 가. pHi gate 지정 원리 ... 47
• 나. Live cell gate 지정 원리 ... 49
• 3. 사상률에 따른 UV mutation 조건 설정 ... 50
• 가. UV 조사에 따른 생산 효모 균주의 사상률 조사 ... 50
• 4. UV mutation 및 FACS screening ... 52
• 5. 결론 및 시사점 ... 53
• 제5절 유전자 조작을 통한 D형 LA 생산 젖산균의 개발 ... 54
• 1. 실험 배경 및 개요 ... 54
• 2. Lb. paracasei의 LDH 유전자 정보 탐색 ... 54
• 3. L형 젖산 생산 Lactate dehydrogenase (LDH)의 결손 ... 55
• 가. ldh1 치환 결손 construct 제작 ... 55
• 나. ldh 제거construct 제작 ... 57
• 다. ldh1, ldh 결손 균주의 제작 및 평가 ... 58
• 제6절 당화액 고이용 균주개발 ... 59
• 1. 연구 배경 ... 59
• 2. 전분분해효소 과발현 균주개발 ... 59
• 3. 결론 및 고찰 ... 61
• 제7절 당화액 적용 발효공정 개발 ... 62
• 1. 1세부기관 제공 당화액 발효 평가 ... 62
• 2. 당화액 활용을 위한 질소원 보강 ... 63
• 제8절 산업배지 및 L/D형 젖산생산 발효공정 최적화 ... 64
• 1. 당화액 성분분석 및 젖산 발효 ... 64
• 2. 당화액 적용 젖산 발효공정 개발 ... 68
• 3. 당화액 적용 순수한 L형/D형 젖산 발효 ... 69
• 제9절 젖산 정제 타당성 테스트 ... 71
• 1. 정제 공정별 가능성 검토 ... 71
• 2. 젖산 정제 타당성 테스트 ... 73
• 제10절 고순도, 고수율 젖산 정제공정 개발 ... 75
• 1. 연구배경 ... 75
• 2. 에스테르 반응 조건 최적화 ... 75
• 3. Butyl-lactate 가수분해 조건 실험 ... 77
• 4. 결론 및 고찰 ... 78
• 제11절 Lactide 합성공정 개발 ... 79
• 1. 연구배경 ... 79
• 2. 락타이드 합성공정 실험실 규모(lab scale)의 테스트 ... 80
• 가. 락타이드 합성 전환율 향상 실험(lab scale) ... 80
• 나. 공정조건 변경 실험 ... 82
• 다. 색상 관련 실험 ... 83
• 3. 락타이드 합성공정 세미파일롯 규모(semi-pilot)의 테스트 ... 84
• 가. 락타이드 세미파일롯 설비 설계 및 구축 ... 85
• 나. 락타이드 합성 전환율 향상 실험(semi-pilot scale) ... 87
• 다. 락타이드 합성공정 최적화 실험(semi-pilot scale) ... 89
• 라. CJ제일제당 젖산 적용 락타이드 합성 실험(semi-pilot scale) ... 91
• 제12절 Lactide 정제공정 개발 ... 92
• 1. 연구배경 ... 92
• 2. 용액결정화 정제공법 개발 ... 93
• 가. 증류수 용액결정화 정제 ... 94
• 나. 증류수/아세톤 용액결정화 정제 ... 95
• 다. 증류수/톨루엔 용액결정화 정제 ... 95
• 3. 락타이드의 PLA 중합테스트 ... 97
• 가. 테스트용 샘플 제작 ... 97
• 나. PLA 중합테스트 결과 ... 99
• 제 3 장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 103
• 제1절 최종 연구개발목표의 달성도 ... 105
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 110
• 제 4 장 연구개발결과의 활용계획 ... 119
• 제1절 연구성과 활용계획 ... 121
• 1. 과학 기술적 성과달성 계획 ... 121
• 가. 지식재산권 획득 계획 ... 121
• 나. 국내외 학술회의(세미나) 발표 계획 ... 121
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설장비현황 ... 121
• 1. 등록장비 현황 ... 121
• 가. 합성시스템 SYNTHESIS SYSTEM ... 122
• 나. 증류시스템 DISTILLATION SYSTEM ... 123
• 부록 ... 127
• <부 록 1> 표 3.1.4 Lactide 광학순도 분석데이터 ... 129
• 끝페이지 ... 133