Journal of the Korean Wood Science and Technology

The Korean Society of Wood Science & Technology (한국목재공학회)
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Bioethanol Production from Popping Pretreated Switchgrass

팝핑전처리한 스위치그라스로부터 바이오에탄올 생산

  • Kim, Hyun-Joo (Bio-Energy Research Center, Chonnam National University) ;
  • Bae, Hyeun-Jong (Bio-Energy Research Center, Chonnam National University)
  • 김현주 (전남대학교 바이오에너지 연구소) ;
  • 배현종 (전남대학교 바이오에너지 연구소)
  • Received : 2012.01.11
  • Accepted : 2012.01.30
  • Published : 2012.05.25
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Abstract

Switchgrass was selected as a promising biomass resource for bioethanol production through popping pretreatment, enzymatic saccharification and fermentation using commercial cellulase and xylanase, and fermenting yeast. The reducing sugar yields of popping pretreated switchgrass after enzymatic saccharification were above 95% and the glucose in thesaccharificaiton solution to ethanol conversion rate after fermentation with $Saccharomyces$ $cerevisiae$ was reached to 89.6%. Chemical compositions after popping pretreatment developed in our laboratory were 40.8% glucose and 20.3% xylose, with much of glucose remaining and only xylose decreased to 4.75%. This means that the hemicelluloses area broke off during popping pretreatment. FE-SEMexamination of substrate particles after popping pretreatment was showed fiber separation, and tearing and presence of numerous micro pores. These changes help explain, enhanced enzymatic penetration resulting in improved hydrolysis of switchgrass particles after popping pretreatment.

본 연구에서는 스위치그라스를 바이오에탄올 생산용 바이오매스로 선정하여 팝핑 전처리, 효소가수분해 및 발효 과정을 거쳐 바이오 에탄올의 생산 가능성을 조사하였다. 팝핑 전처리 된 스위치그라스에 효소를 처리하여 가수분해 한 결과 95% 이상의 효소 가수분해 효율을 보였고, 가수분해 후 생성된 당화액을 효모(Saccharomyces cerevisiae)로 발효하였을 때 생산된 바이오에탄올의 수율은 89.6%에 이르렀다. 팝핑 전처리 후 바이오매스의 글루코스와 자일로스의 함량은 각각 40.8%와 20.3%로 나타나 전처리 후 글루코스 함량에는 큰 변화가 없었으나, 자일로스의 함량이 4.7% 감소하는 것으로 보아 헤미셀룰로스 영역이 전처리 과정에서 제거된 것으로 보인다. 또한, 주사형 전자현미경 결과에 의하면 전처리 전에는 스위치그라스 표면이 비교적 매끈하고, 입방체 모양을 이루고 있었으나, 전처리 후에는 섬유가 각각 분리되어 있었으며 표면에 많은 미세공극이 생겨난 것을 관찰할 수 있었다. 그러므로 팝핑 전처리는 스위치그라스 시료의 셀룰로스 노출면적을 넓혀주는 역할을 하여 셀룰레이즈 효소의 접근성을 높여 효소 당화 효율을 증대시키는 것으로 사료된다.

Keywords

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