초록 ▼

우리나라 국민의 주식인 쌀을 생산하기 위하여 벼를 도정하는 과정에서 부산물로 발생하는 쌀겨와 쇄미를 경쟁력 있는 농업부산물 바이오매스 자원으로 선정하였다. 연간 약 500만톤의 쌀을 도정하는 과정에서 부산물로 쌀겨 약 50만톤과 쇄미 약 20만톤이 발생하고 있다. 따라서 수급이 용이하여 수집 및 수송비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 가격이 저렴한 소중한 국내 바이오매스 자원이다.
쌀겨 150g/L와 쇄미 150g/L를 원료로 하여 액화효소와 당화효소를 각각 처리하여 포도당 112.1g/L를 함유한 당화액을 얻었다. 이 쌀 도

우리나라 국민의 주식인 쌀을 생산하기 위하여 벼를 도정하는 과정에서 부산물로 발생하는 쌀겨와 쇄미를 경쟁력 있는 농업부산물 바이오매스 자원으로 선정하였다. 연간 약 500만톤의 쌀을 도정하는 과정에서 부산물로 쌀겨 약 50만톤과 쇄미 약 20만톤이 발생하고 있다. 따라서 수급이 용이하여 수집 및 수송비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 가격이 저렴한 소중한 국내 바이오매스 자원이다.
쌀겨 150g/L와 쇄미 150g/L를 원료로 하여 액화효소와 당화효소를 각각 처리하여 포도당 112.1g/L를 함유한 당화액을 얻었다. 이 쌀 도정 부산물 당화액은 약간의 아미노산, 미네랄 등과 같은 영양물질을 함유하여 별도의 화학물질을 첨가하지 않아도 젖산발효가 가능한 천연 농업부산물 당화액을 제조할 수 있었다.
농업부산물 바이오매스 자원으로서 쌀 도정 부산물 당화액의 젖산발효 적합성을 검토하기 위하여 유산균 Lactobacillus paracasei KCTC13169를 배양한 결과 배양 34시간 만에 포도당의 96.58%가 젖산으로 전환되었다. 발효시간이 느려 약간 생산성이 낮으나 젖산발효에 유용한 바이오매스 자원임을 확인하였다. 또한 농업부산물 당화액 외에 다른 화학물질을 일체 첨가하지 않은 쌀겨+쇄미 당화액 천연배지를 이용하여 효모 Saccharomyces cerevisiae KCTC7913를 배양한 결과 쌀겨 150g/L + 쇄미 150g/L의 당화액에서 배양 22시간 후에 포도당 111.2g/L가 고갈되었으며 이 때 효모농도는 A600 25.52이었다. 에탄올 생산량은 51.4g/L로 수율(Y_L/G)은 46.2%로 이론수율의 90.6%의 바이오에탄올을 제조할 수 있었다.
이런 연구결과를 토대로 농업부산물 당화액 제조를 위한 2,000L 규모의 액화효소 반응기, 당화효소반응기, 당화액 분리정제 시스템으로 구성된 시험생산설비를 구축하였다. 이 시험설비를 이용하여 제2세부기관 CJ제일제당에 젖산발효에 적합한 농업부산물로서 쌀 도정 부산물 당화액을 제공하여 젖산발효개발 연구를 수행하였다. 제2세부기관 CJ제일제당에서 쌀 도정 부산물 당화액으로 젖산발효를 거쳐 폴리락트산의 중간원료인 락타이드를 합성하여 총괄기관이자 3세부기관인 롯데케미칼에 쌀 도정부산물 유래 락타이드를 제공하여 폴리락트산을 제조할 수 있는 유기적 협력 연구를 수행하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
Rice bran and Broken rice were chosen as the feedstocks for lactic acid production due to its abundance and low cost in South Korea. 0.5 million tons of rice bran and 0.2 million tons of broken rice are produced annually as byproducts in the rice milling process.
With the optimal co

Ⅳ. Results
Rice bran and Broken rice were chosen as the feedstocks for lactic acid production due to its abundance and low cost in South Korea. 0.5 million tons of rice bran and 0.2 million tons of broken rice are produced annually as byproducts in the rice milling process.
With the optimal conditions, the hydrolysate containing 112.1 g/L of glucose was obtained from the mixture of 200 g/L of Rice bran and 150 g/L of broken rice after two steps of enzymatic processes. This hydrolysate has a high potential as a feedstock for lactic acid fermentation since it has not only high amount of carbon , but also significant amount of amino acids, and minerals.
To determine the suitability of rice bran-broken rice hydrolysate as a feedstock, lactic acid fermentation was performed with Lactobacillus paracasei KCTC13169. The productivity and yield were 0.71 g/L·hr, and 96.58%. Yeast, Saccharomyces crevisiae KCTC7913, fermentation was also performed with the hydrolysate from rice bran 150 g/L and broken rice 150 g/L. In the end of the fermentation, 111.2 g/L of glucose was consumed. Its A₆₀₀ was 25.52. 51.4 g/L of ethanol was produced, and its yield was 46.2%, which was 90.6% of the theoretical yield.
Based on the results above, the pilot plant was designed and developed including 2,000L two reactors for liquefaction and saccharification, a solid content separator, M/F, U/F. These pilot scale system was used to produce the rice bran-broken rice hydrolysate and provided to CJ Cheiljedang Corporation.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 10
• SUMMARY ... 14
• 목차 ... 18
• 표 목차 ... 21
• 그림 목차 ... 22
• 제1장 서 론 ... 27
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 29
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 29
• 가. 젖산의 다양한 산업적 응용 ... 30
• 나. 젖산의 석유화학적 합성과 생물공학적 생합성 ... 32
• 다. 생분해성 고분자 폴리락트산의 단량체로서 젖산 ... 32
• 라. 젖산 생산공정의 미개발과 전량수입 의존 ... 34
• 마. 생물공학기술을 이용한 쌀 도정 부산물의 고부가가치화로 농업경쟁력 강화 ... 34
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 38
• 가. 국내의 기술개발동향 ... 38
• 나. 해외의 기술개발동향 ... 39
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 43
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 47
• 제1절 농업부산물 바이오매스 자원 선정 ... 49
• 1. 쌀 도정 부산물 바이오매스자원 - 쌀겨, 쇄미 ... 49
• 2. 밀 제분 부산물 바이오매스자원 - 밀기울 ... 49
• 제2절 농업부산물 바이오매스 효소공학적 액화공정 ... 52
• 1. 전분질 바이오매스의 액화 효소반응 실험 및 분석방법 ... 52
• 2. 농업부산물 액화 효소농도의 영향 ... 52
• 3. 농업부산물 바이오매스의 액화효소반응에 대한 pH의 영향 ... 52
• 4. 쌀 도정 부산물 쇄미 가루의 액화효소반응 (쌀 전분) ... 55
• 5. 밀가루의 액화효소반응 (밀 전분) ... 55
• 6. 옥수수가루의 액화효소반응 (옥수수 전분) ... 55
• 7. 타피오카 전분의 액화효소반응 ... 59
• 제3절 농업부산물 바이오매스 효소공학적 당화공정 ... 61
• 1. 전분의 액화 후 당화 실험 및 분석 방법 ... 61
• 2. 옥수수 및 타피오카 전분의 농도별 플라스크 액화/당화 실험 ... 61
• 3. 농산 바이오매스로서 고농도 쌀, 밀, 옥수수, 타피오카 액화/당화 실험 ... 61
• 4. 농산 바이오매스로서 고농도 고구마 및 감자의 액화/당화 실험 ... 64
• 5. 농업부산물 쌀겨 및 밀기울 액화/당화 실험 ... 67
• 제4절 농업부산물 바이오매스 당화액의 물리화학적 특성 조사 ... 71
• 1. 농업부산물 쌀겨 당화액의 탄수화물 특성 분석 ... 71
• 2. 농업부산물 쌀겨 당화액의 아미노산 특성 분석 ... 76
• 제5절 목질계 바이오매스 자원을 이용한 당화액 제조 연구 ... 80
• 1. 목질계 바이오매스 자원의 특징 ... 81
• 2. 목질계 바이오매스 자원의 전처리 및 당화공정 개발 ... 84
• 제6절 쌀 도정 부산물 당화액의 바이오리파이너리 적용성 검토 ... 94
• 1. 쌀 도정 부산물 당화액을 이용한 젖산발효 ... 94
• 2. 쌀 도정 부산물 당화액을 이용한 바이오에탄올 발효 ... 99
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 107
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 109
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도 (환경적 성과 포함) ... 111
• 1. 산업적 측면 ... 111
• 2. 환경적 측면 ... 111
• 3. 경제적 측면 ... 111
• 4. 고용창출 측면 ... 111
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 115
• 제1절 연구성과 활용계획 ... 117
• 1. 경제사회적 성과달성 계획 ... 117
• 가. 향후 사업화 추진계획 ... 117
• 나. 고용창출 계획 ... 117
• 다. 비용절감 계획 ... 117
• 라. 기술이전 계획 ... 117
• 마. 매출추진 계획 ... 117
• 2. 과학기술적 성과달성 계획 ... 117
• 가. 지식재산권 획득 계획 ... 117
• 나. 국내외 신기술 신제품 등 관련 인증 계획 ... 118
• 다. 국내외 전문학술지 게재 계획 ... 118
• 라. 국내외 학술회의(세미나) 발표 계획 ... 118
• 3. 국제협력 계획 ... 118
• 가. 기술무역 계획 ... 118
• 나. 인력교류 ... 118
• 다. 국제협력 기반 계획 ... 118
• 라. 국제학술회의 개최 계획 ... 118
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 119
• 1. 등록장비 현황 ... 119
• 가. 장비명 : 효소 액화/당화시스템 ... 119
• 제5장 참고문헌 ... 123
• 1. 국내문헌 ... 125
• 2. 국외문헌 ... 125
• 3. 기 타 ... 126
• (부록) ... 129
• 끝페이지 ... 133