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
- intestinalis를 이용하여 열산가수분해, 효소당화 그리고 3종의 균주로부터 바이오에탄올 생산의 최적조건을 확립하는 연구를 수행하였다. 또한 에탄올 생산 후 폐기되는 해조류를 재사용하여 도금공장에서 배출되는 폐수의 중금속을 흡착하는 연구를 진행하였다. 바이오에탄올 생산의 최적 조건은 G.
- 본 연구에서는 G. amansii, S. japonica 그리고 E. intestinalis를 이용하여 열산가수분해, 효소당화 그리고 3종의 균주로부터 바이오에탄올 생산의 최적조건을 확립하는 연구를 수행하였다. 또한 에탄올 생산 후 폐기되는 해조류를 재사용하여 도금공장에서 배출되는 폐수의 중금속을 흡착하는 연구를 진행하였다.
- 이러한 해조류의 탄수화물을 이용한 에탄올 생산은 전처리, 당화 그리고 발효를 거쳐 진행된다. 생산이 끝난 해조류는 생물학적 흡착제로 이용한 연구가 증가함에 따라 중금속 폐수에 흡착제로 이용하여 다양한 중금속에 대한 흡착을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- Cr(III), Ni(II) 및 Cu(II)의 중금속 농도가 각각 284.6 mg/L, 125.0 mg/L 그리고 79.7 mg/L인 중금속 용액 100 mL을 흡착 최적 pH인 pH 5로 맞추어 사용하였다 [5]. pH 조절에는 5N HCl과 5 N NaOH를 사용하였다.
- Cr(III), Ni(II) 및 Cu(II)의 초기 중금속농도가 각각 284.6 mg/L, 125.0 mg/L 그리고 79.7 mg/L가 혼합된 중금속 폐수에 폐 해조류 슬러리를 10~130 g/L로 조절하여 흡착실험을 진행하였다. Fig.
- 단당 (glucose, galactose, mannitol)과 에탄올 측정은 HPLC (Agilent 1100 Series, Agilent. Inc., Santa Clara, USA)와 RID (refractive index detector)를 이용하였다. 컬럼은 Biorad Aminex HPX-87H column (300.
- 모든 에탄올생산과정에서의 시료채취는 1593 × g에서 10분 동안 원심분리 후 분리된 상층액을 HPLC로 측정하여 glucose, galactose, ethanol을 분석하였다.
- 효소당화를 마친 슬러리는 최적효모를 이용한 발효를 통해 에탄올을 생산하고 각각의 해조류에 대한 에탄올생산의 최적조건을 확립하였다. 에탄올 생산 후 폐기되는 슬러리는 재사용하여 중금속 폐수와 함께 폐 해조류 슬러리농도 10~130 g/L 범위에서 최적조건을 확립하였고, 이를 각각의 해조류에 대해 비교하였다.
- 에탄올생산을 위해 열산가수분해, 효소당화 그리고 균주에 의한 발효과정을 수행하였다. 열산가수분해의 최적조건을 설정하기 위해 250 mL flask에서 working volume 100 mL로 하여 해조류의 농도 범위는 6~10%로 하였다.
- 열산가수분해를 최적 전처리조건으로 실시한후 5 N NaOH를 이용하여 pH 5.0으로 중화한 후 효소당화를 진행하였다. 단일 효소와 혼합 효소를 이용하여 최종 농도를 16 unit/mL로 사용하였다.
- 에탄올생산을 위해 열산가수분해, 효소당화 그리고 균주에 의한 발효과정을 수행하였다. 열산가수분해의 최적조건을 설정하기 위해 250 mL flask에서 working volume 100 mL로 하여 해조류의 농도 범위는 6~10%로 하였다. 황산의 농도 범위는 0.
- 본 실험에서는 Gelidium amansii (우뭇가사리), Saccharina japonica (다시마) 그리고 Enteromorpha intestinalis (파래)를 이용하여 바이오에탄올을 생산하였다. 전처리는 황산을 처리하여 열산가수분해를 여러 슬러리농도, 산농도 그리고 열처리시간에 대해 진행하였다. 효소처리는 여러 가지 효소를 단일 혹은 혼합하여 효소당화를 하였다.
- 중금속 농도 측정은 ICP-MS (Perkin elmer (Shelton, USA), Optima 7300DV, Nexion 300D)와 electron multiplier (detector)를 이용하였다. ICP system의 RF power는 1300 W로 하였고, plasma gas glow rate는 18.
- 0 g/L)를 250 mL flask에서 working volume 100 mL로 하여 48시간 동안 배양하였다. 최종 균 농도가 0.35 g dcw/L로 접종한 후 30℃, 120 rpm으로 5일 동안 배양을 하면서 일정 시간마다 시료를 채취하였다. 모든 에탄올생산과정에서의 시료채취는 1593 × g에서 10분 동안 원심분리 후 분리된 상층액을 HPLC로 측정하여 glucose, galactose, ethanol을 분석하였다.
- 컬럼은 Biorad Aminex HPX-87H column (300.0×7.8 mm)를 사용하여 온도를 65℃, 이동상 5 mM 황산, 유속 0.6 mL/min으로 하여 각 시료를 35분간 분석하였다 [11].
- 해조류의 다당들을 이용하여 발효당을 최대로 생산하기 위해 열산가수분해와 효소당화의 최적조건을 확립하였다. Table 2에서는 G.
- 효소처리는 여러 가지 효소를 단일 혹은 혼합하여 효소당화를 하였다. 효소당화를 마친 슬러리는 최적효모를 이용한 발효를 통해 에탄올을 생산하고 각각의 해조류에 대한 에탄올생산의 최적조건을 확립하였다. 에탄올 생산 후 폐기되는 슬러리는 재사용하여 중금속 폐수와 함께 폐 해조류 슬러리농도 10~130 g/L 범위에서 최적조건을 확립하였고, 이를 각각의 해조류에 대해 비교하였다.
- 5 L (endo-glucanase, Novozymes), Viscozyme L (beta-glucanase, Novozymes, Bagsvaerd, Denmark), Spirizyme fuel (Gluco-amylase, Novozymes)를 단일 혹은 혼합하여 16 unit/mL로 하여 사용하였다. 효소반응은 pH 5.0, 40℃, 150 rpm으로 48시간동안 효소당화를 실시하였다. 효소당화와 열산가수분해의 처리효율(EPS, %)은 다음 식 (1)로 나타낼 수 있다 [10].
- 전처리는 황산을 처리하여 열산가수분해를 여러 슬러리농도, 산농도 그리고 열처리시간에 대해 진행하였다. 효소처리는 여러 가지 효소를 단일 혹은 혼합하여 효소당화를 하였다. 효소당화를 마친 슬러리는 최적효모를 이용한 발효를 통해 에탄올을 생산하고 각각의 해조류에 대한 에탄올생산의 최적조건을 확립하였다.
대상 데이터
- 거대해조류 중 홍조류, 갈조류 그리고 녹조류로서 G. amansii, S. japonica 그리고 E. intestinalis를 각각의 대표 종으로 사용하였다. 해조류들을 AOAC방법으로 분석한 결과 Table 1과 같이 G.
- 현재 화석연료의 고갈, 고유가 극복 그리고 기후 변화 협약 등으로 화석연료를 대체할 수 있는 대체에너지 개발에 많은 연구가 진행되고 있다 [1]. 대체에너지 중 각광을 받고 있는 바이오에탄올은 지금까지 1세대로서 곡물류, 2세대로서 목재류를 사용 하였다. 하지만 곡물류는 단가가 비싸고 식량이라는 점이 도덕적으로 문제가 되었고, 목재류는 리그닌에 의한 셀룰로오스의 분해저해 그리고 바이오매스 확보에도 큰 어려움을 겪고 있다 [2,3].
- 물학적 흡착 실험에 사용된 해조류는 바이오에탄올 생산 후 남은 슬러리를 증류수로 2회 세척 후 동결건조 후에 분쇄하여 입자크기가 355 µm (45 mesh) 이하의 분말을 사용하였다.
- 본 실험에서는 Gelidium amansii (우뭇가사리), Saccharina japonica (다시마) 그리고 Enteromorpha intestinalis (파래)를 이용하여 바이오에탄올을 생산하였다. 전처리는 황산을 처리하여 열산가수분해를 여러 슬러리농도, 산농도 그리고 열처리시간에 대해 진행하였다.
- 본 실험에서는 에탄올 발효를 위해 홍조류로 G. amansii, 갈조류로 S. japonica그리고 녹조류로는 E. intestinalis를 사 하였다.
- 본 연구에 사용된 중금속 폐수는 대륙금속(주) (부산, 한국)에서 도금처리 후 배출되는 중금속 폐수를 공급받아 실험에 사용하였다.
- 사용되는 해조류는 자연건조 후 분쇄기로 갈아서 입자크기가 355 µm (45 mesh) 이하의 분말을 사용하였다.
- 에탄올 발효는 3종의 균주를 사용하여 진행되었다. 사용한 균주는 Saccharomyces cerevisiae KCTC 1126를 G. amansii에 Pichia angophorae KCTC 17574를 S. japonica에 그리고 Candida lusitaniae ATCC 42720를 E. intestinalis에 사용하였다. Seed culture는 YPG broth (yeast extract 10.
- 에탄올 발효는 3종의 균주를 사용하여 진행되었다. 사용한 균주는 Saccharomyces cerevisiae KCTC 1126를 G.
- 효소당화를 진행하기 위해 열산가수분해를 실시한 해조류 시료를 사용하였다. 사용한 효소 Celluclast 1.
이론/모형
- 사용되는 해조류는 자연건조 후 분쇄기로 갈아서 입자크기가 355 µm (45 mesh) 이하의 분말을 사용하였다. 구성성분 분석은 부경대학교 사료영양연구소에 의뢰하여, Table 1에 나타낸 바와 같이 AOAC 방법에 의해 분석을 실시하였다 [8,9].
성능/효과
- 0 mg/L인 Ni(II)을 폐 해조류 슬러리와 함께 흡착한 결과이다. G. amansii, S. japonica 그리고 E. intestinalis 모두 폐 해조류 슬러리 양을 증가시킬수록 흡착량은 증가하였지만 서로 큰 차이는 보이지 않았다. Fig.
- 또한 Table 3에서는 발효가능한 당과 에탄올 생산 결과를 이용하여 에탄올 생산수율(YEtOH)을 나타낸 표이다. 결과 G. amansii의 경우 14.8 g/L의 에탄올을 생산하였고 효율은 0.41로 나타났다. S.
- 48로 나타났다. 그 결과 에탄올 생산 결과 해조류를 에탄올 생산량에 따라 나열하면 홍조류, 갈조류 그리고 녹조류 순으로 나열할 수 있으며 홍조류가 바이오에탄올 생산에 가장 적합한 바이오매스라고 판단된다.
- 중금속폐수로 흡착 실험을 한 결과를 흡착률로 나타낸 Table 4에서는 각각의 해조류의 중금속에 대한 선택성을 확인 할 수 있었다. 그 결과 중금속의 최대 흡착률은 세 종의 중금속 모두 G. amansii 폐 해조류 슬러리 130 g/L와 흡착한 결과로 Cu(II) (89.6%), Cr(III) (82.9%), Ni(II) (66.1%) 순으로 나타나 금속이온의 종류에 따라 흡착률이 다른 것을 알 수 있었다. 이는 해조류의 중금속 선택성은 중금속과 결합하는 리간드의 형태, 세포벽의 생체고분자의 구성성분, 중금속의 이온반경 등과 같은 물리, 화학, 생물학적 특성으로 인하여 중금속에 대한 친화도가 달라졌기 때문이라고 판단된다 [17].
- 또한 이전의 연구에 따르면 세 종의 해조류 중 갈조류의 세포벽에 존재하는 alginate, fucoidan 등의 구성성분인 carboxyl, sulfate기 및 이들의 유도체가 중금속흡착을 높이며 갈조류를 가장 우수한 생물흡착제로 보고하였지만 [18], 본 실험에서는 바이오에탄올 생산 후 에탄올로 변환된 당들을 제외한 폐 해조류 슬러리를 사용했다는 점에서 홍조류가 가장 우수한 중금속 흡착제로 판단된다 [17]. 그러므로 본 연구 결과, 에탄올 생산 후 폐기되는 슬러리를 재사용하여 중금속흡착에 사용함으로서 홍조류가 에탄올 생산 및 중금속흡착에 가장 우수한 바이오매스라는 결론을 내릴 수 있었다.
- 또한 세 종의 중금속 모두 G. amansii 폐 해조류 슬러리를 사용했을 때 가장 높은 흡착률을 나타냈다. Murphy et al.
- 2%의 흡착률을 보이며 가장 높은 친화도를 확인할 수 있었다. 또한 세 종의 폐 해조류 중 홍조류가 가장 높은 흡착능을 나타내었다. 이결과로서 홍조류가 바이오에탄올 및 바이오흡착에 가장 적합한 바이오매스라고 판단된다.
- 단일 효소와 혼합 효소를 이용하여 최종 농도를 16 unit/mL로 사용하였다. 세 가지 해조류 모두 두 효소를 섞은 혼합 효소를 이용한 결과 가장 높은 단당을 생산하였다. G.
- 7 mg/L인 Cu(II)를 폐 해조류 슬러리와 함께 흡착한 결과이다. 세 종의 폐 해조류 모두 10 g/L 이후 평형을 이루는 것을 확인하였고, Cu(II)에 대한 흡착능은 홍조류, 갈조류 그리고 녹조류 폐 해조류 슬러리 순으로 나타났다. 중금속폐수로 흡착 실험을 한 결과를 흡착률로 나타낸 Table 4에서는 각각의 해조류의 중금속에 대한 선택성을 확인 할 수 있었다.
- 이로써 동일한 조건에서 폐 해조류 슬러리로 중금속 (Cr(III), Ni(II), Cu(II)) 흡착을 할 경우 Cu(II)가 우선적으로 흡착됨을 확인하였다. 세종의 중금속 모두 폐 해조류 슬러리 함량에 따라서 중금속농도는 감소되나 구리의 경우 소량의 폐 해조류 슬러리에도 흡착평형이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Davis et al.
- 6 g/L의 monosaccharide를 얻었다. 에탄올 발효를 한 결과 G. amansii를 S. cerevisiae로 발효하여 14.8 g/L의 에탄올을 얻었으며, 생산수율(YEtOH)은 0.41로 나타났고, S. japonica를 P. angophorae로 발효하여 11.6 g/L의 에탄올을 얻었으며, YEtOH은 0.34를 나타났다. E.
- 각각의 해조류로부터 바이오에탄올을 생산하는 최적효모의 선정은 바이오에탄올의 생산정도에 의해 결정되었다. 이 결과 G. amansii의 경우 S. cerevisiae, S. japonica의 경우 P. angophorae 그리고 E. intestinalis의 경우 C. lusitaniae가 최적의 균주로 판단되었다. 이는 각각의 균주가 가진 특성과 관계가 있다.
- 이는 해조류의 중금속 선택성은 중금속과 결합하는 리간드의 형태, 세포벽의 생체고분자의 구성성분, 중금속의 이온반경 등과 같은 물리, 화학, 생물학적 특성으로 인하여 중금속에 대한 친화도가 달라졌기 때문이라고 판단된다 [17]. 이로써 동일한 조건에서 폐 해조류 슬러리로 중금속 (Cr(III), Ni(II), Cu(II)) 흡착을 할 경우 Cu(II)가 우선적으로 흡착됨을 확인하였다. 세종의 중금속 모두 폐 해조류 슬러리 함량에 따라서 중금속농도는 감소되나 구리의 경우 소량의 폐 해조류 슬러리에도 흡착평형이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 이 결과로 홍조류에서 가장 높은 농도의 에탄올을 생산하였다. 이후 Cr(III), Ni(II) 그리고 Cu(II)가 함유된 폐수에 폐기되는 슬러리를 10℃에서 130 g/L로 조절하여 흡착실험한 결과 세종의 해조류 모두 슬러리양을 증가시킬수록 흡착은 증가하는 것으로 나타났다. Cu(II)의 경우 10 g/L의 G.
- intestinalis를 각각의 대표 종으로 사용하였다. 해조류들을 AOAC방법으로 분석한 결과 Table 1과 같이 G. amansii의 경우 74.4%, S. japonica의 경우 66.0% 그리고 E. intestinalis의 경우 37.4%의 탄수화물을 함유하고 있었다. 이 결과는 세종이 각각의 그룹에서 탄수화물의 함량이 높아 에탄올 생산 실험에 적합한 바이오매스라고 판단되어 사용하였다 [7].
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.