헤미셀룰로오스를 섬유성 기질로부터 묽은 황산을 이용하여 회수하는 과정에서 일반적인 반응 조건은 약 \( 150^{\circ} \mathrm{C} \)의 온도와 산 농도 \( 5 \% \) 이내이다. 산 농도와 반응 온도를 증가시킴으로써 헤미셀룰로오스의 회수율을 향상시킬 수 있으며, 최적화된 반응 온도, 산 농도, 반응 시간이 필요하다. 이 과정은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스가 산 촉매 하에서 가수분해되는 반응경로를 따른다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>당 생성과 분해</h2> <p>묽은 황산을 사용해서 섬유성 기질로부터 헤미셀룰로으스를 회수하기 위한 일반적인 반응조건은 온도가 \( 150^{\circ} \mathrm{C} \) 내외, 산 농도는 \( 5 \% \) 이내이다. 산 농도나 반응온도를 중가시키면 헤미셀룰로오스의 회수율을 증가시킬 수 있으므로 회수율을 최대화하기 위해서는 적절한 산 농도와 반응속도를 선택해야 한다. 최적 조건 근처에서는 산 농도를 낮추면 반응온도를 올려야 하고, 산 농도를 높이면 반응온도를 낮추어야하는 상호 보완적인 관계가 된다. 또한 이들 반응조건이 높으면 생긴 당이 분해할 가능성이 많기 때문에 적절한 반응시간을 선택해야 한다. 즉 헤미셀룰로오스 회수율을 최대화하기 위해서는 반응온도, 산 농도, 반응시간은 최적화해야 한다. 통계적인 방법을 사용하여 최적화하면 실험횟수를 줄일 수 있는 이점이 있으나 산 농도, 반응온도, 그리고 반응시간이 상호 보완적이어서 최적점이 하나가 아니고 여러 개가 될 수 있어 최적화 방법으로 적합하지 않다.</p> <p>일반적으로 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스는 산 촉매 하에서 다음과 같은 반응경로에 의해 가수분해된다.</p> <p>\( \begin{array}{lllll}\text { cellulose or } & \rightarrow & \text { monomeric } & \rightarrow & \text { decomposition } \\ \text { hemicellulose } & & \text { sugars } & & \text { products }\end{array} \)</p> <p>이와 같은 연속반응 경로는 실제 복잡한 경로를 단순화시킨 것이다. 반응 초기에는 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스가 산에 의해 무작위로 가수분해되어 glucose, xylose, mannose, galactose, arabinose와 같은 단당류로 전환된다. 이들 단당류는 다시 분해되어 furfural, hydroxymethyl furfural, levulinic acid, formic acid 등과 같은 물질로 바뀐다. 이론적으로는 이들 반응이 연속해서 일어나지만 실제적으로는 단당류의 생성과 분해가 동시에 진행되고 이 때문에 산 가수분해 방법에서 단당류의 생성을 최대화하기 위해 많은 연구가 수행되었다. 또한 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스 모두 구조적 또는 성분정으로 균일한 물질이 아니기 때문에 일부는 쉅게 가수분해되나 나머지 부분은 같은 조건에서 쉅게 가수분해되지 않는다. 그래서 반응 초기에는 산농도 또는 반응온도를 낮은데서 출발하여 반응 중간에 높은 조건으로 바꾸어 단당의 생성은 최대화하고 분해는 최소화하는 연구가 수행되었다.</p>