Catalytic upgrading of biomass pyrolysis oil over Ni-based catalysts under supercritical condition

이진혁 Korea University 2019 국내박사

전세계적으로 기후 변화와 에너지 안보에 대한 우려가 증가함에 따라 효율적인 재생 에너지의 이용 (연료 또는 화학제품 생산)은 많은 관심을 받고 있다. 특히, 바이오매스는 낮은 비용과 많은 양, 그리고 짧은 이산화탄소 사이클로 인해 탄화수소 기반 연료 및 화학제품 생산을 위한 대체 물질로서 사용이 가능하다. 리그노셀룰로스 바이오매스로부터 열화학적 전환 과정을 통해 생산된 바이오 오일 또는 바이오 타르는 산소와 불포화 성분으로부터 야기되는 높은 수분 함량, 높은 산소 함량, 높은 산도, 낮은 고위발열량 (HHV), 그리고 높은 반응성 등의 열악한 물성을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 촉매 수첨탈산소화 반응을 통해 바이오 오일 또는 바이오 타르 등 바이오 원유의 물성을 향상시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 초임계 유체를 이용하여 수소를 반응 중에 생산하여 수첨탈산소화 반응에 이용하고자 했고, 이를 위해 다양한 불균일계 촉매를 개발하였다. 본 연구에서 목질계 바이오매스의 하나인 톱밥의 급속 열분해로부터 생산된 바이오 오일 또는 바이오 타르를 원료로서 선정하였다. 바이오 타르는 바이오오일에 비해 HHV와 점도가 높은 반면 산도와 수분함량, 그리고 산소함량이 낮다. 또한 바이오 타르는 주로 산소가 포함된 페놀계화합물 (oxygenated-phenol)로 구성되어 있는 반면, 바이오 오일에는 대부분 산 (acids)과 레보글루코산(levoglucosan)이 포함되어 있다. 특히 바이오 타르를 원료로 이용하여 수첨탈산소 반응을 통해 액체연료나 화학물질생산에 대한 연구는 아직까지 보고되지 않았다. 초임계 유체로서는 적당한 임계점(240.1 oC, 6.3 MPa)에서 수소를 제공하고, 바이오원유 원료와 수소의 완전한 혼합을 가능하게 하는 에탄올을 선정하였다. 불균일계 촉매는 수첨탈산소 공정에서의 촉매 반응과 초임계 에탄올 분위기에서 수소 생산을 촉진하기 위해 필요하다. 본 연구에서는 크게 두 부류의 활성탄 (AC) 담체에 담지한 니켈 기반 촉매와 KOH-AC 담체에 담지한 니켈 기반 촉매를 연구하였다. 먼저 전처리된 바이오 오일 (PO)의 수첨탈산소 반응에 활성탄 담체에 담지한 니켈 기반 촉매를 불균일계 촉매로 적용하였다. 실험 결과, 촉매 수첨탈산소 반응 활성은 담지된 금속과 담체의 물리화학적 상태에 따라 크게 영향을 받았다. 초임계 에탄올 분위기에서 가장 활성이 높은 촉매는 Mg-Ni-Mo/AC 촉매이며 바이오 오일 원료 (TAN: 48.0mgKOHg-1, HHV: 19.5MJkg-1)와 비교하여 향상된 물성 (TAN: 6.2mgKOHg-1), HHV, 33.4MJkg-1)을 가진 액상 생성물을 얻을 수 있었다 (반응 온도: 350 oC, 초기 질소 압력 30 bar, 반응 시간 0 min). 액상 생성물의 GC-MS 분석 결과, 코크스 형성의 주원인인 산, 알데하이드, 레보글루코산 등 산소를 포함한 화합물 (oxygenated compounds)은 촉매 업그레이드 과정에서 수소화, 에스테르화, 링알킬화, 그리고 탈산소화 반응을 통해 효과적으로 제거되었다. 두번째로, 초임계 에탄올 조건에서 바이오 타르 원료를 활성탄 담체에 담지한 니켈 기반 촉매를 수첨탈산소화 반응 촉매로 적용하였다. 바이오 타르를 원료로 사용한 경우 수첨탈산소화 반응은 바이오 오일과는 다른 반응 경로를 보였다. 실험 결과, 활성탄 담체에 담지한 니켈 기반 촉매들은 루테늄 (Ru) 기반 촉매 또는 제올라이트에 담지한 니켈 기반의 촉매들과 비교해 높은 촉매 활성 (액상 수율)을 보였다. 이는 친전자체 성질을 갖는 마그네슘 (Mg)과 산화니켈 (NiO)과의 강한 결합력이 AC 담체 표면에서 형성되기 때문임을 확인할 수 있었다 (CO-chemisorption, H2-TPR). 가장 높은 촉매 활성은 Mg-Ni-Mo/AC 촉매에서 나타났으며, 10.8 wt%의 산소 함량과 75 wt%의 액상 수율을 얻을 수 있었다. 또한 페놀계 화학물질의 생산 메커니즘을 이해하기 위해 바이오 타르의 주요 성분 중 하나인 바닐린(vanillin, 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde)을 모델 화합물로 선정하여 촉매 수첨탈산소화 반응 실험을 수행하였다. 마지막으로, 수산화칼륨 (KOH)으로 화학적 활성화한 AC(KOH-AC)를 니켈 기반 촉매의 담체로 적용하였다. 실험 결과, Mg-Ni-Mo/KOH-AC는 비표면적이 넓고 중기공 구조가 잘 발달되었으며 기존의 니켈 기반 촉매와 비교하여 높은 촉매 성능을 가지고 있었다. 최적 운전 조건 (400 oC, 120 min)에서 향상된 액상 물성 (HHV: 36.2 MJkg-1, 산소 함량: 11.7wt%, TAN: 8.6mgKOHg-1)을 얻을 수 있었다. 또한 바이오타르에 존재하는 산, 알데하이드, 산소 작용기가 포함된 페놀 (>67 area%)이 에스테르화, 수소화, 탈산화, 링알킬화 등의 반응들을 통해 방향족화합물, 탄화수소, 알킬 페놀(>77 area%)과 같은 고부가가치 화학물질로 전환했음을 확인할 수 있었다. The efficient utilization of renewable energy such as fuel or chemical production has received worldwide interest due to increasing concerns about climate change and energy security. Biomass, which is a promising renewable energy carrier due to its low cost, abundance, and short CO2 cycle for production of hydrocarbon fuels or chemicals, can be used in current energy production systems. Bio-oil or bio-tar, efficiently derived from lignocellulosic biomass through thermochemical conversion processes, has undesirable properties such as high moisture content, high oxygen content, high acid value, low heating value, and high reactivity majorly caused by the presence of oxygenated and unsaturated components. In order to overcome these negative physicochemical properties, it is necessary to upgrade the pyrolysis of bio-based products such as bio-oil and bio-tar via catalytic hydrodeoxygenation (HDO) process. In this thesis, I focused on the development of in-situ HDO under supercritical conditions using heterogeneous catalytic system. Bio-oil or bio-tar derived from fast pyrolysis of sawdust is chosen as reactant for the HDO reaction. Comparing to bio-oil, bio-tar has lower acid value, water content, and oxygen content with higher heating value and viscosity. Furthermore, bio-tar majorly consists of oxygenated-phenolic compounds whereas bio-oil contains acids and levoglucosan. In particular, the study of liquid fuel or chemical production using the bio-tar through HDO process has not been reported. Ethanol, which provide a hydrogen donor at moderate critical point (240.1 oC, 6.3 MPa) and enable complete miscibility of reactants and hydrogen is selected as supercritical fluid. Heterogeneous catalysts are considered to be necessary to promote the production of hydrogen from supercritical ethanol as well as the catalysis of HDO reactions. In this study, the two kinds of catalysts for HDO of bio-oil or bio-tar were investigated: Ni-based catalysts supported on activated charcoal (AC) and Ni-based catalysts supported on KOH-AC. Firstly, catalytic HDO reaction of pretreated bio-oil (PO) using nickel-based catalysts supported on AC under supercritical conditions was performed. For Ni-based catalysts supported on AC, the catalytic HDO activity of upgrading PO in supercritical ethanol was strongly affected by the physicochemical states of the impregnated metals and the surface of AC support. The best reaction conditions for the upgrading of the PO feed over the Mg-Ni-Mo/AC catalyst in supercritical ethanol was found to be the reaction temperature of 350 °C, initial N2 pressure of 30 bar, and reaction time of 0 min. Under those conditions, the highest yield of liquid product with a lowest total acid number (TAN) value (6.2 mgKOHg−1) and a highest higher heating value (HHV, 33.4 MJkg−1) was obtained compared with bio-oil feed (TAN: 48.0 mgKOHg−1 and HHV: 19.5 MJkg−1). Analysis of the liquid product by GC–MS demonstrated that major oxygenated compounds such as acids, aldehydes, and levoglucosan, which are known to be precursors for coke formation, were effectively eliminated via hydrogenation, esterification, ring-alkylation, and deoxygenation reactions during the catalytic upgrading process. Secondly, catalytic upgrading of bio-tar over Ni-based catalysts under supercritical conditions was performed to produce upgraded liquid fuel and identify the reaction mechanism during the upgrading process. The HDO of bio-tar feed showed a different reaction mechanism compared to that of PO. The Ni-based catalysts supported on AC showed higher yields of liquid product and properties than Ru-based catalysts and Ni-based catalysts supported on HZSM-5. Since Mg is an electrophile and oxygen of NiO is able to provide electron to Mg, the strong interactions between the two metals might occur on the surface of the AC support (CO-chemisorption, H2-TPR). The Mg-Ni-Mo/AC catalyst exhibited the highest catalytic performance among the catalysts with a decrease of oxygen content in bio-tar from 31.3 wt% up to 10.8 wt% and the yield of liquid product (75 wt%). In addition, reaction of vanillin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde), which is one of major component in bio-tar was examined in order to understand the production mechanism of phenolic chemicals. Finally, highly mesoporous KOH-treated AC (KOH-AC) was synthesized by chemical activation and used as the support for Ni-based catalysts. Among the tested catalysts, Mg-Ni-Mo/KOH-AC with a high surface area and a well-developed mesoporous structure exhibited much higher catalytic performance for the HDO of bio-tar. Enhanced properties of liquid fuel with a HHV of 36.2 MJkg-1, an oxygen content of 11.7 wt%, and a TAN value of 8.6 mgKOHg-1 were obtained from bio-tar over a Mg-Ni-Mo/KOH-AC at 400 oC for 120 min. In these conditions, acids, aldehydes, and oxygenated phenols present in 40 bio-tar (> 67 area%) were effectively converted to high value-added species including aromatics, hydrocarbons, and alkyl phenols in upgraded bio-tar (>77 area%) via esterification, hydrogenation, deoxygenation, and ring-alkylation reactions.

Caloric restriction reverses left ventricular hypertrophy through the regulation of cardiac iron homeostasis in impaired leptin signaling mice

안형석 Gyeongsang National University 2020 국내석사

렙틴 결핍 및 렙틴 내성 마우스는 비만, 인슐린저항성 및 좌심실비대 현상이 나타난다. 그러나 좌심실비대의 메커니즘은 완전히 알려져 있지 않다. 최근 연구에서는 심장 철 조절 이상이 심근 병증과 관련되어 있다고 알려졌다. 본 논문에서는 심장 재형성에 대한 식이제한의 보호 효과를 렙틴 신호이상을 가진 비만 마우스를 이용하여 실험하였다. 먼저 야생형(wild-type) 및 ob/ob 마우스의 심장에서 차등 유전자 발현을 평가하기 위해 RNA-seq 분석을 수행하였다. 특히, 차등 유전자 발현에 대한 식이제한의 역할을 조사하기 위해, 10 주령 ob/ob 및 db/db 마우스를 12 주 동안 정상식이 또는 식이제한을 하였다. 수컷 ob/ob 마우스는 좌심실비대, 심장의 염증 및 산화 스트레스의 증가가 나타났다. RNA-seq 분석을 이용한 결과로 철 흡수 관련 유전자인 Transferrin receptor (Tfrc)가 좌심실비대를 갖는 비만 ob/ob 마우스에서 증가 되었다. ob/ob 및 db/db 마우스에서의 식이제한은 심장세포비대, 심장염증, 섬유증 및 산화 스트레스를 감소시켰다. 또한, 식이제한은 ob/ob 및 db/db 마우스의 심장에서 철 항상성 관련 lipocalin-2 (LCN2), divalent metal transporter 1 (DMT1), Tfrc, ferritin, ferropotin (FPN) 및 hepcidin 발현을 정상수치로 안정화 시켰다. 따라서 본 연구 결과들은 식이제한의 심장 보호 효과가 세포 내 철 항상성의 조절을 통한 산화 스트레스, 염증 및 심장재형성 개선을 보여주고 있다. 끝으로 심장에서의 철을 조절함으로써 철 매개 산화 스트레스와 염증을 감소시켜 비만 유도 심근병증에 대한 새로운 치료 접근을 제안하는 바이다.

Tonicity-responsive enhancer binding protein regulates NF-κB-mediated neuroinflammation in kainic acid-induced seizures

신현주 Gyeongsang National University 2015 국내박사

카인산(kainic acid)에 의한 흥분독성(excitotoxicity)은 발작(seizure)을 일으키며 세포 내에서는 많은 염증성 사이토카인(cytokine)들이 분비되어 신경세포에 염증(inflammation)을 유도한다. 그리고 혈액뇌장벽(blood-brain barrier)의 손상으로 인한 삼투압이 증가하여 해마에 국소적인 뇌부종(brain edema)을 야기하는데 이는 결국, 최후에는 신경세포사멸(neuronal cell death)에 이르게 한다. 이러한 혈액뇌장벽의 파괴에 의한 뇌부종은 nuclear factor-κB (NF-κB)를 활성화시켜 염증 반응을 가속화한다. 또한, 이온의 불균형을 초래해 신경세포와 모세혈관 사이에 위치한 별아교세포(astrocyte)들이 비대해져 이온과 물의 항상성이 파괴되어 틈새이음(gap junction)에 악영향을 미쳐 염증 반응을 증가시킨다. 따라서 발작에 의한 신경세포사멸은 신경염증과 혈액뇌장벽의 손상을 막는 것이 세포 보호를 위한 결정적인 요소로 사료된다. Tonicity-responsive enhancer binding protein (TonEBP)은 원래 고장성에 의해 촉진되어 전사를 매개하는 전사조절인자로 발견되었다. TonEBP는 Rel family에 속하며 전사를 활성화하는 전사조절인자 중 하나로서 같은 전사조절인자인 nuclear factor of activated T-cells (NFAT)이나 NF-κB의 아미노산 서열이나 구조상으로 이들과 구별되며 이들보다 더 정교하게 표적 유전자의 전사를 조절한다. TonEBP는 우리 몸에서 환경적으로 삼투압의 영향을 가장 많이 받는 포유류 콩팥에서 많이 연구되었으며 삼투성방어유전자(osmoprotective gene)들을 조절하여 콩팥 수질 세포 생존과 관련된 중요한 역할을 한다. TonEBP가 결손 된 생쥐(TonEBP knock-out mice)의 경우, 콩팥의 수질세포들이 고장성 환경에 적응을 하지 못하고 수질세포가 수축하여 세포사멸에 이르게 되는 요농축 기능의 극심한 저하로 탈수현상이 일어나 사망률이 90%이상에 달한다. 이러한 세포를 보호하는 역할과는 달리 최근 활성화 된 TonEBP가 NF-κB의 활성을 크게 증가시킨다는 것이 밝혀져, TonEBP가 염증 반응에도 관여 할 것이라는 것이 부각되었다. 이에 따라 당뇨에 의한 콩팥병증(diabetic nephropathy), 류마티스 관절염(rheumatoid arthritis) 그리고 동맥경화증(atherosclerosis)과 같은 염증 질환에 있어서 TonEBP의 활성을 살펴본 논문들을 통해 TonEBP의 활성이 증가함에 따라 염증이 더욱 악화되는 반면 TonEBP의 활성을 줄이면 염증이 급격하게 저하된다고 보고 되어 있다. TonEBP는 뇌에서 주로 신경세포에 발현하는 것으로 알려졌지만, 그 기능적인 면에 대해서는 알려진 바가 없다. 따라서, 본 연구에서 카인산에 의한 뇌의 해마지역 신경세포에서 일어나는 신경염증과 관련하여 TonEBP가 어떠한 역할을 하는지 살펴보았다. 먼저, TonEBP 이형접합자 생쥐(TonEBP heterozygote mice)를 이용하여 카인산으로 발작을 유도하였을 때, 뇌파 검사법(electroencephalographic study)를 통해 TonEBP 이형접합자 생쥐에서 발작 파형의 빈도와 발작 행동이 감소되었다. 또한, Cresyl violet 염색기법으로 확인해본 결과, TonEBP 이형접합자 생쥐에서 신경세포사멸이 감소되었다. 면역조직화학기법(immunohistochemistry)과 western blotting 분석으로 신경염증과 혈액뇌장벽의 손상, 그리고 뇌부종의 여부를 확인해 본 결과 카인산에 의해 초기 염증인자의 표지인자인 HMGB1 (high mobility group box-1)과 그의 수용체인 RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) 그리고 Iba-1의 발현이 증가되었으며, NF-κB와 COX-2 (cyclooxygenase 2)의 발현 또한 증가되었다. 그리고, 혈액뇌장벽 손상의 표지인자인 IgG, VEGF (vascular endothelial growth factor) 그리고 VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1)도 증가되었다. 또한 카인산에 의해 별아교세포에서 물의 항상성을 조절하는 인자인 AQP4 (aquaporin 4)의 발현이 증가되어 간접적인 뇌부종을 확인하였고, 해마 부위의 비중(specific gravity)을 측정하여 실질적으로 국소적인 뇌부종을 야기함을 알 수 있었다. 카인산에 의해 활성화 된 TonEBP는 주로 신경세포의 핵 내에 발현되었고, 몇몇 별아교세포에서도 발현이 되었지만, 미세아교세포(microglia) 에서는 발현이 되지 않았다. 이러한 TonEBP는 신경염증과 혈액뇌장벽의 손상 그리고, 국소적인 뇌부종을 더욱 악화시킨 반면, TonEBP 이형접합자 생쥐에서는TonEBP의 발현이 감소하므로 NF-κB의 활성 또한 감소하여 신경염증을 감소시켰으며 혈액뇌장벽의 손상을 막아 세포를 보호하는 것으로 확인되었다. 이와 유사하게, glutamate에 의한 세포독성(cytotoxicity)으로 세포사멸을 일으킨 HT22 세포에 TonEBP siRNA를 형질주입(transfection)시켰을 때, NF-κB가 핵 내로의 이동이 감소되고 COX-2의 발현을 감소되어 그 결과 세포사멸을 감소시켰음을 알 수 있었다. 이 실험을 통해서 TonEBP가 카인산에 의한 신경염증과 혈액뇌장벽의 손상을 조절하는 결정적인 조절자임을 발견하였고, 이것으로 보아 TonEBP가 항염증제 연구에 좋은 표적이 될 수 있을 것으로 제안한다.

Tonicity-responsive enhancer binding protein +/- attenuates hippocampal inflammation in high-fat diet/streptozotocin-induced diabetic mice

이종율 Gyeongsang National University 2017 국내석사

Tonicity-responsive enhancer binding protein (TonEBP)는 콩팥에서 삼투압 조절인자로 알려져 있다. 최근에는 다양한 염증성질환(Inflammatory diseases)에 관련되어 있다고 알려져 있으나, 당뇨에 의해 유발되는 지방간과 신경염증(neuroinflammation)조절기전에 대해서는 아직 보고된 바가 없다. 본 연구의 목적은 당뇨병성 지방간과 신경염증반응에서 TonEBP의 발현 감소가 미치는 영향을 조사하는 것이다. 마우스에 당뇨병을 유도하기 위하여 고지방식이(60%칼로리지방)를 16주동안 먹인 후, 스트렙토조토신(STZ)을 1회 복강주사 하였다. 이후 4주동안 고지방식이를 실시하여 야생형(wild-type)마우스와 TonEBP를 반결핍시킨 반수체부족(+/-)의 마우스에 당뇨병을 유도시켰다. 야생형과 비교하여 TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서 몸무게와 체지방이 감소되는 것을 확인하였으나, 인슐린저항성은 완전히 개선되지 않았다. 인슐린과 C-peptide를 확인해 보았더니 야생형과 비교해볼때 TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서 인슐린과 C-peptide가 발현이 증가되었다. 비만 또는 당뇨에 의해 주로 나타나는 조직적 변화인 지방간을 확인해보았더니 정상식이 야생형에 비해 야생형 당뇨병마우스에서 지방이 많이 형성된 것을 확인하였고, 반면 TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서는 지방간이 적게 형성이 되었다. 지방세포 형성인자인 LXRβ, SREBP-1, PPARα를 확인하였더니 정상식이 야생형에 비해 야생형 당뇨병마우스에서 발현이 증가하였는데 TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서는 감소 되었다. 간에서 TonEBP의 발현을 확인해 보았더니 정상식이 야생형에 비해 야생형 당뇨병마우스에서 TonEBP의 발현이 증가하였다. 염증유도인자들을 확인해보았더니 야생형 당뇨병마우스의 간에서 IL-6, TNF-α, HMGB1의 발현이 증가하였고, TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서는 발현이 감소하였다. 특히 그 중에서도 HMGB1 발현이 감소되었다. 마지막으로, 뇌의 해마(Hippocampus)에서도 TonEBP의 발현이 정상식이 야생형에 비해 야생형 당뇨병마우스에서 TonEBP의 발현이 증가하였다. IL-6, TNF-α와 같은 염증유도인자도 정상식이 야생형에 비해 야생형 당뇨병마우스에서 발현이 증가하였는데 TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서는 감소하였다. 뇌염증에 의해 증가되는 미세아교세포(microglia)의 표지자인 Iba1의 발현이 야생형 당뇨병마우스에서 발현이 증가하였는데 TonEBP반수체부족 당뇨병마우스에서는 감소하였다. 해마도 간과 마찬가지로 TonEBP반수체부족에서 HMGB1의 발현이 감소하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들은 당뇨에 의한 지방간과 신경염증(neuroinflammation)을 개선하는데 TonEBP가 새로운 조절인자로서 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다. Recent studies have shown that overexpression of tonicity-responsive enhancer binding protein (TonEBP) is associated with many inflammatory diseases, including diabetes mellitus, which causes neuroinflammation in the hippocampus as well as hepatic steatosis. However, the exact mechanism in diabetic neuroinflammation is unknown. We report that haploinsufficiency of TonEBP inhibits hepatic and hippocampal high-mobility group box-1 (HMGB1) expression in diabetic mice. Here, mice were fed a high-fat diet (HFD) for 16 weeks and received an intraperitoneal injection of 100 mg/kg streptozotocin (STZ) and followed by continued HFD feeding for an additional 4 weeks to induce hyperglycemia and hepatic steatosis. Compared with wild-type diabetic mice, diabetic TonEBP+/- mice showed decreased body weight, fat mass, hepatic steatosis, and macrophage infiltration. We also found that adipogenesis and HMGB1 expression in the liver and hippocampus were lower in diabetic TonEBP+/- mice compared with the wild type. Furthermore, iba-1 immunoreactivity in the hippocampus was decreased in diabetic TonEBP+/- mice compared with that in the wild type. Our findings suggest that TonEBP haploinsufficiency suppresses diabetes-associated hepatic steatosis and neuroinflammation.

Lobeglitazone affects insulin resistance and hepatic steatosis in high-fat diet-fed mice through hypothalamic signaling transducer and activator of transcription 3

최봉회 Gyeongsang National University 2019 국내박사

로베글리타존(Lobeglitazone)은 새로운 시아졸리디네디온(thiazolidinedi-one) 계열의 당뇨약제로서, 세포 내의 peroxisome proliferator-activated receptor-gamma(PPARγ)를 활성화하여 인슐린 저항성을 낮춘다. 이러한 로베글리타존의 항당뇨효과의 정확한 기전은 동물모델에서 지금까지 정립되지 않았으며, 이에 당뇨동물모델인 고지방식이 마우스에서 로베글리타존의 혈당강하 및 간지방화에 대한 효과를 연구하였다. 15주간 고지방식이를 시행한 마우스들 중 마지막 9주 동안 로베글리타존이 경구투여된 마우스에서 인슐린 저항성이 감소되었으며, 간의 포도당수송체 4형(glucose transporter 4, GLUT4)과 PPARγ의 발현이 의미 있게 증가되었다. 그러나 로베글리타존이 투여된 고지방식 마우스에서 체중증가와 간지방화효과는 감소하지 않고 더욱 증가되었다. 이러한 로베글리타존의 간지방화 효과에 관련된 간과 혈청의 대사체분석이 시행되었다. 특히, 고지방식이로 인하여 증가된 렙틴(leptin)이 로베글리타존 투여 후 더욱 증가되었으며, 또한 시상하부에서 signaling transducer & activator of transcription 3(STAT3)의 인산화도 증가되었다. 정상식이 마우스에 비해 고지방식이 마우스의 시상하부에서 증가된 proopiomelanocortin(POMC) 양성 신경세포가 면역조직화학염색에서 관찰되었다. 로베글리타존이 투여된 고지방식이 마우스에서 개선된 인슐린 감수성과 렙틴(leptin) 신호전달에도 불구하고 체중이 증가되었으며 간지방화효과는 더욱 증가되어 나타났다. 이러한 로베글리타존의 간지방화 및 식욕증진 효과에 영향을 미치는 다른 인자들에 대한 자세한 연구가 필요할 것으로 보인다.

(A) study on the effect of potential entrepreneurs’ marketing self-efficacy on entrepreneurial intention : The mediating role of resilience and moderating role of social network

Kim, Jungrae Sungkyunkwan University 2020 국내박사

Marketing self-efficacy, linked to the competencies and skills of marketing field has not received enough attention on the prediction of Entrepreneurial Intention in past research despite marketing is a key entrepreneurial competency particularly, marketing and entrepreneurship are crucial when starting a business. Moreover, Resilience has a central role in entrepreneurship research from the viewpoint of potential entrepreneur beginning again after previously failed attempts generating new business idea or creating new firm while present study aims to explore the impact of personal and contextual factors on entrepreneurial intention. But, scholars have not begun to uncover specific mechanism through which marketing self-efficacy, resilience and entrepreneurial intention. The purpose of this thesis then was to examine resilience as mediator in the marketing self-efficacy and entrepreneurial intention relationship. This thesis also investigated the moderating role of social network on the relationship between resilience and entrepreneurial intention. Questionnaires were employed to collect data from the major universities in Seoul. A total of 315 completed questionnaires were returned. Regression analysis was used to test the hypothesis. Results showed that marketing self-efficacy and resilience had a positive effect on entrepreneurial intention. Further, Resilience had a significant mediating effect on the marketing self-efficacy and entrepreneurial intention relationship and, social network had a significant moderating effect on the resilience and entrepreneurial intention relationship. These results suggest theoretical and practical implications as an important factor to stimulate entrepreneurial intention. Limitations and future research needs are also discussed.

(The) impact of a supplemental Saccharomyces boulardii on the immune responses and physiological traits of Holstein calves under heat stress condition

Nouali, Kacem Konkuk University 2017 국내석사

Heat shock protein enhancement of Angelica gigas Nakai (AGN) roots to alleviate heat stress among animals in vitro and in vivo

Wenchie, Marie L. Lumbera Hankyong National University 2017 국내박사

Three operational problems of the platform for managing the distributed energy resources

김대호 Pohang University of Science and Technology 2024 국내박사

Distributed energy resource(DER) is an energy resource that generates and manages small-scale and geographically dispersed electricity (e.g. solar photovoltaic(PV), energy storage systems(ESSs), and demand response(DR)). It is expected that the market share of the DERs will increase gradually. Then, the influence of the DERs on the market grows and the DERs will be able to replace traditional generators. However, since the output of the DERs is relatively unstable, they have difficulty directly participating in the market. To help the participation of the DERs, a virtual power plant(VPP), a platform that collects small-scale DERs and acts as a single plant, emerges. Furthermore, due to the volatility and uncertainty of the DERs' output, the VPP faces several operation problems. Among the several operation problems, we focus on three operation problems: (1) DER bidding decision under the DER forecast uncertainty, (2) multi-ESSs cooperative operation in real-time, and (3) renewable energy certificate (REC) management under the volatile market price. The objective of this dissertation is to provide practical algorithms for the VPP to maximize its own and its customer group's total profits under DER markets and a REC market. At first, since the DER market requires the responsibility to provide the amounts of the DERs as much as the VPP bids, the decision on the bidding amount affects the VPP and the customers' profits. In detail, to prevent the DER from damaging the stability of the market, the market imposes a penalty for the shortage or provides an incentive for adequate supplies. In the first study, we formulate a bidding decision problem under an incentive-based market structure as a Markov decision process model. To quantify and describe the forecast uncertainty of the DERs, we propose frameworks to generate scenario trees or lattices. Especially, we devise the framework to generate the scenario lattices for the clustering-based forecast model. Furthermore, we incorporate heuristic techniques into the algorithm to reduce the computational burden. As a result, the computation time decreases by about 14% in the pilot test. After submitting the bidding amounts to a day-ahead market, the VPP supplies the DERs as much as the requirement on the day of operation. By operating the ESSs, the VPP can fulfill the requirement amounts more easily. In the second study, we deal with the ESS real-time operation in a DR market with a non-fulfillment penalty. The VPP participates in the DR market by grouping the customers together. Moreover, since the VPP aims to maximize the group's total profits, the VPP controls the ESSs cooperatively. However, the computation time increases proportionally to the number of customers. Hence, we provide a multi-agent reinforcement learning-based algorithm. To improve the performance of the algorithm, we propose an action adjustment process and a problem-specific contribution structure. The algorithm can derive the ESS charging/discharging operation schedules in a short time. In addition, the algorithm makes a decision considering the forecast uncertainty of the electricity demand. As well as the electricity, a REC, a by-product of renewable energy generation, can be sold. The certificate plays a role as a subsidy to promote renewable energy generation. However, there exist several challenges: a minimum capacity requirement for market participation and volatile market prices. Then, the VPP acts as a broker making REC sales decisions on behalf of individual renewable energy generators. In the last study, we formulate a VPP's REC management problem using a MDP. From the formulation, we analyze the structural properties of the optimal policy. Although we obtain the structural properties of the optimal policy, the VPP can not utilize the policy in practice. The reason is that the mathematical model-based approach requires the long-term prediction of the volatile price. Then, we develop a deep reinforcement learning (DRL)-based algorithm that incorporates graph neural networks (GNN) and the structural properties of the optimal policy. We numerically validate the proposed algorithm has improved convergence and solution quality compared to several baseline solution methods. We numerically validate the performances of all proposed algorithms under real data-based simulation environments and check whether the computation times of the algorithms are appropriate to the actual operations. This dissertation deals with several operation problems for the VPP. We expect that this dissertation will serve as a key reference for VPP companies interested in operating the DERs and market designers of the newly introduced DER market.

Utilization of duck fat in manufacturing frankfurter and margarine, and chicken meat storage

신동민 Konkuk University 2022 국내박사

오리고기의 소비 및 생산이 전세계적으로 증가함에 따라 발생하는 다량의 오리 부산물은 처리하는데 있어 경제적, 환경적 문제를 일으킨다. 오리 부산물에서 추출한 오리 지방은 이러한 문제를 해결함과 동시에 다른 동물성 지방에 비해 건강한 식용 유지로서 사용될 수 있다. 이러한 오리지방의 장점에도 불구하고, 오리지방에 관한 기초 연구 및 식품 가공 특성에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구는 오리 부산물에서 추출한 오리지방의 품질 특성을 연구하고, 이를 식육가공품, 식용 코팅제 및 마가린에 적용함으로써 오리지방의 신규 불포화지방 급원 및 가공소재로써 가능성을 평가하고자 한다. 폐기되는 오리 부산물의 활용도를 높이고자, 오리 스킨을 포함한 다른 동물성 스킨(돼지, 소, 닭)에서 지방을 추출하였으며, 추출된 지방의 품질 특성 및 저장 기간(60°C, 90일) 중 산화 안정성을 비교 평가하였다. 고압 열수 추출법을 이용하여 오리지방 및 다른 동물성 지방을 추출하였으며, 각 지방의 추출 수율은 소지방 다음으로 오리지방이 높은 경향을 나타내었다. 지방산 조성 분석 결과, 오리지방이 가장 높은 불포화지방을 함유하고 있었으며, 이 중 올레산이 주를 이루었다. 산가, 과산화물가, p-아니시딘가, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS)가, conjugated dienes가 및 토톡스가 분석결과, 오리지방이 저장 기간 중 가장 낮은 산화 안정성을 나타냈다. 추출된 지방의 점도 측정 결과 저장기간이 증가함에 따라 모든 처리구가 증가하는 경향을 보였으며, 그 중 오리지방이 가장 높은 점도를 보였다. 오리 지방은 다른 동물성 지방에 비해 높은 추출 수율 및 불포화지방산 함유량을 가지므로 새로운 동물성 식용 유지로써 활용 가능성이 있으나, 비교적 불안정한 오리지방의 산화 안정성은 향후 개선이 요구된다. 오리지방 및 κ-카라기난을 활용하여 대표적인 고 포화지방 함유 식육가공품 중 하나인 프랑크푸르터의 동물성 지방 대체 효과를 평가하였다. 오리지방 및 κ-카라기난을 첨가함에 따라 프랑크푸르터 배터의 점탄성 및 겉보기 점도가 증가하는 추세를 나타냈다. 이러한 증가는 프랑크푸르터의 유화안정성, 보수력, 가열 감량 및 물성 개선에 크게 기여하였다. 그러나, 오리지방 및 κ-카라기난의 첨가는 프랑크푸르터의 적색도 감소 및 황색도를 증가시켰다. 냉장 조건(4°C)에서 28일간 오리지방 및 κ-카라기난 첨가 프랑크푸르터의 지방 산패도를 측정한 결과, 기존의 동물성 지방 첨가 프랑크푸르터에 비해 높은 지질 산패도를 보인 반면, 콩기름을 첨가하여 제조한 프랑크푸르터에 비해 유의적으로 낮은 지질 산패도를 보였다. 오리지방 및 κ-카라기난을 프랑크푸르터에 첨가하였을 때, 관능적 특성 또한 저해하지 않았다. 따라서, 기존의 동물성 지방 대신 오리지방 및 κ-카라기난을 활용 시 품질 및 관능적 특성의 저해가 없는 프랑크푸트터 제조가 가능할 것으로 판단된다. 오리지방과 키토산을 이용해 제조한 식용 코팅제가 식육 중 가장 변패가 빠른 닭고기의 이화학적 특성 및 미생물학적 안전성을 냉장 조건(4°C)에서 15일간 평가하였다. 기존의 식용 코팅제에 사용되는 콩기름에 비해 오리지방으로 식용 코팅제를 제조하였을 때, 식용 코팅제의 겉보기 점도 및 이를 닭고기에 코팅하였을 때 코팅 효율이 유의적으로 높았다. 이는 불포화지방산의 종류 중 하나인 올레산의 함량이 오리지방이 더 높기 때문으로, 올레산의 융점이 콩기름의 주요 지방산인 리놀렌산보다 더 높아 상온에서도 물리적으로 안정하기 때문인 것으로 판단된다. 키토산의 첨가 또한 겉보기 점도 및 코팅 효율의 증가에 기여하였다. 키토산 2%를 첨가한 오리지방 식용 코팅제를 닭고기에 코팅한 처리구가 저장 기간 중 가장 바람직한 pH, 색도 및 전단력을 보였다. 키토산 2%를 첨가한 오리지방 식용 코팅제가 저장 중 닭고기의 지방 산패, 단백질 변패 및 미생물 생육을 가장 효율적으로 억제하였다. 결과적으로 오리지방과 키토산을 이용한 식용 코팅제가 냉장 저장 중 닭고기의 품질을 효율적으로 유지할 수 있을 것으로 사료된다. 트랜스 지방의 주 원인인 경화제 첨가량을 줄이기 위해 콩기름을 오리지방으로 대체하여 제조한 저 트랜스 지방 마가린의 품질특성 및 이화학적 특성을 분석하였다. 오리지방의 첨가량이 증가함에 따라 β 및 β′형의 형성이 증가하여 열안정성, 경도, 유지 결합력, 점탄성 및 점도가 증가하는 경향을 보였다. 오리지방 첨가 마가린의 산화안정성을 위해 60°C에서 28일간 과산화물가 및 TBARS가를 평가한 결과 오리지방 첨가량이 증가할수록 산화에 안정적인 경향을 보였다. 또한, 오리지방 80% 첨가하여 제조한 마가린이 가장 좋은 관능적 특성을 나타냈다. 결과적으로, 경화제 사용을 줄이기 위해 콩기름 대신 오리지방을 대체함으로써, 품질 열화 없는 저 트랜스지방 마가린 생산이 가능할 것으로 판단된다. 최종적으로, 본 연구를 통해 기존의 동물성 지방과 달리 불포화지방산이 풍부한 오리지방의 이화학적 특성을 분석하고, 이를 프랑크푸르터, 마가린 및 식용 코팅제에 적용한 제품의 품질 특성, 이화학적 특성 및 저장 안정성을 연구하였다. 이러한 결과로 식품산업에서 신규 불포화지방 급원 및 가공소재로써 오리지방의 이용이 가능할 것으로 사료된다. With the increasing global consumption and production of duck meat, the disposal of duck by-products has become a serious concern for environmental pollution. The use of duck fat derived from duck by-products can solve this problem and can be adopted as a healthier edible fat than other animal fats (e.g., pork and beef fats). However, despite high potential utilization of duck fat as an edible fat, only a few studies have been reported. Therefore, the objective of this study was to evaluate the quality characteristics of duck fat and to evaluate its application to food processing as an edible fat, particularly unsaturated fat source. The oxidative status and quality characteristics of four animal skin-derived fats (duck, chicken, swine, and bovine fats) extracted using a pressurized hot water extraction method were investigated during accelerated storage at 60°C for 90 days. The fat yield was highest in bovine fat, followed by duck, swine, and chicken fats. The iodine values were higher in duck and chicken fats. Duck fats contained the highest amounts of unsaturated fats and the least saturated fats. Duck fat was the most vulnerable to oxidation compared with other animal fats due to its high contents of unsaturated fatty acids. In addition, viscosity was similar with all the other tested fats but markedly increased after 70 days of storage in duck fats. The effects of duck fat and κ-carrageenan as replacements for pork and beef fats in frankfurters was evaluated. As pork and beef fats was replaced with duck fat and κ-carrageenan, the physicochemical parameters including fatty acid profile, color, rheological properties, cooking loss, water holding capacity, emulsion stability, and texture profile analysis was significantly improved. Moreover, duck fat-added frankfurters had higher oxidative stability than soybean oil-added frankfurters during storage (4°C, 28 d). The organoleptic properties of duck fat and κ-carrageenan added-frankfurters were also found to be acceptable to sensory panelists. The data obtained in this study suggest that the addition of duck fat and κ-carrageenan to frankfurters may be a suitable alternative for replacing beef fat or pork backfat without compromising on their physicochemical and sensory properties. The effects of chitosan and duck fat-based emulsion coatings on the quality characteristics and microbial stability of chicken meat during refrigerated storage was investigated. The apparent viscosity and coating rate of coating solution were increased as duck fat and 2% chitosan were formulated. Chicken meat coated with duck fat and 2% chitosan showed desirable physicochemical parameters (pH, color and Warner-Bratzler shear force) during 15 days of storage. In particular, chicken meat coated with duck fat and 2% chitosan significantly delayed the lipid oxidation, protein deterioration, and growth of microorganisms during storage. These data suggest that chitosan-supplemented duck fat-based emulsion coating could be used to maintain the quality of raw chicken meat during refrigerated storage. Duck fat replaced soybean oil for margarine production to reduce fully hydrogenated soybean oil contents. The physicochemical properties and oxidative stability of duck fat-added margarines were investigated. Duck fat-added margarines improved the quality characteristics such as melting point, hardness, oil binding capacity and rheological properties. Furthermore, the lipid oxidation parameters were lower in duck fat-added margarines than soybean oil-added margarines during storage at 60°C for 28 days. Duck fat-added margarine also showed the best sensory properties. The data indicate that duck fat can replace soybean oil in margarine while reducing the use of fully hydrogenated soybean oil and maintaining desirable physicochemical properties, oxidative stability, and sensory properties. In conclusion, duck fat was demonstrated to be potential unsaturated fat source for edible fat and food formulation. The outcome of this study provides evidence that duck fat could be used as a new edible fat source.