알칼리 전처리 백합나무(Liriodendron tulipifera L.)의 효소당화 및 발효에 의한 바이오 에탄올 생산

Bio-ethanol Production from Alkali Prehydrolyzed Yellow Poplar (Liriodendron tulipifera L.) Using Enzymatic Saccharification and Fermentation

백합나무를 원료로 바이오 에탄올을 생산하기 위하여 알칼리 가수분해 처리 후 잔재물을 상업용 혼합 셀룰라아제(Celluclast 1.5L과 Novozym 342)를 사용하여 효소당화 후, 발효하여 바이오 에탄올을 생산하였다. 알칼리 가수분해 후 51.1%의 목재 성분이 회수 되었으며, 이중 셀룰로오스가 82.2%, xylan이 17.6%와 리그닌 2.0%의 조성을 보였다. 백합나무의 알칼리 가수분해과정에서 셀룰로오스 96.9%, xylan 38.0%, 리그닌 5.7%가 잔류하였다. 알칼리 가수분해 잔류물을 상업용 혼합 셀룰라아제에 의한 효소 당화결과, 셀룰로오스의 glucose 전환율은 87.0%였으며 xylan의 xylose로의 전환율은 87.2%였다. 분해된 단당류를 발효효모를 사용하여 바이오 에탄올을 생산하였는데 Saccharomycess cerevisiae 균주는 대부분의 glucose를 발효에 사용하였고, 0.4-1.4%의 소량의 glucose만을 잔류 시킨데 대하여, xylose의 경우는 92.1-99.5%가 잔류하여 이 균주는 발효과정에서 xylose를 거의 사용하지 않았다. 24시간 발효에서 에탄올의 농도는 57.2 g/L수준이었지만 발효 균주에 의한 에탄올 소비로 인하여 48시간 및 72시간 발효에서 에탄올 농도가 각각 56.2 g/L와 54.3 g/L로 점차 감소하였다.

Yellow poplar was selected a promising biomass resources for bio-ethanol production through alkali prehydrolysis, enzymatic saccharification and fermentation using commercial cellulase mixtures (Celluclast 1.5L and Novozym 342 mixtures) and fermenting yeast. In alkali prehydrolysis, 51.1% of Yellow poplar biomass remained as residues, which chemical compositions were 82.2% of cellulose, 17.6% of xylan and 2.0% of lignin. In alkali prehydrolysis process, 96.9% of cellulose, 38.0% of xylan and 5.7% of lignin were remained. Enzymatic saccharification by commercial cellulases led to 87.0% of cellulose to glucose and 87.2% of xylan to xylose conversion. Produced glucose and xylose were fermented with fermenting yeast (Saccharomycess cerevisiae), which resulted in selective fermentation of glucose only to bio-ethanol. Residual monosaccharides after fermentation were consisted to 0.4-1.4% of glucose and 92.1-99.5% of xylose. Ethanol concentration was highest for 24 h fermentation as 57.2 g/L, but gradually decreased to 56.2 g/L for 48 h fermentation and 54.3 g/L for 72 h fermentation, due to the ethanol consumption by fermenting yeast.