[논문]부레옥잠을 이용한 Clostridium beijerinckii의 Biobutanol 생산

박봉제; 박혜민; 윤현식

doi:10.7841/ksbbj.2016.31.1.79

부레옥잠을 이용한 Clostridium beijerinckii의 Biobutanol 생산
Production of Biobutanol by Clostridium beijerinckii from Water Hyacinth 원문보기

KSBB Journal, v.31 no.1, 2016년, pp.79 - 84

박봉제 (인하대학교 생물공학과) , 박혜민 (인하대학교 생물공학과) , 윤현식 (인하대학교 생물공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Biofuel has been considered as promising renewable energy to solve various problems that result from increasing usage of fossil fuels since the early 20th century. In terms of chemical and physical properties as fuel, biobutanol has more merits than bioethanol. It could replace gasoline for transportation and industrial demand is increasing significantly. Production of butanol can be achieved by chemical synthesis or by microbial fermentation. The water hyacinth, an aquatic macrophyte, originated from tropical South America but is currently distributed all over the world. Water hyacinth has excellent water purification capacity and it can be utilized as animal feed, organic fertilizer, and biomass feedstock. However, it can cause problems in the rivers and lakes due to its rapid growth and dense mats formation. In this study, the potential of water hyacinth was evaluated as a lignocellulosic biomass feedstock in biobutanol fermentation by using Clostridium beijerinckii. Water hyacinth was converted to water hyacinth hydrolysate medium through pretreatment and saccharification. It was found that productivity of water hyacinth hydrolysate medium on biobutanol production was comparable to general medium.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

부레옥잠을 바이오매스로 이용하여 에너지를 생산하기 위한 연구도 여러 나라에서 진행되고 있다 [21-26]. 본 연구에서는 부레옥잠은 C. beijerinckii의 바이오부탄올 생산을 위한 바이오매스 원료 물질로 사용하였다.

제안 방법

목질계 바이오매스인 부레옥잠을 전처리 과정과 당화 과정을 거쳐 부레옥잠 배지로 만들었고 C. beijerinckii NCIMB 8052의 바이오부탄올 생산으로 산업적 부탄올 생산 배지인 CAB와 비교하여 부레옥잠 배지의 이용가능성을 볼 수 있었다. 부레옥잠 배지와 무기물 및 수산화나트륨 첨가는 바이오부탄올의 수율과 생산성에 모두 좋은 효과를 보였다.

대상 데이터

바이오부탄올 생산 균주는 C. beijerinckii NCIMB 8052 (ATCC 51743) 를 사용하였다. 전 배양을 위해 RCM (reinforced clostridial medium) 배지를 사용하였으며 조성은 포도당 5 g/L, 효모 추출물 3 g/L, 쇠고기 추출물 (beef extract) 10 g/L, 트립톤 (tryptone) 5 g/L, 펩톤 (peptone) 5 g/L, 가용성 전분 (soluble starch) 1 g/L, 시스테인 염산염 (cysteine hydrochloride) 0.
본 연구에 사용된 부레옥잠은 경기도 용인시에 위치한 신갈 저수지에서 확보하였다. 확보한 부레옥잠의 줄기는 불순물제거를 위해 물로 세척하였다.

이론/모형

배양에서 OD (optical density)는 UV 가시분광광도법 (visible spectrophotometer; UV-1601, Shimadzu, Tokyo, Japan)으로 측정하였다. pH 값은 pH 측정기 (MP220, Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland)로 측정하였다.

성능/효과

탄산칼슘 알지네이트 비드를 부레옥잠 첨가하면 균주의 생장 속도는 증가하였지만 바이오부탄올의 생산 측면에서는 효과가 좋지 않았다. 바이오부탄올 생산 균주의 생장 속도를 빠르게 유지하기 위해 배양 중에 탄산칼슘 비드를 회수 하였고 바이오부탄올 생산성이 63% 이상 향상된 것을 볼 수 있었다. 본 연구 결과들은 C.
beijerinckii NCIMB 8052의 바이오부탄올 생산으로 산업적 부탄올 생산 배지인 CAB와 비교하여 부레옥잠 배지의 이용가능성을 볼 수 있었다. 부레옥잠 배지와 무기물 및 수산화나트륨 첨가는 바이오부탄올의 수율과 생산성에 모두 좋은 효과를 보였다. 하지만 초기 pH는 바이오부탄올 생산에 큰 영향을 주지 않았다.

후속연구

바이오부탄올 생산 균주의 생장 속도를 빠르게 유지하기 위해 배양 중에 탄산칼슘 비드를 회수 하였고 바이오부탄올 생산성이 63% 이상 향상된 것을 볼 수 있었다. 본 연구 결과들은 C. beijerinckii NCIMB 8052 균주를 이용한 바이오부탄올 생산에서 부레옥잠 배지가 생산용 배지로 이용될 수 있는 가능성을 보여주었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이오부탄올의 생산은 어떤 연구자에 의해 처음 보고 되었는가?	최근 바이오 연료로 관심을 끌어오고 있는 바이오부탄올의 생산은 미생물 발효를 이용하여 1861년 파스퇴르에 의해 처음 보고되었고 [5], 현재까지 미생물을 이용한 바이오부탄올 생산에 관한 여러 연구들이 진행되고 있다 [6-10]. 바이오부탄올은 바이오에탄올보다 화학적, 물리적인 특성이 수송 연료로 사용하기에 더 적합하다.
	주요 에너지에서 화석 연료의 비중이 커짐에 따라 발생하는 문제는 무엇인가?	3% 이상 사용하고 있고 그 양의 50% 이상을 수송용 연료로 사용하고 있다 [2]. 이러한 상황은 화석연료를 수입에 의존하는 국가에 상당히 부담이 되고 있어서 이에 따라 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 필요성이 증가하고 있다. 특히 휘발유를 대체 할 수 있는 수송용 바이오 연료로 바이오에탄올과 바이오부탄올의 필요성이 크게 높아지고 있으며 [3], 바이오연료를 생산하기 위해 셀룰로오즈계 바이오매스는 신재생에너지의 풍부한 재생 가능한 자원으로 언급된다 [4].
	연료로 사용되는 바이오부탄올이 가지는 장점은 무엇인가?	바이오부탄올은 바이오에탄올보다 화학적, 물리적인 특성이 수송 연료로 사용하기에 더 적합하다. 연료로 사용하는데 적합한 바이오부탄올의 장점은 낮은 증기압과 더 높은 발화점을 가지는 등 다양하며 [11] 바이오부탄올을 생산하는 대표적인 미생물은 Clostridium acetobutylicum이고 부산물로 아세톤과 에탄올을 생산한다 [12]. 이외에도 바이오부탄올을 생산하는 미생물에는 C.

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