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
- 따라서 본 논문에서는 과일폐기물을 기질로 하여 바이오에탄올을 대량으로 생산할 수 있는 발효 공정의 기초 자료를 마련하고자 에탄올 발효 기질로써 과일폐기물의 이용 가능성 검토, 가수분해 효율을 높이기 위한 물리적, 화학적 전 처리 방법 규명, 산업용 효소에 의한 개별 효소 가수분해 등을 고찰하고자 한다.
- 본 연구에서는 과일폐기물을 에탄올 발효 기질로써의 이용 가능성을 검토하기 위해 산업용 효소에 의한 개별 및 혼합 가수분해를 실시하여 과일 폐기물을 기질로 하는 에탄올 대량 생산을 위한발효 공정의 기초 자료를 마련하고자 하였다. 먼저 수거된 과일폐기물의 간단한 박피 과정과 외과피의 파쇄 과정 후의 성상을 살펴보았고, 산업용 혼합 효소 즉, glucoamylase(Aspergillus niger 유래한 glucoamylase(EC 3.
제안 방법
- 250mL Erlenmeyer플라스크에 파쇄된 각각의 과일폐기물 5g에 증류수 250mL을 가하여 혼합하고 3N NaOH로 pH를 4.5±0.2로 조절한 후 50℃ 진탕배양기 (DSK 512, daeil engineering, korea)에서 200 rpm의 교반 속도로 개별 및 혼합 효소가수분해를 실시하였다.
- 개별 가수분해 실험은 pH 4.5, 50℃, 200rpm으로 3시간 반응시간에서 glucoamylase 및 carbohydrases 첨가에 따른 과일폐기물로부터 생산된 glucose 및 환원당을 비교하였다. 과일폐기물의 복합 효소 가수 분해물에 S.
- 2로 조절한 후 50℃ 진탕배양기 (DSK 512, daeil engineering, korea)에서 200 rpm의 교반 속도로 개별 및 혼합 효소가수분해를 실시하였다. 개별 효소 가수분해는 미리 계산한 효소량을 첨가하여 3시간 동안 실시하였다. 각 개별 효소 실험과 동일한 조건에서 효소를 첨가하지 않은 경우도 함께 실험하여 각각의대조액으로 사용하였다.
- 각 개별 효소 실험과 동일한 조건에서 효소를 첨가하지 않은 경우도 함께 실험하여 각각의대조액으로 사용하였다. 개별 효소 가수분해의 데이터를 근거로 하여 혼합 효소 가수분해를 위한 최적 첨가량으로 선정하여 개별 효소 가수분해와 동일한 조건에서 혼합 효소 가수분해 실험을 실시하였다. 본 실험에서 실시 된 과일폐기물의 전처리 및 효소 가수분해의 모식도 Fig.
- 본 실험에 사용된 에탄올 생산 균주는 동신대학교 친환경농식품산업화센터에서 배양시킨 Saccharomyces cerevisiae COAFI 8111 를 사용하였으며, YPD agar slant에 계대 배양하여 활성을 증가시켰다. 계대 배양한 균을 15mL YPD broth에 식균하여 24시간 30℃에서 정치 배양하여 균주의 활성을 높인 후 각각의 에탄올 발효 실험을 위한 종균으로 사용하였다.
- 과일폐기물의 복합 효소 가수 분해물에 S.cerevisiae를 식종하여 24시간 동안 에탄올 발효를 실시하였다. S.
- 잔류물이 들어 있는 유리 거르개를 무게 다는 병에 넣고 105±3℃로 조절된 항온 건조기에서 4시간가량 건조하고 데시게이터에 넣어 냉각시킨 후 무게를 단다. 다시 항온건조기에서 1시간가량 건조하고 방랭하여 무게를 달아, 연속 2회의 무게의 차가 1mg 이하로 될 때까지 반복하여 잔류물의 무게를 측정하였다. 리그닌L(%)은 다음과 같이 계산하여 소수점 이하 첫째 자리까지 보고하였고, 그 식은 다음과 같다.
- 본 실험에서는 과일폐기물 중의 전분질 성분의 효율적인 가수분해를 위해 glucoamylase를 사용하였다. 또한 과일폐기물 중의 섬유소 성분의 가수 분해를 위해 복합 carbohydrases를 사용하였다. 본 실험에서는 건조 과일폐기물 단위 g당 두 가지 산업용 효소를 각각 첨가하여 개별 가수분해를 실시하였다.
- 따라서 20시간의 전 배양 후 얻어진 균체를 모든 회분식 에탄올 발효 실험을 위한 식종(seed culture)으로 사용하였다. 또한 효모가 첨가된 배, 사과, 감의 외과피를 25℃의 혐기조건에서 배양하여 알코올발효가 발생되도록 하였다.
- 먼저 수거된 과일폐기물의 간단한 박피 과정과 외과피의 파쇄 과정 후의 성상을 살펴보았고, 산업용 혼합 효소 즉, glucoamylase(Aspergillus niger 유래한 glucoamylase(EC 3.2.1.3)) 및 복합 carbohydrases(Aspergillus aculeatus 유래 다중 복합 효소로서 arabanase, cellulase, β-glucanase, hemicellulase, xylanase 등을 포함)를 이용해 과일폐기물로부터 고 농도의 glucose를 생산하기 위해 개별 및 혼합 효소 가수분해를 수행하였다.
- 미리 전기로에서 600℃로 강열하여 항량한 용기에 파쇄한 과일폐기물 2g을 정확히 취하여 heating mental에서 예비 건조를 실시하고 550∼600℃ 전기로에서 회화하여 백색 또는 회백색의 재가 남을 때까지 회화한 후 데시케이트에서 항량하여 다음 계산식에 따라 계산하였다.
- 또한 과일폐기물 중의 섬유소 성분의 가수 분해를 위해 복합 carbohydrases를 사용하였다. 본 실험에서는 건조 과일폐기물 단위 g당 두 가지 산업용 효소를 각각 첨가하여 개별 가수분해를 실시하였다. 대조군과 2 AGU/g-dry 과일폐기물의 glucoamylase의 첨가량에서 50℃, 3시간 효소 반응 후에 환원당(reducing sugar)의 농도 변화 및 생성된 glucose를 Table 2에 나타내었다.
- 시료의 전 처리는 먼저 각각의 과일폐기물(배, 사과, 감)을 외과피와 중과피, 내과피로 분리하였고, 외과피만을 건조 후 파쇄 하여 200mash 채에 걸러 주었다. 전 처리한 과일폐기물의 효소 가수 분해를 위해 Spirizyme® Plus FG와 Viscozyme® L의 두 가지 효소를 개별 및 혼합 효소 가수분해 실험에 사용하였다.
- 실험에 앞서 과일폐기물의 에탄올 발효를 위한 S. cerevisiae 종균의 적절한 식종양을 결정하기 위해 YPD broth 배지를 이용하여 30℃에서 48 시간 정치 배양을 실시하였다. 전 배양 실험 동안 주기적으로 시료를 채취하여 시간 경과에 따른 개체 수가 다르게 나타났다.
- 여과한 시료 적당량에 DNS 시약 2.2mL을 첨가 하여 끓는 물에서 5 분 동안 중탕시켜 발색시킨 후 575nm에서 흡광도를 측정하고, glucose를 표준 시료로 사용하여 동일 조건 하에서 발색시켜 측정한 흡광도와 비교함으로써 유리된 환원당의 양을 측정하였다.
- 전 처리한 과일폐기물의 효소 가수 분해를 위해 Spirizyme® Plus FG와 Viscozyme® L의 두 가지 효소를 개별 및 혼합 효소 가수분해 실험에 사용하였다.
- 시료의 α-셀룰로스 측정법은 한국 산업규격 KSM 7044에 따라 실시하였다. 즉 약 5g의 풍건시킨 시료를 정확히 달아서 300mL의 뚜껑이 덮힌 비커에 넣고, 비커를 전체 높이의 1/2까지 잠기도록 20℃ 항온 물중탕 장치 속에 30분간 방치한 다음 20℃의 17.5% 수산화나트륨 용액 50mL를 피펫(50ml)을 사용하여 시료가 균일하게 습윤 되도록 주가하였다. 주가 개시 후 3분 30초 방치한 후 끝이 평탄한 교반용 유기 유리 막대를 사용하여 5분간 시료를 짓이겨, 시료를 충분히 해리시켜 알칼리 액의 흡수를 균일하게였다.
- 파쇄한 과일폐기물을 105∼110℃에서 4 시간 동안 건조 및 30 분간 항량 한 다음, 전·후 무게차를 구하고 다음 계산식에 따라 계산하였다.
대상 데이터
- S. cerevisiae의 배양을 위해 YPD agar 및 broth(Difco)를 사용하였고, YPD 배지는 yeast extract 2.5g/L, peptone 2.5g/L, glucose 100g/L, MaSO4·7H2O 0.25g/L, K2HPO4 1g/L를 함유한 배지로서 에탄올 발효를 위해 전 배양 및 seed 접종을 위한 기본 배지로 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 에탄올 생산 균주는 동신대학교 친환경농식품산업화센터에서 배양시킨 Saccharomyces cerevisiae COAFI 8111 를 사용하였으며, YPD agar slant에 계대 배양하여 활성을 증가시켰다. 계대 배양한 균을 15mL YPD broth에 식균하여 24시간 30℃에서 정치 배양하여 균주의 활성을 높인 후 각각의 에탄올 발효 실험을 위한 종균으로 사용하였다.
- 또한 가수분해는 바이오매스를 이용한 에탄올 발효에서 가장 핵심 부분이며 비용이 가장 많이 소요되는 부분이라 할 수 있다. 본 실험에서는 과일폐기물 중의 전분질 성분의 효율적인 가수분해를 위해 glucoamylase를 사용하였다. 또한 과일폐기물 중의 섬유소 성분의 가수 분해를 위해 복합 carbohydrases를 사용하였다.
이론/모형
- 과일폐기물의 수분 함량은 폐기물공정시험법에 따라 측정하였다. 파쇄한 과일폐기물을 105∼110℃에서 4 시간 동안 건조 및 30 분간 항량 한 다음, 전·후 무게차를 구하고 다음 계산식에 따라 계산하였다.
- 시료의 α-셀룰로스 측정법은 한국 산업규격 KSM 7044에 따라 실시하였다.
성능/효과
- β-셀룰로오스의 경우 감이 3.52%로 가장 높은 함량을 나타내었고 사과 2.64%, 배 2.52% 로 나타났다.
- (Fig. 6) 반면, 셀룰로오스 함량을 보면 α-셀룰로오스의 경우 배가 4.93%로 가장 높게 나타났으며 감 1.36%, 사과 1.30% 순으로 나타나 리그닌 함량과 반비례하는 것을 확인할 수 있다.
- 5, 50℃, 200rpm으로 3시간 반응시간에서 glucoamylase 및 carbohydrases 첨가에 따른 과일폐기물로부터 생산된 glucose 및 환원당을 비교하였다. 과일폐기물의 복합 효소 가수 분해물에 S. cerevisiae를 식종하여 24시간 동안 에탄올 발효를 실시한 결과 주요 기질인 환원당은 발효 직후 급격히 감소하여 에탄올로 전환되었다. 이러한 결과는 과일폐기물을 에탄올 생산을 위한 우수한 대체 기질로의 활용 가능성을 시사하고 효소 가수분해를 통한 발효 기질 및 에탄올 생산을 위한 우수한 바이오매스로 판명되었다.
- 5에 나타내었다. 수분함량은 배가 85.3%로 가장 높게 나타났으며, 사과 83.5%, 감 77.7% 순으로 나타나 각각의 과일폐기물의 수분함량은 통계적으로 유의한 차이를 보였다.(F=3.
- cerevisiae를 식종하여 24시간 동안 에탄올 발효를 실시한 결과 주요 기질인 환원당은 발효 직후 급격히 감소하여 에탄올로 전환되었다. 이러한 결과는 과일폐기물을 에탄올 생산을 위한 우수한 대체 기질로의 활용 가능성을 시사하고 효소 가수분해를 통한 발효 기질 및 에탄올 생산을 위한 우수한 바이오매스로 판명되었다. 또한 과일폐기물의 가수분해 조건, 발효조건 및 과일폐기물 에탄올 발효에 대한 결과들은 과일폐기물을 포함한 유기성 폐자원을 발효 기질로 이용하고자 하는 다양한 생물 공정을 위한 과학적 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
- 헤미셀룰로오스는 베타셀룰로오스와 감마셀룰로오스의 합(%)으로 산정할 수 있는데, 사과가 99.22%로 가장 높은 비율을 차지하고 있고, 감 98.70%, 배 90.06%로 나타나 사과와 감의 헤미셀룰로오스 함량은 차이가 없었으며, 배는 사과와 감에 비해 낮은 헤미셀룰로오스 함량을 가지고 있다.
- 효소가수분해 전 리그닌 함량은 감이 21.8%로 가장 높게 나타났으며 배 14.8%, 사과 6.4%, 순으로 나타났다.(Fig.
후속연구
- 이러한 결과는 과일폐기물을 에탄올 생산을 위한 우수한 대체 기질로의 활용 가능성을 시사하고 효소 가수분해를 통한 발효 기질 및 에탄올 생산을 위한 우수한 바이오매스로 판명되었다. 또한 과일폐기물의 가수분해 조건, 발효조건 및 과일폐기물 에탄올 발효에 대한 결과들은 과일폐기물을 포함한 유기성 폐자원을 발효 기질로 이용하고자 하는 다양한 생물 공정을 위한 과학적 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.