Manufacturing Process of Glucose from Agricultural Byproducts for Feeding a Biodiesel-producing Algae

농업부산물로부터 바이오 디젤 생산용 미세조류 배양액에 첨가할 당의 생산 공정 연구

Microalgae do not require much land and make a higher efficient oil production. However, it costs still much higher than other biodiesel resources, such as crops. Sugars charge 80% of culture media when microalgae are massively cultured in the fermenter. This study aims to develop a cost-efficient process for sugar production from Chinese cabbage byproducts. Pre-treatment with 0.25% H₂SO₄ was most effective when chopped cabbage was incubated 50℃/130 rpm for 24 hours. To hydrolyze cabbage cellulose, we used cellulases secreted from Trichoderma. harzianum. T. harzianum was cultured at 28℃/pH 7/130 rpm for five days. Optimal enzymatic activity of cellulase was obtained by incubating at 0.24 FPU/ml/45℃/pH 5/130 rpm for three days. In comparison to other agricultural waste, such as rice straw, green tea leaves, and palm residue, Chinese cabbage produced the highest sugar yield. We found the optimal conditions to produce sugar from Chinese cabbage byproducts as a carbon source to culture biodiesel-producing microalgae. The efficient process developed in this study helps microalgae as a sustainable alternative energy source by cost-down.

바이오디젤을 농작물보다 미세조류에서 생산할 때 여러 가지 장점이 있다. 미세조류는 적은 공간에서도 배양이 가능하며 지방 함유량이 높아 생산량이 매우 높다. 그러나 아직까지는 생산 공정 비용이 높다는 문제점을 가지고 있다. 미세조류에서 바이오디젤을 생산하는 공정에 필요한 비용 중 미세조류 배양액에 첨가되는 당이 차지하는 비중이 높다. 본 연구에서는 바이오디젤 생산용 Chlorella protothecoides의 배양액에 첨가될 당을 농업부산물 배추로부터 생산하는 공정을 연구 개발하였다. 먼저 리그노셀룰로우스 바이오매스를 이용하기 위해서 분쇄된 배추에 H₂SO₄로 처리하였을 때 0.5%가 가장 당 생산량이 많았지만 다음 단계에서 효소의 활성을 저해하였기 때문에 0.25% H₂SO₄ 용액을 50℃에서 24시간 처리하는 것이 가장 적절한 조건임을 알 수 있었다. 셀룰로스를 분해하기 위하여 Trichoderma harzianum균주를 배양하여 배양액에 분비된 셀룰로스 분해효소(cellulases)를 사용하였다. T. harzianum 배양 조건은 28℃/pH 7/130 rpm에서 5일간 배양으로 최적화하였다. H₂SO₄ 용액으로 전처리 된 배추는 T. harzianum 배양액을 효소 활성도 0.24 FPU/ml로 희석하여 45℃/pH 5/130 rpm 조건에서 약 3일동안 처리하였을 때 가장 효율적인 당 생산량을 이룰 수 있었다. 다른 농업부산물을 같은 공정 과정으로 처리하였을 때 배추가 가장 높은 당 생산률을 나타내어 활용도면에서 우수하다고 여겨진다. 배추의 수분함유량이 최대(95%)인 갓 폐기된 배추 잎의 경우 가장 당의 생산량이 많아서 가능한 빨리 처리하는 것이 바람직하였다. 지속 가능한 바이오디젤 생산을 위하여 미세조류를 배양할 때 본 연구에서 최적화한 조건에 따라 농업부산물 배추를 처리함으로써 비용 절감을 이룰 수 있을 것으로 기대된다.