• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권1호
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• pp.45-51
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• 2014

본 연구는 농업 부산물인 옥수수대(corn stover)를 이용하여 묽은 황산법(DSA; dilute sulfuric acid)과 암모니아 침지법(SAA; soaking in aqueous ammonia) 그리고 암모니아 재순환 침출법(ARP; ammonia recycle percolation)을 비교하여 각 전처리법의 특징과 장단점을 분석하였고, 동시당화공동발효를 통한 에탄올 생산을 비교하였다. ARP, DSA, SAA를 이용하여 전처리된 고형물(3% 글루칸 투입)을 15 FPU/g-glucan, 30 CBU/g-glucan의 상업용 효소(Spezyme CP와 Novozyme 188;)와 E. coli KO11 균주(ATCC$^{(R)}$ 55124)를 이용하여 동시당화공동발효를 수행하였다. 전처리 후에 남은 고형물에 있는 당의 최대이론적 에탄올 수율은 각각 87, 90 그리고 78%였다. 이것은 전처리되지 않은 원래 옥수수대의 총 당량(글루칸 +자일란) 대비 각각 69, 58, 및 74%에 해당하는 것으로 SAA의 수율이 가장 높게 관찰되었다. 또한 전처리 당화액을 이용한 동시당화공동발효 실험결과는 DSA의 당화액이 발효균주에 대하여 가장 높은 독성을 나타내었고 ARP 전처리 당화액이 그 다음으로 저해효과가 큰 것으로 나타났다. 결국 SAA를 이용하여 전처리한 후 리그닌이 풍부한 당화액은 이용하지 않고 전처리된 고형물과 동시당화공동발효 공정을 이용한 에탄올 생산이 가장 간단하면서 경제적인 공정으로 제안되었다.

• 좋은식품
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• 통권181호
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• pp.38-67
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• 2004

예로부터 인간은 단맛에 강한 욕구를 가지고 있었다. 따라서 설탕, 포도당, 과당 등 단맛이 강한 감미료를 선호하여 왔고, 현재까지도 식품 제조시 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 최근에는 국민의 건강에 대한 관심이 고조 되고 설탕으로 대표되는 전통적인 일반 감미료의 충치, 비만, 당뇨병 유발 등의 부정적인 측면이 부각되고 있을 뿐만 아니라, 식품에 대한 건강 기능성이 강조되면서 기능성 감미료가 주목 받고 있다. 특히 고도의 경제성장 및 국민 소득의 향상에 따라 차별화된 기능성 감미료의 생산을 요구하는 실정이다. 이와 관련하여, 현재 식품 산업계에서는 올리고당류, 당알콜류, 고감미 감미료류 등에 많은 관심을 가지고 연구 개발에 집중하고 있다. 올리고당류의 대표적인 제품은 프락토올리고당, 갈락토올리고당, 이소말토올리고당 등이다. 현재 올리고단 시장은 성숙기로서 성장속도가 둔화되고 있으나, 최근 American Association of Cereal Chemists(AACC)등 세계적인 협회에서 수용성 식이섬유를 다당류, 올리고당, 리그닌 등을 포함하여 새롭게 정의하였고 이에 따라 해외에서는 프락토올리고당을 중심으로 수용성 식이섬유로 용도 사용이 가능하게 되었을 뿐만 아니라, 식이섬유로 표기도 가능하게 되어 수요가 증가할 것으로 예상된다. 국내에서는 아직 올리고당을 식이섬유로 사용하지는 못하고 있으나, 식품 공전 개정을 통해 식이섬유로 표기 가능하도록 수정될 전망이다. 당알콜류는 솔비톨 및 자일리톨이 주류를 이루고 있다. 솔비톨은 시장에 가장 먼저 소개된 당알콜류인데 저가여서 그동안 가장 큰 시장을 형성하고 있었으나 최근 3년 동안 자일리톨껌이 최대의 히트 상품이 되면서 자일리톨이 급성장하였다. 그 외에는 만니톨, 에리스리톨, 말티톨, 이소말트 등이 있다. 최근에는 말티톨을 중심으로 다양한 응용 연구 및 이소말트 및 에리스리톨 등을 생산 판매하고 있는 다국적 기업의 판촉 활동 등으로 당알콜류 시장의 새로운 변화가 예상된다. 고감미 감미료류는 스테비오사이드와 아스파탐이 주류를 이루고 있었지만, 최근 아세설팜 K 및 수크랄로스가 잇따라 식품으로써 사용 허가를 받으면서 시장이 재편되고 있다. 하지만, 해외에 비하여 국내의 고감미 감미료 시장은 매우 작고 성장률도 낮은 편인데 그 이유로는 국민 정서상 천연이 아닌 합성에 대한 부정적 인식과 맛에 대한 거부감 때문인 것으로 생각된다. 이와 관련하여 최근에는 다양한 감미질 및 Multi sweetener system 연구를 통해 설탕과 유사한 맛을 내는 혼합 기술 개발에 관한 연구가 진행되고 있다. 따라서 향후에는 해외의 선진국과 같이 고감미 감미료 시장도 점차적으로 확대될 것으로 예상된다. 기타 대체 감미료로는 타가토스, 트레할로스, 아라비노스 등이 있다. 이중에서 특히 해외에서 크게 기대를 모으고 있는 타가토스는 최근 국내 인증을 받아 시장 진출을 준비 중에 있다. 아라비노스는 양질의 감미를 갖는 천연 펜토오스인데 연구용 시약 이외에는 지금까지 거의 이용되지 않았다. 그러나 최근 아라비노스가 설탕의 소화흡수를 선택적으로 억제한다는 흥미 있는 결과가 임상 및 동물실험에서 확인되어 향후 제품으로써 개발을 기대할 수 있게 되었다. 이들 감미료는 기존 설탕이 가지는 문제점을 많은 부분 극복할 것으로 여겨지며, 이로 인해 수요는 점차 증가할 것으로 생각되며, 높은 경제적 부가 가치를 창출할 것으로 예상되어 진다. 생산 기술 적인 측면에서 건강 지향적 천연소재 감미료에 대한 선호가 날로 증가하는 추세에 따라 기존에 주로 사용되었던 화학합성법보다는 천연 이미지의 생물공학적인 방법에 의한 감미료 생산이 각광을 받을 것으로 예상된다. 생물공학적인 방법을 감미료 소재 개발에 응용하게 되면, 기존에 사용되었던 화학합성법 등이 가지는 환경적인 문제, 반응 부산물 생성에 따른 분리, 정제에서의 비용증가 등의 문제점을 해결할 수 있을 것으로 여겨지며, 고정화 방법의 도입 등을 통해 생산성 향상을 도모할 수 있다. 본 장에서는 감미료 소재 개발에 건강 지향적 국민 정서를 반영하고, 국내외 감미료 시장의 흐름을 파악하여 당류 산업의 발전적인 변화에 대처하고자 하였으며, 이를 통해 당류산업의 고부가가치 첨단산업으로서의 육성방안을 논의하고자 하였다.

• 한국작물학회지
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• 제58권1호
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• pp.71-77
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• 2013

본 연구는 바이오에탄올 생산용 작물 선발을 위해 국내재배 가능한 일년생 작물중에서 바이오매스 생산량이 우수한 수수-수단그래스 교잡종에 대한 바이오에탄올 생산성을 조사하였으며 그 결과는 다음과 같다. 1. 총 11 품종의 수수-수단그래스 교잡종 대한 화학적 특성 검증 결과 셀룰로오스 함량은 Green Star 품종이 가장 높았으며 발효율 검정을 위해 Green Star, Revolution, KF429 그리고 SS504 4품종을 선발하였다. 2. 선발된 4품종으로부터 발효 당을 추출하기 위해 시료와 1 M NaOH 용매를 1:14의 비율로 혼합하고 $150^{\circ}C$에서 30분간 전처리하였을 때 시료내 셀룰로오스 함량은 55%이상 이였으며, 발효 저해 작용을 하는 리그닌 및 회분 함량은 65%이상 제거 되었다. 3. 전처리물의 당화율 검정을 위해 celli CTEC II 효소 30 FPU/g-cellulose를 사용하였으며 4품종의 당화율은 평균 86%이었다. 4. 수수-수단그래스 교잡종의 발효율 검정은 동시당화발효(SSF)방법으로 수행하였으며 발효균주로는 Saccharomysis cerevisiae CHY1011를 사용하였고, 결과적으로 Green Star의 발효율이 92.4%로 가장 높았으며 에탄올 생산량은 6,206 L/ha임을 확인하였다.

• 한국포장학회지
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• 제28권1호
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• pp.1-8
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• 2022

최근 전 세계적으로 코로나바이러스감염증-19(COVID-19)의 확산됨에 따라 비대면 서비스가 성장하고 이와 동시에 플라스틱 폐기물 문제가 더욱 심화되고 있다. 동시에 탄소중립과 지속가능한 순환경제와 같은 친환경 정책이 전 세계적으로 추진되고 있고 친환경 제품에 대한 높은 수요로 인해 패키징 업계에서도 PLA, PBAT 등을 사용한 친환경 포장재 개발과 새로운 비즈니스 모델 창출을 시도하고 있다. 본 연구에서는 이러한 환경적 이슈에 우리나라 남해와 제주도 연안에서 매년 대량으로 발생하여 여러 형태의 문제를 야기하고 있는 구멍갈파래(Ulva australis)를 새로운 대체 에너지 원료로서 활용하고자 묽은 산 전처리, 효소 당화, 발효 공정을 거쳐 해조류 바이오매스 유래 Lactic acid를 생산하고자 하였다. 일반적으로 해조류는 종, 수확장소, 시기 등에 따라 탄수화물의 함량과 당의 구성이 다양하며, Cellulose, Alginate, Mannan, Xylan 등의 다당류로 구성되어 있고 리그닌 성분을 함유하고 있지 않아 곡물·목질계 자원보다 유용한 특징이 있다. 구멍갈파래를 구성하고 있는 복합 다당체는 한가지 공정만으로 높은 추출 수율을 기대하기 어려우나 본 연구에서 제시된 묽은 산 및 효소 당화의 융합 공정은 구멍갈파래가 함유하고 있는 대부분의 당 추출이 가능하기 때문에 상업화 규모의 생산 공정 구축 시 높은 Lactic acid 생산 수율을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국포장학회지
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• 제30권1호
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• pp.1-14
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• 2024

환경문제에 대한 관심이 증가함에 따라 지속가능한 소재에 대한 요구가 증가하고 있다. 전 세계적으로 커피는 가장 많이 소비되는 음료이며, 커피음료의 가공 및 소비로 발생하는 커피 부산물에는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 지질 및 생리활성물질 등이 풍부하지만 대부분 폐기되는 실정이다. 따라서, 많은 연구자들이 커피 부산물을 고부가가치 소재로 개발하기 위하여 노력하고 있다. 본 총설에서는 고분자/커피 은피 복합화 연구, 커피 은피로부터 셀룰로오스 추출 및 응용연구, 고분자/커피찌꺼기 복합화 연구, 커피찌꺼기로부터 셀룰로오스 추출 및 이를 활용한 연구, 커피찌꺼기로부터 지질 추출 및 이를 활용한 PHAs합성, 가소제로써 커피찌꺼기로부터 추출한 지질의 응용가능성 연구 등에 대하여 조사하였다. 선행 연구에서는 커피 부산물인 커피 은피 및 커피찌꺼기 자체를 고분자와 혼합하여 복합소재를 제조하고 물성을 평가하는 연구는 광범위하게 수행되고 있는 것으로 확인되었다. 하지만, 커피 은피 및 커피찌꺼기로부터 나노셀룰로오스를 추출하거나, 상대적으로 친수성인 커피 부산물과 소수성인 석유계 고분자 또는 생분해성 고분자와 복합화 시 상용성 개선과 관련된 커피 부산물의 표면 개질 및 상용화제 도입 등의 연구는 부족함을 확인하였다. 또한 커피 부산물로부터 추출한 지질을 활용하여 PHAs를 합성하는 연구가 일부 진행되고 있지만 합성된 PHAs를 활용하여 포장소재로의 제조 및 응용에 관한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다. 또한, 커피찌꺼기의 발생량 대비 국내외 관리방안 마련 및 제품 적용 시 안전성 평가방법에 관한 연구는 거의 실시되지 않아 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

• 한국환경생태학회지
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• 제30권1호
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• pp.110-117
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• 2016

낙엽은 육상 생태계에서 영양원소의 주요 원천이며, 낙엽의 분해는 토양의 비옥도를 유지하고, 식물의 생장을 위한 영양원소의 방출 뿐 아니라 이산화탄소의 배출을 조절하는 생물계에서 가장 중요한 과정 중 하나이다. 본 연구는 지구온난화로 인해 그 분포역의 확대가 예상되는 상록활엽수인 동백나무를 대상으로 낙엽의 분해율 및 분해과정에 따른 영양원소의 함량 변화를 파악하기 위해 진행되었다. 실험은 전라남도 완도군 주도 상록활엽수림에서 2011년 12월부터 2013년 12월까지 731일간에 걸쳐 수행되었다. 동백나무 낙엽은 기타 상록활엽수 낙엽에 비해 작고 두꺼우며 단단한 재질을 가지고 있고, 비교적 높은 수용성물질과 셀룰로즈, 리그닌의 함량을 나타내었다. 분해 시작 후, 731일 경과 된 동백나무 낙엽의 잔존율은 42.6%이고 분해상수(k)는 0.427으로 나타났다. 동백나무 낙엽의 탄소 함량은 44.6%를 나타내었고, 분해과정에 따른 탄소의 잔존량은 낙엽 잔존량의 변화와 거의 일치하는 경향을 나타내었다. 질소와 인의 초기 함량은 각각 0.47%와 324.7mg/g을 나타내었다. 질소의 잔존량은 분해 초기 증가하여 최고 1.66배까지 증가하였지만, 점차 감소하여 731일 후 초기양의 1.18배를 나타내었다. 인의 경우 최고 1.64배까지 증가하였고 731일 후 1.15배를 나타내었다. 동백나무 낙엽의 칼슘, 칼륨, 마그네슘, 나트륨 잔존량은 분해과정에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 칼륨의 경우 빠르게 감소하여 8.9%의 잔존율을 보였다. C/N, C/P 초기 비율은 각각 94.87과 1368.5로 나타났지만, 분해가 진행됨에 따라 현저하게 낮아지는 경향을 나타내었다. 이는 질소와 인의 함량이 초기 함량에 비해 최대 2.78배와 2.68배까지 증가하였기 때문이다. 본 연구의 결과 동백나무의 낙엽은 조사기간 동안에 질소와 인에서는 부동화가, 나머지 원소에서는 무기화가 진행되는 것을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제24권4호
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• pp.200-210
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• 2015

유동층반응기에서 바이오매스 급속 열분해의 모델화를 통해 열분해로부터 발생되는 바이오오일(Bio-oil) 및 비응축 가스(Non-condensable gas) 성분의 예측과, 이를 통한 수율 향상을 목표로 한다. 본 연구의 목적은 유동층반응기 내부에 투입된 바이오매스가 급속 열분해되는 동안 발생되는 생성물의 수율 예측과 실험 및 시뮬레이션 값을 비교 및 분석하는 것이다. 급속 열분해의 시뮬레이션을 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 프로그램이 사용되었으며, 바이오매스의 급속 열분해의 시뮬레이션을 위해 바이오매스 하위 구성 성분의 상세한 열분해 반응 경로가 적용되었다. 이 열분해 반응은 세부적으로 셀룰로오스(Cellulose), 헤미셀룰로오스(Hemicellulose) 및 리그닌(Lignin)의 반응을 포함하고 있으며, 열분해로부터 발생되는 주요 가스 성분은 이산화탄소($CO_2$), 일산화탄소(CO), 메탄($CH_4$), 수소($H_2$), 에틸렌($C_2H_4$)이다. 본 모델의 예측치와 기존 문헌(Mellin et al., 2014)의 실험 및 시뮬레이션 결과를 비교하였으며, 그 결과, $CH_4$, $H_2$ 및 $C_2H_4$의 경우, 각각 3.7%p, 4.6%p 및 3.9%p로 비교적 일치하게 예측되었지만, $CO_2$ 및 CO의 경우, 각각 9.6%p 및 6.7%p로 높게 예측되었다. 이러한 차이가 발생하는 이유는 이차 열분해 반응에서의 세부 반응조건에 해당되는 각각의 인자의 부재에 기인한 것으로 판단된다. 연구 결과, 시뮬레이션을 통한 모델화 접근이 가능한 것으로 판단되며, 추후에 연구된 모델화를 통해 바이오오일 및 기타 성분들의 예측도 가능할 것으로 판단된다.