KR101447534B1 - Method for producing fermentable sugar solution containing less toxic acetate from lignocellulosic biomass - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 목질계 바이오매스를 원료로 하여 제조된 발효당이 초산을 함유하면서도 산업용 미생물에 대한 독성이 매우 경감된 발효당을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a fermented sugar which is produced by using wood-based biomass as a raw material and in which the fermentation sugar contains acetic acid but is very toxic to industrial microorganisms.
목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)를 구성하고 있는 구조적 성분(structural component)으로 발효당 제조의 직접적 원료가 되는 셀룰로오스(cellulose)는 바이오매스의 25% 내지 60%를 차지하고 있으며, 포도당의 탈수 축합에 의해 만들어진 고분자이다. 이 셀룰로오스를 산 당화(acid hydrolysis) 혹은 효소당화(enzymatic hydrolysis)하여 포도당을 제조하고자 할 때 목질계 바이오매스가 함유하는 헤미셀룰로오스와 리그닌이 이를 방해하는 장애물로 작용한다. 따라서 셀룰로오스의 가수분해 반응을 수행하기 전에 이러한 헤미셀룰로오스와 리그닌 중 최소한 어느 하나의 성분을 화학적으로 분해하거나 조직을 와해시킬 수 있는 바이오매스의 전처리(pretreatment)는 필수적인 공정이다. A structural component constituting lignocellulosic biomass, which is a direct raw material for fermentation sugar production, accounts for 25% to 60% of the biomass, and by the dehydration condensation of glucose It is a polymer made. When glucose is produced by acid hydrolysis or enzymatic hydrolysis of this cellulose, hemicellulose and lignin contained in woody biomass act as an obstacle obstructing it. Therefore, it is an essential process to pretreat biomass capable of decomposing at least one of hemicellulose and lignin chemically or breaking down tissue before conducting the hydrolysis reaction of cellulose.
목질계 바이오매스를 구성하는 헤미셀룰로오스(15 내지 35%)는 자일로오스의 탈수 축합으로 형성된 자일란 골격에 포도당, 갈락토오스, 만노오스 및 아라비노오스가 곁사슬로 결합되어 있고, 유론산(uronic acid)과 초산(acetic acid) 등의 유기산이 에스테르 결합으로 연결되어 있기 때문에, 산 촉매에 의한 가수분해가 비교적 용이하다. Hemicellulose (15 to 35%), which constitutes woody biomass, contains glucose, galactose, mannose and arabinose as side chains in the Xylan skeleton formed by dehydration condensation of xylose, and uronic acid and acetic acid since organic acids such as acetic acid are connected by an ester bond, hydrolysis by an acid catalyst is relatively easy.
바이오매스를 효소로 가수분해하여 발효당을 제조하기 위해 초본계 바이오매스의 전처리에 널리 적용되고 있는 열수전처리(autohydrolysis 혹은 hydrothermolysis) 혹은 약산 전처리(dilute acid treatment)는, 바이오매스와 물 혹은 산을 고압반응기에 넣고 밀봉한 후 140℃ 내지 230℃에서 일정한 시간 동안 반응시키는 기술이다. 이러한 산 촉매 전처리에 의해 목질계 바이오매스 중의 헤미셀룰로오스는 가수분해되어 자일로오스와 함께 자일로올리고당 형태로 수중에 용출되는데, 이 때 헤미셀룰로오스의 자일란 주사슬에 에스테르 결합으로 붙어있던 초산기가 함께 가수분해되어 용출된다.Hydrohydrothermal or hydrothermalysis or dilute acid treatment, which is widely applied to the pretreatment of herbaceous biomass to produce fermented sugars by hydrolyzing biomass into enzymes, Sealed in a reactor, and then reacted at a temperature of 140 ° C to 230 ° C for a certain period of time. The pretreatment of acid catalyses the hydrolysis of hemicellulose in the woody biomass and the hydrolysis of xyloglucose with xylose in the form of xylooligosaccharide. The acetic acid group attached to the xylan main chain of hemicellulose is hydrolyzed together with the ester bond .
하지만 초산이 헤미셀룰로오스로부터 가수분해되어 용출되는 비율은 전처리 공정의 가혹도(severity)에 따라 달라지며, 미반응 상태로 남게 되는 초산기는 이후 효소당화 혹은 산당화 과정에서 가수분해되어 나오게 된다. 산 촉매 전처리 과정에서 헤미셀룰로오스 중의 초산기를 모두 가수분해하여 제거하려면 산농도 혹은 전처리 온도를 보다 높게 하여야 한다. 하지만, 이와 같은 높은 가혹도에서는 헤미셀룰로오스의 가수분해로 생성된 자일로오스가 과분해되어 퍼퓨랄(2-furfural), 초산 및 개미산(formic acid)으로, 포도당이 과분해되어 5-하이드록시메틸-2-퓨랄데하이드(5-hydroxymethyl-2-furaldehyde, HMF)와 레브린산(levulinic acid) 등이 생성될 수 있다고 알려져 있다. However, the rate at which acetic acid is hydrolyzed and eluted from hemicellulose depends on the severity of the pretreatment process. The acetic acid, which remains unreacted, is then hydrolyzed in the enzymatic saccharification or saccharification process. In order to hydrolyze and remove all the acetic acid groups in the hemicellulose during the acid catalyst pretreatment, the acid concentration or the pretreatment temperature should be higher. However, in such a high degree of severity, the xylose produced by the hydrolysis of hemicellulose is over-cleaved, resulting in hyperfractionation of glucose into 2-furfural, acetic acid and formic acid, resulting in 5-hydroxymethyl- It is known that 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (HMF) and levulinic acid can be produced.
반면, 탄수화물의 과분해를 피하기 위해서 전처리의 가혹도를 낮추는 경우 불완전 가수분해에 의해 남게 되는 헤미셀룰로오스가 당화과정에서 효소에 의해 가수분해될 때 초산 등 유기산을 방출시키므로 효소당화 후 당용액에는 이러한 산이 함유되게 된다. On the other hand, if the degree of severity of the pretreatment is lowered in order to avoid excessive decomposition of carbohydrates, hemicelluloses remaining after incomplete hydrolysis release organic acids such as acetic acid when hydrolyzed by enzymes during glycation, .
이와 같이 목질계 바이오매스를 원료로 하여 열수전처리와 효소당화에 의해 제조된 발효당은 불순물로 퍼퓨랄, HMF, 페놀성 물질 및 초산 등을 함유하는데, 이러한 물질들은 발효균주의 종류에 따라 다르지만 미생물의 생육 혹은 대사산물의 생성을 저해하는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 보고된 바에 의하면 인공적으로 조제한 당용액에 상기 각각의 불순물들을 농도별로 첨가하고 에탄올 발효균주로 효모를 사용하여 생육을 시험한 연구에서 퍼퓨랄은 에탄올 생산에 영향을 미치지 않았던 반면 HMF는 약간의 영향을 미쳤으며, 초산은 농도가 높을수록 뚜렷하게 에탄올 생성을 저해하였다(Jeffrey D. Keating 등, 2006, Biotechnology and Bioengineering, 93(6), 1196-1206). 또한 페놀성 화합물은 효모의 생육을 크게 저해하였으며, 초산과 퍼퓨랄은 함께 사용되는 경우 단독으로 사용되는 것에 비해 에탄올 생성 저해력이 더 큰 것으로 보고되었다. The fermentation sugar produced by hydrothermal treatment and enzymatic saccharification using lignocellulosic biomass as a raw material contains impurities such as furfural, HMF, phenolic substance and acetic acid. These substances vary depending on the kind of fermenting bacteria, It is known to inhibit the growth or production of metabolites. It has been reported that a study of the addition of each of these impurities to an artificially prepared sugar solution and the growth of ethanol using fermenting yeast largely did not affect ethanol production, whereas HMF had some effect (Jeffrey D. Keating et al., 2006, Biotechnology and Bioengineering , 93 (6), 1196-1206). In addition, phenolic compounds significantly inhibited yeast growth, and acetic acid and furfural were reported to have greater inhibitory effects on ethanol formation when used together when used alone.
일반적으로 대장균이나 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum) 등 대부분의 산업용 미생물들은 바이오매스로부터 제조된 당용액 중의 몇 가지 불순물에 의해 생육 혹은 대사산물 생산이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 목질계 바이오매스로부터 제조된 당용액 내에 함유된 여러 미생물 저해물질들을 무독화(detoxification)하기 위해 과량의 석회 사용(overliming), 리그닌 과산화효소(lignin peroxidase) 등을 이용한 고분자화 등 여러 가지 연구가 수행되어 왔다. 다른 많은 연구자들은 이러한 물질의 제거 연구에 흡착(adsorption)과 분배(partition)를 이용한 각종 크로마토그래피를 적용하고 있다(Villarreal, M.L.M. 등, 2006, Enzyme and Micrbial Technology, 40, 17-24). 특히, 당용액이 함유하는 초산을 제거하기 위해 흡착 크로마토그래피를 이용하는 기술(Hee-Geun Nam, Sungyong Mun, 2012, Process Biochemistry, 47, 725-734; S. Ranil Wickramasinghe, David L. Grzenia, 2008, Desalination, 234, 144-151), 분리막을 이용하는 기술(David L. Grzenia 등, 2012, Journal of Membrane Science, 415-415, 75-84; Sung-Jae Kim 등, 2012, Process Biochemistry, 47, 2051-2057) 등이 많이 시도되고 있다. In general, most industrial microorganisms, such as E. coli and Clostridium acetobutylicum , may experience significant degradation of growth or metabolite production due to some impurities in the sugar solution prepared from biomass. Therefore, in order to detoxify various microbial inhibitors contained in sugar solutions prepared from woody biomass, various studies such as excessive lime over-lime and lignin peroxidase-based polymerization Has been performed. Many other researchers have applied various chromatographies using adsorption and partitioning to remove these materials (Villarreal, MLM et al., 2006, Enzyme and Micrbial Technology , 40, 17-24). In particular, a technique using adsorption chromatography (Hee-Geun Nam, Sungyong Mun, 2012, Process Biochemistry , 47, 725-734; S. Ranil Wickramasinghe, David L. Grzenia, 2008, Desalination , 234, 144-151), technology using membranes (David L. Grzenia et al., 2012, Journal of Membrane Science , 415-415, 75-84; Sung-Jae Kim et al., 2012, Process Biochemistry , 47, 2051-2057).
당용액의 무독화를 위한 과량의 석회사용 기술은 가장 비용이 저렴하므로 널리 이용되고 있는 기술로, 당용액의 pH가 10에 이르기 전까지 석회를 가하여 녹인 다음 60℃ 이하에서 일정 시간 동안 가열하는 것이다. 그 결과 퍼퓨랄, HMF, 단백질 등 여러 가지 불순물이 침전되므로 여과 혹은 침전에 의해 제거할 수 있다. 하지만 그 원리에 대해서는 많이 알려져 있지 않으며, 그 과정 중에 헤미셀룰로오스 당의 손실이 수반되는 것이 일반적이다. Excess lime use technology for detoxification of sugar solution is widely used because it is the most inexpensive technique. It is liquefied by adding lime until pH of sugar solution reaches 10, and then it is heated at 60 ° C or lower for a certain time. As a result, various impurities such as furfural, HMF, and protein precipitate and can be removed by filtration or precipitation. However, little is known about its principle, and it is common for the process to involve loss of hemicellulose.
바이오매스로부터 초산을 제거하는 또 다른 방법은 바이오매스에 수산화나트륨을 가하고 가열하여 초산을 가수분해하여 용출시킨 다음 고액분리와 물 세척을 통해 제거하는 방법이 있다(Cho, D. H. 등, 2010, Bioresource Technology, 10, 4947-4951). 이 방법은 바이오매스의 약산 전처리(dilute acid pretreatment) 전에 수행하는 방법으로, 전처리에 촉매로 작용할 산을 첨가해 주기 때문에 사용 가능한 방법이다. 즉, 미리 강알칼리를 처리하여 헤미셀룰로오스가 가지고 있는 초산을 가수분해하여 제거한 바이오매스는 산촉매 작용에 의한 헤미셀룰로오스 주사슬의 가수분해 반응을 기대할 수 없으므로 인위적으로 산을 첨가해 주지 않으면 230℃ 내지 250℃ 이상으로 가열하여야만 전처리 효과를 기대할 수 있게 된다. 이러한 전처리 기술은 산도 조절 열수전처리(pH controlled liquid hot water pretreatment)로 알려져 있다.Another method of removing acetic acid from biomass is to add sodium hydroxide to the biomass and heat it to hydrolyze and elute the acetic acid and then remove it by solid-liquid separation and water washing (Cho, DH et al., 2010, Bioresource Technology , 10, 4947-4951). This method is a method that is performed before the dilute acid pretreatment of biomass, and is a method that can be used because it adds an acid to act as a catalyst for pretreatment. That is, the hydrolysis reaction of the hemicellulose main chain by the acid catalyst can not be expected in the biomass obtained by hydrolyzing and removing the acetic acid possessed by hemicellulose by treating the strong alkali in advance, so that if the acid is not artificially added, The pretreatment effect can be expected only by heating. This pretreatment technique is known as pH controlled liquid hot water pretreatment.
한편, 당용액이 함유할 수 있는 미생물 저해물질의 양을 최소화하기 위해서 효소당화 전에 전처리물을 과량의 물로 세척하는 방법도 이용되고 있다(Jan Larsen 등, 2012, Biomass and Bioenergy, 46, 36-45). 하지만, 효소당화와 에탄올 발효가 진행됨에 따라 초산과 페놀성 화합물 등 미생물 저해물질이 전처리물로부터 방출되므로, 이러한 방법을 다른 발효균주의 배양에 적합한 발효당 제조에 적용하기 위해서는 더 많은 연구개발이 필요할 것이다. Meanwhile, in order to minimize the amount of the microbial inhibitor that can be contained in the sugar solution, a method of washing the pretreatment with excess water before the glycation of the enzyme has been used (Jan Larsen et al., 2012, Biomass and Bioenergy , 46, 36-45). However, since the microbial inhibitors such as acetic acid and phenolic compounds are released from the pretreater as the enzymatic saccharification and the ethanol fermentation proceeds, further research and development will be required in order to apply this method to the production of fermentation sugars suitable for culture of other fermenting bacteria .
최근 바이오매스 열수전처리물을 알칼리 수용액으로 세척함으로써 효소당화에 의한 초산 생성율을 최소화할 수 있는 기술이 제안된 바 있지만(대한민국 특허출원 제 10-2013-0082290호), 알칼리 약품과 과량의 물을 사용해야할 뿐 아니라, 두 개 이상의 공정이 추가됨으로써 발효당 제조단가의 상승을 피할 수 없다.
Recently, a technique has been proposed in which a pretreatment product of hydrothermal biomass is washed with an alkaline aqueous solution to minimize the acetic acid production rate by enzymatic saccharification (Korean Patent Application No. 10-2013-0082290), but an alkaline drug and an excessive amount of water must be used In addition, the addition of two or more processes can not avoid an increase in the manufacturing cost per fermentation.
따라서, 본 발명의 목적은 바이오매스 전처리물로부터 생성될 수 있는 산업용 발효균주의 생육 저해 물질 중 특히 초산의 독성을 경감시킬 수 있는 효소당화 기술을 제공하는 것이다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an enzyme saccharification technique capable of reducing the toxicity of acetic acid, among the growth inhibiting substances of the industrial fermentation microorganism that can be produced from the biomass pretreatment product.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 In order to achieve the above object,
1) 목질계 바이오매스를 열수 전처리하여 효소당화용 전처리물을 제조하는 단계; 및1) hydrothermal treatment of woody biomass to prepare a pretreatment product for saccharification of an enzyme; And
2) 단계 1에서 얻은 전처리물에 섬유소 가수분해효소를 가하고, 초산염의 두 번째 초산기 해리상수(pKa2)가 8.0 이상인 2가 이상의 수산기를 갖는 염기를 포함하는 알칼리 시약으로 처리하여 효소 당화하는 단계 2) the pre-treatment water from step 1 was added and the cellulose hydrolyzing enzyme, a second acid group dissociation constant (p K a 2) is 8.0 or more glycosylation enzymes by treatment with an alkaline reagent to 2 comprises a base having at least hydroxyl groups of the acetate Step
를 포함하는, 초산의 독성이 경감된 발효당의 제조방법을 제공한다.Which comprises reducing the toxicity of acetic acid.
또한, 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 초산의 독성이 경감된 발효당을 이용하여 미생물을 발효시키는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for fermenting a microorganism using a fermentation sugar reduced in toxicity of acetic acid prepared according to the above method.
본 발명의 방법은 바이오매스의 열수전처리 후 전처리물 중에 포함되어 있는 초산과 전처리 고형분 중 미반응 상태로 남아있는 초산기가 효소당화에서 가수분해되어 물에 용출될 때 초산염의 두 번째 초산기 해리상수(pKa2)가 8.0 이상인 2가 이상의 수산기를 갖는 염기를 포함하는 알칼리 시약으로 중화함으로써 이후 미생물 발효에서 미생물의 생육을 저해하는 초산의 생물학적 농도를 1/2 이하로 줄이는 효과를 기대할 수 있다.
In the method of the present invention, the acetic acid contained in the pretreatment after hydrothermal treatment of the biomass and the acetic acid group remaining unreacted in the pretreatment solids are hydrolyzed in the enzymatic saccharification and eluted into water, the second acetic acid dissociation constant pK a 2 ) of not less than 8.0 can be expected to reduce the biological concentration of acetic acid which inhibits the growth of microorganisms in the subsequent microbial fermentation to 1/2 or less.
본 발명에 따른 발효당의 제조 방법은, 1) 바이오매스의 열수 전처리에 의한 효소당화용 전처리물의 제조 단계와, 2) 초산염의 두 번째 초산기 해리상수(pKa2)가 8.0 이상인 2가 이상의 수산기를 갖는 염기를 포함하는 알칼리 시약을 중화제로 사용하는 효소당화 단계를 포함하는 일련의 공정을 통하여 초산 등의 미생물 생육억제물질 함유량을 최소화함으로써, 결과적으로 여러 가지 산업 미생물의 발효에 두루 사용될 수 있는 발효당을 제조하는 것을 기술 구성상 특징으로 한다. Fermented sugar production process according to the present invention, 1) the bio hydrothermal pretreatment pretreatment water production step for enzymatic saccharification by mass, and 2) a second acid group of acetates dissociation constant (p K a 2) is 8.0 or more bivalent or higher It is possible to minimize the content of a microorganism growth inhibiting substance such as acetic acid through a series of processes including an enzymatic saccharification step using an alkaline reagent containing a base having a hydroxyl group as a neutralizing agent and as a result can be used for fermentation of various industrial microorganisms Thereby producing a fermentation sugar.
하기 반응식 1에 초산염의 생성과 해리 과정을 나타내었다.The following reaction scheme 1 shows the formation and dissociation of acetate.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
상기 식에서, In this formula,
M은 칼슘, 바륨 또는 마그네슘이고, M is calcium, barium or magnesium,
y는 수산기의 수이다.
y is the number of hydroxyl groups.
본 발명에 따른 초산의 독성이 크게 경감된 발효당의 제조 방법에서, 첫 번째 공정은 바이오매스의 열수 전처리에 의해 효소당화용 전처리물을 제조하는 단계이다. In the method for preparing a fermented sugar in which the toxicity of acetic acid according to the present invention is greatly reduced, the first step is to prepare a pretreatment product for glycation of the enzyme by hydrothermal treatment of biomass.
상기 효소당화용 전처리물은 a) 목질계 바이오매스를 열수 전처리하여 수득한 액상물 및 고상물 전체; b) 목질계 바이오매스를 열수 전처리한 후 고액분리하여 수득한 고형분; 및 c) 목질계 바이오매스를 열수 전처리한 후 고액분리하여 수득한 고형분을 물 또는 알칼리 수용액으로 씻은 후 탈수한 전처리물로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. The pretreatment product for glycation of the enzyme is a) a whole liquid and solid obtained by hydrothermal treatment of woody biomass; b) solids obtained by subjecting woody biomass to hydrothermal treatment and solid-liquid separation; And c) a pretreatment in which the woody biomass is hydrothermally pretreated and then the solid content obtained by solid-liquid separation is washed with water or an alkali aqueous solution and then dehydrated.
구체적으로, 상기 효소당화용 전처리물은 다음과 같은 세 가지 방법으로 제조될 수 있다. 효소당화용 전처리물을 제조하는 첫 번째 방법은, 목질계 바이오매스를 열수 전처리하여 얻은 전처리 액상물과 고상물을 모두 포함하는 전처리물 전체를 그대로 효소당화에 사용하는 것이다. 이 때 전처리 액상물에 포함된 초산과 전처리 고상물에 미반응 상태로 남아 있는 초산기가 모두 효소당화 과정에서 2가 이상의 수산기를 가지는 알칼리 시약에 의해 중화반응을 거쳐 초산염으로 전환될 수 있다. Specifically, the pretreatment product for the enzyme saccharification can be prepared by the following three methods. The first method for preparing the pretreatment product for enzyme saccharification is to use the pretreated product, which contains both the pretreatment liquid product and the solid product obtained by hydrothermal treatment of the woody biomass, as it is for the enzyme saccharification. At this time, the acetic acid contained in the pretreatment liquid and the acetic acid group remaining unreacted in the pretreated solid can all be converted to the nitrate by an alkaline reagent having a hydroxyl group having a valence of 2 or higher in the enzyme saccharification process.
효소당화용 전처리물을 제조하는 두 번째 방법은, 목질계 바이오매스를 열수 전처리하여 얻은 전처리물을 고액분리하여 액상물을 최대한 제거하는 것이다. 전처리 후 산성을 띠고 있는 전처리 액상물을 가능한 한 많이 제거할수록 초산의 잔류량이 줄어들 뿐만 아니라 뒤에 이어지는 효소당화 단계에서 소요되는 약품의 양을 줄일 수 있다. 이 때 전처리물로부터 산성 액상물을 분리 제거하는 데에는 당업계에 통상적으로 사용되는 모든 고액분리 방법을 이용할 수 있으며, 그 예로서 원심분리, 회전 탈수, 흡인 여과 및 가압여과 등을 들 수 있다. A second method for preparing a pretreatment product for enzyme saccharification is to remove the liquid product as much as possible by subjecting the pretreatment obtained by hydrothermal treatment of woody biomass to solid-liquid separation. The more acidic pretreatment liquids are removed, the less the amount of acetic acid is retained, and the amount of chemicals required in the subsequent saccharification step can be reduced. At this time, to separate and remove the acidic liquid from the pretreated product, all solid-liquid separation methods commonly used in the art can be used. Examples thereof include centrifugal separation, rotary dehydration, suction filtration, and pressure filtration.
효소당화용 전처리물을 제조하는 세 번째 방법은, 목질계 바이오매스를 열수 전처리한 후 고액분리하여 수득한 고형분을 물 혹은 알칼리 수용액으로 씻은 다음 탈수하여 남아있는 초산을 모두 제거하는 것이다. A third method for preparing a pretreatment product for glycation of enzymes is to pretreat the woody biomass by hydrothermal treatment followed by solid-liquid separation, washing the solid matter with water or an aqueous alkali solution, and then dehydrating it to remove any remaining acetic acid.
본 발명에서 열수 전처리 단계는 당업계에서 잘 알려진 방식에 따라 수행될 수 있으며, 예를 들어 목질계 바이오매스를 160 내지 230℃에서 1 내지 60분 동안 열수 전처리할 수 있다.
In the present invention, the hydrothermal pretreatment step may be performed according to a method well known in the art, for example, the woody biomass may be hydrothermally pretreated at 160 to 230 ° C for 1 to 60 minutes.
본 발명의 방법에서 두 번째 단계는, 상기 첫 번째 단계에서 수득한 효소당화용 전처리물을 당화조로 옮긴 후, 섬유소 가수분해효소를 가하여 가수분해하고, 효소의 활성이 최대가 되는 온도, 산도 및 교반속도를 유지하면서 효소당화하는 단계이다. 여기에서 일정한 산도를 유지하기 위해 첨가하는 산도 조절용 알칼리 시약으로 이 알칼리 초산염의 두 번째 초산기 해리상수(pKa2)가 8.0 이상이 되는 2가 이상의 수산기를 갖는 염기를 포함하는 알칼리 수용액 혹은 현탁액을 사용하는 것이 본 발명의 핵심기술이다. In the second step of the method of the present invention, the pretreatment for enzymatic saccharification obtained in the first step is transferred to a saccharification tank, followed by hydrolysis with a fibrin hydrolyzing enzyme, and the temperature, the acidity and the stirring It is the step of saccharifying the enzyme while maintaining the speed. This second acid group of the alkali acetate in the adjustment alkaline reagent pH to be added to maintain a constant pH dissociation constant (p K a 2) an alkaline aqueous solution or suspension that the two becomes equal to or greater than 8.0, comprising a base having at least a hydroxyl group Is a core technology of the present invention.
상기 효소당화 단계에서, 효소의 활성이 최대가 되는 온도와 교반속도는 효소에 따라 다르므로 한정할 수는 없지만, 예를 들어 노보자임스(덴마크 효소제조회사)의 Cellic CTec2와 Cellic HTec2 혼합물을 사용할 때는 45 내지 70℃일 수 있으며, 교반속도는 50 내지 200 rpm일 수 있다.
In the enzymatic saccharification step, the temperature at which the activity of the enzyme becomes maximum and the stirring rate vary depending on the enzyme. For example, a mixture of Cellic CTec2 and Cellic HTec2 of Novozymes (Danish enzyme manufacturer) is used And may be from 45 to 70 DEG C, and the stirring speed may be from 50 to 200 rpm.
본 발명의 방법에 따라 제조된 발효당은 짝염으로 변환된 초산을 함유할 수 있다. 짝염의 가장 쉬운 예로서 상기 반응식 1의 초산칼슘[calcium diacetate, Ca(CH3COO)2]을 들어 설명한다. 본 발명의 두 번째 단계인 바이오매스 열수 전처리물의 효소당화 단계에서, 효소의 최적 산도인 pH 4.5 내지 pH 5.5를 유지하기 위해 수산화칼슘 수용액 혹은 수산화칼슘 현탁액을 사용하면 헤미셀룰로오스의 가수분해에 의해 생성된 초산이 중화되어 초산칼슘이 생성된다. 이 초산칼슘의 첫 번째 해리상수(pKa1=6.3)는 산성 영역에 속하지만, 두 번째 해리상수(pKa2=9.6)는 중성 이상의 알칼리 영역에 속한다. 첫 번째 산성영역에서 해리된 초산 음이온은 미생물의 미토콘드리아로 들어가 에너지 대사를 교란시킬 수 있으므로 독성을 나타내게 되지만, 두 번째 초산기를 가지는 초산칼슘 양이온은 산성이나 중성의 산도에서는 거의 해리될 수 없으므로 사실상 초산기로 작용할 수 없는 형태이다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 제조된 발효당은 통상적으로 제조된 발효당과 동일한 농도의 초산을 함유하는 것으로 분석되어도, 이후 이를 탄소원으로 하여 산업용 미생물을 배양할 때에는 미생물에 유해한 초산의 농도가 약 절반 이하로 줄어드는 효과를 나타낸다. The fermentation sugars produced according to the method of the present invention may contain acetic acid converted into a conjugate salt. As the easiest example of the conjugate salt, calcium diacetate (Ca (CH 3 COO) 2 ) of the above reaction formula 1 will be described. In the enzymatic saccharification step of the biomass hydrothermal treatment step, which is the second step of the present invention, when an aqueous calcium hydroxide solution or a calcium hydroxide suspension is used to maintain the optimum pH of the enzyme, pH 4.5 to pH 5.5, the acetic acid produced by the hydrolysis of hemicellulose is neutralized And calcium acetate is produced. The first dissociation constant of calcium acetate (p K a 1 = 6.3) is in the acidic region, but the second dissociation constant (p K a 2 = 9.6) belong to the alkaline region than the neutral. Acetic anion dissociated in the first acidic region enters the microbial mitochondria and disturbs the energy metabolism, which leads to toxicity. However, the calcium acetate cations with the second acetic acid can not dissociate in acidic or neutral acidity, It is a form that can not function. Therefore, even though the fermentation sugar prepared according to the method of the present invention is analyzed to contain acetic acid at the same concentration as the conventionally prepared fermentation sugar, when the industrial microorganism is cultured using the carbonic acid as the carbon source, the concentration of acetic acid harmful to the microorganism is about And less than half.
본 발명의 방법에서 사용될 수 있는 알칼리 시약은, 초산염으로 변환되었을 때 초산염의 두 번째 초산기 해리상수(pKa2)가 8.0 이상인 2가 이상의 수산기를 갖는 염기이면서 중성 부근의 산도에서 미생물에 독성이 없는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 염기는 미세 분말 형태로 만든 후 당용액의 중화를 위해 직접 투입되도록 사용하거나, 염기를 물에 녹인 알칼리 수용액으로 또는 상기 염기를 습식 미분쇄하여 콜로이드상의 현탁액으로 사용할 수 있다. 상기 염기의 예로는 수산화칼슘, 수산화바륨 및 수산화마그네슘 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 수산화칼슘이다. Alkaline reagents which can be used in the method of the present invention, when converted to acetate while the base is of 8.0 or more second second acid group dissociation constant of nitrate (p K a 2) having at least a hydroxyl group-toxic to microorganisms at pH near neutral Is not particularly limited. These bases may be used in the form of a fine powder and then directly added for neutralization of the sugar solution, or may be used as an aqueous solution of an alkali dissolved in water or as a suspension of colloidal phase by wet milling the base. Examples of the base include calcium hydroxide, barium hydroxide and magnesium hydroxide, and calcium hydroxide is preferable.
수산화칼슘은 수용액의 형태로 조제하여 사용할 수 있지만, 낮은 수용해도(0.17g/100ml, 25℃)로 인하여 과도한 양의 수용액이 사용되게 됨으로써 당용액의 농도를 현저하게 저하시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 예를 들어 수산화칼슘을 0.001 내지 10 ㎛의 평균입경을 갖도록 미분쇄하여 고농도의 콜로이드상 현탁액의 형태로 조제하여 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이때 현탁액에 포함되는 수산화칼슘의 농도는 예를 들어 1%(w/w) 내지 20%(w/w)일 수 있다.
Although calcium hydroxide can be used in the form of an aqueous solution, it can be used in an excessive amount of aqueous solution due to its low water solubility (0.17 g / 100 ml at 25 ° C), thereby significantly lowering the concentration of the sugar solution. In order to prevent this, for example, calcium hydroxide is finely pulverized to have an average particle diameter of 0.001 to 10 탆, and it is more preferable to prepare and use it in the form of a high-concentration colloidal suspension. The concentration of calcium hydroxide contained in the suspension may be, for example, 1% (w / w) to 20% (w / w).
상기 효소당화 단계를 거쳐 수득한 효소당화 물질은 원심분리 등의 과정을 거쳐 당용액을 회수함으로써, 독성이 경감된 초산을 함유하는 발효당을 수득할 수 있다.
The enzyme saccharifying material obtained through the enzyme saccharification step may be subjected to centrifugation or the like to recover the saccharide solution to obtain a fermentation saccharide containing acetic acid with reduced toxicity.
본 발명의 방법으로 제조한 발효당을 이용하면, 바이오매스의 전처리와 효소당화에서 생성될 수 있는 초산의 절반 이상이 통상적인 발효조건에서는 해리되지 않아 산성을 유발하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 발효당은 여러 가지 화학물질과 바이오연료의 생산에 범용적인 균주로 사용되는 대장균 및 효모, 부탄올과 아세톤 등의 생산에 사용되는 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum) 및 클로스트리듐 베이제린키(Clostridium beijerinckii), 젖산을 주로 생산하는 락토코커스 락티스(Lactococcus lactis) 및 락토바실러스 종(Lactobacillus sp.), 아미노산의 생산에 주로 사용되는 코린박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) 등 많은 산업용 미생물의 발효에 적합하다. 특히, 생육 시 초산의 농도에 매우 민감하게 반응할 수 있는 균주의 배양에 유용한데, 그러한 균주로서 이스트(사카로미세스 세레비지애, Saccharomyces cerevisuae)를 들 수 있다.Using the fermentation sugar prepared by the method of the present invention, more than half of the acetic acid that can be produced in the biomass pretreatment and enzymatic saccharification does not dissociate in the usual fermentation conditions and does not cause acidity. Therefore, the fermentation sugar according to the present invention can be used for various chemicals and for production of Escherichia coli and yeast, butanol and acetone, which are used as universal strains in the production of biofuel, Clostridium acetobutylicum , Clostridium Bay the rinki (Clostridium beijerinckii), Lactococcus lactis, which mainly produce lactic acid (Lactococcus lactis) and Lactobacillus species (Lactobacillus sp.), choline is mainly used in the production of amino acids tumefaciens glutamicum (Corynebacterium glutamicum ) And is suitable for fermentation of many industrial microorganisms. In particular, it is useful for culturing a strain that can respond to the concentration of acetic acid at the time of growth very sensitively. Examples of such strains include yeast ( Saccharomyces cerevisuae ).
따라서, 본 발명은 본 발명의 방법에 따라 제조된 초산의 독성이 경감된 발효당을 이용하여 미생물을 발효시키는 방법을 제공한다.
Accordingly, the present invention provides a method for fermenting microorganisms using a fermentation sugar reduced in toxicity of acetic acid produced according to the method of the present invention.
본 발명의 발효당 제조 방법에 원료로서 사용될 수 있는 목질계 바이오매스는 초본계 바이오매스와 목본계 바이오매스 모두를 포함한다. 초본계 바이오매스의 예로는 오일팜(oil palm)의 수간(trunk), 잎자루(frond), 공과방(empty fruit bunch), 해바라기 줄기, 볏짚, 보릿짚, 밀짚, 옥수수 줄기, 갈대, 억새, 스위치그래스, 유채 줄기, 단수수 줄기, 수수 줄기, 부들 등을 들 수 있으며, 목본계 바이오매스의 예로는 백합나무, 버드나무, 아카시아, 유칼립투스, 가문비 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
The woody biomass that can be used as a raw material in the fermentation method of the present invention includes both herbaceous biomass and tree-based biomass. Examples of herbaceous biomass include trunks of oil palm, frond, empty fruit bunch, sunflower stem, straw straw, straw straw, corn stalks, reeds, Examples of woody biomass include, but are not limited to, lily trees, willow trees, acacia, eucalyptus, spruce, and the like.
본 발명에 따른 발효당을 제조하는 방법은 헤미셀룰로오스의 가수분해로 생성되는 초산을 제거하지 않고도 초산의 독성을 경감시킬 수 있으므로 목질계 바이오매스를 원료로 하는 발효용 당용액의 제조에 유용하다.
The method for preparing a fermented sugar according to the present invention can reduce the toxicity of acetic acid without removing the acetic acid produced by the hydrolysis of hemicellulose, and thus is useful for preparing fermentation sugar solutions based on woody biomass.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예 1: 산도 조절용 수산화칼슘 현탁액의 조제Example 1: Preparation of a calcium hydroxide suspension for acidity control
수산화칼슘(시약 1급, 동양화학 제품, 한국) 분말 10 g을 비이온수 90 g에 가하였다. 이를 평균입경 2 mm의 유리구슬이 들어있는 습식분쇄기(Eiger motormill, 일본)에 주입하고 3500 rpm으로 20분간 분쇄하여 0.8 ㎛ 내외의 평균입경을 가지는 현탁액을 조제하였다. 제조된 현탁액의 수산화칼슘 농도는 10%(w/w)이었으며, 이 현탁액을 바이오매스 전처리물의 효소당화 시 산도 조절용 알칼리 시약으로 사용하였다.
10 g of calcium hydroxide (reagent grade 1, TYO Chemical Co., Korea) powder was added to 90 g of non-ionized water. (Eiger motormill, Japan) containing glass beads having an average particle diameter of 2 mm and pulverized at 3500 rpm for 20 minutes to prepare a suspension having an average particle size of about 0.8 μm. The calcium hydroxide concentration of the suspension thus prepared was 10% (w / w), and this suspension was used as an alkali reagent for adjusting the acidity during enzyme saccharification of the pretreatment product of biomass.
실시예 2: 해바라기 줄기를 원료로 하는 발효당의 제조Example 2: Preparation of a fermentation sugar using sunflower stem as a raw material
성분 조성을 알고 있는 해바라기 줄기 분말을 건물중으로 480 g을 저울로 달아 광목자루에 담았다. 이러한 시료를 두 개 만들어 입구를 묶고 끓는 물 19 L가 담긴 들통에 넣어 10분간 삶았다. 탈수기(짤순이, 한일전기 제품, 한국)에 넣어 30분간 탈수하였다. 시료를 꺼내어 무게를 달고 원시료 120 g 상당량을 산출하였다. 원시료 120g 상당량을 2 L용 고압 반응기(Parr reactor; Parr Instrument Co. Ltd., 미국) 병(jar)에 넣고 증류수를 가하여 내용물 무게가 1,500 g이 되게 하였다. 상기 반응기를 가열하여 180℃에서 25분간 열수 전처리하였다.The sunflower stem powder, whose composition was known, was weighed 480 g into the building and placed in a light bag. Two samples were made and the entrances were bundled and placed in a pail containing 19 liters of boiling water and boiled for 10 minutes. The product was dehydrated in a dehydrator (Kyo Soon Lee, Hanil Electric Co., Korea) for 30 minutes. The sample was taken out and weighed, and the equivalent of 120 g of the raw sample was calculated. A 120 g equivalent of the raw sample was placed in a jar of Parr reactor (Parr Instrument Co. Ltd., USA) for 2 L, and the content was 1,500 g by adding distilled water. The reactor was heated and subjected to hydrothermal treatment at 180 ° C for 25 minutes.
반응이 끝난 후 반응기 병을 흐르는 물에 담가 급속 냉각한 다음 내용물을 5 L용 발효기(BioTron, 한국)의 발효조로 옮겼다. 셀룰로오스 가수분해 효소로서 Cellic CTec2 12 ml를 상기 발효조에 가하고 50±1℃ 및 pH 5.0±0.1로 유지하면서 150 rpm으로 교반하여 72시간 동안 가수분해하였다. 이 때 산도 조절용 알칼리 시약으로 상기 실시예 1에서 제조한 수산화칼슘 현탁액(10%, w/w%)을 당화계의 산도가 pH 5.0이 유지되게 자동 주입되도록 하였다. 수득한 가수분해물을 500 ml용 원심튜브에 옮기고 4300 rpm에서 1시간 동안 원심분리(Combi-514R, Hanil Scientific 제품, 한국)하여 상징액을 얻은 다음, 이 당용액을 역삼투 막모듈(BWRO, 웅진케미칼 제품, 한국)이 장착된 농축기로 농축하여 물만을 제거함으로써 240 g/L의 포도당을 함유하는 발효당을 제조하였다. 이 발효당을 BioRad Aminex HPX-87H 컬럼과 굴절률계(refractive index detector)가 장착된 워터스(Waters) HPLC로 분석한 후 포도당과 기타 당 및 초산의 농도를 산출하여 하기 표 1에 나타내었다.
After the reaction was completed, the reactor bottle was immersed in flowing water and rapidly cooled. Then, the contents were transferred to a fermenter of a 5 L fermenter (BioTron, Korea). Twelve ml of Cellic CTec2 as a cellulose hydrolyzing enzyme was added to the fermenter, and the mixture was stirred at 150 rpm while being maintained at 50 짹 1 째 C and pH 5.0 짹 0.1, and hydrolyzed for 72 hours. At this time, the calcium hydroxide suspension (10%, w / w%) prepared in Example 1 was automatically injected with the acidity control alkaline reagent so that the acidity of the sugar system was maintained at pH 5.0. The resulting hydrolyzate was transferred to a 500-ml centrifuge tube and centrifuged at 4300 rpm for 1 hour (Combi-514R, Hanil Scientific, Korea) to obtain a supernatant. The supernatant was applied to a reverse osmosis membrane module (BWRO, The product was concentrated with a concentrator equipped with a stirrer to remove only water, thereby preparing a fermented sugar containing 240 g / L of glucose. This fermented sugar was analyzed by a BioRad Aminex HPX-87H column and a Waters HPLC equipped with a refractive index detector, and the concentrations of glucose and other sugars and acetic acid were calculated and shown in Table 1 below.
비교예 1: 수산화나트륨 수용액을 중화제로 사용한 해바라기 줄기 원료 발효당의 제조Comparative Example 1: Preparation of a fermented sugar raw material for sunflower stem using an aqueous solution of sodium hydroxide as a neutralizing agent
효소 가수분해물의 산도 조절용 알칼리 시약으로 수산화나트륨 수용액(4%, w/w%)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방식으로 수행하였다. 수득한 당 용액의 포도당과 기타 당 및 초산의 농도를 산출하여 하기 표 1에 나타내었다. (4%, w / w%) was used as an alkali reagent for adjusting the acidity of the enzyme hydrolyzate. The concentrations of glucose and other sugars and acetic acid in the resulting sugar solution were calculated and are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 수산화칼슘 현탁액을 산도조절용 알칼리 시약으로 사용하는 본 발명의 방법은 통상의 수산화나트륨 수용액을 사용하는 방법과 비교하여 화학적 분석방법으로는 미생물 생육억제 물질로 작용하는 초산의 농도가 저하되는 것으로 나타나지는 않는다. 하지만 이러한 분석적인 농도가 유사할지라도 미생물 발효 시에 작용하는 생물학적 초산 농도는 현저히 다르다는 것을 하기 시험예 1에서 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, the method of the present invention, in which the calcium hydroxide suspension is used as an alkali reagent for controlling the acidity, is different from the method using an ordinary aqueous solution of sodium hydroxide in that the concentration of acetic acid acting as a microorganism growth inhibitor Is not reduced. However, Test Example 1 shows that the biological acetic acid concentration during microbial fermentation is significantly different even if these analytical concentrations are similar.
시험예 1: 효모를 이용한 알콜 발효Test Example 1: Alcohol fermentation using yeast
실시예 2 및 비교예 1에서 수득한 발효당, 및 시약용 포도당(시그마알드리치 코리아 제품)을 이용하여 알콜 발효를 수행하였다. Alcohol fermentation was carried out using the fermentation sugars obtained in Example 2 and Comparative Example 1 and glucose for reagents (Sigma Aldrich Korea).
먼저 실시예 2 및 비교예 1의 발효당을 이용하여 40 ml의 YPD 액체 배지(효모 추출물 10 g/L, 펩톤 20 g/L 및 포도당 50 g/L)에 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyce cerevisiae)를 배양하여 종균(seed)을 제조하였다. 이후 시약용 포도당과 비교예 1의 발효당을 각각의 영양원으로 하는 대조구 배지 1 및 2와 실시예 2의 발효당을 영양원으로 하는 실시예 2의 배지를 각각 제조하였다. 구체적으로, 대조구 배지 1은 시약용 포도당 120 g/L, 효모 추출물 20 g/L 및 펩톤 40 g/L을 첨가하여 제조하였고, 대조구 배지 2 및 실시예 2의 배지는 시약용 포도당 대신 각각 비교예 1의 발효당 120 g/L 및 실시예 2의 발효당 120 g/L를 사용하여 대조구 1의 배지의 제조 방식과 동일하게 제조하였다. 이후, 상기 각 배지에 7%의 종균을 접종하고, 혐기 조건 하에서 30±1℃에서 배양하였다. 배양 중 일정 시간(6, 12, 24, 48 및 72시간) 간격으로 시료를 채취하여 BioRad Aminex HPX-87H 컬럼과 굴절률계가 장착된 워터스(Waters) HPLC로 분석하여 에탄올 농도를 측정하였다. 상기 시험을 각각 3 반복으로 수행한 후 결과를 평균하여 표 2에 나타내었다.
First, Example 2 and Comparative Example YPD broth in a 40 ml using a sugar fermentation 1 (yeast extract 10 g / L, peptone 20 g / L and glucose 50 g / L) saccharide in my process three Levy jiae (Saccharomyce in cerevisiae were cultured to prepare seeds. Thereafter, control mediums 1 and 2 containing the reagent glucose and the fermentation sugar of Comparative Example 1 as the respective nutrient sources, respectively, and the medium of Example 2 using the fermentation sugar as the nutrient source of Example 2 were prepared. Specifically, control medium 1 was prepared by adding 120 g / L of glucose for the reagent, 20 g / L of yeast extract and 40 g / L of peptone, and the medium for control 2 and the medium for example 2 1 of 120 g / L per fermentation and 120 g / L of fermentation of Example 2 were used in the same manner as in the preparation of the medium of Control 1. Thereafter, 7% of the seeds were inoculated into each of the above-mentioned media, and cultured at 30 +/- 1 DEG C under anaerobic conditions. Samples were collected at intervals of 6, 12, 24, 48 and 72 hours during culture and analyzed by Waters HPLC equipped with a BioRad Aminex HPX-87H column and a refractive index meter to measure the ethanol concentration. The test was repeated three times each, and the results are averaged and shown in Table 2.
(시간)Incubation time
(time)
(시약용 포도당)Control badge 1
(Reagent glucose)
(수산화나트륨 중화)Control badge 2
(Sodium hydroxide neutralization)
(수산화칼슘 중화)The medium of Example 2
(Calcium hydroxide neutralization)
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 대조구 배지 2는 수산화나트륨 수용액으로 중화한 초산을 20 g/L 함유하므로 효모의 생육이 크게 억제되어 에탄올 생성량이 매우 적다. As shown in Table 2, the control medium 2 contained 20 g / L of acetic acid neutralized with an aqueous solution of sodium hydroxide, so that the growth of the yeast was greatly suppressed and the ethanol production was very small.
반면, 해바라기 전처리물의 효소당화 시 수산화칼슘 현탁액으로 중화한 실시예 2의 발효당은 대조구 배지 2와 동일한 농도의 초산을 함유하는데도 불구하고, 초산을 함유하지 않는 대조구 배지 1과 유사한 수준으로 에탄올 수율을 나타낸다. 이는 초산칼슘(CH3COO-Ca-OOCCH3)의 첫 번째 해리에 의해 생성되는 초산 이온(CH3COO-)은 효모의 생육에 영향을 미칠 수 있는 형태이지만 농도가 해를 미칠 만큼 높지는 않고, 나머지 CH3COO-Ca+는 약산성 내지 중성 이상의 조건에서는 해리하지 않으므로 산으로 작용하지 않기 때문이다. On the other hand, the fermented sugar of Example 2 neutralized with a calcium hydroxide suspension upon enzyme saccharification of the sunflower pretreatment exhibits a similar ethanol yield to that of the control medium 1 containing no acetic acid, even though it contains acetic acid at the same concentration as that of the control medium 2 . This is because the acetate ion (CH 3 COO - ) generated by the first dissociation of calcium acetate (CH 3 COO-Ca-OOCCH 3 ) is a form that can affect the growth of yeast, but the concentration is not high enough , And the remaining CH 3 COO-Ca + does not act as an acid because it does not dissociate under conditions of slightly acidic to neutral.
Claims (6)
2) 단계 1에서 얻은 전처리물에 섬유소 가수분해효소를 가하고, 초산염의 두 번째 초산기 해리상수(pKa2)가 8.0 이상인 2가 이상의 수산기를 갖는 염기를 포함하는 알칼리 시약으로 처리하여 효소 당화하는 단계
를 포함하는, 초산의 독성이 경감된 발효당의 제조방법.1) hydrothermal treatment of woody biomass to prepare a pretreatment product for saccharification of an enzyme; And
2) the pre-treatment water from step 1 was added and the cellulose hydrolyzing enzyme, a second acid group dissociation constant (p K a 2) is 8.0 or more glycosylation enzymes by treatment with an alkaline reagent to 2 comprises a base having at least hydroxyl groups of the acetate Step
Wherein the toxicity of the acetic acid is reduced.
상기 단계 1)의 효소당화용 전처리물이 하기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제조방법:
a) 목질계 바이오매스를 열수 전처리하여 수득한 액상물 및 고상물 전체;
b) 목질계 바이오매스를 열수 전처리한 후 고액분리하여 수득한 고형분; 및
c) 목질계 바이오매스를 열수 전처리한 후 고액분리하여 수득한 고형분을 물 또는 알칼리 수용액으로 씻은 후 탈수한 전처리물.The method according to claim 1,
Wherein the pretreatment for enzyme saccharification of step 1) above is selected from the group consisting of:
a) whole liquid and solid bodies obtained by pretreating woody biomass with hot water;
b) solids obtained by subjecting woody biomass to hydrothermal treatment and solid-liquid separation; And
c) pretreatment of washing woody biomass with water or alkaline aqueous solution after dehydration pretreatment and solid-liquid separation.
상기 열수 전처리가 160 내지 230℃에서 1 내지 60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the hydrothermal treatment is carried out at 160 to 230 DEG C for 1 to 60 minutes.
상기 염기가 수산화칼슘, 수산화바륨 또는 수산화마그네슘인 것을 특징으로 하는, 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the base is calcium hydroxide, barium hydroxide or magnesium hydroxide.
상기 알칼리 시약이, 미세 분말, 염기를 물에 녹여 제조한 알칼리 수용액, 또는 염기를 0.001 내지 10 ㎛의 평균입경을 갖도록 미분쇄하여 제조한 콜로이드상의 현탁액인 것을 특징으로 하는, 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the alkali reagent is a colloidal suspension prepared by finely pulverizing an alkali aqueous solution or base prepared by dissolving a fine powder or a base in water to have an average particle diameter of 0.001 to 10 mu m.
A method for fermenting a microorganism by using a fermentation sugar reduced in toxicity of acetic acid produced by the method of any one of claims 1 to 5.
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2013
- 2013-08-23 KR KR1020130100559A patent/KR101447534B1/en active IP Right Grant
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