Ulva pertusa is one of the worst pollutant like a waste vinyl after agriculture and caused bad smell at seashore in Jejudo and south area of korean peninsular. For favorable environmental utilization of Ulva pertusa, it could be applied for ethanol production with its acid hydrolysate. The component...
Ulva pertusa is one of the worst pollutant like a waste vinyl after agriculture and caused bad smell at seashore in Jejudo and south area of korean peninsular. For favorable environmental utilization of Ulva pertusa, it could be applied for ethanol production with its acid hydrolysate. The components of hydrolysate included fermentable sugar of glucose, xylose, mannose, galactose, and higher amounts of unfermentable rhamnose. Fermentable sugars were converted to ethanol with S. cerevisiae, also xylose to ethanol with P. stipitis, their maximun ethanol production at optimum conditions were 462 ${\mu}g$/mL and 475 ${\mu}g$/mL, respectively. While, rhamnose cannot be changed to ethanol with S. cerevisiae or P. stipitis, alone. Combination of S. cerevisiae and P. stipitis can convert rhamnose to ethanol, because P.stipitis degradaded rhamnose to pyruvate, and then S. cerevisiae convert to ethanol, at optimum conditions, ethanol reached to 782 ${\mu}g$/mL (30.24%) that is higher than that of 2 strain alone from 500 mg of dried Ulva pertusa contained 2586.45 ${\mu}g$/mL of reduced sugars. Ulva pertusa can be utilized for renewal energy insted of environmenatal enemy.
Ulva pertusa is one of the worst pollutant like a waste vinyl after agriculture and caused bad smell at seashore in Jejudo and south area of korean peninsular. For favorable environmental utilization of Ulva pertusa, it could be applied for ethanol production with its acid hydrolysate. The components of hydrolysate included fermentable sugar of glucose, xylose, mannose, galactose, and higher amounts of unfermentable rhamnose. Fermentable sugars were converted to ethanol with S. cerevisiae, also xylose to ethanol with P. stipitis, their maximun ethanol production at optimum conditions were 462 ${\mu}g$/mL and 475 ${\mu}g$/mL, respectively. While, rhamnose cannot be changed to ethanol with S. cerevisiae or P. stipitis, alone. Combination of S. cerevisiae and P. stipitis can convert rhamnose to ethanol, because P.stipitis degradaded rhamnose to pyruvate, and then S. cerevisiae convert to ethanol, at optimum conditions, ethanol reached to 782 ${\mu}g$/mL (30.24%) that is higher than that of 2 strain alone from 500 mg of dried Ulva pertusa contained 2586.45 ${\mu}g$/mL of reduced sugars. Ulva pertusa can be utilized for renewal energy insted of environmenatal enemy.
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문제 정의
하지만 이렇게 많이 생겨나는 구멍갈파래의 다른 방향으로도 이용 가능 할 수 있다면 더욱 그 응용도를 높일 수 있으며, 그 처리에도 한가지 방향이 될 수 있을 것이다. 본 연구자는 제주연안 뿐만 아니라 많은 지방에서 처리에 문제가 많은 구멍갈파래를 이용하여 새로운 바이오매스로써 활용하여 바이오에탄올 생산하여 에너지 대체부분에 도움이 되고자 한다. 특히 해조류의 바이오매스로서의 중요성은 목질계의 바이오매스보다 분해하기가 쉽고, 리그닌을 제거하는 작업이 필요 없으며, 조직이 유연하고, 굳이 산림을 훼손하지 않아도 되는 다양한 장점을 가지고 있다.
해변, 바닷가에 악취를 풍기며 오염의 원인이 되는 해조률인 구멍갈파래를 긍정적으로 이용하기 위하여 바이오에탄올을 생산하고자 하였다. 구멍갈파래는 H2SO4를 이용하여 농도별로 가수분해 시켰을 때, glucose, galactose, mannose등의 hexose와 xylose, 그리고 많은 량의 rahmnose를 함유하고 있었으며, 이로부터 에탄올 생산을 위하여 S.
제안 방법
HPLC의 구성은 Shimadzu LC-20AD pump, CTO-20AC oven, Sil-20AC auto-sampler, RF-10Axl fluorescence detector, CBM-20A system controller, CRB-6A reaction box LC Workstation software (Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하였다. 환원당 분리는 ion exchange Shim-pack ISA-07 (4.
injection volumn은 20 μL 주입하며 post-column 방법을 이용하여 1% arginine과 3% boric acid 혼합용액을 반응시약으로 하여 150℃ reaction box에서 환원당을 유도체화 한 후 형광 검출기 (Ex = 320, Em = 430)를 사용하여 분석하였다.
가수분해 시 사용한 H2SO4의 농도에 따라 제조된 시료를 기질로 하여 S. cerevisiae, P. stipitis, 그리고 S. cerevisiae 및 P. stipitis의 혼합균주를 사용하여 발효시켰을 때 균주의 성장과 생산된 alcohol의 profile을 Fig. 1에 나타내었다.
다양한 농도 (0.125, 0.25, 0.5, 1, 5%)의 alcohol을 liquid cells에 넣고 퓨리에 변환 적외선 분광광도계 스펙트럼 (Vertex 70, BRUKER, German)으로 4,000~500 cm-1 범위를 16번 scans하여 농도를 검량 후 동일 방법으로 시료 측정하였다.
구멍갈파래는 제주도 서귀포 휘닉스아일랜드 근처에서 채집하였으며 건조 후 분쇄하여 사용하였다. 시료 500 mg을 정량하여 0, 2, 5, 10, 20, 36, 50 및 72%의 H2SO4를 각각 5 mL 첨가하여, 30℃에서 1시간 동안 반응시킨 후, 증류수 14 mL를 첨가하고, 105℃에서 2시간 가수분해 시킨 후 10,000xg에서 10분간 원심분리하고 NaOH로 중화시켜 시료로 사용하였다.
에탄올의 생산은 구멍 갈파래의 가수분해 조건에 따라 시료 200 mL을 500 mL 플라스크에 넣은 것 3종류로 준비하고, 여기에 전 배양한 효모 (A600 = 0.2) 즉, S. cerevisiae (Sc), P. stipitis (Ps) [1,2] 및 이 두 종류의 효모를 혼합한 것 ((Sc) + (Ps))을 각각 10 mL을 접종하였고, 혼합균주는 S. cerevisiae (S.c) 및 P. stipitis (P.s)를 각각 5 mL씩 접종한 후 혐기적 조건에서 발효시켰으며, 5시간 간격으로 sampling하여 분석하였다.
0 mm)을 사용하였다. 이동상은 A용액으로 potassium borate (pH 8)과 B용액으로 potassium borate (pH 9)를 사용하였는데 B용매를 0분에서 0%으로 시작하여 30분에 50%으로 증가시키고 50분에 100%으로 증가하여 15분간 100%으로 유지하다가 65분 이후에 0%으로 감소하여 총 90분의 분석 시간으로 하였다. injection volumn은 20 μL 주입하며 post-column 방법을 이용하여 1% arginine과 3% boric acid 혼합용액을 반응시약으로 하여 150℃ reaction box에서 환원당을 유도체화 한 후 형광 검출기 (Ex = 320, Em = 430)를 사용하여 분석하였다.
injection volumn은 20 μL 주입하며 post-column 방법을 이용하여 1% arginine과 3% boric acid 혼합용액을 반응시약으로 하여 150℃ reaction box에서 환원당을 유도체화 한 후 형광 검출기 (Ex = 320, Em = 430)를 사용하여 분석하였다. 환원당 표준물질을 탈 이온화 증류수에 용해시켜 0.1-400 ppm 범위의 표준용액을 조제하여 분석하였고 peak area로부터 검량선을 작성하여 정량하였다.
대상 데이터
구멍갈파래는 제주도 서귀포 휘닉스아일랜드 근처에서 채집하였으며 건조 후 분쇄하여 사용하였다. 시료 500 mg을 정량하여 0, 2, 5, 10, 20, 36, 50 및 72%의 H2SO4를 각각 5 mL 첨가하여, 30℃에서 1시간 동안 반응시킨 후, 증류수 14 mL를 첨가하고, 105℃에서 2시간 가수분해 시킨 후 10,000xg에서 10분간 원심분리하고 NaOH로 중화시켜 시료로 사용하였다.
성능/효과
500 mg의 건조시킨 구멍갈파래로부터 2586.46 μg/mL의 환원당을 추출할 수 있었고, 이로부터 782 μg/mL을 생산하여 30.24%의 수율을 보여 환경의 적이라는 이미지로부터 바이오에너지 자원으로서의 가능성을 보였다.
의 농도가 증가할수록 환원당의 합은 증가되는 것으로 보아 가수분해에 의하여 구성다잉 환원당으로 증가되는 것으로 보인다. Man, Gal, Xyl, Glc 및 Rhm 등의 환원당 등은 산의 농도가 50%까지 증가할수록 그 량이 증가되는 것으로 타나났으며, 72%로 H2SO4의 농도가 증가 될 때는 다른 성분은 감소됨을 보였으나, Glc만 증가하는 경향을 보였다.
그리고 혼합 균주에서 생산율이 높게 나타났는데 이는 각 균주 별로 affinity가 높은 기질들이 따로 존재하는 것에 기인되는 것으로 사료된다 [27]. 따라서 해변가에서 환경적으로 피해를 입히고 있는 구멍갈파래를 친환경적인 에너지원으로서의 사용 가능성이 높음을 확인할 수 있었다.
전반적으로 가수분해를 위한 H2SO4의 농도가 높아질수록 에탄올의 생산율이 높아지는 것을 볼 수 있었으며, 이것은 환원당의 량이 증가되는 것과 관련이 있는 것으로 판단된다 (Table 4).
후속연구
cerevisiae에 의하여 ethanol로 전환되는 pathway 및 관여 효소를 볼 수 있다 [4]. 구멍갈파래에서 이 3가지 종류의 hexose를 함유하고 있어 알콜 발효에 이용할 수 있으며 bioalcohol의 원료가 될 수 있을 것으로 본다.
cerevisiae에 의하여 에탄올을 생산 가능하다. 따라서 천연에 많이 존재하는 rhamnose는 S. cerevisiae와 P. stipitis를 동시에 사용하면 rhamnose의 알콜 전환을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
도내에선 제주시 구좌읍 종달리, 서귀포시 성산읍 신양리, 휘닉스아릴랜드 등 연안에 대량 번식한 구멍갈파래가 다행히 최근에는 제주해양수산자원연구소가 구멍갈파래를 이용하여 전복의 사료를 개발하였다고 하니 구멍갈파래의 처리에 한시름 놓은 것 같기도 하다. 하지만 이렇게 많이 생겨나는 구멍갈파래의 다른 방향으로도 이용 가능 할 수 있다면 더욱 그 응용도를 높일 수 있으며, 그 처리에도 한가지 방향이 될 수 있을 것이다. 본 연구자는 제주연안 뿐만 아니라 많은 지방에서 처리에 문제가 많은 구멍갈파래를 이용하여 새로운 바이오매스로써 활용하여 바이오에탄올 생산하여 에너지 대체부분에 도움이 되고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
녹색성장의 핵심은 무엇인가?
녹색성장의 핵심은 화석연료를 대체할 수 있는 대체에너지를 개발하는 것이라 할 수 있다. 따라서 새로운 신재생에너지원으로 각광을 받고 있는 것이 바이오에너지이다.
바이오에너지원에는 무엇이 있는가?
따라서 새로운 신재생에너지원으로 각광을 받고 있는 것이 바이오에너지이다. 바이오에너지원으로는 곡물, 목질계, 부산물 및 해조류 등이 있다. 그러나 곡물을 이용한 에너지 생산은 식량문제와 우리나라의 토지 이용의 한계로 인하여 크게 제약받고 있다.
구멍갈파래가 제주 바닷가를 점령하는 여름철 불청객인 이유는 무엇인가?
한편, 해조류인 구멍갈파래 (Ulva pertusa)는 제주 바닷가를 점령하는 여름철 불청객이다. 한 해 2천 ton 이상이 생겨나는데 특히 여름철에는 해안을 온통 뒤덮어 해수욕장 등 해안 경관을 망칠뿐더러 악취마저 심하게 풍겨 눈살을 찌푸리게 한다. 도내에선 제주시 구좌읍 종달리, 서귀포시 성산읍 신양리, 휘닉스아릴랜드 등 연안에 대량 번식한 구멍갈파래가 다행히 최근에는 제주해양수산자원연구소가 구멍갈파래를 이용하여 전복의 사료를 개발하였다고 하니 구멍갈파래의 처리에 한시름 놓은 것 같기도 하다.
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