[보고서]바이오디젤 산업 부산물 글리세롤을 이용한 1,3-프로판디올의 생물학적 생산 실증 플랜트 구축 및 시험 생산

조윤기

보고서 정보

주관연구기관

엑티브온

연구책임자

조윤기

참여연구자

김철호

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2019-07

과제시작연도

2018

주관부처

환경부
Ministry of Environment

등록번호

TRKO202000008197

과제고유번호

1485015186

사업명

미래유망녹색환경기술산업화촉진(R&D)

DB 구축일자

2020-07-29

키워드

폐글리세롤.1.3-프로판디올.발효.화장품.바이오디젤.crude Glycerol.1.3-Propanediol.fermentation.cosmetic.biodiesel.

표 바이오디젤 생산 과정
표 1,3-propanediol 시장 변화 예상 (출처 : Grand View Research, 2015)
표 국내 화장품의 무역수지(왼쪽) 및 대상국가별 우리나라 화장품 수출 실적(오른쪽) (출처: 식품의약품안전처 보도자료, 2015)
표 화장품 소재 시장 현황 및 전망
표 국내 지식재산권 현황
표 1,3-프로판디올 생산 화학 공정 기술
표 듀퐁의 재조합 대장균을 이용한 1,3-프로판디올 생산 친환경 생물 공정
표 국외 지식재산권 현황
표 바이오디젤 생산량에 따른 폐글리세롤 가격 추이
표 바이오디젤 보급 현황과 생산 증대에 따른 글리세롤 가격 하락
표 1,3-프로판디올의 보습효과 시험 data (외부임상기관(I.E.C.Korea)의뢰 시험, 시험번호 : 15-K169304)
표 1,3-프로판디올의 방부효과 비교 data (내부시험자료)
표 1,3-프로판디올 생산 과정
표 선행 기술 공정도
표 선행 프로판디올 정제 실험
표 미생물의 글리세롤 발효 대사 회로
표 글리세롤 발효 대사 공학 연구를 위한 K. pneumoniae의 장점
표 주관기관 관련기술 보유현황
표 1,3-프로판디올 생산 공정의 경제성 비교
표 1,3-PDO 발효 배지 조성표
표 1,3-PDO발효 trace elemental 조성표
표 5L 발효액 제조공정
표 폐글리세롤 발효액 GC 분석
표 실험용 원심분리기(Combi 514R)
표 미생물 발효액 100% 원심분리 결과
표 미생물 발효액 9 : EtOH 1 비율의 원심분리 결과
표 미생물 발효액 8 : EtOH 2 비율의 원심분리 결과
표 미생물 발효액 7 : EtOH 3 비율의 원심분리 결과
표 미생물 발효액 6 : EtOH 4 비율의 원심분리 결과
표 미생물 발효액 5 : EtOH 5 비율의 원심분리 결과
표 EtOH를 사용한 무기물 제거 실험 결과
표 Ethanol 증류 후 G.C data
표 2,3-Butyleneglycol 과 1,3-Propanediol 증류실험
표 Evaporator 증류온도에 따른 2,3-Butyleneglycol과 1,3-propanediol의 비율
표 증류 후 G.C 분석(샘플 6~10)
표 증류에 따른 1,3-propanediol함량 및 비율
표 분별증류장치(좌)와 박막증류장치(우)
표 증류조건에 따른 2,3-Butyleneglycol과 1,3-propanediol의 비율
표 YHY-160822에 대한 GC분석 data
표 YHY-160830 에 대한 GC분석 data
표 YHY-160907 에 대한 GC 분석data
표 YHY-160920 에 대한 GC 분석 data
표 YHY-160923에 대한 GC 분석 data
표 분별증류에 의한 각 온도별 G.C 순도 및 1,3-Propanediol 량
표 LSH-161018-1에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-2에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-3에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-4에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-5에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-6에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-7에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-8에 대한 GC분석 data
표 LSH-161018-9에 대한 GC분석 data
표 정제공정 Flow diagram
표 1,3-PDO 5ton 발효 seed 배양 모식도
표 1,3-PDO 5ton 발효 및 미생물 제거 공정 모식도
표 1,3-PDO 시생산 발효 배지 조성표
표 1,3-PDO 시생산 발효 trace elemental 조성표
표 1차년도 1차 시생산 발효 HPLC 분석결과(60시간 배양)
표 1차년도 2차 시생산 발효 HPLC 분석결과(22시간 배양)
표 1차년도 시생산 발효액 미생물 및 부유물 제거 공정 모식도
표 1차년도 시생산 발효액 증류 공정 모식도
표 시생산 발효물의 증류 후 초류, 중류량 및 1,3-Propanediol 함량
표 2,3-BDO+1,3-PDO의 증류공정 전 G.C분석 data
표 증류 후 분리된 중류의 G.C 분석 data
표 1, 2차 분별 증류 실험 결과
표 시생산 분별증류 후 최종정제 후의 G.C 분석 data
표 공장 전체 배치도
표 공장 1층 배치 및 설계도
표 공장 2층 배치 및 설계도
표 공장 3층 배치 및 설계도
표 공장 4층 배치 및 설계도
표 인체 첩포 테스트 결과 요약서 1
표 인체 첩포 테스트 결과 요약서 2
표 실험 샘플 및 원료명
표 CTFA 가이드라인 실험 결과
표 CTFA 가이드라인 실험 결과 2(결과 1의 로그감소율 변환 ( Rx=logN0–logNx))
표 박테리아, 효모, 곰팡이에서의 방부력 실험 결과
표 샘플 및 원료명
표 결과 1. 미생물 계수 cfu/mL (박테리아, 효모, 곰팡이)
표 결과 1. 미생물 계수 cfu/mL (박테리아, 효모, 곰팡이)
표 KOKO 테스트 실험 결과
표 일광안정성 시험결과
표 열안정성(50℃) 시험결과
표 폐글리세롤을 이용한 발효 공정 모식도
표 Medium F의 조성
표 Medium C의 조성
표 Trace elemental solution 조성
표 상수와 정제수로 만든 배지를 사용한 1,3-PDO발효 결과 (a):상수,(b):정제수
표 pH 조절제 농도 및 종류에 따른 1,3-PDO 발효 결과 (a):1% NaOH, (b):5% NaOH, (c):10% NaOH, (d): 10% 암모니아수
표 50L에서의 1,3-PDO 발효공정 모식도
표 50L에서의 RPM에 따른 1,3-PDO 생산 (a) 100rpm (b) 150rpm
표 접종량 및 5L 발효기 접종에 따른 50L에서의 1,3-PDO발효 결과 (a) : 10%, (b) : 20%, (C) : 발효기 접종
표 500L 수준의 1,3-PDO생산 발효 scale-up 공정 모식도
표 500L 발효기 시스템
표 500L 발효 scale-up 결과
표 500L 발효 scale-up시 부산물 결과
표 생명공학연구원의 5 ton 발효기 시스템
표 5 ton 발효조 및 실제 1,3-PDO 생산 발효시 반응기 내부
표 5,000L 수준의 1,3-PDO생산 발효 scale-up 공정 모식도
표 5,000L 발효 scale-up 결과
표 5,000L scale-up 발효시 부산물 결과
표 새로운 배지에서의 500L scale-up 발효공정 모식도
표 새로운 배지에서의 500L scale-up 결과
표 새로운 배지에서 500L scale-up 발효시 부산물 결과
표 새로운 배지에서의 5,000L scale-up 발효공정 모식도
표 새로운 배지에서의 5,000L scale-up 결과
표 새로운 배지에서 5,000L scale-up 발효시 부산물 결과
표 5L에서의 1,3-PDO 생산 재현성 실험 공정 모식도
표 자사 보유 5L 발효조
표 5L에서의 1,3-PDO 생산 재현성 실험 결과
표 생산 현장의 3ton 발효조 설비
표 3ton 발효조 모니터링 시스템 및 1,3-PDO 발효시 내부
표 자사보유 시생산용 3ton 규모의 Pilot 발효 시스템
표 현장 설비인 3,000L 발효조를 사용한 1,3-PDO scale-up 발효공정 모식도
표 현장설비인 3,000L 발효조를 사용한 1,3-PDO scale-up 결과
표 계대 배양시 균주의 growth curve
표 새로운 계대배양 방법을 사용한 5L 발효 공정 모식도
표 새로운 계대 배양방법으로 진행한 1,3-PDO 발효 결과
표 새로운 계대 배양 방법을 사용한 3,000L 발효 공정 모식도
표 새로운 계대배양법을 적용한 3,000L 발효조에서의 1,3-PDO생산 발효 결과
표 새로운 계대배양법을 적용한 3,000L 발효에서의 부산물 결과
표 Feeding crude glycerol 농도에 따른 1,3-PDO생산 비교 (a) : 30% glycerol, (b) : 50% glycerol
표 다른 Feeding glycerol 농도에서의 시간별 총 1,3-PDO 생산량 비교
표 50% crude glycerol을 사용한 3,000L 발효 공정 모식도
표 50% crude glycerol을 피딩한 3,000L 발효조에서의 1,3-PDO생산 발효 결과
표 50% crude glycerol을 피딩한 3,000L 발효조에서의 부산물 결과
표 50% crude glycerol을 사용한 3,000L 발효 공정 모식도(2차)
표 50% crude glycerol을 피딩한 3,000L 발효조에서의 1,3-PDO생산 발효 결과(2차)
표 50% crude glycerol을 피딩한 3,000L 발효조에서의 부산물 결과(2차)
표 50% crude glycerol을 사용한 3,000L 발효 공정 모식도(3차)
표 50% crude glycerol을 피딩한 3,000L 발효조에서의 1,3-PDO생산 발효 결과(2차)
표 50% crude glycerol을 피딩한 3,000L 발효조에서의 부산물 결과(2차)
표 1,3-PDO의 분리 정제 공정 모식도
표 발효액 vs EtOH 이용한 정제물 LC data
표 EtOH 이용 탈염액 vs 이온수지처리 액 색비교
표 EtOH을 사용 정제한 crude 농축액
표 발효액 여과 효율비교 (원심분리 vs FMX)
표 발효 여과액 투명도비교 (원심분리 vs FMX)
표 새로운 분리정제 공정 모식도
표 분리막 장치 및 이온교환수지컬럼.
표 분리막 처리액 vs 이온수지처리 후 농축액
표 crude 농축액
표 1,3-PDO 분별증류 조건
표 95%이상 1,3-PDO 생산분 GC data
표 1,3-PDO 정제 샘플
표 새로운 분리정제 공정 결과
표 각 공정별 1,3-PDO 수치 및 발생 폐액량
표 탈염공정 유무에 따른 이온교환수지 소모량 및 효율
표 E사 ED장비를 이용한 탈염결과
표 C사 ED장비를 이용한 탈염결과
표 ED장비를 이용한 FMX 여액 탈염 전후 HPLC data
표 E사의 ED pilot 시스템과 이온교환수지 설비
표 발효액 정제 공정도 및 전도도 기준
표 발효액 시생산
표 시생산한 1,3-PDO
표 시생산한 1,3-PDO의 공인 인증 성적서
표 시생산 물질 수지
표 시생산 공정을 바탕으로 한 P&ID
표 5L에서의 1,3-PDO 생산 재현성 실험 공정 모식도
표 PDO 및 BDO에 따른 1,3-PDO발효 inhibition test결과
표 5L에서의 1,3-PDO 생산 재현성 실험 공정 모식도
표 640g의 glycerol 피딩시 1,3-PDO 발효 결과(5L 발효기)
표 960g의 glycerol 피딩시 1,3-PDO 발효 결과(5L 발효기)
표 384kg glycerol 피딩시 1,3-PDO 발효 결과(3ton 발효기)
표 50% crude glycerol을 사용한 3,000L 발효 공정 모식도(3차)
표 80% crude glycerol 피딩을 통한 3 ton에서의 1,3-PDO발효 실험 결과
표 창해에탄올의 발효 시설
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도-1차
표 15ton발효기로의 scale-up실험-1차 결과
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도-2차
표 15ton발효기로의 scale-up실험-2차 결과
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도-3차
표 15ton발효기로의 scale-up실험-3차 결과
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도-4차
표 15ton발효기로의 scale-up실험-4차 결과
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도-5차
표 15ton발효기로의 scale-up실험-5차 결과(1750kg의 crude glycerol feeding)
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도-5차
표 15ton발효기로의 scale-up실험-6차 결과(1750kg의 crude glycerol feeding)
표 미생물 및 고형물 제거용 멤브레인 장치(FMX)
표 15ton 발효액 여과공정에서의 여과액 회수 결과(1-3회차)
표 멤브레인 여과 공정 1-3회차 결과
표 멤브레인 여과 공정 4회차 결과
표 NaOCl을 사용한 CIP공정 후 의 분리막여과 결과
표 멤브레인 여과 공정 5-6회차 결과
표 15ton 발효액 여과공정에서의 여과액 회수 결과(5-6회차)
표 멤브레인 여과 공정 1-6회차 결과
표 ED공정 처리 결과
표 ED공정 처리 결과 1-5 batch(a) 및 6-10 batch(b)
표 ED공정 처리 결과 1-3 batch 결과 (3차)
표 ED공정 처리 결과 4-6 batch 결과 (3차)
표 ED공정 처리 결과 4-6 batch 결과 (3차)
표 ED공정 처리 결과 1-3 batch 결과 (4차)
표 ED공정 처리 결과 4-8 batch 결과 (4차)
표 ED공정 처리 결과 1-10 batch 결과 (5차)
표 ED공정 처리 결과 1-10 batch 결과 (6차)
표 ED공정 결과 요약
표 이온교환공정 장치
표 IE공정 결과 요약
표 창해의 증류 시설
표 1차 증류탑에서 물과 2,3-BDO동시 제거시 탑의 온도 그래프
표 1차 증류 공정 결과
표 2차 증류탑에서 PDO증류시 탑의 온도 그래프
표 2차 증류 공정 결과
표 활성탄 사용량에 따른 1,3-PDO 색상, 취 결과
표 활성탄 10% 처리 전후 GC순도 변화
표 15ton규모에서의 1,3-PDO 생산 공정 모식도
표 1,3-PDO 생산 공정 일정표( 10주 12회 생산 공정)
표 15ton 규모의 1,3-PDO 생산 발효 공정 모식도
표 1,3-PDO 생산공정 발효 결과
표 1,3-PDO 생산 발효 결과 그래프(12회 평균값)
표 1,3-PDO 생산 여과 공정 결과
표 1,3-PDO 생산 여과 공정 그래프 (평균값)
표 1,3-PDO 시생산 ED 공정 그래프 (시생산공정 평균값)
표 1,3-PDO 생산 여과 공정 결과
표 1,3-PDO 시생산 회차별 IE 공정 결과 그래프(최종 전도도)
표 IE공정 결과 요약표. IE공정 결과 요약
표 1차 증류공정시 탑의 온도 그래프(생산공정 평균값)
표 1차 증류 공정 결과(생산공정)
표 2차 증류공정시 탑의 온도 그래프(시생산공정 평균값)
표 2차 증류 공정 결과(시생산공정)
표 시생산 후 결과
표 생산 제품의 관능 검사 및 GC 분석 결과
표 시생산 반응기(T-7, T-8)
표 1차 시생산 GC 분석
표 2차 시생산 GC 분석
표 시생산품 사진
표 1,3-PDO 생산 공정 단가 계산
표 1,3-PDO 생산 공정 결과
표 D사의 crude glycerol(왼쪽)과 S사의 crude glycerol(오른쪽) 비교
표 D사 및 S사의 crude glycerol을 사용한 1,3-PDO 발효 비교 결과
표 1,3-PDO 발효에 사용한 crude glycerol 성적서
표 1,3-PDO 생산 공정별 폐수 발생량(15ton scale)
표 Lactobacillus의 글리세롤 발효 대사 회로
표 재조합 대장균을 이용한 1,3-프로판디올 생산 생물 공정(Dupont, 미국)
표 신규 분리 유산균 분리에 사용된 MALDI Biotyper
표 유산균 분리 결과
표 신규 분리 유산균 Lactobacillus reuteri 균주의 배양 결과
표 신규 분리 유산균 L. reuteri CH53 균주 배양액의 대사물질 분석
표 L. reuteri CH53 균주의 분류학적 계통도
표 L. reuteri CH53 균주의 16s rDNA 유전자 염기서열
표 교반속도에 따른 L. reuteri CH53 균주 배양 결과
표 교반속도에 따른 L. reuteri CH53 균주 배양 결과 50rpm (●), 100rpm (○), 200rpm (●), 300rpm (●)
표 공기주입에 따른 L. reuteri CH53 균주 배양 결과
표 배양온도에 따른 L. reuteri CH53 균주 배양 결과
표 몰 농도비율에 따른 L. reuteri CH53 균주의 유가식 배양 결과
표 몰 농도비율에 따른 L. reuteri CH53 균주의 유가식 배양 결과 glucose/glycerol; 0.5 (●), 1.0 (○), 1.5 (●), 2.0 (●)
표 L. reuteri CH53균주의 유가식 배양을 통한 1,3-프로판디올 생산 Cell growth (◆), 1,3-PDO (●), acetate (▲), ethanol (★), lactate (■)
표 L. reuteri CH53 균주의 옥수수침지액과 yeast extract 영향
표 L. reuteri CH53균주의 옥수수침지액을 활용한 유가식 배양 Yeast extract (●), 옥수수침지액 (○)
표 유산균의 1,3-프로판디올 생산 비교
표 L. reuteri CH53균주의 유가식 배양중 dhaT 효소 활성 Yeast extract (●), 옥수수침지액 (○)
표 L. reuteri CH53 배양에 사용된 MRS 배지의 조성 및 비용
표 소고기 추출물과 옥수수침지액의 성분 분석
표 L. reuteri CH53 균주의 옥수수침지액 30g/L을 이용한 유가식 배양 Cell growth (◆), 1,3-PDO (●), acetate (▲), ethanol (★), lactate (■)
표 L. reuteri CH53 균주의 50L 유가식 배양 결과 Cell growth (◆), 1,3-PDO (●), acetate (▲), ethanol (★), lactate (■)
표 임펠러 끝단 속도에 따른 배양기 규모별 교반속도
표 L. reuteri CH53 균주의 500L 유가식 배양 결과 Cell growth (◆), 1,3-PDO (●), acetate (▲), ethanol (★), lactate (■)
표 L. reuteri CH53 균주의 5000L 유가식 배양 결과 Cell growth (◆), 1,3-PDO (●), acetate (▲), ethanol (★), lactate (■)
표 고속탐색시스템(HTS)
표 UV의 의한 1,3-프로판디올 고생산 변이 균주 개발
표 L. reuteri CH53 균주의 UV조사 시간에 따른 사멸율
표 UV 조사법에 의해 선발된 변이균주의 1,3-프로판디올 생산량 분석
표 유산균 젖산 생산 대사경로
표 L-lactate dehydrogenase 유전자의 염기서열
표 D-lactate dehydrogenase 유전자의 염기서열
표 L. reuteri CH53 균주의 항생제 내성 농도 조사
표 EtBr 큐어링 후 항생제 내성 농도 조사
표 변이균주의 제조 과정에 사용된 올리고 뉴클레오타이드 서열
표 Lactate dehydrogenase 유전자 제거
표 L. reuteri CH53 균주의 ldh disruption 카세트 제작
표 L. reuteri CH53 균주의 글리세롤 대사회로 모식도
표 pduF 와 yqhD 유전자 발현 재조합 플라스미드의 제작
표 PduF 발현 L. reuteri cu16 균주 플라스크 배양결과
표 L. reuteri cu16 균주와 cu16 pduF #2 균주의 1,3-PDO 생산 L. reuteri cu16 (▽), L. reuteri cu16 pduF #2 (○)
표 PduF 발현 L. reuteri cu16 균주 플라스크 배양결과
표 L. reuteri cu16 균주와 cu16 yqhD #4 균주의 1,3-PDO 생산 L. reuteri cu16 (▽), L. reuteri cu16 yqhD #4 (○)
표 L. reuteri CH53 균주의 배양의 기질과 대사산물 IC50 값
표 L. reuteri CH53 균주의 배양의 기질과 대사산물 IC50 값
표 유기산을 첨가한 L. reuteri CH53 균주의 유가식 배양 결과 MRS (●,○), MRS+10g/L lactate (▼,▽), MRS+10g/L acetate (■,□)
표 적응 돌연변이 균주의 개발 공정
표 엑티브온 해외 판매처 현황 (2015)
표 경쟁 기업과의 경재성 비교
표 21세기 화장품의 연구 개발 전망
표 1,3-PDO 샘플의 분석 결과 비교
표 1,3-PDO 시생산 공정의 물질 수지(평균값)
표 1,3-PDO 시생산 공정을 바탕으로 한 P&ID

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