초록 ▼

연구의 목적 및 내용
농산폐자원인 섬유성 바이오매스(corn stover)의 당화액과 바이오디젤의 부산물인 글리세롤을 이용하여 높은 수율과 생산성으로 1,3-프로판디올을 생산하기 위한 미생물 균주의 개량 및 생산 공정 개발이 본 연구의 목표이다. 이에 섬유성 바이오매스의 전처리와 효소당화 공정을 최적화 하였으며, 산업적 균주로 활용할 수 있도록 대사공학 기술을 이용하여 여러 균주를 개량하였다. 또한 친환경적인 1,3-프로판디올 생산을 위해 통계학 방법을 사용하여 생산 공정기술을 개발하였다.

연구결과
□ Cor

연구의 목적 및 내용
농산폐자원인 섬유성 바이오매스(corn stover)의 당화액과 바이오디젤의 부산물인 글리세롤을 이용하여 높은 수율과 생산성으로 1,3-프로판디올을 생산하기 위한 미생물 균주의 개량 및 생산 공정 개발이 본 연구의 목표이다. 이에 섬유성 바이오매스의 전처리와 효소당화 공정을 최적화 하였으며, 산업적 균주로 활용할 수 있도록 대사공학 기술을 이용하여 여러 균주를 개량하였다. 또한 친환경적인 1,3-프로판디올 생산을 위해 통계학 방법을 사용하여 생산 공정기술을 개발하였다.

연구결과
□ Corn stover 전처리 및 당화 조건 확립
- 최적의 NaOH 전처리 조건과 효소당화 조건을 확립하여 corn stover에 함유되어 있는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 50% 넘게 회수
□ 1,3-프로판디올 최적 생산을 위한 발효배지조성 최적화
- 반응표면분석법의 한 종류인 중심합성계획법을 이용하여 프로그램을 이용하여 최적화된 배지에서 10.65 g/L의 1,3-프로판디올 생산
□ K. pneumoniae AJ4 유전자 불활성화 연구
- wabG gene을 homologous recombination method로 불활성화
- LPS 생합성 관련 유전자가 불활성화된 K. pneumoniae AJ4-ES01을 이용하여 58.48 g/L의 1,3-프로판디올 생산
□ 1,3-프로판디올 생산 관련 유전자 연구
- K. pneumoniae AJ4의 1,3-프로판디올 생산 관련 유전자를 연구하기 위해 dual vector system을 이용하여 재조합 대장균을 제작
- 배지 내에 숙신산을 첨가하여 세포내 NADH/NAD⁺를 증가시킨 후 1,3-프로판디올 생산
□ 회분식 및 유가식 발효공정의 최적화
- 배지최적화 및 발효조 배양의 통기교반조건 최적화를 진행
- 최적화 조건에서 75 g/L의 1,3-프로판디올 생산(전환율 60%)
□ 글리세롤, 발효폐액 등의 폐자원 활용 연구
- 탄소원을 폐글리세롤로 치환한 후 1,3-프로판디올 생산 시, 약 60% 전환율 획득
- 1,3-프로판디올 생산에 바이오디젤 생산 공정에서 부산물로 생산되는 폐글리세롤의 적용가능 확인

연구결과의 활용계획
□ 다양한 탄소원으로부터 1,3-프로판디올을 생산하는 연구를 진행하였다. 이 중 농업 부산물인 corn stover와 바이오 디젤의 부산물인 폐글리세롤을 원료물질로 활용한 1,3-프로판디올 생산 연구도 함께 진행하였다. 이와 같은 고부가가치 물질을 생산할 경우 화석 연료의 고갈을 대체 할 수 있는 유용한 미래의 에너지가 될 수 있을 뿐만 아니라, 현재 산업적으로 바이오 디젤이 갖는 높은 생산단가를 낮출 수 있는 시너지 효과를 기대할 수 있다.
□ 이번 연구에서 최적화한 전처리 공정과 효소당화 공정을 다양한 농업 부산물에 적용시켜 원료물질(글루코오스/자일로즈)을 확보한다면, 산업적으로 더 많은 분야에서 사용가능하다.

( 출처 : 한글요약문 4p )

Abstract ▼

Purpose&contents
The aim of this work is to produce 1,3-propanediol(1,3-PDO) from hydrolysate of corn stover(agricultural residue) and glycerol(byproduct of biodiesel production) by recombinant micro-organisms and development of production process. In order to production of corn stover hydrolysa

Purpose&contents
The aim of this work is to produce 1,3-propanediol(1,3-PDO) from hydrolysate of corn stover(agricultural residue) and glycerol(byproduct of biodiesel production) by recombinant micro-organisms and development of production process. In order to production of corn stover hydrolysate(CSH), pretreatment and saccharification process were optimized. And then, recombinant strains would be made by metabolic engineering for use in industrial strains.
Finally, to develop an environmentally friendly approach for producing 1,3-propanediol, we optimized the production process using statistic methodology.

Result
□ Pretreatment of corn stover and enzyme hydrolysis
- The conditions of NaOH pretreatment and enzyme saccharification were optimized. Under these conditions, total sugar recovery was more than 50%.
□ Optimization of culture conditions for enhanced production of 1,3-PDO
- Significant factors were optimized using CCD to achieve the maximum titer of 1,3-PDO. Under this condition, a maximum titer of 10.34 g/L 1,3-PDO was obtained.
□ Study about knock out of K. pneumoniae AJ4 gene
- wabG involved in the LPS biosynthesis was disrupted using homologous recombinations technique.
- The wabG-inactivated strain, K. pneumoniae AJ4-ES01, was constructed, and this strain could produce 58.48 g/L 1,3-PDO under fed-batch fermentation
□ Study about genes involved in 1,3-PDO biosynthesis
- To investigate the effect of genes during 1,3-PDO fermentation, the dual vector system and engineered several E. coli strains were constructed.
- For increasing the ratio of NADH to NAD⁺ and speeding up the metabolic flux, succinate, tricarboxylic acid(TCA) cycle intermediate, was used.
□ Optimization of batch condition and fed-batch condition
- Culture medium conditions were optimized using CCD.
- The aeration and agitation conditions under bioreactor fermentation were optimized.
- Titer of 75 g/L 1,3-PDO and conversion yield of 0.6 g/g were obtained under this condition.
□ Study about utilization of crude glycerol and waste liquid
- A comparison of 1,3-PDO production was performed using crude glycerol, conversion yield of 0.6 g/g was obtained.
- The crude glycerol, byproduct of biodiesel production, was found to be an attractive raw material for the production of 1,3-PDO.

Expected Contribution
□ The study about 1,3-PDO from several carbon sources including corn stover and crude glycerol was carried out. Conversion of biomass to variety of value-added chemicals can (i) substitute fossil fuel-based energy in the future and (ii) reduce the production cost of bio-diesel.
□ Optimized pretreatment and saccharification process are applied to a variety of agricultural residues and a large amount of fermentable sugars(glucose/xylose) is secured, which can be used in more applications.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여 ... 33
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 34
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 34
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 35
• 8. 참고문헌 ... 35
• 9. 연구성과 ... 36
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 36
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 36
• 12. 기타사항 ... 37
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 38
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 44
• 끝페이지 ... 51