열처리 온도가 150-180℃로 증가함에 따라 전처리 효율이 47.4%에서 41.2%로 감소하는 것을 발견하였다. 홍조류 E. denticulatum로부터 초고온 열가수분해를 이용하여 전처리를 실시하고, NaOH를 사용해 pH를 5.0으로 중화 후 효소당화를 진행하였다. 효소 반응은 대부분 12-24시간 안에 완료되며, 효소당화 조건으로는 Viscozyme L과 Cellic CTec 2의 혼합 효소를 16 U/ml로 12시간 동안 당화하는 것을 선택하였다.
<p>Fig. 2는 \( 90 \mathrm { mM } \)의 인산을 이용하여 (A) \( 120-180 ^ {\circ } \mathrm { C } \)의 온도, (B) 5-20분의 열처리 시간, (C) \( 8-20 \% ( \mathrm { w } / \mathrm { v } ) \)의 E. denticulatum 슬러리에 따른 초고온 열가수분해를 수행하였다. Fig. 2A는 다양한 온도에 따른 초고온 열가수분해의 결과이며, 온도가 \( 120-150 ^ {\circ } \mathrm { C } \)까지 증가할수록 가수분해되는 환원당과 HMF의 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 열처리 온도가 \( 150-180 ^ {\circ } \mathrm { C } \)로 증가하였을 때 전처리 효율은 \( 47.4 \% \)에서 \( 41.2 \% \)로 감소하였다. 이는 Qi 등이 보고한 바와 같이 높은 온도에서는 당 생성 효율이 감소하며 저해물질의 농도가 증가한다는 내용과 일치하였다. 따라서 생성된 당과 저해물질의 농도를 고려하여 \( 150 ^ {\circ } \mathrm { C } \)를 최적 열처리 온도로 선택하였다. Fig. 2B는 \( 90 \mathrm { mM } \)의 인산 농도, \( 150 ^ {\circ } \mathrm { C } \)의 열처리 온도, \( 12 \% \)의 슬러리 농도에서 열처리 시간을 달리하여 초고온 열가수분해를 실시한 결과이며, 열처리 시간이 10분에서 20분으로 증가할수록 levulinic acid 농도만 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 전처리 효율은 \( 47.4 \% \)에서 \( 44.1 \% \)로 큰 차이가 없었다. 따라서 최적 열처리 시간은 10분으로 설정하였다. Fig. 2C는 다양한 슬러리 농도에 따른 초고온 열가수분해결과이며, 슬러리 농도가 증가할수록 가수분해되는 환원당과 HMF의 농도도 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 슬러리 농도가 \( 12 \% \)에서 \( 20 \% \)로 증가할 때 전처리 효율은 \( 47.4 \% \)에서 \( 45.4 \% \)로 큰 차이가 없었다. 따라서 최적 슬러리 농도는 \( 12 \% \)로 설정하였다.</p> <h2>E. denticulatum의 효소가수분해</h2> <p>홍조류 E. denticulatum로부터 초고온 열가수분해를 이용하여 최적 전처리를 실시한 후 \( \mathrm { pH } \)를 5.0으로 \( 5 \mathrm { N } \) \( \mathrm { NaOH } \)를 이용하여 중화한 뒤 효소당화를 진행하였다. Fig. 3은 단일 효소와 혼합 효소를 이용하여 최적 효소 종류와 효소 유효농도에 대해 실험을 진행하였다. Fig. 3A에서 단일 효소와 혼합 효소를 사용한 결과 단일 효소보다는 Viscozyme L과 Cellic CTec 2의 혼합효소에서 \( 6.0 \mathrm { g } / \mathrm { l } \)로 가장 높은 환원당을 생성하였다. 이는 Ahn 등이 보고한 바와 같이 단일효소보다는 혼합 효소를 이용한 가수분해가 당화 효율을 높이는 시너지 효과가 있음을 확인하였다. 또한 효소의 반응시간은 12-24시간 안에 대부분의 효소 반응이 완료되는 것을 알 수 있었다. Fig. 3B에서 대조구에서 나타난 \( 38.5 \mathrm { g } / \mathrm { l } \)의 환원당은 초고온 열가수분해를 실시하였을 때 생성된 당의 농도이다. 이후 Viscozyme L과 Cellic CTec 2의 혼합 효소 활성 농도를 확인한 결과, 효소활성 농도가 \( 16 \mathrm { U } / \mathrm { ml } \) 이상 증가할수록 당화되는 환원당의 양은 큰 차이가 없었다. \( 16 \mathrm { U } / \mathrm { ml } \) 이상부터 혼합 효소의 당화효율은 \( 100 \% \)에 해당되는 \( 6.0 \mathrm { g } / \mathrm { l } \) 이상을 나타내었다. 따라서 효소당화 조건을 Viscozyme L과 Cellic CTec 2의 혼합 효소를 \( 16 \mathrm { U } / \mathrm { ml } \)로 12시간 동안 당화하는 조건을 선택하였다. \( 12 \%( \mathrm { w } / \mathrm { v } ) \) E. denticulatum로부터 획득 가능한 환원당은 총 \( 44.5 \mathrm { g } / \mathrm { l } \)이며, 전처리와 효소 당화 실험을 통해 생성된 단당 \( 44.5 \mathrm { g } / \mathrm { l } \)을 총 탄수화물 양 \( 69.4 \% \)에 기준했을 때 \( 53.4 \% \)의 당화 전환율을 나타내었다.</p>