Metarrhizium anisopliae(Metschn.) Sorok이 생산하는 Biopolymer YU-122의 생산과 그 특성

최용석,옥승호,유주현,배동현 한국산업미생물학회 1997 한국미생물·생명공학회지 Vol.25 No.1

토양으로부터 분리한 Metarrhizium anisopliae (Metschn.) Sorok이 생산하는 biopolymer를 정제하여 분석하고, 그의 생산조건을 검토하였다. 탄소원으로 mannitol, 질소원으로는 polypepton을 사용했을 때 가장 많은 biopolymer를 생산하였고 K_2HPO_4 및 CaCl_2를 첨가함으로서 생산량이 더욱 증가하였다. 또한 이 biopolymer를 정제하여 그 분자량과 구성성분을 검토한 결과 Metarrhizium anisopliae(Metschn.) Sorok이 생산하는 Biopolymer YU-122는 분자량이 1.7×10 exp (6)이고, C, H의 구성비가 1:2이며 미량의 N이 검출되었으나, 주 구성성분은 glucose와 galactose의 환원당으로 이루어져있는 전혀 새로운 biopolymer인 것으로 나타났다. To produce biopolymer, Metarrhizium anisopliae (Metschn.) Sorok was cultured in a medium containing glucose 1.0%, sucrose 2.0%, soluble starch 1.0%, yeast extract 0.5%, polypeptone 0.5%, K_2HPO_4 0.1%, MgSO_4·7H_2O 0.02%. The culture broth was centrifuged and the polymer was harvested by adding methanol to the culture supernatant. When three times of methanol was added, the polymer was coagulated and precipitated. Then it was further purifued through successive SK-1B, SA-20P, HP-20 column chromatographies. This polymer was designated as Biopolymer YU-122. C:H ratio of this Biopolymer YU-122 was 1:2 and small amount of N is detected by CHN analyzer. Glucose and galactose are main components of this polymer. Average molecular weight of this biopolymer was 1.7×10 exp (6) by Sepharose 4B gel permeation chromatography. Optimal condition for biopolymer production was investigated. When 5% of mannitol was used as a carbon source, and polypepton as a N source, highest productivity of biopolymer was achieved. C/N ratio as nutrient was also a major factor in polymer production and its optimal ratio was 3.

Bacillus sp. K-1과 그의 변이주가 생산하는 Biopolymer의 물성에 관한 연구

김성호,임무현,정낙현,Kim, Sung-Ho,Yim, Moo-Hyun,Choung, Nack-Hyun 한국응용생명화학회 1996 Applied Biological Chemistry (Appl Biol Chem) Vol.44 No.1

볏짚으로부터 분리한 Bacillus sp. K-1과 그 변이주 KM-21과 KM-83이 생산하는 biopolymer들의 물성학적 성질을 비교 조사하였다. 은도에 따른 biopolymer의 겉보기 점도는 온도가 높아짐에 따라 감소하였으며, $20^{\circ}C$일 때에 비해 $80^{\circ}C$일 때 KM-21 균주가 생산하는 biopolymer는 1.7배, K-1균주의 biopolymer는 2.7배, KM-83 균주의 biopolymer는 1.9배 정도로 낮은 점성을 보였다. Biopolymer 용액의 점성은 농도가 증가함에 따라 크게 증가하여 6%의 농도에서 가장 높게 나타났으며, 2%, 4%, 6% 모두 pseudoplastic특성을 나타내어 농도에 대한 의존성이 매우 높았다. 6%의 농도일 때 2%의 농도와 비교해서 전단 속도가 $93\;sec^{-1}$ 일 때 KM-21은 26배, K-1은 56배, KM-83은 28배로 모균주의 biopolymer인 K-1이 가장 높은 점성을 보었다. pH에 따른 점도 변화는 pH7.0에서 최고를 보였으며, 알칼리성 조건일 때에 비해 산성조건에서 상대적으로 낮은 값의 점성을 보였다. The rheological properties of biopolymers produced by Bacillus sp. K-1 and its mutant strains(KM-21, KM-83) were studied. Apparent viscosity of biopolymers decreased as rising the temperature. The biopolymer produced by KM-21 strain showed 1.7 times low viscosity, 2.7 times low viscosity by K-1 and 1.9 times low viscosity by KM-83 at $80^{\circ}C$ compared with at $20^{\circ}C$ respectively. The viscosity of biopolymer solution also increased with increasing the polymer concentration and showed pseudoplastic characteristics which is high temperature dependency in all concentration. The change of the biopolymer viscosity on the pH showed the highest value at the pH 7.0 and it showed lower at acidic condition than at alkaline condition comparatively.

변형전분 및 Biopolymer가 Smoked Pork Sausage의 품질에 미치는 영향

박권식,주현규,정낙현,임무현 한국식품영양학회 1996 韓國食品營養學會誌 Vol.9 No.2

초산전분과 미생물이 생산하는 biopolymer를 사용하여 smoked pork sausage를 제조하고 이들이 소시지 품질에 미치는 영향을 조사한 결과, 기계적 물성의 경도는 대조구에 비해 SA, SB, SC 모두 유의적으로 적었고, 응집성은 초산전분 단독으로 0.6%첨가한 시료 SA가 유의적으로 적게 나타났다. 점착성은 biopolymer을 첨가한 시료 SA와 SC가 유의적으로 크게 나타났고, 탄성은 대조구에 비해 모두 작게 나타났다. 껌성과 씹힘성은 4가지 시료 모두가 서로 유의적으로 다른 값을 가지므로써 초산전분과 biopolymer는 껌성과 씹힘성에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 기계적 물성의 상관관계에서 경도는 탄성, 껌성, 씹힘성과 서로 정의 상관관계로 나타났으며, 점착성과는 부의 상관관계로 나타났다. 절곡시험에서 초산전분 0.6%를 첨가한 시료 SB가 가장 좋았으며, VBN 함량은 biopolymer와 초산전분을 함께 첨가한 시료가 대조구에 비해 약 65% 정도 적게 생성되었다. 관능적 물성의 기호도 조사 결과, 껌성은 biopolymer을 첨가한 시험구 SA와 SC가 유의적으로 좋게 나타났고 (p<0.001), 소시지의 전체적인 기호도는 부서짐성과 씹힘성, 그리고 껌성이 기호도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타남에 따라 biopolymer를 첨가한 시료가 유의적으로 좋게 나타났다(p<0.001). 전체적인 기호도의 상관관계에서는 관능검사의 씹힘성과 기계적 물성의 껌성이 서로 유의차를 갖는 것으로 나타났다(p<0.05). In order to study the effect of modified starch and biopolymer on the quality of smoked pork sausage, acetylated starch and biopolymer were added to the smoked pork sausage and physical characteristics, sensory quality, and water holding capacity were investigated. In the textural characteristics SA, SB and SC group were lower in hardness than control group. Cohesiveness was lower only on the SA group which was added by 0.6% acetylated starch. Adhesiveness was higher on the the SA and SC group by addition of biopolymer. All treatment group were lower in springiness than control group. The effect of biopolymer and acetylated starch on gumminess and chewiness was evident but not constant in each group. In the mechanical characteristics such as hardness, springiness, gumminess, chewiness were indicated positive correlation coefficient, the other hand negative correlation in adhesiveness. The result of folding test was not changed in 20 days storage. At 30 days storage SB group contained the 0.6% acetylate starch showed the best point. The other hand the biopolymer added SA and SC group less acceptable, the biopolymer added SA and SC group, which were added by biopolymer and acetylated, indicated cap. 65% lower VBN value than control group. Sensory evaluation were not significantly difference in hardness, fracturability and adhesiveness but cohesiveness was higher in SC group. Gumminess was significantly hinger in SA and SC group by biopolymer addition. Overall acceptability in sensory evaluation were significantly higher in SC group by biopolymer addition. Overall acceptability in sensory evaluation correlated significiantly with fracturability, chewiness and gumminess. Chewiness of sensory evaluation and mechanical guminess were not significantly correlated.

배양조건이 Bacillus subtilis 융합주의 ${\gamma}-Glutamyltranspeptidase{\;}({\gamma}-GTP)$ 활성에 미치는 영향

김관필,김성호,정낙현 한국식품영양과학회 2001 한국식품영양과학회지 Vol.30 No.3

Bacillus subtilis 돌연변이주 중 ${\gamma}-GTP$활성이 높은 SM-2와 SM-10을 융합시켜 획득한 융합주 중 ${\gamma}-GTP$활성이 높은 융합주 FG-21의 배양적 특성을 조사하였다. 융합주 FG-21에 의한 ${\gamma}-GTP$의 생산은 1% glycerol, 1% peptone, 0.1% citric acid, 5 mM $K_2HPO_4$, 1 mM $FeCl_3$, 1 mM $MgCl_2$, 1 mM $NH_4Cl$, pH 7.0의 배지에 의해 $37^{\circ}C$에서 36시간 배양했을 때 621 U/mL으로 최대한 활성을 보였다. 융합주 FG-21이 생산한 biopolymer A가 단백질함량이 38.4%이고 B. subtilis K-1이 생산하는 biopolymer B의 단백질함량은 19.3%로 융합주 FG-21이 생산하는 Biopolymer A보다 함량이 낮았다. 융합주 FG-21의 biopolymer가 모균주의 biopolymer B보다 단백질함량이 높은 것은 상대적으로 높은 ${\gamma}-GTP$활성이 높아서 생성된 PGA가 levan보다 함량이 많기 때문인 것으로 사료된다. 총당함량은 biopolymer A가 58.5%, biopolymer B가 76.5%로 나타났다. 융합주 FG-21과 모균주가 생산하는 biopolymer의 단백질함량과 총당함량비는 융합주 FG-21이 생성한 biopolymer는 38 : 59. 모균주가 생산한 biopolymer B는 19 : 78의 비율이었고 HPLC 분석에 의한 biopolymer A와 B의 fructose함량은 각각 537.7 mg/g biopolymer, 764.4 mg/g biopolymer으로 나타났다. Biopolymer A와 B의 glutamic acid함량은 각각 163.7 mg/g, 94.3 mg/g이었다. Biopolymer A와 B의 fructose와 glutamic acid의 함량비는 각각 78 : 22, 89 : 11의 비로 함유되어 있었다. 따라서 융합주에 의해 생산된 biopolymer는 모균주보다 구성상태가 변화된 biopolymer를 생산한 것으로 판단되어 fusion과 같은 균주개량을 통하여 물질의 구성적, 물질적 변화된 biopolymer를 생산할 수 있을 것이라 사료된다. A fusant FG-21 was selected on the basis of higher ${\gamma}-GTP$ activity following fusion process between SM-2 and SM-10 of Bacillus subtilis mutants. ${\gamma}-GTP$ activity of the mutant FG-21 was increased up to 612 U/mL when grown for 36 hr at $37^{\circ}C$ in culture media containing 1% glycerol 1% glycerol, 1% peptone, 0.1% citric acid, 5 mM $K_2HPO_4$, 1 mM $FeCl_3$, 1 mM $MgCl_2$, 1 mM $NH_4Cl$, pH 7.0. In fusnat FG-21, the ratio of protein to total sugar contents for biopolymer A was 38 to 59. for biopolymer B from parental strains it was 19 to 78. Fructose contents determined by HPLC were $573.7\;\mu\textrm{g}/mg\;and\;764.4\;\mu\textrm{g}/mg$ for biopolymer A and B, respectively. And glutamic acid content were $163.7\;\mu\textrm{g}/mg\;and\;94.6\;\mu\textrm{g}/mg$ for biopolymer A and B, respectively. In fusant FG-21, the ratio of fructose to glutamic acid contents for biopolymer A was 78 to 22. For biopolymer B from parental strains it was 89 to 11.

제방 녹화공법에서 바이오폴리머 처리토의 효능 분석

서승환,진승남,장일한,정문경 응용생태공학회 2019 Ecology and resilient infrastructure Vol.6 No.4

Biopolymer based on microbial β-glucan and xanthan gum is effective for vegetation and has a function of enhancing soil strength, which can be used as soil reinforcement and stabilization materials in river embankment. The purpose of this study is to verify the vegetation effect of the surface of levee by biopolymer with seed spraying method. Mixed soils with biopolymer were used to cover the surface of embankments. The strength is higher in biopolymer-treated soil and xanthan gum based biopolymer has advantage for quality control in field scale. In addition, the vegetation of F. arundinacea and L. perenne showed various reactions with types of biopolymers. Biopolymer has a positive effect on the vegetation of them. In contrast, root growth tended to decrease in biopolymer-treated soils. The results indicate that root growth is slow down due to increasing ability to retain water in biopolymer-treated soil. In order to apply biopolymer to river embankment, it is necessary to examine the effects of biopolymers on a wide range of plant species in river embankment. 미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열의 바이오폴리머는 식물 성장에 효과적이고 토양의 강도를 증진시키는 기능을 지니고있어 하천 제방의 토양 보강 및 안정화 재료로서 활용이 가능하다. 본 연구의 목적은 분사 공법을 이용하여 바이오폴리머 신소재를실규모 제방에 시공하는 경우 바이오폴리머에 의해 하천 제방 표면 토양의 강도 증진 및 식생 효과를 검증하는 것이다. 실규모하천제방에서 바이오폴리머를 이용하여 제방 표면을 피복하였고, 혼합재료에 대한 강도 측정 결과 바이오폴리머를 처리한 구역에서강도가 높게 나타났다. 그리고 큰김의털과 호밀풀을 대상으로 식물 생장을 조사하였으며, 두 식물종의 지상부 생장에 긍정적인효과를 확인하였다. 반면 대상 식물종의 지하부 생장은 바이오폴리머가 처리된 토양에서 감소하는 경향을 보였다. 바이오폴리머를처리한 토양에서는 토양이 수분을 보유하는 능력이 증가하여 바이오폴리머로 처리로 인해 오히려 지하부 성장을 더디게 하는 것으로판단된다. 본 연구의 결과에 따라 분사공법을 이용한 바이오폴리머 시공은 토양의 강도 증진 효과와 하천 제방의 녹화에 사용하기충분한 것으로 판단된다. 그러나 하천 제방에 식재하는 광범위한 식물 종에 대한 바이오폴리머의 효과와 식물 종 별로 적정 바이오폴리머농도에 대한 연구가 필요할 것이다.

Strength and durability characteristics of biopolymer-treated desert sand

Qureshi, Mohsin U.,Chang, Ilhan,Al-Sadarani, Khaloud Techno-Press 2017 Geomechanics & engineering Vol.12 No.5

Biopolymer treatment of geomaterials to develop sustainable geotechnical systems is an important step towards the reduction of global warming. The cutting edge technology of biopolymer treatment is not only environment friendly but also has widespread application. This paper presents the strength and slake durability characteristics of biopolymer-treated sand sampled from Al-Sharqia Desert in Oman. The specimens were prepared by mixing sand at various proportions by weight of xanthan gum biopolymer. To make a comparison with conventional methods of ground improvement, cement treated sand specimens were also prepared. To demonstrate the effects of wetting and drying, standard slake durability tests were also conducted on the specimens. According to the results of strength tests, xanthan gum treatment increased the unconfined strength of sand, similar to the strengthening effect of mixing cement in sand. The slake durability test results indicated that the resistance of biopolymer-treated sand to disintegration upon interaction with water is stronger than that of cement treated sand. The percentage of xanthan gum to treat sand is proposed as 2-3% for optimal performance in terms of strength and durability. SEM analysis of biopolymer-treated sand specimens also confirms that the sand particles are linked through the biopolymer, which has increased shear resistance and durability. Results of this study imply xanthan gum biopolymer treatment as an eco-friendly technique to improve the mechanical properties of desert sand. However, the strengthening effect due to the biopolymer treatment of sand can be weakened upon interaction with water.

바이오폴리머 신소재가 하천 자생 식물 발아 및 생장에 주는 영향

안주희(Joo Hee An),정형순(Hyungsoon Jeong),김은석(Eunsuk Kim) 응용생태공학회 2018 Ecology and resilient infrastructure Vol.5 No.3

하천 제방의 토양 안정화 물질의 하나로, 미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열 바이오폴리머를 사용하고자 하는 연구가 현재 진행중이다. 본 연구의 목적은 바이오폴리머 신소재의 생태성 평가의 일환으로, 바이오폴리머가 국내 하천에 자생하는 식물의 씨앗 발아 및 생육에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 낙동강과 영산강에 자생하는 총 9종의 식물을 대상으로 시험한 결과, 발아율, 총 건중량, 지상부 건중량, specific leaf area 등 지상부 형질에서는 식물종 별로 다양한 바이오폴리머에 대한 반응을 나타냈다. 애기똥풀의 총 건중량과 지상부 건중량은 감소한 반면 타 식물종들은 건중량을 유지하거나 다소 증가시켰다. 반면 대상 식물종들의 뿌리 생장 (뿌리 길이, 지상부 대비 지하부 건중량)은 바이오폴리머가 처리된 토양에서 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아, 본 연구에서 시험된 바이오폴리머는 토양 강화 효과와 함께 자생 식물의 뿌리 생장을 촉진시켜, 제방을 강화시키는 역할을 할 것으로 기대된다. 그러나 화학물질들에 대한 식물 반응의 종 특이성을 고려할 때, 보다 광범위한 식물종을 대상으로 하는 연구가 필요할 것이다. Biopolymer based on microbial β-glucan and xanthan gum is a rising geotechnical material that can enhance the cohesion between soil particles and consequently reduce soil erosion. Recently, biopolymer is proposed to utilize for the riverbank strengthening. As an effort of the ecological assessment of biopolymer application in civil engineering, this study examined the effects of biopolymer on seed germination and growth of nine plant species inhabiting in the Korean riverside. Responses of above-ground growth to the biopolymer differed among plant species. One species grew less but others maintained their growth when plants were grown in the soil with biopolymer. In contrast, root grew more vigorously and root/shoot ratio decreased in the biopolymer across testing plant species. These results indicate that biopolymer application on the river bank likely stimulate root growth of native plant species, which, in turn, possibly reinforces riverbank. Species specific responses of above-ground growth implies that ecological effects of biopolymer application would depend on the species composition of the ecosystem.

Bacillus 속의 혼합균주가 생성한 Biopolymer의 항산화 활성과 Tyrosinase 및 Elastase의 저해활성에 미치는 영향

이순이 ( Soon Lee Lee ) 한국미용학회 2009 한국미용학회지 Vol.15 No.2

Beneficial physiological effects of biopolymer have been well documented. In the process of Cheongkukjang fermentation, various biopolymers were produced by Bacillus strains. In this study, we examined the effects of biopolymer produced by mixed Bacillus strains composed equal amounts of B. circulans, Brevibacillus brevis, B. licheniformis, B. subtilis,B. coagulans and B. sterothermophilus separated from traditional Cheongkukjang on antioxidative activities including electron donating ability (EDA), reducing power and superoxide dismutase (SOD) like activity, and skin coloring and aging. Whereas EDA was 59.40% in the presence of 4% biopolymer, reducing power was the highest at 10% biopolymer. Also, SOD-like activity was 44.91% at 4% biopolymer. On the other hand, inhibitory activity of tyrosinase in all samples were lower than that of 0.5% L-ascorbic acid. Additionally, inhibitory activity of elastase by biopolymer was the highest value of 85.71% at 1% biopolymer concentration. These results suggest that biopolymer may prevent (regulate) skin aging and coloring via antioxidative effect, and inhibitory activity of tyrosinase and elastase.

전기비저항을 이용한 바이오폴리머 그라우팅 주입도 평가

전민우(Jun, Minu),조현묵(Cho, Hyunmuk),유재은(Ryou, Jae-Eun),홍원택(Hong, Won-Taek) 한국지반공학회 2024 한국지반공학회논문집 Vol.40 No.4

바이오폴리머 주입에 의한 보강효과 예측을 위하여 대상지반 내 바이오폴리머의 주입도 모니터링이 요구된다. 본 연구에서는 전기비저항을 이용하여 사질토 내 바이오폴리머 수용액의 포화도 및 주입경과를 평가하였다. 사질토 내 바이오폴리머 수용액 포화도에 따른 전기비저항의 변화를 평가하고자 중량농도 0.5%의 잔탄검 바이오폴리머 수용액과 주문진 표준사를 이용하여 조성된 포화도 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 시료의 전기비저항을 측정하였다. 또한, 주입경과 평가를 위하여 노건조 주문진 표준사 시료에 대한 바이오폴리머 수용액 상방향 주입 중 8개 층에서 전기비저항을 측정하였다. 포화도에 따른 전기비저항 측정 결과, 시료의 포화도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하였으며, 해당결과를 바탕으로 포화도와 전기비저항 사이의 상관관계가 수립되었다. 주입경과에 따른 전기비저항 측정 결과, 바이오폴리머 수용액이 시료에 침투함에 따라 전기비저항은 감소 및 수렴하였으며, 앞서 수립된 포화도-전기비저항 상관관계를 바탕으로 주입과정 중 바이오폴리머 수용액 주입도 평가가 가능하였다. 본 연구는 바이오폴리머 처리 구간에 대한 전기비저항 평가가 바이오폴리머의 주입 양상 모니터링에 활용될 수 있음을 보여준다. Monitoring the injection degree of biopolymers in soils is required in estimating the performance of biopolymer-treated grounds. In this study, the degree of saturation and injection process of biopolymer solutions in sandy soils were evaluated using electrical resistivity. To assess the changes in electrical resistivity according to the contents of the biopolymer solutions, electrical resistivities were measured for Jumunjin sand–xanthan gum biopolymer solution (weight concentration of 0.5%) mixtures with different degrees of saturation of 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%. In addition, electrical resistivities were measured at eight layers in oven-dried Jumunjin sand during the upward injection of the xanthan gum biopolymer solution to monitor the injection process. Experimental results showed that the electrical resistivity decreased as the degree of saturation of the mixture increased, and their relationship was constructed. During the injection of the xanthan gum biopolymer solution into the sandy soils, the electrical resistivity decreased and converged and the degree of saturation at each layer could be estimated on the basis of the above-constructed relationship. This study demonstrated that electrical resistivity may be an effective physical property for monitoring the injection degree of biopolymer solutions in the ground.

Mechanical behaviours of biopolymers reinforced natural soil

Zhanbo Cheng,Xueyu Geng 국제구조공학회 2023 Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Jou Vol.88 No.2

The mechanical behaviours of biopolymer-treated soil depend on the formation of soil-biopolymer matrices. In this study, various biopolymers (e.g., xanthan gum (XG), locust bean gum (LBG), sodium alginate (SA), agar gum (AG), gellan gum (GE) and carrageenan kappa gum (KG) are selected to treat three types of natural soil at different concentrations (e.g., 1%, 2% and 3%) and curing time (e.g., 4-365 days), and reveal the reinforcement effect on natural soil by using unconfined compression tests. The results show that biopolymer-treated soil obtains the maximum unconfined compressive strength (UCS) at curing 14- 28 days. Although the UCS of biopolymer-treated soil has a 20-30% reduction after curing 1-year compared to the maximum value, it is still significantly larger than untreated soil. In addition, the UCS increment ratio of biopolymer-treated soil decreases with the increase of biopolymer concentration, and there exists the optimum concentration of 1%, 2-3%, 2%, 1% and 2% for XG, SA, LBG, KG and AG, respectively. Meanwhile, the optimum initial moisture content can form uniformly biopolymer-soil matrices to obtain better reinforcement efficiency. Furthermore, the best performance in increasing soil strength is XG following SA and LBG, which are significantly better than AG, KG and GE.