Studies on bioethanol production from seaweed, Gelidium amansii using acclimated yeasts

Abstract

산업 혁명 이후 화석연료의 사용량이 급속도로 증가하여 현재 전 세계 에너지 사용량의 약 86%에 달하고 있으며, 이러한 화석연료의 사용으로 인해 지구온난화 등의 환경 문제가 전 세계적으로 부각되고 있다. 따라서 이러한 범지구적 온난화 현상을 막기 위해 재생 가능한 바이오 연료에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이 중 바이오 에탄올은 액체연료인 휘발유를 대체할 수 있는 유력한 대체 연료로서 세계적으로 그 생산량이 급증하고 있다. 홍조료는 1세대 바이오매스인 옥수수, 감자 등의 전분질계, 2세대인 목질계에 비해 생산효율이 훨씬 높다는 점에서 바이오 연료 대량생산의 길을 넓힐 것으로 기대된다. 특히 우뭇가사리는 발효 가능한 탄수화물의 함량이 목질계에 비해 1.5~2배 정도 높은데다 목질계 원료에서 반드시 제거해야하는 리그닌 성분이 없어 제조공정이 간편하다는 큰 장점이 있다. 더욱이 홍조류는 연간 4~6회 수확이 가능할 정도로 생장속도가 빠르고, 별도의 비료나 농업용수를 필요로 하지 않는다. 같은 양의 여타 바이오매스에 비해 훨씬 높은 생산성과 환경친화성을 가지고 있다는 의미이다. 따라서, 본 연구에서는 우뭇가사라를 바이오매스로 한 산촉배 열가수분해와 효소당화의 최적화, 그리고 글루코오스에 대한 갈락토오즈 소비 저해 문제를 해결하기 위한 고농도 갈락토오즈 순치를 통한 바이오에탄올 생산을 수행하였다. 당화최적화를 위하여 91mM H2SO4와 8% (w/v)의 슬러리 파우더를 45분간 열처리하여 25.6g/l의 갈락토오즈와 Celluclast 1.5L과 Viscozyme L의 복합효소를 사용하여 7.6g/l의 글루코오즈를 생산할 수 있었으며, 당화수율의 경우 산촉매 열가수분해와 효소당화를 이용하여 각각 97.2%, 72.8%의 당화수율을 얻을 수 있었다. 효모의 클루코오즈에 의한 갈락토오즈 소비 저해 문제를 해결하기 위해 120g/l의 고농도의 갈락토오즈가 포함된 배지에서 순치를 수행하였다. 순치 효모로는 Saccharomyces cerevisiae KCCM 1129 와 Pichia stipitis KCTC 7228을 이용하였으며, 이 순치 효모를 이용하여 14.6g/l, 16.6g/l의 에탄올을 생산하였다. 효모를 순치하여 에탄올 발효를 하였을 때, 에탄올 수율이 증가하는 것으로 보아 해조류 우뭇가사리를 이용한 바이오에탄올 생산에 있어 산업적 활용이 가능할 것으로 사료된다.