KR101909738B1 - 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 목질계 혹은 조류 바이오매스의 산 또는 당화효소를 이용한 당화 후 포도당과 당화잔사를 함유하는 당용액을 효율적으로 회수하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오매스에 산 또는 당화효소를을 가하여 섬유소를 당화함으로써 생성된 포도당과 당화잔사를 함유하는 현탁액에 단백질 현탁액을 가하여 미세입자를 응집시킨 후 최소한의 장비와 물을 사용하여 당용액을 회수하는 동시에 잔사 중에 남게 되어 손실되는 당의 양을 극소화할 수 있는 방법과, 이를 실행할 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수 방법{Recovery method for sugar solution prepared by enzymatic hydrolysis of biomass and an apparatus therefor}
본 발명은 목질계 혹은 조류 바이오매스의 산 또는 당화효소 이용한 당화 후 포도당과 당화잔사를 함유하는 당화물로부터 당용액을 효율적으로 회수하는 방법 및 그 방법을 구현하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이오매스 전처리물에 효소 혹은 산을 가하여 당화하는 바이오매스 당화물 제조단계; 상기 바이오매스 당화물에 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 첨가하고 교반하여 미세입자가 응집된 슬러리를 제조하는 미세입자 응집단계; 및 상기 미세입자가 응집된 슬러리를 원심분리 혹은 여과하여 당용액을 분리하여 회수하는 당용액 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법과 이를 구현할 수 있는 장치에 대한 것이다.
석유와 석탄 등 화석연료의 대체 자원으로서 재생 가능한 자원인 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)는 수송용 연료인 바이오알콜과 산업용 발효당인 목질계 슈가(lignocellulosic sugar)로의 전환을 통하여 바이오경제(biobased economy)로 이행하는데 주요한 수단으로 평가되고 있다. 이미 미국을 비롯한 몇 개의 선진국에서 목질계 바이오매스를 원료로 하는 바이오에탄올의 상업적 생산이 이미 시작되었으며, 최근의 보도에 따르면, 미국의 렌마틱스(Renmatix)와 스위트워터(Sweetwater)는 2017년부터 목질계 바이오매스로부터 산업용 발효당의 상업적 생산을 시작한다고 한다. 여기에 사용되는 목질계 바이오매스 자원은 나무와 옥수수 리파이너리 부산물 등이며, 이 바이오매스가 구조적 성분으로 가지고 있는 셀룰로오스가 바이오알콜 혹은 산업용 발효당의 직접적인 원료가 된다.
또한, 제 3세대 바이오매스로 주목 받으며 실용화를 향하여 부단한 연구 개발이 이루어지고 있는 녹조류와 규조류 등의 조류 바이오매스(algal biomass)는 체 내에 전분과 셀룰로오스 등의 탄수화물을 함유하고 있을 뿐만 아니라 단백질과 기름도 가지고 있으므로 바이오에탄올과 바이오디젤 등 바이오연료와 식품원료 자원으로 유망하다. 이 조류 바이오매스 중 전분 혹은 셀룰로오스를 주로 함유하는 녹조류와 규조류는 목질계 바이오매스와는 달리 체 내에 리그닌을 가지고 있지 않아서 목질계 바이오매스에 적용하는 고온 고압의 전처리가 필요치 않으며, 체 내에 존재하는 전분과 셀룰로오스 등 탄수화물은 산 혹은 전분 분해효소와 섬유소 가수분해효소에 의해 쉽게 단당류로 전환된다.
이러한 바이오매스가 함유하는 셀룰로오스를 포도당으로 전환하기 위해서 바이오매스의 전처리에 의해 얻은 셀룰로오스 주성분의 전처리물에 산 또는 당화효소를 가하여 특정한 온도에서 일정 시간 동안 당화한다. 이렇게 만든 당화물은 셀룰로오스 혹은 헤미셀룰로오스의 가수분해로 생성된 포도당 혹은 목당 등의 단당류가 녹아 있는 당용액에 가수분해되지 않고 고체 상태로 남아 있는 리그닌 등의 당화잔사가 섞여 있는 상태가 된다. 이 리그닌 주성분의 당화잔사는 소수성 표면을 가지고 있어서 효소 가수분해의 경우 효소의 비가역적 흡착에 의한 효소 활성 저하의 원인이 되며, 이로 인하여 당화 시간이 길어지고 수율이 저하되는 현상도 알려져 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로 미국 등록특허공보 US8728320B에서는 반응계 내로 외부에서 단백질 등을 첨가하여 리그닌의 표면에 흡착시킴으로써 효소의 흡착 불활성화를 경감시키고 수용성 리그닌을 단백질에 흡착시켜서 제거하는 기술을 개시하고 있으나 이러한 기술은 아직까지는 고농도의 당용액을 제조하기 위한 효과적인 고액 분리를 위한 기술적 해결책은 제시하지 못하고 있을 뿐만 아니라 효소당화 후에도 남아있는 상당량의 활성효소를 재이용할 수 있는 방법에 대하여는 고려하지 못하고 있다.
바이오매스를 원료로 하여 바이오에탄올을 제조할 경우에는 이 당화물에 암모니아 등의 질소원을 포함한 여러 가지 미생물 배양용 영양분을 가하고 미생물을 접종한 후 일정한 시간 동안 배양함으로써 포도당 등의 단당류를 에탄올로 전환하게 된다. 이후에는 발효 배지 전체 혹은 일부를 가열하여 에탄올을 증발시킨 다음 기체 상태의 에탄올을 다시 응축시킴으로써 원하는 에탄올을 선택적으로 회수할 수 있다.
반면에 바이오매스를 원료로 하여 미생물 배양용 발효당(바이오슈가)을 제조할 경우에는 상기 당화물로부터 당용액을 회수하고, 당 이외의 불순물을 제거하기 위한 정제와 보다 고농도의 당용액으로 제조하기 위한 농축 공정을 추가로 수행하게 된다. 당용액의 회수를 위해서는 상기 당화물로부터 불용성 고체입자를 제거해야 하므로 여과 혹은 원심분리를 하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 미국 공개특허공보 US2015-0344921 A1은 당화 후 효소의 재활용을 위해서 당화물을 그대로 원심분리하거나 여과하는 기술을 담고 있다. 이 기술은 이에 더하여 여액으로부터 효소를 회수하여 재이용하는 기술도 함께 보여주고 있다.
그러나 다량의 당을 함유하여 비중이 물보다 크고 동시에 미립자까지 함유하는 당화물에서 당용액을 회수하기 위해 디캔터 등 원심분리기를 사용할 경우 고속의 회전으로도 오랜 시간의 운전(예컨대 분당 1,776 × g에서 60분 이상)이 필요하므로 에너지 비용이 적지 않아 실용적이지 않다. 이와 달리 맑은 당용액을 제조하기 위해 여과하는 것은 미립자가 분리막 혹은 여과포 구멍을 막아서 압력이 급격히 상승하여 여과 자체가 쉽지 않을 뿐만 아니라 여과 후에도 미립자를 함유하므로 정밀여과(microfiltration) 등의 추가 처리가 불가피하다. 또한, 미립자를 함유하는 슬러리를 여과하여 고액분리 하고자 할 경우에는 여과조제라는 광물성 첨가제를 사용하는 경우가 일반적인 것으로 알려져 있다.
이러한 이유로 종종 고분자 응집제를 첨가하여 미립자를 응집시킨 후 여과 혹은 원심분리하기도 한다. 이때 사용하는 고분자 응집제는 이온성 혹은 비이온성의 분자량 수십만 이상의 합성 화학물질이며, 응집시킬 입자의 양이 많을수록 사용양이 많아지는 특징이 있다. 따라서 목질계 바이오매스를 원료로 하여 제조한 당화물이 높은 농도의 당과 함께 불용성 당화잔사를 수 %까지 함유하고 있을 때는 고분자 응집제의 필요량이 많아져서 결과물인 당용액의 제조비용 증가를 피할 수 없다. 또한, 잔류하는 고분자 화합물에 의한 당용액의 오염 가능성과 이에 따른 용도의 제한을 배제할 수 없다.
한편, 바이오매스를 효소로 당화한 경우 효소당화 후 당화물을 가열하여 이미 함유되어 있는 효소를 변성시킴으로써 자체적으로 응집력을 가지게 한 후 고액분리를 수행할 수도 있다(미국 공개특허공보 US 2015-0354017 A1). 그러나 목질계 바이오매스 전처리물을 효소당화하여 제조한 당화물에는 값이 결코 싸지 않은 당화효소(섬유소 가수분해효소 복합제제)가 아직 함유되어 있고, 이 효소들은 당화 후에도 상당 부분 효소활성을 유지하고 있다고 알려져 있다(Novozymes의 Product Sheet, Special Food/2001-08524-03.pdf). 따라서 상기 미국 공개특허공보 US2015-0344921 A1과 같이 목질계 바이오매스 원료 발효당의 제조 공정에서 한외여과(ultrafiltration)에 의해 효소를 분리 회수하고 이를 재활용하는 기술도 이미 많은 사람들에 의해 제시된 바 있는 것처럼 바이오매스 효소당화물을 가열하여 당화효소를 열변성시키고, 이 변성된 단백질의 응집력을 고액분리에 이용하는 것은 효소당화 후에도 남아있는 상당량의 활성효소 이용 기회를 포기하는 결과를 초래하므로 바람직하지 않다.
따라서 본 발명자는 변성효소에 의한 응집력을 이용하지 않고도 바이오매스 당화물을 용이하게 고액분리하여 고농도의 당용액을 제조하며, 이러한 효과적인 고액분리에 의해 효소를 함유하는 당용액을 회수하여 효소당화 후에도 남아있는 상당량의 활성효소를 재이용할 수 있는 기술을 개발하기에 많은 노력을 기울인 끝에 본 발명을 완성하였다.
미국 등록특허공보 US8728320B 미국 공개특허공보 US2015-0344921A1 미국 공개특허공보 US2015-0354017A1
Novozymes. 2002. Product sheet (Ceiluclast 1.5 LFG), 2001-08524-03.pdf, Novozymes A/S, Denmark
이에 본 발명자들은 적은 수의 공정과 최소한의 에너지만을 사용하여 높은 농도의 단당류와 수 퍼센트의 불용성 입자를 포함하는 바이오매스 당화물을 미세입자를 거의 함유하지 않는 맑은 당용액과 불용성 당화잔사로 분리할 수 있는 방법과 이 방법을 구현하기 위한 기기의 사용법을 개발하고자 하였다.
또한, 이러한 효과적인 고액분리에 의해 당화효소를 함유하는 당용액을 회수하여 효소당화 후에도 남아있는 상당량의 활성효소를 재이용할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 당화물에 당화잔사 응집용 단백질 첨가제인 수용성 혹은 물에 현탁될 수 있는 단백질 수용액 혹은 현탁액을 첨가하고 교반함으로써 미세입자들의 상호 응집을 유도하여 거대입자를 생성케 한 후 원심분리 혹은 여과하는 방법과, 이를 구현하기 위한 장치를 제공한다.
보다 구체적으로 본 발명은 바이오매스의 당화물에 소수성 표면을 가지고 있는 식물성 혹은 동물성 단백질 수용액 혹은 현탁액을 첨가하고 교반함으로써 미세입자의 응집을 유도하여 거대입자로 전환하는 단계; 상기 거대입자로 전환된 슬러리를 작은 회전 속도로 단시간 원심분리하거나 여과하여 당용액을 회수하는 1차 고액분리 단계; 1차 고액분리 잔류물, 즉, 원심분리에 의해 가라앉은 침전물 혹은 여과 후 여과포에 남은 고형분을 회수하여 물을 넣고 가볍게 교반하여 잔류물 가수 슬러리를 조제하는 단계; 잔류물 가수 슬러리를 고속원심분리하거나 가압 여과하여 나머지 당용액을 회수하는 단계;를 포함하는 바이오매스 당화물로부터 효소를 그대로 함유하는 당용액을 효율적으로 회수하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 당화물에 소수성 표면을 가지고 있는 단백질 수용액 혹은 현탁액을 가하고 교반한 후 디캔터(decanter)를 사용하여 연속원심분리하고, 배출된 고형분을 이송하면서 물을 가하고 교반하여 증량한 다음, 필터 프레스(filter press)에 주입하여 가압 여과하는 당용액 회수장치를 제공한다.
본 발명에 따르면 바이오매스의 당화에 의해 생성된 포도당과 당화잔사를 함유하는 현탁액으로부터 최소한의 장비와 물을 사용하는 고액분리에 의해 효소를 함유하는 당용액을 회수함으로써 당회수율을 극대화하는 동시에, 사용기기의 수와 가동 시간을 획기적으로 저감함으로써 설비비와 운영비를 절감할 수 있다.
또한, 효소당화 후에도 남아있는 상당량의 활성효소를 재이용할 수 있게 되므로 적은 비용으로 보다 높은 농도의 당용액을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오매스 당화물로부터 당용액을 효율적으로 회수하는 방법의 순서도 및 공정의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오매스 당화물의 당용액 중의 효소활성을 당화율로 대신하여 그린 표준 곡선도이다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 "바이오매스 당화물”은 목질계 바이오매스 혹은 조류 바이오매스를 당화효소 혹은 산으로 가수분해함으로써 얻어지는 단당류와 불용성 고체입자가 물에 분산되어 있는 슬러리를 의미한다. 또한, "당화잔사"는 상기 바이오매스가 효소 혹은 산에 의해 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스가 가수분해되어 단당류로 전환되고 난 후 더 이상 가수분해될 수 없는 리그닌 등과 같은 성분이 주성분으로 남아있는 물에 불용성인 고형물을 의미한다.
본 발명에서 바이오매스의 당화물의 고액분리를 위해 첨가하는 “당화잔사 응집용 단백질 첨가제(이하 단백질 첨가제로 약함)”은 바이오매스의 효소당화를 위해 사용하는 섬유소 가수분해효소를 제외한 일반적인 단백질을 주성분으로 하는 첨가제를 의미한다. 소수성 표면을 가지고 있는 단백질을 주성분으로 하며 일부분이라도 폴리펩타이드를 주요 구성성분으로 가지고 있다면 크게 제한되지 않는다. 본 발명의 당화물의 고액분리에 가장 효과적인 단백질 첨가제는 구형 단백질(globular protein)을 주요 구성성분으로 하고 열을 가하거나 산도(pH)의 변화에 의하여 변성되어 소수성 표면이 표면에 노출됨으로써 상호 응집하거나 소수성 표면에 흡착되는 특성을 가지는 것이 바람직하다. 그 예로는 콩 단백질(soy protein), 계란 알부민(egg albumin) 난백알부민(ovalbumin), 인체 혈청 알부민(human serum albumin), 소혈청알부민(bovine serum albumin) 및 글로불린(globulin)을 주성분으로 하는 첨가제 등을 들 수 있다. 본 발명의 고액분리에 사용할 수 있는 또 다른 단백질 첨가제는 섬유상 단백질(fibrous protein) 또는 경단백질(scleroprotein)을 주성분으로 하고 단백질 내에 소수성 표면을 일부 가지고 있어서 서로 응집하는 성질을 가지는 것을 들 수 있다. 이러한 단백질 첨가제로는 케라틴(keratin), 콜라겐(collagen), 피브로인(fibroin), 엘라스틴(elastin) 및 저장 단백질의 하나인 글루텐(gluten) 등을 주요성분으로 하는 첨가제를 들 수 있다.
본 발명에서는 바이오매스 전처리물에 산 또는 당화효소를 가하여 당화하는 바이오매스 당화물 제조단계; 상기 바이오매스 당화물에 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 첨가하고 교반하여 미세입자가 응집된 슬러리를 제조하는 미세입자 응집단계; 및 상기 미세입자가 응집된 슬러리를 원심분리 혹은 여과하여 당용액을 분리하는 당용액 회수단계를 포함하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법을 제공한다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 미세입자 응집단계는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 수용액 또는 현탁액으로 첨가할 수 있다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 당화잔사 응집용 단백질 첨가제는 단백질의 분자구조 내에 소수성 표면을 일부라도 가지고 있어서 물에 녹인 후 수용액의 산도(pH)를 조정하거나 가열하였을 때 현탁액을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명에서 바이오매스 당화물의 고액분리를 위해 당화물에 첨가하는 단백질 첨가제를 조제하는 방법은 먼저 단백질을 물에 녹이거나 현탁시키는 것이다. 당화물에 첨가하기 전에 단백질 수용액 혹은 현탁액을 80 내지 121 oC로 가열하여 열변성을 유도하여 만든 현탁액은 더욱 효과적이다. 이때 단백질의 효과적인 변성을 위해 단백질 수용액 혹은 현탁액, 응집용 단백질을 포함하는 당화물의 산도(pH)를 조절하는 방법도 사용 가능하다. 단백질 수용액 혹은 현탁액 중의 단백질 농도는 100 mg/L 내지 100 g/L가 바람직하며, 500 mg/L 내지 50 g/L가 더욱 바람직하다. 당화물에 첨가되는 단백질의 총량은 당화물 중 수 불용성 고형분인 당화잔사의 양에 따라 증대하는 것이 바람직하며, 그 양은 당화잔사 1 kg 당 0.01 g 내지 100 g 사용될 수 있으며, 당화잔사 1 kg 당 0.1 g 내지 10 g의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 바이오매스 당화물의 고액분리를 위해 조제한 단백질 첨가제인 수용액 혹은 현탁액을 이용하여 당화효소의 손실을 최소화하면서 당화물 중 미세입자를 가장 효과적으로 응집시키는 방법은 침전이 일어나지 않을 정도의 속도로 당화물을 교반하면서 단백질 수용액 혹은 현탁액을 서서히 가하고 일정 시간 동안 교반 상태를 유지하는 것이다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 당용액 회수단계는 원심분리기, 필터프레스 또는 디캔터 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
본 발명은 바이오매스 당화물로부터 최소한의 공정으로도 당의 손실율을 최소화하면서 당용액을 회수하는 방법을 추가로 제공한다. 이를 위해 1) 당화잔사를 포함하는 당화물에 수용성 혹은 물에 현탁될 수 있는 단백질 수용액 혹은 현탁액을 가하고 교반함으로써 당화물 중의 미세입자를 응집시켜 거대입자로 전환하고, 2) 상기 거대입자로 전환된 당화물을 원심분리기나 여과기로 이송하여 작은 회전 속도로 단시간 원심분리하거나 높은 압력으로 가압하지 않고 여과하여 당용액을 회수하고, 3) 원심분리에 의해 가라앉은 당화잔사 혹은 여과 후 여과포에 남은 당화잔사를 회수하여 물을 가하면서 교반하여 당화잔사 중의 당용액을 희석 증량하고, 4) 증량된 당용액을 원심분리기나 여과기에 이송하고 고속원심분리하거나 가압 여과하여 나머지 당용액을 회수하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 고체와 액체를 각각 분리하고자 하는 당화물은 섬유소 가수분해효소를 이용하여 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 등의 섬유소를 가수분해함으로써 생성된, 당용액 중에 당화잔사가 다량 함유되어 있는 것으로서, 예를 들면 옥수수 줄기, 해바라기 줄기, 팜 공과방과 팜 수간 등 농업 부산물, 억새와 갈대 등 에너지 작물, 유칼리, 아카시아, 버드나무, 포플라 교잡종 등의 목본계 바이오매스를 포함하는 목질계 바이오매스의 효소 가수분해물, 클로렐라 등의 녹조류, 규조 등의 규조류를 포함하는 조류 바이오매스의 효소 가수분해물이다.
본 발명의 바이오매스 효소 가수분해물로부터 당용액을 회수하는 방법은 리그닌을 주성분으로 하는 당화잔사 미세입자를 응집시켜 거대입자로 전환한 당화물을 고액분리하여 투명한 당용액과 당용액이 일부 남아있는 당화잔사를 얻는 것이다. 스톡스의 침강 법칙(Stock's law)에 의하면 고체입자가 액체 중에서 침강하는 속도는 고체입자와 매질의 밀도차에 비례하고 입자의 크기의 세제곱에 비례하므로 거대입자화된 당화물은 저속의 원심분리에서도 단시간 내에 고액분리가 완결된다. 또한, 커진 입자는 여과포를 사용한 여과에서도 비교적 맑은 당용액을 얻을 수 있게 한다. 하지만, 이러한 고액분리에서도 침전물 혹은 여과잔사에 당용액의 일부가 남아 있으므로 추가로 당용액의 회수를 위한 후속 공정이 필요하지만, 후속 공정에서 물을 가하면서 침전물 혹은 여과잔사를 쉽게 해체하기 위해서는 고속의 원심분리 혹은 고압의 가압여과는 바람직하지 않다. 또한, 당류의 회수율을 높이기 위해 원심분리 혹은 여과 전에 일정량의 물을 넣고 교반하여 혼합한 후 고액분리를 수행하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 당용액 회수단계 이후에는 당화잔사를 물과 혼합하며 교반하여 당화잔사 중 당용액을 희석 증량하는 단계; 및 희석 증량된 당용액을 당화잔사와 분리하는 증량된 당용액을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 바이오매스 산 또는 당화효소의 가수분해물로부터 당용액을 회수하는 방법에서 상기 1차 고액분리로 남은, 당용액을 일부 함유하는 당화잔사로부터 당용액을 추가로 회수하기 위해서 고액분리로 발생한 당화잔사를 물과 혼합하고 균질화해야 한다. 이때 가하는 물의 양은 후속 공정에서 고액분리하였을 때 고형분 중의 수분 잔류율로부터 산출한 당용액의 목표 회수율에 따라 가감하며, 덩어리진 당화잔사를 물과 혼합하는 데 지장이 없는 한 교반, 진탕 등 그 방법에 특별히 한정은 없다. 이렇게 조제한 새로운 현탁액은 쉽게 침강 혹은 여과될 수 있을 만큼 여전히 큰 입자 상태를 유지한다.
이 단계에서 본 발명의 바이오매스 산 또는 당화효소의 가수분해물로부터 당용액을 회수하는 방법은 상기 공정에서 새로운 물로 조제된 현탁액을 다시 원심분리 혹은 여과하여 당용액을 추가로 회수한다. 이 작업으로 당용액 회수 작업을 마칠 경우 원심분리 혹은 여과는 잔사에 당용액의 잔류량이 최소가 되도록 격렬한 조건을 사용할 수 있는데, 예를 들면 원심분리의 경우 회전수 증대와 함께 원심분리 시간을 길게 하고, 여과의 경우 압력을 높이는 것이다. 하지만, 당용액의 회수율을 더욱 높이고자 한다면 상기 과정을 반복하는 것도 가능하다. 이는 단백질의 응집력에 의해 생성된 거대입자는 비교적 내구성이 좋을 뿐만 아니라 변성 단백질의 접착력은 그대로 유지되므로 물과 혼합하는 과정에서 분리된 입자는 다시 응집하여 거대입자를 형성할 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 당용액을 희석 증량하는 단계는 회분식 또는 연속식 분산교반기를 사용하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 바이오매스 당화물의 효율적 고액분리를 위한 단계 3)에는 1차 고액분리 후 배출되는 당화잔사로부터 당용액의 추가 회수를 위해 당화잔사에 물을 가하고 교반하여 슬러리를 제조할 수 있는 교반기가 사용될 수 있으며, 회분식 혹은 연속식 분산교반기가 모두 사용 가능하다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 증량된 당화물을 회수하는 단계는 필터프레스 또는 디캔터 중 어느 하나를 이용하는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 바이오매스 효소당화물의 효율적 고액분리를 위한 단계 4)는 단계 2)의 반복으로 볼 수 있으며, 고액분리에 디캔터를 사용하는 경우 단지 디캔터의 회전수를 높이거나 시간을 길게 하여 당용액의 회수율을 높이는 것이 다를 수 있다. 또한, 고액분리에 필터프레스를 사용하는 경우에는 압축력을 높여서 당화잔사에 남게 되는 당용액의 부피를 줄이는 것이 다를 수 있다.
본 발명의 바이오매스 당화효소의 가수분해물로부터 당용액을 회수하는 방법은 당화효소를 그대로 함유하고 있는 당용액의 회수율을 극대화하면서 물의 사용량을 최소화하기 적합한 기기의 종류와 최적 사용 방법을 추가로 제공한다. 상기 바이오매스 당화물의 효율적 고액분리를 위한 단계 1)에서는 당화를 수행한 회분식 혹은 연속식 당화기를 그대로 단백질 첨가에 의한 미세입자 응집용 반응기로 사용할 수 있다. 즉, 당화 후 당화기 내에 미리 조제하여 둔 단백질 수용액 혹은 현탁액을 주입하고 일정한 시간 동안 교반 상태를 유지함으로써 단백질에 의한 미세입자 응집을 유도할 수 있다. 이 경우 다음 단계의 고액분리에서 당용액의 회수율을 높이기 위해 추가로 물을 주입할 수 있도록 여유 용적이 충분한 당화기가 바람직하다. 혹은 당화 후 교반이 가능한 회분식 교반기로 당화물을 이송한 후 단백질 첨가에 의한 미세입자 응집 반응을 수행할 수 있다. 이 경우에도 다음 단계의 고액분리에서 당용액의 회수율을 높이기 위해 추가로 물을 주입할 수 있도록 여유 용적이 충분한 교반기가 바람직하다. 또한, 당화물을 당화기로부터 고액분리기로 이송하는 도중에 단백질 수용액 혹은 현탁액을 가하면서 교반하여 미세입자 응집을 유도할 수 있는 연속반응기를 사용할 수 있으며, 이 경우에도 다음 단계의 고액분리에서 당용액의 회수율을 높이기 위해 추가로 물을 주입할 수 있도록 여유 용적이 충분한 연속식 교반기가 바람직하다.
즉, 본 발명의 바이오매스 당화물의 효율적 고액분리를 위한 단계 2)의 1차 고액분리에는 연속적으로 당화물을 공급하여 맑은 당용액과 침전물을 연속적으로 배출할 수 있는 디캔터가 사용될 수 있다. 이러한 디캔터는 운전시간을 짧게 하여 소모 전력을 줄일 수 있도록 고속회전이 가능한 것이 바람직하다. 이 때 고속회전수는 250 × g 내지 5,000 × g 상당 회전수가 바람직하며, 당화물의 체류시간은 30분 이내가 바람직하다. 침전물 중의 당용액을 추가로 회수하는 본 발명의 방법 단계 3)을 고려할 때 단계 2)에서 상기 디캔터는 맑은 당용액을 배출하지만 동시에 무른 침전물을 배출함으로써 물을 가하고 교반하여 슬러리를 쉽게 다시 제조할 수 있도록 운전하는 것이 바람직하며, 이를 위해 디캔터의 회전력은 500 × g 내지 4,000 × g, 당화물의 체류시간은 10분 이내가 더욱 바람직하다. 이는 대부분의 경우 고속으로 회전하는 디캔터에 의해 고액분리를 수행하여도 배출되는 침전물에 상당량의 당용액이 남아 있어서 단 한 번의 디캔팅으로 침전물 내의 당용액을 모두 회수할 수 없기 때문이다.
또한, 이 단계의 고액분리에서는 미세 구멍을 가진 여과포가 장착된 필터프레스가 사용될 수 있다. 필터프레스는 여과포의 공극크기에 따라서 통과시키는 입자의 크기가 다르므로 얻고자 하는 당용액의 탁도를 고려하여 1 미크론 이하부터 수십 미크론까지 자유로운 선택이 가능하다. 그러나 본 발명에서 바이오매스 효소당화물의 고액분리 원리가 소수성 표면을 가지고 있는 단백질 첨가로 소수성 리그닌 주성분의 미세입자를 응집시킴으로써 당화물 내 당화잔사의 평균입경을 증대하는 것이지만, 평균입경의 증대가 원심분리에 의한 침강속도를 높이는데 더욱 효과적인데 반하여 생성된 거대입자가 단단하지 않아 여과포 사이에서 압착되면 다시 깨져서 일부 미세입자가 여과포를 통과할 수 있기 때문이다. 그러나 여과포를 통과하는 입자의 수가 현저히 적어서 얻어지는 당용액은 비교적 맑으므로 후속공정에서 정밀여과 등의 추가 분리로 맑은 당용액을 제조할 수 있게 한다. 본 발명에서 바이오매스 당화물의 고액분리에 필터프레스를 사용할 경우 장착하는 여과포는 공극의 크기를 자유로이 조절할 수 있으므로 크게 한정할 수 없으나, 0.1미크론 내지 50미크론이 바람직하며, 맑은 당용액의 제조를 위해서는 1미크론 내지 15미크론이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법에 있어서, 상기 증량된 당용액을 효소당화물 제조단계 및 미세입자 응집단계를 거친 미세입자가 응집된 슬러리의 희석 증량에 재사용할 수 있다.
즉, 단계 4의 증량된 당용액으로부터 회수한 당용액을 단백질 첨가 및 미세입자 응집단계에서 미세입자가 응집된 슬러리의 희석 증량에 재사용할 수 있다. 본 발명의 바이오매스 당화물의 효율적 분리를 위해서는 1차 고액분리에 맑은 당용액을 얻을 수 있는 디캔터를 사용한 후 일부 불용성 입자의 투과가 불가피하더라도 2차 고액분리에 필터프레스를 사용하는 것이 바람직하며, 2차 고액분리로부터 얻은 약간 탁하고 당농도가 현저히 낮은 당용액을 1차 고액분리 전 당화물의 희석 증량에 사용함으로써 물의 사용량을 줄이는 동시에 맑은 당용액을 얻는 방법이 가장 바람직하다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 콩 단백질을 주성분으로 하는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제(무변성)
콩 단백질 추출물(Soy protein isolated, MP Biomedicals, LLC, 프랑스) 100 g을 10 리터 찜통에 넣고 비이온수 5 리터를 가한 다음 105 oC에서 20분간 멸균하였다. 플라스틱 용기(50 리터용)에 멸균된 콩 단백질 수용액을 넣고 비이온수를 45리터 더 가하여 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 조제하였다.
제조예 2. 콩 단백질을 주성분으로 하는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제(가온 변성)
콩 단백질 추출물(Soy protein isolated, MP Biomedicals, LLC, 프랑스) 1 g을 1 리터 배양병에 넣고 1 리터의 물을 가한 다음 교반하여 녹였다. 이것을 121 oC에서 20분간 멸균 및 가온 변성하여 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 조제하였다.
제조예 3. 콩 분말을 주성분으로 하는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제(가온 변성)
콩 분말(Soybean flour, 시그마 S-9633, 미국) 1 g을 1 리터 배양병에 넣고 1 리터의 물을 넣은 다음 교반하여 녹였다. 이것을 121 oC에서 20분간 멸균 및 가온 변성한 후 고속회전 교반기(도깨비 방망이, (주)부원생활가전 제품, 한국)로 1분간 재분산시켜서 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 조제하였다.
제조예 4. 소 혈청 단백질을 주성분으로 하는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제(가온 변성)
소 혈청 단백질(Bovine serum albumin, 시그마 A3059, 미국) 1 g을 1 리터 배양병에 넣고 1 리터의 물을 가한 다음 교반하여 녹였다. 이것을 121 oC에서 20분간 멸균 및 가온 변성하여 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 조제하였다.
제조예 5. 계란 단백질을 주성분으로 하는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제(가온 변성)
계란 단백질(egg albumin, 시그마 A5503, 미국) 1 g을 1 리터 배양병에 넣고 1 리터의 물을 가한 다음 교반하여 녹였다. 이것을 121 oC에서 20분간 멸균 및 가온 변성한 후 고속회전 교반기(도깨비 방망이, (주)부원생활가전 제품, 한국)로 1분간 재분산시켜서 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 조제하였다.
<실시예 A: 팜 공과방 효소당화물로부터 당용액의 회수>
습윤 상태의 팜공과방(empty fruit bunch of oil palm, 수분 65%) 분쇄물(20 메시 이하, 인도네시아 산, 코린도 그룹 제공)을 연속고압반응기(SuPR2G, Advancebio 제품, 미국)에 주입하여 191 oC에서 20분간 열수전처리 하였다. 전처리물에 원시료 건조중의 10배의 수분함량이 되도록 물을 가하여 혼합한 후 필터프레스(태영필트레이션, 한국)에 주입하여 고액분리하였다. 얻어진 고형물을 커팅밀(한국분체기계 제품, 한국)로 분산분쇄한 후 물을 가하고 혼합하였다. 이것을 디스크밀(laboratory disc mill, Andritz 제품, 미국)에 주입하여 마찰 분쇄하여 함으로써 수분함량 75.6%인 효소당화용 기질을 준비하였다. 미리 무게를 측정하여둔 총 부피 7 리터의 당화조에 상기 당화기질 1043 g, 비이온수 4006 g 및 당화효소 셀릭씨텍3(Cellic CTec3, 노보자임스 코리아 제품, 서울) 11 ml를 가하였다. 당화기를 50±1 oC, pH 5.45±0.05, 교반속도 200rpm을 유지하면서 72시간 동안 당화하여 당화물을 제조하였다. 먼저, 당화조 내용물의 무게를 측정한 후 당화물을 50 ml 취하여 원심분리하고 상징액을 고속액체크로마토그래프(HPLC, Waters 제품, 미국)로 포도당 농도를 분석하였다. 또한, 잔사를 비이온수로 여러 번 세척하고 동결건조하여 당화잔사 잔류율을 산출하였다.
삼각플라스크(125 ml용)에 효소당화물을 40 ml 씩 옮기고 스터바를 넣은 다음 멀티스터러(코닝 제품 미국)에 올려놓고 300 rpm으로 교반하였다. 이 효소당화물에 상기 제조예 1 내지 제조예 5의 당화잔사 응집용 단백질 첨가제 4 ml를 넣고 5분간 교반한 다음 50 ml용 팔콘튜브에 옮겼다. 이 시료를 당화물에 물만 4 ml 첨가하여 혼합한 대조구 시료와 함께 845 x g에서 5분간 원심분리(한일과학 제품, 한국)한 후 탁도계(HACH 2100AN turbidimeter, 미국)로 탁도를 측정하여 표 1에 표시하였다.
첨가제의 주성분 첨가제 제조 방법 원심분리 상징액 탁도
(NTU)
비교예 1 당화물 대조구(첨가제 없음) - 측정한도 초과
실시예 1 제조예 1의 콩 단백질 추출물 무 변성 71±35
실시예 2 제조예 2의 콩 단백질 추출물 가온 변성 30.8±0.6
실시예 3 제조예 3의 콩 분말 가온 변성 80.4±7.1
실시예 4 제조예 4의 소 혈청 단백질 가온 변성 40.0±0.6
실시예 5 제조예 5의 계란 단백질 가온 변성 69.1±1.6
상기 실시예 A의 팜 공과방 전처리물의 효소당화에 의해 생성된 당화물의 포도당 농도는 2.6%(무게/무게), 비중은 1.02, 당화물이 함유하는 불용성 잔사율은 약 2.0%였다. 이 당화물을 845 × g에서 5분간 원심분리하여 얻은 당용액은 표 1의 비교예 1과 같이 매우 탁하여 추가적인 고액분리가 불가피하였다. 반면에 여기에 당화잔사 응집용 단백질 첨가제를 당화물 40 g(당화잔사 0.8 g)당 4 ml(단백질 4 mg)씩 첨가하고 교반한 후 원심분리하여 얻은 상징액의 탁도는 당화잔사 응집용 단백질 첨가제 중 단백질의 종류에 따라서 조금씩 달랐지만 매우 낮아서 모두 맑은 당용액을 생성하는 것을 알 수 있다.
<실시예 B: 디캔터와 필터프레스를 이용한 거대억새 효소당화물로부터 당용액의 회수>
습윤 상태의 거대억새 분쇄물(수분 65%, 20 메시 이하, 한국산)을 연속고압반응기(SuPR2G, Advancebio 제품, 미국)에 주입하여 191 oC에서 20분간 열수전처리 하였다. 전처리물에 원시료 건조중의 10배의 수분함량이 되도록 물을 가하여 혼합한 후 필터프레스(태영필트레이션, 한국)에 주입하여 고액분리하였다. 얻어진 고형물을 커팅밀(한국분체기계 제품, 한국)로 분산분쇄한 후 물을 가하고 혼합하였다. 이것을 디스크밀(laboratory disc mill, Andritz 제품, 미국)에 주입하여 마찰 분쇄하여 수분함량 80.7%인 효소당화용 기질을 준비하였다. 총 부피 70 리터의 당화기(한일과학 제품, 한국)에 상기 당화기질 48210 g을 12등분하여 1 시간에 하나씩 주입하고 당화기를 50±1 oC, pH 5.0±0.05, 교반속도 200rpm을 유지하였다. 여기에 당화효소 셀릭씨텍3(Cellic CTec3, 노보자임스 코리아 제품, 서울)를 매 시간 65.8 ml 가하였다. 총 12 시간 동안 당화 기질과 당화효소를 가하고 최초 기질 투입시점부터 72시간 동안 당화하여 당화물을 제조하였다. 당화물을 소량 취하여 원심분리하고 상징액을 고속액체크로마토그래프(HPLC, Waters 제품, 미국)로 포도당 농도를 분석하였다. 잔사를 물로 씻은 다음 건조하고 무게를 측정하여 당화물 중 불용성 당화잔사 비율을 산출하였다. 당화물을 모두 100 리터 용량의 혼합기(한일과학 제품, 한국)에 옮기면서 당화물의 무게를 평량하고 이 양과 포도당 농도를 이용하여 총 포도당량을 산출하였다.
상기 당화물을 분당 60 rpm으로 교반하면서 상기 제조예 2의 당화잔사 응집용 단백질 첨가제 50 리터를 가하고 5분간 추가로 교반하였다. 이 시료를 디캔터((주)화인 제품, 한국)로 이송하여 1,902 × g에서 5분간 머물도록 프로그램하여 원심분리하였다. 이 과정에서 배출되는 당용액은 200 리터 수조에 모았다. 디캔터에서 배출되는 고형분은 소형혼합기에 연속적으로 주입하면서 비이온수 72.8 리터를 첨가하였다. 당화물 희석액을 5 미크론 여과포가 부착된 필터프레스(태영필트레이션, 한국)에 주입하고 필터프레스의 압력을 조절하여 배출되는 당화잔사 중 수분함량이 50% 내외가 되도록 가압여과하였다. 여기에서 배출되는 당용액을 상기 디캔터에 다시 주입하여 1,902 × g에서 5분간 머물도록 프로그램하여 원심분리한 후 배출되는 당용액을 상기 디캔터에서 얻은 당용액에 더하였다. 수조 내의 당용액을 소량 취하여 포도당 농도를 측정하고 당용액의 총량에 곱하여 당 회수율을 산출하였다. 이상과 같은 과정을 3회 반복하여 구한 평균 당회수율과 최종 당용액의 탁도 평균치를 표 2에 표시하였다.
<실시예 C: 디캔터를 이용한 거대억새 효소당화물로부터 당용액의 회수>
상기 실시예 B와 같은 방법으로 당화물을 제조하였다. 이 당화물을 분당 60 rpm으로 교반하면서 상기 제조예 2의 당화잔사 응집용 단백질 첨가제 50 리터를 가하고 5분간 추가로 교반하였다. 이 시료를 디캔터((주)화인 제품, 한국)로 이송하여 1,902 × g에서 5분간 머물도록 프로그램하여 원심분리하였다. 이 과정에서 배출되는 당용액은 300 리터 수조에 모았다. 디캔터에서 배출되는 고형분은 소형혼합기에 연속적으로 주입하면서 비이온수 74 리터를 첨가하였다. 당화물 희석액을 상기와 동일한 디캔터로 고액분리하였다. 이 조작을 한번 더 반복하여 당용액을 회수하였다. 수조 내의 당용액을 소량 취하여 포도당 농도를 측정하고 당용액의 총량에 곱하여 당 회수율을 산출하였다. 이상과 같은 과정을 3회 반복하여 구한 평균 당회수율과 최종 당용액의 탁도 평균치를 표 2에 표시하였다.
구분 실시예 6 측정 결과
총량
(g)		 포도당
농도 (%)		 총 포도당
(g)		 비중 잔사율
(%)		 당회수율
(%)		 탁도
(NTU)
당화물 50,450 11.1 5,174 1.08 7.6 - 측정한도
초과
실시예 B 회수 당용액 165,200 3.08 5,096 1.02 0.0 98.5 21.8
실시예 C 회수 당용액 222,000 2.29 5,075 1.02 0.0 98.1 20.2
표 2는 당화물은 당농도가 높아 비중이 크고 미립자를 많이 가지고 있어서 1,902 × g의 힘으로 5분 원심분리하여도 당화잔사 중 일부가 가라앉지 않아 탁도가 측정이 불가능할 만큼 높게 나타나는 것을 보여준다. 반면에 본 발명의 당화잔사 응집용 단백질 첨가제인 제조예 2의 콩 단백질 추출물을 당화잔사 1 g 당 0.026 g(당화물 1 kg 당 2 g 단백질)을 첨가하여 회수한 당용액은 비록 양이 3배 이상으로 증가하고 포도당 농도는 약 1/3로 낮아졌지만 맑은 용액이 되어 고액분리가 효율적으로 이루어졌다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예로부터 얻은 당회수율은 98.5%에 달하는 것으로 나타나 본 발명의 당용액 회수기술은 단순한 공정으로도 매우 높은 당회수율을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
실시예 C의 디캔터를 이용하여 제조한 당용액도 최종 부피가 원 당용액의 네 배에 달했지만 당 회수율이 98%로 매우 높고 또한 맑아서 당회수 기술로 바람직하였다.
<시험예 1: 거대억새 효소당화물로부터 회수한 당용액의 효소 함유량 확인>
습윤 상태의 거대억새 분쇄물(수분 65%, 20 메시 이하, 한국산)을 연속고압반응기(SuPR2G, Advancebio 제품, 미국)에 주입하여 200 oC에서 10분간 열수전처리 하였다. 전처리물에 원시료 건조중의 10배의 수분함량이 되도록 물을 가하여 혼합한 후 필터프레스(태영필트레이션, 한국)에 주입하여 고액분리한 후 커팅밀에 주입하여 가볍게 분쇄함으로써 당화용 기질을 준비하였다. 총 부피 7 리터의 당화기(한일과학 제품, 한국)에 비이온수 4061 g을 먼저 넣고 상기 당화기질 1190 g을 가하였다. 당화기를 50±1 oC, pH 5.5±0.05, 교반속도 200rpm을 유지하였다. 여기에 당화효소 셀릭씨텍3(Cellic CTec3, 노보자임스 코리아 제품, 서울)를 24 ml 가하였다. 총 144시간 동안 당화하여 당화물을 제조하였다. 당화물을 저어주어 균질화하면서 200 g 씩 취하여 각각 네 개의 500 ml용 원심분리 튜브와 두 개의 배양병에 담았다. 당화물이 담긴 두 개의 원심분리 튜브에는 마그네틱 스터러로 저어주면서 상기 제조예 2의 콩 단백질 추출물 현탁액 200 ml를 넣고 5분간 교반을 지속하였다. 이후 1,902 × g에서 5분간 원심분리하여 맑은 상징액을 얻었다. 당화물이 담긴 두 개의 원심분리 튜브에는 비이온수 200 ml를 가하고 혼합한 후 1,902 × g에서 90분간 원심분리하여 맑은 상징액을 얻었다. 당화물이 담긴 두 개의 배양병에는 비이온수 200 ml를 가하고 고온멸균기(autoclave)에 넣어 121 oC에서 20분간 변성시켰다. 원심분리 튜브에 내용물을 옮기고 1,902 × g에서 5분간 원심분리하여 맑은 상징액을 얻었다. 상기 당화용 기질 3.17 g을 125 ml용 삼각플라스크에 달아넣고 시트르산 완충액(1 M, pH 5.5, 시그마알드리치 제품, 미국) 8 ml, 소디움 아자이드(1%, 무게/무게, 시그마알드리치 제품, 미국) 1.3 ml, 상기 각 당용액 24 ml를 가한 다음 산도를 pH 5.5로 조절하였다. 플라스크 내용물의 무게가 40 g이 되도록 비이온수를 가하고 밀봉하였다. 효소 표준 시험구로는 상기와 같이 당화용 기질, 시트르산 완충액, 소디움 아자이드 및 비이온수로 이루어진 당화계에 당화효소로서 Cellic CTec3 를 희석하여 용량별로 첨가하되 그 양이 각각 효소 원액으로 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 및 0.05 ml가 되도록 하였다. 상기 시료를 회전교반기(orbit shaker, 가온과학 제품, 한국)에 넣고 50±1 oC에서 교반속도 200rpm으로 72시간 당화하였다. 당화 후 당화물 1 ml를 취하여 원심분리(11,000rpm, 20분)한 후 고속액체크로마토그래프(HPLC, Waters 제품, 미국)로 상징액 중의 포도당 농도를 분석하였다. 효소 표준 시험구의 당화율로 그린 표준 곡선도 2를 사용하여 시료 당용액 중의 효소 활성을 당화율로 대신하여 표기한 결과는 표 3에 정리하였다.
구분 당화율 측정 결과(%)
당화물 가온처리 후 원심분리 0
무처리 당화물 원심분리 11.4±1.1
단백질 첨가제 응집 후 원심분리 15.9±0.1
당화물의 각기 다른 처리 후 당용액의 효소활성을 측정하였을 때 표 3과 같이 고속원심분리 상징액은 주어진 조건에서 당화기질의 11.4%를 포도당으로 전환함으로써 효소가 함유되어 있다는 것을 보여준다. 반면에 당화물이 함유하고 있는 효소를 변성시켜 미세입자의 응집을 유도하는 경우 새로 첨가된 당화기질에 대한 당용액의 효소 활성은 전혀 볼 수 없다. 이와는 대조적으로 본 발명의 방법을 사용하여 얻은 당용액은 오히려 무처리 당용액보다 더 높은 효소 당화율을 보여주어 최소한 당용액 중의 효소를 불활성화하거나 없애지는 않는다는 것을 보여준다.

Claims (10)

  1. 바이오매스 전처리물에 당화효소를 가하여 당화하는 바이오매스 당화물 제조단계;
    상기 바이오매스 당화물에 당화잔사 응집용 단백질 첨가제로 콩 단백질 추출물(soy protein isolated), 콩 단백질(soy protein concentrate), 콩 분쇄물(soy flour)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 현탁액으로 첨가하고 교반하여 미세입자가 응집된 슬러리를 제조하는 미세입자 응집단계; 및
    상기 미세입자가 응집된 슬러리를 원심분리 혹은 여과하여 당용액을 분리하는 당용액 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 당화잔사 응집용 단백질 첨가제는 단백질의 분자구조 내에 소수성 표면을 일부라도 가지고 있어서 물에 녹인 후 수용액의 산도(pH)를 조정하거나 가열하였을 때 현탁액을 형성하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 당용액 회수단계는 원심분리기, 필터프레스 또는 디캔터 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 당용액 회수단계 이후에 당화잔사를 물과 혼합하며 교반하여 당화잔사 중 당용액을 희석 증량하는 단계; 및
    당화잔사로부터 희석 증량된 당용액을 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 당용액을 희석 증량하는 단계는 회분식 또는 연속식 분산교반기를 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 당화잔사로부터 희석 증량된 당용액을 분리하는 단계는 필터프레스 또는 디캔터 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 희석 증량된 당용액을 바이오매스 당화물 제조단계 및 미세입자 응집단계를 거친 미세입자가 응집된 슬러리의 희석 증량에 재사용하는 것을 특징으로 하는 바이오매스의 당화로 제조한 당용액의 회수방법.
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