연구에서는 펄프공정으로부터 배출되는 리그닌 추출물 내의 금속이온분리를 위한 연구를 진행하였다. α- Alumina 분말에 DMAc (N,N-dimethylacetamide) 용매와 PESf (Polyethersulfone) 고분자를 혼합하고 PVP (Polyvinylpyrrolidone) 분산제를 첨가하여 슬립 캐스팅 방법으로 분리막을 제조하였다. 분리막은 CFP (Capillary Flow Porometer) 장치 를 통해 기공크기를 측정하고 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) 장치를 이용하여 실제 분리막 표면과 단면을 관찰하였다. 플럭스는 분리 실험장치를 이용하여 시간당 여과된 무게를 측정하여 계산하였다. 기공크기측정은 0 psi에 서 30 psi까지 서서히 증가하는 승압조건에서 진행하였다. 분리막의 기공크기는 0.4 μm 크기를 가지며 플럭스는 분리막의 파 울링에 의해 초기 플럭스 값인 6.36 kg⋅m-2⋅h-1에서 1.98 kg⋅m-2⋅h-1으로 감소하여 3시간 이후부터 일정해지는 것을 확인 하였다. 투과 실험 후 막 오염물질은 간단한 세척을 통해 제거 가능하였다. 분리실험을 통해 초기 리그닌 추출물 내에 포함되 어 있던 Na은 69%만큼 줄었고, Fe은 87%, K은 95%, Ca은 93%, Mg은 96%만큼 제거됨을 보였다

느타리 버섯 No. 42균주를 5가지 배지에서 연구한결과, 리그닌 분해효소인 Lac와 MnP는 생산되었으나 LiP는 생산되지 않았다. 실험한 본 균주의 경우리그닌 분해효소인 Lac와 MnP의 생산에 밀기울이관여하는 것을 확인 할 수 있었다. 액체배지에서는GPYW에서 Lac(2.4U/ml)와 MnP(3.6U/ml)가 최대생산됨을 알 수 있었으며 고체배지에서는 WMW에서 MnP(4.0U/ml)가 최대 생산되었으며 W에서는Lac(11.0U/ml)가 최대 생산되었다.

백색부후균인 느타리버섯 60균주로부터 목재를 분해하는 리그닌-셀룰로오스 분해효소 생산 능력이 우수한 균주를 선발하였다. 그 결과 1, 2차 스크리닝을 통해 실험한 모든 균주에서 리그닌-셀룰로오스 분해효소를 생산하는 것을 확인하였다. 그러나, 아비셀 함유 평판배지에서 선발된 6개 균주의 경우 2차 스크리닝 아비셀-효모추출물-펩톤 액체배지에서 셀룰로오스 분해효소 활성이 낮은 것을 확인하였다. 자일란 분해효소의 경우 자일란-효모추출물-펩톤 액체배지에서 No. 6, No. 38균주에서 xylanse 1.0 U/ml 이상, 1,4-β-xylosidase 0.15 U/ml 이상 생산되었다. RBBR 함유 평판배지에서 선발된 13개 균주를 가지고 글루코오즈-효모-펩톤 배지 조건하에서 리그닌 분해 효소의 생산 실험을 한 결과 락케이즈가 먼저 최대 활성(0.8~2.0U/ml)을 나타낸 뒤 Mn-dependent peroxidase가 최대활성(0.5~1.5U/ml)를 나타내었다. 한편, 글루코오즈-효모-펩톤 배지 조건하에서 실험한 모든 균주에서 lignin peroxidase는 생산되지 않았다. 특히 본 연구자는 이러한 스크리닝 방법에 의해 Mn-dependent peroxidase와 laccase 생산 능력이 높은 No. 42균주를 선발하였다.

A ligniolytic bacterial strain was isolated from the digestive tract of a red dragonfly, Sympetrum depressiusculum. It was identified as a Serratia marcescens HY-5 by 16S rDNA sequence analysis and physiological and biochemical analysis. The isolated strain showed proportional increase of ligninolytic activity to the cell growth in the culture media which include lignin compounds. It showed about 25-45% decomposition of lignin compound by 48 hr incubation especially, showed effective decomposition of monomer lignin compounds, vanillin and guaiacol, and a dimer, dealkaline lignin. PCR amplification of 16S rDNA followed by denaturing gradient gel electrophoresis analysis showed high density of S. marcescens HY-5 in the gut of the S. depressiusculum at both gut samples which collected at different site.

조사료로서 소화율을 향상시킨 신품종 형질 전환 오차드그래스를 개발할 목적으로 lignin 합성경로에 있어서 중요한 효소 유전자 중의 하나인 COMT 유전자를 cloning하여 그 특성을 해명하였다. 오차드그래스의 COMT 유전자는 식물체의 전 조직에서 발현되고 있었으며, 특히 줄기와 뿌리조직에서 높은 발현량을 나타냄으로서 목질화에 크게 관여하는 lignin 생합성 유전자일 것으로 판단되었다. Dgcomt 유전자의 발현을 억제시킨 형질전환 오차드그래스를

Lignocellulose and lignolic compounds were absolutely given much weight in the biosphere, and their degradation was essential for continuous biological carbon circulation, whereas aerobic cellulolytic microorganism dissolved the cellulose into their elements in the first stage, strict anaerobic cellulolytic microorganism`s role was taken a increasing interest through the recent research. It was reviewed that anaerobic microbial degradation process of lignocellulose and its derivatives (celljlose, lignin, oligolignol and monoaromatic compound), and function of anaerobic microorganism on the environmental ecology.

Background : Miscanthus sinensis is a diploid hybrid and a temperate, perennial, cross-pollinating grass used as bioenergy plant, biomass production and high quality cellulose and ethanol production. This study was to carried out to investigate the expression of MsCOMT gene and the variation of lignocellulosic component and phenolic compounds contents in transgenic plants. Methods and Results : Multiple bands were detected from the homologous region of the COMT gene in PCR analysis. In order to obtain more detailed results, putative transgenic lines were estimated by RT-PCR analysis to confirm the expression of mRNA. Also, analysis of the lignin, cellulose, hemicellulose, and phenolic compound contents of transgenic Miscanthus plants were performed. Total lignin content of transgenic plants was lower than that of the control plant due to reduced caffeic acid O-methyltransferase (COMT) gene expression related to lignin production. Cellulose and hemicellulose contents in transgenic plants were not increased. Variation in cellulose and hemicellulose contents had no correlation with variation in lignin content of transgenic plants. Conclusion : In conclusion, transgenic M. sinensis was obtained with down-regulated COMT gene. Lignin synthesis was decreased what offers possibility of crop modification for facilitated biofuel production.

바이오매스는 지속가능한 에너지원의 일종으로 다양한 공정에 따라 바이오 에탄올, 바이오 디젤, 바이오 가스 등으로 회수하여 석유자원의 대체제로 사용 가능하다. 그 중 목질계 바이오매스는 주로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 이루어져 있으며, 셀룰로오스는 바이오 에탄올 등의 연료화를 통해 이용되고 있으나, 리그닌의 경우 펄프 공정 내 부산물로 여겨져 단순 연소를 통한 열에너지원으로서의 역할을 하고 있다. 하지만 리그닌은 자연에서 가장 많이 존재하는 페놀성 고분자 화합물의 일종으로, 이를 이용한 페놀 수지, 에폭시 수지, 접착제 등의 화학약품화 및 탄소섬유로 소재화하는 등의 리그닌 부가가치화 연구사례가 많아지고 있다. 본 연구 대상인 폐목재는 2015년 기준 연간 약 170만 톤이 발생하고 있으며 약 70%가 재활용되어지고 있으나, 3등급 폐목재의 경우 가공과정에서 페인트, 기름, 방부제, 접착제 등 다량의 불순물이 함유되어 재활용 시 많은 제약을 두고 있다. 이러한 폐목재의 특성을 고려한 재활용 방안에 대한 연구의 필요성이 존재한다. 본 연구는 3등급 폐목재를 대상으로 organosolv 전처리법을 이용한 최적 리그닌 분해 조건 도출 및 UF/NF 멤브레인 시스템 적용을 통한 폐목재 내 목적으로 하는 분자량을 가진 리그닌의 고순도 분리 추출을 목적으로 하고 있다. 또한 분리된 리그닌의 FT-IR, NMR, TGA 분석을 통해 폐목재 리그닌의 재활용 가능성을 검토해보고자 한다.

탄소기반의 유기화합물로 이루어져 있는 바이오매스(Biomass)는 차세대 에너지원으로서의 역할을 기대하고 있으며 풍부한 부존량과 탄소 중립적인 특징을 가지고 있다. 목질계 바이오매스의 구성성분 중 25~35%를 차지하고 있는 리그닌(Lignin)은 복잡하고 거대한 페놀축합물로 이루어져 있는 풍부한 천연 고분자이다. 본 연구에서는 리그닌을 에너지자원으로서 활용을 극대화하기 위하여 회전로상(Rotating bed) 열분해 공정을 구성하였고, 리그닌을 회전로상 열분해 공정에 적용하기 전에 고정층(Fixed bed) 열분해 실험을 실시하였다. 리그닌의 물리･화학적 특성, 열적특성을 분석하였고, 고정층 열분해 공정과 회전로상 열분해 공정을 적용하여 리그닌의 열분해 특성을 분석하였다. 리그닌은 휘발분(volatile matter) 62.9%와 고정탄소(fixed carbon) 32.6%가 주를 이루고 있었으며, 원소분석결과 탄소(C) 62.4%와 산소(O) 30.6%가 주를 이루고 있는 것을 알 수 있었다. 열중량분석(TGA) 결과 리그닌의 중량감소는 500℃의 온도범위 이후 반응이 종료됨을 확인 할 수 있었다. 회전로상 공정에서의 액상생성물은 약32.0%의 생산 수율을 보였으며, 고부가가치 성분인 monomeric phenolics 성분들이 주로 검출되었다. 발열량 측정 결과 약 7,000kcal/kg로 측정 되었고, 시판되고 있는 연료 및 연료보조제와 비교를 통해 연료로서의 수준을 나타내었다. 공정의 특성을 분석하기 위해 컴퓨터 프로그램 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics) 상용 Sofrware인 FLUENT를 사용하였다. 위의 실험과 시뮬레이션을 통해 회전로상 열분해의 액상생성물 특성 분석과 공정의 일반화 가능성을 보고자 하였다.

국제연합식량농업기구(FAO, United Nations Food and Agriculture Organization)의 보고서에 따르면 21세기 전 세계의 인구는 2050년 약 90억에 달할 것으로 예측되며, 이러한 인구팽창으로 인한 식량부족 및 사료공급의 문제는 생산 시 야기되는 자원고갈 및 환경영향에 대한 우려와 함께 전 세계의 큰 관심사로 화두되었다. 이렇듯 현대사회가 직면한 복합적인 문제점을 해결하기 위해 전 세계적으로 새로운 미래자원에 대한 탐색이 이루어졌으며, 곤충이 하나의 유망자원으로서 새롭게 각광받기 시작하였다. 특히 목질을 섭식하는 흰개미의 경우 난분해성 물질인 리그닌과 셀룰로오스의 분해능력으로 인해 해외에서는 이미 오래전부터 흰개미의 장내 미생물을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 방법에 대해 연구가 진행되어왔다. 하지만 국내에서는 흰개미를 목조 문화재를 가해하는 해충으로 분류하여 흰개미의 방제에 초점을 맞추어 연구가 많이 진행되어왔을 뿐 유용자원으로서의 흰개미의 잠재성에 대한 관심과 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 흰개미는 우수한 단백질 공급원으로서 일부 국가에서는 식용 및 사료로서 활용하고 있지만 이에 따른 환경영향 및 효율에 관한 연구 역시 미흡하다. 따라서 본 연구는 국내에 분포하는 일본흰개미(Reticulitermes speratus kyushuensis Morimoto)를 대상으로 흰개미가 주로 섭식하는 폐목재를 먹이로 주어 사육하였을 때, 생산되는 식용과 사료의 온실가스 발생량(LCA, Life cycle assessment)과 질소의 순환효율(ROI, Return on Investment)을 정량화하여 환경적･경제적 이점을 도출하고자 하였다.정량화된 온실가스 발생량과 질소의 순환효율은 식용으로 활용할 경우 기존의 단백질원인 한우, 양돈, 육계, 대두와 비교하고, 사료의 경우 대두박과 비교하였다. 그 결과 흰개미를 식용과 사료로 이용할 경우 온실가스 발생량 측면에서 비교적 높은 값을 나타내었으며, 질소의 순환효율에서는 상대적으로 우수한 결과를 나타내었다. 미래 유망자원으로서 보다 다양한 곤충에 대한 탐색이 이루어질 필요성이 있으며, 곤충활용에 따른 환경적⋅경제적 이점의 정량화는 향후 곤충산업의 발전방향을 제시하고 활성화하는데 이바지할 수 있을 것으로 예상한다.

리그닌은 두번째로 풍부한 바이오매스 구성성분이며 지구상에서 non-fossil organic carbon 중 약 30%를 차지한다고 알려져있다. 또한 coniferyl, coumaryl, sinapyl alcohol로 이루어져있는 리그닌은 자연에서 얻을 수 있는 우수한 aromatic resource로 연료나 chemicals을 생산할 수 있다. 특히 리그닌의 급속 열분해는 액체 연료를 가장 저렴한 가격으로 생산하는 기술로 평가받고 있지만, 리그닌을 급속열분해 할 때 plugging, char foaming등의 문제점이 생겨 연속적인 열분해 공정을 개발하는데 어려움이 있다. 이번연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 로타리 킬른형 반응기를 제작하여 실험을 진행하였다. 초기의 장치 구성은 저장장치. 투입장치, 열분해장치, 응축장치로 구성하였고, 원활한 리그닌 투입을 위해 반응기를 약 5°정도 기울여서 설치하였다. 리그닌의 종류에 따라 최적 열분해 조건을 알아보기 위해 유량, 온도, 투입속도 등에 변화를 주어 실험을 진행하였다. 또한 발생한 가스와 오일의 정확한 분석을 위해 GC와 GC/MS를 이용하여 각각 성분을 분석 할 것이다.

국제연합식량농업기구(FAO, United Nations Food and Agriculture Organization)의 보고서에 따르면 21세기 전 세계의 인구는 2050년 약 90억에 달할 것으로 예측되며, 이러한 인구팽창으로 인한 식량부족 및 사료공급의 문제는 생산 시 야기되는 탄소, 질소의 손실로 인한 자원고갈 및 환경영향에 대한 우려와 함께 전 세계의 큰 관심사로 화두되었다. 또한, 대두, 유채, 팜을 이용한 식물성 바이오오일의 생산은 식량작물을 에너지작물로 활용함에 따라 개발도상국의 식량부족 문제를 심화시키는 악효과를 야기했다. 이렇듯 현대사회가 직면한 복합적인 문제점을 해결하기 위해 전 세계적으로 새로운 미래자원에 대한 탐색이 이루어졌으며, 곤충이 하나의 유망자원으로서 새롭게 각광받기 시작하였다. 다양한 곤충 중 흰개미의 경우, 분류계통상 고등 및 하등 흰개미로 분류되는데 종류에 따라 섭식대상이 다양하며 소화기작에서도 약간의 차이를 보인다. 특히 목질을 섭식하는 흰개미는 난분해성 물질인 리그닌과 셀룰로오스의 분해능력으로 인해 해외에서는 이미 오래전부터 흰개미의 장내 미생물을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 방법에 대해 연구가 진행되어왔다. 하지만 국내에서는 흰개미를 목조 문화재를 가해하는 해충으로 분류하여 흰개미의 방제에 초점을 맞추어 연구가 많이 진행되어왔을 뿐 유용자원으로서의 흰개미의 잠재성에 대한 관심과 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 흰개미는 우수한 단백질 공급원으로서 일부 국가에서는 식용 및 사료로서 활용을 하고 있지만 이에 따른 환경영향 및 효율에 관한 연구 역시 미흡하다. 따라서 본 연구는 국내에 분포하는 흰개미 중 일본흰개미(Reticulitermes speratus kyushuensis Morimoto)를 대상으로 흰개미가 주로 섭식하는 폐목재를 먹이로 주어 사육하였을 때, 생산되는 오일과 식용의 온실가스 발생량과 탄소와 질소의 순환효율을 정량화하여 흰개미를 산업용으로서 활용하는 것에 대한 타당성과 전체 탄소와 질소의 물질흐름에 있어서 환경적･경제적 이점을 정량화하고자 하였다.

Background : Miscanthus is a diploid hybrid and a temperate, perennial, cross-pollinating grass used as bioenergy plant, biomass production and high quality cellulose and ethanol production. This study was to determine an efficient transformation system for Miscanthus sinensis, and to optimize factors and conditions required for expression of MsCOMT–AS gene. Methods and Results : An efficient transformation of callus from M. sinensis was established using Agrobacterium tumefaciens strain LBA4404 harboring a binary vector pMBP1. In order to establish stable transformation system, we obtained high transformation rate from callus by various transformation factor explant type, strain, co-culture periods, acetosyringone concentration, and selective marker. Finally, in this study, seven putative transgenic plants were obtained. Through various tests including PCR analysis and southern blot were to detect antisense of COMT digested Xba I and Sac I restriction enzymes. The biomass of the control plant was superior than transgenic plants. Conclusion : This study was to develop transgenic Miscanthus sinensis by Agrobacterium tumerfeciens mediated transformation to produce high bioethanols and to reduce the lignin content of transgenic plants. Detailed characterization of the transgenic plants revealed interesting finding about COMT gene expression in the segregates