해조류를 활용한 바이오에탄올 생산 과정을 탐구하였다. 특히 제3세대 바이오매스인 Eucheuma denticulatum을 중심으로 초고온 열가수분해, 효소 당화, 에탄올 발효 및 증류 과정을 거쳐 바이오에탄올을 생산하였다. 이 과정에서 다양한 산(황산, 인산, 염산, 질산)을 사용하였고, 최종적으로 Candida lusitaniae를 이용해 에탄올 발효 및 생산 효율을 비교하였다.
<h1>서 론</h1> <p>해양생물자원인 해조류는 화석연료의 한계인 탄소배출에 따른 기후변화문제를 극복할 수 있는 차세대 바이오매스로 각광받고 있다. 또한 해조류는 생육과 성장이 매우 우수하고 연안해역을 이용하기 때문에 가용 재배면적이 넓고 비료 등의 자원을 투입할 필요가 없다. 따라서 제1세대 바이오매스인 식량자원과 제2세대 바이오매스인 리그노셀룰로스 등을 대체할 수 있는 해조류 바이오매스는 가장 적합한 제3세대 바이오매스로 알려져 있다.</p> <p>제3세대 바이오매스 중 홍조류인 Eucheuma denticulatum은 필리핀, 중국, 인도네시아, 말레이시아, 그리고 탄자니아 등에서 상업적으로 생산하고 있으며, cellulose와 galactans(agar와 carrageenan)으로 구성되어 있다. Galactans는 대부분 galactose와 3,6-anhydrogalactose로 구성되어 있는데 그 비율은 \( 5.6 \% \)와 \( 44 \% \)로 알려져 있으며, 본 연구에서는 Eucheuma denticulatum을 바이오매스로 선택하여 바이오에탄올 발효를 수행하였다.</p> <p>해조류를 이용한 바이오에탄올 생산 방법은 초고온 열가수분해, 효소 당화, 효모를 이용한 에탄올 발효, 증류 등으로 구분할 수 있다. 또한 바이오 에탄올 생산 공정에 따라 효소당화와 에탄올 발효가 통합된 동시 당화 발효(Simultaneous Saccharification and Fermentation, SSF)와 효소당화와 에탄올 발효가 분리된 분리 당화 발효(Separate Hydrolysis and Fermentation, SHF)로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 황산, 인산, 염산, 질산으로 초고온 열가수분해를 수행한 뒤, 상업적 효소를 이용하여 효소 당화를 실시하였다. 전처리와 효소당화가 끝난 후에 효과적인 에탄올 생산을 위해 Candida lusitaniae를 이용하여 에탄올 발효 및 생산 효율을 비교하였다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>실험재료</h2> <p>본 실험에서는 에탄올 발효를 위한 기질로 인도네시아산 E. denticulatum를 사용하였으며, 바이올시스템즈 회사(고흥군, 전남)에서 공급받아 자연건조 후 분쇄기로 갈아서 입자 크기가 \( 355 \mu \mathrm { m } \) 이하의 분말을 사용하였다. E. denticulatum의 구성성분 분석은 부경대학교 사료영양연구소에 의뢰하였으며, AOAC 방법에 의해 분석을 실시하였다.</p> <h2>E. denticulatum의 초고온 열가수분해와 효소당화</h2> <p>본 연구는 황산, 인산, 염산, 질산에 따른 전처리 효율을 비교하여 전처리에 적합한 산과 농도를 적용하기 위해 단계적으로 전처리 조건을 최적화하였다. \( 14 \%( \mathrm { w } / \mathrm { v } ) \)의 E. denticulatum 슬러리에 \( 360 \mathrm { mM } \)의 황산, 인산, 염산, 질산을 각각 첨가하여 \( 160 ^ {\circ } \mathrm { C } \)에서 10분간 열처리를 하였다. 초고온 열가수분해 전처리에 적합한 산과 농도의 조건을 바탕으로 \( 8-20 \% ( \mathrm { w } / \mathrm { v } ) \) 슬러리, \( 120-180 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 의 온도, 5-20분간 열처리 시간에 대해 전처리 조건들을 확립하였다.</p>