Studies on bioethanol production from macroalgae, Saccharina japonica and Eucheuma spinosum

Abstract

화석연료의 과다 사용으로 지구 온난화 및 환경오염 등의 문제가 발생하여 세계 각국은 새로운 재생 가능한 에너지원 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 상황에서 바이오 에너지 (bioenergy)는 급등하는 유가로 인한 경제문제와 화석연료의 사용으로부터 발생하는 환경문제를 줄일 수 있는 대안으로 대두되고 있다. 특히, 바이오 에탄올은 화석연료와 혼합하거나 대체하여 사용할 수 있으며, 이산화탄소의 순환으로 친환경적이고 지속 가능한 에너지 생산이 가능하다. 바이오 에탄올을 생산하기 위해 곡류, 목재 등 다양한 바이오 매스가 사용 되고 있는데, 곡류는 단가가 비싸고 식량이라는 도덕적 측면에서 문제가 되고 있고, 목재는 아직도 리그닌에 의한 셀룰로스의 분해 저해 및 바이오 매스 확보에 문제가 있다. 제 3세대 바이오 매스로서 해조류는 성장이 빠르며, 육지 식물과 비교하여 단위 면적당 생산량이 많다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다시마를 바이오매스로 한 산촉매 열 가수분해 조건의 최적화와 이스트 순치를 통한 5L 발효기에서 바이오에탄올 생산을 수행하였다. 당화최적화를 위하여 37.5mM 황산을 10% (w/v)의 슬러리 파우더에 60분간 121℃ 열 처리하였다. 50%의 당화수율을 얻었으며, 점도는 17.6cp를 나타내었다. 최적전처리 조건을 설정하고 5L 발효기에서 에탄올 생산을 수행하였다. YPD배지에서 효모를 배양 하고 에탄올 생산을 하였을 때 130시간이 지나도 3 g/L의 에탄올을 생산하였다. 그래서 다시마에 주 탄수화물인 만니톨에 미리 효모를 순치하여 에탄올 생산을 수행하였다. 그 결과 YPM 배지에서는 96시간 동안 5 g/L의 에탄올을 생산하였고, 고농도 YPM 배지에서 순치한 효모를 이용한 발효에서는 14 g/L의 에탄올을 생산하였다. 효모를 순치를 하여 에탄올 발효를 하였을 때 에탄올 생산을 하였을 때 에탄올 생산 수율이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 인도네시아에서 생산이 되는 Eucheuma spinosum을 이용한 바이오에탄올 생산을 하였다. 당화최적은 150mM 황산에 11% (w/v)의 슬러리 파우더를 첨가하여 40분간 121℃에서 열처리를 하였다. 당화 결과 7 g/L의 글루코오스와 30 g/L의 갈락토오스가 생산되었다. 그리고 발효저해물질 5-HMF가 5.7 g/L가 생산되었다. 발효저해물질 5-HMF를 제거하기 위해 6% (w/v) 활성탄을 사용하여 30분간 실온에서 반응 했을 때 0.8 g/L로 제거되었다. 활성탄으로 5-HMF를 제거하고 Kluyveromyces marxianu를 이용하여 에탄올 생산을 하였을 때 17 g/L의 에탄올이 생산되었다. 5-HMF유무에 따라 바이오에탄올 생산에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.