억새종의 수집장소, 수확시기에 따른 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스의 함량변이 Variation in lignin, cellulose, and hemicellulose contents of miscanthus species at different collection sites and harvest times원문보기
18세기 이후 화석연료의 사용으로 인류는 엄청난 발전을 이루었다. 그러나 최근 전 세계적으로 급등하는 원유 가격, 온실가스의 배출, 화석연료의 고갈 등의 에너지 위기로 인해 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 탄수화물과 당을 기본 골격으로 한 셀룰로오스계 바이오매스가 에탄올 생산의 재료로 각광받고 있다. 셀룰로오스계 바이오매스는 발효되어 에탄올을 생산할 수 있는 당을 가지고 있으나 분해가 어려운 단점이 있다. 당을 다른 분자로부터 분해하는 과정에서 당의 발효를 방해하는 부산물들이 생성되며, 또한 셀룰로오스계 바이오매스의 당 중 일부는 발효가 어렵다. 이러한 요인들이 셀룰로오스계 에탄올 생산을 어렵고 비용이 많이 들게 만든다. 따라서 효율적인 에탄올 생산을 위해서는 ...
18세기 이후 화석연료의 사용으로 인류는 엄청난 발전을 이루었다. 그러나 최근 전 세계적으로 급등하는 원유 가격, 온실가스의 배출, 화석연료의 고갈 등의 에너지 위기로 인해 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 탄수화물과 당을 기본 골격으로 한 셀룰로오스계 바이오매스가 에탄올 생산의 재료로 각광받고 있다. 셀룰로오스계 바이오매스는 발효되어 에탄올을 생산할 수 있는 당을 가지고 있으나 분해가 어려운 단점이 있다. 당을 다른 분자로부터 분해하는 과정에서 당의 발효를 방해하는 부산물들이 생성되며, 또한 셀룰로오스계 바이오매스의 당 중 일부는 발효가 어렵다. 이러한 요인들이 셀룰로오스계 에탄올 생산을 어렵고 비용이 많이 들게 만든다. 따라서 효율적인 에탄올 생산을 위해서는 셀룰로오스의 발효를 방해하는 리그닌과 헤미셀룰로오스 함량이 적고 에탄올로 발효될 수 있는 셀룰로오스의 함량이 높은 원료를 택하여야 한다. 본 연구는 대표적인 셀룰로오스계 바이오매스인 억새의 종, 수확장소, 부위, 수확시기에 따른 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스의 함량의 차이를 조사하여 에탄올 생산에 가장 적합한 조건을 알아보기 위하여 수행되었다. 정확한 측정을 위하여 실험 전 샘플의 추출물을 먼저 제거하였다. 실험을 수행한 세 종 중 M. sacchariflorus에서 가장 낮은 평균 리그닌 함량을 보였으며, 특히 제주도 서귀포시 안덕면에서 수확한 억새에서 가장 낮은 리그닌 함량을 나타냈다. 또한 리그닌 함량은 줄기보다는 잎에서 높은 것으로 나타났고, 개화 후 함량이 낮아졌다. 샘플 별로는 강원도 횡성군 둔내면에서 개화 전에 수확한 참억새의 잎에서 가장 높은 29.61%의 리그닌 함량을 보였고, 강원도 인제군 기린면 방동리에서 개화 후에 수확한 참억새의 잎에서 가장 낮은 함량인 6.73%를 보였다. 셀룰로오스 함량은 종간에는 큰 차이가 보이지 않았으며, 인디아에서 수확한 억새에서 가장 높은 함량을 보였다. 셀룰로오스는 잎보다는 줄기에 많은 양이 함유되어 있었으며 개화 후에 그 양이 감소하는 경향을 보였다. 미국의 일리노이 주에서 개화 후 수확한 참억새의 줄기에서 가장 높은 셀룰로오스 함량을 보였으며 (44.1%), 미국 아이오와 주에서 개화 후 수확한 참억새의 줄기에서 가장 낮은 셀룰로오스 함량을 보였다 (23.92%). 마지막으로 헤미셀룰로오스 함량은 M. x giganteous와 M. sinensis 종이 비슷하게 나타났고 M. sacchariflorus 종에서 가장 높게 나타났다. 또한 수확장소 별로는 미국 아이오와 주에서 수확한 참억새가 가장 낮은 헤미셀룰로오스 함량을 나타냈다. 헤미셀룰로오스 함량은 잎보다는 줄기에서 높았고, 개화 후에 높아졌다. 제주도 서귀포시 성산읍에서 개화 후 수확된 물억새의 줄기에서 가장 높은 수치의 셀룰로오스 함량을 보였으며 (31.28%), 인도에서 개화 전 수확된 참억새의 줄기에서 가장 낮은 셀룰로오스 함량인 16.30%를 나타냈다.
18세기 이후 화석연료의 사용으로 인류는 엄청난 발전을 이루었다. 그러나 최근 전 세계적으로 급등하는 원유 가격, 온실가스의 배출, 화석연료의 고갈 등의 에너지 위기로 인해 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 탄수화물과 당을 기본 골격으로 한 셀룰로오스계 바이오매스가 에탄올 생산의 재료로 각광받고 있다. 셀룰로오스계 바이오매스는 발효되어 에탄올을 생산할 수 있는 당을 가지고 있으나 분해가 어려운 단점이 있다. 당을 다른 분자로부터 분해하는 과정에서 당의 발효를 방해하는 부산물들이 생성되며, 또한 셀룰로오스계 바이오매스의 당 중 일부는 발효가 어렵다. 이러한 요인들이 셀룰로오스계 에탄올 생산을 어렵고 비용이 많이 들게 만든다. 따라서 효율적인 에탄올 생산을 위해서는 셀룰로오스의 발효를 방해하는 리그닌과 헤미셀룰로오스 함량이 적고 에탄올로 발효될 수 있는 셀룰로오스의 함량이 높은 원료를 택하여야 한다. 본 연구는 대표적인 셀룰로오스계 바이오매스인 억새의 종, 수확장소, 부위, 수확시기에 따른 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스의 함량의 차이를 조사하여 에탄올 생산에 가장 적합한 조건을 알아보기 위하여 수행되었다. 정확한 측정을 위하여 실험 전 샘플의 추출물을 먼저 제거하였다. 실험을 수행한 세 종 중 M. sacchariflorus에서 가장 낮은 평균 리그닌 함량을 보였으며, 특히 제주도 서귀포시 안덕면에서 수확한 억새에서 가장 낮은 리그닌 함량을 나타냈다. 또한 리그닌 함량은 줄기보다는 잎에서 높은 것으로 나타났고, 개화 후 함량이 낮아졌다. 샘플 별로는 강원도 횡성군 둔내면에서 개화 전에 수확한 참억새의 잎에서 가장 높은 29.61%의 리그닌 함량을 보였고, 강원도 인제군 기린면 방동리에서 개화 후에 수확한 참억새의 잎에서 가장 낮은 함량인 6.73%를 보였다. 셀룰로오스 함량은 종간에는 큰 차이가 보이지 않았으며, 인디아에서 수확한 억새에서 가장 높은 함량을 보였다. 셀룰로오스는 잎보다는 줄기에 많은 양이 함유되어 있었으며 개화 후에 그 양이 감소하는 경향을 보였다. 미국의 일리노이 주에서 개화 후 수확한 참억새의 줄기에서 가장 높은 셀룰로오스 함량을 보였으며 (44.1%), 미국 아이오와 주에서 개화 후 수확한 참억새의 줄기에서 가장 낮은 셀룰로오스 함량을 보였다 (23.92%). 마지막으로 헤미셀룰로오스 함량은 M. x giganteous와 M. sinensis 종이 비슷하게 나타났고 M. sacchariflorus 종에서 가장 높게 나타났다. 또한 수확장소 별로는 미국 아이오와 주에서 수확한 참억새가 가장 낮은 헤미셀룰로오스 함량을 나타냈다. 헤미셀룰로오스 함량은 잎보다는 줄기에서 높았고, 개화 후에 높아졌다. 제주도 서귀포시 성산읍에서 개화 후 수확된 물억새의 줄기에서 가장 높은 수치의 셀룰로오스 함량을 보였으며 (31.28%), 인도에서 개화 전 수확된 참억새의 줄기에서 가장 낮은 셀룰로오스 함량인 16.30%를 나타냈다.
There is a major worldwide energy crisis that is evident from the skyrocketing prices of oil, emissions of greenhouse gases, and exhaustion of fossil fuels. This has increased the global interest in alternative energy sources. Recently, cellulosic biomass, including starch- and sugar-based raw mater...
There is a major worldwide energy crisis that is evident from the skyrocketing prices of oil, emissions of greenhouse gases, and exhaustion of fossil fuels. This has increased the global interest in alternative energy sources. Recently, cellulosic biomass, including starch- and sugar-based raw materials, has received attention as a source of ethanol. Ethanol can be obtained from sugars contained in the cellulosic biomass. However, it is difficult to release these sugars, and the process of releasing the sugars produces by-products that inhibit fermentation; further, some sugars present in the cellulosic biomass are difficult to ferment. Due to the abovementioned reasons, cellulosic ethanol production is a complicated and expensive process. Therefore, for efficient ethanol production, a material with low contents of lignin and hemicellulose and high content of cellulose should be selected. To achieve efficient ethanol production, we determined the differences in the contents of lignin, cellulose, and hemicellulose in miscanthus plants, and estimated their typical cellulosic biomass, by different species, collection sites, extraction parts, and harvest time. To facilitate the estimation, the extractive components of raw materials were removed. Among the 3 species studied, Miscanthus sacchariflorus had the lowest average lignin content, and the miscanthus from Seogwipo Andeokmyeon had especially low content of lignin. Further, leaves tended to have more lignin content than stems, and the lignin content decreased after flowering. Among the samples, the Hoengseong Dunnae leaf, before flowering (HDLB) had the highest content of lignin (29.61%), whereas the Inje Bangdongri leaf, after flowering (IBLA) had the lowest content of lignin (6.73%). The cellulose content did not vary distinctly in the species. The miscanthus from India had the highest content of cellulose, and stems had more content of cellulose than leaves. Further, cellulose content tended to decrease after flowering. Illinois stem, after flowering (INSA) had the highest content of cellulose (44.1%), and Iowa stem, after flowering (ISA) had the lowest content of cellulose (23.92%). Finally, the hemicellulose content was the lowest in M. x giganteus, similar to that of M. sinensis. Miscanthus from Iowa had the lowest content of hemicellulose. The hemicellulose content was higher in stems than in leaves, and it generally increased after flowering. Moreover, the content of hemicellulose was found to be the greatest in Seogwipo Soengsaneup stem, after flowering (SSSA, 31.28%), whereas India stem, before flowering (IDSB) had the lowest content of hemicellulose (16.30%).
There is a major worldwide energy crisis that is evident from the skyrocketing prices of oil, emissions of greenhouse gases, and exhaustion of fossil fuels. This has increased the global interest in alternative energy sources. Recently, cellulosic biomass, including starch- and sugar-based raw materials, has received attention as a source of ethanol. Ethanol can be obtained from sugars contained in the cellulosic biomass. However, it is difficult to release these sugars, and the process of releasing the sugars produces by-products that inhibit fermentation; further, some sugars present in the cellulosic biomass are difficult to ferment. Due to the abovementioned reasons, cellulosic ethanol production is a complicated and expensive process. Therefore, for efficient ethanol production, a material with low contents of lignin and hemicellulose and high content of cellulose should be selected. To achieve efficient ethanol production, we determined the differences in the contents of lignin, cellulose, and hemicellulose in miscanthus plants, and estimated their typical cellulosic biomass, by different species, collection sites, extraction parts, and harvest time. To facilitate the estimation, the extractive components of raw materials were removed. Among the 3 species studied, Miscanthus sacchariflorus had the lowest average lignin content, and the miscanthus from Seogwipo Andeokmyeon had especially low content of lignin. Further, leaves tended to have more lignin content than stems, and the lignin content decreased after flowering. Among the samples, the Hoengseong Dunnae leaf, before flowering (HDLB) had the highest content of lignin (29.61%), whereas the Inje Bangdongri leaf, after flowering (IBLA) had the lowest content of lignin (6.73%). The cellulose content did not vary distinctly in the species. The miscanthus from India had the highest content of cellulose, and stems had more content of cellulose than leaves. Further, cellulose content tended to decrease after flowering. Illinois stem, after flowering (INSA) had the highest content of cellulose (44.1%), and Iowa stem, after flowering (ISA) had the lowest content of cellulose (23.92%). Finally, the hemicellulose content was the lowest in M. x giganteus, similar to that of M. sinensis. Miscanthus from Iowa had the lowest content of hemicellulose. The hemicellulose content was higher in stems than in leaves, and it generally increased after flowering. Moreover, the content of hemicellulose was found to be the greatest in Seogwipo Soengsaneup stem, after flowering (SSSA, 31.28%), whereas India stem, before flowering (IDSB) had the lowest content of hemicellulose (16.30%).
주제어
#alternative energy bioethanol cellulosic biomass miscanthus
학위논문 정보
저자
장미소
학위수여기관
건국대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
응용생물과학과
지도교수
정일민
발행연도
2012
총페이지
vi, 41 p.
키워드
alternative energy bioethanol cellulosic biomass miscanthus
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