KR20150076346A - The method for enhancing fermentation efficiency of lignocellulosic biomass - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 목질계 바이오매스의 발효 효율 향상 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 목질계 바이오매스 당화 후 에탄올 발효를 저해하는 물질을 제거하여 에탄올 발효 효율을 향상시킬 수 있는 발효 효율 향상 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for enhancing fermentation efficiency of woody biomass, and more particularly, to a method for enhancing fermentation efficiency by removing substances inhibiting ethanol fermentation after saccharification of woody biomass .
바이오매스(Bio-mass)는 태양 에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 의미한다. 이와 같은 바이오매스를 이용한 바이오에너지(Bio-energy)의 이용은 유지 작물로부터 유지를 추출한 후 이를 에스테르화 하여 바이오디젤을 제조하거나, 목질계 바이오매스인 전분 작물 및/또는 섬유소 식물체를 당화시켜 얻은 당분을 알코올 발효시켜 바이오 알콜을 제조하거나 또는 유기성 폐기물을 혐기 발효시켜 메탄가스를 얻고 이로부터 메탄올을 제조하는 등 여러 가지 분야가 있다.
Bio-mass refers to bio-organisms, including plants, fungi, and living organisms that are produced by the photosynthesis of plants and micro-organisms that receive solar energy. The use of bio-energy using such biomass can be achieved by extracting the fat from the fat-bearing crops and then esterifying the oil to produce biodiesel, or adding sugars obtained by saccharifying starch crops and / or fibrinous plants, There are various fields such as producing bio-alcohol by fermenting alcohol or anaerobically fermenting organic wastes to obtain methane gas and producing methanol therefrom.
상기 목질계 바이오매스의 원료로는 보리, 옥수수 등을 사용할 수 있고, 섬유소 식물체는 목질(wood), 볏짚 등을 사용할 수 있다.
As the raw material of the woody biomass, barley, corn, etc. may be used, and the flesh plant may be wood, rice straw and the like.
목질계 바이오매스의 당화 공정은 산 가수분해법과 생물학적인 효소 당화법이 이용되고 있다. 상기 목질계 바이오매스의 산 가수분해법은 황산을 이용하여 목질계 바이오매스의 섬유소 간에 형성된 에테르 결합을 분해하여 글루코오스, 만노오스, 갈락토오스, 자일로오스, 아라비노오스 등의 단당류를 생산하는 공정이다. 이러한 방법은 목질계 바이오매스의 단당류 전환 비율은 높지만 최종 산물이 산 조건 하에 존재하므로 에탄올 발효를 위해서는 중화 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다.
An acid hydrolysis method and a biological enzyme saccharification method are used for saccharification of woody biomass. The acid hydrolysis method of the woody biomass is a process for producing monosaccharides such as glucose, mannose, galactose, xylose and arabinose by decomposing ether bonds formed between cellulose of woody biomass using sulfuric acid. This method has a disadvantage in that the conversion rate of the woody biomass to the monosaccharide is high but the final product is present under the acid condition and therefore must be neutralized for the ethanol fermentation.
나아가, 이와 같은 산 및 알칼리 수용액을 이용하여 고온 및 고압의 전처리를 통해 목질계 바이오매스의 물리적 구조를 약화시킨 후 셀룰라아제(cellulose)를 이용하여 셀룰로오스(cellulose)를 포도당으로 전환시킨 결과 획득되는 당화액을 미생물 발효 공정을 통해 에탄올로 전환한 후 증류 및 무수화 공정을 거쳐 최종적으로 에탄올을 생산하게 된다.
Further, the physical structure of the woody biomass is weakened through the pretreatment of high temperature and high pressure by using such an acid and an alkaline aqueous solution, and the saccharified liquid obtained by converting the cellulose into glucose by using cellulose Is converted to ethanol through a microbial fermentation process, followed by distillation and dehydration to finally produce ethanol.
그러나, 상술한 바와 같이 종래의 목질계 바이오 에탄올 생산 공정에 의하면 약산 및 알칼리 전처리 공정을 수반함으로써 공정 중 에탄올 발효를 저해하는 물질인 아세트산 및 포름산 등이 생성되며, 따라서 이러한 산 성분에 의해 미생물 에탄올 발효 효율이 저하되는 문제가 있다.
However, as described above, according to the conventional woody bioethanol production process, acetic acid and formic acid, which inhibit ethanol fermentation in the process, are produced by accompanied by a weak acid and alkali pretreatment process. Therefore, the microbial ethanol fermentation There is a problem that the efficiency is lowered.
따라서, 이와 같은 에탄올 발효 저해 물질이 제거된 목질계 바이오매스의 발효 효율 향상 방법이 제공되는 경우 관련 분야에서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
Therefore, when the method for improving the fermentation efficiency of the woody biomass in which the ethanol fermentation inhibiting substance is removed is provided, it is expected to be usefully applied in the related field.
이에 본 발명의 한 측면은 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리를 이용하여 에탄올 발효 저해 물질을 제거하는 단계를 포함하는 목질계 바이오매스의 발효 효율 향상 방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, one aspect of the present invention provides a method for enhancing the fermentation efficiency of woody biomass comprising the step of removing ethanol fermentation inhibitory substance by using Capacitive Deionization (CDI) treatment.
본 발명의 일 견지에 의하면, 목질계 바이오매스를 제공하는 단계; 목질계 바이오매스와 산 용액을 혼합하여 산 전처리 하는 단계; 산 전처리된 목질계 바이오매스와 알카리 용액을 혼합하여 중화 전처리하는 단계; 전처리된 목질계 바이오매스를 당화하여 당화액을 획득하는 단계; 및 상기 당화액을 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리하여 유기산을 제거하는 단계를 포함하는 목질계 바이오매스의 발효 효율 향상 방법이 제공된다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a method of making a woody biomass comprising: providing a woody biomass; Mixing the woody biomass with an acid solution to perform acid pretreatment; Pretreating the acid pretreated woody biomass with an alkaline solution to neutralize; Saccharifying the pretreated woody biomass to obtain a saccharified liquid; And a step of subjecting the saccharified liquid to a capacitive deionization (CDI) treatment to remove organic acids. The present invention also provides a method for improving the fermentation efficiency of woody biomass.
상기 목질계 바이오매스를 제공하는 단계는 목질계 바이오매스를 건조하는 단계 및 분쇄하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
The step of providing the woody biomass preferably comprises drying and pulverizing the woody biomass.
상기 산 용액은 1 내지 2 중량% 농도의 황산 수용액인 것이 바람직하다.
The acid solution is preferably a sulfuric acid aqueous solution having a concentration of 1 to 2% by weight.
상기 중화 전처리하는 단계는 최종 pH가 5 내지 7이 되도록 수행되는 것이 바람직하다.
It is preferable that the neutralization pretreatment is performed so that the final pH is 5 to 7.
상기 알카리 용액은 Ca(OH)2, NaOH, 및 KOH로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
The alkali solution is preferably at least one selected from the group consisting of Ca (OH) 2 , NaOH, and KOH.
상기 당화액을 획득하는 단계는 셀룰라아제, 자일라아제, 아밀라제, α-글루코시다제, 및 β-글루코시다제로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 당화 효소를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.
Preferably, the step of obtaining the saccharified liquid is performed using at least one saccharifying enzyme selected from the group consisting of a cellulase, a zyla lase, an amylase, an a-glucosidase, and a-glucosidase.
상기 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리에 의해 제거되는 유기산은 아세트산 및 포름산을 포함한다.
The organic acids removed by the capacitive deionization (CDI) treatment include acetic acid and formic acid.
본 발명에 의하면 목질계 바이오매스 당화 시 발생하는 유기산을 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리를 통해 제거함으로써 에탄올의 생산 효율을 증가시킬 수 있으며, 특히 고농도의 에탄올 발효 시에는 이와 같은 유기산의 농도가 최대 4배 이상 증가되므로, 이 경우 본 발명을 적용하면 더욱 효과적인 에탄올 발효를 수행할 수 있다.
According to the present invention, the production efficiency of ethanol can be increased by removing the organic acid generated during the saccharification of the woody biomass through the capacitive deionization (CDI) treatment. Especially, when the ethanol concentration is high, Is increased up to four times or more. In this case, more effective ethanol fermentation can be performed by applying the present invention.
도 1은 본 발명에 따라 CDI 처리 후의 당화액을 이용하여 에탄올 발효를 수행할 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 방법에 따라 CDI 처리 전의 당화액을 이용하여 에탄올 발효를 수행할 결과를 나타낸 것이다.Fig. 1 shows the result of performing ethanol fermentation using a saccharified solution after CDI treatment according to the present invention.
FIG. 2 shows the result of performing ethanol fermentation using a saccharified solution before the CDI treatment according to the conventional method.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
본 발명에 의하면, 목질계 바이오매스의 당화액으로부터 에탄올 발효를 저해하는 물질인 유기산을 제거하여 에탄올 발효 효율을 향상시킬 수 있는 방법이 제공된다.
According to the present invention, there is provided a method for improving the ethanol fermentation efficiency by removing organic acid, which is a substance inhibiting ethanol fermentation, from a saccharified liquid of woody biomass.
보다 상세하게, 본 발명의 목질계 바이오매스의 발효 효율 향상 방법은 목질계 바이오매스를 제공하는 단계; 목질계 바이오매스와 산 용액을 혼합하여 산 전처리 하는 단계; 산 전처리된 목질계 바이오매스와 알카리 용액을 혼합하여 중화 전처리 하는 단계; 전처리된 목질계 바이오매스를 당화하여 당화액을 획득하는 단계; 및 상기 당화액을 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리하여 유기산을 제거하는 단계를 포함한다.
More specifically, the method for improving the fermentation efficiency of the woody biomass of the present invention comprises the steps of: providing a woody biomass; Mixing the woody biomass with an acid solution to perform acid pretreatment; Pretreating the acid pretreated woody biomass with an alkaline solution to neutralize; Saccharifying the pretreated woody biomass to obtain a saccharified liquid; And subjecting the saccharified liquid to capacitive deionization (CDI) to remove the organic acid.
본 발명이 적용될 수 있는 목질계 바이오매스는 발효당을 생산할 수 있는 것이면 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 예를 들어 상기 목질계 바이오매스의 원료는 볏짚, 하드 우드, 소프트 우드, 초본류, 재생지(recycled paper), 폐지(waste paper), 목편, 펄프 및 종이 폐기물, 폐목재, 간벌목, 옥수수대, 옥수수심, 볏짚, 왕겨, 밀짚, 사탕수수대, 버개스(bagasse), 농부산물, 농폐기물, 가축분뇨, 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
The woody biomass to which the present invention can be applied is not particularly limited as long as it can produce a fermentation sugar. For example, the raw material of the woody biomass may be rice straw, hardwood, softwood, herbaceous rice, paper, waste paper, wood chips, pulp and paper waste, waste wood, lumber, lumber, cornstalks, cornstalks, rice straw, rice hulls, straw, sugarcane, bagasse, agricultural products, Manure, or a mixture thereof.
또한, 본 발명에서 상기 목질계 바이오매스를 제공하는 단계는 목질계 바이오매스를 건조하는 단계 및 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
Also, in the present invention, the step of providing the woody biomass may include drying and pulverizing the woody biomass.
상기 건조하는 단계를 수행하는 건조 온도 및 시간은 특별히 한정되는 것은 아니며,사용하는 목질계 바이오매스의 종류에 따라 적절히 조절할 수 있지만, 전처리에 있어서 수분 함량이 10 중량% 이하의 시료를 사용하는 것이 전처리 반응 효율 면에서 가장 바람직하므로, 상기와 같은 범위의 수분 함량을 얻기 위해 80 내지 100 ℃의 온도에서 6 내지 24시간 동안 건조하는 것이 바람직하다.
The drying temperature and time for carrying out the drying step are not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the kind of the woody biomass to be used. However, in the case of using a sample having a water content of 10% by weight or less in the pretreatment, It is preferable to dry at a temperature of 80 to 100 ° C for 6 to 24 hours in order to obtain the moisture content in the above range.
상기 건조 단계를 수행하는 방법 역시 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 오븐을 이용할 수 있다.
The method of performing the drying step is also not particularly limited, and for example, an oven may be used.
본 발명에서 상기 목질계 바이오매스를 제공하는 단계는 또한 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이때 분쇄 수단의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 사용하는 목질계 바이오매스의 종류에 따라 분쇄에 적합한 것을 사용하면 어느 것이든 무방하다.
In the present invention, the step of providing the woody biomass may further include a step of pulverizing, wherein the type of the pulverizing means is not particularly limited, and the pulverizing means may be used according to the kind of the woody biomass to be used Anything is acceptable.
다만, 분쇄된 목질계 바이오매스는 분말의 평균 입도가 2mm 이하인 것이 전처리 반응 효율을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 이때 입도 범위의 하한은 특별히 한정하지 않으며, 입도는 작을수록 더욱 바람직하다.
However, pulverized woody biomass is preferable because the average particle size of the powder is 2 mm or less, because the efficiency of the pretreatment reaction can be improved. At this time, the lower limit of the particle size range is not particularly limited, and the smaller the particle size, the more preferable.
본 발명에서 전처리하고자 하는 목질계 바이오매스를 제공한 후에는, 산 전처리 및 중화 전처리를 통해 가수분해 반응을 수행한다. 이와 같은 단계에 의하여 섬유소 간에 형성된 에테르 결합을 분해함으로써 고체 상태의 목질계 바이오매스의 물리적 구조를 이루고 있는 결합력을 약화시킬 수 있다.
After providing the woody biomass to be pretreated in the present invention, the hydrolysis reaction is carried out through pretreatment with acid and pretreatment with neutralization. By decomposing the ether bond formed between the fibrils by such a step, the binding force that makes up the physical structure of the solid woody biomass can be weakened.
상기 산 용액은 1 내지 2 중량% 농도의 황산 수용액일 수 있으나, 다만 이에 제한되는 것은 아니며, 산 전처리 하는 단계의 pH는 1 내지 2로 조절하는 것이 바람직하다.
The acid solution may be an aqueous solution of sulfuric acid at a concentration of 1 to 2% by weight, but is not limited thereto, and the pH of the acid pretreatment step is preferably adjusted to 1 to 2.
이에 후속적으로 수행되는 상기 중화 전처리하는 단계는 최종 pH가 5 내지 7이 되도록 수행되는 것이 바람직하다. 상기 중화 전처리 단계의 최종 pH가 5 미만인 경우에는 중화가 불충분하여 후속적인 발효 공정이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있으며, 최종 pH가 7을 초과하는 경우에는 발효 등의 후단 공정에 악영향을 최소화시키기 위하여 산을 다시 가하여 pH 7 이하의 범위 내로 적정하여야 한다.
The subsequent neutralization pretreatment step is preferably performed so that the final pH is 5 to 7. If the final pH of the neutralization pretreatment step is less than 5, there is a problem that the neutralization is insufficient and subsequent fermentation process is not performed smoothly. In case that the final pH is more than 7, in order to minimize the adverse effect on the post- The acid should be added again and titrated to a pH of 7 or less.
상기 중화 전처리하는 단계에 사용될 수 있는 알카리 용액은 Ca(OH)2, NaOH, 및 KOH로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 다만 이에 제한되는 것은 아니다.
The alkaline solution that can be used in the neutralization pretreatment step may be at least one selected from the group consisting of Ca (OH) 2 , NaOH, and KOH, but is not limited thereto.
상기와 같은 전처리 단계가 완료되면, 후속적으로 전처리된 목질계 바이오매스를 당화하여 당화액을 획득하는 단계를 수행하며, 이때 상기 당화액을 획득하는 단계는 셀룰라아제, 자일라아제, 아밀라제, α-글루코시다제, 및 β-글루코시다제로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 당화 효소를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.
When the pretreatment step as described above is completed, a step of saccharifying the pretreated woody biomass is performed to obtain a saccharified liquid. The step of obtaining the saccharified liquid may include a step of obtaining a saccharified liquid by mixing a cellulase, a zyla lase, an amylase, It is preferably performed using at least one saccharifying enzyme selected from the group consisting of glucosidase, and? -Glucosidase.
상기 당화액을 획득하는 단계는 당화 효소를 이용하여 40 내지 60℃의 온도에서 6시간 내지 48시간 동안 수행될 수 있다.
The step of obtaining the saccharified liquid may be performed using saccharifying enzyme at a temperature of 40 to 60 DEG C for 6 to 48 hours.
나아가, 상기 당화액은 당화 효소를 이용하여 획득한 당화액을 원심분리하여 상등액을 분리한 분획만을 이용하는 것이 더욱 바람직한데, 그 이유는 용해된 당(Soluble sugar)이 많이 포함되어 있으며, 석고(gypsum), 미량의 리그닌(lignin) 등이 포함되어 있어 후단 발효공정에서 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.
Furthermore, it is more preferable to use only the fraction obtained by centrifuging the saccharified liquid obtained by using the saccharifying enzyme and separating the supernatant, because it contains a large amount of dissolved sugar, and the gypsum ) And trace amounts of lignin, which may cause problems in the post-stage fermentation process.
한편, 상기 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리는 일반적인 220V의 전압 하에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리를 위한 장치는 특히 제한되는 것은 아니다.
Meanwhile, the capacitive deionization (CDI) treatment is preferably performed under a general voltage of 220 V, and the device for the capacitive deionization (CDI) treatment is not particularly limited.
본 발명에 의하면 상기 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리에 의해 제거되는 유기산은 아세트산 및 포름산을 포함한다. 아세트산 및 포름산은 후속적으로 수행되는 발효 단계의 효율을 저하시키는 물질로서 본 발명에 의하면 이들이 제거되어 발효 효율, 즉 에탄올의 생산 효율을 증가시킬 수 있다.
According to the present invention, the organic acid removed by the capacitive deionization (CDI) treatment includes acetic acid and formic acid. Acetic acid and formic acid lower the efficiency of the subsequent fermentation step. According to the present invention, they can be removed to increase the fermentation efficiency, that is, the production efficiency of ethanol.
상기 본 발명에 후속적으로 수행될 수 있는 에탄올의 발효 공정은 자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis) ZM4, 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 크렙시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca) P2, 브레타노마이세스 커스터시(Brettanomyces curstersii), 사카로마이세스 우브즈런(Saccharomyces uvzrun), 캔디다 브래시카에(Candida brassicae), 사카로마이세스 세르비지에 BS2(Saccharomyces serevisiae BS2) 균주 또는 이들의 혼합에 의해 수행될 수 있는 것으로, 특히 제한되는 것을 아니며, 당해 기술 분야에서 널리 수행되고 있는 어떠한 에탄올 발효 공정을 후속적으로 수행할 수 있다.
The fermentation process of ethanol which can be carried out subsequently to the present invention can be carried out by using Zymomonas mobilis ZM4, Saccharomyces cerevisiae, Klebsiella oxytoca P2, Brettanomyces curstersii, Saccharomyces uvzrun, Candida brassicae, Saccharomyces cerevisiae BS2 strain BS2, or a combination thereof. Any ethanol fermentation process that is widely practiced in the art may be subsequently performed, as is not particularly limited, as may be performed by mixing.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of specific examples. The following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example
실시예Example 1 One
90 ℃의 건조 오븐에서 12시간 동안 건조시킨 100g의 볏짚을 1리터의 1% 황산에 침지시킨 후 120℃ 온도 및 1 bar 압력 하에서 1 시간 동안 처리하였다. 산 전처리에 의해 획득한 전처리물을 고형 CaOH2를 이용하여 pH를 5.0으로 적정하였다. 중화 전처리한 결과물에 셀룰라아제를 투입하여 50℃에서 24 시간 동안 당화시킨 후 원심분리기를 이용하여 상등액을 분리하여 당화액을 획득하였다.
100 g of rice straw dried in a drying oven at 90 캜 for 12 hours was immersed in 1 liter of 1% sulfuric acid and treated at 120 캜 for 1 hour. The pretreated product obtained by acid pretreatment was titrated to pH 5.0 using solid CaOH 2 . Cellulase was added to the neutralized pretreated product and saccharified at 50 ° C for 24 hours. Then, the supernatant was separated using a centrifuge to obtain a saccharified solution.
나아가, 상기 당화액을 1.2V 전압이 걸려 있는 탄소봉을 음극과 양극 지지체(10cmx10cm)에 양이온 수지막(Neosepta CMX)과 음이온 수지막(Neosepta AMX)을 씌운 상태로 위치시킨다. 그리고 그 사이에 120 ㎛ 두께의 나일론으로 제조된 스페이서로 구성된 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 장치의 단위 셀(unit cell)에 10 ml/min의 양으로 펌프(peristaltic pump)를 이용하여 투입한 후 유기산을 제거하였다.
Further, the saccharified solution was placed in a state that a carbon bar having a voltage of 1.2 V was applied to a cathode and a positive resin film (Neosepta CMX) and an anion resin film (Neosepta AMX) were placed on a cathode support (10 cm x 10 cm). And a capacitive deionization (CDI) device composed of a spacer made of nylon having a thickness of 120 μm therebetween The unit cell was pumped at a rate of 10 ml / min using a peristaltic pump, and the organic acid was removed.
하기 표 1에는 CDI 처리 전과 CDI 처리 후의 당화액 내에 존재하는 아세트산, 포름산 및 유리 단당의 농도를 HPLC를 이용하여 측정한 결과를 나타내었다.
Table 1 below shows the concentrations of acetic acid, formic acid, and monosaccharide present in the saccharified liquid before and after the CDI treatment using HPLC.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, CDI 처리 후에는 아세트산 및 포름산이 매우 효율적으로 제거된 반면, 전처리 및 당화 시 유리된 단당의 농도는 거의 변함없이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, after the CDI treatment, acetic acid and formic acid were removed very efficiently, while the concentration of the monosaccharide liberated upon pretreatment and saccharification remained almost unchanged.
나아가, 상기 유기산이 제거된 당화액을 발효시키기 위해 5g/l의 옥수수 침지액(corn steep liquor)을 첨가하고 자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis ZM4)를 5L 발효조에 투입하여, 배양 온도 30℃, 교반 속도 100rpm에서 24 시간 동안 배양하여 에탄올 발효를 실시하였다. 그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이 상기 자이모모나스(Zymomonas mobilis ZM4)는 10 시간에 약 12.1 g/L로 높은 에탄올 생산량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다(도 1).
Further, a corn steep liquor of 5 g / l was added to ferment a glycated liquid from which the organic acid had been removed, and a Zymomonas mobilis ZM4) was added to a 5 L fermenter and incubated at a culture temperature of 30 캜 and a stirring speed of 100 rpm for 24 hours to conduct ethanol fermentation. As a result, as shown in FIG. 1, the Zymomonas mobilis ZM4 showed high ethanol production at about 12.1 g / L in 10 hours (FIG. 1).
비교예Comparative Example 1 One
상기 실시예 1과 동일한 공정에 의해 획득된 CDI 처리 전 당화액을 이용하여 실시예 1과 동일한 조건에서 24 시간 동안 배양하여 에탄올 발효를 실시하였다. 그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이 에탄올 생산량은 약 24시간 동안 약 10 g/l로 상기 실시예 1에 비하여 약 두 배 이상 발효 시간이 길어진 것을 확인할 수 있었다.
Ethanol fermentation was carried out for 24 hours under the same conditions as in Example 1 using the saccharide-free solution obtained by the same procedure as in Example 1 above. As a result, as shown in FIG. 2, it was confirmed that the ethanol production was about 10 g / l for about 24 hours, and the fermentation time was longer than that of Example 1 by about twice.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
Claims (7)
목질계 바이오매스와 산 용액을 혼합하여 산 전처리 하는 단계;
산 전처리된 목질계 바이오매스와 알카리 용액을 혼합하여 중화 전처리하는 단계;
전처리된 목질계 바이오매스를 당화하여 당화액을 획득하는 단계; 및
상기 당화액을 축전식 탈염(Capacitive Deionization, CDI) 처리하여 유기산을 제거하는 단계
를 포함하는 목질계 바이오매스의 발효 효율 향상 방법.
Providing woody biomass;
Mixing the woody biomass with an acid solution to perform acid pretreatment;
Pretreating the acid pretreated woody biomass with an alkaline solution to neutralize;
Saccharifying the pretreated woody biomass to obtain a saccharified liquid; And
A step of subjecting the saccharified liquid to capacitive deionization (CDI) to remove organic acid
Wherein the fermentation efficiency of the woody biomass is improved.
The method of claim 1, wherein providing the woody biomass comprises drying and pulverizing the woody biomass.
The method according to claim 1, wherein the acid solution is a sulfuric acid aqueous solution having a concentration of 1 to 2 wt%.
The method of claim 1, wherein the pretreatment of neutralization is performed so that the final pH is 5 to 7.
The method of claim 1, wherein the alkaline solution comprises Ca (OH) 2 , NaOH, and KOH Wherein the fermentation efficiency of the woody biomass is at least one selected from the group consisting of:
The method according to claim 1, wherein the step of obtaining the saccharified liquid comprises a step of mixing the saccharide with a saccharide, which is carried out using at least one saccharifying enzyme selected from the group consisting of cellulase, xylanase, amylase,? -Glucosidase, A method for enhancing fermentation efficiency of biomass.
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