높은 에너지 수요와 지구온난화로 인해 친환경적인 목질계 바이오 매스가 대체 에너지원으로서 주목 받고 있다. 목질계 바이오매스는 cellulose, hemicellulose, lignin으로 이루어지며, cellulose와 hemicellulose는 단당류 가수분해가 가능하다. Ionic liquid는 cellulose를 용해시킬 수 있으며, 산이나 암모니아를 사용할 때 보다 전처리 면에서 더 효과적이다. 본 연구의 목적은 돌연변이 효모 균주(1-ethyl-3-methylimidazolium acetate에 대한 내성이 증가된 개체)를 개발하는 것이다.
<h1>서 론</h1> <p>에너지 수요의 빠른 증가와 화석연료 사용으로 인한 지구온난화로 친환경적이며, 재생 가능한 대체에너지를 필요로 한다. 차세대 청정에너지로 각광받고 있는 바이오 에너지 중에서 가장 널리 이용되는 바이오 에탄올의 생산은 미국과 브라질에서 \( 90 \% \) 이상 생산하고 있다. 하지만 이러한 바이오 에탄올의 생산 원료는 옥수수 또는 사탕수수와 같은 식량자원이 이용되기 때문에 식량문제와 곡물가격 상승에 대한 새로운 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 식량자원이 아닌 폐목재, 나무 등 비식용 바이오 매스인 제 2세대 목질계 바이오 매스에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 목질계 바이오 매스는 cellulose, hemicellulose, lignin으로 구성되어 있으며, 그 중 cellulose와 hemicellulose는 미생물 발효에 사용될 수 있는 단당류로 가수분해 될 수 있는 기질이기 때문에 대체 에너지원으로서 주목을 받고 있다. 목질계 바이오 매스를 효과적으로 이용하기 위해서 cellulose를 둘러싸고 있는 lignin을 제거하는 전처리 과정이 필요하다. 다양한 전처리 방법들 중 ionic liquid는 양이온과 음이온의 이온 결합으로 이루어진 이온성염 화합물이며 비폭발성, 낮은 휘발성과 열적 안정성 외에도 효소의 우수한 반응성, 선택성, 안정성 등의 장점으로 인해 목질계 바이오 매스 전처리에 주로 사용된다.</p> <p>Ionic liquid는 cellulose를 용해시킬 수 있다고 이전에 증명된 바 있으며, 산이나 암모니아를 사용하는 기존의 방법보다 ionic liquid를 이용한 전처리가 더 효과적이라고 알려져 있다. 또한 ionic liquid 처리된 cellulose의 경우 미처리 된 것 보다 결정체가 적기 때문에 분해효소인 cellulase와 쉽게 반응할 수 있다. 특히 다른 전처리 과정에서 생성되는 발효저해물질(furfural 또는 hydroxymethylfurfural)이 생성되지 않는다는 점에서 크게 주목할 수 있다. 하지만 ionic liquid를 구성하는 양이온에서 치환된 알킬기 수뿐만 아니라 알킬체인 길이에 따라 다양한 독성 영향이 나타난다는 결과가 밝혀져 있다. Ionic liquid의 목질계 바이오 매스 전처리 효과는 매우 뛰어나지만 전처리 이후에 \( 100 \% \) 회수되지 않고, 잔존하는 ionic liquid (\( (0.2-5 \% \mathrm{w} / \mathrm{w}) \))의 독성이 미생물 균주의 생육에 나쁜 영향을 미쳐 에탄올 발효의 수율 및 생산성을 저해한다.</p> <p>따라서 본 연구의 목적은 다양한 ionic liquid 중에서 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([EMIM][Ac])에 대한 내성이 증가된 돌연변이 효모 균주를 개발하는데 있다. 유도적 돌연변이 유발 방법(directed evolutionary approach)을통해 돌연변이를 유발하여 [EMIM][Ac]에 대한 내성이 증가된 돌연변이 균주를 선별하였으며 최종적으로 [EMIM][Ac]가 포함된 배지에서 효과적인 에탄올 생산 능력을 비교하였다.</p>