갈대의 two-stage 전처리가 glucose와

에탄올 생산에 미치는 영향

하시영*, 정지영1, 이동환, 최민서, 양재경

(경상대학교 농업생명과학대학 환경재료과학과, 경상대학교 농업생명과학연구원)

Effect of two-stage pretreatment of reed (Phragmites australis)

on glucose conversion and ethanol production enhancement

Si Young Ha*, Ji Young Jung, Dong Hwan Lee, Min Seo Choe, Jae-Kyung Yang

(Division of Environmental Forest Science, Institute of Agriculture & Life Sciences, Gyeongsang National University, Agricultural Life Science Researcher)

요약: 물리적 처리 후 연속적인 화학적 처리는 단량체 형태의 헤미셀룰로오스 유래 당을 효율적으로 회수하고 셀룰로오스의 효소 가수 분해를 개선하기 위해 광범위하게 사용되어왔다. 또한, 전처리 조건 하에서 셀룰로오스의 완전한 효소 가수 분해가 달성 될 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 갈대 (Phragmites australis)에서 포도당 전환을 개선하기 위해 2 단계 전처리 (폭쇄 처리와 화학적 처리)를 수행 하였다. 포도당 전환을 최적화하기 위해 R0 4.03 및 다양한 용매 (1 % NaOH, 1 % H2O2 및 메탄올)를 사용하여 폭쇄처리 및 화학적 처리를 수행하였다. 갈대의 폭쇄 처리(R0 4.03)로 인한 최대 포도당 전환율은 셀룰로오스 함량을 기준으로 70.0 %였다. 또한, 폭쇄처리된 갈대의 화학적 전처리로 인한 최대 포도당 전환율은 1 % H2O2을 이용했을 때, 셀룰로오스 함량을 기준으로 98.5 %였다. 결론적으로, 포도당 전환을 위한 전처리 방법은 폭쇄처리 후 연속적으로 1 % H2O2를 이용하여 화학적 전처리를 하는 것이며, 바이오에탄올은 원료 100 g을 기준으로 8.0 g의 수율을 나타냈다. 따라서 갈대의 2 단계 전처리 후 효소 가수 분해 및 발효는 2 세대 바이오 에탄올 생산에 유망한 방법으로 간주 될 수 있다.

Abstract: Chemical treat after steam explosion has been used extensively to efficiently recover hemicellulose-derived sugars in their monomeric form and to improve enzymatic hydrolysis of the cellulosic residues. It has also been shown that, under severe pretreatment conditions, complete enzymatic hydrolysis of the cellulose-rich residue can be achieved. In this paper, two-stage pretreatment (steam explosion pretreatment followed by chemical pretreatment) was performed to improve glucose conversion in reed (Phragmites australis). Steam explosion and chemical pretreatment were studied using the R0 4.03 and multiple solvents (1% NaOH, 1% H2O2 and methanol), respectively, to optimize glucose conversion. The optimum pretreatment conditions were investigated, and the maximum glucose conversion was compared. The maximum glucose conversion improvement due to steam explosion pretreatment of reed was 70.0% based on cellulose content using R0 4.03. Furthermore, the maximum glucose conversion improvement due to chemical pretreatment of steam exploded reed was 98.5% based on cellulose content using alkaline peroxide (1% H2O2). In conclusion, enzymatic hydrolysis and ethanol production resulted in 98.5% of glucose conversion based cellulose content of insoluble fraction after alkaline peroxide (1% H2O2) pretreatment and 8.0 g/raw material 100g of bioethanol, respectively, with the two-stage pretreatment conditions of R0 4.03 steam explosion pretreatment and 1% H2O2 chemical pretreatment. The two-stage pretreatment of reed followed by coupled enzymatic hydrolysis and fermentation can be considered a promising method for second generation bioethanol production.