에탄올 생산 향상을 위한 발효저해물질 제거와 리그닌 유래 발효저해물질이 에탄올 발효에 미치는 영향 Enhancement of Ethanol Production by The Removal of Fermentation Inhibitors, and Effect of Lignin-derived Inhibitors on Fermentation원문보기
본 연구에서는 옥살산전처리바이오매스의 액상가수분해산물에 포함된 발효저해물질을 전기투석과 XAD 수지 처리하여 제거한 후 에탄올을 생산하였다. 전기투석 과정에서 아세트산은 대부분 제거되었으며(95.6%), 비이온성 발효저해물질(Total phenolic compound: TPC, 5-hydroxymethyl furfural: HMF, furfural)은 XAD 수지 처리에 의해 효과적으로 제거되었다. 전기투석과 XAD 수지 처리된 액상가수분해산물로 발효를 수행한 결과 XAD 수지의 침지시간이 짧을수록 에탄올 생산이 향상되었다. 최대 에탄올 생산은 발효 72시간 후 $6.16g/{\ell}$로 전기투석 후 액상가수분해산물을 XAD-4 수지에서 5분 침지하였을 때 나타났다. 리그닌 유래 발효저해물질 중 syringaldehyde는 저농도(1 mM, 2 mM)에서 에탄올 생산을 향상시켰으며 5 mM에서는 발효에 부정적인 영향을 주었다. 리그닌 유래 발효저해물질의 시너지 효과를 확인하고자 합성배지로 발효를 수행하였으며, Syringaldehyde (1 mM)와 ferulic acid (1 mM) 합성배지를 이용하여 발효를 수행한 결과 syringaldehyde보다 ferulic acid의 영향으로 에탄올 생산이 감소했다.
본 연구에서는 옥살산 전처리 바이오매스의 액상가수분해산물에 포함된 발효저해물질을 전기투석과 XAD 수지 처리하여 제거한 후 에탄올을 생산하였다. 전기투석 과정에서 아세트산은 대부분 제거되었으며(95.6%), 비이온성 발효저해물질(Total phenolic compound: TPC, 5-hydroxymethyl furfural: HMF, furfural)은 XAD 수지 처리에 의해 효과적으로 제거되었다. 전기투석과 XAD 수지 처리된 액상가수분해산물로 발효를 수행한 결과 XAD 수지의 침지시간이 짧을수록 에탄올 생산이 향상되었다. 최대 에탄올 생산은 발효 72시간 후 $6.16g/{\ell}$로 전기투석 후 액상가수분해산물을 XAD-4 수지에서 5분 침지하였을 때 나타났다. 리그닌 유래 발효저해물질 중 syringaldehyde는 저농도(1 mM, 2 mM)에서 에탄올 생산을 향상시켰으며 5 mM에서는 발효에 부정적인 영향을 주었다. 리그닌 유래 발효저해물질의 시너지 효과를 확인하고자 합성배지로 발효를 수행하였으며, Syringaldehyde (1 mM)와 ferulic acid (1 mM) 합성배지를 이용하여 발효를 수행한 결과 syringaldehyde보다 ferulic acid의 영향으로 에탄올 생산이 감소했다.
In this study, ethanol was produced from a biomass hydrolysate that had been treated by electrodialysis (ED) and Amberlite XAD resin to remove fermentation inhibitors. Most of the acetic acid (95.6%) was removed during the ED process. Non-ionizable compounds such as total phenolic compounds, 5-hydro...
In this study, ethanol was produced from a biomass hydrolysate that had been treated by electrodialysis (ED) and Amberlite XAD resin to remove fermentation inhibitors. Most of the acetic acid (95.6%) was removed during the ED process. Non-ionizable compounds such as total phenolic compounds, 5-hydroxymethyl furfural, and furfural were effectively removed by the XAD resin treatment. Ethanol production was improved when the ED-treated hydrolysate was treated with XAD-4 resin for a short reaction time. The highest ethanol production from ED-treated hydrolysate was $6.16g/{\ell}$ (after 72 h of fermentation) when the treatment with XAD-4 resin was for 5 min. Among the lignin-derived fermentation inhibitors tested, syringaldehyde in low concentrations (1 and 2 mM) in the hydrolysate increased ethanol production, whereas a high concentration (5 mM) inhibited the ethanol production process. A synthetic medium containing syringaldehyde and ferulic acid was prepared to investigate the synergistic effect of inhibitors on ethanol fermentation. Ethanol production decreased in the mixture of 1 mM syringaldehyde and 1 mM ferulic acid, implying that the effect of ferulic acid on ethanol fermentation is comparable to that of syringaldehyde.
In this study, ethanol was produced from a biomass hydrolysate that had been treated by electrodialysis (ED) and Amberlite XAD resin to remove fermentation inhibitors. Most of the acetic acid (95.6%) was removed during the ED process. Non-ionizable compounds such as total phenolic compounds, 5-hydroxymethyl furfural, and furfural were effectively removed by the XAD resin treatment. Ethanol production was improved when the ED-treated hydrolysate was treated with XAD-4 resin for a short reaction time. The highest ethanol production from ED-treated hydrolysate was $6.16g/{\ell}$ (after 72 h of fermentation) when the treatment with XAD-4 resin was for 5 min. Among the lignin-derived fermentation inhibitors tested, syringaldehyde in low concentrations (1 and 2 mM) in the hydrolysate increased ethanol production, whereas a high concentration (5 mM) inhibited the ethanol production process. A synthetic medium containing syringaldehyde and ferulic acid was prepared to investigate the synergistic effect of inhibitors on ethanol fermentation. Ethanol production decreased in the mixture of 1 mM syringaldehyde and 1 mM ferulic acid, implying that the effect of ferulic acid on ethanol fermentation is comparable to that of syringaldehyde.
본 연구에서는 옥살산 촉매 전처리로부터 유래된 액상가수분해산물로부터 에탄올을 생산하였으며 에탄올 생산을 향상시키기 위한 발효저해물질 제거의 최적 조건을 탐색하였다. 또한 리그닌 유래 발효저해물질이 에탄올 발효에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 옥살산 촉매 전처리로부터 유래된 액상가수분해산물로부터 에탄올을 생산하였으며 에탄올 생산을 향상시키기 위한 발효저해물질 제거의 최적 조건을 탐색하였다. 또한 리그닌 유래 발효저해물질이 에탄올 발효에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
본 연구에서는 액상가수분해산물을 전기투석과 XAD 수지 처리하여 발효저해물질을 제거한 후 에탄올을 생산하였고 리그닌 유래의 발효저해물질이 에탄올 생산에 미치는 영향을 확인하였다. XAD 수지에 의한 TPC, 푸르푸랄, HMF 등의 발효저해물질 제거율은 XAD 수지 침지시간이 증가할수록 증가하였다.
대상 데이터
국립산림과학원에서 칩 형태로 제공받은 백합나무(Liriodendron tulipifera L.)를 사용하였다. 칩은 20∼ 80 mesh로 분쇄한 후 전처리에 사용하였으며 함수율은 6.
성능/효과
43%). 리그닌 유래 발효저해물질(syringaldehyde, ferulic acid)이 에탄올 생산에 미치는 영향을 확인하기 위해 합성배지에서 단일물질과 혼합물질에 대한 발효를 수행한 결과, 소량의 syringaldehyde는 에탄올 생산을 향상시켰으나 일정 농도 이상에서는 발효를 저해하는 인자로 작용하였다. Syringaldehyde과 ferulic acid 혼합 조건에서는 ferulic acid의 영향으로 에탄올 생산에 부정적인 영향을 주었다.
이와 같은 에탄올 수율의 차이는 전기투석과 XAD 수지 처리 후 당 농도와 리그닌 유래 발효저해물질과 발효상승물질을 포함하고 있는 TPC의 농도에 의한 것으로 사료된다. 종합하면, XAD-4 수지에서 5분 동안 침지하였을 경우 에탄올 생산을 향상시키기 위한 최적 조건으로 판단된다.
후속연구
리그닌 유래 발효저해물질은 다양하며 각 성분이 발효에 미치는 영향 또한 다르다. 따라서 에탄올 생산 향상을 위해서는 최적의 발효저해물질 제거 조건이 필요하고 이러한 방법은 실제 에탄올 생산 공정에 적용 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
1세대 바이오매스는 무엇인가?
1세대 바이오매스인 감자와 옥수수 등의 전분을 이용한 바이오에탄올 생산은 일부 상용화되어 있으나 식량자원과의 경쟁으로 인한 원료가격 상승과 식량부족 문제를 야기할 수 있다. 따라서 식량자원과 경쟁하지 않는 2세대 목질계 바이오매스의 이용에 대한 연구가 증가하고 있다(Shin et al.
발효저해물질을 제거하는 방법 중 전기투석 공정에서 제거하지 못하는 것은?
, 2014). 반면 전기투석에서 제거하지 못하는 비이온성의 발효저해물질은 XAD 수지 처리에 의해 제거된다(Li et al., 2013).
발효저해물질로 작용하는 리그닌 유래 분해산물에는 무엇이 있는가?
, 2014). 발효저해물질로 작용하는 리그닌 유래 분해산물로는 syringaldehyde, ferulic acid, vanilic acid, syringic acid가 대표적이다. 이는 각각의 성분마다 발효에 영향을 미치는 정도가 다르며 소량의 vanillic acid, syringic acid, syringaldehyde는 에탄올 생산을 향상시키기도 하지만 일정 농도 이상에서는 에탄올 발효에 부정적인 영향을 준다.
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