• 제목/요약/키워드: hemicellulose

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수침고목재의 흑화 원인과 제거방법에 관하여 (A study on the Investigation and Removal the Cause of Blacken Effect of Waterlogged archaeological woods)

  • 양석진
    • 헤리티지:역사와 과학
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    • 제40권
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    • pp.413-430
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    • 2007
  • 우리나라 저습지에서 출토되는 목제유물은 대부분 흑갈색을 띠고 있다. 이와 같은 현상은 매장 환경의 주체인 토양성분에 기인한다고 할 수 있다. 예를 들면 광주 동림동 저습지 유적과 창녕 송현동 고분군 내의 토양성분을 비교 분석한 결과 두 유적 모두 Si, AI, Fe 등의 함유량이 높게 나타난 바가 있다. 또한 신안선과 광주 동림동 및 창녕 송현동 고분 출토 목재의 무기물 분석에서도 모두 토양의 주성분인 Si보다 Fe의 함유량이 상대적으로 높은 수치를 나타냈으며, 성분과 함유량에 있어서도 유사함을 보였다. 출토지가 다름에도 불구하고 Fe 함량에서 유사한 결과를 나타내는 것은 일반적으로 매장 환경의 영향을 크게 받는다는 근거자료가 될 수 있는 것이다. 그 중 Fe는 목재의 열화로 생성된 타닌과 반응하여 타닌산 제I철이 되고, 산소와 결합하여 타닌산 제II철이 되므로 흑색을 띠게 된다. 이러한 목재흑화의 주원인이라고 할 수 있는 Fe은 EDTA를 사용하여 킬레이트 화합물을 형성함으로써 제거가 가능하다. EDTA를 통해 흑화된 목재에서 Fe을 제거하는 실험을 한 결과 EDTA-2Na가 가장 효율적이었으며, 72시간 동안 반응 후 용액을 제거하고 다시 EDTA와 반응시켜 Fe을 제거하는 방법이 가장 효과적으로 흑화현상을 제거할 수 있었다.

입자크기 및 열처리가 목재 셀룰로오스의 결정 특성에 미치는 영향 (Effect of Heat Treatment and Particle Size on the Crystalline Properties of Wood Cellulose)

  • Kim, Ah-ran;Kim, Nam-Hun
    • Journal of the Korean Wood Science and Technology
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    • 제47권3호
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    • pp.299-310
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    • 2019
  • 본 연구에서는 목분입자 크기 및 열처리가 목재 셀룰로오스의 결정 특성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 형태학적 특성, 셀룰로오스 결정특성, 화학성분분석을 실시하였다. 목분의 색은 열처리 온도가 $100^{\circ}C$에서 $200^{\circ}C$로 높아짐에 따라, 진한 황색에서 진한 갈색을 보였다. 열처리 목재셀룰로오스의 상대결정화도는 목재?에서 200 mesh로 목재의 입자 크기가 작아질수록 낮은 값을 보였으며, 결정폭의 변화는 거의 없었다. 온도가 $100^{\circ}C$에서 $200^{\circ}C$로 증가함에 따라 목재의 상대결정화도가 증가하였고, 결정 폭의 변화는 뚜렷하지 않았다. FT-IR분석 결과, 열처리 온도가 높아짐에 따라 -OH 신축에서 피크가 점차 감소한 것을 확인하였다. $1425cm^{-1}$의 리그닌 C-H 굽힘과, $1370cm^{-1}$의 헤미셀룰로오스 C-H 굽힘은 열처리 온도의 증가에 따른 차이를 보기 어려웠다. $1235cm^{-1}$의 OH-phenolic 신축의 특성 피크와 $1031cm^{-1}$ 부근의 탄수화물의 C-C 신축이 열처리 온도가 높아질수록 감소한 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 목재의 입자크기 및 열처리는 목재 셀룰로오스의 결정특성 변화에 영향을 주는 것이 확인되었다.

농경잔류물로부터 헤미셀룰로오스 가수분해물 생산을 위한 산촉매 열수 분별공정의 특성 비교 (Comparison of Characteristics of Acid-catalyzed Hydrothermal Fractionation for Production of Hemicellulose Hydrolyzate from Agricultural Residues)

  • 황종서;오경근;유경선
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제60권3호
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    • pp.414-422
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    • 2022
  • 본 연구의 목적은 국내 대표적인 농경잔류물인, 볏짚과 보릿짚을 이용하여 헤미셀룰로오스 부분의 최대 가용화를 위한 산 촉매 열수 분별공정의 타당성을 조사한 것이다. 1.2-2.9 범위의 반응가혹도(CS; Combined reaction severity)에서 다양한 분별 조건들을 사용하여 초기 반응조건 기준을 설정했다. 볏짚의 경우, 160 ℃의 반응온도, 0.75%(w/v)의 H2SO4, 20분의 반응시간, 그리고 1:15의 고체/액체 비율을 가진 반응 조건에서 56.6%의 헤미셀룰로스 당 수율을 얻을 수 있었으며, 보릿짚의 경우, 150 ℃ 반응온도, 0.75%(w/v) H2SO4, 15분의 반응시간, 1:10의 고체/액체 비율에서 83.0%의 헤미셀룰로스 당 수율을 얻었다. 따라서, 볏짚과 비교하여 보릿짚의 경우 산촉매 열수분획을 효과적으로 수행할 수 있었다. 분별과정 후 남은 분획된 고형분은 볏짚과 보릿짚에서 각각 48.5%와 57.5%였다. 분별된 볏짚과 보릿짚의 XMG(Xylan+Mannan+Galactan) 함량은 17.3% 및 17.6%에서 6.0% 및 2.6%로 각각 감소하였으며, 이는 원료 짚 기준으로 각각 16.7% 및 8.5%에 해당한다. 또한, 보리 짚의 산촉매 열수분별 과정에서 과도한 분해로 인해 셀룰로오스 및 XMG의 5.6% 및 8.5%만 손실된 반면, 볏짚의 셀룰로오스 및 XMG 손실은 6.4% 및 26.6%이었다. 볏짚의 헤미셀룰로스 당은 산 촉매 열수 분별공정중, 다소 높은 반응가혹도로 인해 심하게 과분해된 것에 기인한다.

사초용 유채 생산성과 사료가치에 관한 연구 VI. 파종기별 예취시기가 수량 및 영양가치에 미치는 영향 (Studies on Productivity and Nutrient Quality of Forage Rape (Brassica napus Subsp. oleifera) VI. Influence of Sowing and Harvest Date on Yield and Nutritional Quality)

  • 안계수;권병선;이정일
    • 한국작물학회지
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    • 제34권4호
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    • pp.335-340
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    • 1989
  • 본 시험은 남부지방에 적합한 사초용유채의 파종기별 예취시기가 수량 및 영양가치에 미치는 영향을 구명하기 위하여 Velox를 공시하여 실험하였던바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 경태를 제외한 초장, 분지수, 주경엽수의 형질들은 파종기와 예취시기가 늦을수록 우수하였다. 2. 생초수량은 9월 하순에 파종하여 개화기인 4월 하순에 예취한 구가 가장 높았으며, 건물수량은 파종기와 예취시기가 늦을수록 높아서 9월 하순에 파종하여 만개기인 5월 초순에 예취한 구가 가장 높았다. 3, 조단백질함량은 파종기가 늦을수록 높았고, 예취시기는 늦을수록 급격히 저하되었으며, 9월 하순에 파종하여 추태기인 4월 초순에 예취한 구가 가장 높았었다. 4. NDF, ADF, hemicellilose, cellulose 및 lignin 등의 조섬유함량은 파종기가 늦을수록 저하되었고, 예취시기가 늦을수록 높았었다. 5. IVDMD은 조섬유와 같은 경향이었고, 가소화건물수량은 9월 하순에 파종하여 개화기인 4월 하순에 예취한 구가 가장 높았었다.

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NaOH/THF 공용매 전처리 목질계 바이오매스로부터 레불린산 생산 (Levulinic Acid Production from Lignocellulosic Biomass by co-solvent Pretreatment with NaOH/THF)

  • 이승민;한석준;김준석
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제61권2호
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    • pp.265-272
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    • 2023
  • 목질계 바이오매스는 조성분간의 결합이 치밀하고 높은 함량의 리그닌을 포함하여 전처리 공정이 필수적이다. 전처리 용매 중 테트라하이드로퓨란(THF)은 유기용매로 재사용이 가능하다는 장점이 있다. THF는 가격이 저렴하고 다양한 반응 조건에서 선택적으로 리그닌을 제거하고 물 혹은 이온성 액체와 공용매로 사용된다. 수산화 나트륨(Sodium hydroxide)은 바이오매스 내 ether결합을 파괴하여 리그닌을 우선적으로 용해시키며 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 표면적을 확장시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 NaOH/THF 공용매 전처리 공정을 적용하여 효과적 리그닌을 제거를 위한 전처리 특성을 파악하고 후속 공정인 산촉매 전환 공정을 통해 최적의 레불린산 전환 수율을 얻었다. 전처리 공정은 NaOH/THF 공용매 비율을 16가지 부피 비율로 수행되었으며 반응조건은 180℃에서 60분으로 고정하였다. 최적의 공용매 조건은 NaOH(5 wt%)/THF 공용매 90:10(v/v%)이였으며 76.8% 글루칸을 수득과 함께 90.1%의 리그닌을 제거하였다. 전처리 후속 공정인 산촉매 전환 공정은 반응시간 30~90분, 반응온도 160~200 ℃로 수행하였을 때, 산촉매 전환 공정의 최적 조건은 180 ℃에서 반응시간 60분이었며, 이 때의 레불린산 전환수율은 84.7%이다.

커피 은피와 커피찌꺼기를 활용한 지속가능한 포장소재 개발을 위한 연구동향 (Development of Sustainable Packaging Materials Using Coffee Silverskin and Spent Coffee Grounds: A Comprehensive Review)

  • 황지현;김도완
    • 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.

증류주(蒸溜酒) 숙성(熟成)에 관(關)한 연구(硏究) 제1보[第一報]-사과 증류주(蒸溜酒) 숙성(熟成)에 있어서 숙성통재(熟成桶材)로서 한국산(韓國産) 참나무 품종별(品種別) 이용적성(利用適性)에 관(關)하여- (Studies on Fine Spirits Aging [Part I]-On the Aptitude of the Korean Oak Varieties as Barrels for Aging Apple Fine Spirits-)

  • 이계호
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제20권1호
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    • pp.66-80
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    • 1977
  • 사과 증류주(apple One spirit) 숙성에 있어서 국산 참나무의 품종이 fine spirit숙성 술통재로서의 적성여부를 검토하는 기초적 연구의 일환으로 본 연구를 실행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 양조 원료를 대체 할 수 있는 과실로서 현재 대량생산 되는 과실의 화학분석 결과는 다음과 같다. 사과 : (Apple) (Malus pumila Miller var domestica Schneider) 중 홍옥(Jonathan)은 총당 13.95%, 총산 0.46%, 휘발산 0.012%, pectin 0.20%, 국광(Ralls)은 총당 13.35%, 총산 0.43%, 휘발산 0.011%, pectin 0.455%이었다. 2. 사과중에는 당분과 산 이외에 cellulose, pectin, hemicellulose 등 때문에 사과즙수을이 떨어짐으로 Aspergillus niger SUAFM-430의 xylanase와 amylase, Aspergillus niger SUAFM-6의 cellulase, pectinase를 사과즙에 처리하여 사과즙의 수율을 향상시켰다. 그리고 이황산 처리로 과즙중 여러 미생물을 살균하고 배양효모로서 발효능이 우수한 sacharomyces cerevisiae var. ellipsoidens Rasse Johannisberg II (SUAFM-1018)을 사용하여 사과주를 양조하였다. 사과주(Apple wine)는 원료에 대한 수율이 $86{\sim}87%$이고 Jonathan, Ralls가 ethanol 13.5%, extract분 5.4%, methanol $0.04{\sim}0.05%$이었다. 3. 사과주의 증류수(fine spirit) 제조는 단식증류법(Pot still)으로 2회 증류로서 실험하였다. 사과(apple) fine spirit는 apple wine mash에 대한 수율이 86.6%이고, 홍옥(Jonathan) fine spirit는 pH 4.1, 국광(Ralls) fine spirit는 pH 4.2이었다. 4. 사과주를 증류하여 제조한 fine spirit를 숙성시키기 위하여 국산 참나무 24품종을 나무의 심재(心材) (Inner part)와 변재(邊材) (Outer part)를 사용하여 fine spirit의 숙성융통제를 선발하는 실험을 하였다. 참나무 24품종과 그의 심재, 변재 별로 참나무의 절편(oaa chip) $(1{\times}1{\times}5cm)$을 만들고 oakchip 2개를 각 fine spirit 300ml씩 들은 640ml용맥주병에 담그고, 6개월간 숙성시키면서 색, 향기, 맛 등을 조사하였다. A. 숙성용술통재 선발의 1차 screen결과로서 색추출속도가 우수한 참나무 품종은 다음 순서와 같다. 갈참나무(심재) Quercus aliena Blume(Inner part), 굴참나무(변재) Q variabilis Blume (Outer part), 갈참나무(변재) Q. aliena Blume (Outer part), 졸참나무(심, 변재) Q. serrata Thumb (Inner & Outer part), 신갈참나무(변, 심재) Q. mongolca Fisher (Outer & Inner part), 상수리 나무(변, 심재) Q. acutissima Carruthers (Outer & Inner part)의 순서등 5품종을 선정하였다. B. 숙성온도별 영향으로서 실온 $24{\sim}25^{\circ}C,\;30^{\circ}C,\;45^{\circ}C$ 별로 각 fine spirit에 oak chip을 넣고 숙성시킨 결과 $45^{\circ}C$에서 숙성시킨 것이 가장 숙성이 촉진 되었고 다음이 $30^{\circ}C$, 다음이 실온에서 한 순서의 경향이었다. C. 투명한 삼각후라스크에 각 fine spirit에 oak chip을 담그고 자외선 조사를 하여 3개월간 숙성 시켰드니 숙성효과가 contral구 보다 거의 2배가 촉진하는 흥미있는 사실을 확인하였다. D. 사과주에서 증류한 fine spirit 300ml에 2개의 oak chip을 담그어 숙성시킴에 있어 oak chip의 여러성분이 fine spirit에 용출되여 나오는 정도가 fine spirit의 pH에 중요한 관계가 있음을 알았다. E. 선정된 5개 품종의 oak chip과 블란서 참나무 술통재(Limousin white oak from France)를 control로 하여 각 사과주를 증류한 fine spirit에 2개의 oak chip($1{\times}1{\times}5cm$)을 담그고 실온, $(24{\sim}25^{\circ}C)$, $30^{\circ}C,\;45^{\circ}C$, 실온에서 자외선조사 하면서 각각 6개월간 매일주일 마다 진탕하면서 숙성시켰다. 6개월간 수성시킨 fine spirit(young brandy)의 관능 검사 결과는 다음과 같다. 불란서 oak chip의 실온 숙성한 fine spirit 하고 비슷한 것은 참갈나무 chip을 넣은 사과의 young bandy($45^{\circ}C$에서 숙성함)이었고 갈참나무 chip을 넣고 실온에서 UV-ray 조사한 사과의 young brandy는 불란서 oak chip의 실온 숙성한 young brandy 보다는 약간 떨어지지만 그런대로 국산 참나무를 각 fine spirit 숙성용으로 이용할 가치가 있음을 알았다.

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증류수 혹은 0.25N NaClO$_2$에서 가열한 볏짚의 가금에서의 영양소이용성에 미치는 영향 (Effect of Rice Straw Heated in Water or 0.25N-NaClO$_2$ on the Nutrient Utilization of Diets in Chicks)

  • 고태송;김해수;김성규;라채영
    • 한국가금학회지
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    • 제12권1호
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    • pp.25-30
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    • 1985
  • 가금에서의 영양소리용성에 미치는 볏짚구성분의 영향을 고찰하기 위하여 증류수 혹은 0.25N NaClO$_2$ 800$m\ell$당 볏짚 100g의 비율로 침지하여 135$^{\circ}C$ 3.2kg/$\textrm{cm}^2$ 압력밑에서 각각 30, 60 및 120분 autoclave를 이용하여 가열하고 세척 건조(증류수 혹은 NaClO$_2$-30, 60 및 120-볏짚) NDF, ADF 및 리그닌량을 조사하였다. 갓부화한 단관백색 레그흔 숫병아리에 10일간 시판 병아리 사료를 급여하고 계속해서 8일간 밀기울(기초), 섬유소(선분), 무처리볏짚, 증류수-30-볏짚 및 NaClO$_2$-30-볏짚이 각각 17.0% 함유된 실험사료를 급여했다. 증류수-30, 60 및 120-볏짚의 건물손실율은 각각 9.7, 12.1 및 13.3%였으나, NaClO$_2$-30, 60 및 120-볏짚에서는 각각 8.8, 18.7 및 19.4%로, NaClO$_2$-60 및 120-볏짚에서는 증류수볏짚의 1.5배가 되었다. 증류수 및 NaClO$_2$ 볏짚의 건물손실은 주로 무처리볏짚의 세포내용물과 헤미셀루로스의 용출에 기인하는 것이었다. 증류수-30-볏짚을 급여한 병아리는 무처리 혹은 NaClO$_2$-30-볏짚을 급여한것에 비해서 증체량이 높고 사료요구량이 낮았다. 질소밸런스 및 축적율은 증류수-30-볏짚을 급여한것에서 무처리 및 NaClO$_2$-30-볏짚을 급여한것에 비해서 높았고, 조지방소화율은 높아지는 경향이 있었다. 무처리, 증류수-30 및 NaClO$_2$-30-볏짚을 급여한 병아리의 MEn/GE는 각각 71.9, 72.9 및 70.4%였으며, 대사체중(kg 0.75)당 MEn섭취량은 각각 307.3, 296.2 및 291.4 KCal가 되었다. 이때 kg 0.75당 1일 단백질축적량은 각각 1.647, 1.969 및 1.560g이었다. 한편 증류수-30-볏짚을 급여한 병아리의 단백질 1g 축적에 상당하는 MEn는 30.56Kcal로써 무처리 및 NaClO$_2$-30-볏짚을 급여한것의 36.90 및 37.58Kcal보다 낮았다. 따라서 무처리볏짚에는 에너지 이용성 혹은 단백질축적에 영향을 미치는 물질 혹은 성질이 존재하며, 이것은 볏짚을 끓임으로써 제거된다는 것을 시모고 있다.

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셀룰로식 (Cellulosic) 에탄올 생산 (Cellulosic Ethanol Production)

  • 정장호
    • KSBB Journal
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    • 제23권1호
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    • pp.1-7
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    • 2008
  • 비록 전 세계적으로 많은 수의 소규모 시범 셀룰로식 에탄올 생산연구가 보고되고 있으며 셀룰로식 에탄올 생산을 위한 많은 연구들이 진행되고 있지만 현재까지 전분계나 설탕계 에탄올과 경쟁할 수 있을 정도의 경제적 생산이 가능한 상용화된 셀룰로식 에탄올 생산시설은 현재까지 보고 된 바 없다. 또한 일부 환경경제학자들은 옥수수 작물자체가 수확기까지 많은 양의 수분과 에너지를 필요로 하고 매년 토양을 침출시키는 작물이어서 환경적인 문제점을 불러 올 수 있다는 점, 이후 옥수수 바이오매스로부터 에탄올을 생산할 때까지 들어가는 에너지의 양이 높다는 점등을 지적하며 옥수수로부터의 에탄올대량생산에 신중해야 한다는 의견도 있다(24). 하지만 가까운 장래에 석유를 대체할 액체연료 중 에탄올이 가장 적합하다는 미국이나 유럽의 목표에 따라 옥수수 줄기나 잎을 이용한 셀룰로식 에탄올 생산계획은 계속해서 추진될 것으로 보이며 상용화도 미국정부의 계획대로라면 수년 내에 이루어 질 것으로 보인다. 셀룰로식 에탄올의 상용화를 위해서는 여러 점들을 고려하여야 한다. 첫째로, 분자 및 유전자 수준까지의 식물에 대한 이해가 필요하다. 왜냐하면 이러한 지식의 바탕에서 바이오매스를 효과적으로 정제할 수 있는 방안들이 가능하기 때문이다. 이를 위해서는 셀룰로스보다 상대적으로 덜 알려진 식물체 내에서의 리그닌 합성경로 및 결합구조나 헤미셀룰로스의 합성 및 리그닌과의 결합관계 둥에 대한 연구가 더욱 필요하다. 둘째로는 셀룰로식 에탄올생산의 상용화를 위해서는 화석연료의 수요를 대체할 수 있는 작물의 개발과 수확작물을 처리하여 공장이나 공업단지까지 경제적으로 수송할 수 있는 방법이 개발되어야 한다. 현재 거론되고 있는 셀룰로식 에탄올공장의 생산규모를 연간 1억 내지 1억 8천만 리터 정도의 규모로 생각하고 연간 250-300일 작업 기준으로 생각한다면 적어도 하루 2000톤 정도의 biomass를 처리하여야 됨으로 이 정도의 바이오매스가 지속적이고, 경제적으로 공급되어야 한다. 미국의 경우, 옥수수작물이 셀룰로식 에탄올 생산을 위해 가장 적합한 원료물질로 거론되고 있다. 이는 현재 옥수수 열매 는 전분이나 에탄올 생산을 위해 공장으로 수송되지만 엄청난 양의 잎과 줄기는 밭에 남겨져 있기 때문이다. 이들 corn stover로 통칭되는 식물원료 물질이 바이오매스 중 연간 생산량이 가장 많은 1억 건조 톤 이상으로 현재로도 공급이 가능하고 잠재적으로는 10억 톤까지도 생산될 수 있다고 전망하기 때문이다. 따라서 미국의 경우 셀룰로식 에탄올의 생산은 corn stover의 이용이 불가피해 보인다. 더불어 톱밥이나 임업부산물의 경우는 현재 3800만 건조 톤 정도의 공급이 가능하며 미래 3억 7000만 건조 톤이 공급될 수 있을 것으로 예상하고 있다(25). 하지만 이러한 자원은 부피가 크고 무게가 가벼워 수송밀도가 낮아 고밀도 형태로 운송할 수 있는 방법이 모색되어야 한다. 또한 원료물질을 처리 시설까지 운반하는 운송비를 줄일 수 이는 다른 방법들도 모색되어야한다. 셋째로는 바이오매스의 구조를 당화과정과 발효과정에 적합하게 변환시킬 수 있는 경제성 있는 전처리 방법의 개발이 필수적이다. 이상적 전처리 방법은 리그닌을 효과적으로 분리해내 이를 이용한 공정에 필요한 에너지로 사용하거나 차후 부가가치가 높은 물질의 원료로 사용할 수 있게 하여야 한다. 또한 헤미셀룰로스와 셀룰로스의 손실을 최소화하여 차후 이들 식물탄수화물을 이용한 에탄올 생산을 극대화할 수 있는 방법이어야 하며 이와 함께 경제성을 담보하여야 한다. 이러한 전처리방법의 개발은 현재까지 개발된 여러 전처리 방법들의 장단점들을 파악하고 이를 극복할 수 있는 방법들을 모색하는 노력으로 가능할 수 있겠다. 마지막으로 5탄당과 6탄당을 동시에 발효할 수 있는 미생물 균주의 개발이나 효소비용을 획기적으로 줄일 수 있는 생산방법이 개발되어야 하겠다. 이는 셀룰로식 에탄올이 90% 이상의 높은 수율과 시간당 1.5-2.5 g/L의 생산성을 보이고 있는 전분이나 설탕으로부터 생산되는 에탄올과 경쟁력을 갖기 위한 필수적인 요소이기 때문이다.

Bacillus megaterium J-65에 의한 xylose로부터 poly-3-hydroxybutyrate 생산 (Production of Poly-3-hydroxybutyrate from Xylose by Bacillus megaterium J-65)

  • 전홍기;진영희;김해남;김윤태;김삼웅;백형석
    • 생명과학회지
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    • 제18권12호
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    • pp.1625-1630
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    • 2008
  • 본 연구는 생분해성 플라스틱인 poly-${\beta}$-hydroxybutyrate (PHB)의 생산단가를 낮추기 위한 노력으로 저가의 기질로부터 PHB 대량생산을 위한 기초자료를 얻는데 그 목적을 두었다. Hemicellulose hydrolysate는 지구상에 풍부하게 존재하는 저가의 waste by-product로서 xylose가 많이 포함되어 있다. 본 연구에서는 xylose로부터 PHB를 생산할 수 있는 균주를 토양에서 분리하여, 분류학적 위치를 밝히고, 균체 생육 최적 조건, PHB 생산을 위한 최적 발효 배양 조건, PHB의 구조 확인 등을 검토 하였으며, 그 결과는 다음과 같다. 토양으로부터 분리한 균주 J-65는 형태학적, 배양적, 생화학적 및 partial 16S rRNA sequence에 근거하여 Bacillus megaterium로 동정하였다. B. megaterium J-65의 균체 생육 최적 조건은 온도 $37^{\circ}C$, 초발 pH 8.0이었으며 2% xylose, 0.25% $(NH_4)_2SO_4$, 0.3% $Na_2HPO_4{\cdot}12H_2O$, 0.1% $KH_2PO_4$였다. PHB 축적에 영향을 미치는 요인을 검토하기 위해 균체생육 최적배지에서 $37^{\circ}C$, 24시간 1차 배양한 후, 균체를 회수하여 각종 영양분이 결핍된 배지에 2차 배양을 실시한 결과 B. megaterium J-65는 균형생육조건(balanced-growth condition)에서 PHB를 합성하는 균주로 나타났다. PHB보다 물성이 향상된 PHB/HV 공중 합체를 생산하기 위하여 보조기질로 propionic acid를 첨가하였을 때, 0.1% propionic acid 농도에서 HV mol%가 14%인 PHB/HV 공중합체가 합성되었다. 5 l 용량의 발효조에 B. megaterium J-65를 회분배양하였을 때 배양 21시간에 건조균체량 10 g/l, PHB 3.5 g/l를 얻을 수 있었고, 유가배양을 실시한 결과 배양 48시간에 건조균체량 26.52g/l, PHB 9.28 g/l를 얻을 수 있었다. 생산된 PHB를 alkaline solution 처리와 chloroform을 이용한 유기용매 추출법을 이용하여 추출.정제한 후 Gas Chromatography로 정제를 확인하고 300MHz 1H-NMR을 실시한 결과 3-hydroxybutyrate의 homopolymer임을 확인하였다.