고압액화공정을 이용한 구멍갈파래의 발효용 알코올 당화수율 증진

초록

바이오 매스는 광합성으로 생성된 탄수화물류로 최근에값싼 재생자원을 이용하여 생물학적 물리학적인 방법으로연료를 생산하려는 연구가 활발히 진행되고 있다 [1]. 그러나리그노 셀룰로직 바이오 매스의 경우, C-C와 C-O-C로 연결되어 물에 대항하여 매우 안정적인 불용성 난분해성고분자화합물로 셀룰로스와 헤미셀룰로스의 분해를 막는다 [2]. 따라서 리그닌 구조 결합이 다른 육상자원에 비해 약하며에탄올 생성당인, 글루코스가 풍부한 해조류는 곡물류나 목재류와 같은 원료에 비해 에너지 수율, 리터당 생산비 등에서높은 경제적 효과를 가지고 있다 [3]. 또한 식량자원고갈및 자연파괴와 같은 부정적요소가 낮으며 해수 부영양화로인한 과잉번식 하며 해양오염 문제를 야기하고 있는 해조류를 바이오 에탄올의 원료로 사용한다면 경제적 및 친환경효과를 가져 올 수 있다 [4-7]. 녹조류인 구멍갈파래 (Ulva pertusa kjellman)는 국내에서 녹조현상으로 환경문제를 야기하고 있으며, 폐기를 위해자본 및 인력이 소비되고 있는 실정이다. 따라서 글루코스가풍부한 해조류인 구멍갈파래를 이용하여 바이오 에탄올을생산한다면 해양오염 문제와 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있을 것으로 본다. 그러나 해조류는 기존 에탄올 전처리 기법인 산이나 알칼리에 비교적 안정하고 특수한 세균효소에 의하지 않고서는 분해되기 어려워 이용이 에탄올당화물질 생산에 제한적이다 [8]. 따라서 위의 문제 해결을 위해 환경적으로 문제가 없는 물을이용한 고온 추출 공정시 시료가 받는 온도와 수증기 압력이증가함에 따라 상온에서 반응하는 일반 물과 다르게 반응하여 유전상수는 감소하고 이온강도는 증가한 상태가 되어 해조류에서 당 가수분해 반응을 유발할 수 있다 [9-11]. 이런 원리를 이용하여 해조류의 세포벽이 파괴되고 물의 출입이 용이하여 시료의 당화성분 추출이 단시간에 가능하며, 불순물이없으며 추출효율을 증진 시킬 수 있을 것으로 사료된다 [9-11]. 특히 해조류인 구멍갈파래의 경우 구성당의 대부분이 lignocellulosic 구조가 아닌 복합 다당류 형태로 구성되어 있기때문에 이 같은 고온 공정을 이용시, 산/알칼리 전처리 공정중 필연적으로 생성되는 furfural, 5-hydroxy methylfurfural (HMF) 등의 효모 성장저해 물질이 생성을 감소시킬 수 있을 것이다 [12]. 따라서 본 연구에서는 고압액화 공정을 이용해 기존 바이오 에탄올 용 육상자원과 구조적으로 크게 다른해조류로부터 에탄올 발효가 가능한 당화물의 생산성 증진에 대해 연구하였다.

키워드