본 연구에서는 친환경적인 특징을 가지면서도 우수한 기계적 특성을 가지고 있어 고분자 복합재료의 보강제로 주목 받고 있는 Cellulose nanowhisker (CNW) 를 염산 혹은 황산을 사용한 산가수분해 방법을 이용하여 Microcrystalline cellulose (MCC) 로 부터 추출하였다. 염산 혹은 황산을 사용하여 추출된 CNW는 직경이 20 에서 30nm 정도였고, 길이가 200 에서 300 nm 로써, 형상학적 측면에서 유사한 특성을 가지는 것을 확인하였다. 또한 전해질 용액의 전기전도도를 이용한 적정 (conductometric titration) 결과 황산을 이용하여 제조되어진 CNW의 경우, 셀룰로오스 표면의 sulfate group 에 의해 나타나는 표면전하 값이 각각 140, 197.78 mmol/kg으로 나타났으며, 염산을 이용하여 제조되어진 CNW 의 경우 셀룰로오스 표면에 약한 전하 값을 가져 표면전하 값을 구할 수 없었다. 황산을 이용하여 추출된 CNW의 열중량 분석 결과 염산을 이용하여 추출된 CNW와 비교하여 열분해 온도가 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, Broido's method를 이용하여 정의 되어진 열분해 거동에 대한 활성화 에너지 역시 상대적으로 낮음을 확인할 수 있었다.
Lee, Sun-Young;Mohan, D.Jagan;Chun, Sang-Jin;Kang, In-Aeh;Lee, Soo
한국응용과학기술학회지
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제25권3호
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pp.341-346
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2008
Cellulose nanofibers from microfibril cellulose (MFC) was prepared by hydrobromic acid (HBr) treatment at different concentrations. Polyvinyl alcohol (PVA) composite films at various loading level of nanofibers were manufactured by a film casting method. The analysis of degree of polymerization (DP), crystallinity ($X_c$) and molecular weight ($M_w$) of cellulose after acid treatment was conducted. The mechanical and thermal properties of the cellulose nanofibers reinforced PVA films were characterized using tensile tests and thermogravimetric analysis (TGA). The DP and $M_w$ of MFC by HBr hydrolysis considerably decreased, but $X_c$ showed no significant change. After acid hydrolysis, the diameter of cellulose nanofibers was in the range of 100 to 200 nm. The thermal stability of the films was steadily improved with the increase of nanofiber loading. There was a significant increase in the tensile strength of PVA composite films with the increase in MFC loading. Finally, 5 wt.% nanofiber loading exhibited the highest tensile strength and thermal stability of PVA composite films.
The binding of cellobiohydrolases to cullulose is a crucial initial step in cellulose hydrolysis. In the search for a detailed understanding of the function of cellobiohydrolases, much information concerning how the enzymes and their constituent catalytic and cellulose-binding changes during hydrolysis is still needed. The adsorption of purified two cellobiohydrolases (Ce17A and Ce16A) from Trichoderma reesei cellulase to microcrystalline cellulose has been studied. Cellobiohydrolase II (Ce16A) does not affect the adsorption of cellobiohydrolase I (Ce17A) significantly, and there are specific binding sites for both Ce17A and Ce16A. The adsorption affinity and tightness of the cullulase binding domain (CBD) for Ce17A are larger than those of the CBD for Ce16A. The CBD for Ce17A binds more rapidly and tightly to Avicel than the CBD for Ce16A. The decrease in adsorption observed when the two cellobihydrolases are studied together would appear to be the result of competition for binding sites on the cellulose. Ce17A competes more efficiently for binding sites than Ce16A. Competition for binding sites is the dominating factor when the two enzymes are acting together, furthermore adsorption to sites specific for Ce17A and Ce16A, also contributes to the total adsorption.
Substrates used were hardwood-Suwon poplar-(Populus alba${\times}$glandulosa L.) and softwood-pitch pine-(Pinus rigida M.). And these substrates were steam exploded then treated with sodium chlorite at 75$^{\circ}C$ with occasional stirring in order to obtain samples which had different lignin contents and crystallinity. And then this resulting samples incubated with a commercial cellulase derived from Trichoderma ressei. The contents of Klason lignin were decreased as the increasing of the ratio of sodium chlorite in the two species. The effect of hardwood was more effective than that of softwood in the same ratio of sodium chlorite. The minimum contents of Klason lignin were 0.8% and 5.1% respectively. And the crystallinities of cellulose were increased very little as increasing of the ratio of sodium clorite. The hydrolysis extent of the two species were increased as the increasing of delignification. Especially, the hydrolysis extent of hardwood was more higher than that of softwood. The maximum hydrolysis extent were 89.8% and 71.1%, respectively.
Pretreatment of wastepaper using aqueous glycerol was investigated to enhance the enzymatic hydrolysis. The effects of four factors (solid/liquid ratio, glycerol concentration, acid concentration, and reaction time) on the dissolution yield, the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, and the enzymatic digestibility were examined at $150^{\circ}C$. The 1/8 of solid/liquid was determined to perform the reaction uniformly, and the 93% of glycerol concentration was found to be a minimum concentration to conduct the reaction under atmospheric pressure. Also, it was found that the acid concentration and reaction time were strongly related to the dissolution yield and the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, but moderately to the enzymatic digestibility. At an optimum condition of $150^{\circ}C$, 1 h and 1% acid concentration, 56% and 49% of hemicellulose and lignin, respectively, were removed, while only 4% of cellulose was removed. The enzymatic digestibility at this condition was 86%, meaning that 83% of the glucan present in the initial substrate was converted to glucose. Compared to glycerol with ethylene glycol as a pretreatment solvent, glycerol is much cheaper than ethylene glycol, but ethylene glycol is superior to glycerol in delignification.
각종 섬유질 효소당화반응조내의 현탁액 혼합교반 양상이 효소당화에 미치는 영향을 검토하기 위하여 3종의 대표적인 bioreactor;vertical impeller type bioreactor-(VITB), horizonatl paddle type bioreactor(TDTB)를 제작하여 그 효용성을 비교 검토하였다. 최적 교반강도는 impel-ler나 paddle로 현탁핵을 교반하는 VITB와 HPTB가 각각 100rpm, 그리고 통자체를 회전시켜 교반하는 TDTB가 200rpm이었으며 TDTB에 부착된 baffle의 형태 및 크기는 큰 영향을 주지 않았다. 또한 VITB나 TDTB의 경우 과다한 교반은 효소의 실활을 유발시켜 오히려 섬유소당화를 저해하였다. 3종의 bioreactor의 최적 교반조건에서의 당화효율을 비교한 결과 VITB가 가장 높았으며 특히 고농도 섬유소 당화시 가장 높은 당화효율을 보여, 가장 효율적인 교반양상을 나타내는 것으로 보인다. 이로 미루어 impeller나 paddle의 물리적 충격에 의한 현탁액의 cellulose network를 파괴시키는 효소반응기가 단순히 교반혼합하는 반응기에 비하여 우수한 결과를 줌을 알 수 있었다. 반면 주어진 양의 당을 생산하는데 소요되는 동력소모를 검토한 결과 TDTB가 VITB에 비하여 다소 낮았으나 고농도의 경우는 급속히 증가되었다. 적절한 bioreactor의 선정에는 기질의 가격, 당화수율, 고농도 당화, 그리고 반응기의 scale-up의 용이성등이 종합적으로 검토되어져야 할 것이다.
Effects of aqueous ammonia soaking treatments to yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.) were investigated to focus on chemical compositional changes and enzymatic hydrolysis characteristics changes by this treatment. Treatment temperature and time were main variables. At 3 different levels of aqueous ammonia soaking temperature and time ($145^{\circ}C$ -1 h, $90^{\circ}C$ -16 h and $45^{\circ}C$ - 6 days), lower temperature and longer soaking time led to more xylan removal based on carbohydrate compositional analysis. However, at higher temperature treatment led to more enzymatic saccharification of cellulose to glucose by commercial cellulose mixtures (Celluclast 1.5L and Novozym 342 from Novozyme, Denmark). Cellulose hydrolysis was gradually increased with increasing enzymatic hydrolysis time but xylan hydrolysis was leveled out at early stage (less than 10 h) of enzymatic hydrolysis.
녹조류는 cellulose가 세포벽의 주요 구성성분이며 그 양이 다른 해조류에 비해 월등하고, 세포벽에 lignin이 없어 lignin 제거공정을 거치지 않고 cellulase를 사용하여 쉽게 당화시킬 수 있을 뿐만 아니라 저장산물인 전분도 당 성분으로 사용할 수 있다. 이에 바이오에너지 생산을 위한 좋은 바이오매스가 될 것으로 기대되는 녹조류인 구멍갈파래(Ulva pertusa Kjellman)를 사용하여 마이크로웨이브 장치를 통한 열수 전처리 효과가 cellulase를 사용한 가수분해 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 열수의 온도에 따른 전처리 효과를 확인하기 위해 $100{\sim}150^{\circ}C$에서 전처리를 수행하였으며, $140{\sim}150^{\circ}C$에서 가장 높은 전처리 효과를 얻었다. 또한 전처리 최적조건인 마이크로웨이브 장치의 출력 50W와 온도$150^{\circ}C$에서 열수 전처리한 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 효소적 가수분해 효율을 높이기 위해 cellulase 외에 ${\alpha}$-amylase와 ${\beta}$-glucosidase를 함께 사용하여, 효소 혼합의 효과를 확인하였다. 전처리한 구멍갈파래 시료에 cellulase와 ${\alpha}$-amylase 그리고 ${\beta}$-glucosidase 활성을 가지는 Novozyme 188을 사용하여 가수분해하였을 경우 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료와 비교하면 초기 가수분해속도가 6배 이상 월등히 높았고, 3시간 만에 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 96 wt%에 해당할 정도의 환원당이 생성되었으며, 이 양은 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료를 24시간동안 효소적 가수분해해야 얻을 수 있는 환원당의 양으로 열수 전처리한 효과가 월등함을 보여주었을 뿐만 아니라 대부분의 탄수화물이 전환되는 최대 당화 효율을 얻을 수 있음을 보여준다.
This study was carried out to evaluate the stability of archival documents produced using papers. The properties of archival documents depend on the type of fillers of papers that are used such as fiber, non cellulose fiber, and mineral. The physio-chemical characteristics of archival documents were analyzed by employing acid hydrolysis against cellulose fiber substances. Fibers of Korean hand-made (Hanji), flex, and cotten papers showed higher pH and the degree of polymerization (DP) than wood fiber and mechanical fiber. Mechanical pulp containing 12.8% of lignin showed the greatest decrease of DP due to acid hydrolysis, and this resulted in increase of degree of aging. The filler found to clay and talc did not contain metal such as $Fe^{+2}$, $Fe^{+3}$, and $Cu^{+2}$. The alkaline metals such as Mg, Ca, and Ti showed greater resistance to acid hydrolysis.
The electron beam irradiation was applied as a pretreatment of the enzymatic hydrolysis of yellow poplar with doses of 0$\sim$450 kGy. The higher irradiation dose resulted in the more degradation of hardwood biomass not only from carbohydrates but also from lignin. This changes originated from the irradiation resulted in the better response to enzymatic hydrolysis with commercial cellulases (Celluclast 1.5L and Novozym 342). The more improvement on enzymatic hydrolysis by the irradiation was found in the xylan than in the cellulose of yellow poplar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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