전처리된 억새로부터 효소당화 최적화를 통한 바이오에탄올 생산

• Published in: 농업생명과학연구 Vol. 49; no. 4; pp. 135 - 145
• Main Authors: 김학곤, 송현진, 박동진, 양우형, 김용덕, 양재경, 최명석, Hak Gon Kim, Hyun Jin Song, Dong Jin Park, Woo Hyung Yang, Yong Duck Kim, Jae Kyung Yang, Myung Suk Choi
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 경상대학교 농업생명과학연구원 31.08.2015; 농업생명과학연구원
• Subjects: 자연과학일반; 전처리; Miscanthus sinensis var. purpurascens; 바이오에탄올; pretreatment; fermentation; 발효; 억새; bioethanol; enzymatic hydrolysis; 효소당화
• ISSN: 1598-5504; 2383-8272
• DOI: 10.14397/jals.2015.49.4.135

한국산 억새를 산, 알칼리 및 증기폭쇄법으로 전처리한 시료의 최적 효소당화조건을 탐색하고, 당화물을 이용한 에탄올 생산성을 구명하였다. 억새의 화학적 조성은 저분자화합물이 5.0%, lignin 17.0%, hemicellulose 55.1%, cellulose 22.7%이었다. 효소 당화율은 단용효소 처리구보다 혼용효소 처리구에서 높았다. Celluclast 처리구는 Viscozyme보다 높은 당화율을 보였으며, 가장 높은 당화율을 보인 효소 처리구는 EM-3(Celluclast 24.3FPU/g 기질+Viscozyme 80.6FBG/g 기질)로 약 70%의 당화율을 보였다. 산,알칼리 전처리를 통해 정제된 α-cellulose의 효소 당화율은 1% NaOH 처리 증기폭쇄재 보다 16% 높게 나타났다. 효소 cocktail의 당화에 가장 적합한 온도는 50℃였고, 모든 기질에서 효소 반응시간이 증가할수록 당화율이 증가하였다. 억새의 당화물은 오탄당으로 xylose가 육탄당으로 glucose가 주를 이루었다. S. cerevisiae KCCM 11215를 이용한 당화물의 에탄올 발효에서도 각 효소조합과 시료 전처리가 매우 중요한 것으로 나타났다. 억새시료 1kg 당 350g 이상의 에탄올 생산성을 보였으며, 1% NaOH 및 1% KOH를 처리한 증기폭쇄 시료보다 α-cellulose를 기질로 사용한 처리구에서 에탄올 생산성이 높았다. This study was carried out to determine the optimal condition of enzymatic hydrolysis from acid-alkali pre-treated and steam-exploded biomass of Miscanthus sinensis var. purpurascens for ethanol production. The acid-alkali pre-treated biomass contained 5% extractive, 17.0% lignin, 55.1% hemicellulose and 22.7% cellulose. Saccharification using mixed enzymes was higher than that of single enzyme treatment. Saccharification rate by Celluclast 1.5L was highest compared with Viscozyme treatment. The highest saccharification was obtained in EM-3(Celluclast 24.3FPU/g substrate+Viscozyme 80.6FBG/g substrate) treatment which saccharification rate reached 70%. Saccharification of purified α-cellulose was higher than that of 1% NaOH treated steam-exploded biomass. The optimized conditions on enzymatic hydrolysis were with temperature of 50℃, incubation time of 48 hr. Pretreated sample contained xylose as a major pentose, and glucose as a major hexose. Ethanol fermentation by Saccaromyces cerevisiae KCCM 11215 relies on the enzyme combination and pretreatment method. Ethanol yield in α-cellulose was highest compared to 1% NaOH and 1% KOH exploded biomass. α-cellulose sample produced the highest in ethanol yields as 350g per 1 kg biomass.