헤미셀룰로오스 당 수율을 그래프로 나타내었는데, 140\(^\circ \mathrm{C}\)와 150\(^\circ \mathrm{C}\)일 때 산 농도와 온도가 증가할수록 헤미셀룰로오스당 생성속도가 커짐을 알 수 있었다. 목질계와 볏짚과 같은 초본계 기질에도 이러한 현상이 나타났고, 2개의 1차 반응속도식으로 표현할 수 없어 헤미셀룰로오스와 가수분해가 쉽지 않은 헤미셀룰로오스 두 부분으로 구성되어 있다고 가정하여 2개의 평행 1차 반응속도식을 사용하여 반응속도론을 조사하고 있다.
<h2>헤미셀룰로오스당 수율</h2> <p>Glucose를 제외한 xylose, galactose, arabinose의 합을 헤미셀룰로오스로부터 가수분해된 당(여기서는 편의상 헤미셀룰로오스당이라고 부름)이라고 할 수 있어 헤미셀룰로오스 당 수율변화를 Fig. 2와 3에 나타내었다. Fig. 2 는 \( 140^{\circ} \mathrm{C} \), Fig. 3은 \( 150^{\circ} \mathrm{C} \) 의 결과인데 산 농도나 온도가 증가하면 헤미셀룰로오스당 생성속도가 커지는 것을 알 수 있다. 또한 반응 초기 혜미셀룰로오스당 생성속도가 굉장히 커기 최고값 근처에 도달한 후 서서히 감소하는 것을 알 수 있다. 이 것은 목질계와 같은 섬유질 기질에 나타나는 전형적인 현상인데 볏짚과 같은 초본계 기질에도 이런 현상이 뚜렷하게 나타났다. 그래서 헤미셀룰로오스당의 생성과 분해반응을 앞서 논의한 2 개의 연속 1 차 반응속도식으로 표시할 수 없어 다음과 같이 쉅게 가수분해되는 헤미셀룰로오스와 가수분해가 쉽지 않은 헤미셀룰로오스 두 부분으로 구성되어 있다고 가정하여 2 개의 평행 1 차 반응속도식을 사용하여 생성 반응속도론을 조사해 왔다.</p> <p>반응속도론을 조사하기 위해서는 헤미셀룰로오스에서 가수분해가 잘되는 부분의 분율을 알아야 하는데 이것은 기질의 종류와 반응조건에 따라 다르게 나타나기 때문에 결정하기가 쉽지 않다. 그리고 헤미셀룰로오스가 분해되는 속도도 따로 조사해야 하기 때문에 복잡한 과정이 필요하다. 이런것둘이 알려지면 통계적인 방법을 사용해 분율을 결정할 수 있는데 대략 60 80\%사이로 알려져 있다. 이 연구에서 는 실험적으로 최적조건을 찾는 것이 목적이므로 속도론에 대한 연구는 차후 진행할 예정이다.</p> <p>Fig. 2와 3에 나타난 최고수율은 실험값둘이 겹쳐 알아보기 힘들기 때문에 따로 표를 만들어 비교하였다(Table 1). 같은 온도에서 산 농도가 증가하면 최고 수윤은 \( 150^{\circ} \mathrm{C}, 3 \% \) 경우를 제외하고 증가되나, 같은 산 농도에서 온도를 증가하먼 최고 수율은 대체로 중가되지 않는다. 이것은 온도가 증가되면 실제적으로는 헤미셀룰로오스가 더 많이 가수분해되지만 온도 증가에 따른 생긴 단당의 분해반응속도가 생성반응속도보다 더 크기 때문에 생기는 결과라고 생각한다. 그리고 산 농도나 반응온도가 증가하면 최고 수율에 도달하는 반응시간은 상당히 줄어든다. 헤미셀룰로오스당 최고수율은 \( 140^{\circ} \mathrm{C}, 2.5 \% \) 와 \( 3.0 \% \) 일 때가 가장 높았는데 이것은 앞서 설명한데로 \( 140^{\circ} \mathrm{C} \) 보다 \( 150^{\circ} \mathrm{C} \) 에서 헤미셀룰로오스당이 더 많이 생겼으나 생긴 양 이상 분해되었기 때문이다. 그러나 전반적으로 각 조건에서 얻이진 최고 수율은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 산 농도롤 낮추고 반응온도를 올리면 에너지 소비가 커지드, 가수분해반응보다 당 분해반응이 온도에 더 민감하기 때문에 낮은 온도를 사용하는 것이 더 유리하여 \( 140^{\circ} \mathrm{C}, 2.5 \% \) 가 최적조건이라고 판단되고 이 조건에서 반응시간 20 분정도에 약 \( 80 \% \) 의 수율에 도달할 수 있다. 이와 같은 수율은 같은 볏짚을 기질로 사용하여 \( 15 \mathrm{bar}, 10 \)분, 황산 \( 0.5 \% \) 의 반응조전에서 \( 80.8 \% \) 의 혜미셀룰로으스를 회수하였다고 발표한 결과와 일치한다. 이 같은 사실로부 터 묽은 황산을 사용하는 방법에서 어떤 반응조전을 사용하더라도 볏짚으로부터 \( 80 \% \) 이상의 헤미셀룰로오스를 회수하기가 쉅지 않음을 알 수 있다. 다른 논문에 발표된 초본성기질을 사용한 전처리 공정의 목적이 헤미셀룰로오스당 수율을 높이기보다 효소에 의한 셀룰로오스 당화율을 높이는 데 목적이 있었기 때문에 헤미셀룰로오스당 수율이 \( 70 \% \) 이하로 낮은 편이다. 그러나 목질계 전처리공정에서 황산을 사용해 헤미셀룰로오스 최대 수율이 약 85%내외이어서 볏짚과 같은 초본계 기질도 수율을 좀 더 높일 수 있을 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다고 생각된다.</p>