Studies of fermentation process and recombinant yeasts to improve bioethanol productivity

Abstract

화석연료 고갈, 이산화탄소(CO2) 축적 등 환경 문제로 인해 대체에너지 개발 필요성이 대두되는 가운데, 친환경적이고 지속적인 에너지 생산이 가능한 바이오 에탄올이 전망되고 있다. 특히 바이오 에탄올 생산에 사용할 수 있는 자원으로서 해조류 바이오매스는 육상계 바이오매스의 한계를 극복할 수 있다는 점에서 주목되고 있다. 또한, 해조류를 이용한 바이오에탄올 생산 및 자원화를 통해 국내자급이 가능한 비식용성 해조류 자원화로 국가 대체에너지 보급률 확대에 이바지할 수 있을 것이며 국내 신재생에너지 생산 및 공급분야의 활용에도 기여하고자 한다. 따라서 본 연구는 해조률 기질로 하여 혼합당을 이용한 적응진화, 상업적 효소를 이용한 당화, 발효 공정 그리고 CRISPR Cas9 등으로 균주를 개발한 뒤 고농도 에탄올 생산 공정기술을 획득하고자 한다. 1장에서는 바이오매스로 해조류인 홍조류 G. verrucosa를 10% (w/v)의 슬러리 농도, 황산(H2SO4) 농도 200mM, 처리 시간 60분 동안 121℃ 로 열산 가수분해(Acid hydrolysis)하였다. 16 units/mL의 상업적 효소를 사용하여 효소당화를 진행하였고, 최대 44.3 g/L의 단당을 생산하였다. 이로부터 Saccharomyces cerevisiae CEN.PK2를 이용하여 실험실 규모의 플라스크 배양에서 에탄올 발효 생산 효율을 비교하였다. 2장에서는 홍조류인 G. furcata를 이용하여 바이오에탄올을 생산하였으며, S. cerevisiae의 glycerol pathway에 관여하는 GPD1과 GPD2의 유전자를 각각 조작하였다. 이 재조합 균주를 이용한 발효를 통해 glycerol의 변화에 따라 glucose, galactose 그리고 ethanol 생산수율에 있어서 변화가 있는 지에 대해 비교하였다.