[보고서]바이오 기반 이소부틸렌 생산기술 개발

신철수

보고서 정보

주관연구기관

(주)에이피테크놀로지

연구책임자

신철수

참여연구자

이홍원 , 윤정준 , 박종기

보고서유형

최종보고서

발행국가

대한민국

언어

한국어

발행년월

2019-07

과제시작연도

2018

주관부처

산업통상자원부
Ministry of Trade, Industry and Energy

등록번호

TRKO202200006251

과제고유번호

1415158663

사업명

바이오산업핵심기술개발(R&D)

DB 구축일자

2022-08-19

키워드

바이오매스.바이오고무.이소무틸렌.이소부탄올.부틸고무.

표 바이오화학산업 vs. 석유화학산업
표 바이오화학소재 제품들의 분류체계
표 바이오화학제품의 CO2 Zero 개념도
표 화학제품의 분야별 세계시장 예측 (단위 : 10억 달러)
표 화학제품의 분야별 세계시장 예측 (단위 : 10억 달러)
표 대표적인 바이오화학소재 제품들
표 이소부틸렌 특성
표 이소부틸렌의 시장현황 및 적용 분야
표 나프타의 크래킹을 통한 이소부틸렌 생산방법
표 촉매법을 이용한 t-butanol로부터 이소부틸렌 생산방법
표 바이오이소부틸렌과 이의 활용가능한 제품들
표 친환경타이어개발을 위한 아지노모토社와 브리지스톤社의 연구협력
표 제안된 이소부틸렌 생합성 경로들
표 이소부틸렌 생산경로들의 특징
표 이소부틸렌 전구체인 이소부탄올의 생산기술 개발현황
표 LANXESS의 이소부틸렌 생산 및 활용도
표 LANXESS와 Arkema의 이소부틸렌 생산계획 차이점
표 Isobutene 생합성 후보 효소군
표 대사체 및 전사체 분석을 통한 이소부틸렌 생산균주 기초연구
표 발효공정상에서의 이소부틸렌 실시간 분석시스템
표 이소부틸렌 발효 기초연구
표 이소부틸렌 농축 공정의 개념도
표 포도당으로부터 이소부탄올 생산 경로
표 이소부탄올 생산 벡터 구축
표 ilvC 돌연변이 라이브러리 제작 모식도
표 ilvC 유전자 임의 돌연변이 라이브러리 제작을 위한 프라이머
표 ilvC의 돌연변이 타겟인 β2α,β-motif
표 세포표면 단백질 발현 E. coli 이용 ilvC 효소의 스크리닝 (14개 유전자)
표 선별된 유전자의 sequencing 결과
표 BSA assay에 의한 단백질 정량 곡선 (a) 및 in vitro 스크리닝 결과 (b). in vitro 스크리닝을 위하여 세포파쇄후 total 단백질의 농도를 0.25mg으로 동일하게 처리, 0.125 mM 기질, 20 mM NADH가 이용됨
표 NADH 의존적인 ketol-acid reductoisomerase와 alcohol dehydrogenase를 도입하였을 경우 이소부탄올 생산 양상
표 NADH 의존적인 ketol-acid reductoisomerase와 alcohol dehydrogenase를 도입하였을 경우 이소부탄올 생산 수율 및 생산성 비교
표 이소부탄올 생합성 경로에서 발생하는 부산물 생성이 제거된 재조합 대장균
표 CRISPR-Cas9 system을 이용한 recA gene knock-out 균주 배양 실험 결과
표 recA gene knock-out 균주 배양 실험 결과
표 alsS, ilvD, ilvC, yqhD 유전자 합성을 위한 PCR primer sequences
표 재구축한 pETDuet-1_ilvC_yqhD와 pCDFDuet-1_alsS_ilvD _kivD의 발현 벡터
표 보효소 공급을 위해 dual cofactor 시스템을 도입한 이소부탄올 생산경로
표 Dual cofactor system이 도입된 E. coli MG1655(DE3)의 회분식 배양 결과 A - E. coli MG1655(DE3) pCDFDuet alsS_ilvD_kivD & pETDuet ilvC_yqhD, B - E. coli MG1655(DE3) pCDFDuet alsS_ilvD_kivD & pETDuet ilvC_yqhD & pACYCDuet_adhA_ilvCm-ch13
표 Dual cofactor system이 도입된 E. coli MG1655(DE3)의 발효 결과
표 구축한 pCDFDuet-1_alsSL_ilvD_kivD의 발현 벡터
표 L. lactis 유래 alsSL 유전자 도입된 E. coli MG1655(DE3)의 회분식 배양 결과 A – E. coli MG1655(DE3) pCDFDuet-1_alsS_ilvD_kivD & pETDuet-1_ilvC_yqhD B – E. coli MG1655(DE3) pCDFDuet-1_alsSL_ilvD_kivD & pETDuet-1_ilvC_yqhD
표 L. lactis 유래 alsSL 유전자 도입된 E. coli MG1655(DE3)의 회분식 배양 결과
표 L. lactis 유래 alsSL 유전자 도입된 E. coli △MG1655(DE3)의 회분식 배양 결과 A, C – E. coli △MG1655(DE3) pCDFDuet-1_alsS_ilvD_kivD & pETDuet-1_ilvC_yqhD B, D - E. coli △MG1655(DE3) pCDFDuet-1_alsSL_ilvD_kivD & pETDuet-1_ilvC_yqhD
표 세포 내 NADH oxidase (noxE)의 기능
표 L. lactis 유래 noxE 유전자 도입된 E. coli MG1655(DE3)의 회분식 배양 결과 A - pACYCDuet_adhA_ilvCm-ch13 B - pACYCDuet_adhA_noxE_ilvCm-ch13
표 noxE 유전자가 도입된 E. coli MG1655(DE3)의 발효 결과
표 각각의 시스템이 도입된 E. coli △MG1655(DE3)의 회분식 배양 결과 A - E. coli △MG1655(DE3) alsSL_ilvD_kivD & ilvC_yqhD, B - E. coli △MG1655(DE3) alsSL_ilvD_kivD & ilvC_yqhD / dual cofactor, C - E. coli △MG1655(DE3) alsSL_ilvD_kivD & ilvC_yqhD /noxE, D - E. coli △MG1655(DE3) alsSL_ilvD_kivD & ilvC_yqhD / dual cofactor/noxE
표 개발된 내성균주의 이소부탄올 내성 안정도 확인
표 진화공학이용 이소부탄올 돌연변이 균주들의 유전체 분석 결과
표 Single gene knockout 균주들의 이소부탄올 내성확인
표 이소부탄올 내성 돌연변이 균주들의 전사체 분석 결과
표 이소부탄올 내성 후보유전자 목록
표 전사체 분석으로부터 선별된 내성 유전인자의 이소부탄올 내성검증. (*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001)
표 내성 유전인자를 도입한 E. coli JK209의 이소부탄올 발효 결과. (a) 대조군 (control) 및 (b) fadBmut(MG) 및 (c) dppCmut(BL)가 도입된 생산균주의 발효 프로파일
표 발효기 수준에서 산소공급 조건에 따른 투입된 이소부탄올의 휘발성 확인
표 기존 공정과 이소부탄올 포집 공정 모식도
표 Air stone을 이용한 bioreactor 공정
표 이소부탄올 포집 효과
표 IPTG와 lactose를 이용한 이소부탄올 생산 결과
표 포집 공정을 개선한 이소부탄올 생산
표 흡수탑을 이용한 이소부탄올 생산 공정
표 흡수탑을 이용한 이소부탄올 생산 공정 최적화
표 포집율 향상을 위한 흡수탑 공정 최적화
표 효모에서의 isobutanol 생합성 대사 경로
표 ILV2와 kivd가 integration된 재조합 효모의 isobutanol 생산
표 이소부탄올 생산 경로 및 오페론 구축
표 균주별 생산량 변화량
표 pET기반의 이소부탄올 생산 벡터 구축
표 MG1655(DE3) ACECO의 돌연변이 유전자 및 합성 경로와 부산물 생성능 비교분석
표 Fermentation/gas stripping의 발효실험 공정
표 Fermentation/gas stripping 공정을 통하여 회수된 이소부탄올 생산량
표 당해연도에 새롭게 고안된 흡수탑 사진
표 실리카겔을 추가한 흡수탑을 이용한 이소부탄올 생산 실험 결과
표 MG1655(DE3)//HM01,HM02의 이소부탄올 생산 배지조성
표 MG1655(DE3)//HM01, HM02의 회분식 배양 결과
표 5L 발효조를 이용한 이소부탄올 생산결과
표 5 L 배양기를 이용하여 4 vvm에서 시간에 따른 배양액, 1st, 2nd 포집기의 이소부탄올 농도 변화량
표 30 L 배양기를 이용하여 70 L/min에서 시간에 따른 배양액 및 포집기의 이소부탄올 농도 변화량
표 High air flow rate을 적용한 이소부탄올 생산 실험 (５L 발효조)
표 연속적 Lactose Induction을 이용한 이소부탄올 생산 실험
표 30L 발효조로부터 대장균의 이소부탄올 생산
표 30 L 발효조에서 내압을 해결하기 위한 전략 및 발효조 전경
표 30 L 발효조에서의 이소부탄올 생산 결과
표 1,500 L 발효조에서 사용된 배지 조성
표 1,500 L scale 발효조 전경
표 1,500 L scale 발효에서의 문제 해결을 위한 전략
표 1,500 L scale 이소부탄올 생산 실험 결과
표 L.lactis 유래의 kivd, E.coli 유래의 adhP와 NADPH-dependent ilvCTM의 오페론
표 이소부탄올 생산 부산물 생성억제를 위한 균주개발
표 ilvC 유전자 종류에 따른 이소부탄올 생산성 비교
표 인실리코 분자 모델링을 이용한 모티프 분석
표 LAH의 3차구조(PDB id: 4IA6)
표 선별된 OleH 후보 효소단백질의 정보
표 분자계통도로부터 예측한 OleH의 서브페밀리 분포. 하늘색, 노란색, 녹색으로 표시된 후보 효소단백질
표 이소부틸렌 생산을 위한 반응 조건
표 2종류의 단백질 발현대장균주에 대한 OleH의 과발현 및 용해도 테스트
표 단계별 OleH 효소 생산량
표 OleH 및 기질-단백질 복합체 스크리닝 조건
표 기질-복합체 결정 및 X-ray 회절 이미지
표 표면발현 A6VRV1의 cell 반응을 통한 isobutylene 생합성 실험 결과
표 50% 이소부탄올과 50% 에탄올을 첨가한 반응액에 표면발현 A6VRV1를 이용한 이소부틸렌 생합성 결과물질의 GC-MS 분석 결과
표 정반응 실험 Oleate(Oleic acid)의 정량 분석 결과
표 Crystals of OleH with Na-oleate
표 Fomitopsis sp 발효와 Gas 흡착
표 Gas chromatography mass spectrometry 프로파일
표 산 촉매 조건에서의 이소부탄올로부터 이소부틸렌으로의 탈수 반응 기작
표 (A) Fomitopsis sp. 발효조 (B) Fomitopsis sp. 발효 공정 모식도
표 흡착 컬럼 내 포집 기상의 GC-FID 분석 조건
표 (A) 포집 가스의 GC-FID 분석 결과. (a : 이소부틸렌 스탠다드 가스, b : 발효 포집 가스), (B) GC-MS 분석 결과 (a : 이소부틸렌 라이브러리 스펙트럼, b : 포집 가스 스펙트럼)
표 철농도 및 철/과수 몰비에 따른 이소부틸렌 전환량 비교
표 철 및 과산화수소의 농도에 따른 펜톤 조건에서의 이소부틸렌 전환
표 펜톤반응(red)과 옥살산(blue)의 조건에서의 GC-FID 스펙트럼 비교 (★ : isobutylene peak with 2.5 min of retention time)
표 발효 조건 중 통기에 따른 이소부틸렌 전환량과 참고문헌 전환량의 비교
표 다양한 흡착제에 대한 이소부틸렌의 평형 흡착량
표 온도에 따른 이소부틸렌의 활성탄에 대한 평형 흡착량
표 Langmuir 식의 모델변수
표 실리카겔에 대한 이소부틸렌의 흡착파과곡선
표 실리카겔에 대한 이소부틸렌의 탈착파과곡선
표 활성 알루미나에 대한 이소부틸렌의 흡착파과곡선
표 활성 알루미나에 대한 이소부틸렌의 탈착파과곡선
표 활성탄에 대한 이소부틸렌의 흡착파과곡선
표 활성탄에 대한 이소부틸렌의 탈착파과곡선
표 흡착파과 실험 및 계산 결과
표 고농도 농축을 위한 증류공정 Flowsheet
표 이소부틸렌의 회수율을 98%로 하였을 경우에 대한 물질 수지
표 이소부틸렌 회수율에 따른 탑정 온도
표 이소부탄올 전환용 반응기
표 기체 생성물의 크로마토그램(300 ℃)
표 흡수액 유량에 따른 출구 가스에 함유되는 이소부탄올의 농도 (21.4 mm * 3m 칼럼)
표 흡수탑 하부 사진
표 흡수액 유량에 따른 출구 가스에 함유되는 이소부탄올의 농도 (100 mm * 3 m 칼럼)
표 이소부탄올(1)과 물(2) 이성분계의 100kPa 압력에서 기액 상평형
표 회분식 증류장치 및 증류물의 크로마토그램
표 이소부탄올 탈수 반응 장치
표 이소부탄올 탈수 반응 실험 결과
표 이소부탄올 탈수반응의 기상 생성물 분석 결과
표 이소부틸렌 분석을 위한 GC-FID 장치 정보와 분석 조건
표 흡수, 증류, 반응, 그리고 이소부틸렌 회수탑 공정도
표 이소부틸렌 생산 공정도
표 연간 생산량에 따른 배양공정 항목별 생산원가 비율
표 연구개발 완료 후 시장 점유율에 따른 생산 원가

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