고속 압출 전처리 공정을 이용한 Chlorella sp. 당화 및 바이오에탄올 생산 Saccharification and Ethanol Production from Chlorella sp. Through High Speed Extrusion Pretreatment원문보기
Among various pretreatment processes for bioethanol production, extrusion pretreatment, one of cheap and simple process was investigated to efficiently produce fermentable sugars from micro alga, Chlorella sp. The biomass was pretreated in a single screw extruder at five different barrel temperature...
Among various pretreatment processes for bioethanol production, extrusion pretreatment, one of cheap and simple process was investigated to efficiently produce fermentable sugars from micro alga, Chlorella sp. The biomass was pretreated in a single screw extruder at five different barrel temperatures of 45, 50, 55, 60 and $65^{\circ}C$, respectively with five screw rotation speed of 10, 50, 100, 150 and 200 rpm. The pretreated biomass was reacted with two different hydrolyzing enzymes of cellulase and amyloglucosidase since the biomass contained different types of carbohydrates, compared to cellulose of agricultural by-products such wheat and corn stovers, etc. In general, higher glucose conversion yield was obtained as 13.24 (%, w/w) at $55^{\circ}C$ of barrel temperature and 100 rpm of screw speed conditions. In treating 5 FPU/glucan of cellulase and 150 Unit/mL of amyloglucosidase, ca. 64% of cellulose and 40% of polysaccharides in the micro alga were converted into glucose, which was higher yields than those from other reported data without applying an extrusion process. 84% of the fermentable sugars obtained from the hyrolyzing processes were fermented into ethanol in considering 50% of theoretical maximum fermentation yield of the yeast. These results implied that high speed extrusion could be suitable as a pretreatment process for the production of bioethanol from Chlorella sp.
Among various pretreatment processes for bioethanol production, extrusion pretreatment, one of cheap and simple process was investigated to efficiently produce fermentable sugars from micro alga, Chlorella sp. The biomass was pretreated in a single screw extruder at five different barrel temperatures of 45, 50, 55, 60 and $65^{\circ}C$, respectively with five screw rotation speed of 10, 50, 100, 150 and 200 rpm. The pretreated biomass was reacted with two different hydrolyzing enzymes of cellulase and amyloglucosidase since the biomass contained different types of carbohydrates, compared to cellulose of agricultural by-products such wheat and corn stovers, etc. In general, higher glucose conversion yield was obtained as 13.24 (%, w/w) at $55^{\circ}C$ of barrel temperature and 100 rpm of screw speed conditions. In treating 5 FPU/glucan of cellulase and 150 Unit/mL of amyloglucosidase, ca. 64% of cellulose and 40% of polysaccharides in the micro alga were converted into glucose, which was higher yields than those from other reported data without applying an extrusion process. 84% of the fermentable sugars obtained from the hyrolyzing processes were fermented into ethanol in considering 50% of theoretical maximum fermentation yield of the yeast. These results implied that high speed extrusion could be suitable as a pretreatment process for the production of bioethanol from Chlorella sp.
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문제 정의
의 잔유물을 이용하여 효소의 역가별로 효소 당화도를 측정하였다. 세포벽을 구성하는 주성분인 셀룰로오스는 cellulase 효소를 이용하여 단당류인 글루코오스로의 전환이 가능하며, 세포내 저장 다당류인 전분은 amyloglucosidase를 이용하여 글로코오스로의 전환이 가능하므로, 본 연구에서 이 효소들을 처리하였을 경우의 결과는 다음과 같다. Chlorella sp.
따라서, Chlorella sp.의 혼합 다중층으로 구성된 단단한 세포벽을 구성하는 셀룰로오스와 세포내에 저장된 다당류인 전분을 단당류로의 전환하는 공정에서 세포내로 물의 출입이 용이해져 세포내에 존재하는 당화성분들의 용출이 빠른 시간에 가능하며, 낮은 에너지의 소비량과 더불어 오직 물만을 사용하는 전처리 공정을 적용하여 추출 효율을 증진시킬 수 있는 고속 압출 전처리 공정을 적용한 바이오 에탄올 생산에 관한 연구를 실시하였다 [25,26].
제안 방법
배양액의 에탄올 함량 측정을 위해 Gas chromatography (HP-5890, Agilant, USA)를 이용하여 분석하였다. Flame Ionization Detector (FID)를 이용하여 오븐온도를 150℃, injector와 FID 온도는 250℃로 조절하였다. N2를 carrier gas로 이용하였으며 50 mL/min 속도로 조절하여 컬럼은 INNOWax column (30 m × 0.
가수분해물의 에탄올 생산성 검증을 위하여 500 mL 플라스크에서 발효실험을 실시하였다. 종균은 Saccharomyces cerevisiae (ATCC, 24858)을 사용하였고, YPD (yeast extract 1%, peptone 2%, glucose 2%) 배지를 이용해 shaking incubator (30℃, 150 rpm)에서 48시간 동안 배양하였다.
시료 10 g을 사용하여 가수분해를 실시하였으며, 배럴 온도는 45, 50, 55, 60, 65℃로 조절하였다. 강한 회전력에 의해 시료를 파쇄하는 스크루의 회전속도는 10, 50, 100, 150, 200 rpm으로 설정하여 고속압출기의 각 공정 변수에 따른 전처리 공정을 실시하였다.
건조된 잔유물을 55℃에서 150 rpm으로 sodium acetate buffer 용액 (pH 4.8) 100 mL에 48시간동안 반응 시키고 일정 시간간격을 두고 sampling하며, 전처리 잔유물 내 단당류로 가수분해된 에탄올용 글루코오스의 함량을 HPLC (Waters 510, Waters, Milford, MA, USA, RI-detector (Waters 410))를 이용하여 측정하였고, 컬럼은 Carbohydrate analysis column (300 × 7.8 mm, Aminex HPX-87P, BIO-RAD, USA)을 사용하였으며, 이동상으로는 100% 증류수를 70℃에서 0.6 mL/min 유속으로 흘려 30분 동안 분석하였다 [28].
고속압출기를 통해 사출된 가수분해물을 제외한 잔여물을 건조시킨 후 1, 3, 5 FPU/g 역가의 cellulase (Cellubrix L, 96 IU FPA/mL; Novozyme A/S, USA)와 100, 150, 200 Unit/mL의 역가의 amyloglucosidase (Sigma aldrich, USA) 처리를 실시하였다. 건조된 잔유물을 55℃에서 150 rpm으로 sodium acetate buffer 용액 (pH 4.
내에 존재하는 당 성분의 분석을 위해서, 고속 압출 전처리 공정을 통해 얻어진 가수분해물을 HPLC (Waters 510, Waters, Milford, MA, USA, RI-detector (Waters 410))를 이용하여 분석을 실시하였고, 컬럼은 Carbohydrate analysis column (300 × 7.8 mm, Aminex HPX-87P, BIO-RAD, USA)을 사용하였으며, 이동상으로는 100% 증류수를 70℃에서 0.6 mL/min 유속으로 흘려 30분 동안 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 해양미세조류은 Chlorella sp.로부터 효율적인 바이오 에탄올 생산을 위해서 고속 압출 전처리 공정을 적용하여 연구를 수행하였다. Chlorella sp.
5로 맞추며 5 mL (배양부피 10%)의 종균을 접종하였다. 배양액의 에탄올 함량 측정을 위해 Gas chromatography (HP-5890, Agilant, USA)를 이용하여 분석하였다. Flame Ionization Detector (FID)를 이용하여 오븐온도를 150℃, injector와 FID 온도는 250℃로 조절하였다.
의 가수분해 효율을 알아보기 위하여, 수분함량이 15% 범위로 조절된 Chlorella sp. 시료 10 g을 사용하여 가수분해를 실시하였으며, 배럴 온도는 45, 50, 55, 60, 65℃로 조절하였다. 강한 회전력에 의해 시료를 파쇄하는 스크루의 회전속도는 10, 50, 100, 150, 200 rpm으로 설정하여 고속압출기의 각 공정 변수에 따른 전처리 공정을 실시하였다.
1은 시료의 수분함량과 압출기의 배럴 온도 그리고 스크루의 회전 속도 변수에 따른 글루코오스의 전환 수율을 반응표면분석법을 통해 나타내었다. 압출기의 배럴 온도 범위는 45~65℃까지 5℃ 간격으로 설정하였고, 시료의 수분함량은 15%로 설정하였으며 스크루 회전속도는 10~200 rpm으로 50 rpm 간격을 두고 변수를 추가 설정함으로써, 배럴의 온도와 스크루의 회전 속도에 따른 최대 글루코오스의 전환 수율을 얻을 수 있는 공정 변수 조건을 탐색하였다.
전처리 조건은 최적합 조건인 55℃의 배럴온도, 15%의 수분함량 그리고 100 rpm의 스크루 회전속도를 적용하여 전처리한 Chlorella sp.의 잔유물을 이용하여 효소의 역가별로 효소 당화도를 측정하였다. 세포벽을 구성하는 주성분인 셀룰로오스는 cellulase 효소를 이용하여 단당류인 글루코오스로의 전환이 가능하며, 세포내 저장 다당류인 전분은 amyloglucosidase를 이용하여 글로코오스로의 전환이 가능하므로, 본 연구에서 이 효소들을 처리하였을 경우의 결과는 다음과 같다.
고속 압출 전처리 공정을 통한 Chlorella sp.의 전처리 전, 후의 입자 표면의 관찰을 위해 전계방출형 주사전자현미경 (ZIESS, Variable Pressure Field Emission Scanning Electron, SUPRA 55VP, Germany)으로 관찰하였다. Variable Pressure Field Emission Scanning Electron Microscope (VP-FE-SEM)은 금, 백금 등을 이용해 입자를 3~4 mm정도 얇게 증착하는 전처리 과정을 거친 후, 고속 압출 전처리 공정을 통해 제조 한 Chlorella sp.
제조된 f/2 배지는 121℃에서 15분간 고압멸균기 (한국기기제작 HK-AC120, Korea)를 이용하여 가압 멸균하였으며, 0.45 μm 여과지 (Watman, No. 1, England)를 통해 여과하여 이용하였다.
종균은 Saccharomyces cerevisiae (ATCC, 24858)을 사용하였고, YPD (yeast extract 1%, peptone 2%, glucose 2%) 배지를 이용해 shaking incubator (30℃, 150 rpm)에서 48시간 동안 배양하였다. 플라스크 배양을 위해 기본 YPD 배지에서 글루코오스를 대신하고 최적조건 가수분해 당화물 100 mL에 yeast extract 1%, peptone 2%를 넣어 제조하였다. 배지의 pH는 NaOH를 이용하여 5.
대상 데이터
N2를 carrier gas로 이용하였으며 50 mL/min 속도로 조절하여 컬럼은 INNOWax column (30 m × 0.32 mm, Agilant 19091N-113)을 사용하였다 [29].
본 실험의 균주는 Chlorella sp.를 사용하였으며, 한국해양미세조류은행에서 분양받아 f/2 배지에서 배양하였다. F/2 배지의 조성은 다음과 같다.
본 실험에서 사용한 압출기 (Hackensack, PL2000, USA)의 스크류 직경은 29 mm, 직경과 길이의 비는 25：1이고, 사출구의 직경은 3 mm이었다. 고속압출기는 시료를 주입하는 원료투입구, 스크루 (screw)의 강한 회전에 의한 전단응력이 작용하고 다양한 온도설정이 가능한 배럴 그리고 시료가 사출되는 다이(die)로 구성되어 있다.
가수분해물의 에탄올 생산성 검증을 위하여 500 mL 플라스크에서 발효실험을 실시하였다. 종균은 Saccharomyces cerevisiae (ATCC, 24858)을 사용하였고, YPD (yeast extract 1%, peptone 2%, glucose 2%) 배지를 이용해 shaking incubator (30℃, 150 rpm)에서 48시간 동안 배양하였다. 플라스크 배양을 위해 기본 YPD 배지에서 글루코오스를 대신하고 최적조건 가수분해 당화물 100 mL에 yeast extract 1%, peptone 2%를 넣어 제조하였다.
성능/효과
46 (%, w/w)를 나타냈다. Amyloglucosidase는 cellulase와 달리 전체적으로는 24시간까지 효소 반응이 증가하지만 처음 16시간까지 전환 수율의 증가폭이 급격히 증가하는 경향을 보이나, 그 이후부터는 모든 효소 역가에서 전환 수율의 증가폭이 둔화되었음을 확인하였다. 이처럼 두 효소가 작용하여 글루코오스로 전환하는 경향은 비슷하나 효소 당화 시점이 다름을 확인하였으며, amyloglucosidase를 이용한 효소당화에서 전환 수율이 40 (%, w/w)로 낮은 이유는 압출기를 이용한 전처리 공정을 통해서 Chlorella sp.
Chlorella sp.가 갖는 21.35 (%, w/w)의 총 탄수화물 중 셀룰로오스의 함량 35.28 (%, w/w)로부터 cellulase를 이용해 당화 공정을 실시한 결과 압출기를 이용한 전처리 공정에서 생성된 글루코오 스 13.24 (%, w/w)를 제외한 나머지로부터 14.35 (%, w/w)의 총 탄수화물에 대한 글루코오스 전환 수율을 나타냈다. 이 때, 셀룰로오스로부터 효소 당화 공정을 거쳐 전환된 글루코오스의 수율은 64 (%, w/w)를 나타냈다.
Chlorella sp.가 갖는 탄수화물 중 다당류인 셀룰로오스와 전분의 함량은 각각 35.28 (%, w/w), 20.52 (%, w/w)이며, 이를 고속 압출 공정과 효소 당화 공정을 거친 후 전환되는 총 탄수화물에 대한 글루코오스의 전환 수율은 각각 14.35 (%, w/w), 9.46 (%, w/w)을 얻을 수 있었다. 이와 같은 결과는 효소 당화 공정을 통해 다당류가 단당류인 글루코오스로 효율적으로 전환될 수 있음을 알 수 있으며, 고속 압출 공정을 통해 Chlorella sp.
7 (%, w/w)로 고속 압출 전처리 공정과 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 고속 압출 공정은 화학적인 전처리를 실시하지 않고도 오직 물만을 사용하면서도 높은 글루코오스 전환 수율을 나타냄으로써 물만을 사용하는 기존의 공정에서 낮게 나타나는 글루코오스 전환 수율을 보완할 수 있음을 증명했다.
2세대 바이오매스 이외에도 3세대 바이오매스인 미세조류를 이용한 다양한 전처리 공정을 통해 얻을 수 있는 글루코오스의 전환 수율을 Table 3에 나타냈다. 고속 압출 공정을 통해 얻어진 최대 글루코오스 전환 수율은 13.24 (%, w/w)이며, Table 3에 제시된 미세조류 Chlorella vulgaris와 Scenedesmus obliquus의 황산 전처리 공정을 통한 글루코오스 전환 수율은 각각 14.0 (%, w/w), 14.7 (%, w/w)로 고속 압출 전처리 공정과 큰 차이를 보이지 않았다. 결과적으로 고속 압출 공정은 화학적인 전처리를 실시하지 않고도 오직 물만을 사용하면서도 높은 글루코오스 전환 수율을 나타냄으로써 물만을 사용하는 기존의 공정에서 낮게 나타나는 글루코오스 전환 수율을 보완할 수 있음을 증명했다.
고속 압출 공정을 통해 얻을 수 있는 최대 글루코오스 전환 수율보다는 약 2 (%, w/w) 높은 결과를 나타냈는데, 이러한 원인은 미세조류의 종에 따른 세포벽의 구성성분 및 세포내 저장된 당류의 성분비의 차이에 기인하는 것으로 사료된다.
바이오 에탄올 생성을 위한 발효 공정에서 발효저해물질 (HMF)의 생성은 가장 큰 문제점 중 하나이다. 그러나, 본 연구에서 적용한 고속 압출 전처리 공정에서는 화학적인 전처리와 물리적인 전처리에 의한 발효저해물질 (HMF)의 생성을 줄이기 위해 오직 물만을 사용한 전처리 공정을 수행함으로써 높은 수준의 에탄올 생산과 동시에 발효저해물질 (HMF)의 생성 농도 또한 낮출 수 있어 경제성, 효율성, 안정성 면에서 타 공정들에 비해 우수한 것으로 판단된다.
글루코오스로의 전환 수율에 미치는 배럴 온도의 영향은 45~55℃까지는 증가하는 경향을 나타냈으며, 55~65℃ 범위에서는 온도의 증가에 따라 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다.
2 (%, w/w)로 나타났는데 이와 같은 결과는 고속 압출 전처리 공정과 비슷한 글루코오스 전환 수율을 나타냄으로써 고속 압출 전처리 공정 또한 물을 사용하면서 높은 글루코오스 전환 수율을 나타내는 효과적인 공정으로 바이오 에탄올 생산에 적용할 수 있음을 확인했다 [29]. 또, 녹조류에 속하는 미세 조류인 Chlorococum humicola를 초음파 전처리 공정을 수행한 결과에서는 최대 글루코오스 전환 수율이 15.2 (%, w/w)로 나타났다. 고속 압출 공정을 통해 얻을 수 있는 최대 글루코오스 전환 수율보다는 약 2 (%, w/w) 높은 결과를 나타냈는데, 이러한 원인은 미세조류의 종에 따른 세포벽의 구성성분 및 세포내 저장된 당류의 성분비의 차이에 기인하는 것으로 사료된다.
의 세포벽 파괴가 효율적으로 이루지지 못해 글루코오스의 용출이 감소하는 것으로 판단된다 [32,33]. 또, 스크루의 회전속도가 증가함에 따라 글루코오스의 전환 수율이 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 스크루의 회전 속도가 증가하면서 시료가 주입구부터 배출구까지 머무는 시간이 짧아져 스크루의 회전에 의한 물리적인 힘인 마찰력과 전단력을 충분히 공급받지 못한 것으로 사료되며, 이와 같은 결과는 2세대 바이오매스인 옥수수대를 시료로 하여 고속 압출 전처리 공정을 실시한 결과와 유사한 경향을 나타냈다 [11].
24 (%, w/w)의 전환 수율을 얻을 수 있었다. 또한, 전처리 잔유물을 이용한 효소 처리 공정에서 cellulase와 amyloglucosidase 효소의 최대 글루코오스 전환 수율은 각각 5 FPU/glucan, 150 Unit/mL 역가에서 64 (%, w/w)와 40 (%, w/w)로 나타났는데, 이는 저역가의 효소농도로도 충분한 가수분해 효율을 보이는 것으로 바이오 에탄올을 대량 생산할 경우, 효소 처리 공정에 소비되는 비용을 절감할 수 있어 경제적으로 유리할 것으로 판단된다. 생성된 글루코오스를 기질로 하여 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 에탄올 발효 공정에서는 이론적 에탄올 생성 수율인 50 (%, w/w)에 근접하는 약 42 (%, w/w)의 에탄올 생성 수율을 보임으로써, 고효율의 바이오 에탄올 생산이 가능함을 입증하였다.
따라서, 고속 압출기 전처리 공정을 통한 Chlorella sp.로 부터 글루코오스의 생산은 기존에 연구되어진 고압액화, 고압 균질화 전처리 공정에 비해 전처리 공정에 소비되는 에너지를 낮추어 고효율의 당화물을 생산할 수 있으며, 화학적 전처리없이 물만을 이용하여 글루코오스를 생산함으로써 경제적이고 게다가 낮은 온도에서 공정을 실시함으로써 발효저해물질 (HMF)의 생성을 줄일 수 있어 고효율의 바이오 에탄올 생산이 가능한 전처리 공정으로 적용이 가능하다.
표에서 알 수 있듯이 Chlorella sp.로부터 얻을 수 있는 최대 글루코오스 전환 수율은 시료의 수분함량이 15%이고, 고속 압출기의 배럴 온도가 55℃이며 스크루의 회전속도가 100 rpm으로 최적화 되었을 때 13.24 (%, w/w)로 나타났다. 글루코오스로의 전환 수율에 미치는 배럴 온도의 영향은 45~55℃까지는 증가하는 경향을 나타냈으며, 55~65℃ 범위에서는 온도의 증가에 따라 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다.
Chlorella sp.로부터 얻을 수 있는 최대 글루코오스의 전환 수율은 압출기의 배럴 온도가 55℃, 시료의 수분함량이 15% 그리고 스크루의 회전속도가 100 rpm인 최적 조건에서 13.24 (%, w/w)의 전환 수율을 얻을 수 있었다. 또한, 전처리 잔유물을 이용한 효소 처리 공정에서 cellulase와 amyloglucosidase 효소의 최대 글루코오스 전환 수율은 각각 5 FPU/glucan, 150 Unit/mL 역가에서 64 (%, w/w)와 40 (%, w/w)로 나타났는데, 이는 저역가의 효소농도로도 충분한 가수분해 효율을 보이는 것으로 바이오 에탄올을 대량 생산할 경우, 효소 처리 공정에 소비되는 비용을 절감할 수 있어 경제적으로 유리할 것으로 판단된다.
또한, 전처리 잔유물을 이용한 효소 처리 공정에서 cellulase와 amyloglucosidase 효소의 최대 글루코오스 전환 수율은 각각 5 FPU/glucan, 150 Unit/mL 역가에서 64 (%, w/w)와 40 (%, w/w)로 나타났는데, 이는 저역가의 효소농도로도 충분한 가수분해 효율을 보이는 것으로 바이오 에탄올을 대량 생산할 경우, 효소 처리 공정에 소비되는 비용을 절감할 수 있어 경제적으로 유리할 것으로 판단된다. 생성된 글루코오스를 기질로 하여 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 에탄올 발효 공정에서는 이론적 에탄올 생성 수율인 50 (%, w/w)에 근접하는 약 42 (%, w/w)의 에탄올 생성 수율을 보임으로써, 고효율의 바이오 에탄올 생산이 가능함을 입증하였다. 특히, 고속 압출 전처리 공정에서는 화학적 처리없이 물만을 사용하고, 낮은 온도에서 전처리를 실시하기 때문에 에탄올 발효시 영향을 미치는 요인인 발효저해물질 (HMF)의 생성을 최소화시킴으로써 이론적 에탄올 생성 수율에 근접하는 결과를 얻었다.
생성된 글루코오스를 기질로 하여 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 에탄올 발효 공정에서는 이론적 에탄올 생성 수율인 50 (%, w/w)에 근접하는 약 42 (%, w/w)의 에탄올 생성 수율을 보임으로써, 고효율의 바이오 에탄올 생산이 가능함을 입증하였다. 특히, 고속 압출 전처리 공정에서는 화학적 처리없이 물만을 사용하고, 낮은 온도에서 전처리를 실시하기 때문에 에탄올 발효시 영향을 미치는 요인인 발효저해물질 (HMF)의 생성을 최소화시킴으로써 이론적 에탄올 생성 수율에 근접하는 결과를 얻었다.
그에 반해 cellulase를 이용한 효소당화에서는 약 64 (%, w/w)로 세포벽이 갖는 셀룰로오스가 충분히 분해되었으며, 이는 압출기를 통한 물리적인 파쇄가 효율적으로 작용한 것으로 사료된다. 특히, 본 압출 전처리 공정을 적용했을 경우 1~5 FPU/glucan까지 cellulase를 투입하였을 경우에서 모든 농도에서 60 (%, w/w) 이상의 글루코오스 전환 수율을 나타낸 것으로 보아 1 FPU/glucan의 낮은 효소투입농도로도 충분히 글루코오스의 전환 수율이 가능함을 확인했다.
후속연구
그러나, 전처리 공정을 통해 모든 다당류들의 단당류로의 전환은 불가능하며, 이를 추가적으로 파쇄하기 위해서 효소처리공정을 적용해 단당류 전환 수율을 증진시킬 수 있다. 또, 오직 물만을 사용하고, 황산 전처리 공정에 비해 낮은 온도를 설정하여 전처리 공정을 진행함으로써, 발효저해물질의 생성량을 감소시킬 수 있기 때문에 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 에탄올 발효 수율의 증진을 도모할 수 있을 것으로 사료된다.
따라서, 본 연구에서 실시한 Chlorella sp.로부터 고속 압출 전처리 공정을 적용한 에탄올 생산 공정은 효율적인 공정으로 판단되며, 본 연구를 통해 최적화 전처리 공정의 도입으로 미세조류로부터 고수율의 바이오 에탄올 생산이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고속 압출 공정의 한계점은 무엇인가?
고속 압출 공정은 압출기 스크루의 회전운동 시 발생하는 마찰력과 고전단력 (shearing force) 및 배럴 온도의 최적 화를 통해 미세조류가 갖는 혼합 다중층 세포벽 골격을 이루는 셀룰로오스를 파쇄하여 단당류의 형태로 전환할 수 있으며, 세포벽의 파쇄에 따른 세포내 저장 다당류들의 용출을 유도할 수 있다. 그러나, 전처리 공정을 통해 모든 다당류들의 단당류로의 전환은 불가능하며, 이를 추가적으로 파쇄하기 위해서 효소처리공정을 적용해 단당류 전환 수율을 증진시킬 수 있다. 또, 오직 물만을 사용하고, 황산 전처리 공정에 비해 낮은 온도를 설정하여 전처리 공정을 진행함으 로써, 발효저해물질의 생성량을 감소시킬 수 있기 때문에 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 에탄올 발효 수율의 증진을 도모할 수 있을 것으로 사료된다.
고속 압출 전처리 공정은 어떠한 장점을 가지는가?
따라서, Chlorella sp.의 혼합 다중층으로 구성된 단단한 세포벽을 구성하는 셀룰로오스와 세포내에 저장된 다당류인 전분을 단당류로의 전환하는 공정에서 세포내로 물의 출입이 용이해져 세포내에 존재하는 당화성분들의 용출이 빠른 시간에 가능하며, 낮은 에너지의 소비량과 더불어 오직 물만을 사용하는 전처리 공정을 적용하여 추출 효율을 증진시킬 수 있는 고속 압출 전처리 공정을 적용한 바이오 에탄올 생산에 관한 연구를 실시하였다 [25,26].
고속 압출 공정은 어떠한 역할을 수행하는가?
고속 압출 공정은 압출기 스크루의 회전운동 시 발생하는 마찰력과 고전단력 (shearing force) 및 배럴 온도의 최적 화를 통해 미세조류가 갖는 혼합 다중층 세포벽 골격을 이루는 셀룰로오스를 파쇄하여 단당류의 형태로 전환할 수 있으며, 세포벽의 파쇄에 따른 세포내 저장 다당류들의 용출을 유도할 수 있다. 그러나, 전처리 공정을 통해 모든 다당류들의 단당류로의 전환은 불가능하며, 이를 추가적으로 파쇄하기 위해서 효소처리공정을 적용해 단당류 전환 수율을 증진시킬 수 있다.
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