KR101458981B1

KR101458981B1 - 바이오 화학물질 또는 바이오연료 생산을 위한 목질계 가수분해산물의 전기화학적 제독방법 및 제독된 목질계 가수분해산물

Info

Publication number: KR101458981B1
Application number: KR1020130036735A
Authority: KR
Inventors: 엄영순; 김연제; 서동진; 이경민; 하정명
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2014-11-10
Also published as: WO2014163229A1; US20160024535A1; US9657318B2; KR20140121012A

Abstract

목질계 바이오매스를 가수분해 전처리한 당화액을 준비하는 단계 및 상기 당화액에 전기화학적 제독 방법을 이용하여 독성을 감소시키는 단계를 포함하는, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 전처리 과정 중에 생성되는 미생물 생장 및 발효를 저해하는 화합물들의 독성을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한 독성 제거 과정 중에 당의 손실과 부가적인 비용을 최소화함으로써 생산효율을 높일 수 있다.

Description

바이오 화학물질 또는 바이오연료 생산을 위한 목질계 가수분해산물의 전기화학적 제독방법 및 제독된 목질계 가수분해산물 {Electrochemical detoxification of lignocellulosic hydrolysates for biochemical or biofuel production and detoxificated lignocellulosic hydrolysates}

본 발명은 독성이 저감된 목질계 가수분해산물 및 그의 제조방법, 및 이를 이용한 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법에 관한 것이다.

미래 사회가 자원 순환형 사회로 발전하게 될 것으로 전망되며, 바이오매스를 이용한 에너지화의 실현이 필수적이다. 화석연료 고갈, 전지구적 지구온난화 등에 대응하기 위한 자원개발 및 환경기술개발에 적극 노력이 필요하며 바이오매스 등 폐환경자원의 에너지화를 위한 기술개발을 강화하고 있다. 지구상에 가장 풍부한 바이오매스는 리그노셀룰로스이다. 리그노셀룰로스는 리그닌, 셀룰로스, 헤미셀룰로스로 이루어진 복합고분자이다. 하지만, 바이오에너지 및 유용한 화학원료를 생산하는 대부분의 미생물들은 리그노셀룰로스를 바로 이용할 수 없으므로 전처리가 필요하다.

전처리 과정을 거친 후에는 미생물이 이용할 수 있는 글루코스나 자일로스 등의 당이 발생하지만, 이와 함께 미생물의 성장에 영향을 미치는 발효저해산물도 함께 발생한다. 발효저해산물은 크게 페놀계 화합물과 비페놀계 화합물로 나눌 수 있다. 이들 독성물질은 미생물의 생장 및 발효를 저해하며, 이로 인하여 바이오 화학물질 및 알코올 등의 생산 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

그러므로, 높은 수율의 제품을 얻기 위하여 발효 전에 가수분해물의 제독이 필요하다. 목질계 바이오매스 분해산물 중 저해물질(inhibitor)을 제거하는 제독 방법은 크게 물리화학적 방법과 생물학적 방법으로 나눌 수 있다. 이러한 방법들은 발효 저해물질의 제거 효율이 높지 않으며 발효 저해물질의 종류에 따라 서로 다른 제거 효율을 나타낸다.

미생물을 이용하여 바이오 에너지 및 화학원료를 생산하기 위해서는 경제적이고 효율이 높은 제독과정의 개발이 필요하다.

한국 공개 특허 제10-2009-0003967호 한국 등록 특허 제10-0879317호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 미생물 발효에 사용되는 당화액에서 미생물 생장 및 발효를 저해하는 발효 저해물질들의 독성을 제거 또는 감소함과 동시에 처리비용을 최소화함을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법은 미생물 발효에 사용되는 당화액을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은, 목질계 바이오매스를 화학적으로 전처리하는 전처리 단계; 및 전처리된 바이오매스를 가수분해하는 당화 단계를 포함하며, 상기 전처리된 바이오매스 또는 상기 당화된 바이오매스에 전기화학적 처리를 하여 당화액의 독성을 감소 또는 제거시키는 전기화학적 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일실시예에서, 상기 당화액은 페놀계 또는 퓨란계 화합물을 포함한다.

일실시예에서, 상기 페놀계 화합물은, 페룰산(ferulic acid), 쿠마르산(coumaric acid), 벤조산(benzoic acid), 시링산(syringic acid), 바닐산(vanilic acid), 바릴린(valilin), 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), 4-하이드록시벤즈알데하이드(4-hydroxybenzaldehyde) 및 시링알데하이드(syringaldehyde)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이다.

일실시예에서, 상기 퓨란계 화합물은, 푸르푸랄(furfural) 및 5-하이드록시메톡시 푸르푸랄(5-HMF)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이다.

일실시예에서, 상기 전기화학적 처리는 전처리액 또는 당화액 내에 포함된 독성 화합물을 전기적 반응을 통해 독성 화합물의 독성을 감소시키는 것이다.

일실시예에서, 상기 전기화학적 처리는 인위적으로 전류를 흘려주는 장치를 이용하여 독성물질의 독성을 감소시키는 것일 수 있다.

일실시예에서, 상기 전기화학적 처리는 0.1 내지 2 볼트의 전기를 가하는 것일 수 있다.

일실시예에서, 상기 전기화학적 처리는 전극을 이용하는 것일 수 있다.

일실시예에서, 상기 방법은, 전기화학적 처리 전에 상기 당화액에 포함된 독성 화합물의 산화에 최적인 전압을 결정하는 단계를 더 포함하며, 상기 전기화학적 처리는 상기 결정된 전압의 전기를 가하는 것일 수 있다.

본 발명의 일실시예에서 따른 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법은, 상기 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법에 의해 제조된 목질계 바이오매스 당화액을 발효시키는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 발효는 당화액에 미생물을 투입하여 배양하는 것일 수 있다.

본 명세서에서 미생물은 그 종류에 상관없이 당을 이용하는 미생물은 모두 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 미생물은 당을 이용하여 발효를 수행할 수 있고 그 결과 바이오 화학물질 또는 바이오 연료를 생산할 수 있는 미생물이라면 그 종류와 무관하게 모두 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 미생물은 효모, 유산균, 클로스트리디움(Clostridium), 대장균 및 바실러스(Bacillus)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.

일 실시예에서, 미생물은 유전자 조작된 미생물일 수 있다. 구체적으로, 가솔린 또는 디젤 등과 같은 기존의 화석 연료와 유사한 탄화수소화합물(hydrocarbon compound)을 생산할 수 있도록 유전자 재조합을 통해 조작된 유전자를 갖는 미생물일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 바이오 화학물질은 지방산(fatty acid), 다이올(diol), 다이엔(diene) 및 유기산 중 어느 하나 이상일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 바이오 연료는 에탄올(ethanol) 또는 부탄올(butanol)과 같은 알코올, 또는 기존 석유연료와 성분이 유사한 탄화수소화합물(hydrocarbon compound) 일 수 있다.

본 발명에서 발효는 대장균, 효모, 클로스트리디움 및 기타 바이오 연료를 생산할 수 있는 모든 미생물을 상기 전기화학적 처리를 한 당화액에 접종하는 것을 포함할 수 있으며, 발효 시 생산되는 바이오 연료의 종류는 접종되는 구체적인 미생물의 종류에 따라 달라지게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, 페놀계 화합물이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.5g/L 이하의 양으로 포함되어 있고, 퓨란계 화합물이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.1g/L 이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 p-쿠마르산이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.3g/L 이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 p-쿠마르산이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0. 15g/L 이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

본 발명에 의한 무독화 방법은 전처리 과정 중에 생성되는 미생물 생장 및 발효를 저해하는 화합물들의 독성을 효율적으로 제거할 수 있다. 또한 독성 제거 과정 중에 부가적인 비용을 최소화함으로써 생산효율을 높일 수 있다. 따라서, 목질계 바이오매스를 이용하여 보다 효율적으로 바이오 화학물질 또는 바이오 연료를 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 각 페놀계 화합물의 종류에 따른 사이클릭 볼타메트리 결과를 보여주는 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 각 페놀계 화합물이 0.5 g/L 포함된 배지에서 전기화학적 처리 전, 후의 클로스트리디움 타이로부티리쿰의 세포성장과 부티르산의 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 각 페놀계 화합물이 0.5 g/L 포함된 배지에서 전기화학적 처리 전, 후의 클로스트리디움 베이져링키의 세포성장과 부탄올의 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 전기화학적 처리 전, 후의 당화액을 이용하여 클로스트리디움 타이로부티리쿰과 클로스트리디움 베이져링키의 세포성장과 부티르산 및 부탄올 생성 농도를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 명세서에서 "바이오 화학물질(biochemical)"이라 함은 미생물 발효를 통해 얻을 수 있는 모든 화학물질을 의미한다. 일실시예에서 바이오 화학물질이라 함은 목질계 바이오매스로부터 미생물 발효를 통해 얻을 수 있는 모든 화학물질을 의미한다. 예컨대, 지방산(fatty acid), 다이올(diol) 또는 다이엔(diene)을 들 수 있다. 또한, 바이오 화학물질은 젖산(lactic acid), 아세트산(acetic acid), 부티르산(butyric acid) 또는 핵사노익산(hexanoic acid)과 같은 유기산을 포함할 수도 있다.

석유자원 고갈 및 지구온난화 문제로 인해 대체 에너지로 사용되는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료는 목질계 바이오매스를 이용한 당화액을 발효시켜 제조된다.

목질계 바이오매스는 침엽수와 활엽수, 수종, 수령 등에 따라서 목재를 구성하는 화학성분의 조성과 함량이 다르지만, 일반적으로는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin) 등으로 구성된 복합체인 리그노셀룰로스(lignocellulose)로 이루어져 있다.

상기 셀룰로오스는 포도당이 β-1,4 결합으로 주로 연결된 다당류로서 포도당이 a-1,4 결합으로 연결되어 안정화된 나선형 구조의 녹말인 아밀로오스(amylose)와는 달리 나선형 구조가 아닌 직선 구조가 안정된 형태를 이루기 때문에 똑같이 포도당으로 구성된 녹말보다는 자연적으로 훨씬 물리적, 화학적으로 튼튼한 구조를 이루고 있다.

헤미셀룰로오스는 셀룰로오스보다 당의 중합도(degree of polymerization)가 낮은 다당체로서 주로 5탄당인 자일로오스(xylose)의 중합체로 구성되고, 그 외에도 5탄당인 아리비노오스(arabinose)와 6탄당인 만노오스(mannose), 갈락토오스(galactose), 포도당 등의 중합체로 구성되어 있다. 상기 헤미셀룰로오스는 상기 셀룰로오스에 비해서 중합도가 낮고 구조의 규칙성이 낮아서 바이오매스의 전처리에 의해 분해가 비교적 쉽게 이루어지는 특징이 있다.

상기 리그닌(lignin)은 메톡실화(methoxylation)된 쿠마릴 알코올(p-coumaryl alcoho), 코니퍼릴 알코올(coniferyl alcohol), 시나필 알코올(sinapyl alcohol) 등이 중합되어 있어서 다량의 방향족 화합물을 포함함과 아울러 소수성을 띠고 있는 거대한 분자량의 복잡한 구조를 지닌 중합체이다. 상기 리그닌은 자연적으로나 화학적으로 강한 내구성을 가지고 있어 자연계에 존재하는 천연 화합물 중의 가장 분해가 어려운 물질로 간주되고 있다.

상기 리그닌은 헤미셀룰로오스와 공유결합을 통해 결합되고 상기 헤미셀룰로오스는 상기 셀룰로오스와 수소결합을 통해 연결되어 있어서, 상기 리그노셀룰로오스는 전체적으로 보면 직선의 곧은 형태로 이루어진 셀룰로오스 마이크로파이브릴(microfibril)을 가운데 두고, 헤미셀룰로오스가 수소결합을 통해 감싸는 모습으로 붙어 있고, 이러한 헤미셀룰로오스를 리그닌이 다시 공유결합을 통한 연결로 둘러싼 형태를 갖는다.

실제로 목질계 바이오매스를 원료로 한 바이오연료 제조의 기술적, 경제적 어려움은 전분계 및 당질계에 비해 상대적으로 높은 리그닌 함량에 기인한다.

상기 목질계 바이오매스는 셀룰로오스가 33 내지 51중량%, 헤미셀룰로오스가 19 내지 34 중량%, 리그닌이 21 내지 32 중량%, 재가 0 내지 2 중량%, 기타 성분이 나머지로 포함된다. 당화 과정에서 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 성분은 글루코오스(glucose), 갈락토오스(galactose), 만노스(mannose), 램노스(rhamnose), 자일로스(xylose) 및 아라비노스(arabinose)를 포함하는 5탄당 또는 6탄당으로 가수분해 된다.

셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 성분으로부터는 전처리 과정 및/또는 당화 과정에서 푸란(furan), 하이드록시메틸푸르푸랄(HMF), 푸르푸랄(furfural), 약산 등의 비페놀계 화합물들이 생성된다. 또한, 리그닌 성분으로부터는 페룰산(ferulic acid), 쿠마르산(coumaric acid), 벤조산(benzoic acid), 시링산(syringic acid), 바닐산(vanilic acid), 바릴린(valilin), 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), 4-하이드록시벤즈알데하이드(4-hydroxybenzaldehyde), 시링알데하이드(syringaldehyde) 등의 페놀계 화합물들이 생성된다.

목질계 바이오매스를 전처리하는 전처리 단계는, 목질계 바이오매스 내의 고분자 당을 미생물이 이용가능한 저분자 당으로 가수분해하기 전에, 상기 가수분해를 용이하게 하도록 하기 위해 단단한 목질계 바이오매스를 연하게 만드는 (softening) 과정을 포함할 수 있다. 상기 전처리는 산이나 염기 등을 처리하는 화학적 처리, 고온이나 고압 등을 가하는 물리적 처리, 효소나 미생물 등을 가하는 생물학적 처리, 또는 위 세가지 방법 중 적어도 하나를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 목질계 바이오매스의 전처리 또는 가수분해로 생성된 화합물들 중 발효 저해물질인 페놀계 또는 퓨란계 화합물들은 미생물 생장 및 미생물을 이용한 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조 수율을 떨어뜨리는 작용을 한다.

목질계 바이오매스 당화액을 효율적으로 이용하기 위해서는 페놀계 화합물의 독성을 반드시 낮춰야 한다. 본 발명자들은 목질계 바이오매스의 전처리액 또는 가수분해한 당화액에 전기화학적 처리를 하여 그 독성을 감소 또는 제거 할 수 있다. 종래에는 목질계 가수분해물에서 발견되는 리그닌 유래 발효저해물질의 무독화 방법에 대해 전기화학적 방법을 사용한 전례가 없다.

목질계 바이오매스 전처리액 또는 당화액 내용물 중 리그닌 유래 발효 저해물질은 미생물의 세포막 기능을 상실하게 하거나 세포막의 전기화학적 균형을 파괴하여 미생물의 성장과 바이오 화학물질 또는 바이오 알코올 생산성을 떨어뜨리는 작용을 하며 미생물을 이용하는 바이오 화학물질 또는 바이오연료의 발효에 상당한 영향을 준다.

전기화학적 처리는 독성 화합물을 산화시켜 라디칼을 형성시키는 것이라면 어떤 것이든 사용될 수 있다. 일반적으로 산화/환원반응은 전자의 이동 반응이므로, 어느 물질이 전자를 잃는 것을 산화, 전자를 얻는 것을 환원이라 한다. 본 연구에서는 독성물질을 산화시켜 제거하는 것을 목적으로 하므로 산화반응이 일어나는 산화전극에서 주로 반응이 일어난다. 예컨대, 포텐시오스탯을 사용하여 독성 화합물을 산화시킬 수 있다. 또한, 탄소 전극(carbon)과 금속 전극을 이용할 수 있고 그 형태로는 표면전극 (surface electrode) 또는 가는 선 전극 (wire electrode) 그리고 바늘 전극 (needle electrode)등이 될 수 있다. 한편, 전기화학적 처리는 0.01볼트 이상, 0.05볼트 이상, 0.1볼트 이상 또는 0.5볼트 이상의 전기를 가하는 것일 수 있다. 또는, 50볼트 이하, 20볼트 이하, 10볼트 이하, 5볼트 이하 또는 2볼트 이하의 전기를 가하는 것일 수 있다. 예컨대, 0.1 내지 2볼트의 전기를 가하는 것일 수 있다. 전기화학적 처리의 처리 시간은 0.1 내지 24시간, 1 내지 12시간 또는 2 내지 8시간 가할 수 있다. 상기 범위 내에서는 다양한 페놀 또는 퓨란 화합물들 대부분이 양호한 정도로 산화될 수 있다. 각각의 발효저해 물질은 서로 다른 최적 산화 조건을 갖고 있으므로 독성 화합물들의 산화에 최적인 전압을 가해야 한다. 하지만 2종 이상의 발효저해 물질이 복합적으로 존재하는 경우에도 하나의 독성물질이 산화되면 산화된 그 독성물질의 작용에 의해 여러 가지 발효저해 물질의 동시 제거가 가능하다. 각 독성 화합물에 대한 최적 전압은 사이클릭 볼타메트리(cyclic voltammetry)를 이용하여 결정될 수 있다. 그 예로, 쿠마르산이 가장 큰 독성을 나타내면서도 사이클릭 볼타메트리를 통해 얻은 최적 전압으로 전기화학적 처리시 거의 100%에 가까운 독성이 감소되는 성질을 갖는 것을 볼 수 있다.

본 발명은 상기 무독화 방법에 의해 독성이 감소된 목질계 바이오매스 당화액을 발효시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법을 제공한다.

상기 당화액에는 미생물이 이용하여 발효할 수 있는 당이 포함되어 있다.

상기 발효는 당화액에 미생물을 이용하는 생물학적인 처리를 통해 가능하다. 즉, 상기 당화액의 발효는 상기 당화액에 투입되는 미생물에 의해 이루어질 수 있다. 상기 당화액의 발효시 이용되는 미생물은 카르복실산 생산성 및 카르복실산에 대한 내성, 당화액에 잔류할 수 있는 발효 저해 물질에 대한 내성, 및 5탄당 및 6탄당에 대한 발효능 등을 고려하여 선택할 수 있다.

상기 미생물로는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 효모, 유산균, 클로스트리디움(Clostridium), 대장균, 바실러스(Bacillus) 등을 포함하는 균주군 중에서 상기 균주들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 균주들은 자연적으로 카르복실산을 생산하거나, 또는 균주 개량을 통해 카르복실산 생산 능력을 부여받거나, 또는 균주 개량을 통해 카르복실산 생산 능력이 강화될 수 있다.

상기 미생물은, 아나에로믹소박터 속(Anaeromyxobacter sp.), 알칼리게네스 속(Alcaligenes sp.), 박테로이데스 속(Bacteroides sp.), 바실러스 속(Bacillus sp.), 클로스트리디움 속(Clostridium sp.), 에스케리키아 속(Escherichia sp.), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 락토코커스 속(Lactococcus sp.), 피키아 속(Pichia sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.), 랄스토니아 속(Ralstonia sp.), 로도코커스 속(Rhodococcus sp.), 사카로마이세스 속(Saccharomyces sp.), 스트렙토마이세스 속(Streptomyces sp.), 써머스 속(Thermus sp.), 써머토가 속(Thermotoga sp.), 써모아나에로박터 속(Thermoanaerobacter sp.) 및 자이모모나스 속(Zymomonas sp.)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 미생물은 클로스트리디움 베이어린키(Clostridium beijerinckii), 클로스트리디움 아세토부티리쿰(Clostridium acetobutyricum), 클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum), 클로스트리디움 셀룰로리티쿰(Clostridium cellulolyticum), 클로스트리디움 써모셀럼(Clostridium thermocellum), 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfingens), 클로스트리디움 스포로제네스(Clostridium sprorogenes), 클로스트리디움 써모하이드로써퓨리쿰(Clostridium thermohydrosulfuricum), 클로스트리디움 클루이베리(Clostridium kluyveri), 클로스트리디움 애시디톨러런스(Clostridium aciditolerans), 클로스트리디움 파스테우리아눔(Clostridium pasteurianum), 클로스트리디움 융다히(Clostridium ljungdahlii), 클로스트리디움 오토에타노제눔(Clostridium autoethanogenum), 클로스트리디움 포미코아세티쿰(Clostridium formicoacticum), 클로스트리디움 써모아세티쿰(Clostridium thermoaceticum), 클로스트리디움 아세티쿰(Clostridium aceticum) 및 클로스트리디움 타이로부티리쿰(Clostridium tyrobutyricum)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.

생산되는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 종류는 미생물의 종류에 따라 달라질 수 있다. 상기 바이오 화학물질은 비제한적인 예로, 젖산(lactic acid), 아세트산(acetic acid), 부티르산(butyric acid) 또는 핵사노익산(hexanoic acid)과 같은 유기산을 들 수 있고, 지방산(fatty acid), 다이올(diol) 또는 다이엔(diene)일 수도 있다. 상기 바이오 연료는 비제한적인 예로, 에탄올(ethanol) 또는 부탄올(butanol)을 들 수 있다. 상기 바이오 연료는 생산된 유기산을 이용하여 생산할 수 있다.

본 발명은 목질계 바이오매스 전처리액 또는 당화액에 바이오 연료 발효시 주요 저해물질인 페놀계 화합물들의 독성을 전기화학적 처리를 함으로써 감소시켰다. 이는 기존에 밝혀진 물리 화학적 및 생물학적 제독방법이 가지고 있는 단점인 과정의 복잡성과 당 손실을 극복할 수 있다.

본 발명에 의해 처리된 전처리 당화액은 효모, 클로스트리디움, 대장균 등 바이오 알코올을 생산할 수 있는 모든 미생물을 이용한 발효에 적용할 수 있으며 이를 통해 바이오 화학물질 또는 바이오 연료를 제조할 수 있다.

일실시예에서 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, 페놀계 화합물이 전기화학적 처리 전 페놀계 화합물 중량 대비 50중량% 이상 감소된 것이고, 퓨란계 화합물이 전기화학적 처리 전 퓨란계 화합물 중량 대비 90중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 상기 당화액은 페놀계 화합물이 전기화학적 처리 전 페놀계 화합물 중량 대비 50중량% 이상, 51중량% 이상 또는 52중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 또한, 상기 당화액은 페놀계 화합물이 전기화학적 처리 전 페놀계 화합물 중량 대비 70중량% 이상, 75중량% 이상, 80중량% 이상 또는 82중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 상기 당화액은 퓨란계 화합물이 전기화학적 처리 전 퓨란계 화합물 중량 대비 92중량% 이상, 94중량% 이상, 96중량% 이상, 98중량% 이상, 또는 99중량% 이상 감소된 것일 수 있다.

다른 실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, p-쿠마르산이 전기화학적 처리 전 p-쿠마르산 중량 대비 45중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 상기 당화액은 p-쿠마르산이 전기화학적 처리 전 p-쿠마르산 중량 대비 46중량% 이상, 47중량% 이상, 48중량% 이상, 49중량% 이상 또는 50중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 또한, 상기 당화액은 p-쿠마르산이 전기화학적 처리 전 p-쿠마르산 중량 대비 60중량% 이상, 65중량% 이상, 70중량% 이상, 75중량% 이상 또는 78중량% 이상, 감소된 것일 수 있다.

다른 실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, 페룰산이 전기화학적 처리 전 페룰산 중량 대비 25중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 상기 당화액은 페룰산이 전기화학적 처리 전 페룰산 중량 대비 26중량% 이상, 27중량% 이상, 28중량% 이상, 29중량% 이상, 또는 30중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 당화액은 페룰산이 전기화학적 처리 전 페룰산 중량 대비 60중량% 이상, 65중량% 이상, 70중량% 이상, 75중량% 이상, 또는 76중량% 이상 감소된 것일 수 있다.

다른 실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, 바닐린이 전기화학적 처리 전 바닐린 중량 대비 45중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 상기 당화액은 바닐린이 전기화학적 처리 전 바닐린 중량 대비 42중량% 이상, 44중량% 이상, 46중량% 이상, 48중량% 이상, 또는 49중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 당화액은 바닐린 전기화학적 처리 전 바닐린 중량 대비 70중량% 이상, 75중량% 이상, 80중량% 이상, 또는 82중량% 이상 감소된 것일 수 있다.

다른 실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, 시링알데히드가 전기화학적 처리 전 시링알데히드 중량 대비 70중량% 이상 감소된 것일 수 있다. 상기 당화액은 시링알데히드가 전기화학적 처리 전 시링알데히드 중량 대비 72중량% 이상, 74중량% 이상, 76중량% 이상, 또는 78중량% 이상 감소된 것일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 당화액은 시링알데히드가 전기화학적 처리 전 시링알데히드 중량 대비 80중량% 이상, 85중량% 이상, 90중량% 이상, 또는 94중량% 이상 감소된 것일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 당화액은 푸르푸랄(furfural) 및 5-하이드록시메톡시 푸르푸랄(5-HMF)이 전기화학적 처리 전 각 중량 대비 90중량% 이상 감소된 것일 수 있다.

일실시예에서 목질계 바이오매스 당화액은, 미생물 발효에 사용되는 당화액으로서, 상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며, 페놀계 화합물이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.5g/L 이하의 양으로 포함되어 있고, 퓨란계 화합물이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.1g/L 이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다. 상기 페놀계 화합물은 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.4g/L 이하, 0.3g/L 이하. 0.2g/L 이하 또는 0.1g/L이하일 수 있다. 상기 퓨란계 화합물은 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.05g/L 이하, 0.01g/L 이하. 0.005g/L 이하 또는 0.001g/L이하일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 p-쿠마르산이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.3g/L이하, 0.25g/L이하, 0.2g/L 이하, 0.15g/L 이하, 0.14g/L 이하, 0.13g/L이하, 0.12g/L 이하 또는 0.11g/L이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 페룰산이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.4g/L 이하의 양으로 포함되어 있고, 바닐린이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.3g/L 이하의 양으로 포함되어 있으며, 시링알데히드가 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.2g/L 이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 페룰산이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.4g/L이하, 0.35g/L이하, 0.3g/L 이하, 0.25g/L 이하, 0.2g/L 이하, 0.15g/L이하, 0.12g/L 이하 또는 0.11g/L이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 바닐린이 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.3g/L이하, 0.25g/L이하, 0.2g/L 이하, 0.15g/L 이하, 0.1g/L 이하 또는 0.09g/L이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 시링알데히드가 당화액의 전체 부피를 기준으로 0.2g/L이하, 0.15g/L이하, 0.1g/L 이하, 0.05g/L 이하, 0.04g/L 이하 또는 0.03g/L이하의 양으로 포함되어 있는 것일 수 있다.

또 다른 일실시예에서, 목질계 바이오매스 당화액은 푸르푸랄(furfural) 및 5-하이드록시메톡시 푸르푸랄(5-HMF)을 실질적으로 함유하지 않는 것일 수 있다.

"실질적으로 함유하지 않는"의 뜻은 0.001g/L이하, 0.0001g/L이하, 0.00001g/L이하 또는 0.000001g/L이하의 농도로 통상적인 검출 방법으로는 검출되지 않는 농도로 함유되거나, 전혀 함유되지 않음을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들은 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

[실시예 1] 페놀계 화합물의 종류에 따른 미생물의 생장 결과 및 부탄올 또는 부티르산 생성 농도 측정

본 실시예는 배지에 각 페놀계 화합물들을 각각 첨가한 후 전기화학적인 처리를 하거나 처리를 하지 않은 다음, 각 균주의 생장과 그에 따른 부티르산 및 부탄올 생산량을 측정하였다. 목질계 가수분해물에서 발견되는 페놀계 화합물들의 발효저해 작용을 감소시키기 위해 전기화학적인 처리를 하였고, 각 페놀계 화합물을 이용하여 각 균주에 미치는 독성 및 전기화학적인 처리를 한 후의 독성 감소 효과를 측정하였다.

먼저, 각각의 페놀계 화합물의 전기화학적 방법을 통한 제거를 위해 필요한 최적 전압을 사이클릭 볼타메트리(cyclic voltammetry)를 이용하여 결정하였다. 그 결과는 도 1에 나타나 있다. 도 1은 각각의 페놀계 화합물의 사이클릭 볼타메트리를 나타낸 것이다. 도 1에서 가로축은 전압 (Voltage)를 나타내며, 세로축은 암페어 (ampere)를 나타낸다. 결과적으로 보았을 때 각각의 페놀계 화합물은 고유한 전압에서 산화되는 피크를 보이며 피크가 서서히 감소되는 것을 나타낸다. 이는 각각의 페놀계 화합물은 고유의 전압에서 산화되어 제거되는 것을 의미한다.

페놀계 및 퓨란계 화합물들의 제거율을 측정하기 위해, 페놀계 화합물로서, 파라 쿠마르산(p-coumaric acid), 페룰산(ferulic acid), 시링알데히드(Syringaldehyde) 및 바닐린(vanilin)을 선정하였고, 퓨란계 화합물로서, 푸르푸랄(furfural)과 5-하이드록시메틸푸르푸랄(5-hydroxymethylfurfural)을 선정하였다. 상기 선정된 6종의 저해물질을 배지에 각각 0.5 g/L씩 첨가한 후, 각각의 최적 산화 전압으로 전류를 흘려준 후, 그 제거율을 확인하였다.

상기 배지의 전기화학적 처리를 위해 포텐시오스텟(WonA Tech, WMPG 1000)사용하였고 전극은 흑연 펠트 (Graphite felt)를 이용하였다. 구체적으로, 상기 전기화학적 처리는 각각의 발효 저해물질이 보이는 산화 피크의 전압을 (쿠마르산과 페룰산의 경우 800 mV, 시링알데히드와 바닐린의 경우 2 V, 푸르푸랄과 5-하이드록시푸르푸랄의 경우 1.8 V) 이용하여 5시간 반응시켜 전기화학적 제거 후, 중력 침강, 원심분리, 막분리 등의 방법을 이용하여 발효 저해물질을 제거하였다. 그 결과는 하기 표에 나타나 있다. 제거율은 중량%를 의미한다.

	p-coumaric acid		Ferulic acid		Vanillin		Syringaldehyde		furfural		HMF
1차 처리	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)
1차 처리	0.25	50.0	0.3475	30.5	0.251	49.8	0.109	78.2	0	100	0	100
2차 처리	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)	처리 후 농도(g/l)	제거율(%)
2차 처리	0.11	78.0	0.1155	76.9	0.089	82.2	0.0265	94.7	0	100	0	100

상기 표는 각 페놀계 및 퓨란계 화합물의 전기화학적 방법을 통한 제거율을 나타낸다. 1차 전기화학적 처리 결과, 쿠마르산, 페룰산, 바닐린, 시링알데히드, 푸르푸랄, 그리고 5-하이드록시푸르푸랄은 각각 50.0, 30.5, 49.8, 78.2, 100, 그리고 100%의 제거율을 보였고, 2차 전기화학적 처리 결과, 쿠마르산, 페룰산, 바닐린, 시링알데히드, 푸르푸랄, 그리고 5-하이드록시푸르푸랄은 각각 78.0, 76.9, 82.2, 94.7, 100, 그리고 100%의 제거율을 보였다. 퓨란계 화합물의 경우 본 발명에 사용된 클로스트리디움의 생육에 큰 저해가 없으므로 배양 결과엔 제외하였고, 모든 배양실험은 1차 전기화학적 처리한 배지를 이용하여 진행하였다.

부티르산 발효 배지로는 배지의 총 부피 1리터당 20 g의 글루코스, 5 g의 효모 추출물, 0.2 g의 황산마그네슘, 0.01 g의 황산망간, 0.01 g의 황산철, 0.01 g의 염화나트륨, 0.5 g의 제1 인산칼륨(KH₂PO₄), 0.5 g의 제2 인산칼륨(K₂HPO₄), 2g의 아세트산암모늄(ammonium acetate)를 포함하는 배지를 사용하였다. 부탄올 발효배지로는 배지 총 부피 1리터당 20 g의 글루코스, 1 g의 효모 추출물, 0.2 g의 황산마그네슘, 0.01 g의 황산망간, 0.01 g의 황산철, 0.01 g의 염화나트륨, 0.5 g의 제1 인산칼륨(KH₂PO₄), 0.5 g의 제2 인산칼륨(K₂HPO₄), 2g의 아세트산암모늄(ammonium acetate)를 포함하는 배지를 사용하였다. 상기 각 배지는 아르곤 가스를 이용하여 기체치환 후 섭씨 121도에서 15분 멸균 후 실험에 사용하였다.

상기 1차 전기화학처리가 된 배지와 전기화학처리가 되지 아니한 배지 각각에 미생물을 접종하여 배양하였다. 배지의 초기 pH는 4 N 수산화칼륨(KOH)으로 6.5으로 조정되었다. 회분식 배양(batch culture)의 경우, 60 mL의 시료병(serum bottle)에 20 mL의 배지를 넣고 페놀계 화합물과 미생물을 접종한 후 진탕 배양기에서 섭씨 37℃의 온도 및 150 rpm의 회전 속도로 24시간 배양하였다.

부티르산 발효를 위한 미생물로는 클로스트리디움 타이로부티리쿰(Clostridium tyrobutyricum, 미국 미생물 보존센터(American Type Culture Collection), ATCC 25755)를 사용하였고 부탄올 발효를 위한 미생물로는 클로스트리디움 베이어린키(Clostridium beijerinckii, 영국 국립 산업 및 해양 박테리아 은행(The National Collection of Industrial, food and Marine Bacteria), NCIMB 8052)를 이용하였다. 두 미생물 모두 2차 계대 배양한 시료를 실험에 이용하였다.

배양이 완료된 각 배양물에 대해 각각 페놀계 및 퓨란계 화합물, 및 당, 아세트산의 농도를 측정하였다. 상기 농도는 액체크로마토그래프 (Agilent model 1200 liquid chromatograph)로 분석하였다. 페놀계 화합물은 다이오드어레이 검출기로 분석하였고, Zorbax eclipse XDB-C18 컬럼 (150×4.6 mm, 3.5㎛)을 사용하였다. 당과 아세트산은 굴절률 검출기로 분석하였고, Aminex HPX-87H 컬럼 (300×7.8 mm)을 사용하였다. 미생물 생장은 분광광도계(UVmini-1240, SHIMAZU)로 600 nm에서의 흡광도를 측정하였다. 부티르산 및 부탄올의 농도는 불꽃 이온화 검출기(flame ionized detector)가 설치된 가스 크로마토그래피(Agilent technology 6890N Network GC system)로 분석하였으며, HP-INNOWax column(30m×250㎛×0.25㎛, Agilent Technologies)을 사용하였다. 그 결과는 도 2a, 2b 및 도 3a, 3b에 나타나 있다.

도 2a 및 2b는 클로스트리디움 타이로부티리쿰(Clostridium tyrobutyricum, 미국 미생물 보존센터(American Type Culture Collection), ATCC 25755)을 이용한 발효의 결과를 나타낸다. 구체적으로 도 2a는 클로스트리디움 타이로부티리쿰을 접종하고 배양한 후 상기 미생물 균체의 량을 분광광도계를 이용하여 흡광도로 측정한 결과를 나타낸다. 도 2a에 나타난 바와 같이, 페놀계 화합물들은 미생물 생장을 방해하였다는 것과, 페놀계 화합물에 의한 미생물 생장의 저해는 전기화학적 처리에 의해 감소되었음을 알 수 있다. 또한 도 2b에 나타난 바와 같이, 클로스트리디움 타이로부티리쿰에 의한 부티르산 생성은 전기화학적 처리에 의해 페놀계 화합물의 생장 저해 작용이 억제되었음을 알 수 있다. 특히, 쿠마르산의 경우 도 2a에서와 같이 미생물 생장을 100%에 가까운 정도로 저해하는 강력한 발효 저해물질이지만 이러한 독성은 도 2b에서와 같이 전기화학적 처리에 의해 거의 100%에 가까운 정도로 해소되었음을 알 수 있었다.

한편, 도 3a 및 도 3b는 부탄올 발효를 위한 미생물로는 클로스트리디움 베이어린키(Clostridium beijerinckii, 영국 국립 산업 및 해양 박테리아 은행(The National Collection of Industrial, food and Marine Bacteria), NCIMB 8052)를 이용한 발효의 결과를 나타낸다. 구체적으로 도 3a는 클로스트리디움 베이어린키를 접종하고 배양한 후 상기 미생물 균체의 량을 분광광도계를 이용하여 흡광도로 측정한 결과를 나타낸다. 도 3a에 나타난 바와 같이, 페놀계 화합물들은 미생물 생장을 방해하였다는 것과, 페놀계 화합물에 의한 미생물 생장의 저해는 전기화학적 처리에 의해 현저히 감소되었음을 알 수 있다. 또한 도 3b에 나타난 바와 같이, 클로스트리디움 베이어린키에 의한 부탄올 생성은 전기화학적 처리에 의해 부탄올 생성량이 현저히 상승한 것으로 보아, 페놀계 화합물에 의한 독성이 현저히 감소되었음을 알 수 있다. 특히, 쿠마르산의 경우 그 독성에 따른 부탄올 생성량 감소가 도 2b에서와 같이 전기화학적 처리에 의해 거의 100%에 가까운 정도로 해소되었음을 알 수 있었다.

[실시예 2] 전기화학적 제독 방법을 통한 리그노셀룰로스 가수분해산물의 독성물질 제거를 통한 미생물의 생장 결과 및 부티르산 또는 부탄올의 생성농도 확인

본 발명에서 사용한 상기 목질계 바이오매스 당화액의 구성 성분에는 글루코스(glucose)가 20 g/L, 자일로스(xylose)와 만노스(mannose)가 5 g/L가 포함되어있고, 전처리 과정 중 생성된 리그닌 유래 발효 저해물질인 총 페놀계 화합물이 1.03 g/L 포함되어 있다.

상기 당화액을 2 V로 5시간 처리한 후 0.45 ㎛로 필터링 하였다. 필터링한 당화액은 상기 발효 배지의 내용물을 첨가한 후 멸균하여 부티르산 및 부탄올 발효에 이용하였다.

기타 실험 조건들은 상기 실시예 1과 동일하였다.

그 결과는 도 4a 및 도 4b에 나타나 있다. 도 4a 및 도 4b에서 볼 수 있듯이, 클로스트리디움 타이로부티리쿰과 클로스트리디움 베이어링키는 당화액에서 전혀 성장하지 않지만, 전기화학적 처리를 한 시료에서는 균주 성장과 부티르산과 부탄올의 생산이 상당량 증가하는 것을 관찰할 수 있다.

Claims

삭제
미생물 발효에 사용되는 당화액을 제조하는 방법으로서,
상기 방법은,
목질계 바이오매스를 연화(softening)시키기 위해 전처리하는 전처리 단계; 및
전처리된 바이오매스를 가수분해하는 당화 단계를 포함하며,
상기 전처리된 바이오매스 또는 상기 당화된 바이오매스에 전기화학적 처리를 하여 당화액의 독성을 감소 또는 제거시키는 전기화학적 처리 단계를 더 포함하며,
상기 전처리된 바이오매스 또는 상기 당화된 바이오매스는 독성 화합물을 포함하며,
상기 독성 화합물은 페놀계 또는 퓨란계 화합물을 포함하며,
상기 페놀계 또는 퓨란계 화합물은 전기화학적 처리를 통해 감소 또는 제거되는, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 페놀계 화합물은, 페룰산(ferulic acid), 쿠마르산(coumaric acid), 벤조산(benzoic acid), 시링산(syringic acid), 바닐산(vanilic acid), 바릴린(valilin), 4-하이드록시벤조산(4-hydroxybenzoic acid), 4-하이드록시벤즈알데하이드(4-hydroxybenzaldehyde) 및 시링알데하이드(syringaldehyde)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 퓨란계 화합물은, 푸르푸랄(furfural) 및 5-하이드록시메틸 푸르푸랄(5-HMF)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 전기화학적 처리는 인위적으로 전류를 흘릴 수 있는 장비를 사용하는 것인, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 전기화학적 처리는 0.01 내지 50볼트의 전기를 가하는 것인, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 방법은,
전기화학적 처리 전에 상기 당화액에 포함된 독성 화합물의 산화에 최적인 전압을 결정하는 단계를 더 포함하며,
상기 전기화학적 처리는 상기 결정된 전압의 전기를 가하는 것인, 독성이 감소 또는 제거된 목질계 바이오매스 당화액의 제조방법.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 목질계 바이오매스 당화액을 발효시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 발효는 당화액에 미생물을 투입하여 배양하는 것을 특징으로 하는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 미생물은 효모, 유산균, 클로스트리디움(Clostridium), 대장균 및 바실러스(Bacillus)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 바이오 화학물질은, 지방산(fatty acid), 다이올(diol), 다이엔(diene) 및 유기산 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 바이오 연료는 에탄올(ethanol) 또는 부탄올(butanol) 인 것을 특징으로 하는 바이오 화학물질 또는 바이오 연료의 제조방법.
미생물 발효에 사용되는 당화액으로서,
상기 당화액은 목질계 바이오매스 유래의 당화액이며,
상기 당화액은 전기화학적 처리에 의해 독성 화합물이 감소 또는 제거된 것이고,
상기 독성 화합물은 페놀계 또는 퓨란계 화합물을 포함하며,
상기 페놀계 화합물은 전기화학적 처리 전 페놀계 화합물 중량 대비 50중량% 이상 감소된 것이고,
상기 퓨란계 화합물이 전기화학적 처리 전 퓨란계 화합물 중량 대비 90중량% 이상 감소된 것이며,
상기 퓨란계 화합물은 푸르푸랄을 포함하며,
상기 푸르푸랄(furfural)은 전기화학적 처리 전 푸르푸랄 중량 대비 90중량% 이상 감소된 것인, 목질계 바이오매스 당화액.
제13항에 있어서
상기 당화액은
p-쿠마르산이 전기화학적 처리 전 p-쿠마르산 중량 대비 45중량% 이상 감소된 것인, 목질계 바이오매스 당화액.
제13항에 있어서,
상기 당화액은
p-쿠마르산이 전기화학적 처리 전 p-쿠마르산 중량 대비 70중량% 이상 감소된 것인, 목질계 바이오매스 당화액.
제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 당화액은
페룰산이 전기화학적 처리 전 페룰산 중량 대비 25중량% 이상 감소된 것이고, 바닐린이 전기화학적 처리 전 바닐린 중량 대비 45중량% 이상 감소된 것이며, 시링알데히드가 전기화학적 처리 전 시링알데히드 중량 대비 70중량% 이상 감소된 것인, 목질계 바이오매스 당화액.
제16항에 있어서, 상기 당화액은 5-하이드록시메톡시 푸르푸랄(5-HMF)이 전기화학적 처리 전 각 중량 대비 90중량% 이상 감소된 것인 목질계 바이오매스 당화액.