각종 섬유질 효소당화 반응조내의 현탁액의 혼합교반양상이 효소당화에 미치는 영향

Effect of Mixing Pattern of Different Types of Bioreactor on Enzymatic Hydrolysis of Cellulose

각종 섬유질 효소당화반응조내의 현탁액 혼합교반 양상이 효소당화에 미치는 영향을 검토하기 위하여 3종의 대표적인 bioreactor;vertical impeller type bioreactor-(VITB), horizonatl paddle type bioreactor(TDTB)를 제작하여 그 효용성을 비교 검토하였다. 최적 교반강도는 impel-ler나 paddle로 현탁핵을 교반하는 VITB와 HPTB가 각각 100rpm, 그리고 통자체를 회전시켜 교반하는 TDTB가 200rpm이었으며 TDTB에 부착된 baffle의 형태 및 크기는 큰 영향을 주지 않았다. 또한 VITB나 TDTB의 경우 과다한 교반은 효소의 실활을 유발시켜 오히려 섬유소당화를 저해하였다. 3종의 bioreactor의 최적 교반조건에서의 당화효율을 비교한 결과 VITB가 가장 높았으며 특히 고농도 섬유소 당화시 가장 높은 당화효율을 보여, 가장 효율적인 교반양상을 나타내는 것으로 보인다. 이로 미루어 impeller나 paddle의 물리적 충격에 의한 현탁액의 cellulose network를 파괴시키는 효소반응기가 단순히 교반혼합하는 반응기에 비하여 우수한 결과를 줌을 알 수 있었다. 반면 주어진 양의 당을 생산하는데 소요되는 동력소모를 검토한 결과 TDTB가 VITB에 비하여 다소 낮았으나 고농도의 경우는 급속히 증가되었다. 적절한 bioreactor의 선정에는 기질의 가격, 당화수율, 고농도 당화, 그리고 반응기의 scale-up의 용이성등이 종합적으로 검토되어져야 할 것이다.

Celluose is an insoluble substrate, therefore, a proper mixing of the cellulose suspension is essential for an effective enzymatic hydrolysis. To study the effect of mixing motion of various enzyme reactors on enzymatic hydrolysis of cellulose, three distinct types of biroreator: vertical impeller type bioreator(VITB), horizontal paddle type bioreactor(HPTB), and tumbling drum type bioreactor(TDTB), were assembled and their performance was compared. The optimal agitation speed was 100rpm for VITB and HPTB, 200rpm for TDTB. The saccharification efficiency of each reactor was compared under the optimal agitation intensity. The highest degree of saccharification was achieved in the case of VITB, especially, at high cellulose concentration. The VITB seems to be the most suitable type of bioreactor that can maintain proper mixing pattern for effective enzyme reaction. In the view of energy consumption, the TDTB showed the lowest value: however, the energy consumption was rapidly increased at high concentration of celluose. To dertermine the most suitable type of bioreactor, the entire process, including substrate cost, substrate concentration, and feasibility of scale-up, needs to be evaluated.