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2023 September Vol.36 No.3 ISSN 1598-8384

실험실 탐방

상명대학교 융합공과대학 생명공학전공
생물공정공학연구실
(Bioprocess Engineering Laboratory)

연구책임자 : 유하영
소속기관 : 상명대학교

Department of Biotechnology, Sangmyung University,
20, Hongjimun 2-Gil, Jongno-Gu, Seoul 03016, Republic of Korea
Tel: 02) 2287-6104
E-mail: y2h2000@smu.ac.kr
Homepage: https://www.smu.ac.kr/ko/edu/Profile.do?mode=view&empNo=10707778

책임교수 소개

[학력]

2016
고려대학교 화공생명공학과 박사
2010
전남대학교 생물공학과 석사
2008
전남대학교 응용화학공학부 학사

[경력]

경력 사항
기간	기관명	직위 및 직급
2023.06 – 현재	한국미생물생명공학회	평의원
2023.03 – 현재	Biotechnology and Bioprocess Engineering	편집위원
2023.01 – 현재	한국생물공학회	이사
2022.09 – 현재	Bio·Pharm Incheon Global Conference 2022, 2023	조직위원
2021.01 – 2022.12	한국미생물생명공학회	간사
2020.06 – 현재	한국생물공학회	평의원
2019.01 – 2020.12	한국생물공학회	이사
2017.03 – 현재	상명대학교 생명공학과	조교수
2016.09 – 2017.02	고려대학교	연구교수

실험실 구성원

연구책임자: 유하영
박사과정: 이정호, 김승희
석사과정: 손혜림
학석사과정: 송윤석, 김민지, 신소은, 최수진

연구분야 소개

(1) 주요 연구분야

상명대학교 생물공정공학 연구실에서는 바이오매스의 생물전환공정 플랫폼 개발을 목표로 세대별 바이오매스의 성분분석, 주성분(탄수화물) 생물전환 연구, 유효성분(생리활성물질) 회수 및 응용 연구 등을 수행하고 있습니다. 2세대(목질계), 3세대(조류), 4세대(유기성 폐기물) 바이오매스의 주성분 및 유효성분 종류에 따라 맞춤형 생물전환공정 설계를 수행하고 있으며, 각 단위 공정(전처리, 당화, 발효, 추출 등)의 수율 개선을 목표로 균주 개량, 공정 변수 최적화 등의 요소기술을 개발 및 도입합니다. 대표 연구 분야는 크게 (1) 바이오매스 전처리, 당화, 발효 공정을 통한 탄수화물 기반 생물전환공정 개발, (2) 유효성분인 페놀, 플라보노이드, 탄닌의 세부 지표 물질 분석/회수/제형화/특성 평가 연구입니다. 최종적으로는 개발된 생물전환공정 플랫폼을 적용/평가함으로써 산업에서 요구하는 고부가가치 바이오 소재의 발굴/생산/개발을 목표로 합니다.

그림1. 상명대학교 생물공정공학연구실 (BPEL) 주요 연구분야

(2) 연구주제

• 세대별 바이오매스의 라이브러리화

세대별 바이오매스는 기원/생산 시기/처리 방법 등의 차이로 인해 주성분 및 유효성분의 조성이 상이합니다. 세대별 바이오매스의 맞춤형 생물전환공정 설계를 위해서는 세대별 바이오매스의 세부적인 성분분석/처리/활용 전략이 요구됩니다. 따라서 상명대 생물공정연구실에서는 세대별 바이오매스의 라이브러리화를 통해 바이오매스 생물전환공정의 기반을 다지는 연구를 추진하고 있습니다. 현재까지 50종 이상의 바이오매스의 세부 조성 분석을 완료하였으며, 앞으로도 지속 가능한 생물자원의 탐색 및 성분분석 연구를 추진할 계획입니다.

그림2. 바이오매스 성분 분석 및 데이터 라이브러리

• 첨단 생명공학 기술 기반의 생촉매 고효율화

바이오매스의 생물전환공정에는 미생물(고부가가치 물질 생산 균주), 효소(cellulase, xylanase, mannanase, lipase 등) 등이 생촉매로써 활용됩니다. 대표적인 생촉매 활용 연구는 다음과 같습니다.

• 바이오매스의 주성분인 탄수화물(2,4세대: cellulose, hemicellulose, 3세대: alginate, agar, cellulose 등)로부터 발효성 당을 생산
• 바이오매스 유래 당을 발효 공정 원료로 활용하여 미생물 유래 고부가 물질 생산
• 바이오매스 유래 생리활성 물질의 화학 구조 변형을 통한 특성 개선

생물전환공정의 단위 공정 및 전 공정 수율을 개선하기 위해서는 생촉매의 고효율화가 요구됩니다. 따라서 상명대학교 생물공정연구실에서는 대표적으로 다음의 연구를 수행함으로써 공정 수율을 개선하고 있습니다.

• 박테리아 및 진균(효모, 곰팡이)의 균주 개량 연구
: 최적 돌연변이 유발원 선별 및 균주 개량 시스템 설계 및 적용
• 고활성 효소 발굴 및 고정화 효소 개발
: 환경 시료에서 분리한 미생물의 특정 효소 활성 스크리닝 및 특성화, 경제적인 효소반응 공정을 위한 고정화 연구
• 연속 가수분해 생물반응기 설계/제작을 통한 효소 재사용 연구

그림3. 생촉매 효율 개선 및 응용 연구 개략도

• 맞춤형 생물전환공정 플랫폼 기반의 바이오매스 가치화

상기 바이오매스 세대별 라이브러리 구축 및 조성 분석 결과와 향상된 생촉매 기반의 생물전환 기술을 통해 바이오연료&화학(에탄올, 부탄올, 젖산, 1,3 PDO, 2,3 BDO, 3HP 등), 항생물질(코디세핀, 세팔로스포린C 등), 박테리아 셀룰로스와 같은 다양한 바이오소재를 생산할 수 있습니다.
맞춤형 생물전환공정 플랫폼이란, 바이오매스로부터 회수하기 적합한 성분(예: 육탄당, 오탄당, 플라보노이드, 탄닌에 속하는 세부 화합물 등) 선정부터 회수, 생산, 제품 특성화, 부산물 응용, 공정개발 등의 연구를 통해 바이오매스 가치를 극대화하는 것이며, 플랫폼 개발의 최종 목표는 각 단위 공정의 변수를 최적화하여 전반적인 공정 수율을 개선하는 것입니다. 이와 같은 연구 개발을 통해 지속가능한 바이오화학 산업의 원천기술 확보 및 탄소중립 사회구현에 기여할 것으로 기대합니다.

그림4. 탄소중립을 위한 생물전환공정 플랫폼 연구 개략도

대표 연구성과

논문 (최근 3년: 2020. 09 ~ 2023. 09)

J Lee, KH Lee, S Kim, H Son, Y Chun, C Park, HY Yoo* (2023). Improved production of bacterial cellulose using Gluconacetobacter sp. LYP25, a strain developed in UVC mutagenesis with limited viability conditions, International Journal of Biological Macromolecules, 232: 123230.
J Son, H Lee, T, Lee, H Sohn, SJ Park, JG Na, SW Seo, JW Lee, HY Yoo*, C Park* (2023). Novel synthetic pathway for methyl 3-hydroxybutyrate from β-hydroxybutyric acid and methanol by enzymatic esterification, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 123: 355-360.
J Lee, M Kim, J Jung, JW Heo, KH Lee, S Kim, H Son, Y Chun, HY Yoo* (2023). Valorization of persimmon calyx, an industrial biowaste, as a potential resource for antioxidant production, Environmental Technology & Innovation, 30: 103038.
Y Seo, Y Yoon, M Lee, M Jang, T H Kim, Y Kim, HY Yoo*, J Min*, T Lee* (2023). Rapid electrochemical biosensor composed of DNA probe/iridium nanoparticle bilayer for Aphanizomenon flos-aquae detection in fresh water, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 225: 113218.
HR Kim, Y Ji, Y Chun, JH Lee, HY Yoo, S Kim, JH Lee, C Park, SW Kim* (2023). Eco-friend air electrode for flexible quasi-solid-state electrolyte zinc-air battery based on spherical glucose biochar derived from biorefinery process, Materials Today Sustainability, 23: 100456.
S Kim, KH Lee, J Lee, SK Lee, Y Chun, JH Lee, HY Yoo* (2023). Efficient Recovery Strategy of Luteolin from Agricultural Waste Peanut Shells and Activity Evaluation of Its Functional Biomolecules, International Journal of Molecular Sciences, 24: 12366.
J Lee, Y Song, H Son, S Kim, KH Lee, B Bazarragchaa, C Lee, HY Yoo* (2023). Phytochemical and Antioxidant Characterization of Extracts from Unexplored Medicinal Plants Salix schwerinii and Salix kochiana, Horticulturae, 9: 955.
Y Seo, H Lim, H Park, J Yu, J An, HY Yoo*, T Lee* (2023). Recent Progress of Lipid Nanoparticles-Based Lipophilic Drug Delivery: Focus on Surface Modifications, Pharmaceutics, 15: 772.
KH Lee, Y Chun, JH Lee, JU Lee, T Lee, HY Yoo* (2023). Sustainable Utilization Strategy of Organic Waste via Fabrication of Bioelastomer with Antibacterial and Antioxidant Activities Using Mandarin Peel Extracts Agriculture, 13: 161.
S Kim, H Son, SY Pang, JJ Yang, J Lee, KH Lee, JH Lee, C Park, HY Yoo* (2022). Optimization of Major Extraction Variables to Improve Recovery of Anthocyanins from Elderberry by Response Surface Methodology, Processes, 11: 72.
J Lee, KH Lee, S Kim, H Son, Y Chun, C Park, HY Yoo* (2022). Microbial Production of Bacterial Cellulose Using Chestnut Shell Hydrolysates by Gluconacetobacter xylinus ATCC 53524, Journal of Microbiology and Biotechnology, 32: 1479-1484.
HR Kim, KH Lee, Y Chun, SK Lee, JH Lee, SW Kim, HY Yoo* (2022). Valorization of Cheese Whey as a Feedstock for Production of Cyclosporin A by Tolypocladium inflatum, Fermentation, 8: 670.
J Lee, H Son, KH Lee, S Kim, G Myagmar, SY Kim, Y Chun, HY Yoo*(2022). Identification and Characterization of Major Flavonoids in Extracts from an Unexplored Medicinal Herb Orostachys fimbriata, Horticulturae, 8: 1092.
J Lee, S Kim, KH Lee, SK Lee, Y Chun, SW Kim, C Park, HY Yoo* (2022). Improvement of bioethanol production from waste chestnut shells via evaluation of mass balance-based pretreatment and glucose recovery process, Environmental Technology & Innovation, 28: 102955.
DS Kim, X Yang, JH Lee, HY Yoo, C Park, SW Kim, J Lee (2022). Development of GO/Co/Chitosan-Based Nano-Biosensor for Real-Time Detection of D-Glucose, Biosensors, 12: 464.
KH Lee, SK Lee, J Lee, S Kim, SW Kim, C Park, HY Yoo* (2022). Energy-Efficient Glucose Recovery from Chestnut Shell by Optimization of NaOH Pretreatment at Room Temperature and Application to Bioethanol Production, Environmental Research, 208: 112710.
Y Chun, KR Kim, HR Kim, SK Lee, JH Lee, JH Lee, C Park, HY Yoo*, SW Kim* (2022). Mechanical Improvement of Biochar.Alginate Composite by Using Melamine Sponge as Support and Application to Cu(II) Removal, Journal of Polymers and the Environment, 30: 2037-2049.
KH Lee, Y Chun, JH Lee, C Park, HY Yoo*, HS Kwak* (2022). Improved Productivity of Astaxanthin from Photosensitive Haematococcus pluvialis Using Phototaxis Technology, Marinedrugs, 20: 220.
Y Beak, S Lee, J Son, T Lee, JM Oh, SH Lee, HU Kim, SW Seo, SJ Park, HY Yoo*, C Park* (2022). Efficient Production of Naringin Acetate with Different Acyl Donors via Enzymatic Transesterification by Lipases, International Journal of Environmental Research and Public Health, 19: 2972.
KH Lee, Y Chun, HY Yoo*, SW Kim* (2022). Strategies for Converting Non-Edible Biomass into Value-Added Chemicals: Economical and Reliable Biorefining Processes, Bioresources, 17: 1965-1968.
J Lee, K Kim, J Son, H Lee, JH Song, T Lee, H Jeon, HS Kim, SJ Park, HY Yoo*, C Park* (2022). Improved Productivity of Naringin Oleate with Flavonoid and Fatty Acid by Efficient Enzymatic Esterification, Antioxidants, 11: 242.
J Son, KH Lee, T Lee, HS Kim, WH Shin, JM Oh, SM Koo, BJ Yu, HY Yoo*, C Park* (2022). Enhanced Production of Bacterial Cellulose from Miscanthus as Sustainable Feedstock through Statistical Optimization of Culture Conditions, International Journal of Environmental Research and Public Health, 19: 866.
SK, Lee, JH Lee, HR Kim, Y Chun, JH Lee, C Park, HY Yoo*, SW Kim* (2021). Rapid and Concise Quantification of Mycelial Growth by Microscopic Image Intensity Model and Application to Mass Cultivation of Fungi, Scientific Reports, 11: 1-9.
HR Kim, DY Lee, JH Lee, SK Lee, Y Chun, HY Yoo, HU Lee, HS Kwak, C Park, JH Lee, SW Kim* (2021). High Potential of Microalgal Sludge Biochar for a Flexible All-Solid-State Microsupercapacitor, Journal of Energy Storage, 44: 103458.
Y Chun, SK Lee, HY Yoo*, SW Kim* (2021). Recent Advancements in Biochar Production According to Feedstock Classification, Pyrolysis Conditions, and Applications: A Review, Bioresources, 16: 6512-6547.
HS Kim, H Park, H Wang, HY Yoo, J Park, JS Ki* (2021). Low Temperature and Cold Stress Significantly Increase Saxitoxins (STXs) and Expression of STX Biosynthesis Genes sxtA4 and sxtG in the Dinoflagellate Alexandrium catenella, Marine Drugs, 19: 291.
KH Lee, SK Lee, J Lee, S Kim, C Park, SW Kim, HY Yoo* (2021). Improvement of Enzymatic Glucose Conversion from Chestnut Shells through Optimization of KOH Pretreatment, International Journal of Environmental Research and Public Health, 18: 3772.
JH Lee, DY Lee, SK Lee, HR Kim, Y Chun, HY Yoo, HS Kwak, C Park, JH Lee, SW Kim* (2021). Development of 2,3-Butanediol Production Process from Klebsiella aerogenes ATCC 29007 Using Extracted Sugars of Chlorella pyrenoidosa and Biodiesel-Derived Crude Glycerol, Processes, 9: 517.
KH Lee, YW Jang, J Lee, S Kim, C Park, HY Yoo* (2021). Statistical Optimization of Alkali Pretreatment to Improve Sugars Recovery from Spent Coffee Grounds and Utilization in Lactic Acid Fermentation, Processes, 9: 494.
H Kim, J Son, J Lee, HY Yoo, T Lee, M Jang, JM Oh, C Park* (2021). Improved production of bacterial cellulose through investigation of effects of inhibitory compounds from lignocellulosic. GCB Bioenergy, 13: 436-444.
YW Jang, KH Lee, HY Yoo* (2021). Improved Sugar Recovery from Orange Peel by Statistical Optimization of Thermo-Alkaline Pretreatment, Processes, 9: 409.
HY Yoo, SW Kim* (2021). The Next-generation Biomass for Biorefining, Bioresources, 16: 2188-2191.
KH Lee, YW Jang, H Kim, JS Ki, HY Yoo*. Optimization of Lutein Recovery from Tetraselmis suecica by Response Surface Methodology, Biomolecules (2021/01/28) 11: 182.
HE An, KH Lee, YW Jang, CB Kim, HY Yoo* (2021). Improved Glucose Recovery from Sicyos angulatus by NaOH Pretreatment and Application to Bioethanol Production, Processes, 9: 245.
D Premjet, AK Obeng, HY Yoo, SW Kim, S Premjet* (2021). Physicochemical Characterization of Jatropha podagrica Seed Oil for Potential Biodiesel Production and other Industrial Applications in Thailand, Sains Malaysiana, 50: 85-92.
JH Lee, S Kim, HY Yoo* (2020). Future Prospects for Industrial Application of Abscisic acid, a Stress-resistant Phytohormone, Korean Chemical Engineering Research, 58: 1-10.
KH Lee, Y Chun, YW Jang, SK Lee, HR Kim, JH Lee, SW Kim, C Park, HY Yoo* (2020). Fabrication of Functional Bioelastomer for Food Packaging from Aronia (Aronia melanocarpa) Juice Processing By-Products, Foods, 9: 1565.