본문에서 사용한 시료인 E. cottonii는 인도네시아에서 수확했고, 조섬유, 조지질, 탄수화물, 조단백질로 구성되어 있다. 이를 사용하여 스테인리스 스틸 재질 반응기 내부에서 1:15의 고액비 비율을 설정하여 환원당을 생산하는 실험을 수행하였다. Design-Expert 9 프로그램을 사용해서 중심합성회전 설계법을 5-수준-3-인자로 적용하여 반응시간, 반응온도, 촉매농도을 변수로 실험계획을 디자인하였고, 반응온도, 반응시간, 반응액의 pH로 구성된 함수로 반응의 가혹도를 나타내는 Combined severity factor(CSF)를 정의하였다. 이렇게 생산된 환원당은 표준물질로 글루코오스를 사용해서 DNS법으로 분석하였다.
<h1>재료 및 방법</h1> <h2>실험재료</h2> <p>E. cottonii는 인도네시아에서 수확하여 건조한 것을 분쇄하여 \( 200 ~ \mu \mathrm{m} \) 이하로 분체한 시료를 실험에 사용하였다. E.cottonii는 \( 65.8 \% \) 탄수화물, \( 5.9 \% \) 조섬유, \( 4.6 \% \) 조단백질, \( 0.8 \% \) 조지질 그리고 \( 22.9 \% \)의 조회분으로 구성되어 있다. 황산, 탄산칼슘, 글루코오스, 갈락토오스, 5-히드록시메틸푸르푸랄(5-HMF), 레불린산 및 기타 시약은 시약급을 사용하였다.</p> <h2>실험방법</h2> <p>산 가수분해법을 이용하여 E. cottonii로 부터 환원당을 생산하기 위하여 스테인리스 스틸 재질의 반응기를 사용하였다. 고/액비(solid-to-liquid ratio, \( w : v \))를 1:15로 설정하였다. 반응기 내부의 온도가 설정온도에 도달하는 시점을 0분으로 설정하여 반응을 시작하였으며, 설정온도에 도달하는 시간은 약 5분 정도가 소요되었다. 반응기의 온도는 oil bath를 이용하여 설정한 온도조건이 되도록 PID 온도컨트롤러로 조절하여 설정한 반응시간 동안 반응하였다. 반응물의 혼합은 마그네틱 바를 약 \( 200 \mathrm{~rpm} \)으로 교반하였다. 설정된 반응시간에 도달하면, 반응기를 수돗물로 실온으로 빠르게 냉각한 후 시료를 취하였다. 시료는 탄산칼슘을 이용하여 \( \mathrm{pH} \)를 6으로 조절하여 원심분리(8,800 g-force, 20 분) 후 얻은 상등액을 생산물 분석에 사용하였다.</p> <h2>실험계획 및 통계분석</h2> <p>Design-Expert 9 프로그램(Stat-Ease, Inc., USA)을 이용하여 5-수준-3-인자의 중심합성회전 설계법을 적용하여 반응온도, 촉매농도, 반응시간을 변수로 하여 실험계획을 디자인하였다. 실험 결과는 회귀분석하여 모델식을 구성하였으며, 모델의 질(quality)은 변이분석(ANOVA)으로 평가하였다.</p> <h2>Combined severity factor의 정의</h2> <p>Combined severity factor(CSF)는 반응의 가혹도(severity)를 나타내며, 반응온도, 반응시간, 그리고 반응액의 \( \mathrm{pH} \)로 구성된 함수이다. \( C S F = \log \left [t \exp \left (T-T_{r e f} \right) / 14.75 \right]- \mathrm{pH} \), 여기에서, \( t \)는 반응시간(\( \mathrm{min} \)), \( T(t) \)는 반응온도(\( ^{\circ} \mathrm{C} \)), 기준 반응온도(\( T_{ref} \))는 100, 그리고 14.75는 임의상수 값이다. \( \mathrm{pH} \)는 실온에서의 반응 전의 반응액의 \( \mathrm{pH} \) 값을 사용하였다.</p> <h2>분석방법</h2> <p>시료 중의 환원당은 글루코오스를 표준물질로 사용하여 DNS법으로 분석하였다. 글루코오스, 갈락토오스, 5-HMF 그리고 레불린산의 농도는 Agilent 1100 HPLC 시스템(USA)을 사용하였으며, Aminex 87H 컬럼(Bio-rad사, USA)과 컬럼온도 \( 65^{\circ} \mathrm{C}, 5 \mathrm{~mM} \) 황산 \( (0.6 \mathrm{~ml} / \mathrm{min}) \)의 조건에서 굴절률 검출기로 검출하였다.</p>