KR101438549B1 - Method of producing hydrolysate from sea algae using acidic ionic liquid catalysts - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온성 액체를 산당화 촉매로 이용한 해조류 유래 당화액의 제조방법 및 바이오연료의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해조류 원초 또는 해조류에서 추출한 다당류 물질에 이온성 액체를 산당화 촉매를 처리하여 단당류를 생성하는 단계를 포함하는 당화액의 제조방법; 및 상기 단당류를 미생물에 의해 발효시키는 단계를 포함하는 해조류를 이용한 바이오연료의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바이오연료의 제조 방법은 바이오매스의 원료로 해조류를 사용하기 때문에 원료수급 문제를 획기적으로 개선할 수 있고, 발효 저해 물질인 5-HMF(5-hydroxymethylfurfural)의 생성을 억제 또는 최소화할 수 있다. 또한, 종래 목질계 원료의 이용시 필수적으로 수반되는 리그닌 제거 공정이 필요하지 않아 공정 비용을 낮출 수 있으므로 경제적이며 환경적으로도 매우 유리하다.The present invention relates to a method for producing a saccharified liquid derived from algae using an ionic liquid as a saccharification catalyst and a method for producing biofuel. More particularly, the present invention relates to a method for preparing a polysaccharide material extracted from seaweed basidiomycetes or seaweeds by treating an ionic liquid with a saccharification catalyst A method for producing a saccharified liquid comprising the step of producing a monosaccharide; And a method of fermenting the monosaccharide with a microorganism. Since the method of producing biofuel according to the present invention uses marine algae as a raw material for biomass, it is possible to drastically improve the problem of raw material supply and demand, and to suppress or minimize 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) . In addition, since the lignin removing step, which is essential for the use of conventional woody raw materials, is not required, the process cost can be lowered, which is economical and environmentally advantageous.

해조류, 이온성 액체, 바이오연료, 5-HMF, 발효저해물질 Seaweeds, ionic liquids, biofuels, 5-HMF, fermentation inhibitors

Description

산성 이온성 액체를 촉매로 이용한 해조류 유래 당화액의 제조 방법{Method of producing hydrolysate from sea algae using acidic ionic liquid catalysts}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a saccharide-derived saccharide liquid from a seaweed using an acidic ionic liquid as a catalyst,

본 발명은 이온성 액체를 산당화 촉매로 이용한 해조류 유래 당화액의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해조류를 원료로 산당화 시 발효 저해 물질인 5-HMF(5-hydroxymethylfurfural)의 생성을 억제 또는 최소화할 수 있도록 이온성액체를 촉매로 이용하여 당화액을 제조하는 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing a 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) inhibitory substance when fermenting marine algae as a raw material, The present invention relates to a method for producing a saccharified liquid using an ionic liquid as a catalyst.

바이오연료는 바이오매스(biomass)를 원료로 하여 얻어지는 에너지를 통칭하는 것으로서, 직접 연소, 알코올 발효, 메탄 발효 등을 통해 얻어진다. 바이오연료의 원료가 되는 물질인 바이오매스는 크게 당질계(사탕수수, 사탕무 등), 전분질계(옥수수, 감자, 고구마 등), 목질계(나무, 볏짚, 폐지 등)로 나누어지는데, 당질계의 경우 원료를 비교적 간단한 전처리 과정 후 이어지는 발효 공정을 통해 곧바로 바이오연료로 전환이 가능하지만, 전분질계와 목질계의 경우에는 적절한 전처리 과정과 당화 공정을 거친 당화액을 이용한 발효 공정을 통해 바이오연료를 제조할 수 있다. 목질계는 도시 폐기물 형태의 폐목재나 삼림 곳곳에 흩어져 있는 임산 부산물을 원료로 이용할 수 있으며, 식량으로서 활용가치가 없어 원료 수급의 안정 성은 확보될 수 있으나, 공정상 반드시 수반되어야 하는 리그닌 제거 전처리 공정으로 인한 공정비 상승과 함께, 목질계 셀룰로오스 기질의 특징인 수소결합으로 이루어진 crystalline 구조로 인해 당화 수율이 낮아 경제성이 낮은 단점이 있다.Biofuels are energy obtained by using biomass as a raw material and obtained by direct combustion, alcohol fermentation, methane fermentation, and the like. Biomass, which is a raw material for biofuels, is mainly divided into carbohydrates (sugar cane, beet), starchy maize (corn, potatoes, sweet potatoes) and woody plants (wood, rice straw, However, in the case of starch and woody materials, biofuels are produced through a fermentation process using an appropriate pretreatment process and a glycosylation process after saccharification process. can do. The woody system can be used as a raw material for waste materials in the form of municipal waste or forestous by-products scattered throughout the forests. However, since it is not worth using as food, the stability of raw material supply can be secured. However, lignin removal pretreatment And a crystalline structure composed of hydrogen bonds, which is characteristic of a woody cellulose substrate, has a disadvantage in that the saccharification yield is low and the economical efficiency is low.

수송용 대체연료로서 바이오연료의 성공적인 상업화는 가솔린 대비 바이오연료, 예컨대 바이오에탄올의 가격 경쟁력 확보에 있다. 통상적으로 바이오연료 제조 단가 중 원료비와 공정비가 차지하는 비율은 바이오매스의 종류와 공정에 따라서 편차가 크다. 예컨대, 사탕수수나 사탕무를 이용하는 당질계의 경우 원료비 : 공정비가 약 75 : 25 정도인 반면, 옥수수, 감자, 카사바 등의 전분질계는 약 50 : 50 이고, 목질계의 경우는 약 25 : 75 정도이다.Successful commercialization of biofuels as alternative fuels for transportation is to secure price competitiveness of biofuels such as bioethanol compared to gasoline. Generally, the proportion of raw material costs and process costs in biofuel production costs varies greatly depending on the type and process of biomass. For example, in case of saccharides using sugar cane or sugar beet, the ratio of raw material: process is about 75:25, while that of starch such as corn, potato, and cassava is about 50:50 and that of wood is about 25:75 to be.

그러나, 목질계를 제외하고는 현재 상용화된 바이오연료 생산 기술은 인간이 식량으로 사용할 수 있는 당질계 또는 전분질계 원료를 사용하므로 식량을 에너지원으로 사용한다는 문제뿐만 아니라, 앞으로 식량 수요가 늘어날 경우 원료 수급 문제가 발생할 수 있으며, 경제적인 측면에서도 곡물을 사용하는 것은 원료비용 측면에서 문제가 된다. 또한, 옥수수 재배는 상당량의 농약과 질소비료를 필요로 할 뿐 아니라 다른 작물에 비해 토양을 심하게 부식시키거나 이산화탄소를 배출하는 등 환경적인 단점도 존재한다.However, with the exception of lignocellulosic, biofuels production technology that is currently commercialized is not only a matter of using food as an energy source because humans use carbohydrates or starchy materials that can be used as food, Supply and demand problems can arise. In terms of economy, the use of grain is a problem in terms of raw material costs. In addition, corn cultivation requires not only a considerable amount of pesticide and nitrogen fertilizer, but also environmental disadvantages such as severe erosion of soil or emission of carbon dioxide compared with other crops.

바이오 에탄올은 2006년 현재 전세계적으로 약 513억 리터 규모로 생산되고 있다. 당질계를 이용한 바이오연료, 구체적으로 바이오에탄올의 전 세계 생산량은 약 187억 리터(2006년 기준)이고, 주요 생산국은 브라질, 인도, 대만이며, 이중 브라질이 178억 리터를 생산할 정도로 브라질이 주도하고 있다(글로벌바이오에너지파 트너십(GBEP), 2006). 브라질은 풍부한 자원인 사탕수수를 원료로 수송용 바이오에탄올 생산이 활발히 진행되고 있으며, 실제 다양한 형태의 에탄올 혼합 가솔린(gasohol)이 보급되고 있다. 2003년에는 에탄올과 가솔린의 함량이 변화해도 운행이 가능한 FFV(Flexible Fuel Vehicle)이 판매되기 시작했으며, 2005년 5월 현재 총 승용차 판매수의 약 50%를 점유한 상태이다.As of 2006, bioethanol has been produced in about 51.3 billion liters worldwide. The global production of biofuels, specifically bioethanol, using saccharides is about 18.7 billion liters (2006), with Brazil, India, and Taiwan as major producers, followed by Brazil with 17.8 billion liters (Global Bioenergy Partnership (GBEP), 2006). Brazil is actively producing bioethanol for transporting sugarcane, which is an abundant resource, as raw materials. Actually, various types of ethanol-mixed gasohol are spreading. In 2003, FFV (Flexible Fuel Vehicle), which can be operated even when the ethanol and gasoline contents have changed, has begun to be marketed. As of May 2005, it occupied about 50% of total passenger car sales.

옥수수를 이용한 바이오에탄올의 전 세계 생산량은 약 198억 리터(2006년 기준)이고 주요 생산국은 미국, 유럽, 중국이며 이중 미국이 185억 리터를 생산할 정도로 주도하고 있다(표 1 참조). 미국은 오일쇼크 직후인 1978년에 에너지세법(Energy Tax Act)를 제정하여 에탄올 10% 이내를 함유하는 가솔린에 대해 갤런당 4 $의 연방세 감세혜택을 주어 보급을 확대하고 있다. 이와 같이 미국은 넓은 경작지와 풍부한 자원인 옥수수를 원료로 수송용 바이오연료의 생산이 활발히 진행되고 있고, 신재생에너지 기술개발을 통해 석유의존 경제에서 탈피할 고급 에너지 기술을 개발하고 있으며, 대체 에너지 개발의 일환으로 에탄올 생산기술의 개발을 추진하고 있고, 옥수수를 이용한 연료용 에탄올 생산 기반이 확대되는 추세이다.Worldwide production of corn-based bioethanol is about 19.8 billion liters (2006), with the major producers being the US, Europe and China, with the United States leading the world to produce 18.5 billion liters (see Table 1). The US has enacted the Energy Tax Act in 1978, shortly after the oil crisis, and is expanding its supply by giving $ 4 per gallon of federal tax breaks for gasoline containing less than 10% ethanol. As such, the United States is actively producing biofuels for transporting large crops and corn as a source of abundant resources, and is developing advanced energy technologies that will escape from the oil-dependent economy through the development of new and renewable energy technologies. As part of its efforts to develop ethanol production technology, the use of ethanol for corn-based ethanol production is on the rise.

목질계를 이용한 바이오연료 제조기술은 아직 상용화 단계까지 이르지 못했으므로 관측된 산업동향은 없다. 하지만 캐나다의 Iogen 사의 경우 목질계 바이오매스를 이용한 제조기술을 활발히 개발하고 있고, 미국은 차세대 바이오매스로서 농업 폐기물 및 식물 원료로부터 에탄올을 추출하는 기술을 2012년까지 상용화하기 위해 2007년 예산에 150백만불을 투입할 예정이며, 이를 통해 전체 수송연료의 30% 를 에탄올로 대체하는 것을 추진 중에 있다.There is no observed industry trend because biofuel production technology using woody system has not reached commercialization stage yet. However, in Canada, Iogen is actively developing wood biomass manufacturing technology. In order to commercialize technology for extracting ethanol from agricultural wastes and plant raw materials as next generation biomass by 2012, the US budget is set at $ 150 million , Which is in the process of replacing 30% of the total transport fuel with ethanol.

한편, 해조류는 크게 대형조류(macroalgae)와 미세조류(microalgae)로 나누어지며 대형조류에는 홍조류, 갈조류, 녹조류, 미세조류에는 클로렐라, 스피루리나 등이 있다. 해조류는 종래의 여타 바이오매스에 비해 생장성이 훨씬 우수하고(아열대 지방의 경우 연 4~6회 수확 가능), 드넓은 바다를 이용할 수 있으므로 가용재배 면적이 넓으며, 담수, 토지, 비료 등 원가가 높은 자원의 사용이 적다는 장점이 있다. 또한, 목질계의 경우 반드시 제거해야 하는 리그닌 성분이 없으므로 바이오연료의 제조 공정이 간단하고, 총에너지 전환 수율도 높다. 뿐만 아니라 해조류는 이산화탄소 연간 흡수량이 ha당 36.7톤으로서 목질계보다 5~7배 높은 장점이 있으며, E20(20% 에탄올이 첨가된 휘발유)을 사용한다고 가정할 때 연간 온실가스 저감율은 약 27%로, 이를 금액으로 환산 시 약 3,000억원의 탄소세 절감효과를 거둘 수 있다(표 1).Seaweeds are divided into macroalgae and microalgae. Major algae include red algae, brown algae, green algae, and microalgae such as chlorella and spirulina. Seaweeds are much better than other conventional biomass (4 to 6 times a year in the case of subtropical regions) and can be exploited in the wider seas, so the available cultivation area is wide and the cost of freshwater, land, fertilizer, etc. The use of high resources is advantageous. In addition, since the lignin component, which must be removed in the case of wood, is not present, the production process of the biofuel is simple and the total energy conversion yield is high. In addition, seaweed has an annual carbon dioxide absorption of 36.7 tonnes per hectare, which is 5 to 7 times higher than woody, and assuming that E20 (20% ethanol-added gasoline) is used, annual greenhouse gas reduction rate is about 27% , Which translates into a carbon tax savings of about KRW 300 billion (Table 1).

[표 1] 육상식물과 해양식물의 특징 비교[Table 1] Characteristics of land plants and marine plants

구 분division 육상식물Athletic plants 해양식물Marine plant 당/전분질계Sugar / starch family 목질계Woody 해조류Seaweed 원료Raw material 사탕수수, 옥수수Sugarcane, corn 목재류Timber 우뭇가사리, 꼬시래기, 코토니Cockatoo, Cocktail, Kotoni 원료 생산 주기Raw material production cycle 1년에 1~2회1-2 times a year 최소 8년 이상At least 8 years 1년에 4~6회4 to 6 times a year 단위면적당 원료 생산량(톤/ha) Raw material production per unit area (tonne / ha) 180180 99 565565 단위면적당 CO2 흡수량(톤/ha)CO 2 absorption per unit area (ton / ha) 5-105-10 4.64.6 36.736.7 제조 공정Manufacture process 간단simple 복잡(리그닌 제거)Complexity (lignin removal) 간단(리그닌 부재)Simple (lignin-free) 재배환경Cultivation environment 태양광, CO2, 담수, 토지, 비료Sunlight, CO 2 , fresh water, land, fertilizer 태양광, CO2, 담수, 토지, 비료Sunlight, CO 2 , fresh water, land, fertilizer 태양광, CO2, 해수Sunlight, CO 2 , seawater

그러나, 해조류는 지금까지 주로 전기영동 시약, 비료, 유화제, 항암제 등 정밀화학 소재 및 의학 소재에 이용하거나, 식용, 약용 등 건강식품류로만 활용되어 왔을 뿐, 이를 이용한 바이오연료 개발에 관한 연구는 전무한 실정이다.However, seaweeds have so far been mainly used in fine chemical materials such as electrophoresis reagents, fertilizers, emulsifiers, anticancer agents, and medical materials, or as health foods such as edible and medicinal drugs, and there is no research on biofuel development using them to be.

본 발명은 상기와 같은 종래 바이오연료 제조 방법상의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것이다. 종래 바이오연료의 원료로 사용되던 당질계, 전분질계 또는 목질계 원료 대신 해조류를 원료로 사용함으로써 기존 원료 사용 시 나타나는 낮은 당화 효율을 극복하고 산성기를 갖는 이온성 액체를 산당화 촉매로 이용하여 당화 시 발효저해 물질인 5-HMF (5-hydroxymethylfurfural)의 생성을 억제 혹은 최소화 할 수 있는 당화액의 제조방법 및 이의 당화액을 이용한 바이오연료의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional biofuel production method. By using seaweed instead of saccharide, starch or lignocellulosic material used as a raw material of conventional biofuel, it is possible to overcome the low saccharification efficiency in the case of using raw materials and to use the ionic liquid having acidic group as a saccharification catalyst, It is an object of the present invention to provide a method for producing a glycosylated liquid capable of inhibiting or minimizing the formation of 5-HMF (5-hydroxymethylfurfural) as an inhibitory substance, and a method for producing biofuel using the glycosylated liquid.

본 발명은 해조류 원초 또는 해조류에서 추출한 다당류 물질에 산성 이온성 액체 촉매를 처리하여 단당류를 생성시키는 당화액의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a saccharified liquid, which produces a monosaccharide by treating an acidic ionic liquid catalyst with a polysaccharide material extracted from algae seeds or seaweeds.

또한, 본 발명은 상기 산성 이온성 액체 촉매가 하기 화학식 1~5로 표시되는 이미다졸륨, 포스포늄, 암모늄, 모폴리늄, 콜린으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다:The present invention also provides a process for producing a saccharified liquid characterized in that the acidic ionic liquid catalyst is selected from the group consisting of imidazolium, phosphonium, ammonium, morpholinium and choline represented by the following Chemical Formulas 1 to 5 to provide:

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(상기 식에서 R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 C1~C8의 알킬, 페닐, 벤질 또 는 플루오르화 알킬이고, A는 SO4,SO3, BH3, n(AlCl3) (n = 1 또는 2), CF3COO, CH3COO, HPO4, p-CH3(C6H4)SO3 등의 브뢴스테드 산성도를 가질 수 있는 분자).Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently C 1 -C 8 alkyl, phenyl, benzyl or fluorinated alkyl, A is SO 4 , SO 3 , BH 3 , n 3 ) (n = 1 or 2), CF 3 COO, CH 3 COO, HPO 4 , p-CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 .

또한, 본 발명은 상기 산성 이온성 액체 촉매가 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of the acidic ionic liquid wherein the acidic ionic liquid catalyst is selected from the group consisting of [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] (1-methylimidazolium hydrogensulfate) (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim] [H 2 PO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6 ] 1 to C 8 ). The present invention also provides a method for producing a saccharified liquid.

또한, 본 발명은 상기 추출시의 추출용매가 H2SO4, HCl, HBr, HNO3, CH3COOH, HCOOH, HClO4, H3PO4, PTSA 및 상용 고체산으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of the compound of formula I wherein the extraction solvent is selected from the group consisting of H 2 SO 4 , HCl, HBr, HNO 3 , CH 3 COOH, HCOOH, HClO 4 , H 3 PO 4 , PTSA and conventional solid acids The present invention also provides a method for producing a saccharified liquid.

또한, 본 발명은 상기 다당류 물질이 우무, 전분, 카라기난, 알긴산 및 섬유소로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.Also, the present invention provides a method for producing a saccharified liquid, wherein the polysaccharide material is selected from the group consisting of horseradish, starch, carrageenan, alginic acid and fibrin.

또한, 본 발명은 상기 해조류가 대형조류 또는 미세조류인 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a saccharified liquid, wherein the algae are large algae or microalgae.

또한, 본 발명은 상기 대형조류가 홍조류, 갈조류 및 녹조류로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a saccharified liquid, wherein the large algae is selected from the group consisting of red algae, brown algae and green algae.

또한, 본 발명은 상기 홍조류가 우뭇가사리, 코토니, 개도박, 김, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목 및 지누아리로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing the red algae according to the present invention, wherein the red algae are selected from the group consisting of Cryptomeria japonica, Kottoni, dog gambling, rosemary, round starch, Wherein the saccharide is selected from the group consisting of saccharides.

또한, 본 발명은 상기 갈조류가 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 및 톳으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to the above-mentioned composition, wherein the brown algae is selected from the group consisting of seaweed, kelp, horses, horsetail, lobster, horsetail, vinegar, horse mackerel, Wherein the saccharification solution is selected from the following.

또한, 본 발명은 상기 녹조류가 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴 및 염주말로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a saccharified liquid, wherein the green algae are selected from the group consisting of chrysanthemum, sunflower, parasitic, audible, beaded, octagonal and beaded.

또한, 본 발명은 상기 단당류가 갈락토오스, 갈락토오스 유도체, 3,6-안하이드로갈락토오스, 글루코오스, 푸코오스, 람노오스, 크실로오스 및 만노오스로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a saccharified liquid characterized in that the monosaccharide is selected from the group consisting of galactose, a galactose derivative, 3,6-anhydrogalactose, glucose, fucose, rhamnose, xylose and mannose to provide.

또한, 본 발명은 상기 단당류가 우무에 대해 0.05~30% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~200℃ 온도에서 0 초과 ~ 6시간 반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a saccharified liquid, which comprises reacting the monosaccharide with an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 30% to provide.

또한, 본 발명은 상기 단당류가 섬유소에 대해 0.05~50% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 80~300℃의 온도에서 0 초과 ~ 6시간 반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for producing a saccharified liquid characterized by that the monosaccharide is produced by reacting cellulose with an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 50% at a temperature of 80 to 300 ° C. for more than 0 to 6 hours .

또한, 본 발명은 상기 단당류가 해조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~300℃ 온도에서 0 초과~6시간 반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a saccharified liquid, which comprises reacting the monosaccharide with an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 50% based on the seaweed base at a temperature of 60 to 300 ° C. for more than 0 to 6 hours .

또한, 본 발명은 상기 단당류가 해조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~300℃ 온도에서 0 초과~6시간 동안 반응시킨 후, 잔류 섬유소 혹은 전분을 대상으로 상기 반응조건에서 2차 혹은 3차 당화반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention relates to a method for producing a starch-containing starch, which comprises reacting the monosaccharide with an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 50% based on the seaweed starch at a temperature of 60 to 300 ° C. for more than 0 to 6 hours, Wherein the saccharide is produced by a secondary or tertiary saccharification reaction under the reaction conditions.

또한, 본 발명은 해조류 원초 또는 해조류에서 추출한 다당류 물질에 산성 이온성 액체 촉매를 처리하여 단당류를 생성하는 단계; 및The present invention also relates to a method for treating a polysaccharide material extracted from a seaweed or seaweed to produce a monosaccharide by treating an acidic ionic liquid catalyst; And

또한, 본 발명은 상기 단당류를 미생물에 의해 발효시키는 단계를 포함하는 바이오연료의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a biofuel comprising the step of fermenting the monosaccharide with a microorganism.

또한, 본 발명은 상기 바이오연료가 C1 내지 C4의 알코올 및 C2 내지 C4의 케톤으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오연료의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a biofuel, wherein the biofuel is selected from the group consisting of C 1 to C 4 alcohols and C 2 to C 4 ketones.

또한, 본 발명은 상기 발효 미생물이 사카로마이세스 세레비시애, 사르시나 벤트리큘리, 클루이베로마이세스 프라질리스, 자이고모모나스 모빌리스, 클루이베로마이세스 막시아너스 IMB3, 브레타노마이세스 쿠스테르시이, 클로스트리디움 아세토부틸리쿰, 클로스트리디움 바이예링키, 클로스트리디움 아우란티부틸리쿰 및 클로스트리디움 테타노모르퓸으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오연료의 제조 방법을 제공한다.The present invention also relates to a method for producing a fermented microorganism, wherein the fermenting microorganism is selected from the group consisting of Saccharomyces cerevisiae, Sarsinia ventriculi, Kluyveromyces flajilis, Zygomomonas mobilis, Kluyveromyces maxinus IMB3, , Clostridium acetyobutylicum, Clostridium bi-lingki, Clostridium aurantibutylicum and Clostridium tetanomorphi. The present invention also provides a method for producing a biofuel comprising the steps of: .

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 당화액의 제조 방법 또는 바이오연료의 제조 방법은,The method for producing a saccharified liquid of the present invention or the method for producing a biofuel,

해조류 원초 또는 해조류에서 추출한 다당류 물질에 산성 이온성 액체 촉매를 처리하여 단당류를 생성하는 단계; 및Treating an acidic ionic liquid catalyst to a polysaccharide material extracted from a seaweed source or seaweed to produce a monosaccharide; And

상기 단당류를 미생물에 의해 발효시키는 단계를 포함한다.And fermenting the monosaccharide with a microorganism.

본 발명에 있어서, 상기 바이오연료로는 C1 내지 C4의 알코올, C2 내지 C4의 케톤 등이 될 수 있으며, 이중에서 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 또는 아세톤인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 다당류 물질로는 우무, 전분, 섬유소, 카라기난, 알긴산 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the biofuel may include C 1 to C 4 alcohols, C 2 to C 4 ketones, and the like, preferably methanol, ethanol, propanol, butanol or acetone. It is not. Examples of the polysaccharide material include horseradish, starch, fibrin, carrageenan, and alginic acid, but are not limited thereto.

본 발명의 바이오연료의 제조 방법에서 사용되는 해조류로는 대형조류 또는 미세조류가 제한 없이 사용될 수 있으며, 상기 대형조류에는 홍조류, 갈조류, 녹조류 등이 있고, 미세조류에는 클로렐라, 스피루리나 등이 있다. 상기 홍조류로는 우뭇가사리, 김, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목, 지누아리 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 중에서도 우뭇가사리를 사용하는 것이 바람직하다. 우뭇가사리는 홍조류중에서 종의 종류가 가장 다양하고 생장성이 우 수하며, 건조중량 기준으로 셀룰로오스 성분인 섬유소가 약 15~25%, 갈락탄이 주성분인 우무가 약 50~70% 정도 차지하며, 이 외에 15% 미만의 단백질과 7% 미만의 지질로 구성되어 있다. 상기 갈조류로는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이, 톳 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 갈조류는 다세포체이고, 조류 중에서 가장 잘 분화되어 있다. 상기 녹조류로는 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴, 염주말 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 녹조류는 엽록소를 갖고 있어 광합성에 의해 전분류를 만든다. 상기 갈조류와 녹조류의 구성성분을 살펴보면, 갈조류에는 알긴산이 약 30~40%, 섬유소가 약 5~6% 포함되어 있고, 녹조류에는 탄수화물이 주성분인 전분류가 약 40~50%, 섬유소가 5% 미만 함유되어 있다.The large algae include red algae, brown algae, and green algae, and microalgae include chlorella and spirulina. The algae used in the biofuel production method of the present invention may be any of large algae or microalgae. As the red algae, there may be used red ginseng, red ginseng, red ginseng, round ginseng, red ginseng, green ginseng, green ginseng, green ginseng, true gambling, However, the present invention is not limited to this, and it is preferable to use the mugwort. On the dry weight basis, cellulose is about 15 ~ 25%, and galactan is about 50 ~ 70% of the main component. In addition to less than 15% protein and less than 7% consists of lipids. The brown algae may be selected from the group consisting of seaweed, kelp, horsetail, marine horses, lobster, horsetail, seagrass, mackerel, rhubarb, rhubarb, cumin, mosquito, It is not. Brown algae are multi-cellular bodies and are best differentiated among algae. Examples of the green algae include, but are not limited to, chrysanthemum, chestnut, chestnut, hearth, beard, jade, salt, and the like. The green algae have chlorophyll and make the whole classification by photosynthesis. The brown algae contain about 30 to 40% of alginic acid and about 5 to 6% of fibrin. The green algae contain about 40 to 50% of carbohydrates, about 5 to 10% of fibrin, .

우무는 갈락토오스 폴리머로 이루어진 갈락탄이 주성분이며, 갈락탄은 적절한 저분자화 과정을 통해 갈락토오스 및 3,6-안하이드로갈락토오스 등의 단당류로 전환될 수 있다. 섬유소는 셀룰로오스로 이루어진 물질로서, 우뭇가사리의 경우 전체 성분의 약 15~25%를 차지한다. 상기 셀룰로오스는 적절한 효소나 산 촉매를 이용한 당화 공정을 통해 단당류인 글루코오스로 전환될 수 있다. 상술한 갈락토오스와 글루코오스는 발효 공정을 통해 바이오연료로 전환될 수 있는 전구체로 사용된다.Galactan is mainly composed of galactanose polymer composed of galactose polymer, and galactan can be converted into a monosaccharide such as galactose and 3,6-anhydrogalactose through an appropriate low molecular weight process. Fibrin is a substance made of cellulose. In the case of Fagus crenata, it accounts for about 15 to 25% of the total components. The cellulose may be converted to glucose, a monosaccharide, through a saccharification process using an appropriate enzyme or an acid catalyst. The above-described galactose and glucose are used as precursors that can be converted into biofuels through a fermentation process.

전분은 녹말이라고도 불리며, 녹색 식물의 엽록체 안에서 광합성으로 만들어져 저장되는 탄수화물로서, 글루코오스를 구성단위로 하는 다당류이다. 상기 전분 은 적절한 효소나 산 촉매를 이용한 당화 공정을 통해 단당류인 글루코오스로 전환될 수 있다.Starch, also called starch, is a carbohydrate that is made by photosynthesis in chloroplasts of green plants and is a polysaccharide composed of glucose as a constituent unit. The starch may be converted to glucose, a monosaccharide, through a glycosylation process using an appropriate enzyme or acid catalyst.

상기 해조류에서 우무, 섬유소, 전분, 카라기난, 알긴산 등과 같은 다당류 물질을 추출하기 위한 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법도 사용가능하다. 한 바람직한 구현 예에 따르면, 해조류를 알칼리 수용액에 일정시간 침지시킨 후 물로 세척하고, 상기 세척된 해조류를 산성 약품으로 이루어진 추출용매에 일정시간 침지시켜 우무, 카라기난, 알긴산 성분을 추출한 후, 잔여 섬유소 및 전분류를 수집하는 단계를 통해 우무, 카라기난, 알긴산 성분 및 전분 또는 섬유소를 추출할 수 있다. 이때, 추출 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 80~150℃ 범위인 것이 바람직하다. 상기 산성 약품으로는 H2SO4, HCl, HBr, HNO3, CH3COOH, HCOOH, HClO4 (perchloric acid), H3PO4 (phosphoric acid), PTSA (para-toluene sulfonic acid) 또는 상용 고체산 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 알칼리 수용액으로는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 암모니아 수용액 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The method for extracting a polysaccharide substance such as hyaline, fibrin, starch, carrageenan, alginic acid and the like from the seaweed is not particularly limited, and any method known in the art can be used. According to a preferred embodiment, seaweeds are immersed in an aqueous alkali solution for a certain period of time, washed with water, and the washed seaweeds are immersed in an extraction solvent consisting of acidic chemicals for a certain period of time to extract components such as hyaluronidase, carrageenan and alginic acid, Through the step of collecting the whole classification, it is possible to extract horseradish, carrageenan, alginic acid component and starch or fibrin. At this time, the extraction temperature is not particularly limited, but is preferably in the range of 80 to 150 ° C. Examples of the acidic chemicals include H 2 SO 4 , HCl, HBr, HNO 3 , CH 3 COOH, HCOOH, HClO 4 (perchloric acid), H 3 PO 4 (phosphoric acid), PTSA (para-toluene sulfonic acid) And the like. However, the aqueous alkali solution is not limited to potassium hydroxide, sodium hydroxide, calcium hydroxide, aqueous ammonia, and the like, but is not limited thereto.

우무, 전분, 섬유소, 카라기난, 알긴산 등과 같은 다당류 물질 추출물에 적절한 산성 이온성 액체를 포함하는 가수분해 촉매를 처리하여 당화시킴으로써 단당류를 얻을 수 있다. 상기 단당류로는 갈락토오스, 3,6-안하이드로갈락토오스, 글루코오스, 푸코오스, 람노오스, 크실로오스, 만노오스 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.A monosaccharide can be obtained by treating a polysaccharide substance extract such as starch, starch, cellulose, carrageenan, alginic acid and the like with a hydrolysis catalyst containing an appropriate acidic ionic liquid and saccharifying it. Examples of the monosaccharide include, but are not limited to, galactose, 3,6-anhydrogalactose, glucose, fucose, rhamnose, xylose, mannose and the like.

상기 본 발명의 당화 공정은 크게 직접 당화법과 간접 당화법으로 나눌 수 있으며, 이하 상기 2가지 당화 공정과 이를 통해 얻어진 당화액을 이용한 바이오연료 발효 방법에 대해 설명한다.The saccharification process of the present invention can be roughly classified into a direct saccharification method and an indirect saccharification method, and the following two saccharification processes and a saccharified liquid obtained by the method will be described.

먼저, 간접 당화법이란 해조류 원초로부터 다당류 물질을 추출한 후 이 다당류 물질을 단당류로 만드는 방법이다. 간접 당화법을 이용한 당화 방법의 한 예로서, 우무를 출발 물질로 이용하여 당화하는 방법에 대해 설명한다. 우무는 갈락토오스 폴리머인 갈락탄이 성분의 대부분을 차지하고 있으며, 상기 갈락탄은 적절한 당화 공정(저분자화 공정)을 통해 발효가능한 단당류인 갈락토오스 또는 3,6-안하이드로갈락토오스로 전환될 수 있다. 이때, 당화 공정에 사용되는 방법으로는 산성 이온성 액체 촉매로 하는 가수분해법을 이용하는데, 사용 가능한 촉매로는 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8) 등이 있다. 이때, 사용된 산의 농도 및 반응 온도와 반응 시간 등을 잘 설정함으로써 갈락토오스의 당화 수율이 최대가 됨과 동시에 생성된 갈락토오스가 과분해되어 5-HMF가 생성되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단당류는 우무에 대해 0.05~30% 농도의 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8)와 같은 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~200℃ 온도에서 0~6시간 반응시킴으로써 생성된다.First, the indirect saccharification method is a method of extracting a polysaccharide substance from a seaweed source and then converting the polysaccharide substance into a monosaccharide. As an example of a saccharification method using an indirect saccharification method, a method of saccharification using a succinate as a starting material will be described. Galactan, which is a galactose polymer, accounts for most of the components, and the galactan can be converted to galactose or 3,6-anhydrogalactose, which is a monosaccharide capable of fermentation through a suitable saccharification process (low molecular weight process). In this case, the hydrolysis method using an acidic ionic liquid catalyst is used as a method used in the saccharification process. Examples of usable catalysts include [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate) HSO 4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate ), [Rmin] [TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim] [H 2 PO 4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C 1 -C 8 ). At this time, it is preferable that the saccharification yield of galactose is maximized by setting the concentration of the acid used, the reaction temperature and the reaction time, and at the same time, the produced galactose is over-cleaved so that 5-HMF is not produced. According to a preferred embodiment of the present invention, the monosaccharide is selected from the group consisting of [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] (1-methylimidazolium alkylimidazolium triflouroacetate, [Rmim] [H 2 PO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6 ] (1-alkyl- 3-methylimidazolium chloroaluminate (R = C 1 to C 8 ) at 60 to 200 ° C for 0 to 6 hours.

간접 당화법을 이용한 당화 방법으로서, 섬유소를 출발 물질로 이용하여 당화하는 방법을 살펴본다. 섬유소는 셀룰로오스로 이루어진 물질로서 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 가수분해되어 글루코오스로 전환될 수 있다. 셀룰로오스를 가수분해하는 촉매로는 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8) 등이 사용될 수 있으며, 이때 사용된 산의 농도 및 반응 온도와 반응 시간 등을 잘 조절함으로써 글루코오스의 당화 수율이 최대가 됨과 동시에 생성된 글루코오스가 과분해되어 5-HMF가 생성되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단 당류는 섬유소에 대해 0.05~50% 농도의 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8)) 등의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 80~300℃의 온도에서 0 초과~6시간 반응시킴으로써 생성된다. 본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면,As a saccharification method using an indirect saccharification method, a method of saccharification using cellulose as a starting material will be described. Fibrin is a substance made of cellulose and can be hydrolyzed and converted to glucose using an acidic ionic liquid catalyst. As a catalyst for hydrolyzing cellulose, [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin] [TFA] etc. triflouroacetate), [Rmim] [H2PO4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C 1 ~ C 8) In this case, it is preferable to maximize the saccharification yield of glucose by controlling the concentration of the used acid, the reaction temperature and the reaction time, and at the same time, to prevent the produced glucose from being overdispersed to produce 5-HMF. According to one preferred embodiment of the present invention, the monosaccharide comprises [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] alkylimidazolium triflouroacetate, [Rmim] [H 2 PO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6 ] (1- alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate (R = C 1 -C 8 )) at a temperature of 80 to 300 ° C. for more than 0 to 6 hours. According to another preferred embodiment of the present invention,

간접 당화법을 이용한 당화 방법으로서, 전분을 출발 물질로 이용하여 당화하는 방법을 살펴본다. 전분은 글루코오스로 이루어진 물질로서 전분을 가수분해하는 산성 이온성 액체 촉매로는 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8) 등이 사용될 수 있으며, 이때 사용된 산의 농도 및 반응 온도와 반응 시간 등을 잘 조절함으로써 글루코오스의 당화 수율이 최대가 됨과 동시에 생성된 글루코오스가 과분해되어 5-HMF가 생성되지 않도록 하는 것이 바람직하다.As a saccharification method using an indirect saccharification method, a method of saccharification using starch as a starting material will be described. Starch is an acidic ionic liquid catalyst which is made of glucose and hydrolyzes starch [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] (1-methylimidazolium hydrogensulfate) , [Rmin] [TFA] ( 1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim] [H 2 PO 4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6] (1-alkyl-3- methylimidazolium chloroaluminate (R = C 1 ~C 8 ), etc., and by controlling the concentration of acid used, the reaction temperature and the reaction time, the yield of glucose is maximized and glucose produced is overdispersed So that 5-HMF is not produced.

직접 당화법을 이용한 당화 방법은, 섬유소 및/또는 우무, 카라기난이 모두 포함된 해조류 또는 전분 및/또는 알긴산, 섬유소가 모두 포함된 해조류 원초를 출발 물질로 이용하여 상기 물질들을 별도로 다당류 물질의 추출없이 직접 단당류로 당화하는 방법이다. 이때 산성 이온성 액체를 촉매로 이용하는 가수분해법을 이용할 수 있는데 이미 상술한 바와 같이 간접 당화 공정에서 사용되는 산성 이온성 액체 촉매계가 사용될 수 있다. 이때, 산 촉매의 농도와 반응 온도 및 반응 시간을 적절히 조절함으로써 생성된 글루코오스와 갈락토오스의 당화 수율이 최대가 되는 조건 및 생성된 단당류가 과분해되어 5-HMF가 생성되지 않도록 하는 반응 조건을 찾는 것이 중요하다. 해조류 원초를 출발 물질로 하여 당화하는 경우에는 채취된 해조류를 수세 과정을 통해 불순물 제거와 세척 과정을 수행한 다음, 열풍건조기 또는 자연건조법을 이용해 완전히 건조시키고, 건조된 해조류를 원료분쇄기를 이용하여 잘게 부수어 입자가 고운 파우더 형태로 변환한 후 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단당류는 해조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8)와 같은 산성 이온성 액체 촉매계를 이용하여 60~300 ℃ 온도에서 0 초과~6시간 반응시킴으로써 생성된다. 본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단당류는 다단계 당화법을 이용하여 해조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8) 산성 이온성 액체로 구성된 군으로부터 선택되는 촉매를 이용하여 60~300℃ 온도에서 0 초과~6시간 동안 반응시킨 후, 잔류 섬유소 혹은 전분을 대상으로 상기 반응조건에서 2차 혹은 3차 당화반응시킴으로써 생성된다.The saccharification method using the direct saccharification method can be carried out by using a seaweed starch containing both fibrin and / or hyaluronic acid, carrageenan or starch and / or alginic acid and fibrin as starting materials and separately extracting the above substances without extracting the polysaccharide material And then directly saccharified with a monosaccharide. At this time, a hydrolysis method using an acidic ionic liquid as a catalyst can be used. An acidic ionic liquid catalyst system used in the indirect saccharification step as described above can be used. At this time, the conditions under which the saccharification yield of glucose and galactose are maximized by appropriately adjusting the concentration of the acid catalyst, the reaction temperature, and the reaction time, and the reaction conditions that the generated monosaccharide is excessively decomposed to prevent 5-HMF from being generated It is important. In case of saccharification using seaweed as a starting material, the collected seaweeds are washed with impurities and washed through a washing process, then completely dried using a hot-air drier or a natural drying method, and the dried seaweeds are finely pulverized It is preferable to use after the particles are crushed and converted into a fine powder form. According to a preferred embodiment of the present invention, the monosaccharide is selected from the group consisting of [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] alkylimidazolium triflouroacetate, [Rmim] [H 2 PO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6 ] (1- alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate (R = C 1 -C 8 ) at a temperature of 60 to 300 ° C. for more than 0 to 6 hours. According to another preferred embodiment of the present invention, the monosaccharide is selected from the group consisting of [Rmim] [HSO 4 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin] [TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim] [H 2 PO 4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6 ] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C 1 -C 8 ) acidic ionic liquid at a temperature of 60 to 300 ° C for more than 0 to 6 hours And then subjecting the residual fibrin or starch to a secondary or tertiary saccharification reaction under the above reaction conditions.

상술한 바와 같이 생성된 갈락토오스, 3,6-안하이드로갈락토오스, 글루코오스 또는 그 혼합물을 포함하는 당화액은 바이오연료 발효용 균주, 예컨대 효모를 이용하여 바이오알코올로 전환될 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 발효용 효모로는 클로스트리디움 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum), 클로스트리디움 바이예링키(Clostridium beijerinckii), 클로스트리디움 아우란티부틸리쿰(Clostriduim aurantibutylicum) 또는 클로스트리디움 테타노모르퓸(Clostridium tetanomorphum) 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이들은 부탄올 및 아세톤 발효에 있어서 보다 바람직하다. 또한, 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae), 사르시나 벤트리큘리(Sarcina ventriculi), 클루이베로마이세스 프라질리스(Kluyveromyces fragilis), 자이고모모나스 모빌리스(Zygomomonas mobilis) 또는 클루이베로마이세스 막시아너스(Kluyveromyces marxianus) IMB3, 브레타노마이세스 쿠스테르시이(Brettanomyces custersii) 등이 사용될 수 있으며, 이들은 에탄올 발효에 있어서 보다 바람직하다.The saccharified liquid containing galactose, 3,6-anhydrogalactose, glucose, or a mixture thereof produced as described above can be converted into a bioalcohol using a strain for biofuel fermentation, such as yeast. A yeast for fermentation can be used in the present invention is Clostridium acetonitrile unit Tilikum (Clostridium acetobutylicum ), C lostridium beijerinckii), Clostridium brother is unsurpassed Tilikum (Clostriduim aurantibutylicum) or Clostridium Te Gaetano know fume (Clostridium tetanomorphum ), but are not limited thereto, and they are more preferable for fermentation of butanol and acetone. In addition, Saccharomyces < RTI ID = 0.0 > cerevisiae , Sarcina < RTI ID = 0.0 > ventriculi), Cluj Vero My process infrastructure jilriseu (Kluyveromyces fragilis , Zygomomonas mobilis ) or Kluyveromyces marxianus ) IMB3, Brettanomyces ( Brettanomyces custersii ) and the like, which are more preferable for ethanol fermentation.

특히, 바이오연료 중에서 휘발유와 유사한 성분을 갖는 바이오부탄올은 에너지 밀도, 휘발성 제어, 충분한 옥탄가, 낮은 불순물 등과 같은 특성을 포함한 주요 특성들이 좋은 연료의 기준을 만족시키고, 10% 정도 혼합된 바이오부탄올 연료 혼합물의 성능이 가솔린 연료와 매우 비슷하며, 바이오부탄올의 에너지 밀도도 무연 휘발유에 거의 근접한다. 바이오부탄올은 바이오에탄올과는 달리 물이 존재하더라도 상 분리가 발생하지 않으며, 산소 함유량이 낮아 휘발유에 고농도의 바이오부탄올을 혼합시킬 수 있다는 장점이 있다.In particular, bio-butanol having similar components to gasoline among biofuels is a bio-butanol which satisfies the criteria of good fuel, including characteristics such as energy density, volatility control, sufficient octane number, low impurity, etc., Is very similar to gasoline fuel, and the energy density of biobutanol is close to that of unleaded gasoline. Unlike bioethanol, biobutanol does not cause phase separation even in the presence of water, and has a low oxygen content, which makes it possible to mix high-concentration biobutanol with gasoline.

본 발명에 따른 이온성 액체를 산당화 촉매로 이용한 당화액의 제조 방법은 기존의 황산을 이용한 해조류의 산 가수분해에 의한 당화방법에 비해 후속 미생물 발효시 저해물질로 알려진 5-HMF(5-hydroxymethylfurfural)의 생성을 억제 또는 최소화함으로서 기존의 당화액을 이용한 바이오연료의 제조 수율을 극대화 시킬 수 있다. 또한, 종래 목질계 원료의 이용시 필수적으로 수반되는 리그닌 제거 공정이 필요하지 않아 공정 비용을 낮출 수 있으며, 글루코오스 이외에 갈락토오스, 3,6-안하이드로갈락토오스 등 해조류에 포함된 대부분의 당성분이 바이오연료로 전환될 수 있어 연료의 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있으므로 에너지 자원 문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라, 해조류의 경우 CO2 흡수 능력이 탁월하여 범국가적인 온실가스 저감에 기여하고 국제 환경 규제에 적극적으로 대처할 수 있어 경제적이고 또한 환경적으로도 매우 유리하다.5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), which is known as an inhibitor of subsequent microbial fermentation, is used as a saccharification solution by using an ionic liquid according to the present invention as a saccharification catalyst, as compared with a saccharification method using acidic hydrolysis of algae using conventional sulfuric acid. It is possible to maximize the production yield of the biofuel using the existing saccharified liquid. In addition, since the lignin-removing step, which is essential for the use of conventional wood-based raw materials, is not required, the process cost can be lowered. In addition to glucose, most of sugar components contained in seaweed such as galactose, 3,6-anhydrogalactose, It can not only solve the energy resource problem but also can absorb CO 2 in seaweeds, contributing to the reduction of GHGs in the whole country and actively coping with international environmental regulations. Economical and environmentally advantageous.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

본 실시예에서는 하기와 같은 당화 장치, 실험 재료 및 분석 방법을 사용하여 실험을 수행하였다.In this embodiment, experiments were carried out using the following saccharification apparatuses, experimental materials and analytical methods.

1. One. 당화Glycation 장치 Device

당화 실험을 수행하기 위한 반응기와 콘트롤 박스로 구성된 당화장치 시스템이 도 1에 나타나 있다. 반응기는 500 ㎖ 용량(유효 용적: 400 ㎖)의 원통형으로 내부높이 12.5 cm, 내경 7 cm로 제작하였으며, 온도 재킷을 설치하여 설정된 반응 온도에 도달할 수 있도록 하였다. 반응기 내부 온도를 측정하기 위해 열전대(thermocouple)를 장착하였고, 과열되는 것을 방지하기 위해 반응기 외부에 냉각수가 순환 공급되도록 하였다. 반응 도중 샘플 채취를 용이하게 하기 위해 반응기 외부로부터 고압의 N2 가스가 유입될 수 있도록 하였고, N2 가스 저장소와 샘플 포트를 장착하였으며, 콘트롤 박스에는 RPM meter와 디지털 온도 조절기, 압력 게이지를 장착하였다.A glycosylation system composed of a reactor and a control box for performing glycation experiments is shown in Fig. The reactor was cylindrical with an internal volume of 12.5 cm and an internal diameter of 7 cm with a capacity of 500 ml (effective volume: 400 ml), and a temperature jacket was installed to reach the set reaction temperature. A thermocouple was installed to measure the internal temperature of the reactor, and cooling water was circulated outside the reactor to prevent overheating. To facilitate sampling during the reaction, high-pressure N 2 gas can be introduced from the outside of the reactor, an N 2 gas reservoir and a sample port are mounted, a control box is equipped with an RPM meter, a digital temperature controller and a pressure gauge .

2. 실험 재료2. Experimental material

2.1. 기질2.1. temperament

본 실시예에서는 홍조류로 모로코산 우뭇가사리, 제주산 우뭇가사리, 꼬시래기, 코토니를 사용하였고, 녹조류로는 청각을 사용하였으며, 갈조류로서는 다시마를 사용하였다.In this example, Moroccan mugwort, Jeju mugweed, Cocktail, and Kotoni were used as the red algae, and audible as green algae and kelp as brown algae.

본 실시예에서는 우뭇가사리를 원료로 직접 이용한 직접당화법과 우뭇가사리로부터 분리/추출된 섬유소 및 우무를 원료로 이용한 간접당화법으로 나누어 실험을 진행하였다. 직접당화법을 위해서는 우뭇가사리를 증류수로 세척한 후, 40℃에서 건조하여 분쇄하고, 106, 300 mesh로 분체하여 사용하였다. 간접당화법을 위하여, 우무는 모로코산 우뭇가사리를 KOH 수용액에 일정시간 침지시켰다가 증류수로 세척하여 반 건조시킨 후 증류수 또는 에틸알코올이나 메틸알코올을 이용하여 추출한 후 40℃에서 건조하고 분쇄하여 사용하였고, 섬유소는 우무를 추출한 후 잔류하는 섬유소를 O3로 2회(1h/1회) 표백하고 60℃에서 CIO2로 2회(1.5h/1회) 표백한 후, 80℃에서 H2O2로 2회(1h/1회) 표백하여 사용하였다.In this example, the direct saccharification method using direct sugarcane as a raw material and the indirect sugarcake method using raw materials of fibrin and hyaluronic acid separated / extracted from an eelgrass were conducted. For the direct glycation method, the mugwort was washed with distilled water, dried at 40 ° C and pulverized, and then pulverized into 106 and 300 mesh. For the indirect saccharification method, Uumu was dipped in KOH aqueous solution for a certain period of time, washed with distilled water, semi-dried, extracted with distilled water or ethyl alcohol or methyl alcohol, dried and pulverized at 40 ° C., After the bamboo fiber was extracted, the remaining fiber was bleached twice with O 3 (1 h / 1 time), bleached twice with CIO 2 (1.5 h / 1 time) at 60 ° C., and then washed with H 2 O 2 2 times (1 h / once) bleached.

2.2. 균주 및 배지2.2. Strain and medium

본 실시예에서는 사카로마이세스 세레비시애 DKIC413 및 브레타노마이세스 쿠스테르시이(Brettanomyces custersii) kccm 11490 를 사용하였고,<한국종균협회에서 구입> 배양배지로서 YEPD 배지(yeast extract 10 g/ℓ, peptone 20 g/ℓ, dextrose 20 g/ℓ)를 사용하였다. 배지는 고압반응기(Woosung Scientific co., Korea)에서 121℃, 15분간 멸균한 후 사용하였다.In this example, Saccharomyces cerevisiae DKIC413 and Brettanomyces custersii kccm 11490 were used. YPD medium (yeast extract 10 g / l, peptone 20 g / l, dextrose 20 g / l) was used. The medium was used in a high pressure reactor (Woosung Scientific co., Korea) after sterilization at 121 ° C for 15 minutes.

3. 분석 방법3. Analysis method

3.1. 당 분석3.1. Party analysis

당화액은 전류도 검출기가 장착된 HPLC (ICS-3000, Dionex Co., USA)를 사용하여 분석하였으며, Carbopac PA 1(4250 ㎜, Dionex Co., USA)과 Carbopac PA 1(450 ㎜, Dionex Co., USA)을 칼럼으로 사용하였다. 이동상은 16 mM NaOH 용액을 사용하였고, 흐름 속도는 1 ㎖/분, 칼럼 온도는 30℃로 하였다. 글루코오스, 갈락토오스의 농도는 표준물질의 교정 곡선을 이용하여 정량 분석되었으며, 글루코오스 및 갈락토오스의 수율은 식 1에 따라 건조 원료에 포함된 총 탄수화물 대비 생성된 글루코오스 및 갈락토오스의 수율로 계산하였다.Carbopac PA 1 (4250 ㎜, Dionex Co., USA) and Carbopac PA 1 (450 ㎜, Dionex Co., USA) were used for analysis of the saccharified solution using HPLC equipped with current detector (ICS-3000, Dionex Co., USA) , USA) was used as a column. The mobile phase was a 16 mM NaOH solution, the flow rate was 1 ml / min, and the column temperature was 30 ° C. Concentrations of glucose and galactose were quantitatively analyzed using calibration curves of standard materials, and the yields of glucose and galactose were calculated as the yields of glucose and galactose produced relative to the total carbohydrates contained in the dry ingredients according to Equation 1. [

Figure 112008060747411-pat00006
Figure 112008060747411-pat00006

C = 글루코오스 또는 갈락토오스의 농도(g/ℓ)C = concentration of glucose or galactose (g / l)

V = 당화에 이용된 총 용매량(ℓ)V = Total amount of solvent used in saccharification (l)

S = 건조 원료에 포함된 총 탄수화물의 양(g)S = Amount of total carbohydrate contained in the dry ingredients (g)

3.2. 단백질 분석(3.2. Protein analysis ( SemiSemi -- micromicro KjeldahlKjeldahl 법)method)

단백질을 분석하기 위해, 시료 0.5 g을 취하여 단백질 분해관에 넣은 후 분해관에 황산 20 ㎖과 분해 촉진제 (K2SO4 : CuSO4ㆍ5H20 = 9 : 1) 5 g을 넣어 단백질을 분해하였다. 분해가 끝난 후 증류수 70 ㎖를 가하고, 증류기에 32%의 NaOH 75 ㎖을 넣은 후, 단백질 증류장치를 이용하여 증류하였다. 증류에 의해 발생된 암모니아를 3% 붕산 100 ㎖로 포집한 다음 0.1N HCl로 적정하여 식 2에 따라 총 질소 함량을 계산하였다.In order to analyze the protein, 0.5 g of the sample was taken into a proteolytic tube, and 20 ml of sulfuric acid and a decomposition accelerator (K 2 SO 4 : CuSO 4 .5H 2 O = 9: 1) was added to the reaction solution to decompose the protein. After the decomposition, 70 ml of distilled water was added, and 75 ml of 32% NaOH was added to the distiller, followed by distillation using a protein distillation apparatus. Ammonia generated by distillation was collected with 100 ml of 3% boric acid, titrated with 0.1 N HCl, and the total nitrogen content was calculated according to Equation 2.

Figure 112008060747411-pat00007
Figure 112008060747411-pat00007

V0= 공시료의 0.1 N HCl 소비량(㎖)V 0 = 0.1 N HCl consumption of the blank (ml)

V1 = 본 시료의 0.1 N HCl 소비량(㎖)V 1 = 0.1 N HCl consumption (ml) of this sample,

f = 0.1 N HCl의 Factorf = Factor of 0.1 N HCl

N = 질소 계수N = Nitrogen Coefficient

s = 시료량(㎎)s = amount of sample (mg)

0.0014 : 0.1 N HCl 1 ㎖에 상당하는 질소량(g)0.0014: Amount of nitrogen (g) equivalent to 1 ml of 0.1 N HCl

3.3. 회분 분석(건식회화법)3.3. Batch analysis (dry painting method)

도가니를 항량이 될 때까지 550℃ 회화로에서 가열 후, 데시게이터에서 방냉하여 칭량하였다. 칭량한 도가니에 시료 2 g을 넣고 550℃ 회화로에서 백색 또는 회백색 재가 남을 때까지 회화한 후, 회화로 내에서 200℃로 방냉시키고, 데시게이터로 옮겨 실온으로 방냉하였다. 회분함량(%)은 식 3에 따라 계산하였다.The crucible was heated in a painting furnace at 550 DEG C until the weight became constant, and then cooled in a desiccator and weighed. 2 g of the sample was placed in a weighed crucible, and the mixture was stirred at 550 ° C until the white or off-white material remained. The mixture was allowed to cool to 200 ° C in a painting furnace and cooled to room temperature. The ash content (%) was calculated according to Equation 3.

Figure 112008060747411-pat00008
Figure 112008060747411-pat00008

W1 = 용기의 항량(g)W 1 = Constant weight of container (g)

W0 = 회화 후 용기 + 회분량(g)W 0 = Container after painting + amount (g)

S = 시료 중량(g)S = sample weight (g)

3.4. 균체 농도 측정3.4. Cell density measurement

균체 농도는 분광광도계(Genesys 10-S, Thermo electron corp., USA)를 사용하여 600 ㎚에서 측정하였다. 균체 건조량은 시간별로 채취한 배양액을 원심분리기(VS-150FN, Vision Science Co., LTD., Korea)를 이용하여 3,500 rpm에서 10분 동안 원심분리한 후, 증류수로 세척하여 재 원심분리한 농축액을 50℃에서 24시간 건조하여 측정하였다. 균체 건조량(dry cell weight)은 사카로마이세스 세레비시애의 경우 균체건조량 = 0.3135 흡광도 + 0.1811(상관계수=0.994), 브레타노마이세스 쿠스테르시이의 경우 균체건조량 = 0.1292 흡광도 + 0.8554(상관계수=0.999)의 관계를 이용하여 계산하였다.The cell concentration was measured at 600 nm using a spectrophotometer (Genesys 10-S, Thermo electron corp., USA). The cell culture was centrifuged at 3,500 rpm for 10 minutes using a centrifuge (VS-150FN, Vision Science Co., LTD., Korea), washed with distilled water and centrifuged. And dried at 50 DEG C for 24 hours. The dry cell weight in the case of Saccharomyces cerevisiae was 0.3135 absorbance + 0.1811 (correlation coefficient = 0.994) in the case of Saccharomyces cerevisiae, the cell dry weight in the case of Bretania maizeuscusterius = 0.1292 absorbance + 0.8554 = 0.999).

3.5. 에탄올 분석3.5. Ethanol analysis

배양액 중의 에탄올 농도는 RI 검출기가 장착된 HPLC (Breeze HPLC system, Waters Co., USA)를 사용하여 분석하였으며, 칼럼은 Aminex HPX-87H (3007.8 ㎜, Bio-rad)를 사용하였다. 이동상은 5 mM의 황산수용액을 사용하였고, 흐름 속도는 0.6 ㎖/분, 칼럼 및 RI 검출기의 온도는 50℃로 설정, 분석하였으며 에탄올 농도는 표준물질의 교정 곡선을 이용하여 정량 분석하였다.The concentration of ethanol in the culture was analyzed using HPLC (Breeze HPLC system, Waters Co., USA) equipped with RI detector. The column was Aminex HPX-87H (3007.8 mm, Bio-rad). The mobile phase used was a 5 mM aqueous solution of sulfuric acid, the flow rate was 0.6 ml / min, the temperature of the column and RI detector was set to 50 ° C, and the ethanol concentration was quantitatively analyzed using a calibration curve of the standard material.

실시예Example 1. 해조류 종류에 따른 섬유소 및  1. Fibers and seeds according to seaweed type 갈락탄Galactan 성분 분석 Component analysis

해조류(모로코산 우뭇가사리, 제주산 우뭇가사리, 꼬시래기, 코토니, 청각, 미역, 다시마) 0.3 g과 황산 수용액 3 ㎖를 유리 튜브에 넣어 30℃에서 2시간 동안 반응시켰다(1차 가수분해). 이 때 글루코오스와 D-갈락토오스의 정량은 72% 황산농도를 사용하였고, 3,6-안하이드로갈락토오스의 정량을 위해서는 과분해되는 것을 방지하기 위해 1%의 황산농도를 사용하였다. 반응이 끝난 후, 반응액을 250 ㎖ 병에 넣어 증류수 84 ㎖를 첨가하고 고압반응기(VS-150FN, Vision Science Co., LTD., Korea)를 이용, 121℃에서 1시간 동안 가수분해하였다(2차 가수분해). 가수분해가 끝나면 고압반응기 내부 온도가 50℃일 때 병을 꺼내어 실온에서 방치, 냉각하고, 이 중 1 ㎖를 취하여 CaCO3로 중화한 후 원심분리기(VS-150FN, Vision Science Co., LTD., Korea)를 이용, 8,000 rpm에서 10분 동안 원심분리한 후 셀룰 로오스 및 갈락탄 성분을 분석하였다.0.3 g of seaweed (Mugwort mugwort, Jeju mugwort, Cocktail, Kotoni, hearing, seaweed, sea tangle) and 3 ml of aqueous sulfuric acid were placed in a glass tube and reacted at 30 ° C for 2 hours (primary hydrolysis). At this time, 72% sulfuric acid concentration was used for quantitative determination of glucose and D-galactose, and 1% sulfuric acid concentration was used for quantitative determination of 3,6-anhydrogalactose to prevent overdosing. After the reaction was completed, the reaction mixture was placed in a 250-ml bottle, and 84 ml of distilled water was added thereto. The mixture was hydrolyzed at 121 ° C for 1 hour using a high-pressure reactor (VS-150FN, Vision Science Co., Car hydrolysis). After the hydrolysis was completed, the bottle was taken out at a temperature of 50 ° C in a high-pressure reactor. The bottle was left at room temperature, cooled, and 1 ml of the solution was neutralized with CaCO 3 and centrifuged (VS-150FN, Vision Science Co., LTD. Korea) and centrifuged at 8,000 rpm for 10 minutes. Cellulose and galactan components were analyzed.

그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 해조류의 종류에 따라, 같은 종일지라도 채취 장소에 따라 성분의 함량 차이를 보였으며, 탄수화물 함량은 우뭇가사리(모로코산, 제주산)가 70~80%로 가장 높았고, 미역이 41%로 가장 낮았다. 또한, 비탄수화물(단백질, 지질 및 기타) 함량은 미역이 59%로 가장 높았고 우뭇가사리(모로코산, 제주산)가 20~28%로 가장 낮아 홍조류인 우뭇가사리가 에탄올 생산원료로서 가장 효율적으로 이용되어 질 수 있음을 확인하였다. 따라서, 이후 실험에서는 탄수화물 함량이 상대적으로 높은 모로코산 우뭇가사리를 선택하여 당화/발효실험을 수행하였다.As a result, as shown in Table 2, depending on the kind of seaweeds, the contents of the components were different depending on the sampling sites, and the carbohydrate content was the highest (70-80%) in the mugwort (Morocco and Jeju) , And seaweed (41%). In addition, the content of non-carbohydrate (protein, lipid and other) was highest in seaweed (59%) and the lowest (20 ~ 28%) in mugwort (Morocco and Jeju) Respectively. Therefore, in the subsequent experiments, the carbohydrate / fermentation experiment was carried out by selecting Moroccan bean sprout which has a relatively high carbohydrate content.

[표 2] 해조류의 화학적 조성[Table 2] Chemical composition of seaweeds

해조류Seaweed 셀룰로오스
(%)
cellulose
(%)
갈락탄
(%)
Galactan
(%)
(탄수화물)
(%)
(carbohydrate)
(%)
단백질
(%)
protein
(%)
기타
(지질, 회분)(%)
Etc
(Lipid, ash) (%)
홍조류Red algae 우뭇가사리
(모로코)
Mugwort
(Morocco)
16.616.6 58.6
(Gal: 25.6%,
AHG: 33.0%)
58.6
(Gal: 25.6%, &lt; RTI ID =
AHG: 33.0%)
75.275.2 17.917.9 6.96.9
우무Woo 00 88.5
(Gal: 37.5%,
AHG: 51.0%)
88.5
(Gal: 37.5%, &lt; RTI ID =
AHG: 51.0%)
88.588.5 7.17.1 4.44.4
섬유소fibrin 99.799.7 00 99.799.7 0.20.2 0.10.1 우뭇가사리
(제주)
Mugwort
(Jeju)
23.023.0 56.456.4 79.479.4 11.811.8 8.88.8
꼬시래기Croaker 19.719.7 54.454.4 74.174.1 11.011.0 14.914.9 코토니Kotoni 7.17.1 43.443.4 50.550.5 4.94.9 44.644.6 녹조류Green algae 청각ear 10.910.9 47.847.8 58.758.7 34.734.7 6.66.6 갈조류Brown algae 미역Seaweed 2.42.4 38.738.7 41.141.1 24.224.2 34.734.7 다시마Kelp 6.76.7 40.040.0 46.746.7 12.212.2 38.138.1

실시예Example 2. 황산촉매와 이온성 액체  2. Sulfuric acid catalysts and ionic liquids 당화Glycation 실험 비료 Experimental fertilizer

2.1. 2.1. 간접당화Indirect glycosylation

2.1.1. 촉매의 종류에 따른 영향2.1.1. Effect of type of catalyst

분리된 건조 우무를 기질로 하여 촉매 종류에 따른 당화 수율을 비교하였다. 기질이 우무이므로 생성될 수 있는 단당류는 갈락토오스와 3,6-안하이드로갈락토오스(3,6-AHG)이다. 기질 5 g (S/L = 5%) 또는 10 g (S/L = 10%)과 원료 대비 10.7, 13.8 wt%의 [bmim][HSO4](Abdol R. Hajipour et al., Catalyst communication 9, 89-96, 2008) 또는 황산, 물 100 ㎖를 250 ㎖ 삼각플라스크에 넣어 121℃에서 15분 동안 반응을 진행하였으며, 반응 종결 후 상온으로 낮춘 당화액을 중화하여 HLPC(ICS-3000, Dionex Co., USA)로 분석하였다[여기서 S/L은 고액비율(solid/liquid ratio)이다]. 표 3은 121℃ 15분간의 조건에서 촉매의 종류에 따른 갈락토오스와 3,6-안하이드로갈락토오스 및 생성된 5-HMF의 수율을 비교한 것이다. 수율은 우무 중 구성성분 분석결과인 D-갈락토오스 37.5%, 3,6-안하이드로갈락토오스 51%를 기준 (표 2)으로 계산된 전환 가능한 최대 농도를 S/L = 5%의 경우, D-갈락토오스 27.3 g/L, 3,6-안하이드로갈락토오스 37.1 g/L를 수율 100%로 하고, S/L 10%의 경우, D-갈락토오스 36.41 g/L, 3,6-안하이드로갈락토오스 49.52 g/L를 수율 100%로 하여 도출하였다. The yield of glycation was determined by using the separated dry wool as a substrate. Since the substrate is bound, the monosaccharides that can be formed are galactose and 3,6-anhydrogalactose (3,6-AHG). [Bmim] [HSO4] (Abdol R. Hajipour et al., Catalyst communication 9, pp. 921-9) with a substrate 5 g (S / L = 5%) or 10 g (S / L = 10%) and 10.7 and 13.8 wt% 89-96, 2008) or sulfuric acid and water (100 ml) were placed in a 250 ml Erlenmeyer flask and reacted at 121 ° C for 15 minutes. After completion of the reaction, the saccharified solution lowered to room temperature was neutralized and analyzed by HLPC (ICS-3000, Dionex Co.). , USA) where S / L is the solid / liquid ratio. Table 3 compares the yields of galactose, 3,6-anhydrogalactose and 5-HMF produced at 121 ° C for 15 minutes depending on the type of catalyst. The yields were calculated as the maximum convertible concentration calculated on the basis of the compositional analysis results of 37.5% of D-galactose and 51% of 3,6-anhydrogalactose (Table 2), and when the S / L ratio was 5% Galactose 36.41 g / L, 3,6-anhydrogalactose 49.52 g / L in the case of S / L 10%, and 37.1 g / L of 3,3-anhydrogalactose As a yield of 100%.

실험 결과를 살펴보면, S/L = 5%에서 황산을 촉매로 사용하였을 때 갈락토오스 및 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량은 촉매 10.7 wt%에서 24.3 g/L (16.6 g/L + 7.70 g/L), 촉매 13.8 wt%에서 20.04 g/L (17.81 g/L + 2.23 g/L)이지만, [bmim][HSO4](1-butyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate)을 사용하였을 때의 생성량은 촉매 10.7 wt%에서 31.4 g/L (10.70 g/L + 20.70 g/L), 촉매 13.8 wt%에서 36.5 g/L (13.8 g/L + 22.65 g/L)로 1.8배 높을 뿐 아니라, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때 발효 억제유발물질인 5-HMF의 생성량도 황산을 사용하였을 경우 보다 현격하게 줄어듦을 알 수 있다 (4.29~5.10 g/L → 0.05~0.08 g/L). 이러한 경향은 S/L = 10%일 경우에도 동일하게 나타났다 (표 3 및 4).When the sulfuric acid was used as a catalyst at S / L = 5%, the amount of galactose and 3,6-anhydrogalactose was increased from 10.7 wt% to 24.3 g / L (16.6 g / L + 7.70 g / L The amount of [bmim] [HSO 4 ] (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate) was 13.8 wt% at 20.04 g / L (17.81 g / L + 2.23 g / (13.8 g / L + 22.65 g / L) from 13.8 wt% of the catalyst, as well as [bmim] The amount of 5-HMF, which is a fermentation inhibitor, was significantly lower than that of sulfuric acid (4.29 ~ 5.10 g / L → 0.05 ~ 0.08 g / L) when HSO 4 was used. This tendency was the same when S / L = 10% (Tables 3 and 4).

[표 3] 우무를 기질로 황산촉매와 이온성 액체촉매를 이용한 단당류와 5-HMF의 생성량 비교 (S/L = 5%)[Table 3] Comparison of the amounts of monosaccharides and 5-HMF produced using a sulfuric acid catalyst and an ionic liquid catalyst as a substrate (S / L = 5%)

촉매catalyst 수율, % (g/L)Yield,% (g / L) 종류Kinds wt%wt% D-galactoseD-galactose 3,6-L-AHG3,6-L-AHG 5-HMF5-HMF H2SO4 H 2 SO 4 10.710.7 91.4 (16.60)91.4 (16.60) 31.1 (7.70)31.1 (7.70) 10.0 (4.29)10.0 (4.29) 13.813.8 97.9 (17.81)97.9 (17.81) 9.0 (2.23)9.0 (2.23) 11.9 (5.10)11.9 (5.10) [bmim][HSO4][bmim] [HSO 4 ] 10.710.7 58.8 (10.70)58.8 (10.70) 83.6 (20.70)83.6 (20.70) 0.1 (0.05)0.1 (0.05) 13.813.8 73.5 (13.38)73.5 (13.38) 91.5 (22.65)91.5 (22.65) 0.2 (0.08)0.2 (0.08)

[표 4] 우무를 기질로 황산촉매와 이온성 액체촉매를 이용한 단당류와 5-HMF의 생성량 비교 (S/L = 10%)[Table 4] Comparison of the amounts of monosaccharides and 5-HMF produced using sulfuric acid catalyst and ionic liquid catalyst as substrate (S / L = 10%)

촉매catalyst 수율, % (g/L)Yield,% (g / L) 종류Kinds wt%wt% D-galactoseD-galactose 3,6-L-AHG3,6-L-AHG 5-HMF5-HMF H2SO4 H 2 SO 4 10.710.7 88.2 (32.11)88.2 (32.11) 30.8 (11.44)30.8 (11.44) 11.5 (9.88)11.5 (9.88) 13.813.8 89.6 (32.62)89.6 (32.62) 8.8 (3.27)8.8 (3.27) 13.8 (11.86)13.8 (11.86) [bmim][HSO4][bmim] [HSO 4 ] 10.710.7 61.0 (22.21)61.0 (22.21) 75.6 (28.08)75.6 (28.08) 0.3 (0.23)0.3 (0.23) 13.813.8 71.8 (26.14)71.8 (26.14) 77.6 (28.82)77.6 (28.82) 0.4 (0.37)0.4 (0.37)

2.1.2. 산성 이온성 액체 종류에 따른 영향2.1.2. Influence of acidic ionic liquid type

산성 이온성 액체의 종류에 따른 생성당 수율을 비교하기 위해 당화 촉매로 [bmim][HSO4] (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1- methylimidazolium hydrogensulfate), [bmim][HSO4] (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate) 을 S/L = 10%, 121℃에서 15분 동안 고압반응기에서 수행하였다(표 5). [Bmim] [HSO 4 ] (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4 ] (1-methylimidazolium hydrogensulfate) as a saccharification catalyst, [bmim] [HSO 4 ] (1-butyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate) was performed in a high pressure reactor at S / L = 10% and 121 ° C for 15 minutes (Table 5).

[표 5] 우무를 기질로 황산촉매와 이온성 액체촉매를 이용한 단당류와 5-HMF의 생성량 비교 (S/L = 10%)[Table 5] Comparison of the yields of monosaccharides and 5-HMF using sulfuric acid catalyst and ionic liquid catalyst as substrate (S / L = 10%)

촉매catalyst 수율, % (g/L)Yield,% (g / L) 종류Kinds wt%wt% D-galactoseD-galactose 3,6-L-AHG3,6-L-AHG 5-HMF5-HMF [bmim][HSO4][bmim] [HSO 4 ] 10.710.7 61.0 (22.21)61.0 (22.21) 75.6 (37.44)75.6 (37.44) 0.3 (0.26)0.3 (0.26) [Ammonium][HSO4][Ammonium] [HSO 4 ] 62.3 (22.68)62.3 (22.68) 76.6 (37.93)76.6 (37.93) 0.2 (0.17)0.2 (0.17) [Phosphonium][HSO4][Phosphonium] [HSO 4 ] 63.0 (22.94)63.0 (22.94) 77.6 (38.43)77.6 (38.43) 0.3 (0.26)0.3 (0.26) [choline][HSO4][choline] [HSO 4 ] 60.8 (22.14)60.8 (22.14) 74.8 (37.04)74.8 (37.04) 0.2 (0.17)0.2 (0.17)

2.2. 섬유소를 이용한 2.2. Fibrin 간접당화Indirect glycosylation

분리된 건조 섬유소를 기질로 하여 촉매 종류에 따른 당화 수율을 비교하였다. 기질이 우무이므로 생성될 수 있는 단당류는 글루코오스이다. 기질 20 g (S/L = 5%)과 원료 대비 10 wt%의 [bmim][HSO4] 또는 황산, 물 400 ㎖를 500 ㎖ 고압반응기에 넣어 210℃에서 15분 동안 반응을 진행하였으며, 반응 종결 후 상온으로 낮춘 당화액을 중화하여 HLPC(ICS-3000, Dionex Co., USA)로 분석하였다. 표 6은 촉매의 종류에 따른 글루코오스와 생성된 5-HMF의 수율을 비교한 것이다. D-글루코오스의 수율은 섬유소 중 구성성분 분석결과인(표 2) D-글루코오스 99.7%를 기준으로 계산된 전환 가능한 최대 농도인 48 g/L를 100%로 도출하였다. 즉, 원료 섬유소 50 황산을 촉매로 사용하여 당화했을 때 D-글루코오스의 생성량은 22.79 g/L로 47.5% 의 수율을 나타내었지만, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때의 생성량은 28.96 g/L로 60.3%의 수율을 보여주었으며, 5-HMF의 생성량은 황산을 촉매로 사용하였을 때 6.8 g/L, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때는 0.41 g/L 로 현저히 줄어듦을 알 수 있다 (표 6). The saccharification yields of different types of catalysts were compared using the separated dry fiber as a substrate. Since the substrate is osmotic, the monosaccharide that can be produced is glucose. [Bmim] [HSO 4 ], or 400 ml of sulfuric acid and water, of 20 g of substrate (S / L = 5%) and 10 wt% of the raw material was placed in a 500 ml high-pressure reactor and reacted at 210 ° C for 15 minutes. The saccharified solution lowered to room temperature after neutralization was neutralized and analyzed by HLPC (ICS-3000, Dionex Co., USA). Table 6 compares the yield of produced 5-HMF with glucose according to the type of catalyst. The yield of D-glucose was calculated as 100%, which is the maximum convertible concentration of 48 g / L calculated on the basis of 99.7% of D-glucose, which is the result of analysis of constituents in the cellulose (Table 2). The yield of D-glucose was 22.79 g / L, which was 47.5% when saccharified using 50% sulfuric acid as a catalyst. The yield of D-glucose when using [bmim] [HSO 4 ] was 28.96 g / L, the yield of 5-HMF was 6.8 g / L when sulfuric acid was used as a catalyst and 0.41 g / L when [bmim] [HSO 4 ] was used (Table 6).

[표 6] 섬유소를 기질로 황산촉매와 이온성 액체촉매를 이용한 단당류와 5-HMF의 생성량 비교 (S/L = 5%)[Table 6] Comparison of the amounts of monosaccharides and 5-HMF produced by using sulfurous acid catalyst and ionic liquid catalyst as a substrate (S / L = 5%)

촉매catalyst 수율, % (g/L)Yield,% (g / L) 종류Kinds wt%wt% D-glucoseD-glucose 5-HMF5-HMF H2SO4 H 2 SO 4 1010 47.5 (22.79)47.5 (22.79) 14.1 (6.8)14.1 (6.8) [bmim][HSO4][bmim] [HSO 4 ] 60.3 (28.96)60.3 (28.96) 0.9 (0.41)0.9 (0.41)

2.3. 원초를 이용한 다단계 2.3. Multi-stage using primordial 당화Glycation

모로코산 우뭇가사리를 기질로 하여 촉매 종류에 따른 당화 수율을 비교하였다. 기질이 우뭇가사리 원초이므로 생성될 수 있는 단당류는 D-갈락토오스와 3,6-안하이드로갈락토오스(3,6-AHG), D-글루코노스이다. 기질 10 g (S/L = 10%)과 원료 대비 10 wt%의 [bmim][HSO4] 또는 황산, 물 100 ㎖를 250 ㎖ 삼각플라스크에 넣어 121℃에서 60분 동안 반응을 진행하였으며, 반응 종결 후 상온으로 낮춘 당화액을 중화하여 HLPC(ICS-3000, Dionex Co., USA)로 분석하였다. 표 7은 121℃ 60분간의 조건에서 촉매의 종류에 따른 갈락토오스, 글루코오스와 3,6-안하이드로갈락토오스 및 생성된 5-HMF의 수율을 비교한 것이다. 단당류의 수율은 원초 중 구성성분 분석결과인 D-글루코오스 16.6%, D-갈락토오스 25.6%, 3,6-안하이드로갈락토오스 33.0%를 기준 (표 2)으로 계산된 전환 가능한 최대 농도인 D-글루코오스 15.5 g/L, D-갈락토오스 23.8 g/L, 3,6-안하이드로갈락토오스 30.7 g/L를 수율 100%로 하여 도출하였다. 황산을 촉매로 사용하여 당화했을 때 D-글루코오스 및 D-갈락토오스 및 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량은 각각 0.19 g/L, 19.1 g/L, 6.23 g/L인 반면, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때의 생성량은 각각 0.17 g/L, 20.1 g/L, 27.8 g/L로 약 2배 높을 뿐 아니라, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때 발효 억제유발물질인 5-HMF의 생성량 또한 황산을 사용하였을 경우 보다 97% 줄어듦을 알 수 있다 (7.35 g/L → 0.21 g/L) (표 7). 그러나 D-글루코노스의 경우, 당화온도가 섬유소 당화조건 (약 200~220 ℃)을 만족시키지 못하는 이유로 수율이 1 % 정도로 매우 낮았으므로, 미반응 잔류 섬유소를 대상으로 표 8과 같이 2차 당화를 실시한 결과를 표 8에 나타내었다. 실험 결과, 표 8에서 보는 바와 같이, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때의 생성량은 27.91 g/L로 57.9%의 수율을 보여주었으며, 5-HMF의 생성량은 황산을 촉매로 사용하였을 때 7.85 g/L, [bmim][HSO4]을 사용하였을 때는 0.34 g/L 로 96% 감소함을 알 수 있다. The saccharification yields were compared according to the type of catalyst using Morocco mugwort as a substrate. Since the substrate is the primrose starch, the monosaccharides that can be produced are D-galactose and 3,6-anhydrogalactose (3,6-AHG), D-gluconose. [Bmim] [HSO 4 ] or 100 ml of sulfuric acid and water in an amount of 10 g (S / L = 10%) of the substrate and 10 wt% of the raw material was placed in a 250 ml Erlenmeyer flask and reacted at 121 ° C for 60 minutes. The saccharified solution lowered to room temperature after neutralization was neutralized and analyzed by HLPC (ICS-3000, Dionex Co., USA). Table 7 shows the yields of galactose, glucose, 3,6-anhydrogalactose and 5-HMF produced at 121 ° C for 60 minutes according to the type of catalyst. The yield of the monosaccharide was determined to be 16.6% for D-glucose, 25.6% for D-galactose and 33.0% for 3,6-anhydrogalactose, galactose, 23.8 g / L of D-galactose, and 30.7 g / L of 3,6-anhydrogalactose in a yield of 100%. The yields of D-glucose and D-galactose and 3,6-anhydrogalactose were 0.19 g / L, 19.1 g / L and 6.23 g / L, respectively, when saccharified using sulfuric acid as a catalyst, while [bmim] [HSO 4 ], the yields were about twice as high as 0.17 g / L, 20.1 g / L and 27.8 g / L, respectively, and the [bmim] [HSO 4 ] The amount of HMF produced is also reduced by 97% (7.35 g / L → 0.21 g / L) compared with the use of sulfuric acid (Table 7). However, in the case of D-gluconose, the yield was as low as about 1% because the saccharification temperature did not satisfy the fibrin glycosylation condition (about 200-220 ° C.). Therefore, the unreacted residual fibrin was subjected to secondary saccharification The results are shown in Table 8. As a result, as shown in Table 8, the yield of [bmim] [HSO 4 ] was 27.91 g / L, which was 57.9%, and the yield of 5-HMF was 7.85 g / L, and when [bmim] [HSO 4 ] was used, it was reduced to 0.34 g / L by 96%.

[표 7] 원초를 기질로 황산촉매와 이온성 액체촉매를 이용한 단당류와 5-HMF의 생성량 비교 (S/L = 5%)[Table 7] Comparison of the amounts of monosaccharides and 5-HMF produced using a sulfuric acid catalyst and an ionic liquid catalyst as a substrate (S / L = 5%)

촉매catalyst 수율, % (g/L)Yield,% (g / L) 종류Kinds wt%wt% D-glucoseD-glucose D-galactoseD-galactose 3,6-L-AHG3,6-L-AHG 5-HMF5-HMF H2SO4 H 2 SO 4 4.84.8 1.2 (0.19)1.2 (0.19) 80.3 (19.1)80.3 (19.1) 20.3 (6.23)20.3 (6.23) 10.5 (7.35)10.5 (7.35) [bmim][HSO4][bmim] [HSO 4 ] 4.84.8 1.1 (0.17)1.1 (0.17) 84.6 (20.1)84.6 (20.1) 90.6 (27.8)90.6 (27.8) 0.3 (0.21)0.3 (0.21)

[표 8] 잔류 섬유소를 기질로 황산촉매와 이온성 액체촉매를 이용한 단당류와 5-HMF의 생성량 비교 (S/L = 5%)[Table 8] Comparison of the yields of monosaccharides and 5-HMF using residual fibrin as a substrate with sulfuric acid catalyst and ionic liquid catalyst (S / L = 5%)

촉매catalyst 수율, % (g/L)Yield,% (g / L) 종류Kinds wt%wt% D-glucoseD-glucose 5-HMF5-HMF H2SO4 H 2 SO 4 1010 40.6 (19.60)40.6 (19.60) 16.3 (7.85)16.3 (7.85) [bmim][HSO4][bmim] [HSO 4 ] 57.9 (27.91)57.9 (27.91) 0.7 (0.34)0.7 (0.34)

실시예Example 3. 에탄올 생산 배양 3. Ethanol production culture

3.1. 3.1. 당화방법에In the saccharification method 따른 발효 균주의 성장 특성 확인 Identification of growth characteristics of fermentation strains

실시예 2에서 제조된 황산을 이용한 당화액과 본 발명의 이온성 액체를 이용한 당화액에 대한 에탄올 생산 균주인 브레타노마이세스 쿠스테르시이의 성장패턴을 비교하는 실험을 진행하였다. 도 3은 황산을 이용한 당화액과 [bmim][HSO4]를 이용한 당화액을 대상으로 브레타노마이세스 쿠스테르시이의 성장곡선을 나타낸 것이다. 황산을 이용한 당화액 (5-HMF 농도: 4.29 g/L)의 경우에는 균체의 농도가 1.4 (O.D.600 nm)로 낮은 성장률을 보였으나, [bmim][HSO4]를 이용한 당화액 (5-HMF 농도: 0.05 g/L)을 대상으로 실험 시 균체의 농도가 4 (O.D.600 nm)로 높은 성장률을 보여주므로 5-HMF의 농도가 높은 황산을 이용한 당화액의 경우 이온성 액체를 이용한 것 보다 발효저해물질인 5-HMF의 존재로 인해 균주의 성장이 저해됨을 확인하였고, 이에 반해 이온성 액체를 이용한 당화액은 이러한 발효억제작용 없이 균주가 잘 성장하는 것을 확인하였다. Experiments were conducted to compare the growth pattern of the saccharified solution prepared from the sulfuric acid prepared in Example 2 and the ethanol production strain Bretanomyces custerius against the saccharified solution using the ionic liquid of the present invention. 3 is a graph showing the growth curves of Bretanomia suscusterii against a saccharified solution using sulfuric acid and a saccharified solution using [bmim] [HSO 4 ]. Hydrolyzate with sulfuric acid (5-HMF concentration: 4.29 g / L) In the case of there and the concentration of cells showed a lower growth rate of 1.4 (OD600 nm), [bmim ] [HSO 4] for using Hydrolyzate (5-HMF Concentration of 0.05 g / L) showed a high growth rate of 4 (OD600 nm) at the concentration of the cells in the experiment. Therefore, the fermentation inhibition effect of 5-HMF- It was confirmed that the growth of the strain was inhibited by the presence of 5-HMF, which is a substance, whereas the glycation solution using an ionic liquid showed that the strain grows well without inhibiting the fermentation.

3.2. 3.2. 당화액을The saccharified solution 이용한 발효 Fermentation using

도 4 및 5는 황산을 이용한 당화액과 본 발명의 촉매인 [bmim][HSO4]를 이용한 당화액을 대상으로 브레타노마이세스 쿠스테르시이를 균주로 사용하였을 때의 발효결과를 나타낸 것이다. 황산을 이용한 당화액 (5-HMF 농도: 4.29 g/L)의 경우에는 D-글루코오스 및 갈락토오스 (D-갈락토오스+3,6-AHG)의 농도의 합이 50 g/L에서 48 시간 이후 15 g/L로 소모 되면서 에탄올이 6.2 g/L로 생성되었으나, [bmim][HSO4]를 이용한 당화액 (5-HMF 농도: 0.05 g/L)을 대상으로 실험 시 황산을 이용한 당화액을 이용한 경우보다 단당류가 더 빨리 소비되는 패턴을 보이면서 단당류의 농도가 50 g/L에서 48 시간 이후 3.2 g/L로 소모 되면서 에탄올이 12.3 g/L로 2배 정도 많이 생성되었다. 5-HMF의 농도가 높은 황산을 이용한 당화액의 경우 이온성 액체를 이용한 것 보다 발효저해물질인 5-HMF의 존재로 인한 균주의 성장저해 효과로 에탄올의 생성이 감소됨을 확인하였고, 이에 반해 이온성 액체를 이용한 당화액의 경우, 이러한 억제작용 없이 에탄올이 생성됨을 확인하였다. Figs. 4 and 5 show the results of fermentation using a saccharification solution using sulfuric acid and a saccharification solution using [bmim] [HSO 4 ], which is a catalyst of the present invention, as a strain of Bretania maiasiscus tercus. In the case of the saccharified solution (5-HMF concentration: 4.29 g / L) using sulfuric acid, the sum of the concentrations of D-glucose and galactose (D-galactose + 3,6-AHG) was 50 g / (5-HMF concentration: 0.05 g / L) using [bmim] [HSO 4 ] was used as a test solution in the experiment using sulfuric acid. The concentration of monosaccharide was increased from 50 g / L to 3.2 g / L after 48 hours, and the amount of ethanol was twice as high as 12.3 g / L. In the case of the saccharified solution using 5-HMF, the inhibition of the growth of the strain due to the presence of 5-HMF, which is an inhibitory substance of fermentation, was confirmed to reduce the production of ethanol, In the case of the saccharified liquid using the sex liquid, it was confirmed that ethanol was produced without such inhibitory action.

도 1은 당화 장치를 보여주는 개략도로서, (a) 배치 반응기, (b) 샘플링 포 트, (c) 압력 게이지, (d) N2 가스 조절기, (e) N2 가스 통, (f) 콘트롤 박스, (g) N2 가스 보관기를 나타낸다.(B) a sampling port, (c) a pressure gauge, (d) an N 2 gas regulator, (e) an N 2 gas reservoir, (f) a control box , (g) N 2 gas storage tank.

도 2는 아가로스의 결합구조를 보여주는 화학 구조식이다.2 is a chemical structural formula showing the binding structure of the agarose.

도 3은 황산을 이용한 당화액과 본 발명의 촉매인 [bmim][HSO4]를 이용한 당화액을 대상으로 브레타노마이세스 쿠스테르시이의 성장곡선을 나타낸다.Fig. 3 shows the growth curves of Bretania mieasis catheters against a saccharified solution using sulfuric acid and a saccharified solution using [bmim] [HSO 4 ] as a catalyst of the present invention.

도 4 및 도 5는 각각 황산을 이용한 당화액과 [bmim][HSO4]를 이용한 당화액을 대상으로 브레타노마이세스 쿠스테르시이를 균주로 사용하였을 때의 에탄올 발효결과를 나타낸다. 도에서 글루코오스는 D-글루코오스를 나타낸 것이고, 갈락토오스는 D-갈락토오스와 3,6-AHG의 합을 나타낸 것이다.Figs. 4 and 5 show the results of ethanol fermentation when the saccharification solution using sulfuric acid and the saccharification solution using [bmim] [HSO 4 ] were used as the strain Bretania maiasiscusterii. In the figure, glucose represents D-glucose and galactose represents the sum of D-galactose and 3,6-AHG.

Claims (18)

해조류 원초 또는 해조류에서 추출한 다당류 물질에 산성 이온성 액체 촉매를 처리하여 단당류를 생성시키는 당화액의 제조 방법으로서,A method for producing a saccharified liquid which produces a monosaccharide by treating an acidic ionic liquid catalyst with a polysaccharide material extracted from a seaweed starch or seaweed, 상기 산성 이온성 액체 촉매는 하기 화학식 1 내지 화학식 3 및 화학식 5로 표시되는 이미다졸륨, 포스포늄, 암모늄 및 콜린으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법:Wherein the acidic ionic liquid catalyst is selected from the group consisting of imidazolium, phosphonium, ammonium and choline represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 and Chemical Formula 5: [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112014036925510-pat00019
Figure 112014036925510-pat00019
[화학식 2](2)
Figure 112014036925510-pat00020
Figure 112014036925510-pat00020
[화학식 3](3)
Figure 112014036925510-pat00021
Figure 112014036925510-pat00021
[화학식 5][Chemical Formula 5]
Figure 112014036925510-pat00022
Figure 112014036925510-pat00022
(상기 식에서, R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 C1~C8의 알킬, 페닐, 벤질 또는 플루오르화 알킬이고, A는 SO4,SO3, BH3, n(AlCl3) (n = 1 또는 2), CF3COO, CH3COO, HPO4 및 p-CH3(C6H4)SO3로 구성된 군으로부터 선택되는 브뢴스테드 산성도를 가질 수 있는 분자이다).Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently C 1 -C 8 alkyl, phenyl, benzyl or fluorinated alkyl, A is SO 4 , SO 3 , BH 3 , n 3 ) (n = 1 or 2), CF 3 COO, CH 3 COO, HPO 4 and p-CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 . .
삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 산성 이온성 액체 촉매는 [Rmim][HSO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin][HSO4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin][TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate), [Rmim][H2PO4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim][Al2Cl6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1~C8)로 구성된 군으로부터 선택되는 것 을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.The acidic ionic liquid catalyst [Rmim] [HSO 4] ( 1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmin] [HSO 4] (1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmin] [TFA] (1-alkylimidazolium triflouroacetate ), [Rmim] [H 2 PO 4] (1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogenphosphate), [Rmim] [Al 2 Cl 6] (1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C 1 ~ C 8) &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt; 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 추출시의 추출용매는 H2SO4, HCl, HBr, HNO3, CH3COOH, HCOOH, HClO4, H3PO4, PTSA 및 상용 고체산으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the extraction solvent at the time of extraction is selected from the group consisting of H 2 SO 4 , HCl, HBr, HNO 3 , CH 3 COOH, HCOOH, HClO 4 , H 3 PO 4 , PTSA, &Lt; / RTI &gt; 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 다당류 물질은 우무, 전분, 카라기난, 알긴산 및 섬유소로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the polysaccharide material is selected from the group consisting of wool, starch, carrageenan, alginic acid and fibrin. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 해조류는 대형조류 또는 미세조류인 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the algae are large algae or microalgae. 청구항 6에 있어서,The method of claim 6, 상기 대형조류는 홍조류, 갈조류 및 녹조류로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the large algae is selected from the group consisting of red algae, brown algae and green algae. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7, 상기 홍조류는 우뭇가사리, 코토니, 개도박, 김, 둥근돌김, 개우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목 및 지누아리로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.The red algae are selected from the group consisting of Cryptomeria japonica, Kotoni, Dog Gambling, Kim, Round Bud, Doguwu, Sambaru, Sambuca, Wherein the saccharified solution is selected from the group consisting of alumina and silica. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7, 상기 갈조류는 미역, 다시마, 헛가지말, 민가지말, 패, 고리매, 미역쇠, 감태, 곰피, 대황, 쇠미역사촌, 모자반, 괭생이 모자반, 지충이 및 톳으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.The brown algae are characterized in that the brown algae are selected from the group consisting of seaweed, kelp, horseshoe, leek, lobster, horsetail, seagrass, kelp, myphpathia, rhubarb, By weight. 청구항 7에 있어서,The method of claim 7, 상기 녹조류는 청태, 해캄, 파래, 청각, 구슬청각, 옥덩굴 및 염주말로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the green algae are selected from the group consisting of chrysanthemum, chestnut, chestnut, hearing, bearded helix, jade, and rosewood. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 단당류는 갈락토오스, 갈락토오스 유도체, 3,6-안하이드로갈락토오스, 글루코오스, 푸코오스, 람노오스, 크실로오스 및 만노오스로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the monosaccharide is selected from the group consisting of galactose, galactose derivatives, 3,6-anhydrogalactose, glucose, fucose, rhamnose, xylose and mannose. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 단당류는 우무에 대해 0.05~30% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~200℃ 온도에서 0 초과 ~ 6시간 반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the monosaccharide is produced by reacting the monosaccharide at an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 30% relative to the maleic acid at a temperature of 60 to 200 DEG C for more than 0 to 6 hours. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 단당류는 섬유소에 대해 0.05~50% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 80~300℃의 온도에서 0 초과 ~ 6시간 반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the monosaccharide is produced by reacting cellulose with an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 50% at a temperature of 80 to 300 DEG C for more than 0 to 6 hours. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 단당류는 해조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~300℃ 온도에서 0 초과~6시간 반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.Wherein the monosaccharide is produced by reacting the seaweed starch with an acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 50% at a temperature of 60 to 300 DEG C for more than 0 to 6 hours. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 단당류는 해조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~300℃ 온도에서 0 초과~6시간 동안 반응시킨 후, 잔류 섬유소 혹은 전분을 대상으로 상기 반응조건에서 2차 혹은 3차 당화반응시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법.The monosaccharide is reacted with the acidic ionic liquid catalyst at a concentration of 0.05 to 50% based on the seaweed starch at a temperature of 60 to 300 ° C. for more than 0 to 6 hours and then the residual fibrin or starch is subjected to the second Or a tertiary saccharification reaction. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 21. &lt; / RTI &gt; 해조류 원초 또는 해조류에서 추출한 다당류 물질에 산성 이온성 액체 촉매를 처리하여 단당류를 생성하는 단계; 및Treating an acidic ionic liquid catalyst to a polysaccharide material extracted from a seaweed source or seaweed to produce a monosaccharide; And 상기 단당류를 미생물에 의해 발효시키는 단계를 포함하는 바이오연료의 제조 방법으로서,A step of fermenting the monosaccharide with a microorganism, the method comprising the steps of: 상기 산성 이온성 액체 촉매는 하기 화학식 1 내지 화학식 3 및 화학식 5로 표시되는 이미다졸륨, 포스포늄, 암모늄 및 콜린으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 당화액의 제조 방법:Wherein the acidic ionic liquid catalyst is selected from the group consisting of imidazolium, phosphonium, ammonium and choline represented by the following Chemical Formulas 1 to 3 and Chemical Formula 5: [화학식 1][Chemical Formula 1]
Figure 112014036925510-pat00023
Figure 112014036925510-pat00023
[화학식 2](2)
Figure 112014036925510-pat00024
Figure 112014036925510-pat00024
[화학식 3](3)
Figure 112014036925510-pat00025
Figure 112014036925510-pat00025
[화학식 5][Chemical Formula 5]
Figure 112014036925510-pat00026
Figure 112014036925510-pat00026
(상기 식에서, R1, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 C1~C8의 알킬, 페닐, 벤질 또는 플루오르화 알킬이고, A는 SO4,SO3, BH3, n(AlCl3) (n = 1 또는 2), CF3COO, CH3COO, HPO4 및 p-CH3(C6H4)SO3로 구성된 군으로부터 선택되는 브뢴스테드 산성도를 가질 수 있는 분자이다).Wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are each independently C 1 -C 8 alkyl, phenyl, benzyl or fluorinated alkyl, A is SO 4 , SO 3 , BH 3 , n 3 ) (n = 1 or 2), CF 3 COO, CH 3 COO, HPO 4 and p-CH 3 (C 6 H 4 ) SO 3 . .
청구항 16에 있어서,18. The method of claim 16, 상기 바이오연료는 C1 내지 C4의 알코올 및 C2 내지 C4의 케톤으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오연료의 제조 방법.Wherein the biofuel is selected from the group consisting of C 1 to C 4 alcohols and C 2 to C 4 ketones. 청구항 16에 있어서,18. The method of claim 16, 상기 발효 미생물은 사카로마이세스 세레비시애, 사르시나 벤트리큘리, 클루이베로마이세스 프라질리스, 자이고모모나스 모빌리스, 클루이베로마이세스 막시아너스 IMB3, 브레타노마이세스 쿠스테르시이, 클로스트리디움 아세토부틸리쿰, 클로스트리디움 바이예링키, 클로스트리디움 아우란티부틸리쿰 및 클로스트리디움 테타노모르퓸으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 바이오연료의 제조 방법.The fermenting microorganism may be selected from the group consisting of Saccharomyces cerevisiae, Sarsinia ventricculia, Kluyveromyces flajilis, Zygomomonas mobilis, Kluyveromyces maximans IMB3, Bretanomyces custerius, Clostridium aceto Wherein the biofuel is selected from the group consisting of Butylicum, Clostridium Bayerinki, Clostridium aurantibutylicum and Clostridium Tetanomorphi.
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