KR101465130B1 - 방사선을 이용한 리모넨의 제거 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사선을 이용한 귤속(citrus) 내 리모넨(limonene)의 효과적인 제거방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 오렌지 껍질에 200 내지 1000 kGy 선량의 감마선을 조사한 결과, 오렌지 껍질 내 발효를 억제하는 리모넨이 유의적으로 감소하므로 상기 리모넨이 제거된 오렌지 껍질을 바이오 에탄올 대량 생산하는 방법에 유용하게 사용할 수 있다.
Description
본 발명은 방사선을 이용한 귤속(citrus) 내 리모넨(limonene)의 효과적인 제거 방법 및 상기 리모넨이 제거된 귤속을 이용하여 바이오 에탄올의 대량 생산방법에 관한 것이다.
현재 바이오연료에 대한 연구가 전세계적으로 활발하게 이루어지고 있으며, 바이오연료들 중 대표적인 것이 바이오에탄올 및 바이오디젤이다. 브라질, 미국, 서유럽, 일본 등에서는 공업용 알콜의 90% 이상이 곡물 발효로 제조되는 반면, 국내에서는 전량이 합성알콜이다.
현재 바이오에탄올 생산에 사용되는 원료, 즉 바이오매스는 대부분이 곡류 유래의 전분이나 열대작물에서 얻어지는 당류이다. 미국의 경우는 대부분이 옥수수 전분의 가수분해 시 얻어지는 포도당을 원료로 하여 바이오에탄올을 생산하고 있고 브라질의 경우에는 사탕수수에서 얻어지는 설탕을 원료로 하여 바이오에탄올을 생산하고 있다. 하지만 사람이 식량으로 먹을 수 있는 농작물을 에너지원으로 쓰는 것은, 아직도 상당수의 인류가 식량난으로 허덕이고 있는 시점에서 비판을 받고 있을 뿐만 아니라 현재 기술로는 인류가 필요로 하는 양만큼의 에탄올을 공급하기에 기술이 충분히 발전하지 못한 문제점이 있다.
식품 가공 산업에서는 매년 수 억 ㎏의 폐기물이 쏟아져 나오며, 이 중 대부분은 매립이나 저가의 동물 사료 등으로 이용된다. 하지만 감귤류 폐기물로부터 유용한 산물을 얻을 수 있다면 또 다른 형태의 가치 있는 자원으로 재이용될 수 있다. 그 중 하나의 방법은 바로 연료 등급의 에탄올을 생산하는 것이다.
감귤류는 가공제품이 다양하지 못하여 많은 양이 착즙 상태로 제조되어 소모되는데, 이 경우 착즙 수율이 높지 않아 다량의 과육 및 과피가 부산물로 남게 되어 폐자원으로 버려지고 있다. 감귤류 과피에는 리모넨(limonene)를 포함하여 다양한 모노털팬류(monoterpenes)가 함유되어 있는데, 한 예로, 유자의 정유 성분 중 약 90%가 리모넨이다. 한편, 리모넨은 유의적인 항균 활성 및 에탄올 발효에 이용되는 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae) 뿐만 아니라 클루이베로마이세스 말시아누스(Kluyveromyces marxianus)의 생장을 저해하는 효과를 가진다.
구체적으로, 오렌지 껍질 오일 내에 존재하는 리모넨(limonene)과 그와 유사한 구조를 가진 모노테르펜(monoterpene)은 미생물 기능과 생장에 저해를 주는 것으로 다수의 연구를 통해 밝혀졌다. 리모넨과 유사한 β-피넨(pinene), 모노테르펜과 사이클로헥산(cyclohexane)은 모두 효모 내의 산소 소비와 K+ 흡수(uptake)에 저해를 주는 것으로 나타났다. 리모넨과 β-피넨은 모두 사이클로헥산 고리(ring) 구조를 가졌다. K+ 흡수의 경우 에탄올을 사용하는 미토콘드리아 내에서 글루코오스(glucose)를 사용하는 해당과정과 산화적 인산화에 의해 에너지를 받게 된다. β-피넨은 에탄올보다 글루코오스를 기질로 사용할 경우에 미토콘드리아 기능과 호흡을 저해하는데 더 크게 작용하는 것으로 알려져 있다. 이는 모노테르펜 또한 해당과정과 발효 보다는 호흡에 더 저해작용을 가하는 것으로 볼 수 있다. 상기 언급한 세 종류의 균주 모두에서 오렌지 껍질 오일에 의한 유사한 물질 대사 저해가 보인다. 이는 저해작용이 기질이 세포 내에 운반될 때나 해당(解糖) 경로 혹은 피루베이트(pyruvate)에서 에탄올로 전환될 때의 효소 반응 등에 작용되었을 것으로 보인다. 하지만, 오렌지 껍질 오일에 대한 저해작용 규명에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
이와 같이 세계적으로 다량의 오렌지 껍질이 식품 산업 부산물로 생산되고 있으며 다량의 당 함량으로 인하여 바이오 에탄올로 이용하고자 하는 노력들이 진행중에 있다. 하지만, 오렌지 껍질 중의 리모넨(limonene)으로 인하여 발효가 이루어지지 않아서 리모넨을 제거하는 기술이 필수적이다.
한편, 리모넨과 관련된 기술로서, 미국 등록 특허 5,487,988호에는 고온균인 바실러스 스테아로서퍼밀러스(Bacillus stearothemophillus)를 이용하여 리모넨을 페릴리 화합물(perilyl compound)로 생전환시키는 방법이 기재되어 있고, 대한민국 출원번호 10-2002-0007607호에는 리모넨을 엔테로박터 아글로머란스(Enterobacter agglomerans)와 배양하여 리모넨을 분해하는 방법을 개시하고 있으며, 대한민국 출원번호 10-2004-0042837호에는 D-리모넨을 이용한 살균 및 세탁방법을 개시하고 있으나, 방사선을 이용하여 귤속 내 리모넨을 제거방법에 대해서는 알려진 바 없다.
이에, 본 발명자들은 귤속 내 리모넨을 효과적으로 제거하기 위한 방법을 개발하던 중, 오렌지 껍질에 200 내지 1000 kGy 선량의 감마선을 조사한 결과, 오렌지 껍질내 리모넨이 현저히 감소되는 것을 확인하고, 상기 리모넨이 제거된 오렌지 껍질은 바이오 에탄올을 대량으로 생산하는데 유용하게 사용할 수 있음을 밝힘으로서 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 귤속(citrus) 내 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 귤속 내 리모넨(limonene) 제거방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 리모넨이 제거된 귤속을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 리모넨이 제거된 귤속을 이용한 바이오에탄올 대량 생산방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 귤속(citrus) 내 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 귤속 내 리모넨(limonene)을 제거하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 리모넨이 제거된 귤속을 제공한다.
아울러, 본 발명은
1) 귤속을 분쇄시켜 분말화하는 단계;
2) 단계 1)의 분말화된 귤속에 방사선을 조사하여 리모넨을 제거하는 단계;
3) 단계 2)의 리모넨이 제거된 귤속을 당화시키는 단계; 및
4) 단계 3)의 당화된 귤속을 발효시키는 단계를 포함하는 귤속으로부터 바이오에탄올 대량 생산방법을 제공한다.
본 발명은 감마선을 이용하여 오렌지 껍질 내 리모넨을 제거하는 방법에 관한 것으로, 오렌지 껍질에 200 내지 1000 kGy 선량의 감마선을 조사한 결과, 오렌지 껍질 내 발효를 저해하는 리모넨이 현저히 감소되므로, 상기 리모넨이 제거된 오렌지 껍질은 바이오 에탄올을 대량으로 생산하는 방법에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 다양한 방사선에 따른 리모넨 분해능을 확인한 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 귤속(citrus)에 방사선을 조사하는 단계를 포함하는 귤속 내 리모넨(limonene) 제거 방법을 제공한다.
상기 귤속은 과육 및 과피를 이용하는 것이 바람직하고, 과피를 이용하는 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 귤속은 오렌지, 감귤, 유자 및 레몬으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 이용하는 것이 바람직하고, 오렌지를 이용하는 것이 보다 바람직하며, 오렌지 껍질을 이용하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 방사선은 감마선, 전자선, 자외선(UV) 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하고, 감마선인 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 감마선은 코발트(Co)-60, 크립톤(Kr)-85, 스트론튬(Sr)-90 또는 세슘(Cs)-137 등의 방사성 동위원소로부터 방출되는 감마선을 사용하여 조사하는 것이 바람직하고, 코발트(Co)-60 방사선 동위원소로부터 방출되는 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 방사선은 200 내지 1000 kGy의 선량으로 조사하는 것이 바람직하고, 800 내지 1000 kGy의 선량으로 조사하는 것이 보다 바람직하며, 1000 kGy의 선량으로 조사하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 리모넨은 하기 화학식 1로 표시되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다:
[화학식 1]
상기 방사선 조사는 귤속에 NaOH, H2O2, HCl, Acetic acid를 처리한 후, 감마선을 조사하는 것이 바람직하고, Acetic acid를 처리하는 것이 보다 바람직하며, 0.2% Acetic acid를 처리하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 NaOH, H2O2, HCl, Acetic acid 처리는 감마선 조사전, 조사와 함께 또는 순차적으로 처리하는 것이 바람직하고 감마선 처리전 처리하는 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 오렌지 껍질에 감마선을 조사한 결과, 감마선 조사량 의존적으로 리모넨이 유의적으로 감소하는 것을 확인하였다(도 1 참조).
따라서, 본 발명의 방법은 오렌지 껍질 내 발효를 저해하는 리모넨을 유의적으로 감소시키므로, 상기 리모넨이 제거된 오렌지 껍질을 바이오 에탄올 대량 생산하는 방법에 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은
1) 귤속을 분해시켜 분말화하는 단계;
2) 단계 1)의 분말화된 귤속에 방사선을 조사하여 리모넨을 제거하는 단계;
3) 단계 2)의 리모넨이 제거된 귤속을 당화시키는 단계; 및
4) 단계 3)의 당화된 귤속으로 발효시키는 단계를 포함하는 귤속으로부터 바이오 에탄올 대량 생산방법을 제공한다.
상기 귤속은 과육 및 과피를 이용하는 것이 바람직하고, 과피를 이용하는 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 귤속은 오렌지, 감귤, 유자 및 레몬으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 이용하는 것이 바람직하고, 오렌지를 이용하는 것이 보다 바람직하며, 오렌지 껍질을 이용하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 귤속은 0.5M NaOH, 0.2% H2O2, 0.1M HCl, 0.2% Acetic acid 전처리로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하고, 0.2% Acetic acid 전처리인 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 방사선은 감마선, 전자선, 자외선(UV) 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하고, 감마선인 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 감마선은 코발트(Co)-60, 크립톤(Kr)-85, 스트론튬(Sr)-90 또는 세슘(Cs)-137 등의 방사성 동위원소로부터 방출되는 감마선을 사용하여 조사하는 것이 바람직하고, 코발트(Co)-60 방사선 동위원소로부터 방출되는 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 방사선은 200 내지 1000 kGy의 선량으로 조사하는 것이 바람직하고, 800 내지 1000 kGy의 선량으로 조사하는 것이 보다 바람직하며, 1000 kGy의 선량으로 조사하는 것이 가장 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 단계 3)의 당화는 당화 효소를 이용하여 수득하는 것이 바람직하고, 상기 당화 효소는 셀룰라아제(cellulase), 아밀라아제(amylase), α-글루코시다아제(glucosidase), β-글루코시다아제(glucosidase) 또는 이의 혼합물인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 단계 4)의 발효는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 크렙시엘라 옥시토카 P2(Klebsiella oxytoca P2), 브레타노마이세스 커스터시(Brettanomyces curstersii), 사카로마이세스 우브즈런(Saccharomyces uvzrun), 캔디다 브래시카에(Candida brassicae), 사카로미시스 세레비지애 B2(Saccharomyces cerevisiae B2)등 균주를 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)를 사용하는 것이 보다 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 오렌지 껍질에 감마선을 조사한 결과, 조사향 의존적으로 리모넨이 유의적으로 감소하는 것을 확인하였다(도 1 참조).
따라서, 본 발명의 방법은 식품 산업 부산물인 오렌지 껍질 내 발효를 저해하는 리모넨을 유의적으로 감소시키므로, 상기 리모넨이 제거된 오렌지 껍질은 바이오 에탄올을 대량 생산하는 방법에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
1> 오렌지 껍질의 준비
감마선을 이용하여 오렌지 껍질 내 리모넨(limonene) 제거 효과를 확인하기 위하여, 청과시장에서 구입한 귤속(citrus)에 속하는 오렌지를 과육 및 껍질로 분리하여, 오렌지 껍질 1 kg을 수득하였다.
<
실시예
2> 오렌지 껍질에 방사선 조사
상기 <실시예 1>에서 수득한 오렌지 껍질을 분쇄하여 용기에 담은 후, 한국원자력연구원 정읍방사선연구소 내 비치되어 있는 선원 10만 Ci 코발트(cobalt)-60 감마선 조사 시설(Point source AECL, IR-79, MDS Nordion International Co. Ltd., Ottawa, On, Canada)을 이용하여 실온에서 각각 200, 400, 800 및 1000 kGy를 조사한 후, 가스 크로마토그래피(gas chromatography)를 통하여 리모넨의 함량을 측정하였다.
구체적으로, 가스 크로마토그래피는 헬륨(He)을 이동상으로하는 CP-Sil 5 CB fused silica capillary column) (25 m x 0.32 mm i.d., 1.2 μm 필름 두께, 크롬팩)을 사용하여, 인적터(injector) 온도 280℃, 280℃의 불꽃 이온화 검출기(FID), 및 하기의 오븐(oven) 온도에서 수행하였다: 110℃에서 5분, 220℃까지 20℃/분 승온 후 10분간 유지.
그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 오렌지 껍질에 감마선을 200 내지 1000 kGy 조사시, 조사선량 의존적으로 리모넨이 유의적으로 감소하는 것을 확인하였다(도 1).
또한, 오렌지 껍질을 파쇄한 후, 0.5M NaOH, 0.2% H2O2, 0.1M HCl, 0.2% Acetic acid를 실온에서 2시간 동안 전처리한 후, 상기 동일한 방법으로 감마선을 조사하였다.
그 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이, 오렌지 껍질에 0.5M NaOH, 0.2% H2O2, 0.1M HCl, 0.2% Acetic acid를 전저리한 후, 감마선 1000 kGy를 조사한 결과, 리모넨이 현저히 감소하는 것을 확인하였다(도 1).
Claims (10)
- 귤속(citrus) 과피에 감마선, 전자선, 자외선(UV) 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 방사선을 200 내지 1000 kGy의 선량으로 조사하는 단계를 포함하는 귤속 내 리모넨(limonene) 제거 방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 귤속 과피는 오렌지, 감귤, 유자 및 레몬으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리모넨 제거 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 리모넨은 하기 화학식 1로 기재되는 것을 특징으로 하는 리모넨 제거 방법:
[화학식 1]
.
- 제 1항, 제 3항 및 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, NaOH, H2O2, HCl 및 Acetic acid로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나를 방사선 조사와 함께 또는 순차적으로 처리하는 것을 특징으로 하는 리모넨 제거 방법.
- 1) 귤속 과피를 분쇄시켜 분말화하는 단계;
2) 단계 1)의 분말화된 귤속 과피에 감마선, 전자선, 자외선(UV) 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 방사선을 200 내지 1000 kGy의 선량으로 조사하여 리모넨을 제거하는 단계;
3) 단계 2)의 리모넨이 제거된 귤속 과피를 당화시키는 단계; 및
4) 단계 3)의 당화된 귤속 과피를 발효시키는 단계를 포함하는 귤속 과피로부터 바이오 에탄올 대량 생산 방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 단계 3)의 당화는 셀룰라아제(cellulase), 아밀라아제(amylase), α-글루코시다제(glucosidase), β-글루코시다제(glucosidase) 또는 이들의 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 에탄올의 대량 생산방법.
- 제 8항에 있어서, 상기 단계 4)의 발효는 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 크렙시엘라 옥시토카 P2(Klebsiella oxytoca P2), 브레타노마이세스 커스터시(Brettanomyces curstersii), 사카로마이세스 우브즈런(Saccharomyces uvzrun), 캔디다 브래시카에(Candida brassicae), 사카로마이세스 세르비지에 B2(Saccharomyces cerevisiae B2) 균주 또는 이들의 혼합물을 이용하여 발효시키는 것을 특징으로 하는 바이오 에탄올의 대량 생산방법.
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|---|---|---|---|---|
| JP2010094093A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 柑橘類外皮からエタノールを製造する方法 |
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2012
- 2012-10-12 KR KR1020120113452A patent/KR101465130B1/ko active IP Right Grant
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| JP2010094093A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 柑橘類外皮からエタノールを製造する方法 |
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