선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나 아직까지 각 바이오매스의 일반성분 중 어떠한 성분이 에탄올 생산량에 영향을 주는지에 대한 연구는 아직까지 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 일반적으로 널리 알려진 전분 함량 외에 작물의 일반성분인 수분, 단백질, 조지방, 조섬유, 회분 등의 함량을 분석하고 이러한 일반성분들의 함량이 바이오에탄올 생산에 어떠한 영향을 미치는지를 조사하였다. 이러한 연구결과는 바이오 에탄올을 생산하기 위한 에너지 작물들의 육종 방향을 제시해 주는데 유용할 것이다.
- 쌀보리 3품종을 이용하여 일반성분 함량이 에탄올 생산에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 쌀보리의 전분 함량은 새쌀보리가 69.
- 전분 함량에 차이가 있는 현미 3품종을 이용하여 일반성분 함량이 에탄올 생산에 미치는 영향에 대하여 알아보았다. 현미 3품종의 전분 함량은 화성벼가 72.
제안 방법
- 4배 희석한 분해액 20 ml를 Semimicro Kjeldahl 증류장치로 증류하였다. 0.1 N H2SO4에 포집된 총질소량을 0.1 N NaOH로 적정하여 소비된 ml 수를 공시험액과의 차이로써 측정하였다(AOAC, 1990).
- Lesaffre, Marcq France)를 넣어 4일간 배양 후 에탄올 생산량을 증류법에 의하여 측정하였다(AOAC, 1990). 발효 후 생산된 에탄올량(%, v/v)으로부터 기질 1톤당 에탄올 생산량(리터, 99.5% 에탄올)의 에탄올 생산수율(l/Ton)을 계산하였다.
- 수분 함량 분석을 위해 각 분쇄한 원료 2 g을 칭량하여 105℃에서 24시간 동안 건조하여 증발된 수분량을 측정하였다(AOAC, 1990).
- 조섬유 함량 분석은 수회 탈지한 시료 2 g을 삼각플라스크에 옮긴 후 1.25% H2SO4와 1.25% NaOH을 이용하여 분해하고 남은 시료를 작열 회화한 후 잔류한 무게를 측정하여 조섬유 함량을 측정하였다(AOAC, 1990).
- 조지방 함량 분석을 위해 각 분쇄한 원료 2 g을 에테르로 추출하여 조지방을 포함하고 있는 용기를 건조하여 무게를 측정하였다(AOAC, 1990).
- 냉각 후 28%(w/v) NaOH로 중화시켰다(Hsu, 1996). 중화된 시료를 적당 배율로 희석한 후 3, 5-dinitrosalicylic acid(Sigma, USA)로 환원당을 측정하여(Miller, 1959) 전분함량으로 환산하였다.
- 현미, 쌀보리, 옥수수, 고구마작물의 전분 함량과 일반성분 함량분석이 에탄올 생산에 미치는 영향을 조사하였다.
- 회분 함량 분석은 회화용기에 분쇄한 각 원료 2 g를 넣어 전기로 700℃에서 작열 회화한 후 잔류한 회분의 무게를 측정하였다(AOAC, 1990).
대상 데이터
- 화성벼, 화선찰벼, 다산벼의 종자 현미 3품종과, 새쌀보리, 호반찰쌀보리, 청호쌀보리 등 쌀보리 3품종의 조곡, 그리고 청안옥, 강다옥, 광평옥, 장다옥 등 옥수수 4품종의 종실, 또한 증미, 바이오미, 건미 등 고구마 3품종의 괴근을 이용하였다. 이들은 모두 농촌진흥청 작물과학원소속의 연구원들로부터 제공받았다.
데이터처리
- 원료 작물의 각 성분분석 및 에탄올 발효 측정은 3반복하였으며, 각 결과를 종합하여 각 성분과 에탄올 생산량과의 관계를 SAS 프로그램을 통하여 회귀분석하였다.
이론/모형
- 1 g와 증류수 100 ml를 혼합하여 10%(v/v) Termanyl 120 L(Novozyme, Denmark) 액화효소를 200 μl 첨가하여 90℃에서 1시간 액화시키고, 다시 95℃에서 1시간 더 액화한 후, 60℃에서 Aspergillus sp. 유래의 복합당화효소(4,500 SP) 0.194 g을 첨가하여 1시간 당화과정 처리 후, 32℃에서 활성건조효모 1.7 g(Saf-instant, S. I. Lesaffre, Marcq France)를 넣어 4일간 배양 후 에탄올 생산량을 증류법에 의하여 측정하였다(AOAC, 1990). 발효 후 생산된 에탄올량(%, v/v)으로부터 기질 1톤당 에탄올 생산량(리터, 99.
성능/효과
- 1. 단순 회귀분석 결과에 의해서 각 원료에서 전분 함량이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났는데, 전분 함량이 높을수록 에탄올 생산이 증가하였다.
- 2. 쌀보리의 경우 단백질 함량이 낮을수록 에탄올 생산이 많이 되는 것으로 나타났으며, 특이하게도 조섬유의 경우는 단백질 함량과 반대로 조섬유 함량이 높을수록 에탄올 생산이 높았다.
- 3. 현미의 경우, 회분 함량이 높을수록 에탄올 생산이 낮게 나타났다.
- 4. 고구마의 경우, 수분 함량이 다른 원료에 비하여 상대적으로 뚜렷이 높았으며, 수분 함량이 높을수록 에탄올 생산량은 낮아지는 것으로 분석되었다.
- 5. 건조 전 작물 중량을 기준으로 할 때 가장 높은 에탄올 생산수율은 현미에서 나타났고, 이중에서도 다산 현미가 439.3 liter/ton으로 가장 높았고, 그 다음 옥수수 그리고 보리의 순이었으며, 수분함량이 높은 고구마의 경우 전분함량이 상대적으로 낮아 에탄올 생산량이 낮게 분석되었다.
- 6. 건조 후 작물 중량 기준 시에는 건미 고구마가 530.6 l/ton으로 가장 높았고, 그 다음이 다산 현미 등의 현미, 정미 및 바이오미의 고구마, 옥수수, 보리의 순이었다.
- 7. 단위면적당 에탄올 생산량 성적을 살펴보면 현미가 평균 2560.0 l/ha, 쌀보리가 평균 1523.6 l/ha, 옥수수가 평균 2992.3 l/ha, 고구마가 평균 4169.1 l/ha로 나타났으며, 이중에서 건미 고구마가 5115.7 l/ha로 가장 높은 단위면적당 에탄올 생산량을 보였다.
- 원료대비 에탄올 생산수율은 Table 10에 나타내었다. 건조 전 중량을 기준(wet weight base)으로 할 때는 가장 높은 생산수율은 현미에서 나타났고, 이중에서도 다산 현미가 439.3 l/ton으로 가장 높았고, 그 다음 옥수수 그리고 보리의 순이었으며, 수분함량이 높은 고구마의 경우 전분함량이 상대적으로 낮아 에탄올 생산량이 낮게 분석되었다. 그러나 건조 후 중량 기준(dry weight base) 시에는 건미 고구마가 530.
- 쌀보리의 경우 단백질 함량이 낮을수록 에탄올 생산이 많이 되는 것으로 나타났으며, 특이하게도 조섬유의 경우는 조단백질 함량과 반대로 조섬유 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 많았다. 고구마의 경우, 수분 함량이 다른 원료에 비하여 상대적으로 높았으며, 수분 함량이 높을수록 에탄올 생산량은 줄어드는 것으로 분석되었다.
- 고구마의 전분 함량은 증미가 28.3±0.5%, 바이오미가 21.7±0.9%, 건미가 25.1±0.6%이었고, 일반성분 함량 중 수분 함량은 증미가 63.9±0.3%, 바이오미가 72.5±0.5%, 건미가 71.1±0.8%를 나타내었다(Table 7).
- 조단백질의 경우는 음의 값으로 표준화회귀계수가 크다는 것을 알 수 있는데 이는 조단백질 함량이 많을수록 상대적으로 에탄올 생산량은 감소하는 형태를 나타내는 것이다(Table 4). 또한 전분과 조단백질 외에도 조섬유가 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 4). 표준화회귀계수의 크기에 의하면, 조섬유와 전분, 조단백질의 표준화회귀계수 값(절대값)이 각각 0.
- 전분 함량이 에탄올 생산에 미치는 영향은 현미, 쌀보리, 옥수수, 고구마의 모두의 경우 전분 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 높아졌다. 또한 현미의 경우, 회분 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 감소하는 것으로 분석되었다. 쌀보리의 경우 단백질 함량이 낮을수록 에탄올 생산이 많이 되는 것으로 나타났으며, 특이하게도 조섬유의 경우는 조단백질 함량과 반대로 조섬유 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 많았다.
- 또한 현미의 경우, 회분 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 감소하는 것으로 분석되었다. 쌀보리의 경우 단백질 함량이 낮을수록 에탄올 생산이 많이 되는 것으로 나타났으며, 특이하게도 조섬유의 경우는 조단백질 함량과 반대로 조섬유 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 많았다. 고구마의 경우, 수분 함량이 다른 원료에 비하여 상대적으로 높았으며, 수분 함량이 높을수록 에탄올 생산량은 줄어드는 것으로 분석되었다.
- 쌀보리의 전분 함량은 새쌀보리가 69.5±0.7%, 호반찰쌀보리가 68.7±0.2%, 청호쌀보리가 71.4±1.2%로 전분함량의 차이를 나타내었다(Table 3).
- 2%로 전분함량의 차이를 나타내었다(Table 3). 에탄올 발효 결과, 전분 함량이 높은 청호쌀보리가 에탄올 생산량도 많은 것으로 나타났다. 이를 통하여 현미와 마찬가지로 쌀보리 경우도 에탄올 발효에 전분 함량이 영향을 주는 것으로 판단된다(Table 4).
- 통계처리 결과 에탄올 생산에 유의적 영향을 미치는 각 작물의 성분을 종합적으로 Table 9에 나타내었다. 여기에서 보면 모든 원료에서 전분 함량이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다. 전분 함량이 에탄올 생산에 미치는 영향은 현미, 쌀보리, 옥수수, 고구마의 모두의 경우 전분 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 높아졌다.
- 옥수수의 경우, 전분 함량 분석 결과 청안옥이 67.6±0.8%, 강다옥이 69.4±1.7%, 광평옥이 69.4±1.8%, 장다옥이 68.2± 1.5%로 각 품종 간에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다 (Table 5).
- 8%를 나타내었다(Table 7). 이 결과를 토대로 SAS 프로그램으로 단순 회귀분석을 한 결과, 유의수준 10% 하에서, 고구마의 경우 전분과 수분이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 8). 표준화 회귀계수의 크기에 의하면, 전분과 수분의 표준화회귀계수 값(절대값)이 각각 0.
- 5%로 각 품종 간에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다 (Table 5). 이 결과를 토대로 단순 회귀분석결과, 유의수준 10% 하에서, 옥수수의 경우 전분만이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 6). 표준화회귀 계수의 크기에 의하면, 전분의 표준화회귀계수 값(절대값)이 0.
- 전반적으로 본 실험에 사용된 작물들에서 모두 전분량이 높을 경우 높은 에탄올 생산량을 나타냈다. 또한 수분이 63.
- 여기에서 보면 모든 원료에서 전분 함량이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다. 전분 함량이 에탄올 생산에 미치는 영향은 현미, 쌀보리, 옥수수, 고구마의 모두의 경우 전분 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 높아졌다. 또한 현미의 경우, 회분 함량이 높을수록 에탄올 생산량이 감소하는 것으로 분석되었다.
- 이 결과를 토대로 SAS 프로그램으로 단순 회귀분석을 한 결과, 유의수준 10% 하에서, 고구마의 경우 전분과 수분이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 8). 표준화 회귀계수의 크기에 의하면, 전분과 수분의 표준화회귀계수 값(절대값)이 각각 0.64547과 0.62408로 다른 변수에 비해 크다는 것을 알 수 있는데, 이로써 전분이 에탄올 생산량 증진에 중요한 역할을 하는 변수임을 알 수 있었다. 또한 수분의 경우, 음의 값으로 표준화회귀계수가 크다는 것을 알 수 있는데 이는 수분 함량이 많을수록, 상대적으로 에탄올 생산량은 감소되는 형태를 나타내는 것이다.
- 이 결과를 토대로 단순 회귀분석결과, 유의수준 10% 하에서, 옥수수의 경우 전분만이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 6). 표준화회귀 계수의 크기에 의하면, 전분의 표준화회귀계수 값(절대값)이 0.52852로 다른 변수에 비해 큼을 알 수 있는데, 이로써 전분이 에탄올 양의 생산에 가장 중요한 역할을 하는 변수임을 알 수 있었다. Wu 등(2006)도 옥수수로부터 에탄올 생산연구를 통하여 전분 중 특히 amylose가 에탄올 생산량에 영향을 끼쳤으며, 조단백질과 조섬유는 에탄올 생산효율에 영향을 끼치지 않았다고 보고 하였다.
- 현미의 전분 및 일반성분 함량분석을 토대로 SAS 프로그램을 통해 단순 회귀분석을 한 결과, 유의수준 10% 하에서 전분함량이 에탄올 생산에 영향을 주는 것으로 나타났고, 전분 외에도 회분이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 2). 표준화회귀계수(standardized estimate)의 크기에 의하면, 회분과 전분의 표준화 회귀계수 값(절대값)이 0.66344와 0.59995로 다른 변수에 비해 큼을 알 수 있는데, 표준화회귀계수가 통계적으로 유의한 변수들 중에서 종속변수인 에탄올 생산량에 영향을 미치는 주요한 변수의 순서를 나타낸다고 할 때, 본 자료에서는 회분이 전분에 비하여 에탄올 생산량 변화에 있어서 조금 더 큰 영향을 주는 변수임을 알 수 있다. 또한 회분의 경우, 음의 값으로 표준화회귀계수가 큼을 알 수 있는데 이는 회분 함량이 많을수록 상대적으로 에탄올 생산량은 감소한다는 것을 의미한다.
- 또한 전분과 조단백질 외에도 조섬유가 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 4). 표준화회귀계수의 크기에 의하면, 조섬유와 전분, 조단백질의 표준화회귀계수 값(절대값)이 각각 0.86164와 0.79850, 0.78811로 다른 변수에 비해 큼을 알 수 있는데, 여기에서 조섬유가 전분, 조단백질에 비하여 에탄올 생산량 증진에 조금 더 큰 영향을 주는 변수임을 알 수 있었다.
- 따라서 에탄올 생산수율에 있어서 전분함량, 수분함량 등이 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다. 한편 단위면적당 에탄올 생산량 성적을 살펴보면 현미가 평균 2560.0 l/ha, 쌀보리가 평균 1523.6 l/ha, 옥수수가 평균 2992.3 l/ha, 고구마가 평균 4169.1 l/ha로 나타났으며, 이 중에서 건미 고구마가 5115.7 l/ha로 가장 높은 단위면적당 에탄올 생산량을 보였다.
- 현미 3품종의 전분 함량은 화성벼가 72.2±2.1%, 화선찰벼가 71.3±0.4%, 그리고 다산벼가 70.1±0.4%로 측정되었다(Table 1).
- 4%로 측정되었다(Table 1). 현미의 전분 및 일반성분 함량분석을 토대로 SAS 프로그램을 통해 단순 회귀분석을 한 결과, 유의수준 10% 하에서 전분함량이 에탄올 생산에 영향을 주는 것으로 나타났고, 전분 외에도 회분이 에탄올 생산량에 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 2). 표준화회귀계수(standardized estimate)의 크기에 의하면, 회분과 전분의 표준화 회귀계수 값(절대값)이 0.
후속연구
- 낮은 전분과 높은 수분함량의 곡물로부터는 높은 에탄올 생산수율을 얻을 수 없다. 따라서 에탄올 생산용 작물을 육종하기위해서는, 사람이나 동물의 영양섭취를 위해 사용되는 곡류를 위해서 전통적으로 단백질 양이 증가된 작물을 선택하기보다는, 전분량을 늘리는 방향으로 육종을 하여야 할 것이다. 예를 들면 높은 수분량(14%)과 낮은 전분량(67%)으로부터 365 l/ton의 에탄올이 생산되지만, 최근에는 12% 수분과 71% 전분으로부터 400 l/ton의 생산이 옥수수로부터 가능하게 되었다(Ingledew, 2005).
- 본 연구에서는 일반적으로 널리 알려진 전분 함량 외에 작물의 일반성분인 수분, 단백질, 조지방, 조섬유, 회분 등의 함량을 분석하고 이러한 일반성분들의 함량이 바이오에탄올 생산에 어떠한 영향을 미치는지를 조사하였다. 이러한 연구결과는 바이오 에탄올을 생산하기 위한 에너지 작물들의 육종 방향을 제시해 주는데 유용할 것이다.
- 6%(Table 1, 3, 5)인 다른 곡물보다 월등히 많은 고구마의 경우 수분함량이 크게 에탄올 생산량을 감소시켰는데, 이는 많은 수분량을 가진 고구마는 결국 적은 전분량을 가지는 것에 기인하는 것으로 사료된다. 전분과 수분량을 제외한 그 외의 조단백질, 조섬유, 회분량과 에탄올 생산량의 관계에 대한 원인 규명은 더 연구가 필요하다.
- 지금까지는 작물의 품종개발이나 생산량 증가 등의 목적이 식량자원으로서의 기능에 초점을 맞추어 연구가 진행되어 왔지만, 앞으로의 연구방향은 바이오에너지 원료로서의 작물에 초점을 맞춘 품질이나 생산량 등에 관한 연구가 진행되어야 할 것으로 보인다(김광수 등, 2007). 한편, 현재까지 바이오에탄올 공업적 생산 연구는 적은 양의 바이오매스를 이용하여 최대한의 바이오에너지를 생산하기 위한 발효균주와 공정 개발 연구에 주로 집중되어 왔다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.