유전자 조작된 Klebsiella pneumoniae 에 의한 L-tryptophan의 생산

김용태(Yong Tae Kim),정용섭(Yong Seob Jeong),홍석인(suk In Hong) 한국생물공학회 1992 KSBB Journal Vol.7 No.4

친화성 고분자 및 한외여과 분리막을 이용한 트립신의 선택적 분리에 관한 연구

이제권,정용섭,홍석인 ( Je Gueon Lee,Yong Seob Jeong,Suk In Hong ) 한국공업화학회 1994 공업화학 Vol.5 No.2

트립신과 키모트립신 혼합물은 분자량 및 화학적 구조가 유사하여 기존의 분리방법으로는 분리가 쉽지 않다. 그러므로 우수한 선택적 분리 기능이 있는 친화성 크로마토그래피와 막분리 공정의 장점을 결합한 유가식 분리공정이 연구되었다. 트립신에 대하여 더 친화성이 있는 수용성 고분자와 제조된 셀룰로오스 아세테이트 한외여과막에 의해 트립신-친화성 고분자 복합체가 시스템 내에 유지되었으며, 결합되지 못한 효소들은 제거되었다. 사용된 한외여과막의 기공크기는 막 제조시 에탄올 농도에 의해 조절했으며, 친화성 고분자는 4℃에서 아크릴아마이드와 N-아크리로일-m-아미노벤자미딘으로 중합에 의해 제조하였다. 트립신은 친화성 고분자와 제조된 UF-50 한외여과막을 이용하여 용출 완충용액으로 여과한 결과 순도 86%를 얻을 수 있었다. The fed-batch process which combinded high selectivity of affinity chromatography and membrane process was developed. The mixture of trypsin and chymotrypsin, having almost the same molecular weight and the chemical structure, were used as model enzymes. The water soluble polymer having more affinity for trypsin and celluose acetate membrane gelated in 50vol.% ethanol for removing free enzymes and retentating trypsin-affinity polymer complex simutaneously were used in this system. The membrane pore size was controlled by ethanol concentration in the gellation bath, and the affinity polymer was prepared by polymerization of acrylamide with N-acryloyl-m-aminobenzamidine at 4℃. The trypsin could be effectively concentrated by utilizing an affinity polymer and a prepared UF-50 ultrafiltration membrane. As a result, 86% purity trypsin was recovered by the current purification process.

Aspergillus terreus 에 의해 생합성되는 이타콘산의 생산성 증가를 위한 통계적 생산배지 최적화

장용만(Yong-Man Jang),신우식(Woo-Shik Shin),이도훈(Do-Hoon Lee),김상용(Sang-Yong Kim),박철환(Chulhwan Park),정용섭(Yong-Seob Jeong),전계택(Gie-Taek Chun) 한국생물공학회 2009 KSBB Journal Vol.24 No.1

Aspergillus terreus에 의한 이타콘산 생산 발효공정에서 생산균주의 성장을 어느 정도 제한시킴으로써 배양생리적 특성이 이타콘산 생합성 쪽으로 치우치도록 통계적 방법을 적용하여 itaconic acid의 생산배지 조성을 최적화하는 연구를 수행하였다. 이타콘산은 TCA회로를 거쳐 합성된 cis-aconitic acid의 디카르복실화 반응에 의해 생합성되는 고부가 화학원료물질이다. 우선 One factor at a time (OFAT) 방법을 이용하여 이타콘산의 생산성 증가에 크게 영향을 미치는 중요한 탄소원들로 sucrose, glucose, fructose와 soluble starch를 확인할 수 있었고, 질소원들로는 cottonseed flour와 soybean meal을 찾을 수 있었다. Fractional factorial design을 통하여 이들 6가지 요인들 간의 상호작용의 정도를 확인한 결과 sucrose와 cottonseed flour간의 상호작용의 정도가 가장 컸고, 나머지 요인들 간의 상호작용의 정도는 작거나 혹은 이타콘산 생산에 오히려 부정적인 결과를 나타냈다. 또한 full factorial design (FFD) 실험을 통해 생산배지에 KH2PO4와 MgSO4 가 과량 첨가되면 이타콘산의 생산성이 심각하게 저해됨을 알 수 있었다. FFD의 1차모델식을 근간으로 하여 최급 상승법 (steepest ascent method, SAM)을 적용하여 sucrose, cottonseed flour, KH2PO4 및 MgSO4의 최적 농도로 향하는 가장 가파른 기울기를 구함으로써, 신속하고 효율적으로 최적 농도지점에 대한 정보를 얻을 수 있었다. SAM이 제시해주는 농도 부근에서 반응표면분석 (response surface method, RSM)을 적용하여 각 배지성분의 농도를 최적화 시키기 위해, 2개의 중요한 요인인 sucrose와 cottonseed flour를 이용하여 중심합성계획 (central composite design, CCD) 실험을 수행하였다. 그 결과 이타콘산의 최적 배지조건은 sucrose 90.4 g/L, cottonseed flour 53.8 g/L인 것으로 관찰되었고, 이 농도에서 이타콘산의 생산성은 초기 사용된 배지에서의 생산성에 비해 약 7배 증가한 4360 mg/l로 나타났다. 이로부터 탄소원 (C)으로 사용한 sucrose와 질소원 (N)으로 사용한 cottonseed flour 간의 C/N 비율이 이타콘산의 생산성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. Statistical optimization of the production medium was carried out in order to find an optimal medium composition in itaconic acid fermentation process. Itaconic acid utilized in the manufacture of various synthetic resins is a dicarboxylic acid biosynthesized by fungal cells of Aspergillus terreus in a branch of the TCA cycle via decarboxylation of cis-aconitate. Through OFAT (one factor at a time) experiments, six components (glucose, fructose, sucrose, soluble starch, soybean meal and cottonseed flour) were found to have significant effects on itaconic production among various carbon- and nitrogen-sources. Hence, using these six factors, interactive effects were investigated via fractional factorial design, showing that the initial concentrations of sucrose and cottonseed flour should be high for enhanced production of itaconic acid. Furthermore, through full factorial design (FFD) experiments, negative effects of KH2PO4 and MgSO4 on itaconic acid biosynthesis were demonstrated, when excess amounts of the each component were initially added. Based on the FFD analysis, further statistical experiments were conducted along the steepest ascent path, followed by response surface method (RSM) in order to obtain optimal concentrations of the constituent nutrients. As a result, optimized concentrations of sucrose and cottonseed flour were found to be 90.4g/L and 53.8g/L respectively, with the corresponding production level of itaconic acid to be 4.36 g/L (about 7 fold higher productivity as compared to the previous production medium). From these experimental results, it was assumed that optimum ratio of the constituent carbon (sucrose) and nitrogen (cottonseed flour) sources was one of the most important factors for the enhanced production of itaconic acid.

평판형 막생물반응기를 이용한 연속 에탄올 생산 및 농축

김준석,정용섭,홍석인 ( Jun Seok Kim,Yong Seob Jeong,Suk In Hong ) 한국화학공학회 1994 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.32 No.6

The living cells, Saccharomyces cerevisiae, are sandwiched between ultrafiltration and reverse osmosis membranes. The uitrafiltration membrane separates the cells from the feed volume, while providing free passage for all nutrients to the cell mass below. Therein, the bioreaction starts to occur, leading to product ethanol. The reverse osmosis membrane, while immobilizing cells, also helps in separating the nutrients from the product stream preferentially. Therefore, the enriched ethanol solution could be obtained without much contamination from glucose and nutrients. Above the filtered cell mass a coarse filter paper was placed to provide the cells extra room for growth and to eliminate the partial closing of pores of the ultrafiltration membrane which is in contact with the cells, In order to minimize the back diffusion of ethanol from the yeast cell layer to the feed solution, the cellulose acetate ultrafiltration membrane was replaced into the more hydrophobic polysulfone ultrafiltration membrane. In these cases, performance data for glucose fermentation to ethanol by yeast cells were obtained. As a result, the maximum ethanol concentration was 70.3 g/ℓ after 400 hours of operation continuously and at the operating pressure of 2758 kPag(=400 psig) on the substrate solution for the forced convection flow of substrate to the cell layer.

동시당화발효공정에서의 효소 재순환을 위한 최적막 운전조건 확립

김준석,정용섭,홍석인 ( Jun Seok Kim,Yong Seob Jeong,Suk In Hong ) 한국화학공학회 1995 화학공학의이론과응용 Vol.1 No.1

동시당화발효공정을 위한 섬유소 가수분해의 동력학적 모사

오경근,정용섭,홍석인 ( Kyeong Keun Oh,Yong Seob Jeong,Suk In Hong ) 한국화학공학회 1995 화학공학의이론과응용 Vol.1 No.1

중공사막에 의한 효모 및 효소 재순환 운전 조건의 최적화

장수정(Su Jeong Jang),윤세익(Sei Eok Yun),황의정(Eui Jeong Hwang),정용섭(Yong Seob Jeong) 한국생물공학회 1997 KSBB Journal Vol.12 No.5

반응표면분석법을 이용한 알파셀룰로오스 가수분해 반응조건 최적화

오경근,김승욱,정용섭,홍석인 ( Kyeong Keun Oh,Seung Wook Kim,Yong Seob Jeong,Suk In Hong ) 한국화학공학회 1996 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.34 No.4

To obtain the maximize the concentration of reducing sugar, optimum operating conditions for the hydrolysis of cellulose was investigated by using the response surface methodology. The independent variables were enzyme activity, substrate concentration and reaction temperature and reducing sugar concentration and production yield(reducing sugar concentration pet amount of enzyme) were dependent variables. Following the 3³-fractional factorial experimental design, 17 experiments were carried out at various conditions, with 5 starpoints and 4 replicates at the center point. The optimum condition for the hydrolysis of cellulose was as follows, enzyme activity; 274 FPU, substrate concentration; 8.9%, and reaction temperature; 51℃. The maximum production of reducing sugar, 47.89 g/L, was obtained in this optimum condition.

순수 섬유소에 대한 고농도 당화공정의 동력학적 모사

오경근(Kyeong-Keun Oh),정용섭(Yong-Seob Jeong),홍석인(Suk-In Hong) 한국생물공학회 1996 KSBB Journal Vol.11 No.2

단백다당체 고생산성의 Inonotus obliquus 균주의 신속 개량을 위한 고체 성장배지의 통계적 최적화

홍형표(Hyung-Pyo Hong),정용섭(Yong-Seob Jeong),전계택(Gie-Taek Chun) 한국생물공학회 2010 KSBB Journal Vol.25 No.2

Inonotus obliquus 균사체의 액상배양을 통한 항당뇨 효능의 단백다당체 대량생산 배양공정을 개발하기 위한 첫 단계로 고생산성 균주의 개발을 신속하게 수행하기 위한 방법을 개발하였다. I. obliquus는 균사체로 성장할때 포자를 형성하지 못하므로 단일 세포를 획득하기 위해서는 원형질체들을 회수하여 이로부터 성장 능력과 단백다당체의 생산성이 높은 우량균주를 선별하여야 한다. 본 연구에서는 이러한 균주개량 공정 중 특별히 장기간의 배양 시간이 요구되어 신속한 균주개발 시 가장 큰 장애 요인으로 작용하는 고체성장배양 단계의 문제점을 극복하고자, 고체배양 환경의 최적화에 대한 연구를 중점적으로 수행하였다. 고체성장배양 시 균사체 성장에 효능이 탁월한 배지성분을 선별하기 위해 우선 Plackett- Burman design 실험을 통해서 유의성 높은 배지성분을 찾아내었고, 이에 근거한 부분요인설계법 fractional factorial design, FFD) 실험을 통해 배지성분 상호간의 관계를 분석할 수 있었다. 또한 이 FFD 실험결과에 근거해서 설계한 최급상승법 (steepest ascent method, SAM) 실험방법을 적용한 결과, 고체성장배양 시 균사체 성장환의 직경이 기존의 MA 배지와 비교해서 약 41% 증가했을 뿐만 아니라 균사체의 밀도도 크게 향상된 배지조성을 확립할 수 있었다. 또한 SAM 연구결과를 바탕으로 최적의 배지조성을 확립하고자 각 배지성분의 최적농도를 통계적으로 더욱 정밀하게 조사하는 반응표면분석법 (response surface method, RSM) 실험을 수행하였다. 그 결과 최적 고체성장배지의 성분과 농도는 glucose 25.61 g/L, brown rice 12.53 g/L, soytone peptone 12.53 g/L, MgSO4 5.53 g/L, agar 20 g/L인 것으로 최종 결정되었으며, 이 조건에서 13일 동안 배양시 균사체의 직경이 약 82 mm 정도에 이르는 것으로 나타났다. 이 결과는 상기의 SAM 실험에서 최적농도로 제시한 배지조성과 매우 유사한 것으로 확인되었는데, 이로부터 최종적인 RSM 실험을 수행하기 전에 최적 농도의 근사치를 추정하기 위해서 수행한 SAM 실험이 매우 효율적이었음을 확인할 수 있었다. 또한 배지 최적화 결과 고체성장배양에서의 성장속도의 증가로 인해 배양기간을 기존의 15~20일에서 8일로 획기적으로 줄일 수 있게 되어, 짧은 시간 내에 대규모 균주 선별과 각 균주의 단백다당체의 생산성 확인이 가능하게 되었다. The protein-bound innerpolysaccharides (IPS) produced by suspended mycelial cultures of Inonotus obliquus have promising potentials as an effective antidiabetic as well as an immunostimulating agents. To enhance IPS production, intensive strain improvement process should be carried out using large amount of UV-mutated protoplasts. During the whole strain-screening process, the stage of solid growth-culture was found to be the most time-requiring step, thus preventing rapid screening of high-yielding producers. In order to reduce the cell growth period in the solid growth-stage, therefore, solid growth-medium was optimized using the statistical methods such as (i) Plackett-Burman and fractional factorial designs (FFD) for selecting positive medium components, and (ii) steepest ascent (SAM) and response surface (RSM) methods for determining optimum concentrations of the selected components. By adopting the medium composition recommended by the SAM experiment, significantly higher growth rate was obtained in the solid growth-cultures, as represented by about 41% larger diameter of the cell growth circle and higher mycelial density. Sequential optimization process performed using the RSM experiments finally recommended the medium composition as follows: glucose 25.61g/L, brown rice 12.53 g/L, soytone peptone 12.53 g/L, MgSO4 5.53 g/L, and agar 20 g/L. It should be noted that this composition was almost similar to the medium combinations determined by the SAM experiment, demonstrating that the SAM was very helpful in finding out the final optimum concentrations. Through the use of this optimized medium, the period for the solid growth-culture could be successfully reduced to about 8 days from the previous 15~20 days, thus enabling large and mass screening of high producers in a relatively short period.