Biomass의 고효율 효소당화에 적합한 Attrition Coupled Bioreactor 개발에 관한 연구;Horizontal Paddle Type Bioreactor를 활용한 섬유소 당화

Development and Evaluation of the Attrition Coupled Bioreactors for Enzymatic Hydrolysis of Biomass ; Horizontal Paddle Type Bioreactor for Enzymatic Hydrolysis of Cellulose

불용성 기질인 섬유소의 고효율 효소당화에 적합한 저에너지 소모형 분쇄마찰매체 함유 효소반응기의 개발을 목표로 수평형 회전축에 부착된 paddle에 의해 반응조 내부의 섬유소-분쇄마찰매체-효소의 혼합액을 교반 마찰시키는 horizontal paddle type bioreactor를 제작하여 효용성과 당화조건을 검토하였다. 여러 실험조건하에서 당생성효율과 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 에너지를 다른 두 형태의 bioreactor와 비교 분석함으로서 공업적 활용을 위한 기술적, 경제적 타당성을 비교평가하였다. 표준당화조건은 3mm의 분쇄마찰매체를 500g / L로 첨가하여 200rpm에서 교반할 때였으며, 특히 HPTB는 고농도 기질의 당화에 적합한 bioreactor로 판단된다. 표준당화조건에서 분쇄마찰매체의 교반시 소모되는 동력은 1.7watch/g였으며, 고농도 기질을 이용할 경우 더욱 낮은 동력소모로 당을 생산할 수 있었다. 뿐만 아니라 scale up이 용이할 것으로 예상되는 등 섬유소의 고농도 당화에 적합한 고효율 분쇄마찰매체함유 효소반응기로 판단된다.

To develop an attrition coupled enzyme reactor with high efficiency-low energy consumption for saccharification of insoluble biomass, a 5L horizontal paddle type bioreactor was constructed and its performance was evaluated. The optimal condition for saccharification of 50g $\alpha$ -cellulose/L was found to be 200rpm with 500g of 3mm glass bead. Especially, the horizontal paddle type bloreactor was very effective for saccharification of high concentration of insoluble cellulose, in which around 72% of $\alpha$ -cellulose was saccharified for 75g $\alpha$ -cellulose/L, and even up to 70% for 100g of $\alpha$ -cellulose/L after 24hours. Under the optimal condition, the power consumption was measured to be around 1.7watth/g. Horizontal paddle type bioreactor seems to have an appropriated structural feature for industrial scale operation and to be an effective and energy saving attrition coupled enzyme reactor.