KR101541762B1 - 폐양산빵을 이용한 발효당 제조방법 및 이를 이용한 알코올 제조방법 - Google Patents

폐양산빵을 이용한 발효당 제조방법 및 이를 이용한 알코올 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐양산빵의 당화액에 대한 활성탄을 처리를 통해 발효가 가능한 폐양산빵 유래 발효당을 제조하는 방법에 관한 것으로, 일 측면에 따르면, 폐양산빵을 준비하는 단계; 상기 준비된 폐양산빵을 분쇄하는 단계; 상기 분쇄된 폐양산빵을 건조하는 단계; 및 상기 건조된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 방법으로 제조된 발효당을 발효균주로 발효시켜 바이오 에탄올을 수득할 수 있다.

Description

폐양산빵을 이용한 발효당 제조방법 및 이를 이용한 알코올 제조방법{A method for producing fermented sugar and alcohol from mass-producing bread waste}
본 발명은 폐양산빵의 당화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐양산빵의 준비, 분쇄 건조 및 당화 과정을 거친 당화액에 대한 활성탄을 처리를 통해 발효가 가능한 폐양산빵 유래 발효당을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근, 식생활의 다양화, 편의화 및 핵가족 증가로 인한 간편식 추구로 인해 국민 1인당 쌀 소비량은 갈수록 감소하고, 쌀의 대체 식품인 빵류, 떡, 라면류 등의 소비는 증가한 것으로 분석 되고 있다. 통계청 조사 결과 2인 이상 가구가 한달에 식료품 소비에 쓰는 지출비 중 빵류에 대한 식품 소비지출액은 2010년 19,145원으로 나타났다. 이는 2004년도에 비해 6,620원 가량 많은 금액으로 빵류에 대한 소비지출 증가세는 연평균 6.7% 로 분석되었다.
2009년도 국내 식품 매출액 조사 결과에 따르면, 빵 또는 떡류의 매출 총액은 21,010억원이며, 국내 생산 총량은 1,088톤으로 확인 된다. 국내 식품의 반품율 조사 결과, 빵 또는 떡류가 차지하는 비율은 2.36% 였으며, 2009년도 식품의 총 폐기량 400,000톤 중, 빵 또는 떡류의 폐기량이 25,683톤을 차지하는것으로 확인 되었다.
양산빵이란 공장에서 기계작업을 통해 대량으로 생산 포장하여 슈퍼마켓, 편의점, 할인점 등에서 판매하는 빵을 말한다. 양산빵 시장은 전년 대비 2010년, 약 15%가 성장한 7,600억원 정도로 추정되고 있다. 이러한 양산빵의 폐기량도 해마다 증가의 일로를 걷고 있다. 양산빵 제조업체에 따르면 유통 기한 경과로 판매되지 못하고 폐기 또는 반품되는 제품은 매출액의 2% 수준이라고 한다. 이를 국내 생산되는 빵류(떡류) 제품의 매출액으로 환산하면 연간 약 380억원이 유통 기한 경과로 인해 손실되는 것이다.
이러한 손실을 막기 위해 국외의 경우, 일본의 삿포로 맥주에서 타카키 베이커리 공장에서 나오는 빵의 가장자리나 잉여부분, 유통기한이 지난 빵을 원재료로 하여 맥주 제조기술을 응용한 미생물 발효 공정을 거쳐, 1일 200kg의 빵으로부터 최대 4만리터의 수소를 제조해 내고 있다. 이는 일반적인 주택 6호의 1일 전력을 조달하는 에너지량에 해당한다고 한다. 이에 반해 국내에서는 버려지는 폐기빵을 이용하여 고온 호기성 발효 공정을 거쳐 유기물 함량이 높은 양질의 사료를 제조하여 가축의 사료로 이용하는 연구만 진행되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 버려지는 폐양산빵을 파봉, 건조, 분쇄 하여 효소당화에 적합한 시료 상태로 준비 한 뒤, 수분을 없앤 시료의 성분 분석을 수행하였고, 상기 시료의 가수분해 효소 선정 과정을 거친 후, 상기 효소를 이용하여 최적 당화 조건을 구축 하였으며, 상기 과정에서 생산 된 발효당에 활성탄 처리를 하여 발효 저해물질이 제거된 발효당을 생산함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기에서 기술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폐기되는 양산빵의 주성분이 전분 (starch) 이며, 글루코오스 중합체들로 구성되었는바, 상기 양산빵을 에너지원으로 활용하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 폐양산빵을 건조하는 단계; 상기 건조된 폐양산빵을 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 수득하는 단계;를 포함하는 것인, 발효당 제조방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 당화액을 수득하는 단계 이후에, 상기 수득된 당화액에 활성탄 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 효소는 알파-아밀레이즈 (α-amylase), 베타-아밀레이즈(β-amylase), 이소-아밀레이즈(iso-amylase), 글루코아밀레이즈 (Glucoamylase) 및 플루라네이즈(Pullulanase)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 알파-아밀레이즈는 바실러스 리케니포미스( Bacillus licheniformis)로부터 유래한 알파-아밀레이즈(α-amylase)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 분쇄된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 수득하는 단계는, 상기 분쇄된 폐양산빵을 효소액과 고액비율(S/L ratio) 5% 내지 15%로 혼합하여 가수분해 하는 것 일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 당화액을 수득하는 단계는, 상기 건조된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 1차 수득하는 단계; 상기 수득된 당화액을 원심분리하여 폐양산빵 시료를 분리하는 단계; 및 상기 분리된 폐양산빵 시료를 효소로 가수분해하여 당화액을 2차 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 방법으로 제조된 발효당을 발효균주로 발효시켜 바이오 에탄올을 수득하는 것인, 에탄올 제조방법이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 발효균주는 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있다.
본 발명의 폐양산빵을 이용한 친환경 당화 기술은 고부가가치 바이오 소재 생산에 활용될 수 있는 발효당인 글루코오스의 대량 생산을 가능케 하며, 식품 폐기물 유래 바이오 매스로부터의 바이오 에탄올을 제조할 수 있으므로 친환경적일 뿐만 아니라 경제적이다.
본 발명에 따라 최근 문제시 되고 있는 폐양산빵 유래 음식물 쓰레기 처분문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 고부가가치의 바이오 에탄올,수소 및 유기산 등을 환경 친화적인 방법으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전체 공정에 대한 개략적인 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 활성탄 처리를 하지 않은 당화액에 대한 알코올 발효 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 활성탄 처리를 하지 않은 당화액과 활성탄 처리한 당화액에 대한 알코올 발효 결과를 비교한 그래프이다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 하기의 실시예 및 상세한 설명은 본 발명은 설명하기 위한 것 일뿐, 본 발명이 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 달리 정의되어 않는 한, 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업계에 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 본 명세서에 포함되는 용어를 포함하는 다양한 과학적 사전이 잘 알려져 있고, 당업계에서 이용 가능하다. 비록 본 명세서에 설명된 것과 유사 또는 등가인 임의의 방법 및 물질이 본원의 실행 또는 시험에 사용되는 것으로 발견되나, 몇몇 방법 및 물질이 설명되어 있다. 당업자가 사용하는 맥락에 따라, 다양하게 사용될 수 있기 때문에, 특정 방법학, 프로토콜 및 시약으로 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형은 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않으면 복수의 대상을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, "또는"은 "및/또는"을 의미한다. 더욱이, 용어 "포함하는" 뿐만 아니라, 다른 형태, 예를 들어, "포함한다" 및 "포함된다"는 제한적이지 않다.
수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.
본 명세서에 제공된 제목은 다양한 면 또는 전체적으로 명세서의 참조로서, 하기의 구현예를 제한하는 것으로 이해되지 아니함은 자명하다.
이하에는 본 발명을 상세히 설명한다.
발효당 제조방법
본 발명의 일 측면에 따르면, 폐양산빵을 건조하는 단계; 상기 건조된 폐양산빵을 분쇄하는 단계; 및 상기 분쇄된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 수득하는 단계;를 포함하는 것인, 발효당 제조방법이 제공된다.
본 발명에서 사용된 용어 “폐양산빵”이란 유통기간 경과 또는 보관상의 문제 등으로 인하여 추후 폐기가 예정되어 있는 양산빵을 의미하는 것으로, 상기 양산빵을 에너지원으로 사용함으로써 폐기시키는 경우 발생할 수 있는 환경적 또는 경제적인 손실을 최소화 할 수 있다.
여기서 “발효당”이란 통상의 발효 과정을 거쳐 알코올, 젖산 등으로 변환될 수 있는 당류를 지칭하며, 예컨대, 글루코오스, 프룩토오스, 수크로오스, 말토오스 등이 이에 해당한다.
도 1은 본 발명의 전체 공정에 대한 흐름도를 나타낸 것이다.
도1에 나타난 바와 같이, 먼저 폐양산빵을 준비한다. 유통기간의 경과나 각종 문제점으로 인해 폐기될 폐양산빵을 수집하고, 겉표면의 포장비닐을 제거한다. 다음, 포장비닐이 제거된 폐양산빵을 건조시킨 후, 당화 공정을 수행하기에 적절한 크기의 입자로 분쇄하는 공정을 거친다.
상기 건조 및 분쇄를 위한 방법은 특별히 제한되지 아니한다. 상기 폐양산빵은 통상적으로 사용되는 열풍 건조, 자연 건조 등 다양한 방식으로 건조될 수 있다. 분쇄 공정 역시 특정 방식에 한정되지 아니하고, 대형의 분쇄기 등의 분쇄 장치를 활용하는 경우 더욱 효율적으로 분쇄공정을 진행할 수 있다.
이와 같이 적절한 크기의 입자로 분쇄된 폐양산빵은 효소를 통한 가수분해 과정을 거쳐 저분자량의 당류, 포도당, 과당 등으로 변환되며, 이와 같이 수득된 당화액은 이후 발효과정을 거쳐 알코올 등의 바이오 연료로 변환될 수 있다.
여기서 “가수분해”란 자연계의 화학반응 중에 물분자가 작용하여 일어나는 분해반응을 총칭하는 것으로, 금속염이 물과 반응하여 산성 또는 알칼리성 물질이 되는 반응이나 사람의 소화기 내에서 음식이 소화되는 과정 등이 대표적인 가수분해 반응이다.
통상적으로 상기 가수분해 공정은 특정 효소가 포함된 액상의 효소액을 미리 분쇄된 폐양산빵과 혼합함으로써 이루어질 수 있다.
상기 가수분해 과정에 있어서 이용되는 효소는 알파-아밀레이즈 (α-amylase), 베타-아밀레이즈(β-amylase), 이소-아밀레이즈(iso-amylase), 글루코아밀레이즈 (Glucoamylase) 및 플루라네이즈(Pullulanase)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있으며, 이에 한정되지 아니한다.
따라서, 작업 환경 및 효소의 특성을 고려하여 특정 효소를 선정하고 이를 통해 가수분해 공정을 진행할 수 있으며, 필요에 따라 복수의 효소를 혼합하여 사용할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 알파-아밀레이즈는 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)로부터 유래한 알파-아밀레이즈(α-amylase)일 수 있다.
가수분해공정에 있어서 사용되는 효소는 특별히 한정되지 아니하지만, 당화율이 보다 높은 것이 바람직하며, 일반적으로 폐양산빵의 가수분해공정을 진행함에 있어 사용되는 알파-아밀레이즈는 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)에서 유래한 것이 높은 당화율을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 당화액을 수득하는 단계 이후에, 상기 수득된 당화액에 활성탄 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
양산빵의 경우 대량 생산 및 판매를 목적으로 제조되고, 유통을 위해서는 필연적으로 일정 시간이 소요되므로 부패를 방지하기 위한 각종 화학 물질이 포함될 수 있다.
이와 같은 화학 물질은 수득된 당화액을 발효하는 과정에 있어서, 발효균의 활성을 저해할 수 있기 때문에 더욱 효율적으로 바이오 연료를 생산할 수 있도록 제거되는 것이 바람직하다. 따라서, 발효에 있어서 저해물질이 될 수 있는 각종 화학물질은 활성탄 처리를 통해 제거될 수 있다.
활성탄은 매우 넓은 표면적을 가지도록 가공된 탄소질의 물질로써, 흡착성이 강해, 기체, 습기 등의 흡착제, 또는 탈색제로 사용될 수 있으며, 목재나 갈탄 등을 염화아연이나 인산 등의 약품으로 처리, 건조시켜 제조될 수 있다.
상기 활성탄 처리 방식은 배치식(batch) 또는 연속식으로 진행될 수 있으며, 배치식은 예컨대, 도금수조 또는 예비수조에 활성탄을 일정량 첨가하고 가온 및 교반하여 수 시간이 지난 후, 여과기를 사용하여 치환 여과하는 방식으로 이루어질 수 있으며, 연속식은 여과기의 여과통에 활성탄을 여과조제로써 집어넣고, 여과기를 연속적으로 운전함으로써 이루어질 수 있다.
이와 같이 활성탄 처리 공정을 거친 당화액은 발효 저해물질이 제거되었으므로, 발효균주에 의한 발효 공정은 특정 화학물질에 의해 저해되지 아니하고 용이하게 이루어 질 수 있다.
상기 당화액을 수득하는 단계에서, 상기 분쇄된 폐양산빵에 대한 가수분해 공정을 진행하기 위하여, 바람직하게는 상기 폐양산빵과 효소액을 고액비율(S/L ratio) 5% 내지 15%로 혼합하여 가수분해 할 수 있으나, 작업환경을 고려하여 필요에 따라 적절하게 비율을 조정할 수 있다.
다음으로, 상기 당화액을 수득하는 단계는, 상기 건조된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 1차 수득하는 단계; 상기 수득된 당화액을 원심분리하여 폐양산빵 시료를 분리하는 단계; 및 상기 분리된 폐양산빵 시료를 효소로 가수분해하여 당화액을 2차 수득하는 단계로 이루어질 수 있다.
즉, 당화액을 수득하기 위한 가수분해 공정은 대량의 시료를 효율적으로 당화하기 위하여 스케일 업(scale-up)하는 것이 바람직하나, 스케일 업을 할수록 당화액에 포함되어 있는 글루코오스 함량이 증가하여 가수효소의 활성이 저해될 수 있다. 따라서, 상기와 같이 일정 시점에서 당화액을 제거하고 찌꺼기 시료에 대한 가수분해 공정을 재차 진행하는 경우에 당화율을 현저히 증가시킬 수 있다.(표 6)
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 방법으로 제조된 발효당을 발효균주로 발효시켜 바이오 에탄올을 수득하는 것인, 에탄올 제조방법이 제공된다.
여기서 “발효”란 미생물이 자신이 가지고 있는 효소를 이용해 유기물을 분해시키는 과정을 지칭하는 것으로, 상기 발효를 통해 각종 산물이 생성될 수 있다.
예컨대, 포도당에 효모와 같은 특정 균주는 유기물인 포도당을 분해할 수 있다. 이 경우, 산소를 공급하지 않으면 효모는 포도당을 완전히 분해시키지 못하고 에탄올을 생성하게 된다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 발효당은 별도의 중간 처리 공정 없이 발효균주를 통해 발효될 수 있으므로, 가수분해 공정에 이어서 수득된 발효당에 대한 발효공정을 진행함으로써 알코올 등의 바이오 연료가 제조될 수 있다.
상기 알코올 발효에 있어 사용되는 발효균주는 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다.
하기에는 발효당 및 이를 이용한 알코올 제조에 대한 실시예를 통해 본 발명을 상술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.
실시예 1: 폐양산빵 당화 시료 준비
폐양산빵을 수집 및 파봉한 뒤, 시료의 일정한 정량을 위해 수분 제거하기 위해 60℃에서 수분 함량이 0%가 될 때까지 드라이 오븐에서 건조시켰다. 건조 시킨 시료의 균일화를 위해 분쇄기를 이용해 분쇄하여 시료를 준비하였다.
실시예 2: 당화시료 성분분석
준비된 당화시료의 총 탄수화물 함량 및 구성성분을 알아내기 위한 성분분석을 수행하였다. 성분분석 결과는 표 1에 나타내었다.
항목 분석결과 단위 실험방법
수분 2.4 g/100g 식품공전 (2011)상압가열건조법
지방 4.4 g/100g 식품공전(2011)에테르추출법
단백질 15.1 g/100g Kieldahl법
회분 2.2 g/100g 식품공전(2011)회분시험법
탄수화물 75.9 g/100g 식품공전(2011)계산법
실시예 3: 친환경 당화공정을 위한 최적 효소 선정
아밀레이즈 (α-amylase), 글루코아밀레이즈 (Glucoamylase), 플루라네이즈 (Pullulanase) 등의 전분 가수분해 효소들 중 고활성의 효소를 선별하여 효소당화에 사용하기 위해 2개의 회사 (해나눔, Novozymes) 제품 중 고활성으로 알려진 3종의 가수분해 효소를 1차적으로 선별해 내었다.
첫 번째 효소는 해나눔사의 아스페르길루스 오리재(Aspergillus oryzae) 유래 알파-아밀레이즈, 두 번째 효소는 Novozymes 사의 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 유래 알파-아밀레이즈 (제품명: Termamyl 120L), 세 번째 효소는 Novozymes 사의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 유래 글루코아밀레이즈와 아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger) 유래 플루라네이즈 혼합 효소 덱스트로자임 (제품명: Dextrozyme® DX 1.5X)을 사용하였다.
이들 세 가지 효소 중 가장 고활성을 가지는 효소를 선별하기 위해 70℃, 150 rpm, 고액비율 (S/L ratio) 20%, pH 5.0의 조건으로 100ml을 당화 실험 하였다. 그 결과, 세 가지 효소 중 Novozymes 사의 알파-아밀레이즈 (Termamyl 120L)가 폐기빵 시료에 대해 고활성을 띄는 것으로 확인 되었다 (표 2).
구분 글루코오스 (g/L) 당화율 (%)
1 73.7 48.6
2 144.2 95.0
3 67.4 44.4
상기에서 구분 1, 2, 및 3은 각각 순서대로 해나눔사의 아스페르길루스 오리재 유래 알파-아밀레이즈, Novozymes 사의 바실러스 리케니포미스 유래 알파-아밀레이즈 (제품명: Termamyl 120L), Novozymes 사의 바실러스 서브틸리스 유래 글루코아밀레이즈 + 아스페르길루스 니게르 유래 플루라네이즈 (제품명: Dextrozyme® DX 1.5X)가 사용되었다.
실시예 4: 효소 배합 비율, 시료와 효소의 고액비율 최적 조건 구축
상기 선별한 효소를 이용하여 최적의 당화 조건 확립하기 위해 Novozymes 사의 바실러스 리케니포미스 유래 알파-아밀레이즈 (제품명: Termamyl 120L)와 Novozymes 사의 바실러스 서브틸리스 유래 글루코아밀레이즈 및 아스페르길루스 니게르 유래 플루라네이즈 혼합 효소 덱스트로자임 (제품명: Dextrozyme® DX 1.5X)을 사용하여 효소 배합 비율별 실험을 수행하였다. 그 결과, Novozymes 사의 바실러스 리케니포미스 유래 알파-아밀레이즈 (제품명: Termamyl 120L) 100%를 사용하였을 때 가장 당화율이 높은 것으로 나타났다 (표 3).
효소비율 (%) 글루코오스 (g/L) 당화율 (%)
A 100 144.2 95.0
B 100 67.4 44.4
A40 : B60 70.1 46.2
상기에서 A 및 B는 각각 순서대로 Novozymes 사의 바실러스 리케니포미스 유래 알파-아밀레이즈 (제품명: Termamyl 120L), Novozymes 사의 바실러스 서브틸리스 유래 글루코아밀레이즈 + 아스페르길루스 니게르 유래 플루라네이즈 (제품명: Dextrozyme® DX 1.5X)가 사용되었다.
그리고 시료의 최적 고액비율을 확인하기 위해 Novozymes 사의 바실러스 리케니포미스 유래 알파-아밀레이즈 (제품명: Termamyl 120L)를 이용하여 실험을 수행한 결과, 시료의 효소액에 대한 고액비율이 5내지 15%일 때 높은 당화율이 나타났으며, 특히, 고액비율이 10% 일 때 당화율이 가장 높게 나타났다 (표 4).
고액비율 (%) 글루코오스 (g/L) 당화율 (%)
3 21.6 95.0
5 36.5 96.1
10 74.5 98.1
15 109.6 96.3
20 144.2 95.0
실시예 5: 최적화된 효소당화 조건을 통한 대량 효소당화 (발효조 적용)
상기 최적화 된 효소당화공정을 통한 글루코오스 생산을 대형화하기 위해 0.1L 반응에서 0.5L로 1차적인 스케일-업을 수행하였고, 대량 효소당화를 위해 3L 조건으로 발효조를 이용하여 최종 스케일-업 실험을 수행하였다. 그 결과, 스케일-업을 할수록 당화율이 떨어지는 것을 확인 할 수 있었다 (표 5).
반응조건 (L) 글루코오스 (g/L) 당화율 (%)
0.1 74.5 98.1
0.5 43.4 57.1
3 32.7 43.1
이는 스케일-업 할수록 당화액에 포함 되어있는 글루코오스 함량이 증가 하여, 효소의 가수분해 활성이 저해를 받은 것으로 추측 된다.
이에 당 농도에 의한 저해를 줄이기 위해 효소당화를 수행 한 뒤, 원심분리 과정을 거쳐 1차적으로 당화액을 회수 한 뒤, 남은 찌꺼기 시료에 2차적으로 가수분해 효소처리를 하여 찌꺼기 시료에 남은 글루코오스를 완전히 회수 하는 방법으로 스케일-업 실험을 수행 하였다.
그 결과, 기존의 당화조건보다 신규 당화 조건에서 당화율이 55.8% 증가하는 것을 확인 하였다 (표 6).
당화조건 글루코오스 (g/L) 당화율 (%) 최종 당화율(%)
기존 32.7 43.1 43.1
신규 1차 39.4 51.9 98.9
2차 35.7 47.0
실시예 6: 당화액의 발효 저해물질 제거를 위한 활성탄 처리
상기 제조된 당화액을 모액으로 하여 발효 균주 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae)를 이용하여 발효 실험을 실시한 결과, 도 2에서와 같이 발효가 되지 않는 것을 확인 할 수 있었다.
이는 폐양산빵의 성분 중 지방과 방부제 성분 등의 발효 저해물질에 의한 것으로 추측되어, 발효 저해물질을 제거하기 위해 활성탄 처리를 수행하였다. 활성탄 처리 조건은 당화액에 활성탄을 10% 첨가 한 뒤, 37℃, 150 rpm에서 1시간 반응 시킨 뒤, 원심 분리하여 활성탄 및 부유물질을 제거한 액체 상태의 당화액만 추출해 냈다.
실시예 7: 발효 저해물질이 제거된 당화액을 이용한 바이오 에탄올 생산
상기 발효 저해물질이 제거된 당화액을 모액으로 하여 발효 균주 사카로미세스 세레비시아를 이용하여 발효 실험을 실시하였다. 이때 활성탄 처리를 하지 않은 당화액을 대조군으로 하여, 글루코오즈 함량이 50g/L인 당화액을 이용하였으며, 500ml 미디어 병에 질소 충진을 하여 혐기 상태로 만들어 준 뒤, 37℃, 150 rpm에서 발효균주를 이용하여 발효실험을 수행하였다.
그 결과, 도 3에서와 같이 활성탄 처리를 하지 않은 당화액의 경우 0.4 g/L이 에탄올이 생산 되었으며 이는 7.0%의 전환율을 나타내었다. 이에 반해 활성탄 처리를 한 당화액에서는 23.1 g/L 의 에탄올이 생산되었으며 이는 90.6%의 전환율을 나타내었다.
상기와 같이 폐양산빵에 대한 당화 공정을 통해 수득된 당화액은 별도의 활성탄 처리 공정을 거침으로써, 이후의 알코올 발효공정에서 전환율이 현저히 증가됨을 확인할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 폐양산빵을 건조하는 단계;
    상기 건조된 폐양산빵을 분쇄하는 단계;
    상기 분쇄된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 1차 수득하는 단계;
    상기 수득된 당화액을 원심분리하여 폐양산빵 시료를 분리하는 단계;
    상기 분리된 폐양산빵 시료를 효소로 가수분해하여 당화액을 2차 수득하는 단계; 및
    상기 수득된 당화액을 활성탄 처리하는 단계를 포함하는 것인, 발효당 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 효소는 알파-아밀레이즈 (α-amylase), 베타-아밀레이즈(β-amylase), 이소-아밀레이즈(iso-amylase), 글루코아밀레이즈 (Glucoamylase) 및 플루라네이즈(Pullulanase)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것인, 발효당 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 알파-아밀레이즈는 바실러스 리케니포미스( Bacillus licheniformis )로부터 유래한 알파-아밀레이즈(α-amylase)인 것인, 발효당 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 분쇄된 폐양산빵을 효소로 가수분해하여 당화액을 수득하는 단계는,
    상기 분쇄된 폐양산빵을 효소액과 고액비율(S/L ratio) 5% 내지 15%로 혼합하여 가수분해 하는 것인, 발효당 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 발효당을 발효균주로 발효시켜 바이오 에탄올을 수득하는 것인, 에탄올 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발효균주는 사카로미세스 세레비시아(Saccharomyces cerevisiae)인 것인, 에탄올 제조방법.
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