Abstract
For the economically feasible production of ethanol, utilization of SFW (saccharified food wastes) as substrate for synchronous saccharification and fermentation (SSF) process was developed in this study. When 200 g of food wastes and 40 mL of enzyme ($amylase activity,\;3.0\;U/m{\ell}$) were reacted, production rate of reducing sugar was $5.84\;g/{\ell}{\cdot}h$, and consumption rate was $-3.88\;g/{\ell}{\cdot}h\;at\;35^{\circ}C$ So suitable condition of SSF was concluded at temperature of $35^{\circ}C$. Also, optimal enzyme concentration of SSF was concluded in $2.0\;U/m{\ell}$, at this condition, the production rate of reducing sugar was $4.80\;g/{\ell}{\cdot}h$ At SSF process, when 50 g of food wastes was supplied in 12 h interval, $64\;g/{\ell}$ of ethanol and 0.45 g-ethanol/g-reducing sugar in yield were obtained in 120 h fermentation. Thus, the technology of high yield of ethanol production using food wastes was confirmed. And semi-continuos SSF system for cutting off cost of enzymatic saccharification was developed in this study.
본 연구에서는 에탄올의 생산단가를 낮추기 위해, 음식물쓰레기 당화액을 이용하여 효소당화비용을 줄이고 환원당의 기질저해를 감소시키기 위해 회분식의 반연속식 동시당화발효 시스템을 개발하였다. 음식물쓰레기 200 g와 최종효소액 (amylase 기준으로 $3.0\;U/m{\ell}$) $40\;m{\ell}$가 반응하였을 때 생산되는 환원당의 속도는 $35^{\circ}C$에서 $5.84\;g/{\ell}{\cdot}h$로서, strain KJ가 소비하는 환원당 속도는 $-3.88\;g/{\ell}{\cdot}h$와 비슷하여 동시당화발효의 최적온도는 $35^{\circ}C$로 결정되었다. 그리고 음식물쓰레기 당화를 위한 최적 효소농도는 $2.0\;U/m{\ell}$로서 생산되는 환원당의 속도는 4.80 g/L h이었다. 이는 에탄올 생산균주가 $35^{\circ}C$에서 소비하는 환원당의 속도인 $-3.88\;g/{\ell}{\cdot}hr$와 비슷하므로, 효소의 최적농도는 $2.0\;U/m{\ell}$로 결정하였다. Fed-batch식 동시당화발효에서 생산된 환원당을 다 소모하고 나서 12시간 단위로 음식물쓰레기를 공급하여 배양한 결과, 배양 120시간째 에탄올발효 후의 잔존 환원당 농도는 $18.3\;g/{\ell}$, 생성된 에탄올 농도는 $64\;g/{\ell}$, 에탄올의 수율은 0.45 g-ethanol/g-reducing sugar이었다. 그리하여 음식물쓰레기의 Fed-batch식 동시당화발효기술을 개발하여 효소당화비용을 줄이고 환원당의 기질저해를 감소시킴으로써 에탄올 수율을 향상시키는데 성공하였다.