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맥주 폐 효모액의 당화 및 에탄올 발효능
Saccharification and Fermentation Capability of the Waste from Beer Fermentation Broth 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.51 no.6, 2013년, pp.709 - 715  

강민경 (경북대학교 화학공학과) ,  김민아 (계명대학교 화학공학과) ,  유보완 (경북대학교 화학공학과) ,  박중곤 (경북대학교 화학공학과)

초록
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맥주 폐 효모액(waste from beer fermentation broth, WBFB)은 바이오 에탄올 생산을 위한 우수하고 저렴한 원료이다. 본 연구에서는 바이오 에탄올 생산을 위해 WBFB의 당화능과 발효능을 확인하는 실험을 진행하였다. 당화능은 온도를 30, 40, 50, 60, $70^{\circ}C$로 다르게 하여 실험했는데 온도가 올라감에 따라 당화능은 증가하였고 4시간 후 $60^{\circ}C$$70^{\circ}C$에서 많은 양의 glucose가 생산되었다. WBFB와 chemically defined media (CDM) 혼합물에서는 어떠한 미생물의 첨가 없이도 발효가 되어 에탄올이 생산되었다. 동시당화발효능을 30, 40, 50, $60^{\circ}C$의 다양한 온도에서 실험해본 결과 $30^{\circ}C$에서 에탄올이 가장 많이 생산되었다. 또 이 실험은 WBFB, starch 용액 그리고 CDM을 이용하여 수행하였는데 WBFB에 있는 당화 효소와 효모가 어떠한 추가적 미생물 첨가 없이 당화와 발효를 가능케 하는 요인이었다.

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The waste from beer fermentation broth (WBFB) has been found an excellent and inexpensive resource for bioethanol production. We tried to evaluate the saccharification and fermentation capabilities of WBFB to confirm its effectiveness for bioethanol production. The saccharification potentials of the...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 WBFB에 yeast cell과 glucose를 추가 투입하여 에탄올 생산을 더 활발하게 하고 정해진 온도에서의 동시당화발효의 가능성을 확인하는 실험을 하였다. Yeast cell과 glucose를 추가적으로 투입하였을 때 에탄올 생산량은 증가했지만 SSF는 일어나지 않았다.
  • 본 연구에서는 기존의 연구와 달리 정해진 온도에서의 당화 및 발효능을 확인하고 WBFB에 glucose와 효모를 추가 투입하여 동시당화발효(simultaneous saccharification and fermentation process, SSF) 를 이용하여 에탄올을 생산하고 10% glucose를 포함한 특정 배지에 효모를 첨가하는 등 여러 조건에서의 SSF를 이용한 에탄올 생산의 기초 특성을 조사하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
바이오 에탄올은 무엇입니까? 바이오 에탄올은 화석연료와 달리 탄수화물의 당화와 당의 발효를 통해 생산되는 대체 및 신재생 에너지이다[5-7]. 바이오 에탄올은 높은 기화잠열과 연소 시 독성 화합물이 많이 방출되지 않는 우수한 연료 특성을 가지고 있지만[8], 생산비용이 상대적으로 높다는 문제점을 가지고 있다[5,9].
WBFB의 장점은 무엇입니까? WBFB에는 탄소원, 질소원, 보조 starch source, 효소와 효모 등[6] 다양한 기질이 존재한다. 따라서 바이오 에탄올을 생산할 때 효소, 효모, 미생물 혹은 탄수화물을 전혀 첨가하지 않아도 되기 때문에 상등액과 침전물을 생산 주 원료로 사용 할 수 있으며[6,18] 가격 경쟁력 면에서도 효과를 볼 수 있다. WBFB를 이용하여 바이오 에탄올을생산하는 과정에는 당화와 발효과정이 포함 되는데 당화의 최적 온도는 60~70℃이며 발효의 최적 온도는 20~30℃로 두 과정 사이의 온도차가 크다.
바이오 에탄올의 장점 및 단점은 무엇입니까? 바이오 에탄올은 화석연료와 달리 탄수화물의 당화와 당의 발효를 통해 생산되는 대체 및 신재생 에너지이다[5-7]. 바이오 에탄올은 높은 기화잠열과 연소 시 독성 화합물이 많이 방출되지 않는 우수한 연료 특성을 가지고 있지만[8], 생산비용이 상대적으로 높다는 문제점을 가지고 있다[5,9]. 이 문제를 해결하기 위해 사탕수수, 미세조류, 수수, 짚, 옥수수, 산업 폐기물, 농업 잔류물과 같은 저렴하면서도 재생 가능한 자원으로부터 바이오 에탄올을 생산하려는 많은 시도가 있었다.
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참고문헌 (23)

  1. Mei, X., Liu, R., Shen, F. and Wu, H., "Optimization of Fermentation Conditions for the Production of Ethanol from Stalk Juice of Sweet Sorghum by Immobilized Yeast Using Response Surface Methodology," Energy Fuels, 23, 487-491(2009). 

  2. Prasad, S., Singh, A., Jain, N. and Joshi, H. C., "Ethanol Production from Sweet Sorghum Syrup for Utilization as Automotive Fuel in India," Energy Fuels, 21, 2415-2420(2007). 

  3. Semelsberger, T. A., Borup, R. L. and Greene, H. L., "Dimethyl Ether (DME) as An Alternative Fuel," J. Power Sources, 156, 497-511(2006). 

  4. Song, H. S. and Ramkrishna, D., "Issues with Increasing Bioethanol Productivity: A Model Directed Study," Korean J. Chem. Eng., 27(2), 576-586(2010). 

  5. Ha, J. H., Gang, M. K., Khan, T. and Park, J. K., "Evaluation of Sediments of the Waste from Beer Fermentation Broth for Bioethanol Production," Korean J. Chem. Eng., 29(9), 1224-1231(2012). 

  6. Ha, J. H., Shah, N., Ul-Islam, M. and Park, J. K., "Potential of the Waste from Beer Fermentation Broth for Bio-ethanol Production Without Any Additional Enzyme, Microbial Cells and Carbohydrates," Enzyme Microb. Technol., 49, 298-304(2011). 

  7. Han, M., Kim, Y., Kim, Y., Chung, B. and Choi, G. W., "Bioethanol Production from Optimized Pretreatment of Cassava Stem," Korean J. Chem. Eng., 28(1), 119-25 (2011). 

  8. Akpan, U. G., Alhakim, A. A. and Ijah, U. J. J., "Production of Ethanol Fuel from Organic and Food Wastes," Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies, 7, 1-11(2008). 

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  10. Ha, J. H., Shehzad, O., Khan, S., Lee, S. and Park, J. K., "Production of Bacterial Cellulose by a Static Cultivation Using the Waste from Beer Culture Broth," Korean J. Chem. Eng., 25(4), 812-815(2008). 

  11. Kim, S. H., Yoo, Y. D., Kang, K. H. and Park, J. W., "Simulation Study of Bioethanol Production Process from the By-Product of Beer Fermentation," Journal of Energy & Climate Change, 4, 20-27(2009). 

  12. Khan, T., Hyun, S. H. and Park, J. K., "Production of Glucuronan Oligosaccharides Using the Waste of Beer Fermentation Broth as a Basal Medium," Enzyme MicrobTechnol, 42, 89-92(2007). 

  13. Khattak, W. A., Kang, M. K., Ul-Islam, M. and Park, J. K., "Partial Purification of Saccharifying and Cell Wall Hydrolyzing Enzymes from Malt in Waste from Beer Fermentation Broth," Bioprocess. Biosyst. Eng., 36, 737-747(2013). 

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  17. HID Global Co., Optimizing Efficiency, Economy, and Traceability in Waste Management, Technology Basics White Paper(2009). 

  18. Kim, S. D. and Dale, B. E., "Global Potential Bioethanol Production from Wasted Crops and Crop Residues," Biomass Bioenerg., 26, 361-375(2004). 

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  20. Hammond, J. B., Egg, R., Diggins, D. and Coble, C. G., "Alcohol from Bananas," Bioresour. Technol., 56, 125-130(1996). 

  21. Khattak, M., Ul-Islam, Park, J. K., "Prospects of Reusable Endogenous Hydrolyzing Enzymes in Bioethanol Production by Simultaneous Saccharification and Fermentation," Korean J. Chem. Eng., 29(11), 1467-1682(2012). 

  22. Kim, S. H., Yu, Y.D., Kang, K. H. and Park, J. W., "Simulation Study of Bioethanol Production Process from the By-product of Beer Fermentation," Journal of Energy & Climate Change, 4(1), 20-27(2009). 

  23. Na, J. B. and Kim, J. S., "The Optimum Condition of SSF to Ethanol Production from Starch Biomass," Korean Chem. Eng. Res.(HWAHAK KONGHAK), 46, 858-862(2008). 

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