보고서 정보
주관연구기관 |
동국대학교 DongGuk University |
연구책임자 |
황교정
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2021-06 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
교육부 Ministry of Education |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO202300012525 |
과제고유번호 |
1345300916 |
사업명 |
이공학학술연구기반구축(R&D) |
DB 구축일자 |
2023-10-25
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키워드 |
나노셀룰로오스.셀룰라아제.볼밀.Nanocellulose.Cellulase.Bacillus subtilis.Bacillus licheniformis.Ball mill.
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초록
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□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
▪ 본 연구는 cellulase 활성을 가진 B. subtilis와 B. licheniformis 미생물의 최적 효소활성 조건을 확립하고, α-cellulose를 적용하여 미생물 전처리에 의한 섬유의 특성변화를 평가한다. 이후 물리적(Ball mill) 처리를 실시하여, 미생물 전처리와 물리적 처리에 의한 나노셀룰로오스 제조 특성을 검토하고자 한다. 이후 다양한 셀룰로오스 종류(cotton linters(Sigmacell cellulose, Avicel-101), 입도(20-50
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
▪ 본 연구는 cellulase 활성을 가진 B. subtilis와 B. licheniformis 미생물의 최적 효소활성 조건을 확립하고, α-cellulose를 적용하여 미생물 전처리에 의한 섬유의 특성변화를 평가한다. 이후 물리적(Ball mill) 처리를 실시하여, 미생물 전처리와 물리적 처리에 의한 나노셀룰로오스 제조 특성을 검토하고자 한다. 이후 다양한 셀룰로오스 종류(cotton linters(Sigmacell cellulose, Avicel-101), 입도(20-50 ㎛, wood(sw-BKP, hw-BKP))에 미생물 전처리를 각각 실시하여 전처리에 따른 셀룰로오스 섬유의 변화를 검토한다. 미생물 전처리된 cotton linters와 목질계 셀룰로오스는 물리적(ball mill) 처리를 실시하고 제조된 나노셀룰로오스를 분석하여 최적 조건을 확보한다. 미생물 전처리와 ball mill 처리되어 제조된 나노셀룰로오스는 필름으로 제조하고 물리·화학적 특성을 검토한다.
◼ 전체 내용
▪ B. subtilis와 B. licheniformis의 cellulase 최적조건 확립
- 온도, pH, 배양시간, rpm 등 조건을 달리하여 평가
- Analysis (UV-Spectrometer, DNS 환원당 정량법)
▪ 미생물 전처리에 따른 셀룰로오스 내의 미생물을 제거
- cell lysis, 70% EtOH, 열처리 조건을 다양하게 적용하여 제거효과를 평가
- Analysis (광학현미경, SEM, FT-IR 등)
▪ 최적 cellulase 활성조건을 적용, 미생물 전처리가 α-cellulose 섬유에 미치는 영향을 평가
- α-cellulose 농도 변화
- Analysis (SEM, TEM, FT-IR, XRD, particle analysis 등)
▪ 미생물 전처리된 α-cellulose의 ball mill 처리에 따른 나노섬유 특성 분석
- Ball mill의 rpm, 시간 등 조절
- Analysis (TEM, SEM, XRD, particle analysis 등)
▪ B. subtilis와 B. licheniformis의 cellulase 최적조건 확립
- 온도, pH, 배양시간, rpm 등 조건을 달리하여 평가
- Analysis (UV-Spectrometer, DNS 환원당 정량법)
▪ 미생물 전처리에 따른 셀룰로오스 내의 미생물을 제거
- cell lysis, 70% EtOH, 열처리 조건을 다양하게 적용하여 제거효과를 평가
- Analysis (광학현미경, SEM, FT-IR 등)
▪ 최적 cellulase 활성조건을 적용, 미생물 전처리가 α-cellulose 섬유에 미치는 영향을 평가
- α-cellulose 농도 변화
- Analysis (SEM, TEM, FT-IR, XRD, particle analysis 등)
▪ 미생물 전처리된 α-cellulose의 ball mill 처리에 따른 나노섬유 특성 분석
- Ball mill의 rpm, 시간 등 조절
- Analysis (TEM, SEM, XRD, particle analysis 등)
◼ 1단계
❏ 목표
Cellulase 활성을 가진 B. subtilis와 B. licheniformis 미생물의 최적 효소활성 조건을 확립하고, α-cellulose를 적용하여 전처리에 의한 특성을 평가한다. 이후 물리적 처리를 실시하여 섬유 특성을 검토한다.
❏ 내용
▪ 미생물 전처리에 따른 셀룰로오스 내의 미생물을 제거하기 위해 cell lysis, 70% EtOH, 열처리 조건을 다양하게 적용하여 미생물을 제거효과를 평가한다.
▪ 미생물 전처리에 따른 셀룰로오스 내의 미생물을 제거하기 위해 cell lysis, 70% EtOH, 열처리 조건을 다양하게 적용하여 미생물을 제거효과를 평가한다.
▪ 최적 미생물 전처리조건을 α-cellulose에 적용하여 미생물 전처리가 셀룰로오스 섬유에 미치는 변화를 검토한다.
▪ 미생물 전처리된 α-cellulose는 ball mill을 이용하여 다양한 조건(rpm, 시간 등)으로 처리한다. 이후 셀룰로오스 섬유의 변화를 평가한다.
◼ 2단계
❏ 목표
다양한 셀룰로오스 원료 종류(Cotton (sigmacell, avicel PH-101), wood (sw-BKP, hd-BKP))에 따른 미생물 전처리 특성을 평가하고, 각각의 섬유를 ball mill 처리하여 섬유 특성을 검토한다.
❏ 내용
▪ Cotton linters (sigmacell, avicel PH-101)와 목질계(sw-BKP, hd-BKP) 셀룰로오스에 B. subtilis와 B.licheniformis의 전처리를 실시한다. 이후 전처리에 따른 섬유의 특성 변화를 확인한다.
▪ 미생물 전처리된 cotton linters와 목질계 셀룰로오스를 ball mill 처리하여 제조된 섬유의 특성을 검토한다.
◼ 3단계
❏ 목표
제조된 나노셀룰로오스를 이용하여 필름으로 제조하고 이를 평가한다.
❏ 내용
▪ 미생물 전처리와 ball mill 처리된 cotton linters와 목질계 나노셀룰로오스는 필름으로 제조하고, 이후 나노셀룰로오스 필름의 특성을 평가한다.
□ 연구개발성과
■ Carboxymethylcellulose를 대상으로 B. subtilis와 B. licheniformis 미생물은 pH7, 반응온도 30-35℃에서 가장 높은 생장율과 환원당이 생산되었다. 또한 rpm이 100에서 150으로 증가될 경우 초기 미생물의 생장이 증가되는 것으로 확인되었다.
■ 셀룰로오스에 미생물을 처리하고 제거하는 방안은 EtOH, Lysozyme, SDS, Autoclave 처리 중에서 Lysozyme 처리가 반응 이후 미생물을 제거하는데 가장 적합한 것으로 확인되었다.
■ α-셀룰로오스를 대상으로 B. subtilis와 B. licheniformis를 처리하였을 때, B. subtilis 처리가 B. licheniformis 균주보다 높은 환원당이 생성되어 효소생산이 더 높은 것으로 확인되었다.
■ Cotton linters (Avicel PH-101, Sigmacell cellulose)와 목질계(α-cellulose, hd-BKP, sw-BKP)셀룰로오스를 각각 미생물 처리하였을 때, 모든 조건에서 B. subtilis를 처리한 경우가 환원당 생산이 증가되는 것을 확인하였다.
■ 미생물 처리된 셀룰로오스는 물리적 처리로 볼밀을 처리하는 시간과 rpm이 증가 될수록 미세섬유의 수율이 증가되었다. 그러나 무처리보다 수율이 감소되었는데, 이와 같은 결과는 반응 후 건조하여 볼밀을 처리하였기 때문으로 판단된다. 이에 미생물 처리에 따른 수율을 증가시키기 위해서는 건조과정을 제외하고, 미생물 처리 후 즉시 물리적 처리를 하는 방법이 효율적일 것으로 사료된다.
■ 미생물 처리된 셀룰로오스와 PVA를 혼합하여 제조된 필름은 섬유가 긴 α-cellulose, hd-BKP, sw-BKP의 경우 인장강도가 증가되었지만, 비교적 짧은avicel, sigma 셀룰로오스는 강도가 오히려 감소되었다. 이를 통해 복합소재 필름으로 제조할 경우 섬유가 긴 목질계 셀룰로오스를 사용하는 것이 효과적인 것으로 판단된다.
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
■ 활용계획
▪ 미생물을 활용하여 당화를 진행할 경우 B. subtilis와 B. licheniformis 미생물을 이용하여 효과적인 당화를 진행시킬 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같은 결과로 cotton linters와 목질계 셀룰로오스뿐만 아니라 초본계 셀룰로오스에도 적용가능할 사료된다.
▪ 미생물에서 생성되는 효소를 회수하여 농도를 높이고, 미세섬유를 적용하여 손쉽게 나노셀룰로오스를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.
■ 기대 효과
▪ 미생물 전처리를 활용하여 나노셀룰로오스를 제조하는 기술은 국내·외 나노셀룰로오스 제조단가를 감소시킬 수 있다. 또한 다양한 산업에서 나노셀룰로오스 활용성을 높일 수 있을 것이다.
▪ B. subtilis와 B. licheniformis는 국내·외 자연환경에서 쉽게 찾아볼 수 있는 미생물로서 셀룰로오스에 직접 적용시켜 나노셀룰로오스를 제조한다면, 국내의 원천 기술을 확보할 수 있다.
▪ 기존의 효소를 사용한 셀룰로오스 전처리 기술보다 나노셀룰로오스를 제조하는 산업에서 많은 경제적인 이점으로 작용할 것 이다.
▪ 본 연구를 통해 얻어지는 cellulase 활성 미생물 평가, 셀룰로오스 적용에 따른 평가, 전처리 이후 물리적 처리에 의한 섬유변화 평가 등 이와 같은 데이터는 앞으로 나노셀룰로오스를 활용하는데 있어 국내의 기술력을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요약문 ... 2
- 목차 ... 5
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
- 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
- 1) 연구수행 결과 ... 6
- 2) 목표 달성 수준 ... 9
- 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 9
- 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 10
- 1) 연구성과 ... 10
- 2) 연구성과 활용계획 ... 10
- 6. 참고문헌 ... 11
- 끝페이지 ... 11
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