KR101883628B1 - Method for enhancing detoxification activity of laccase using secondary biomass substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 라카아제를 이용한 바이오매스의 무독화 공정에서, p-쿠마르산과 같은 천연 중개자를 함유하는 2차 바이오매스 기질을 소량 첨가하여 라카아제의 무독화 활성을 증진시키는 방법 및 이를 포함한 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 공정(SPS)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 저가의 2차 바이오매스 기질을 소량 추가함으로써, 2차 기질 내 포함된 천연 중개자(mediator)에 의해, 바이오매스의 분해에서 생성될 수 있는 독성물질을 제거하는 라카아제의 무독화 활성이 증진되며, 사용되는 2차 기질은 환경 독성이 낮으므로, 추가적인 세척 과정을 필요로 하지 않으며, 정제 없이 그대로 사용되므로 비용이 저렴하면서 환경 독성이 적어, 경제적이고 친환경적이고, 동시 전처리 및 당화(SPS) 공정에 적용할 수 있어, 신속하고 경제적이고 친환경적으로 바이오매스로부터 당화물을 우수한 당화 수율로 생산할 수 있다.The present invention relates to a method for enhancing the detoxification activity of a lacase by adding a small amount of a secondary biomass substrate containing a natural mediator such as p-coumaric acid in a biodegradation process of biomass using a lacase, Simultaneous pretreatment and saccharification processes (SPS). According to the present invention, by adding a small amount of a low-cost secondary biomass substrate, the detoxification of the lacase, which removes toxic substances that may be generated in the decomposition of the biomass, by a natural mediator contained in the secondary substrate The secondary substrate used is low in environmental toxicity and therefore does not require any additional cleaning steps and is used as it is without purification. Therefore, it is economical, environmentally friendly, low cost, and environmentally friendly, and simultaneously pretreatment and saccharification SPS) process, it is possible to produce the saccharide from the biomass with excellent saccharification yield quickly, economically and environmentally.

Description

2차 바이오매스 기질을 이용한 라카아제의 무독화 활성 증진 방법{Method for enhancing detoxification activity of laccase using secondary biomass substrate}[0001] The present invention relates to a method for enhancing the detoxification activity of laccase using a secondary biomass substrate,

본 발명은 라카아제를 이용한 바이오매스의 무독화 공정에서, p-쿠마르산과 같은 천연 중개자를 함유하는 2차 바이오매스 기질을 소량 첨가하여 라카아제의 무독화 활성을 증진시키는 방법 및 이를 포함한 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 공정(SPS)에 관한 것이다.The present invention relates to a method for enhancing the detoxification activity of a lacase by adding a small amount of a secondary biomass substrate containing a natural mediator such as p-coumaric acid in a biodegradation process of biomass using a lacase, Simultaneous pretreatment and saccharification processes (SPS).

화석연료의 고갈, 전 세계적인 CO2 절감노력으로 인해 신재생 에너지, 그 중에서도 바이오매스를 이용한 에너지 생산에 대한 관심이 높아지고 있다. With the depletion of fossil fuels and global efforts to reduce CO 2 , interest in renewable energy, especially biomass-based energy production, is increasing.

바이오매스(Biomass)는 식물성 원료를 이용하여 바이오연료 및 전기, 열 등을 생산하는 신재생 에너지로서 환경친화성, 경제성 및 기술적 타당성면에서 가능한 대안으로 각광받고 있다.Biomass is a new and renewable energy producing biofuels, electricity, and heat using vegetable raw materials, and it is attracting attention as a possible alternative in terms of environmental friendliness, economical efficiency and technical feasibility.

상기 바이오매스 자원 중에서도 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)는 부존량이 가장 크고, 식량과도 무관해 윤리적인 문제에서도 자유로운 장점이 있다. 이에 목질계 자원인 리그노셀룰로오스(lignocellulose)를 이용한 제 2 세대 바이오 유용산물의 생산 및 개발이 연구되고 있다.Of these biomass resources, lignocellulosic biomass has the greatest amount and is free from ethical problems regardless of food. Accordingly, the production and development of a second-generation bioavailable product using lignocellulose as a woody resource is being studied.

목질계 바이오매스를 이용한 바이오연료의 생산에는 일반적으로 전처리(pretreatment), 당화(saccharification), 발효공정(fermentation)이 필요하다. 이중 전처리 공정은 효소 가수분해 반응 속도와 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 공정을 통칭하며, 난분해성 방향족 중합체인 리그닌(lignin), 셀룰로오스(cellulose) 및 헤미셀룰로오스(hemicellulose)의 복합체를 분해하여 결정화도를 감소시켜 효소의 접근성을 높이고 바이오매스의 비표면적을 증가시켜 유효 효소의 양을 증가시키는 것으로, 전처리 공정의 효율 정도에 따라 바이오 연료의 생산비용이 결정되므로 상기 전처리 공정은 바이오매스로부터 바이오 연료를 생산하는데 중요한 요소 중의 하나이다.Production of biofuels using woody biomass generally requires pretreatment, saccharification, and fermentation. The dual preprocessing process refers to a process that improves the rate and yield of enzymatic hydrolysis reaction. It decomposes complexes of lignin, cellulose and hemicellulose, which are degradable aromatic polymers, It is necessary to increase the accessibility of the enzyme and increase the specific surface area of the biomass to increase the amount of the effective enzyme. Thus, since the production cost of the biofuel is determined according to the efficiency of the pretreatment process, the pretreatment process is important for producing biofuel from the biomass It is one of the elements.

이러한 목질계 바이오매스의 발효성을 촉진하기 위한 전처리 공정에는 물리적, 화학적 방법이 있으며, 이는 바이오매스 물질로부터 미생물이 이용할 수 있는 유용한 발효성 당화물로 5탄당이나 6탄당의 단당류를 수득하기 위하여 가수분해(hydrolysis) 과정이 필요하다.The pretreatment process for promoting the fermentation of such woody biomass includes physical and chemical methods. This is a useful fermentable saccharide that can be used by the microorganism from the biomass material. In order to obtain monosaccharide of pentose or hexose, A hydrolysis process is required.

그러나 목질계 바이오매스의 가수분해 전처리나 당화 중에 페놀계 화합물 등 독성물질이 유발되는데, 이들 독성물질은 미생물의 생장 및 발효를 저해하여, 이후에 발효공정의 효율을 저감시키므로 유기산 및 알코올의 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다. 그러므로, 가수분해 전처리 및 당화 후에 발생된 독성 물질을 제거하는 무독화 공정이 필요하다.However, toxic substances such as phenol compounds are induced during hydrolysis pretreatment or saccharification of woody biomass. These toxic substances inhibit the growth and fermentation of microorganisms and reduce the efficiency of the fermentation process thereafter. Therefore, the production efficiency of organic acids and alcohols Is lowered. Therefore, there is a need for a detoxification process that removes toxic substances generated after hydrolysis pretreatment and saccharification.

한편, 종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전처리와 당화가 분리되어 순차적으로 진행되는 순차적 전처리 및 당화 공정(Sequential Pretreatment and Saccharification; SqPS)을 주로 이용하였는데, 이런 경우 다음 단계로 진행될 때마다 세척 과정이 필요하며, 이와 같은 세척 과정에서 원료로 사용되는 바이오매스가 유실되는 경우가 많아 실제 에너지 효율이 낮아지고, 사용된 다량의 물에 의한 폐수 발생으로 인해 환경 오염의 가능성, 독성 유출 발생을 야기하며, 이로 인해 공정 비용이 상승되는 문제가 있다. Conventionally, as shown in FIG. 1, sequential pretreatment and saccharification (SqPS), in which pretreatment and saccharification are separated and proceed sequentially, are mainly used. In this case, And the biomass used as the raw material in the washing process is often lost, resulting in lowering of the actual energy efficiency, the possibility of environmental pollution due to the generation of waste water by a large amount of water used, This causes a problem that the process cost is increased.

따라서, 이러한 문제점들을 극복할 수 있는 단순하지만 효율적인 시스템의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop a simple but efficient system that can overcome these problems.

상기 문제점을 해결하기 위한 대안으로 본 발명자는 대한민국 특허출원 제2015-0056209호에서 전처리와 당화를 동시에 수행하는 동시 전처리 및 당화 공정(Simultaneous Pretreatment and Saccharification;이하 SPS) 방법론을 제안한 바 있다. 상기 SPS 공정은 배양 배지에 곰팡이 컨소시엄을 접종시켜 생산된 효소로 침지된 바이오매스를 동시에 전처리 및 당화시키고, 바이오매스의 분해에서 생성될 수 있는 독성 물질, 특히 페놀계 화합물의 독성은 라카아제(laccase)를 통해 감소함으로써, 순차식 전처리 및 당화 공정(SqPS)의 중간에 포함되는 세척공정을 생략할 수 있어, 상기 세척 공정에 의한 바이오매스의 손실을 줄이고 당화 수율을 향상시킬 수 있다.As an alternative to solve the above problems, the present inventors have proposed Simultaneous Pretreatment and Saccharification (SPS) methodology that simultaneously performs pre-treatment and saccharification in Korean Patent Application No. 2015-0056209. The SPS process simultaneously pretreats and glycosylates the biomass immersed in an enzyme produced by inoculating a fungal consortium into a culture medium, and the toxicity of toxic substances, especially phenolic compounds, which may be generated in degradation of the biomass, ), It is possible to omit the washing step included in the sequential preprocessing and saccharification step (SqPS), thereby reducing the loss of biomass by the washing step and improving the saccharification yield.

하지만, 상기 라카아제 단독 사용으로는 만족할만한 무독화 활성를 나타내지 못하기 때문에, 효소의 기질 특이성을 넓히기 위해, 중개자(mediator)의 역할이 중요하다. 유기적 중개자의 사용은 라카아제의 산화 환원 전위를 향상시키고, 따라서 촉매작용 속도를 향상시킨다. 이에, 라카아제-중개자 시스템(Laccase mediator system, LMS)을 통한 라카아제의 독성 제거 활성 증진 연구가 진행되고 있다[U. Fillat and M. B. Roncero, Biochem. Eng. J., 2009, 4, 193-198.].However, since the lacase alone does not exhibit a satisfactory detoxifying activity, the role of mediator is important to broaden the substrate specificity of the enzyme. The use of an organic mediator improves the redox potential of the lacase and thus improves the rate of catalysis. Accordingly, studies on the enhancement of toxicity of laccase through the Laccase mediator system (LMS) have been under way [U. Fillat and M. B. Roncero, Biochem. Eng. J., 2009, 4, 193-198.].

그러나, 지금까지 모든 시판되는 중개자는 매우 환경독성이 높아 환경친화적 반응에 적합하지 않았다. 또한, 1-히드록시벤자트리아졸과 같은 유기적 시판 중개자를 적용한 후 매우 반응성이 큰 자유 라디칼 종이 생성되었고, 어떠한 잔여 농도의 자유 라디칼도 이후 최종 단계에서 사용되는 가수분해 효소를 변성시키는 데에 충분하므로, 생성된 자유 라디칼의 제거를 위해 최종 가수분해 후 간헐적 세척이 필요했다. 증류수로의 광범위한 세척의 필요성은 공정의 전체 비용을 증가시키고, 또한 많은 환경독성 유출물을 생성한다. 또한, 이러한 세척 단계만으로 잔여 중개자를 완전히 제거하지 못하는 문제가 있었다.However, until now all commercially available vehicles are highly environmentally toxic and not suitable for environmentally friendly reactions. In addition, after application of an organic commercial mediator such as 1-hydroxybenzotriazole, very reactive free radical species have been generated and any residual free radicals are sufficient to denature the hydrolytic enzymes used in the later stage , Intermittent washing after final hydrolysis was required to remove the generated free radicals. The need for extensive cleaning with distilled water increases the overall cost of the process and also creates many environmental toxic effluents. Also, there is a problem in that the residual mediator can not be completely removed only by such a washing step.

따라서 목질계 바이오매스에서 효율적이고, 경제적이며, 친환경적인 전처리 및 당화 공정 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is required to develop an efficient, economical and environmentally friendly pretreatment and saccharification process in woody biomass.

이에, 본 발명자들은 효율적이고, 경제적이며, 친환경적인 라카아제의 무독화 활성 증진 방법을 위하여 연구하던 중, 라카아제에, 천연 중개자를 가진 저가의 2차 바이오매스 기질을 소량 첨가하는 방법이 라카아제에 천연 중개자를 공급함으로써 라카아제의 무독화 활성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 2차 바이오매스 기질은 정제 없이 그대로 사용되므로 비용이 저렴하면서 환경 독성이 적어, 경제적이고 친환경적인 방법임을 알아내고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention have conducted research for an efficient, economical and environmentally friendly method for promoting the detoxification activity of lacase, and a method of adding a low-cost secondary biomass substrate having a natural mediator to lacase, It is possible to increase the detoxification activity of the lacase by supplying natural intermediates to the biosubstance, and the secondary biomass substrate is used as it is without purification, and thus it is an economical and environmentally friendly method with low cost and environmental toxicity. .

따라서 본 발명의 목적은 전처리 공정 또는 당화 공정 중에 바이오매스에서 생성되는 독성 물질을 라카아제로 감소시키는 무독화 과정에 있어서, 친환경적으로 독성 제거 효율을 향상시킴과 동시에 당의 손실을 없게 하고 처리비용을 최소화하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for reducing toxic substances generated in a biomass in a pretreatment process or a saccharification process by reducing the toxic substance to lacase, eco-friendly to improve toxic removal efficiency, .

본 발명의 다른 목적은 상기 무독화 과정의 독성 제거 효율이 향상되어, 당화 수율 역시 향상된 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a simultaneous pretreatment and saccharification method of biomass with improved toxicity removal efficiency of the detoxification process and improved saccharification yield.

본 발명의 다른 목적은 바이오매스로부터 당화물을 얻을 수 있는, 독성 제거 효율이 향상된 동시 전처리 및 당화용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a simultaneous pretreatment and saccharification composition capable of obtaining a saccharide from a biomass and improving toxic removal efficiency.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전처리 공정 또는 당화 공정 중에 바이오매스에서 생성되는 독성 물질을 라카아제로 감소시키는 무독화 과정에 있어서, 대상 바이오매스와는 상이하며 천연 중개자(mediator)로서 p-쿠마르산을 함유하는 2차 바이오매스 기질을 소량 첨가하여 라카아제에 중개자를 보충하는 단계를 포함하는 경제적이며 친환경적으로 라카아제의 무독화 활성을 증진시키는 방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for reducing toxic substances produced in a biomass during a pretreatment or saccharification process to a lacquer in a detoxification process, which is different from the target biomass, A method for promoting the detoxification activity of a lacase in an economical and environmentally friendly manner, comprising the step of adding a small amount of a secondary biomass substrate containing cumaric acid to the lacase to supplement the vehicle.

또한, 바람직하게는 상기 2차 바이오매스 기질은 밀기울(wheat bran), 왕겨 및 양버들나무(Populus nigra.)로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.Also preferably, the secondary biomass substrate may be selected from the group consisting of wheat bran, rice husks and populus nigra.

또한, 바람직하게는 상기 2차 바이오매스 기질의 첨가량은 p-쿠마르산이 1.5 mM이 공급될 수 있는 양일 수 있다.Also, the amount of the secondary biomass substrate may be such that 1.5 mM of p-cumaric acid can be supplied.

또한, 본 발명은 바이오매스와, 상기 바이오매스와는 상이하며 p-쿠마르산을 함유하는 2차 바이오매스 기질을 혼합하여 분쇄하고, 분쇄된 바이오매스들을 침지시키는 제 1 단계; 및 배양 배지에 리그노셀룰라아제를 생산하는 곰팡이 컨소시엄을 접종시켜 배양하여 생산된 효소 혼합물 및 라카아제(laccase)로 상기 침지된 바이오매스 혼합물을 동시에 전처리 및 당화시켜 당화물을 제조하는 제 2 단계;를 포함하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a biomass comprising: a first step of mixing a biomass, a secondary biomass substrate different from the biomass and containing p-coumaric acid, and pulverizing the ground biomass, and immersing the pulverized biomass; And a second step of preparing a saccharide by simultaneously pretreating and saccharifying the biomass mixture immersed in an enzyme mixture and a laccase produced by inoculating a fungal consortium producing a lignocellulase in a culture medium, And a simultaneous pretreatment and saccharification method of the biomass.

또한, 바람직하게는 상기 2차 바이오매스 기질의 혼합량은 p-쿠마르산이 1.5 mM이 공급될 수 있는 양일 수 있다.Preferably, the amount of the secondary biomass substrate to be mixed can be 1.5 mM of p-cumaric acid.

또한, 바람직하게는 상기 곰팡이 컨소시엄은 Pholiota adiposaArmillaria gemina의 혼합물일 수 있다.Preferably, the fungal consortium is selected from the group consisting of Pholiota It may be a mixture of adiposa and Armillaria gemina .

또한, 바람직하게는 상기 당화는 pH 5.0, 35℃에서 90 내지 110 RPM의 속도로 교반하면서 36시간 동안 수행될 수 있다.Preferably, the saccharification can be carried out for 36 hours with stirring at a pH of 5.0 and 35 ° C at a rate of 90 to 110 RPM.

또한, 바람직하게는 상기 제 2 단계는 보호제로서 계면활성제를 추가로 첨가할 수 있다.Further, preferably, in the second step, a surfactant may be further added as a protective agent.

또한, 바람직하게는 상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate, Tween-20) 일 수 있다.Also, preferably, the surfactant may be polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween-20).

또한, 본 발명은 바이오매스로부터 당화물을 제조하는 배양 배지에 Pholiota adiposaArmillaria gemina의 곰팡이 컨소시엄, 라카아제, 및 p-쿠마르산을 포함하는 2차 바이오매스 기질을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화용 조성물을 제공한다.The invention also Pholiota to the culture medium for producing sugar from the biomass storage adiposa and Armillaria the present invention provides a simultaneous pretreatment and composition for glycation of biomass, which comprises as an active ingredient a secondary biomass substrate comprising a gemina fungal consortium, lacase , and p-coumaric acid.

또한, 바람직하게는 상기 바이오매스의 동시 전처리 및 당화용 조성물은 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate, Tween-20)의 계면활성제를 더 포함할 수 있다.Preferably, the composition for simultaneous pretreatment and saccharification of the biomass may further comprise a surfactant of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween-20).

본 발명에 따르면, 목질계 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 공정시, 상기 바이오매스와 다른, 저가의 2차 바이오매스 기질을 소량 추가함으로써, 2차 기질 내 포함된 천연 중개자(mediator)에 의해, 바이오매스의 분해에서 생성될 수 있는 독성물질을 제거하는 라카아제의 무독화 활성이 증진된다.According to the present invention, at the simultaneous pretreatment and glycosylation of woody biomass, by adding a small amount of a low-cost secondary biomass substrate different from the biomass, a biomass is obtained by a natural mediator contained in the secondary substrate, The detoxification activity of the lacase which removes toxic substances which may be generated in the decomposition of the mass is promoted.

또한, 사용되는 2차 기질은 환경 독성이 낮으므로, 추가적인 세척 과정을 필요로 하지 않으며, 정제 없이 그대로 사용되므로 비용이 저렴하면서 환경 독성이 적어, 경제적이고 친환경적이다.In addition, since the secondary substrate used is low in environmental toxicity, it does not require an additional cleaning step and is used as it is without purification, so it is economical and environmentally friendly because it is inexpensive and has less environmental toxicity.

따라서, 본 발명에 따른 무독화 방법은 동시 전처리 및 당화(SPS) 공정에 적용할 수 있어, 신속하고 경제적이고 친환경적으로 바이오매스로부터 당화물을 우수한 당화 수율로 생산할 수 있다.Therefore, the detoxification method according to the present invention can be applied to the simultaneous pretreatment and saccharification (SPS) processes, so that the saccharide can be produced with high saccharification yield from biomass quickly, economically and environmentally.

도 1은 본 발명의 동시 전처리 및 당화 방법(SPS) 및 종래 기술의 순차적 전처리 및 당화 방법(SqPS)의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 라카아제(10 U/g-기질)를 포함하거나 포함하지 않은 배지에서 볏짚을 처리할 때, 침지된 볏짚(CRS)으로부터 유래된 페놀 화합물의 pH에 따른 가용화 정도를 나타내는 그래프이다(대조군 (●); pH 4.0 (○); pH 4.5 (▼); pH 5.0 (△); 및 pH 5.5 (■)).
도 3은 본 발명의 일 실험예에 있어서, 라카아제를 포함하는 배지에서 볏짚을 처리할 때, 침지된 볏짚으로부터 유래된 페놀 화합물의 pH 4.5에서 라카아제 투여량에 따른 가용화 정도를 나타내는 그래프이다((5 U/g-기질 (●); 10 U/g-기질 (○); 15 U/g-기질 (▼); 20 U/g-기질 (△)).
도 4는 본 발명의 일 실험예에 있어서, 라카아제를 포함하는 배지에서 볏짚을 처리할 때, 중개자(mediator)의 첨가에 따른 침지된 볏짚으로부터 유래된 페놀 화합물의 가용화 정도를 나타내는 그래프이다(대조군 (●); HBT (○); AS (▼); pCA (△); 및 SA (■)).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 볏짚의 무독화 및 당화 전후의 형태를 투과전자현미경으로 분석한 사진이다((a) 무독화 공정 전, (b) 무독화 공정 후, (c) 무독화 공정을 포함한 동시 전처리 및 당화 (SPS) 반응 후)
1 is a schematic diagram of a simultaneous pretreatment and saccharification method (SPS) of the present invention and a sequential pretreatment and saccharification method (SqPS) of the prior art.
Fig. 2 is a graph showing the change in pH of a phenol compound derived from immersed rice straw (CRS) when treating rice straw in a medium containing or not containing a lacase (10 U / g-substrate) PH 4.0 (?); PH 4.5 (?); PH 5.0 (?); And pH 5.5 (?)).
3 is a graph showing the degree of solubilization of a phenol compound derived from immersed rice straw at pH 4.5 according to the dose of lacase when a rice straw is treated in a medium containing a lacase in an experimental example of the present invention (?); 15 U / g-substrate (?); 20 U / g-substrate (?).
4 is a graph showing the degree of solubilization of a phenol compound derived from an immersed rice straw according to the addition of a mediator when treating rice straw in a medium containing a lacase in an experimental example of the present invention (?); HBT (?); AS (?); PCA (?);
FIG. 5 is a photograph (FIG. 5) showing a transmission electron microscope image of the rice straw before and after the saccharification, and FIG. 5 (c) After simultaneous pretreatment and saccharification (SPS) reactions including detoxification process)

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

본 발명에 따른 라카아제의 무독화 활성 증진 방법은 전처리 공정 또는 당화 공정 중에 바이오매스에서 생성되는 독성 물질을 라카아제로 감소시키는 무독화 과정에 있어서, 대상 바이오매스와는 상이하며 천연 중개자(mediator)로서 p-쿠마르산을 함유하는 2차 바이오매스 기질을 소량 첨가하여 라카아제에 중개자를 보충하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of enhancing the detoxification activity of a lactic acid according to the present invention is different from the target biomass in the detoxification process of reducing toxic substances produced in the biomass to lacase during the pretreatment or saccharification process and is a natural mediator, And adding a small amount of a secondary biomass substrate containing p-cumaric acid as a carrier to supplement the intermediates to the lactase.

리그닌 산화 효소는 그들의 넓은 기질 특이성 및 더 낮은 산화 환원 전위에 대하여 잘 알려져 있다. 유기적 중개자의 사용은 리그닌 산화 효소의 산화 환원 전위를 향상시키고, 따라서 촉매작용 속도를 향상시킨다. 그러나, 모든 시판되는 중개자는 매우 환경 독성이 높으므로, 환경친화적 반응에 적합하지 않았고, 천연 중개자 역시 TcLac의 무독화 퍼텐셜을 상승시켰으나(도 4 참조), 시판되는 매우 비싼 천연 중개자의 적용은 반응혼합물로부터 이들의 잔여 농축물을 제거하기 위한 독립적인 세척 단계를 필요로 하였다. 상기 잔여 천연 중개자가 제거되지 않은 경우, 전체 당화 수율은 급격히 감소되었는데(표 1 참조), 이런 감소는 중개자의 작용 중에 발생된 자유 라디칼 때문이었다. 이런 자유 라디칼의 전체 농도는 매우 높았고, 상기 라디칼은 매우 반응성이 높은 종이며, 이들은 이후 가수분해 단계에서 사용되는 효소를 쉽게 변성시킬 수 있으므로, 세척 단계가 필요하였다.Lignin oxidase is well known for their broad substrate specificity and lower redox potentials. The use of an organic mediator improves the redox potential of the lignin oxidase, thus enhancing the rate of catalysis. However, not all commercial vehicles are highly environmentally toxic and thus unsuitable for eco-friendly reactions, and natural intermediates also elevated the detoxification potential of TcLac (see FIG. 4), but the application of commercially available, Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > removal step to remove these residual concentrates. When the residual natural intermediates were not removed, the overall saccharification yield was sharply reduced (see Table 1), which was due to free radicals generated during the action of the intermediates. The total concentration of these free radicals was very high, and the radicals were highly reactive species, which could then easily denature the enzymes used in the hydrolysis step, thus requiring a washing step.

증류수로의 광범위한 세척의 필요성은 공정의 전체 비용을 증가시키고, 많은 환경독성 유출물을 생성하며, 이러한 세척 단계만으로는 잔여 중개자를 완전히 제거하지 못하였다.The need for extensive cleaning with distilled water increases the overall cost of the process, creates a large number of environmental toxic effluents, and this wash step alone has not completely eliminated the residual mediator.

이에, 본 발명자들은 시판 천연 중개자의 적용과 관련된 모든 문제점들은 해결하기 위해, 1차 기질과 다른 2차 바이오매스 기질로부터 상기 중개자를 제공하는 것을 고려해 보았다. 식물 및 농업 잔여물들은 그들의 구성성분 구조 물질로서 다양한 페놀 화합물을 함유하는 것으로 알려져 있고[B.S. Donohoe, P.N. Ciesielski, T.B. Vinzant Methods Mol Biol., 2012, 908, 31-47], 거의 모든 이용가능한 중개자들 또한 자연에서 페놀성이므로, 다양한 농업-잔여 물질은 중개자 보급을 위해 활용될 수 있다.Thus, the inventors have considered providing the intermediary from a primary biomass substrate and a different secondary biomass substrate in order to solve all the problems associated with the application of commercial natural intermediates. Plant and agricultural residues are known to contain a variety of phenolic compounds as their constituent structural materials [B. Donohoe, P.N. Ciesielski, T.B. Vinzant Methods Mol Biol., 2012, 908, 31-47], since almost all available intermediates are also phenolic in nature, a variety of agricultural-residue materials can be utilized for intermediary diffusion.

이때, 상기 2차 바이오매스 기질은 천연 중개자(mediator)로서 p-쿠마르산을 함유하는 것이 바람직한데, 1-HBT, p-쿠마르산(pCA), AS, SA 등의 다양한 천연 중개자를 대상으로 한 TcLac의 무독화 퍼텐셜 시험에서 상기 p-쿠마르산은 1-HBT 다음으로 TcLac의 무독화 퍼텐셜을 증가시켰으며(도 4 참조), 식물 유래이기 때문에 환경 독성도 적은 편에 속하며, 저해 퍼텐셜 시험 결과 p-쿠마르산이 유의한 저해의 유발 없이 TcLac 활성을 향상시킴에 있어서 효과적인 것으로 나타났기 때문이다(표 3 참조). 1-HBT의 경우에는 환경 독성이 크기 때문에 친환경 관점에서 사용을 배재하였다.It is preferable that the secondary biomass substrate contains p-coumaric acid as a natural mediator. It is preferable that the secondary biomass substrate includes p-cumaric acid as a natural mediator, In the detoxification potential test of TcLac, the p-cumaric acid increased the detoxification potential of TcLac after 1-HBT (see FIG. 4). Since it was derived from a plant, Because it has been shown to be effective in improving TcLac activity without inducing significant inhibition (see Table 3). In the case of 1-HBT, its environmental toxicity was so large that it was excluded from the viewpoint of environment friendliness.

이러한 p-쿠마르산을 함유하는 상기 2차 바이오매스 기질은 밀기울, 왕겨, Populus nigra 등을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 밀기울을 사용할 수 있다.The secondary biomass substrate containing p-coumaric acid may be bran, rice hull, Populus nigra or the like, but bran is preferably used.

이때, 상기 2차 바이오매스 기질의 첨가량은 p-쿠마르산이 1.5 mM이 공급될 수 있는 양인 것이 바람직한데, 만일 p-쿠마르산의 공급양이 상기 범위 미만이면 TcLac의 무독화 퍼텐셜 증가 효과가 관찰되지 않고, 상기 범위를 초과하면 잔여 중개자의 제거가 어려워서 당화 수율을 급격히 저하시키는 문제가 있다.At this time, it is preferable that the amount of the secondary biomass substrate is such that 1.5 mM of p-cumaric acid can be supplied. If the amount of p-coumaric acid supplied is less than the above range, the detoxifying potential of TcLac is not observed If it exceeds the above range, it is difficult to remove the residual intermediates, which results in a problem that the saccharification yield is rapidly lowered.

본 발명은 바이오매스 공정 기술로서 경제적 및 친환경적으로 독성이 적은 물질 또는 무독성물을 방출하는 것을 최대 목적으로 하며, 이에 본 발명에 따르면 환경 독성이 적고, 저가의 가공하지 않은 2차 바이오매스 기질을 첨가함으로써, 부가적인 세척 단계가 필요하지 않고, 따라서 세척 단계에 따른 잠재적인 폐수 처리를 위한 공정 비용 및 합성된 유기적 화학물질의 비용 등이 필요하지 않아 전체적인 공정 비용을 낮출 수 있고, 친환경적이며, 상기 2차 바이오매스에서 방출된 천연 중개자는 라카아제의 무독화 활성을 증가시키므로, 가수분해 효소의 변형이 감소되어, 그 결과 당화 수율을 향상시킬 수 있다.The present invention aims at maximizing economic and environmentally friendly release of toxic substances or non-toxic substances as a biomass process technology. Accordingly, according to the present invention, it is possible to provide a biomass- This eliminates the need for an additional cleaning step and thus eliminates the need for processing costs for potential wastewater treatment and the cost of synthesized organic chemicals as a result of the cleaning step, thereby reducing the overall process cost and being environmentally friendly. The natural intermediates released from tea biomass increase the detoxification activity of lacase, thus reducing the hydrolytic modification and consequently improving the saccharification yield.

또한, 동일한 용기 내에서의 전처리 및 당화 수행은 공정을 더 용이하게 하고, 에너지 소모를 줄이며, 잔여 바이오매스의 처리를 쉽게 만들 수 있으므로, 상기 2차 바이오매스 기질을 이용한 무독화 공정을 동시 전처리 및 당화 (SPS) 방법에 포함시킬 수 있다.In addition, pretreatment and saccharification in the same vessel can facilitate the process, reduce energy consumption, and facilitate the treatment of residual biomass, so that the detoxification process using the secondary biomass substrate can be performed simultaneously, Can be included in the saccharification (SPS) method.

본 발명에 따른 SPS 방법은 독성 부산물의 발생과 바이오매스의 손실을 줄이고 당화수율을 향상시킬 수 있는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법으로서, 바이오매스와, 상기 바이오매스와는 상이하며 p-쿠마르산을 함유하는 2차 바이오매스 기질을 혼합하여 분쇄하고, 분쇄된 바이오매스들을 침지시키는 제 1 단계; 및 배양 배지에 리그노셀룰라아제를 생산하는 곰팡이 컨소시엄을 접종시켜 배양하여 생산된 효소 혼합물 및 라카아제(laccase)로 상기 침지된 바이오매스 혼합물을 동시에 전처리 및 당화시켜 당화물을 제조하는 제 2 단계;를 포함한다.The SPS method according to the present invention is a simultaneous pretreatment and saccharification method of biomass capable of reducing the generation of toxic by-products and loss of biomass and improving the yield of saccharification. The biomass is different from the biomass, and p- A first step of mixing and pulverizing a secondary biomass substrate containing the pulverized biomass, and immersing the pulverized biomass; And a second step of preparing a saccharide by simultaneously pretreating and saccharifying the biomass mixture immersed in an enzyme mixture and a laccase produced by inoculating a fungal consortium producing a lignocellulase in a culture medium, .

본 발명에 따른 제 1 단계에 있어서, 상기 바이오매스는 식물에서 유래된 것이며, 바람직하게는 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)로서 버드나무(willow), 볏짚(rice straw) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에서는 바이오매스 물질로서 오리사 사티바 엘(Oryza sativa L.) 종의 볏짚이 사용되었다.In the first step according to the present invention, the biomass is derived from a plant. Preferably, the biomass may be lignocellulosic biomass, such as willow, rice straw or the like, It is not limited. In the embodiment of the present invention, rice straw of a species of Oryza sativa L. was used as a biomass material.

상기 제 1 단계에서 바이오매스의 분쇄는 당업계에서 사용되는 방법을 사용할 수 있으며, 볏짚(Oryza sativa L.)의 경우에는 5 cm 정도 길이로 잘라 4 mm 정도 크기로 분쇄시킬 수 있다. 2차 바이오매스 기질로는 p-쿠마르산을 함유하는 밀기울, 왕겨, Populus nigra 등을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 밀기울을 사용할 수 있으며, 이때, 상기 2차 바이오매스 기질의 혼합량은 p-쿠마르산이 1.5 mM이 공급될 수 있는 소량만 있어도 충분하다.In the first step, the biomass may be pulverized by a method used in the art, and in the case of rice straw (Oryza sativa L.), it may be cut to a length of about 5 cm and pulverized to a size of about 4 mm. Secondary biomass substrates include bran, rice husk, Populus containing p-coumaric acid nigra and the like may be used without limitation. Preferably, bran can be used. In this case, the amount of the secondary biomass substrate may be sufficient to contain only a small amount of 1.5 mM of p-coumaric acid.

이후, 분쇄된 고체 바이오매스들은 버퍼(buffer) 용액과 1:15의 (w/v)비율로 혼합하여 침지시키는 물리적 처리를 할 수 있다. 이때, 상기 버퍼는 0.1 몰농도(M)의 아세트산나트륨 버퍼로 곰팡이 컨소시엄(fungal consortium)에서 생산되는 효소의 최적화를 위해 바람직하게 pH 5.0인 아세트산나트륨 버퍼를 사용할 수 있다.The pulverized solid biomass can then be subjected to a physical treatment by mixing with a buffer solution at a ratio of 1:15 (w / v) and soaking. At this time, the buffer may preferably be a sodium acetate buffer having a pH of 5.0 to optimize an enzyme produced in a fungal consortium with a sodium acetate buffer having a concentration of 0.1 molar (M).

본 발명에 따른 제 2 단계는 동시 전처리 및 당화(simultaneous pretreatment and saccharification, SPS) 공정으로, 효소적 수단을 통한 기질 변형 및 가수분해의 단일 조합된 단계를 통해 바이오매스 물절의 셀룰로오스를 에탄올 발효가 가능한 글루코오스(glucose)와 같은 단당류 및 이당류로 전환하는 공정이다.The second step according to the present invention is a simultaneous pretreatment and saccharification (SPS) process in which the cellulose in the biomass section is subjected to ethanol fermentation through a single combined step of substrate modification and hydrolysis via enzymatic means Such as glucose, into disaccharides and disaccharides.

상기 SPS 공정은 도 1에 나타낸 바와 같이, 전처리(pretreatment), 무독화(detoxification), 가수분해(hydrolysis)가 효소에 의해 동시 수행되므로, 독성 부산물의 발생과 바이오매스의 손실을 줄이고 당화수율을 높이기 위해, 가수분해를 위한 효소 활성 및 무독화를 위한 효소 활성을 높이는 것이 매우 중요하다.As shown in FIG. 1, since the pretreatment, the detoxification and the hydrolysis are simultaneously performed by the enzyme, the SPS process reduces the generation of toxic by-products and the loss of biomass, , It is very important to increase enzyme activity for hydrolysis and enzyme activity for detoxification.

먼저, 목질계 바이오매스의 가수분해를 위한 효소 활성 증가를 위해 복합 매트릭스(matrix)인 리그닌(lignin)과 리그노셀룰로오스(lignocellulose)를 분해하는 고활성 효소의 생산이 요구되며, 이는 생물학적으로 곰팡이 컨소시엄(fungal consortium)의 형태로 균주들을 복합하여 사용함으로써 성취될 수 있다.First, in order to increase the enzyme activity for the hydrolysis of woody biomass, it is required to produce a highly active enzyme which decomposes lignin and lignocellulose, which are complex matrices, which is biologically a fungal consortium and fungal consortiums in the form of a combination of strains can be achieved.

상기 곰팡이 컨소시엄으로는 Pholiota adiposa (PA)Armillaria gemina (AG)의 혼합물을 사용할 수 있다. The fungal consortium includes Pholiota Adiposa (PA) and Armillaria gemina ( AG ) may be used.

상기 AG의 엔도글루카나제(Endoglucanase (EG; 65 kDa))는 글리코사이드 가수분해효소(glycoside hydrolase (GH)) 패밀리 61에 속해 있으며, 이는 카복시메틸 셀룰로오스(CMC)에 대하여 보고된 촉매 효율 중 가장 높은 값(kcat/Km, 3590 mg ml-1 s-1)을 나타내고, PA의 β-글루코니다제(BGL)는 기질로서 p-니트로페닐 글루코피라노사이드(nitrophenyl glucopyranoside, pNPG) 및 셀로비오스 모두에 대해 보고된 Vmax 중 최고값을 나타내므로, 두 진균성 배양액의 조합은 리그노셀룰로오스성 바이오매스의 효소적 당화에 시너지 효과를 제공할 수 있다.The AG endoglucanase (EG; 65 kDa) belongs to the glycoside hydrolase (GH) family 61, which is the most abundant of the reported catalytic efficiencies for carboxymethylcellulose (CMC) Glucopyranoside (pNPG) as a substrate and? -Glucosidase (BGL) as a substrate exhibited a high value (k cat / K m , 3590 mg ml -1 s -1 ) The combination of the two fungal cultures can provide a synergistic effect on the enzymatic saccharification of the lignocellulosic biomass since it represents the highest value of the V max reported for both bios.

실험 결과, PA 및 AG 배양액의 시너지 상호작용은 개별적인 AG (1.72 FPU/ml) 및 PA (1.25 FPU/ml)에 의해 생산된 것보다 2.1-3.0배 더 높은 활성(2.57 FPU/ml)을 나타내었다.The results showed that the synergistic interactions of the PA and AG cultures were 2.1-3.0 times higher (2.57 FPU / ml) than those produced by the individual AG (1.72 FPU / ml) and PA (1.25 FPU / ml) .

곰팡이 컨소시엄으로부터 최적화된 효소 생산은 문헌[S. S. Jagtap, S. S. Dhiman, T.-S. Kim, I.-W. Kim 및 J.-K. Lee, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2014, 98, 661-669.; 및 S. S. Jagtap, S. S. Dhiman, M. Jeya, Y. C. Kang, J.-H. Choi 및 J.-K. Lee, Biores. Technol., 2012, 120, 264-272]에 보고된 물리적 파라미터 값을 이용할 수 있으며, 구체적으로, 25 ℃, pH 5.0에서 질소원으로서 펩톤을 사용하는 7리터 자 발효인(jar fermenter)으로부터 수득될 수 있다.Optimized enzyme production from a fungal consortium is described in [S. S. Jagtap, S. S. Dhiman, T.-S. Kim, I.-W. Kim and J.-K. Lee, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2014, 98, 661-669 .; And S. S. Jagtap, S. S. Dhiman, M. Jeya, Y. C. Kang, J.-H. Choi and J.-K. Lee, Biores. May be obtained from a 7 liters jar fermenter using peptone as the nitrogen source at 25 ° C, pH 5.0. have.

상기 최적화 효소 생산 조건에서, 곰팡이 컨소시엄으로부터의 조 추출물은 자일라나아제(xylanase): 1,870±250 U/ml, 엔도글루카나아제(endoglucanase, EG): 176±23 U/ml, 셀로바이오하이드롤라아제(cellobiohydrolase, CBH) : 44±5 U/ml, 베타-글루코시다아제(β-glucosidase, BGL) : 39±5 U/ml, 및 FPU(Filter Paper Unit): 2.6 ± 0.5를 나타내었다.The crude extract from the fungal consortium under conditions for producing the above optimized enzymes contained 1,870 ± 250 U / ml xylanase, 176 ± 23 U / ml endoglucanase (EG), cellobiose hydrolase , 44 ± 5 U / ml of cellobiohydrolase (CBH), 39 ± 5 U / ml of β-glucosidase (BGL), and 2.6 ± 0.5 of filter paper unit (FPU).

본 발명에 따른 SPS 공정에 있어서, 바이오매스로 볏짚을 사용할 경우, 상기 곰팡이 컨소시엄으로부터 생산된 효소의 최적 투여량은 20 FPU/g-기질이었는데, 이보다 더 낮은 투여량은 유의한 양의 환원당을 생산하지 못하고, 이보다 더 높은 투여량은 최종 당화 수율의 향상 증가에 큰 영향을 미치지 못한다(표 5 참조).In the SPS process according to the present invention, when using rice straw as the biomass, the optimum dose of the enzyme produced from the fungal consortium was 20 FPU / g-substrate. Lower doses produced a significant amount of reducing sugar , And higher doses do not significantly affect the increase in the final saccharification yield (see Table 5).

본 발명에 따른 무독화(detoxification)는 동시 전처리 및 당화 단계에서 생산되는 전술된 바와 같은 폐놀계 화합물의 독성물질을 생물학적 방법으로 감소 또는 제거하는 반응이며, 일 실시예로 라카아제(laccase)를 생산하는 균주로 Tyromyces chioneus를 배지에 접종하고 30℃에서 150 RPM(revolution per minute)의 속도로 4 시간 동안 진탕배양 하여, 건조 중량 1g의 바이오매스를 50 mM 버퍼 25 mL에 침지시킨 바이오매스에 TcLac('TcLac'은 라카아제(laccase)를 생산하는 균주를 명칭한다.)에서 생산된 라카아제는 15 U/mL가 함유되도록 하여 무독화할 수 있다.The detoxification according to the present invention is a reaction for reducing or eliminating the toxic substance of the phenolic compound as described above produced in the simultaneous pretreatment and saccharification steps by a biological method, and in one embodiment, producing laccase Tyromyces chioneus was inoculated into the medium and incubated at 30 ° C with a revolution speed of 150 RPM for 4 hours. Biomass of 1 g dry weight was immersed in 25 ml of 50 mM buffer. TcLac The 'TcLac' refers to a strain producing laccase), and the lacase produced in this strain can be detoxified to contain 15 U / mL.

일반적으로 라카아제(Laccase)는 기질(substrate)에 대한 특이성이 낮아 폴리페놀(polyphenol), 메톡시-치환 페놀(methoxy-substituted phenol), 다이아민(diamine) 등 자연계에 광범위하게 분포된 페놀성 물질을 산화시킬 수 있다. 또한 균류에서 생산되는 라카아제는 리그닌(lignin)의 분해에도 관여하는 것으로 알려져 있다.In general, Laccase has low substrate specificity and is widely used in phenols such as polyphenol, methoxy-substituted phenol, and diamine. Can be oxidized. Lacase produced by fungi is also known to be involved in degradation of lignin.

그러므로 TcLac은 라카아제의 생산을 통해 바이오매스로부터 유래된 페놀성 화합물등을 산화시켜 제거하는 무독화뿐만 아니라 바이오매스의 전처리에 이용될 수 있으므로, 곰팡이 컨소시엄과 함께 첨가될 수 있다.Therefore, TcLac can be added together with the fungal consortium as it can be used for pretreatment of biomass as well as detoxification to oxidize and remove phenolic compounds derived from biomass through production of lacase.

이때, 2차 바이오매스 기질이 함께 첨가됨으로써, 상기 2차 바이오매스에서 방출된 천연 중개자가 라카아제의 무독화 활성을 증가시키므로, 가수분해 효소의 변형이 감소되어, 그 결과 당화 수율을 향상시킬 수 있다. 상기 2차 바이오매스 기질은 환경 독성이 적고, 저가이며 가공하지 않은 상태로 사용할 수 있으므로, 친환경적이며, 경제적이다. 상기 2차 바이오매스 기질은 p-쿠마르산이 1.5 mM이 공급될 수 있는 소량만 있어도 상기 라카아제의 무독화 활성을 증가시킬 수 있다.At this time, since the secondary biomass substrate is added together, the natural intermediates released from the secondary biomass increase the detoxification activity of the lactase, so that the modification of the hydrolytic enzyme is reduced, have. The secondary biomass substrate is less environmentally toxic, is inexpensive and can be used in an unprocessed state, thereby being eco-friendly and economical. The secondary biomass substrate can increase the detoxification activity of the lactase even if only a small amount of p-cumaric acid can be supplied at 1.5 mM.

본 발명에 있어서, 당화 공정은 pH 5.0, 35 ℃에서 90 내지 110 RPM의 속도로 교반하며 36시간 동안 수행될 수 있다.In the present invention, the saccharification step can be carried out for 36 hours with stirring at a pH of 5.0 and 35 ° C at a rate of 90 to 110 RPM.

구체적으로, pH에 있어서, 당화 공정은 pH 5.0에서 수행하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 PA 및 AG에 의해 분비된 리그노셀룰로오스성 효소 및 TcLac에 있어서 최적 pH이기 때문이다. Specifically, at pH, the glycosylation process is preferably performed at pH 5.0, since it is the optimum pH for lignocellulosic enzymes and TcLac secreted by PA and AG.

반응 온도에 있어서, 침지된 볏짚(CRS)에 대하여 35 ℃에서, 곰팡이 컨소시엄 조 효소는 36 시간 동안 74%의 상대 활성(FPU 단위)을 유지하였고, 이는 기질의 가수분해를 수행하는데 충분히 안정하다. 또한, 이 온도 범위의 사용은 바이오연료 생산을 위한 동시 발효 공정 또한 통합될 수 있기 때문에 유리하다. At reaction temperature, the fungal consortium enzyme maintained a relative activity (FPU unit) of 74% for 36 hours at 35 ° C. for immersed rice straw (CRS), which is sufficiently stable to perform the hydrolysis of the substrate. Also, the use of this temperature range is advantageous because a simultaneous fermentation process for biofuel production can also be integrated.

교반 속도에 있어서, 에너지를 절약하기 위해 100 ± 10 RPM의 중간 교반을 사용하는 것이 바람직하다. RPM이 150 또는 200 RPM으로 증가함에 따라 당화 수율은 단지 0.8% 또는 1.3%밖에 증가하지 않으므로, 이는 RPM은 기질에 대하여 최종 당화 수율(SY)(%)에 영향을 미치는 중요한 인자는 아님을 시사한다.For the stirring speed, it is preferable to use an intermediate stirring of 100 10 RPM to save energy. This suggests that RPM is not an important factor affecting the final saccharification yield (%) (%) for the substrate as the saccharification yield increases only 0.8% or 1.3% as the RPM increases to 150 or 200 RPM .

반응 시간에 있어서, 36 시간인 것이 바람직한데, 이보다 더 긴 배양 시간은 가수분해 효소의 비활성화를 유도할 수 있다.The reaction time is preferably 36 hours, but longer incubation times can lead to inactivation of the hydrolytic enzyme.

또한, 상기 제 2 단계는 계면활성제를 추가로 첨가할 수 있다. 상기 계면활성제는 열충격에 대한 저항 및 저해 목질 물질에 대하여 보호하는 역할을 하고, 리그닌 표면으로부터 셀룰라아제 효소의 탈착을 용이하게 하며[S. S. Jagtap, S. S. Dhiman, T.-S. Kim, I.-W. Kim 및 J.-K. Lee, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2014, 98, 661-669.], 또한 매우 반응성 자유 라디칼에 의해 야기된 저해 작용을 막는 데 도움을 주는 것으로 예상된다.In the second step, a surfactant may be further added. The surfactants serve to protect against thermal shock and to inhibit woody materials, facilitate desorption of cellulase enzymes from the lignin surface [S. S. Jagtap, S. S. Dhiman, T.-S. Kim, I.-W. Kim and J.-K. Lee, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2014, 98, 661-669.], And is also expected to help prevent the inhibition caused by highly reactive free radicals.

바람직한 계면활성제로는 비이온성 계면활성제(non-ionic surfactant)를 사용할 수 있고, 예를 들어 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate, Tween-20)를 사용할 수 있다.The non-ionic surfactant may be used as the surfactant. For example, polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween-20) may be used.

또한, 본 발명은 바이오매스로부터 당화물을 제조하는 배양 배지에 Pholiota adiposaArmillaria gemina의 곰팡이 컨소시엄, 라카아제, 및 p-쿠마르산을 포함하는 2차 바이오매스 기질을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화용 조성물을 제공한다.The invention also Pholiota to the culture medium for producing sugar from the biomass storage adiposa and Armillaria the present invention provides a simultaneous pretreatment and composition for glycation of biomass, which comprises as an active ingredient a secondary biomass substrate comprising a gemina fungal consortium, lacase , and p-coumaric acid.

상기 바이오매스의 동시 전처리 및 당화용 조성물은 추가적으로 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate, Tween-20)의 계면활성제를 더 포함할 수 있다.The composition for simultaneous pretreatment and saccharification of the biomass may further comprise a surfactant of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween-20).

본 발명에 따른 조성물은 전술한 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법에 사용되는 조성물로서, 양 발명의 공통된 내용은 반복 기재에 따른 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.The composition according to the present invention is a composition used in the simultaneous pretreatment and saccharification methods of the above-mentioned biomass. In order to avoid the excessive complexity of the specification according to the repetitive description, the common description of both inventions is omitted.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It will be apparent to those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not limited to these embodiments.

<< 실시예Example 1> 2차  1> Secondary 바이오매스Biomass 기질을 첨가한 볏짚의 동시 전처리 및  Simultaneous pretreatment of substrate with rice straw 당화Glycation (( SPSSPS ) 공정) fair

(1) (One) 바이오매스의Biomass 침지Immersion

바이오매스 시료를 화이젠(주)(대전, 한국)에서 입수하였다. 가수분해를 위한 1차 바이오매스 기질로서 볏짚(Oryza sativa L.)을 사용하였고, 다음 공정까지 4℃에서 보관하였다. 활성화를 위해, 상기 볏짚을 완충 용액과 1:45 비율(w/v)로 혼합하여 75℃의 온도에서 65일 동안 보관하였다.Biomass samples were obtained from Hwaseong Co. (Daejeon, Korea). Rice straw (Oryza sativa L.) was used as the primary biomass substrate for hydrolysis and stored at 4 ° C until the next step. For activation, the rice straw was mixed with the buffer solution at a ratio of 1: 45 (w / v) and stored at a temperature of 75 DEG C for 65 days.

(2) 곰팡이 컨소시엄으로부터 (2) from the fungal consortium 리그노셀룰라아제Lignocellulase 효소 혼합물의 제조 Preparation of enzyme mixture

Pholiota adiposa(PA) 및 Armillaria gemina(AG)의 곰팡이 컨소시엄의 농축된 배양액의 조 추출물을 리그노셀룰라아제 효소 혼합물로 사용하였다. Pholiota Adiposa (PA) and Armillaria A crude extract of the concentrated culture of the fungal consortium of gemina (AG) was used as the lignocellulase enzyme mixture.

곰팡이 컨소시엄으로부터 최적화된 효소 생산은 25 ℃ 및 pH 5.0에서 수득되었다. 최적화 효소 생산 조건에서, 곰팡이 컨소시엄으로부터의 조 추출물은 또한 자일라나제(xylanase): 1,870±250 U/ml, 엔도글루카나아제(EG): 176±23 U/ml, 셀로바이오하이드롤아제(CBH) : 44±5 U/ml, 베타-글루코시다아제(β-glucosidase, BGL) : 39±5 U/ml, 및 FPU(filter paper activity unit): 2.6±0.5를 나타내었다.Optimized enzyme production from the fungal consortium was obtained at 25 ° C and pH 5.0. In the optimized enzyme production conditions, the crude extract from the fungal consortium also contained xylanase: 1,870 ± 250 U / ml, endoglucanase (EG): 176 ± 23 U / ml, celobiohydrolase ): 44 ± 5 U / ml, β-glucosidase (BGL): 39 ± 5 U / ml, and FPU (filter paper activity unit): 2.6 ± 0.5.

(3) (3) 라카아제의Lacase 제조 Produce

Tyromyces chioneus를 배지에 접종하고 30 ℃에서 150 RPM의 속도로 4시간 동안 진탕배양한 배양액의 조 추출물을 통해 라카아제(TcLac)를 제조하였다.Tyracytes (TcLac) were prepared by inoculating Tyromyces chioneus into the medium and incubating at 30 ° C with shaking at 150 RPM for 4 hours.

(4) (4) 라카아제의Lacase 천연 중개자 공급원으로서의 2차  Secondary as a natural intermediary supplier 바이오매스Biomass 기질 준비 Substrate preparation

2차 바이오매스 기질로서 천연 p-쿠마르산을 함유한 밀기울(wheat bran; WB)을 상술한 1차 바이오매스 기질과 동일하게 완충 용액에 침지시켰다.A wheat bran (WB) containing natural p-coumaric acid as a secondary biomass substrate was immersed in the buffer solution in the same manner as the above-described primary biomass substrate.

침지된 밀기울을 이후 천연 중개자 공급원으로서 SPS 공정에 사용하였다.The immersed bran was then used in the SPS process as a natural mediator source.

(5) 동시 전처리 및 (5) Simultaneous pretreatment and 당화Glycation (( SPSSPS ) 공정을 통한 ) Through the process 당화액의Glycoside 제조  Produce

밀기울로부터 천연 중개자인 p-쿠마르산(pCA)의 최적 농도(1.5 mM)를 제공하기 위해, 9.8 mg의 침지된 2차 기질(밀기울)을 10 g의 침지된 1차 기질(볏짚)과 혼합한 후, 반응조에 넣고, 곰팡이 컨소시엄으로부터 제조된 리그노셀룰라아제 혼합물 20 FPU/g-기질, 라카아제 15 U/ml를 넣은 후 35 ℃, pH 5.0에서 100 RPM의 중간 교반으로 36시간 동안 교반시키면서 당화 반응을 수행하였다.To provide the optimum concentration (1.5 mM) of p-cumaric acid (pCA) as a natural mediator from wheat bran, 9.8 mg of immersed secondary substrate (wheat bran) was mixed with 10 g of immersed primary substrate (rice straw) Subsequently, 20 FPU / g-substrate of lignocellulase mixture prepared from a fungal consortium and 15 U / ml of lacase were added to the reaction tank, and the mixture was stirred for 36 hours at 35 ° C and pH 5.0 at 100 RPM, Respectively.

당화 수율(SY)(%)은 67.3±7.4%이었다.The yield of glycation (SY) (%) was 67.3 ± 7.4%.

SPS 공정에서, 일부 당 내용물은 1차 및 2차 바이오매스의 침지 상태 동안 걸러져 나왔으나, 상기 침지 단계 동안 어떠한 화학물질 또는 오염물도 없기 때문에 상 추출 법을 이용하여 쉽게 회수되었다. In the SPS process, some sugar contents were filtered during the immersion of the primary and secondary biomass, but were easily recovered using the phase extraction method because there were no chemicals or contaminants during the immersion step.

따라서, 볏짚의 잔여물 내에 존재하는 당의 양(48 mg/g-기질) 및 밀기울의 잔여물 내에 존재하는 당의 양(29 mg/g-기질)과 SPS를 통해 얻은 당화 수율(%)을 함께 고려하면, 침지된 볏짚으로부터 얻은 최종 당화 수율(%)은 84.3%이었다.Therefore, the amount of sugar present in the residue of rice straw (48 mg / g-substrate) and the amount of sugar present in the residue of bran (29 mg / g-substrate) , The final yield of saccharification (%) obtained from the immersed rice straw was 84.3%.

<< 비교예Comparative Example > 볏짚의 순차적 전처리 및 > Sequential pretreatment of rice straw 당화Glycation ( ( SqPSSqPS ) 공정을 통한 ) Through the process 당화액의Glycoside 제조 Produce

(1) (One) 알카리Alkaline 전처리 단계 Preprocessing step

10 g의 1차 기질(볏짚)을 버퍼에 1:45 비율(w/v)로 혼합하여 침지시켜 75℃ 온도에서 65일 보관하였다. 이후, 상기 침지된 기질을 알칼리 (NaOH; 0.2% w/v)로 전처리하였다.10 g of the primary substrate (rice straw) was mixed with the buffer at a 1:45 ratio (w / v) and immersed in the buffer, and then stored at a temperature of 75 ° C for 65 days. Thereafter, the immersed substrate was pretreated with alkali (NaOH; 0.2% w / v).

전처리 후에 기질을 물로 세척하여 생성된 독성들을 일부 제거하였다.After pretreatment, the substrate was washed with water to remove some of the generated toxicities.

상기 세척 단계에 의해 폐수가 발생하였다.The wastewater was generated by the washing step.

(2) (2) 당화Glycation 단계 step

반응조에 전처리된 볏짚을 넣고, 2차 바이오매스 첨가를 제외하고, 실시예와 동일한 방법으로 당화를 수행하였다. 구체적으로 곰팡이 컨소시엄으로부터 제조된 리그노셀룰라아제 혼합물 20 FPU/g-기질, 라카아제 15 U/ml를 넣은 후 35 ℃, pH 5.0에서 100 RPM의 중간 교반으로 36시간 동안 교반시키면서 당화 반응을 수행하였다. Pretreatment of rice straw was added to the reaction tank, and saccharification was carried out in the same manner as in Example except that the secondary biomass was added. Specifically, a lignocellulase mixture 20 FPU / g-substrate and 15 U / ml lactase prepared from a fungal consortium were added, and the resulting mixture was stirred at 35 ° C and pH 5.0 at 100 RPM for 36 hours.

당화 수율(SY)(%)은 71.4±7.6%이었다.The yield of glycation (SY) (%) was 71.4 ± 7.6%.

그러나, 실시예에 비해 2배 이상의 폐수가 발생하였다.However, wastewater was generated twice or more as compared with the examples.

<분석><Analysis>

종래 전처리와 당화가 분리되어 순차적으로 진행되는 방법에서는 1 kg의 기질일 경우, 다음 단계로 진행될 때마다 세척공정이 필요하며, 이때 보통 50L 정도의 깨끗한 물이 세척공정에 필요하다. 그러나 본 발명은 이러한 세척공정이 요구되지 않고, 동시에 진행될 수 있으며, 당화 수율 또는 종래 방법에 필적하므로 신속하고 경제적 및 친환경적으로 바이오매스로부터 바이오연료를 생산될 수 있다.In the conventional method in which pretreatment and saccharification are separated and proceeded sequentially, a cleaning process is required every time the process proceeds to the next step in the case of 1 kg of substrate. In this case, about 50 L of clean water is required for the washing process. However, the present invention does not require such a washing process, can proceed at the same time, and can produce biofuels from biomass quickly, economically, and environmentally friendly as compared with saccharification yield or conventional methods.

<< 실험예Experimental Example 1>  1> 라카아제의Lacase 무독화 활성 최적화 Optimization of detoxification activity

본 발명에 따른 SPS 공정에 있어서, 라카아제(TcLac)의 무독화 과정으로 인해 당화 수율을 증가시킬 수 있다. 따라서 상기 라카아제의 무독화 활성의 최적화를 위하여 다음과 같이 라카아제의 무독화 퍼텐셜을 측정하였다.In the SPS process according to the present invention, saccharification yield can be increased due to the detoxification process of lactase (TcLac). Therefore, in order to optimize the detoxification activity of the lactase, the latachemical detoxification potential was measured as follows.

구체적으로, Lee et al.,(2012)에 의해 제안된 방법론[K.-M. Lee, D. Kalyani, M. K. Tiwari, T.-S. Kim, S.S. Dhiman, J.-K. Lee 및 I.-W. Kim, Biores. Technol., 2012, 123, 636-645]에 따라 5 U/ml의 라카제를 사용한 회전식 진동기(150 rpm)에서 중개자를 사용하거나 사용하지 않고 30℃에서 4시간 동안 예비적 분석이 수행되었다. 시료를 주기적으로 취하여 폴린-치오칼토(Folin-Ciocalteau) 법[V. L. Singleton 및 J. A. Ross, Am. J. Enol. Viticult., 1965, 16, 144-158]에 따라 상청액의 전체 페놀양을 분석하였다. 결과들을 1리터의 액체상 당 카테콜 등가물(catechol equivalents, CE)의 그램으로 표시하였다.Specifically, the methodology proposed by Lee et al., (2012) [K.-M. Lee, D. Kalyani, M. K. Tiwari, T.-S. Kim, S.S. Dhiman, J.-K. Lee and I.-W. Kim, Biores. Preliminary analysis was carried out at 30 ° C for 4 hours with or without a vehicle on a rotary vibrator (150 rpm) using 5 U / ml of Laccase according to the method described in US Pat. Samples were taken periodically and analyzed by the Folin-Ciocalteau method (V. L. Singleton and J. A. Ross, Am. J. Enol. Viticult., 1965, 16, 144-158]. Results are expressed as grams of catechol equivalents (CE) per liter of liquid phase.

(1) pH에 따른 (1) pH dependent 라카아제의Lacase 무독화 활성의 영향 Effect of detoxification activity

4.0-5.5의 상이한 pH에서 10 U/ml의 고정된 투여량의 라카아제의 무독화 퍼텐셜을 측정하였다. 또한 TcLac 없이 페놀의 가용화를 체크하였으며, 이는 대조군으로서 고려되었다. 측정 결과를 도 2에 나타내었다.The detoxification potential of lacarge at a fixed dose of 10 U / ml was measured at different pHs of 4.0-5.5. Also, the solubilization of phenol without TcLac was checked and considered as a control. The measurement results are shown in Fig.

도 2는 라카아제(10 U/ml)를 포함하거나 포함하지 않은 배지에서 볏짚을 처리할 때, 침지된 볏짚(CRS)으로부터 유래된 페놀 화합물의 가용화 정도를 나타내는 그래프이다(대조군 (●); pH 4.0 (○); pH 4.5 (▼); pH 5.0 (△); 및 pH 5.5 (■)). 상기 페놀 화합물의 가용화 정도가 높을수록 라카아제의 무독화 퍼텐셜이 높은 것으로 판단된다.2 is a graph showing the degree of solubilization of phenol compounds derived from immersed rice straw (CRS) when treating rice straw in a medium containing or not containing racaaca (10 U / ml) PH 4.5 (?), PH 5.0 (?), And pH 5.5 (?)). The higher the degree of solubilization of the phenolic compound, the higher the latachematous detoxification potential.

도 2에 나타낸 바와 같이, pH가 4.0에서 4.5로 증가함에 따라 반응 혼합물로부터 페놀 화합물의 용해도는 증가하였으나, pH 5.0 및 5.5 에서는 현저한 제독이 관찰되지 않았다. 따라서 상기 바이오매스의 제독을 위한 최적 pH로서 pH 4.5가 선택되었다. As shown in FIG. 2, the solubility of the phenol compound increased from the reaction mixture as the pH increased from 4.0 to 4.5, but no significant adverse effect was observed at pH 5.0 and 5.5. As a result, pH 4.5 was selected as the optimum pH for the biomass detoxification.

10 U/ml의 TcLac를 가지고 침지된 볏짚(CRS)에 대하여 얻어진 최대 제독 수준은 49.7%였다. The maximum admiral level obtained for CRS immersed with 10 U / ml TcLac was 49.7%.

(2) 투여량(ED)에 따른 (2) Dose (ED) 라카아제의Lacase 무독화 활성의 영향 Effect of detoxification activity

최적화된 pH 4.5에서 투여량(5-20 U/ml)에 따른 라카아제의 무독화 퍼텐셜을 측정하였다. 측정 결과를 도 3에 나타내었다.At an optimized pH of 4.5, the latachemical detoxification potential was determined according to the dose (5-20 U / ml). The measurement results are shown in Fig.

도 3은 침지된 볏짚으로부터 유래된 페놀 화합물의 pH 4.5에서 라카아제 투여량에 따른 가용화 정도를 나타내는 그래프이다((5 U/ml (●); 10 U/ml (○); 15 U/ml (▼); 20 U/ml (△)).Figure 3 is a graph showing the solubilization of phenolic compounds derived from immersed rice straw at pH 4.5 according to the dose of lacase (10 U / ml (∘); 15 U / ml ▼); 20 U / mL (DELTA)).

도 3에 나타낸 바와 같이, 라카아제 투여량이 5에서 15 U/ml로 증가함에 따라 반응 혼합물로부터 페놀 화합물의 용해도는 증가하였으나, 20 U/ml에서는 현저한 제독이 관찰되지 않았다. 따라서 상기 바이오매스의 제독을 위한 최적 투여량으로서 15 U/ml가 선택되었다.As shown in FIG. 3, the solubility of the phenol compound from the reaction mixture increased with increasing the dose of lacase from 5 to 15 U / ml, but no remarkable adverse effect was observed at 20 U / ml. Therefore, 15 U / ml was chosen as the optimal dose for the biocide admission.

따라서, 라카아제를 사용한 무독화 과정에서, pH 4.5에서 15 U/ml일 때 라카아제의 무독화 활성이 최적화 된 것을 알 수 있다.Therefore, in the detoxification process using lacase, the detoxification activity of lactase was optimized at pH 4.5 to 15 U / ml.

이와 같은 최적 조건에서 무독화된 볏짚을 20 FPU/g-기질의 투여량의 곰팡이 컨소시엄을 이용하여 효소적 가수분해를 진행했을 때, 54.6%의 당화 수율이 관찰되었고, 이는 무독화 과정을 수행하지 않은 볏짚에 비해 55% 더 높은 값으로 나타났다.When the enzymatic hydrolysis was carried out using a fungal consortium of 20 FPU / g-substrate at the optimum conditions, the yield of saccharification was 54.6%, which was not detoxified Which is 55% higher than that of untreated rice straw.

(3) 중개자의 종류에 따른 (3) Depending on the type of intermediary 라카아제의Lacase 무독화 활성의 영향 Effect of detoxification activity

TcLac (15 U/g-기질)이 pH 4.5에서 1.5 mM 농도의 1-히드록시벤자트리아졸(1-hydroxybenzatriazole; HBT)(○), 아세토시린곤(acetosyringone; AS)(▼), 파라-쿠마르산(para-coumaric acid; pCA)(△), 및 시링알데히드(syringaldehyde; SA)(■)와 함께 사용되었다. 대조군 반응(●)을 어떠한 중개자 없이 15 U/ml의 TcLac를 가지고 수행하였다. 라카아제의 무독화 퍼텐셜을 측정하여, 측정 결과를 도 4에 나타내었다.TcLac (15 U / g-substrate) was reacted with 1-hydroxybenzatriazole (HBT) (O), acetosyringone (AS) Para-coumaric acid (pCA) (Δ), and syringaldehyde (SA) (■). The control reaction (●) was carried out with 15 U / ml of TcLac without any mediator. The detoxification potential of lacase was measured, and the measurement results are shown in Fig.

도 4에 나타낸 바와 같이, 중개자들은 라카아제의 무독화 퍼텐셜을 현저히 증가시키며, 1-HBT, pCA, AS, SA의 순서로 TcLac의 무독화 퍼텐셜을 상승시킴을 알 수 있다. 그러나 1-HBT는 환경 독성이 높기 때문에(표 4 참조), 식물로부터 나온 천연 중개자이면서 TcLac의 무독화 퍼텐셜의 상승 효과가 큰 p-쿠마르산(pCA)과 아세토시린곤(AS)을 이후 실험에 사용하였다. As shown in FIG. 4, the intermediates significantly increase the latacious potential of the lacase and increase the detoxification potential of TcLac in the order of 1-HBT, pCA, AS, and SA. However, since 1-HBT is highly toxic to the environment (see Table 4), p-coumaric acid (pCA) and acetosyringone (AS), which are natural intermediates from plants and have a synergistic effect on the detoxification potential of TcLac, Respectively.

바이오매스의 형태학의 추가적인 제독 영향성을 투과전자현미경을 이용하여 관찰하여 도 5에 나타내었으며, 도 5에 나타낸 바와 같이, 원료 물질의 순수 구조(a)와 비교하여, 제독 후(b) 전체 구조는 변형되며, 당화 후(c) 완전히 변형되어 바이오매스로부터 구성물질 및 당이 방출됨을 알 수 있었다.As shown in FIG. 5, the additional adverse effect of biomass morphology was observed using a transmission electron microscope, and compared with the pure structure (a) of the raw material as shown in FIG. 5, (C) was completely deformed after the saccharification, and the constituent materials and sugar were released from the biomass.

더 높은 농도(>1.5 mM)의 중개자는 시험되지 않았는데, 왜냐하면 독립된 세척 단계를 거친 후에도 잔여 중개자의 제거가 어려웠기 때문이다. A vehicle with a higher concentration (> 1.5 mM) was not tested because it was difficult to remove the residual vehicle after an independent wash step.

<< 실험예Experimental Example 2> 중개자의 선정 2> Selection of intermediaries

(1) 중개자의 종류에 따른 (1) Depending on the type of intermediary 바이오매스의Biomass 당화Glycation 수율 측정 Yield measurement

선택된 중개자의 적합성을 측정하기 위해, p-쿠마르산(pCA) 또는 아세토시린곤(AS)을 첨가한 후, 고정된 투여량(20 FPU/g-기질)의 복합체 효소로 당화를 수행하여 당화 수율을 측정하여 표 1에 나타내었다.To determine the suitability of the selected mediator, saccharification was performed with a conjugate enzyme of fixed dose (20 FPU / g-substrate) after adding p-coumaric acid (pCA) or acetosyringone (AS) And the results are shown in Table 1.

TcLac
(U/g-기질)
TcLac
(U / g-substrate)
중개자(Mediator)
(mM)
Mediator
(mM)
효소 투여량
(FPU/g-기질)
Enzyme dose
(FPU / g-substrate)
환원당
(mg/g-기질)
Reducing sugar
(mg / g-substrate)
당화 수율(%)Glycosylation yield (%)
간헐적 세척 단계 수행 (무독화 반응 후 수행, 35℃, pH 5.0, RPM 200으로 36시간)Perform intermittent washing steps (performed after detoxification, pH 5.0 at 35 ° C, 36 hours at RPM 200) 1515 없음none 3030 69±869 ± 8 15.3±2.1# 15.3 ± 2.1 # 1515 없음none 3030 156±18156 ± 18 34.6±4.134.6 ± 4.1 1515 아세토시린곤(0.5)Acetoxylin (0.5) 3030 192±19192 ± 19 42.6±4.642.6 ± 4.6 1515 p-쿠마르산(0.5)p-coumaric acid (0.5) 3030 169±18169 ± 18 37.5±3.937.5 ± 3.9 1515 아세토시린곤(1.0)Acetoxylin (1.0) 3030 203±21203 ± 21 45.1±5.145.1 ± 5.1 1515 p-쿠마르산(1.0)p-coumaric acid (1.0) 3030 183±20183 ± 20 40.6±4.240.6 ± 4.2 1515 아세토시린곤(1.5)Acetoxylin (1.5) 3030 238±22238 ± 22 52.9±5.252.9 ± 5.2 1515 p-쿠마르산(1.5)p-coumaric acid (1.5) 3030 213±22213 ± 22 47.3±4.947.3 ± 4.9 세척 단계 없음No cleaning steps 1515 아세토시린곤(1.5)Acetoxylin (1.5) 3030 112±14112 ± 14 24.8±2.824.8 ± 2.8 1515 p-쿠마르산(1.5)p-coumaric acid (1.5) 3030 139±16139 ± 16 30.8±3.230.8 ± 3.2 # 어떤 처리도 수행되지 않은(unconditioned) 바이오매스가 사용되었다.# Unconditioned biomass was used.

그러나, 표 1에 나타낸 바와 같이, 천연 중개자들이 라카아제의 무독화 퍼텐셜을 증가시킨다 하더라도, SPS 공정에 적용하기에는 부적합한 것으로 나타났다.However, as shown in Table 1, even though natural intermediates increase the latent potential of the lacase, they are unsuitable for application to the SPS process.

표 1에 나타낸 바와 같이, 천연 중개자들은 무독화 반응 후, 잔여 농축물을 제거하기 위한 독립적인 세척 단계를 필요로 함을 알 수 있으며, 무독화 반응 후 세척을 하지 않은 경우, 전체 당화 수율이 급격히 감소되었다. 당화 수율(%)의 이런 억제는 중개자의 작용 중에 발생된 자유 라디칼 때문이었다. 이런 자유 라디칼의 전체 농도는 매우 높았고, 상기 라디칼은 매우 반응성이 높은 종이며, 이들은 이후 가수분해 단계에서 사용되는 효소를 쉽게 변성시킬 수 있다.As shown in Table 1, natural brokers require an independent washing step to remove residual concentrate after the detoxification reaction, and when the detoxification reaction is not performed, the total saccharification yield is rapidly . This inhibition of glycation yield (%) was due to the free radicals generated during the action of the intermediates. The total concentration of these free radicals was very high, and the radicals are highly reactive species, which can then easily denature the enzyme used in the hydrolysis step.

증류수로의 광범위한 세척의 필요성은 공정의 전체 비용을 증가시키고, 또한 많은 환경독성 유출물을 생성한다. 또한 이러한 세척 단계만으로는 잔여 중개자를 완전히 제거하지 못한다.The need for extensive cleaning with distilled water increases the overall cost of the process and also creates many environmental toxic effluents. Also, this cleaning step alone does not completely remove the residual vehicle.

(2) 천연 중개자의 원료로서 2차 기질의 평가(2) Assessment of secondary substrate as raw material of natural intermediates

시판 중개자의 적용과 관련된 세척 공정의 필요성에 대한 문제를 극복하기 위해 중개자 보급을 위한 2차 바이오매스 기질의 활용에 대한 평가를 수행하였다.In order to overcome the problem of the necessity of the cleaning process related to the application of the commercial vehicle, an evaluation of the utilization of the secondary biomass substrate for the supply of intermediaries was carried out.

구체적으로, 생산연도를 통한 그들의 이용가능성 및 비용 경제성을 기준으로 7종의 상이한 2차 기질들 즉, 밀기울(wheat bran), 왕겨 및 양버들나무(Populus nigra.), 버드나무(Salix koreensis), 라디아타 소나무(Pinus rediata), 쌀겨 및 팜 핵(palm kernel)이 선택되었다.Specifically, seven different secondary substrates based on their availability and cost-effectiveness through the production year, namely wheat bran, rice husk and populus nigra, salix koreensis, Pinus rediata, rice bran, and palm kernel were selected.

상기 2차 기질 내의 중개자 유사 화합물의 규명 및 정량화를 위해 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하였다. 구체적으로, 상기 2차 기질을 침지시킨 후, 침지된 2차 기질을 TcLac (20 U/g-기질)로 대규모로 처리하여 초과된 농도의 원치않는 페놀 화합물(PC)을 제거하였다. 이동상으로서 물:아세토니트릴 (85:15)을 C18 TSKgel CDS-80TS 컬럼 (4.6 mmㅧ25 cm)에서 35℃에서 0.4 ml/min 유속을 사용하는 Dionex HPLC를 수행하였고, UV 검출기(220 nm)를 사용하여 검출하였다. 표준 화합물 및 추출된 화합물의 피크를 기준으로 각 예상가능한 중개자의 농도를 측정하였다.High performance liquid chromatography (HPLC) was used to identify and quantify mediator-like compounds in the secondary matrix. Specifically, after immersing the secondary substrate, the immersed secondary substrate was extensively treated with TcLac (20 U / g-substrate) to remove excess concentrations of unwanted phenolic compounds (PC). Dionex HPLC was performed on a C 18 TSKgel CDS-80TS column (4.6 mm ㅧ 25 cm) at 35 째 C with a flow rate of 0.4 ml / min as the mobile phase: acetonitrile (85:15) . &Lt; / RTI &gt; The concentration of each predictable mediator was determined based on the peaks of the standard compound and the extracted compound.

이후, 2차 기질로부터 유래된 모든 관찰된 페놀 화합물에 대한 저해 상수 값(Ki)을 TcLac 에 대하여(표 2) 및 곰팡이 컨소시엄 효소들에 대하여(표 3) 측정하였다.The inhibition constant (K i ) for all observed phenolic compounds derived from the secondary substrate was then determined for TcLac (Table 2) and for fungal consortium enzymes (Table 3).

구체적으로, 20 U/ml의 TcLac와 1.5 mM 농도의 각 표준 중개자를 사용하여 Ki 값을 측정하였고, 시료들은 35℃에서 4 시간 동안 배양되었다. 기질로서 2,6-DMP를 사용하여 잔여 TcLac 활성을 측정하였다.Specifically, K i values were measured using 20 U / ml TcLac and 1.5 mM concentrations of each standard broth, and samples were incubated at 35 ° C for 4 hours. Residual TcLac activity was measured using 2,6-DMP as a substrate.

마찬가지로 1.5 mM의 각 표준 중개자와 20 FPU/ml의 효소를 35℃에서 36 시간 동안 배양한 후, 표준 절차를 이용하여 진균 복합체의 각 촉매적 소단위에 대한 Ki 값을 계산하였다.Likewise, K i values for each catalytic subunit of fungal complexes were calculated using standard procedures after 1.5 mM of each standard broth and 20 FPU / ml of enzyme were incubated at 35 ° C for 36 hours.

화합물compound 초기농도
(mM)
Initial concentration
(mM)
저해상수
(Ki, mM)
Inhibition constant
(K i , mM)
잔여농도
(mM)
Residual concentration
(mM)
갈산(Gallic acid)Gallic acid 77 44 22 파라-쿠마르산
(para-Coumaric acid)
Para-cumaric acid
(para-Coumaric acid)
99 1111 44
페룰산(Ferulic acid)Ferulic acid 1010 66 검출되지 않음Not detected 카페인산(Caffeic acid)Caffeic acid 66 22 검출되지 않음Not detected 4-히드록시 벤조산4-hydroxybenzoic acid 1212 99 1One 바닐산(Vanillic acid)Vanillic acid 1111 88 검출되지 않음Not detected 시링산(Syringic acid)Syringic acid 88 66 22 시링알데히드(Syringaldehyde)Syringaldehyde 1212 99 검출되지 않음Not detected

화합물compound 자일라나제Xylanase EGEG CBHCBH BGLBGL FPUFPU 갈산(Gallic acid)Gallic acid 22 44 44 66 44 파라-쿠마르산
(para-Coumaric acid)
Para-cumaric acid
(para-Coumaric acid)
1010 1616 88 1010 1111
페룰산(Ferulic acid)Ferulic acid 88 88 66 66 88 카페인산(Caffeic acid)Caffeic acid 66 1212 88 66 66 4-히드록시 벤조산4-hydroxybenzoic acid 66 1010 1010 88 99 바닐산(Vanillic acid)Vanillic acid 66 88 66 88 88 시링산(Syringic acid)Syringic acid 44 1010 88 66 66 시링알데히드(Syringaldehyde)Syringaldehyde 88 1010 1010 1010 99

곰팡이 컨소시엄 효소 쪽으로의 각 중개자의 저해 반응은 동일한 중개자에 의한 라카제 활성의 저해보다 더욱 중요한데, 상기 곰팡이 컨소시엄 효소가 바이오매스의 최종 당화수율을 책임지기 때문이다. 곰팡이 컨소시엄 효소에 대한 Ki 값을 기준으로(표 3), SPS을 위한 2차 기질에 의해 공급될 수 있는 가능한 NM으로서 pCA 및 SA이 선택되었다. 그러나 저해 퍼텐셜 결과는 pCA가 유의한 저해의 유발 없이 TcLac 활성을 향상시킴에 있어서 더욱 효과적인 것으로 확인되었다. The inhibitory response of each vehicle towards the fungal consortium enzyme is more important than the inhibition of the lacase activity by the same vehicle because the fungal consortium enzyme is responsible for the final saccharification yield of the biomass. Based on the K i values for the fungal consortium enzyme (Table 3), pCA and SA were selected as possible NMs that could be supplied by a secondary substrate for SPS. However, inhibitory potential results have been found to be more effective in enhancing TcLac activity without inducing significant inhibition of pCA.

모든 7종의 시험된 2차 기질 물질 (μg/g 기질 단위의 pCA) 중에 밀기울 (2), 왕겨 (0.8) 및 양버들나무(Populus nigra.)(1.2), 버드나무(Salix koreensis), 라디아타 소나무(Pinus rediata), 쌀겨 및 팜 핵(palm kernel)이었고, 밀기울(WB)이 가장 높은 농도의 pCA를 함유하는 것으로 나타났기 때문에 당화 실험을 위한 2차 기질로 선택되었다. 볏짚 내에는 pCA가 없음이 이전 실험에 의해 확인되었다[K.-M. Lee, D. Kalyani, M. K. Tiwari, T.-S. Kim, S.S. Dhiman, J.-K. Lee 및 I.-W. Kim, Biores. Technol., 2012, 123, 636-645].Among all seven tested secondary substrates (pCA in μg / g substrate), bran (2), chaff (0.8) and populus nigra (1.2), willow (Salix koreensis) Pine (Pinus rediata), rice bran and palm kernel, and bran (WB) was chosen as the secondary substrate for glycation experiments because it was shown to contain the highest concentration of pCA. The absence of pCA in the rice straw was confirmed by previous experiments [K.-M. Lee, D. Kalyani, M. K. Tiwari, T.-S. Kim, S.S. Dhiman, J.-K. Lee and I.-W. Kim, Biores. Technol., 2012, 123, 636-645].

(3) 환경 독성 분석(3) Environmental toxicity analysis

본 발명에 따른 당화 공정에 있어서, 천연 중개자의 환경 독성을 알아보기 위하여 하기와 같은 독성 테스트를 수행하였다.In the saccharification process according to the present invention, the following toxicity test was conducted in order to examine the environmental toxicity of natural intermediates.

구체적으로, 침지, 알칼리 전처리, 및, 중개자가 첨가된 제독 공정 후 방출된 폐수의 Microtox 시험 결과를 프로그램 워크시트에 입력하였고, 상이한 시료의 색 차이가 완화되도록 수정하였다. 또한 각 시료에 대하여 5 및 15-분 배양 후 급성 독성의 단위(TOU)를 계산하였다. 각 동결건조된 세균 시료의 민감도를 기준 물질로서 황산아연(ZnSO4.7H2O)을 이용하여 실험실에서 정기적으로 체크하였다.Specifically, the Microtox test results of immersion, alkali pretreatment, and effluent wastewater after the medicinal addition process with intermediates were entered into the program worksheet and corrected to alleviate the color differences of the different samples. In addition, acute toxicity units (TOU) were calculated for each sample after 5 and 15 min incubation. The sensitivity of each lyophilized bacterial sample was checked periodically in the laboratory using zinc sulfate (ZnSO 4 .7H 2 O) as a reference material.

그 결과를 표 4에 나타내었다.The results are shown in Table 4.

시료sample EC50(%)EC 50 (%) TOU(%)TOU (%) 5분5 minutes 15분15 minutes 침지로부터 얻은 폐수Wastewater from immersion 6969 5656 141141 알칼리 처리하여 얻은 폐수Wastewater obtained by alkali treatment 144144 132132 284284 1-히드록시벤자트리아졸1-hydroxybenzotriazole 186186 163163 312312 p-쿠마르산p-cumaric acid 117117 9999 226226 시링알데히드Sealing Aldehyde 162162 133133 279279 아세토시린곤Acetoxylin 144144 127127 255255 밀기울로부터 추출된 p-쿠마르산
(p-CAWB)
P-cumaric acid extracted from wheat bran
(p-CA WB )
103103 8686 202202

별도의 화학적 전처리 후 발생된 폐수 및 침지 후 씻은 물의 환경 독성을 측정하여 비교한 결과, 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 SPS 공정은 화학적 전처리를 하지 않으므로, 환경 독성에 있어서 침지로부터 얻은 폐수에 의해 141%의 TOU를 나타내는 반면, 화학적 전처리를 사용하는 종래의 SqPS 공정은 284% TOU를 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따른 SPS 공정은 종래의 SqPS 공정으로부터 발생된 폐수보다 2배 적은 환경독성을 나타냄을 알 수 있으며, 따라서 친환경적인 공정임을 알 수 있다.As shown in Table 4, since the SPS process according to the present invention does not perform chemical pretreatment, the wastewater obtained from the immersion in the environmental toxicity While the conventional SqPS process using chemical pretreatment showed 284% TOU. Therefore, it can be seen that the SPS process according to the present invention shows environmental toxicity twice as much as the wastewater generated from the conventional SqPS process, and thus it is an environmentally friendly process.

또한, 중개자의 환경 독성 분석 결과, 표 4에 나타낸 바와 같이 2차 기질인 밀기울로부터 추출된 p-쿠마르산의 환경 독성이 가장 낮은 것으로 나타났다.In addition, as a result of the environmental toxicity analysis of the mediator, the environmental toxicity of p-cumaric acid extracted from bran, which is a secondary substrate, was lowest as shown in Table 4.

따라서, 본 발명은 환경 독성이 낮은 2차 바이오매스 기질을 사용함으로써 저비용 및 친환경적으로 라카아제의 무독화 활성을 증가시켜, SPS 공정에서 당화 수율을 효과적으로 증가시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can increase the saccharification yield in the SPS process by using the secondary biomass substrate having low environmental toxicity, thereby increasing the detoxification activity of the lactase in a low cost and environmentally friendly manner.

<< 실험예Experimental Example 3> 곰팡이 컨소시엄 효소 투여량의 최적화 3> Optimization of Fungal Consortium Enzyme Doses

본 발명에 따른 SPS 공정에 있어서, 곰팡이 컨소시엄으로부터 생산된 효소의 최적 투여량을 결정하기 위해, 고정화된 TcLac의 최적화된 농도 (15 U/ml) 및 10 내지 40 FPU/g-기질로 곰팡이 컨소시엄 효소 투여량을 변화시켜 볏짚의 당화 공정을 수행한 후, 당화 수율을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.In the SPS process according to the present invention, the optimal concentration of immobilized TcLac (15 U / ml) and 10 to 40 FPU / g-substrate to determine the optimal dose of the enzyme produced from the fungal consortium, The saccharification yield was measured after the saccharification process of the rice straw was performed by changing the dosage, and the results are shown in Table 5 below.

효소 투여량Enzyme dose 환원 당(mg/g)Reduction sugar (mg / g) 당화 수율(%)Glycosylation yield (%) 1010 88±7.788 ± 7.7 19.6±2.219.6 ± 2.2 1515 119±20119 ± 20 26.4±3.226.4 ± 3.2 2020 156±18156 ± 18 34.6±4.134.6 ± 4.1 2525 178±19178 ± 19 39.1±4.139.1 ± 4.1 3030 228±22228 ± 22 50.6±4.150.6 ± 4.1 3535 236±23236 ± 23 52.4±4.252.4 ± 4.2 4040 241±22241 ± 22 53.1±4.453.1 ± 4.4

그 결과, 상기 곰팡이 컨소시엄으로부터 생산된 효소의 최적 투여량은 20 FPU/g-기질이었는데, 이보다 더 낮은 투여량(10 내지 15 FPU)은 유의한 양의 환원당을 생산하지 못하고, 이보다 더 높은 투여량(30 FPU/g-기질 초과)은 최종 당화 수율의 향상 증가에 큰 영향을 미치지 못했다.As a result, the optimal dose of the enzyme produced from the fungal consortium was 20 FPU / g-substrate, lower doses (10-15 FPU) did not produce significant amounts of reducing sugars, and higher doses (Greater than 30 FPU / g-substrate) did not significantly affect the increase in the final saccharification yield.

더 낮은 ED들의 효소적 칵테일은 느슨해진 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 내용물을 공격하지 못해 더 낮은 당화 수율(%)를 나타내었다.Enzymatic cocktails of lower EDs failed to attack the loosened cellulose and hemicellulosic contents, resulting in lower saccharification yields (%).

그러나, 침전된 볏짚에 대하여 30 FPU/g-기질보다 높은 ED는 심지어 ED의 선형 증가에 따라서도 최종 당화 수율(%)에 어떠한 현저한 향상도 주지 못했다. 기질 포화가 아마도 ED의 선형적 증가에 따른 최종 SY(%)의 미미한 향상에 대한 이유인 것 같다. 1차 기질로서 침전된 볏짚에 대하여, 20 FPU/g-기질이 최적 투여량(ED)였고, 그 결과 36 시간의 배양 후에 CRS의 그램당 228±22 mg의 환원당(RS)의 방출이 일어남을 확인하였다. However, ED above the 30 FPU / g-substrate for precipitated rice straw did not give any significant improvement in final saccharification yield (%) even with a linear increase in ED. It is likely that substrate saturation is probably the reason for the slight improvement in final SY (%) with a linear increase in ED. The optimal dose (ED) of 20 FPU / g-substrate for precipitated rice straw as the primary substrate resulted in the release of 228 ± 22 mg of reducing sugar (RS) per gram of CRS after 36 h of culture Respectively.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (10)

전처리 공정 또는 당화 공정 중에 바이오매스에서 생성되는 독성 물질을 라카아제로 감소시키는 무독화 과정에 있어서,
상기 바이오매스와는 상이하며 천연 중개자(mediator)로서 p-쿠마르산(p-coumaric acid)을 함유하는 2차 바이오매스 기질을 첨가하여 라카아제에 중개자를 보충하는 단계를 포함하며,
상기 2차 바이오매스 기질은 밀기울로서, p-쿠마르산이 1.5mM 로 공급되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 라카아제의 무독화 활성을 증진시키는 방법.
In the detoxification process for reducing the toxic substances produced in the biomass to lacase during the pretreatment or glycation process,
Adding a secondary biomass substrate which is different from the biomass and contains p-coumaric acid as a natural mediator to supplement the intermediates to the lacase,
Wherein the secondary biomass substrate is wheat bran, and p-cumaric acid is added so as to be supplied at 1.5 mM.
제 1항에 있어서, 상기 2차 바이오매스 기질은 상기 바이오매스 기질의 중량 대비 0.098% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 라카아제의 무독화 활성을 증진시키는 방법.The method of claim 1, wherein the secondary biomass substrate is included in an amount of 0.098% or less based on the weight of the biomass substrate. 바이오매스와, 상기 바이오매스와는 상이하며 p-쿠마르산을 함유하는 2차 바이오매스 기질을 혼합하여 분쇄하고, 분쇄된 바이오매스들을 침지시키는 제 1 단계; 및
배양 배지에 리그노셀룰라아제를 생산하는 곰팡이 컨소시엄을 접종시켜 배양하여 생산된 효소 혼합물 및 라카아제(laccase)로 상기 침지된 바이오매스 혼합물을 동시에 전처리 및 당화시켜 당화물을 제조하는 제 2 단계;를 포함하며,
상기 2차 바이오매스 기질은 밀기울로서, p-쿠마르산이 1.5mM로 공급되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법.
A first step of mixing the biomass with a secondary biomass substrate which is different from the biomass and containing p-coumaric acid, pulverizing the same, and immersing the pulverized biomass; And
And a second step of preparing a saccharide by simultaneously pretreating and saccharifying the biomass mixture immersed in an enzyme mixture and a laccase produced by inoculating a fungal consortium producing a lignocellulase in a culture medium In addition,
Wherein the secondary biomass substrate is wheat bran and p-cumaric acid is added so as to provide 1.5 mM.
제 3항에 있어서, 상기 2차 바이오매스 기질은 상기 바이오매스 기질의 중량 대비 0.098% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법.4. The method of claim 3, wherein the secondary biomass substrate comprises less than 0.098% by weight of the biomass substrate. 제 3항에 있어서, 상기 곰팡이 컨소시엄은 Pholiota adiposaArmillaria gemina의 혼합물인 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법4. The method of claim 3, wherein the fungal consortium is selected from the group consisting of Pholiota A method for simultaneous pretreatment and saccharification of biomass characterized by being a mixture of adiposa and Armillaria gemina 제 3항에 있어서, 상기 당화는 pH 5.0, 35℃에서 90 내지 110 RPM의 속도로 교반하며, 36시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법.4. The method of simultaneous pretreatment and saccharification of biomass according to claim 3, wherein the saccharification is performed at a pH of 5.0 at 35 DEG C with stirring at a speed of 90 to 110 RPM for 36 hours. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 단계는 보호제로서 계면활성제를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법.4. The method of claim 3, wherein the second step further comprises adding a surfactant as a protective agent. 제 7항에 있어서, 상기 계면활성제는 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate, Tween-20)인 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화 방법.The method of claim 7, wherein the surfactant is polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween-20). Pholiota adiposa 및 Armillaria gemina의 곰팡이 컨소시엄, 라카아제, 및 p-쿠마르산을 포함하는 2차 바이오매스 기질을 유효성분으로 포함하며, 상기 2차 바이오매스 기질은 밀기울이며, p-쿠마르산이 1.5mM로 공급되도록, 1차 바이오매스 기질의 중량 대비 0.098%로 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화용 조성물.A secondary biomass substrate comprising Pholiota adiposa and Armillaria gemina fungal consortia, lacase, and p-coumaric acid as active ingredients, wherein the secondary biomass substrate is wheat bran and p-cumaric acid is supplied in a concentration of 1.5 mM 0.098%, based on the weight of the primary biomass substrate, of the biomass. 제 9항에 있어서, 상기 조성물은 폴리옥시에틸렌소르비탄모노라우레이트(polyoxyethylene sorbitan monolaurate, Tween-20)인 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 동시 전처리 및 당화용 조성물.
10. The composition for simultaneous pretreatment and saccharification of biomass of claim 9, wherein the composition further comprises a surfactant that is polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween-20).
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KR101423305B1 (en) * 2012-10-09 2014-07-24 건국대학교 산학협력단 New Yarrowia lipolytica for producing laccase, laccase thererfrom, and degradation of phenolic compound using the same

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