KR20160008000A - Rice straw saccharification method using combined pretreatment including radiation and alkali, and microalgal lipid production method using same - Google Patents

Rice straw saccharification method using combined pretreatment including radiation and alkali, and microalgal lipid production method using same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a rice straw saccharification method using pre-treatment both radiation and alkali, and to a lipid production method of microalgae using the same. The rice straw saccharification method using pre-treatment both radiation and alkali can be helpfully used in producing lipid using the microalgae, by increasing a cellulose content when treating both a large amount of gamma rays and the alkali, and increasing decomposable properties of rice straw which removes a large amount of lignin and hemicellulose, increasing a glucose and a xylose yield in enzyme hydrolysis, and confirming that Chlorella protothecoides, which are ipid-producing microalgae, produce lipid when culturing a rice straw hydrolyzate as a carbon source.

Description

방사선 및 알카리 병용 전처리를 이용한 볏짚 당화 방법 및 이를 이용한 미세조류 지질 생산 방법{Rice straw saccharification method using combined pretreatment including radiation and alkali, and microalgal lipid production method using same}[0001] The present invention relates to a method of producing a rice straw saccharification method using a pretreatment method using radiation and alkali, and a microalgae lipid production method using the same,

본 발명은 방사선 및 알카리 병용 전처리를 이용한 볏짚 당화 방법 및 이를 이용한 미세조류 지질 생산 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for saccharification of rice straw using pretreatment for combination of radiation and alkali, and a method for producing microalgae using the same.

리그노셀룰로스계 바이오 매스(lignocellulosic biomass)는 셀룰로스(cellulose), 헤미셀룰로스(hemicellulose) 및 리그닌(lignin)으로 구성되어 있고, 이는 지구상에서 가장 풍부하고 재생가능한 원료(source)이다. 리그노셀룰로스계 바이오 매스에는 농업 잔여물(agricultural residue), 임업 잔여물(forestry residue), 동물 및 인간 폐기물(waste) 등이 포함되고, 이는 바이오 연료(biofuel) 및 부가가치의 바이오 물질(value-added biomaterial)을 위한 당의 잠재적이고 지속가능한 원료로 인식되어 왔다(Himmel et al., 2007). 게다가, 음식 및 에너지 자원 사이의 충돌, 에너지를 위한 빠른 성장 요구, 저장된 석유의 감소 및 화석 연료의 사용이 환경에 미치는 영향이 바이오 연료를 생산하기 위한 리그노셀룰로스계 바이오 매스에서 중요하게 강조되고 있다(Cassman 및 Liska, 2007). 그러나, 리그노셀룰로스는 구성요소들(components) 사이의 화학적 상호작용(chemical interaction)때문에 자연적인 바이오 매스의 난분해성(natural biomass recalcitrance)을 극복하기 위하여 전처리가 필요하고(Himmel et al., 2007), 많은 물리화학적 구조 및 조성 구성요소가 발효를 위해 필요한 당을 유리(liverate)시키는 리그노셀룰로스 바이오 매스의 효소 소화를 억제함으로써, 리그노셀룰로스 바이오 매스의 효소 가분해를 위한 리그닌의 파괴 및 셀룰로스 및 헤미셀룰로스의 노출을 위한 전처리가 필수적인 단계임이 당업계에 잘 알려져 있다.
Lignocellulosic biomass is composed of cellulose, hemicellulose and lignin, which is the most abundant and renewable source on the planet. Lignocellulosic biomass includes agricultural residues, forestry residues, animal and human wastes, which are biofuels and value-added biomass. biomaterials (Himmel et al., 2007). In addition, impacts on the environment due to collisions between food and energy resources, the need for rapid growth for energy, the reduction of stored oil, and the use of fossil fuels have been highlighted in lignocellulosic biomass to produce biofuels (Cassman and Liska, 2007). However, lignocellulose requires pretreatment to overcome the natural biomass recalcitrance of natural biomass due to chemical interactions between components (Himmel et al., 2007) , By inhibiting the enzymatic digestion of lignocellulosic biomass, which allows many physicochemical structures and constituent components to liver the sugars necessary for fermentation, thereby reducing lignin destruction and degradation of lignin for enzymatic degradation of lignocellulosic biomass, It is well known in the art that pretreatment for exposure of hemicellulose is an essential step.

물리적, 화학적 및 생물학적 전처리를 포함하는 다양한 전처리 방법은 효소 가수분해의 효과를 증가시키고, 리그노셀룰로스 바이오 매스를 사용하는 바이오 연료의 생산에 있어서 비용을 절감하기 위해 개발되었다(Sun and Cheng, 2002; Moiser, et al., 2005; Kumar, et al., 2009; Menon and Rao, 2012). 효소 가분해성을 증가시키기 위해 둘 또는 그 이상의 전처리 기술을 조합한 병용 전처리도 또한 일반적으로 수행되나, 많은 종류의 전처리 방법에 대한 선택권이 있고, 각각의 전처리 방법이 이의 고유한 이점(advantage) 및 약점(disadvantage)을 갖기 때문에 이상적인 선택이 어렵다. 게다가, 최적의 전처리 방법은 바이오 매스의 종류, 이의 경제성 및 환경적 영향에 따라 달라진다. 따라서, 다른 공정과 비교하여 발효당을 얻기 위해 전처리 및 이어지는 효소 가수분해 단계의 운영 비용을 감소시키기 위한 더 많은 범위(scope)가 존재한다.
Various pretreatment methods, including physical, chemical and biological pretreatment, have been developed to increase the effectiveness of enzymatic hydrolysis and reduce costs in the production of biofuels using lignocellulosic biomass (Sun and Cheng, 2002; Moiser, et al., 2005; Kumar, et al., 2009; Menon and Rao, 2012). Combined pretreatment, in which two or more pretreatment techniques are combined to increase the degradability of the enzyme, is also generally performed, but there are options for many types of pretreatment methods, and each pretreatment method has its own advantages and disadvantages (disadvantage), it is difficult to make an ideal choice. In addition, the optimal pretreatment method depends on the type of biomass, its economics and its environmental impact. Thus, there is a greater scope to reduce the operating costs of the pretreatment and subsequent enzymatic hydrolysis steps to obtain fermentation sugars as compared to other processes.

감마선 및 전자선과 같은 전리 방사선(ionizing radiation)은 리그노셀룰로스계 구조 안으로의 침투 및 자유 라디칼(free radical)의 생성에 의하여 리그노셀룰로스의 구조를 변형 또는 방해할 수 있다. 이와 같은 이유로, 방사선 전처리가 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 효소 가수분해를 증가시키기 위한 물리적 전처리 방법으로 오랫동안 연구되어 왔다. 예비 연구 결과는 방사선 전처리 후 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 효소 가분해성이 증가하였음을 나타낸다(Kamakura 및 Kaetsu, 1978; Khan, 1986; Chodsu et al., 1993; Xin 및 Kumakura, 1993). 최근에는 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 전리 방사선 전처리의 영향이 세부적으로 조사되고 있고(Chunping et al., 2008; Yang, et al., 2008; Bak et al., 2009; Driscoll, et al., 2009; Kim et al., 2011; Karthika et al., 2012; Chung et al., 2012; Sun et al., 2013; Karthika et al., 2012a), 방사선 조사가 리그노셀룰로스 바이오 매스의 결정도(crystallinity)를 감소시키고, 중합도(degree of polymerization)의 감소를 유도하며, 효소 접근성 및 효소 가분해성을 증가시키기 위한 표면적을 증가시킴이 확인되었다. 일반적으로, 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 방사선 전처리는 기계적 밀링(mechanical milling), 및 산 또는 알카리 희석액 전처리와 같이 다른 물리적 또는 화학적 전처리와 조합해서 수행되고 있고, 이는 필요한 방사선량을 감소시키고, 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 효소 분해(enzymatic degradation)를 촉진한다. 그러나, 선행연구에서 병용 전처리를 수행하였을 때 이론적인 글루코스 수율이 물리화학적(physico-chemical) 또는 화학적 방법으로 처리된 리그노셀룰로스로부터 수득된 것보다 일반적으로 낮았다(Bak et al., 2009). 효소 가수분해에 있어서 흡수 에너지(absorbed energy), 원료(source), 효소 로딩(enzyme loading) 및 효율성(efficiency)과 같은 바이오 매스의 본질(nature)의 차이로 다른 전처리 방법이 사용된다(Karthika et al., 2012). 따라서, 방사선 전처리와 다른 전처리 방법을 병용하여 리그노셀룰로스 바이오 매스에 처리하는 전처리 방법 및 이에 유용한 산업 효소는 경제성이 있도록 고안되어야 한다.
Ionizing radiation such as gamma rays and electron beams can modify or interfere with the structure of the lignocellulose by penetration into the lignocellulose-based structure and generation of free radicals. For this reason, radiation pretreatment has long been studied as a physical pretreatment method to increase the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass. Preliminary results indicate that degradation of lignocellulosic biomass enzymes is increased after radiation pretreatment (Kamakura and Kaetsu, 1978; Khan, 1986; Chodsu et al., 1993; Xin and Kumakura, 1993). Recently, the effect of ionizing radiation pretreatment on lignocellulosic biomass has been investigated in detail (Chunping et al., 2008; Yang, et al., 2008; Bak et al., 2009; Driscoll, et al., 2009 , 2012; Karthika et al., 2012a), the effect of irradiation on the crystallinity of lignocellulosic biomass ), Inducing a decrease in degree of polymerization, and increasing the surface area for increasing enzyme accessibility and enzyme degradability. Generally, the radiation pretreatment of lignocellulosic biomass is performed in combination with other physical or chemical pretreatments such as mechanical milling and acid or alkaline dilution pretreatment, which reduces the amount of radiation required, Promotes the enzymatic degradation of cellulosic biomass. However, the theoretical yield of glucose when combined pretreatment in previous studies was generally lower than that obtained from lignocellulose treated physico-chemical or chemically (Bak et al., 2009). Other pretreatment methods are used in enzymatic hydrolysis due to differences in the nature of the biomass, such as absorbed energy, source, enzyme loading, and efficiency (Karthika et al ., 2012). Therefore, a pretreatment method for treating lignocellulosic biomass using radiation pretreatment and other pretreatment methods and industrially useful industrial enzymes should be designed to be economical.

다양한 종류의 리그노셀룰로스계 바이오 매스중에서, 볏짚(rice straw)은 세계에서 가장 풍부하고 재생가능한 원료로 알려진 이후로 바이오 연로 생산을 위한 잠재력있는 후보로 알려져 있다(Binod et al., 2010; Sarkar et al., 2012). 지난 몇년간, 볏짚의 전처리 방법 및 볏짚을 바이오 연료, 특히 바이오 에탄올(bioethanol)로 전환시키기 위한 광범위한 연구가 수행되어왔다(Sun 및 Cheng, 2002; Kumar et al., 2009; Binod et al., 2010). 그러나, 리그로셀룰로스계 바이오 매스로부터의 바이오 에탄올 생산에 대한 광범위하고 유용한 정보에 비하여 리그노셀룰로스계 바이오 매스를 사용한 바이오 디젤 생산에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 또한, 이들은 미생물 대사를 억제하는 것으로 알려진 아세트산(acetic acid), 푸르푸랄(furfural), HMF, 중금속(heavy metal) 및 수용성 리그닌(water soluble regnin)과 같은 당(sugar) 외에 화합물 양 및 종류(type)에 차이가 있다(Silva et al., 2013). 따라서, 세포 성장 및 오일 생산에 있어서 리그노셀룰로스 가수 분해물에 의한 영향이 상기 가수 분해물을 탄소원으로 대규모 발효과정에 적용되기 전에 평가되어야 한다.
Among the various types of lignocellulosic biomass, rice straw is known as a potential candidate for biofuel production since it is known as the world's most abundant and renewable raw material (Binod et al., 2010; Sarkar et al., 2012). In the past few years, extensive research has been undertaken to convert rice straw into pretreatment methods and convert straw straw into biofuels, particularly bioethanol (Sun and Cheng, 2002; Kumar et al., 2009; Binod et al., 2010 ). However, production of biodiesel using lignocellulosic biomass is less well known than extensive and useful information on the production of bioethanol from leathers of cellulosic biomass. In addition, they are used in combination with sugar, such as acetic acid, furfural, HMF, heavy metal and water soluble regnin, which are known to inhibit microbial metabolism, ) (Silva et al., 2013). Therefore, the effect of lignocellulose hydrolysates on cell growth and oil production must be evaluated before the hydrolyzate is applied as a carbon source to a large scale fermentation process.

지난 10년간, 미세조류는 높은 오일 함량, 강한 환경 적응능력, 바이오 디젤 생산에 사용되는 에너지 작물보다 짧은 라이프 사이클(life cycle), 및 무경작 영역을 이유로 지속가능하고, 생분해성의 바이오 디젤 생산을 위한 가장 잠재적인 원료 중의 하나로 고려되어 왔다(Chisti, 2007; Li et al., 2008; Meng et al., 2009). 그러나, 조류에 기반을 둔 바이오 디젤 생산은 전체 배지 비용의 80%를 글루코스 비용이 차지할 정도로 발효 기질(fermentation substrate)의 비용이 높기 때문에 제한적이다(Li et al., 2007). 종속 배양(heterotrophic cultivation)하에서 미세조류, 높은 바이오 매스 및 지질(lipid) 생산에 대한 다양한 그룹 중에 빨리 성장하고, 높은 오일 함유량을 나타내는 클로렐라 프로토테코이드(Chlorella protothecoides)가 유기 탄소 투입(organic carbon input)을 위한 비용을 줄일 수 있는 다양한 탄소원을 사용함을 확인하였다. 여기에는 예를 들어, 사탕수수 주스(sugar cane juice)(Cheng et al., 2009b), 폐 당밀(waste molasses)(Yan et al., 2011), 미가공의 글리세린(crude glycerol)(O'Grady and Morgan, 2011), 돼지 감자(jerusalem artichoke)로부터의 녹말 가수 분해물(starch hydrolysates)(Cheng et al., 2009a), 단수수(sweet sorghum)(Gao et al., 2010), 옥수수 가루(corn powder)(Xu et al., 2006) 및 카사바(cassava)(Wei et al., 2009; Lu et al., 2010)이 바이오 디젤의 생산을 위한 오일을 생산하기 위하여 종속 배양에서 클로렐라 프로토테코이드의 탄소원으로 사용되었다. 상기 결과는 이들 탄소원이 높은 오일 함유량을 갖는 클로렐라 프로토테코이드의 종속 배양을 통한 오일 생산 및 양질의 바이오 디젤 수득에 사용될 수 있음을 나타낸다. 그러나, 곡물을 원료로 한 바이오 연료 생산의 장기적인 실행 가능성은 논란의 여지가 있다(Cassman 및 Liska, 2007; Groom et al., 2008). 게다가, 곡물을 원료로 한 바이오 연료 생산은 연료 대 식품을 위한 농작물 및 땅의 용도에 대한 도덕적 딜레마를 갖고 있다(Sun 및 Cheng 2002; Cassman 및 Liska, 2007). 그럼에도 불구하고, 오직 몇몇의 연구에서 리그노셀룰로스 바이오 매스로부터의 가수 분해물이 미세조류 오일 생산을 위한 글루코스 또는 곡물을 원료로한 공급원료(feedstock)로 대체될 수 있음을 확인하였다(Li et al., 2007; EL-Sheekh et al., 2012). 따라서, 리그노셀룰로스계 가수 분해물을 사용한 미세조류 오일 생산을 위한 더 많고 깊은 연구가 지속가능하고 경제적인 바이오 디젤 생산을 위해 필요하다.
Over the last decade, microalgae have been used for sustainable, biodegradable biodiesel production due to their high oil content, strong environmental adaptability, shorter life cycles than energy crops used for biodiesel production, and uncultivated areas. Has been considered as one of the most potent raw materials (Chisti, 2007; Li et al., 2008; Meng et al., 2009). However, algae-based biodiesel production is limited due to the high cost of the fermentation substrate, which accounts for 80% of the total media cost (see Li et al., 2007). Chlorella protothecoides, which grow rapidly among various groups for microalgae, high biomass and lipid production under high heterotrophic cultivation and exhibit high oil content, are used for organic carbon input, And that it uses a variety of carbon sources that can reduce costs for the environment. These include, for example, sugar cane juice (Cheng et al., 2009b), waste molasses (Yan et al., 2011), crude glycerol (O'Grady and Morgan, 2011), starch hydrolysates from the jerusalem artichoke (Cheng et al., 2009a), sweet sorghum (Gao et al., 2010), corn powder (Xu et al., 2006) and cassava (Wei et al., 2009; Lu et al., 2010) were used to produce oil for the production of biodiesel as a carbon source of chlorella proto- Respectively. These results indicate that these carbon sources can be used for oil production through the subculture of chlorella proto-choide with high oil content and for the production of high quality biodiesel. However, the long-term viability of grain-based biofuel production is controversial (Cassman and Liska, 2007; Groom et al., 2008). In addition, cereal-based biofuel production has a moral dilemma for the use of crops and land for fuel-to-food (Sun and Cheng 2002; Cassman and Liska, 2007). Nonetheless, only a few studies have confirmed that hydrolysates from lignocellulosic biomass can be replaced by glucose or grain-based feedstocks for microalgae oil production (Li et al. , 2007; EL-Sheekh et al., 2012). Therefore, further and deeper studies for the production of microalgae oil using lignocellulose hydrolyzate are needed for sustainable and economical biodiesel production.

이에, 본 연구자들은 미세조류를 이용한 오일 생산방법을 연구하던 중, 감마선과 알카리를 병용 처리하였을 경우 셀룰로스 함량을 증가시키고, 다량의 리그닌 및 헤미셀룰로스를 제거하여 볏짚의 가분해성을 향상시키며, 효소 가수분해에서 글루코스 및 자일로스 수율을 증가시키고, 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 배양하였을 때 지질 생산 미세조류인 클로렐라 프로토테코이드가 지질을 유의적으로 생산하는 것을 확인함으로써 본 발명의 감마선 및 알카리 병용 전처리한 볏짚 당화 방법을 사용하여 제조된 볏짚 가수 분해물이 미세조류 지질 생산 방법에 사용될 수 있음을 확인함으로써, 본 발명의 볏짚 당화 방법 및 이를 이용한 미세조류 지질 생산을 위한 최적의 조건을 확립하여 본 발명을 완성하였다.
Therefore, when investigating the oil production method using microalgae, the present inventors increased the cellulose content by removing the large amount of lignin and hemicellulose when the gamma ray and alkali were used together to improve the degradability of the rice straw, It was confirmed that when the rice straw hydrolyzate was cultured with a carbon source, chlorella protocheeed, which is a lipid production microalgae, produced lipid significantly, and thus the pretreatment of rice straw and alkaline rice straw The present inventors completed the present invention by confirming that the rice straw hydrolyzate produced using the saccharification method can be used for the production method of microalgae lipid by establishing optimal conditions for the production of microbial lipid using the rice straw saccharification method of the present invention .

본 발명의 목적은 방사선 및 알카리 병용 전처리를 이용한 볏짚 당화 방법 및 이를 이용한 미세조류 지질 생산 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a rice straw saccharification method using pretreatment for combination of radiation and alkali and a microalgae production method using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 리그노셀룰로스계(lignocellulosic) 바이오 매스에 방사선 및 알카리를 병용처리하는 단계를 포함하는 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 전처리 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pretreatment method of lignocellulosic biomass, which comprises lignocellulosic biomass in combination with radiation and alkali.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화 방법을 제공한다:The present invention also provides a method for saccharification of lignocellulosic biomass comprising the steps of:

1) 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 감마선 조사 및 알카리를 병용 처리하는 단계; 및1) treating lignocellulosic biomass with gamma irradiation and alkali treatment; And

2) 상기 단계 1)의 전처리된 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 당화 효소를 처리하는 단계.2) treating the pretreated lignocellulosic biomass of step 1) above with a saccharifying enzyme.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법으로 제조된 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화액을 제공한다.The present invention also provides a saccharified liquid of lignocellulosic biomass prepared by the method of the present invention.

또한, 본 발명은 본 발명의 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화액을 포함하는 미세조류 배지를 제공한다.In addition, the present invention provides a microalgae culture medium containing glycosylated lignocellulosic biomass of the present invention.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 미세조류 지질 생산 방법을 제공한다:The present invention also provides a method for producing microalgae lipids comprising the steps of:

1) 본 발명의 미세조류 배지에 미세조류를 배양하는 단계; 및1) culturing microalgae in the microalgae culture medium of the present invention; And

2) 상기 단계 1)의 배양된 배양액으로부터 지질을 수득하는 단계.
2) obtaining a lipid from the cultured medium of step 1) above.

본 발명의 방사선 및 알카리 병용 전처리를 이용한 볏짚 당화 방법은 감마선과 알카리를 병용 처리하였을 경우 셀룰로스 함량을 증가시키고, 다량의 리그닌 및 헤미셀룰로스를 제거하여 볏짚의 가분해성을 향상시키며, 효소 가수분해에서 글루코스 및 자일로스 수율을 증가시키고, 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 배양하였을 때 지질 생산 미세조류인 클로렐라 프로토테코이드가 지질을 생산하는 것을 확인함으로써 미세조류를 이용한 지질 생산에 유용하게 사용할 수 있는 최적의 방법을 확립하였다.
The method of the present invention for improving the degradability of rice straw by increasing the cellulose content and removing a large amount of lignin and hemicellulose when the gamma ray and alkali are used in combination, And chylella protothecide, which is a lipid production microalgae, was found to produce lipid when the rice straw hydrolyzate was cultivated as a carbon source, thereby providing an optimum method for producing lipid using microalgae Respectively.

도 1은 볏짚에 감마선 및 알카리 병용 전처리에 의한 글루코스(glucose) 및 자일로스(xylose) 수율 변화를 나타낸 도이다.
도 2는 전처리된 볏짚의 가수분해에 있어서 Cellic CTec2 효소 로딩에 따른 글루코스 수율을 변화를 나타낸 도이다.
도 3a는 순수 글루코스 또는 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 종속 배양을 하였을 때 클로렐라 프로토테코이드의 글루코스 및 바이오 매스의 농도 변화를 나타낸 도이다:
○: 순수 글루코스를 탄소원으로 사용하였을 때 글루코스 잔여물의 농도;
●: 순수 글루코스를 탄소원으로 사용하였을 때 세포 농도;
△: 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 사용하였을 때 글루코스 잔여물의 농도; 및
▲: 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 사용하였을 때 세포 농도.
도 3b는 순수 글루코스 또는 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 혼합영양 배양을 하였을 때 클로렐라 프로토테코이드의 글루코스 및 바이오 매스의 농도 변화를 나타낸 도이다:
○: 순수 글루코스를 탄소원으로 사용하였을 때 글루코스 잔여물의 농도;
●: 순수 글루코스를 탄소원으로 사용하였을 때 세포 농도;
△: 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 사용하였을 때 글루코스 잔여물의 농도; 및
▲: 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 사용하였을 때 세포 농도.
FIG. 1 is a graph showing changes in glucose and xylose yields by pretreatment of rice straw with gamma ray and alkali.
FIG. 2 is a graph showing a change in glucose yield due to loading of Cellic CTec2 enzyme in the hydrolysis of pretreated rice straw.
FIG. 3A is a graph showing changes in concentration of glucose and biomass of chlorella protothewide when a pure glucose or rice straw hydrolyzate is subcultured with a carbon source; FIG.
?: Concentration of glucose residue when pure glucose is used as a carbon source;
●: cell concentration when pure glucose is used as a carbon source;
?: Concentration of glucose residue when rice straw hydrolyzate was used as a carbon source; And
▲: Cell concentration when rice straw hydrolyzate was used as a carbon source.
FIG. 3B is a graph showing changes in the concentrations of glucose and biomass of chlorella protocide when a nutrient mixture of pure glucose or rice straw hydrolyzate is mixed with carbon source:
?: Concentration of glucose residue when pure glucose is used as a carbon source;
●: cell concentration when pure glucose is used as a carbon source;
?: Concentration of glucose residue when rice straw hydrolyzate was used as a carbon source; And
▲: Cell concentration when rice straw hydrolyzate was used as a carbon source.

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

본 발명은 리그노셀룰로스계(lignocellulosic) 바이오 매스에 방사선 및 알카리를 병용처리하는 단계를 포함하는 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 전처리 방법을 제공한다.
The present invention provides a method for pretreatment of lignocellulosic biomass comprising combining lignocellulosic biomass with radiation and alkali.

상기 리그노셀룰로스계 바이오 매스는 볏짚, 하드 우드, 소프트 우드, 초본류, 재생지(recycled paper), 폐지(waste paper), 목편, 펄프 및 종이 폐기물, 폐목재, 간벌목, 옥수수대, 옥수수심, 왕겨, 밀짚, 사탕수수대, 바가스, 농부산물, 농폐기물, 가축분뇨로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 볏짚인 것이 가장 바람직하다.The lignocellulosic biomass may be selected from the group consisting of rice straw, hardwood, softwood, herbaceous, recycled paper, waste paper, wood chips, pulp and paper wastes, waste wood, liverwood, cornstalks, , Straw, sugar cane, bargain, agricultural products, agricultural waste, and animal manure. In a preferred embodiment of the present invention, rice straw is the most preferred.

또한, 상기 방사선은 감마선, 전자선, UV 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 감마선 인 것이 가장 바람직하다. 상기 감마선은 코발트(Co)-60, 크립톤(Kr)-85, 스트론튬(Sr)-90 또는 세슘(Cs)-137 등의 방사선 동위원소로부터 방출되는 감마선을 사용하여 조사하는 것이 바람직하며, 코발트(Co)-60 방사선 동위원소로부터 방출되는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 방사선 조사량은 10 내지 300 kGy인 것이 바람직하고, 10 내지 200 kGy인 것이 더욱 바람직하며, 25 내지 100 kGy인 것이 가장 바람직하다. 상기 방사선 조사량이 10 kGy 이하이면 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 300 kGy를 초과하는 경우에는 조사선량에 비해 당화 효율의 변화가 없어 에너지 면에서 비효율적인 문제점이 있다.The radiation may be any one selected from the group consisting of gamma rays, electron beams, UV, and X rays. According to a preferred embodiment of the present invention, gamma rays are most preferable. The gamma ray is preferably irradiated using a gamma ray emitted from a radioisotope such as cobalt (Co) -60, krypton (Kr) -85, strontium (Sr) -90 or cesium (Cs) -137, Co) -60 radioisotope, but it is not limited thereto. The radiation dose is preferably 10 to 300 kGy, more preferably 10 to 200 kGy, and most preferably 25 to 100 kGy. When the irradiation dose is less than 10 kGy, the saccharification efficiency is lowered. When the irradiation dose is more than 300 kGy, there is no change in the saccharification efficiency compared to the irradiation dose, which is inefficient in terms of energy.

또한, 상기 알칼리는 암모니아수, NaOH, Ca(OH)2, Na2S로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 본 발명의 구체적인 실시예에 의하면 NaOH인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 NaOH의 농도는 0.5 내지 3.0%(w/v)인 것이 바람직하고, 1.0 내지 2.0%(w/v)인 것이 더욱 바람직하며, 1.0%(w/v)인 것이 가장 바람직하다. 상기 알칼리 농도가 0.5%(w/v) 미만인 경우 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 3.0%(w/v)를 초과하는 경우에는 당화물의 pH 변화를 야기하는 문제점이 있다. 또한, 상기 알칼리의 처리는 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 5 내지 20 ㎖ 처리하는 것이 바람직하고, 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 9 ㎖ 처리하는 것이 보다 바람직하며, 만약 알칼리의 처리가 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 5 ㎖ 미만인 경우, 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 20 ㎖을 초과하는 경우에는 사용량에 비해 당화 효율에 변화가 없어 비용면에서 비효율적인 문제점이 있다.It is preferable that the alkali is any one selected from the group consisting of ammonia water, NaOH, Ca (OH) 2 , and Na 2 S, but it is most preferred that the alkali is NaOH according to a specific embodiment of the present invention. The concentration of NaOH is preferably 0.5 to 3.0% (w / v), more preferably 1.0 to 2.0% (w / v) and most preferably 1.0% (w / v). When the alkali concentration is less than 0.5% (w / v), there is a problem that the saccharification efficiency is lowered, and when it exceeds 3.0% (w / v), there is a problem that the pH of the saccharide is changed. The alkali treatment is preferably performed at 5 to 20 ml per 1 g of lignocellulosic biomass, more preferably at 9 ml per 1 g of lignocellulosic biomass, In the case of less than 5 ml per 1 g of nocellulose biomass, there is a problem that the saccharification efficiency is lowered, and when it exceeds 20 ml, there is no change in the saccharification efficiency compared with the usage amount, which is inefficient in terms of cost.

아울러, 상기 병용처리는 감마선 조사 및 알칼리를 순차적으로 처리하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
In addition, it is most preferable that the combination treatment is performed sequentially by irradiation with gamma rays and alkali, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 방사선 및 알카리 병용 전처리를 이용한 볏짚 당화 방법은 셀룰로스 함량을 증가시키고, 다량의 리그닌 및 헤미셀룰로스를 제거하여 볏짚의 가분해성을 향상시키며(표 1 참조), 효소 가수분해에서 글루코스 및 자일로스 수율을 증가시키는 것을 직접적으로 확인함으로써(도 1 참조), 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 전처리에 사용될 수 있음을 확인하였다.
In a specific embodiment of the present invention, the rice straw saccharification method using the pretreatment for combination of radiation and alkali improves the degradability of rice straw by increasing the cellulose content and removing a large amount of lignin and hemicellulose (see Table 1) (See Fig. 1), it can be used for the pretreatment of lignocellulosic biomass.

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화 방법을 제공한다:The present invention also provides a method for saccharification of lignocellulosic biomass comprising the steps of:

1) 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 감마선 조사 및 알카리를 병용 처리하는 단계; 및1) treating lignocellulosic biomass with gamma irradiation and alkali treatment; And

2) 상기 단계 1)의 전처리된 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 당화 효소를 처리하는 단계.2) treating the pretreated lignocellulosic biomass of step 1) above with a saccharifying enzyme.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화액 및 이를 포함하는 미세조류 배지를 제공한다.
In addition, the present invention provides a saccharified liquid of lignocellulosic biomass prepared by the above method and a microalgae culture medium containing the same.

상기 리그노셀룰로스계 바이오 매스는 볏짚, 하드 우드, 소프트 우드, 초본류, 재생지(recycled paper), 폐지(waste paper), 목편, 펄프 및 종이 폐기물, 폐목재, 간벌목, 옥수수대, 옥수수심, 왕겨, 밀짚, 사탕수수대, 바가스, 농부산물, 농폐기물, 가축분뇨로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 볏짚인 것이 가장 바람직하다.The lignocellulosic biomass may be selected from the group consisting of rice straw, hardwood, softwood, herbaceous, recycled paper, waste paper, wood chips, pulp and paper wastes, waste wood, liverwood, cornstalks, , Straw, sugar cane, bargain, agricultural products, agricultural waste, and animal manure. In a preferred embodiment of the present invention, rice straw is the most preferred.

또한, 상기 방사선은 감마선, 전자선, UV 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 감마선 인 것이 가장 바람직하다. 상기 감마선은 코발트(Co)-60, 크립톤(Kr)-85, 스트론튬(Sr)-90 또는 세슘(Cs)-137 등의 방사선 동위원소로부터 방출되는 감마선을 사용하여 조사하는 것이 바람직하며, 코발트(Co)-60 방사선 동위원소로부터 방출되는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 방사선 조사량은 10 내지 300 kGy인 것이 바람직하고, 10 내지 200 kGy인 것이 더욱 바람직하며, 25 내지 100 kGy인 것이 가장 바람직하다. 상기 방사선 조사량이 10 kGy 이하이면 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 300 kGy를 초과하는 경우에는 조사선량에 비해 당화 효율의 변화가 없어 에너지 면에서 비효율적인 문제점이 있다.The radiation may be any one selected from the group consisting of gamma rays, electron beams, UV, and X rays. According to a preferred embodiment of the present invention, gamma rays are most preferable. The gamma ray is preferably irradiated using a gamma ray emitted from a radioisotope such as cobalt (Co) -60, krypton (Kr) -85, strontium (Sr) -90 or cesium (Cs) -137, Co) -60 radioisotope, but it is not limited thereto. The radiation dose is preferably 10 to 300 kGy, more preferably 10 to 200 kGy, and most preferably 25 to 100 kGy. When the irradiation dose is less than 10 kGy, the saccharification efficiency is lowered. When the irradiation dose is more than 300 kGy, there is no change in the saccharification efficiency compared to the irradiation dose, which is inefficient in terms of energy.

또한, 상기 알칼리는 암모니아수, NaOH, Ca(OH)2, Na2S로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 본 발명의 구체적인 실시예에 의하면 NaOH인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 NaOH의 농도는 0.5 내지 3.0%(w/v)인 것이 바람직하고, 1.0 내지 2.0%(w/v)인 것이 더욱 바람직하며, 1.0%(w/v)인 것이 가장 바람직하다. 상기 알칼리 농도가 0.5%(w/v) 미만인 경우 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 3.0%(w/v)를 초과하는 경우에는 당화물의 pH 변화를 야기하는 문제점이 있다. 또한, 상기 알칼리의 처리는 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 5 내지 20 ㎖ 처리하는 것이 바람직하고, 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 9 ㎖ 처리하는 것이 보다 바람직하며, 만약 알칼리의 처리가 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 5 ㎖ 미만인 경우, 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 20 ㎖을 초과하는 경우에는 사용량에 비해 당화 효율에 변화가 없어 비용면에서 비효율적인 문제점이 있다.It is preferable that the alkali is any one selected from the group consisting of ammonia water, NaOH, Ca (OH) 2 , and Na 2 S, but it is most preferred that the alkali is NaOH according to a specific embodiment of the present invention. The concentration of NaOH is preferably 0.5 to 3.0% (w / v), more preferably 1.0 to 2.0% (w / v) and most preferably 1.0% (w / v). When the alkali concentration is less than 0.5% (w / v), there is a problem that the saccharification efficiency is lowered, and when it exceeds 3.0% (w / v), there is a problem that the pH of the saccharide is changed. The alkali treatment is preferably performed at 5 to 20 ml per 1 g of lignocellulosic biomass, more preferably at 9 ml per 1 g of lignocellulosic biomass, In the case of less than 5 ml per 1 g of nocellulose biomass, there is a problem that the saccharification efficiency is lowered, and when it exceeds 20 ml, there is no change in the saccharification efficiency compared with the usage amount, which is inefficient in terms of cost.

또한, 상기 병용처리는 감마선 조사 및 알칼리를 순차적으로 처리하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.It is most preferable that the combination treatment is performed sequentially by irradiation with gamma rays and alkali, but it is not limited thereto.

아울러, 상기 미세조류는 난노클롭시스(Nannochloropsis), 클로렐라(Chlorella), 두나리엘라(Dunaliella), 시네데스무스(Scenedesmus), 셀레나스트룸(Selenastrum), 오실라토리아(Oscillatoria), 포르미듐(Phormidium), 스피루리나(Spirulina), 암포라(Amphora), 및 오크로모나스(Ochromonas)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 클로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로렐라 피레노이도사(Chlorella pyrenoidosa), 클로렐라 바리아빌리스(Chlorella variabilis), 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris) 및 클로렐라 프로토테코이드(Chlorella protothecoides)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 더욱 바람직하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 클로렐라 프로토테코이드(Chlorella protothecoides)인 것이 가장 바람직하다.
In addition, the microalgae may be selected from the group consisting of Nannochloropsis, Chlorella, Dunaliella, Scenedesmus, Selenastrum, Oscillatoria, Phormidium, ), Spirulina (Spirulina), Amfora (Amphora), and oak preferably composed of any one selected from the group consisting of Pseudomonas (Ochromonas), and chlorella minu tea Shima (chlorella minutissima), chlorella Pierre D'Dosa (chlorella pyrenoidosa), Chlorella Varia Billy's (Chlorella variabilis , Chlorella vulgaris) and protocol Chlorella Teco id (and more preferably one selected from the group consisting of Chlorella protothecoides), in accordance with a preferred embodiment of the present invention is most preferably Chlorella Teco protocol id (Chlorella protothecoides).

본 발명의 구체적인 실시예에서, 방사선 및 알카리 병용 전처리를 이용한 볏짚 당화 방법은 다량의 리그닌 및 헤미셀룰로스를 제거하여 볏짚의 가분해성을 향상시키고, 셀룰로스의 함량을 증가시키며(표 1 참조), 전처리 후 잔여물 회수를 감소시키고(표 2 참조), 미네랄의 농도를 변화시키는 것을 직접적으로 확인함으로써(표 3 참조), 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 전처리에 사용될 수 있음을 확인하였다.
In a specific example of the present invention, the rice straw saccharification method using the pretreatment for combination of radiation and alkali improves the degradability of rice straw by removing a large amount of lignin and hemicellulose, and increases the content of cellulose (see Table 1) It has been confirmed that it can be used for pretreatment of lignocellulosic biomass by directly reducing the residue recovery (see Table 2) and directly confirming that the concentration of minerals is changed (see Table 3).

또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 미세조류 지질 생산 방법을 제공한다:The present invention also provides a method for producing microalgae lipids comprising the steps of:

1) 본 발명의 미세조류 배지에 미세조류를 배양하는 단계; 및1) culturing microalgae in the microalgae culture medium of the present invention; And

2) 상기 단계 1)의 배양된 배양액으로부터 지질을 수득하는 단계.
2) obtaining a lipid from the cultured medium of step 1) above.

상기 리그노셀룰로스계 바이오 매스는 볏짚, 하드 우드, 소프트 우드, 초본류, 재생지(recycled paper), 폐지(waste paper), 목편, 펄프 및 종이 폐기물, 폐목재, 간벌목, 옥수수대, 옥수수심, 왕겨, 밀짚, 사탕수수대, 바가스, 농부산물, 농폐기물, 가축분뇨로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 볏짚인 것이 가장 바람직하다.The lignocellulosic biomass may be selected from the group consisting of rice straw, hardwood, softwood, herbaceous, recycled paper, waste paper, wood chips, pulp and paper wastes, waste wood, liverwood, cornstalks, , Straw, sugar cane, bargain, agricultural products, agricultural waste, and animal manure. In a preferred embodiment of the present invention, rice straw is the most preferred.

또한, 상기 방사선은 감마선, 전자선, UV 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 감마선 인 것이 가장 바람직하다. 상기 감마선은 코발트(Co)-60, 크립톤(Kr)-85, 스트론튬(Sr)-90 또는 세슘(Cs)-137 등의 방사선 동위원소로부터 방출되는 감마선을 사용하여 조사하는 것이 바람직하며, 코발트(Co)-60 방사선 동위원소로부터 방출되는 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 방사선 조사량은 10 내지 300 kGy인 것이 바람직하고, 10 내지 200 kGy인 것이 더욱 바람직하며, 25 내지 100 kGy인 것이 가장 바람직하다. 상기 방사선 조사량이 10 kGy 이하이면 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 300 kGy를 초과하는 경우에는 조사선량에 비해 당화 효율의 변화가 없어 에너지 면에서 비효율적인 문제점이 있다.The radiation may be any one selected from the group consisting of gamma rays, electron beams, UV, and X rays. According to a preferred embodiment of the present invention, gamma rays are most preferable. The gamma ray is preferably irradiated using a gamma ray emitted from a radioisotope such as cobalt (Co) -60, krypton (Kr) -85, strontium (Sr) -90 or cesium (Cs) -137, Co) -60 radioisotope, but it is not limited thereto. The radiation dose is preferably 10 to 300 kGy, more preferably 10 to 200 kGy, and most preferably 25 to 100 kGy. When the irradiation dose is less than 10 kGy, the saccharification efficiency is lowered. When the irradiation dose is more than 300 kGy, there is no change in the saccharification efficiency compared to the irradiation dose, which is inefficient in terms of energy.

또한, 상기 알칼리는 암모니아수, NaOH, Ca(OH)2, Na2S로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나, 본 발명의 구체적인 실시예에 의하면 NaOH인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 NaOH의 농도는 0.5 내지 3.0%(w/v)인 것이 바람직하고, 1.0 내지 2.0%(w/v)인 것이 더욱 바람직하며, 1.0%(w/v)인 것이 가장 바람직하다. 상기 알칼리 농도가 0.5%(w/v) 미만인 경우 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 3.0%(w/v)를 초과하는 경우에는 당화물의 pH 변화를 야기하는 문제점이 있다. 또한, 상기 알칼리의 처리는 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 5 내지 20 ㎖ 처리하는 것이 바람직하고, 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 9 ㎖ 처리하는 것이 보다 바람직하며, 만약 알칼리의 처리가 리그노 셀룰로스계 바이오 매스 1 g 당 5 ㎖ 미만인 경우, 당화 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 20 ㎖을 초과하는 경우에는 사용량에 비해 당화 효율에 변화가 없어 비용면에서 비효율적인 문제점이 있다.It is preferable that the alkali is any one selected from the group consisting of ammonia water, NaOH, Ca (OH) 2 , and Na 2 S, but it is most preferred that the alkali is NaOH according to a specific embodiment of the present invention. The concentration of NaOH is preferably 0.5 to 3.0% (w / v), more preferably 1.0 to 2.0% (w / v) and most preferably 1.0% (w / v). When the alkali concentration is less than 0.5% (w / v), there is a problem that the saccharification efficiency is lowered, and when it exceeds 3.0% (w / v), there is a problem that the pH of the saccharide is changed. The alkali treatment is preferably performed at 5 to 20 ml per 1 g of lignocellulosic biomass, more preferably at 9 ml per 1 g of lignocellulosic biomass, In the case of less than 5 ml per 1 g of nocellulose biomass, there is a problem that the saccharification efficiency is lowered, and when it exceeds 20 ml, there is no change in the saccharification efficiency compared with the usage amount, which is inefficient in terms of cost.

또한, 상기 병용처리는 감마선 조사 및 알칼리를 순차적으로 처리하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.It is most preferable that the combination treatment is performed sequentially by irradiation with gamma rays and alkali, but it is not limited thereto.

아울러, 상기 미세조류는 난노클롭시스(Nannochloropsis), 클로렐라(Chlorella), 두나리엘라(Dunaliella), 시네데스무스(Scenedesmus), 셀레나스트룸(Selenastrum), 오실라토리아(Oscillatoria), 포르미듐(Phormidium), 스피루리나(Spirulina), 암포라(Amphora), 및 오크로모나스(Ochromonas)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하고, 클로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로렐라 피레노이도사(Chlorella pyrenoidosa), 클로렐라 바리아빌리스(Chlorella variabilis), 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris) 및 클로렐라 프로토테코이드(Chlorella protothecoides)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 더욱 바람직하며, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 클로렐라 프로토테코이드(Chlorella protothecoides)인 것이 가장 바람직하다.
In addition, the microalgae may be selected from the group consisting of Nannochloropsis, Chlorella, Dunaliella, Scenedesmus, Selenastrum, Oscillatoria, Phormidium, ), Spirulina (Spirulina), Amfora (Amphora), and oak preferably composed of any one selected from the group consisting of Pseudomonas (Ochromonas), and chlorella minu tea Shima (chlorella minutissima), chlorella Pierre D'Dosa (chlorella pyrenoidosa), Chlorella Varia Billy's (Chlorella variabilis , Chlorella vulgaris) and protocol Chlorella Teco id (and more preferably one selected from the group consisting of Chlorella protothecoides), in accordance with a preferred embodiment of the present invention is most preferably Chlorella Teco protocol id (Chlorella protothecoides).

본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명의 당화 방법으로 제조한 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 사용하는 배지에서 지질을 생산하는 미세조류인 클로렐라 프로토테코이드를 배양하였을 때, 클로렐라 프로토테코이드가 성장하고, 지질을 생산함으로써(도 3 참조), 본원발명의 당화 방법으로 제조된 볏짚 가수 분해물이 미세조류를 이용한 지질 생산에 사용할 수 있음을 확인하였다.
In a specific example of the present invention, when a microalgae, chlorella prototheoid, which produces lipids, is cultured in a medium using a rice straw hydrolyzate prepared by the saccharification method of the present invention as a carbon source, chlorella protococoide grows, By producing lipids (see FIG. 3), it was confirmed that the rice straw hydrolyzate produced by the saccharification method of the present invention can be used for producing lipids using microalgae.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 실험예에 의해서 한정되는 것은 아니다.
It should be noted, however, that the following examples and experimental examples are illustrative of the present invention, but the present invention is not limited by the following examples and experimental examples.

<< 실시예Example 1> 전처리에 의한 볏짚의 성분 변화 확인 1> Confirmation of composition change of rice straw by pretreatment

바이오 매스에 있어서 무게 감소 및 조성 변화는 전처리 방법의 효과를 측정하는데 중요한 지표이다. 또한, 볏짚의 화학적 조성이 농장, 사용된 품종, 수확 시기, 및 보관 환경과 같은 다양한 구성요소에 의해 유의적으로 변하여 무처리 또는 전처리된 볏짚 바이오 매스 사이의 조성 및 무게 변화는 전처리 방법의 효과를 비교하기 위해 가장 먼저 분석된다.
Weight reduction and compositional changes in biomass are important indicators of the effectiveness of the pretreatment method. In addition, chemical composition of rice straw was significantly changed by various components such as farm, used variety, harvesting season, and storage environment, and composition and weight change between untreated or pretreated rice straw biomass decreased the effect of pretreatment method It is first analyzed for comparison.

<1-1> 볏짚의 준비<1-1> Preparation of rice straw

볏짚은 정읍(대한민국)에서 자란 것을 수득하였고, 전처리 전에 최대 5 ㎝로 절단하고 수돗물로 세척하여 부착물(extraneous matter)을 제거하였으며, 항량(constant weight)에 도달할 때까지 70℃의 오븐에서 건조시켰다. 그리고나서 폴리스티렌 봉투(polystyrene bag)에 담아 사용하기 전까지 보관하였다.
Rice straw was grown in Jeongeup (Korea), cut to a maximum of 5 cm before pretreatment, washed with tap water to remove extraneous matter, and dried in an oven at 70 ° C. until constant weight was reached . It was then stored in a polystyrene bag until it was used.

<1-2> 볏짚의 전처리<1-2> Pretreatment of rice straw

볏짚(rice straw)으로부터 글루코스(glucose) 회수을 증가시키기 위하여, 감마선 조사 및 알칼리(0.1% NaOH) 전처리 방법을 수행하였다.In order to increase glucose recovery from rice straw, gamma irradiation and alkaline (0.1% NaOH) pretreatment methods were performed.

구체적으로, 감마선 조사 및 알칼리 전처리를 위하여 볏짚을 잘게 다져서 유리 튜브에 넣고 이를 한국원자력연구원(대한민국, 정읍)의 코발트-60(Cobalt-60) 기계를 사용하여 10 kGy/h의 선량율(dose rate)로 감마선의 최적 흡수선량이 되도록 노출시켰다. 알칼리 전처리를 위해서는 볏짚 10 g을 90 ㎖의 1.0% NaOH(w/w) 용액과 혼합하여 실온(25 내지 30℃)에서 5일간 방치하였다. 전처리 후, 젖은 볏짚을 여과하여 모으고, 중성 pH가 될 때까지 탈염수(deionized water)로 세척하였다. 전처리된 모든 볏짚은 항량(constant weight)이 될 때까지 70℃에서 건조시켰다. 이어지는 단계를 수행하기 전에 모든 볏짚 샘플은 분쇄기(pulverizer, 코리아메디, 대한민국)를 사용하여 420 nm 체(sieve)를 통과시켜 갈아서 준비하였다.
Specifically, for the purpose of gamma irradiation and alkali pretreatment, the rice straw was finely cut into a glass tube and irradiated with a dose rate of 10 kGy / h using a Cobalt-60 machine of the Korea Atomic Energy Research Institute (Jeongeup, Korea) To an optimal absorbed dose of gamma rays. For alkaline pretreatment, 10 g of rice straw was mixed with 90 ml of 1.0% NaOH (w / w) solution and allowed to stand at room temperature (25 to 30 ° C) for 5 days. After pretreatment, wet rice straw was collected by filtration and washed with deionized water until neutral pH was reached. All pretreated rice straws were dried at 70 ° C until constant weight was reached. All the rice straw samples were prepared by grinding through a 420 nm sieve using a pulverizer (Korea Medi, Korea) prior to the following steps.

<1-3> <1-3> 전처리된Preprocessed 볏짚의 조성 분석 Analysis of composition of rice straw

상기 실시예 <1-2>의 방법으로 전처리된 볏짚의 조성 변화를 확인하기 위하여 미국 국립 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)에서 고안한 두 단계 산 가수분해 프로토콜(two stage acid hydrolysis protocol)을 수행하였다.In order to confirm the compositional change of the rice straw pretreated by the method of Example <1-2>, a two stage acid hydrolysis protocol designed by the National Renewable Energy Laboratory was performed .

구체적으로, 각각의 샘플을 72% 황산(sulfuric acid)으로 30℃에서 1시간 가수분해 한 뒤, 3% 황산으로 121℃에서 1시간 동안 가수분해를 수행하였다. 멸균된 가수분해 용액은 탄산 칼슘(calcium carbonate)를 첨가하여 pH 6.0이 되도록 중화시킨 뒤 감압 여과하였다. 그런 다음, 가수분해에 의해서 방출된 당(sugar)은 굴절율 검출기(refractive index detector)(Agilent 1260, Agilent Technologies, 미국)가 장착된 고성능 액체 크로마토그래피(high-pressure liquid chromatography) 시스템(Agilent 1200, Agilent Technologies, 미국)을 이용하여 측정되었고, 이때, 아미넥스 HPX-87P 컬럼(Bio-Rad Laboratories, 미국)에 65℃, 0.6 ㎖/분의 유속으로 HPLC를 사용하여 수행하였다. 모든 샘플은 0.2 ㎛ 필터로 여과되었고, HPLC에서 분석되기 전에 용리액(eluent)으로 희석되었다. 고순도의 단량체 당(pure monomeric sugar)의 다양한 농도를 이용하여 수행한 뒤, 이를 표준으로 사용하였다. 이론적인 글루코스 및 자일로스(xylose) 함량은 글루코스 및 자일로스 함량에 전환율(conversion factor)로서 0.9 및 0.88을 각각 곱하여 계산되었고, 이는 글루칸(glycan) 및 자일란(xylan)의 가수분해 동안 수득되는 질량(mass)을 위한 것이다. 수분 함량은 105℃에서 건조된 1 g의 볏짚 샘플의 손실된 무게를 항량으로 측정하였고, 산성 불용성 리그닌(acid insoluble lignin)[클라슨 리그닌(Klason lignin)]의 함량은 105℃에서 재 없는(ash-free), 오븐 건조된 필터 케이크(oven-dried filter cake)의 무게를 항량으로 측정하였으며, 감마선 조사 또는 알칼리-처리된 볏짚 샘플의 잔유물 회수(residue recovery), 탈 리그닌화(delignification), 및 셀룰로스(cellulose) 및 자일란의 손실은 대조군으로 미처리 볏짚 샘플을 사용한 중량 측정으로 결정되었다. 또한, 원소조성(elemental composition)은 한국기초과학지원연구원의 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)로 결정되었다.Specifically, each sample was hydrolyzed with 72% sulfuric acid at 30 ° C for 1 hour and then hydrolyzed with 3% sulfuric acid at 121 ° C for 1 hour. The sterilized hydrolyzate solution was neutralized to pH 6.0 by the addition of calcium carbonate and filtered under reduced pressure. The sugars released by hydrolysis are then transferred to a high-pressure liquid chromatography system (Agilent 1200, Agilent Technologies, USA) equipped with a refractive index detector (Agilent 1260, (Bio-Rad Laboratories, USA) at 65 ° C with a flow rate of 0.6 ml / min. All samples were filtered with a 0.2 μm filter and diluted with eluent before being analyzed on HPLC. It was performed using various concentrations of pure monomeric sugar and used as a standard. The theoretical glucose and xylose contents were calculated by multiplying the glucose and xylose contents by conversion factors 0.9 and 0.88, respectively, which was the mass obtained during the hydrolysis of glycan and xylan mass. The moisture content was measured by the weight loss of a 1 g sample of rice straw dried at 105 ° C and the content of acid insoluble lignin (Klason lignin) -free and oven-dried filter cake were weighed, and the residue recovery, delignification, and cellulosic recovery of the gamma-irradiated or alkali-treated rice straw samples, The loss of cellulose and xylan were determined by weighing with untreated rice straw samples as control. The elemental composition was determined by inductively coupled plasma (ICP) from Korea Basic Science Institute.

그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이 미처리 볏짚의 조성과 비교하였을 때, 알칼리 단독으로 전처리한 경우 셀룰로스 함량이 40.5%까지 증가하였고, 자일란, 리그닌, 추출물(extractives), 및 물의 함량은 각각 42.9%, 23.4%, 10.8%, 및 44.3%까지 감소하였다. 그러나, 감마선 및 알카리를 병용 전처리한 경우 셀룰로스 함량이 60%까지 추가적으로 증가하였고, 상기 증가량은 감마선 선량에 의존적이었다. 반면, 다른 구성요소의 수준은 감마선량에 의존적으로 감소하였다. 병용 전처리는 자일란, 리그닌, 추출물, 및 물의 제거율을 각각 63.8%, 40.2%, 32.3%, 및 58.7%로 증가시켰다. 또한, 세포의 성장을 억제하는 것으로 알려진 푸르푸랄(furfural) 및 히드록시메틸-푸르푸랄(hydroxymethyl-furfural)과 같은 당 분해 산물(sugar degradation product)는 확인되지 않았다(표 1). 리그닌은 물리적 장막(physical barrier)에 의하거나, 효소의 비생산적인 결합(unproductive binding)에 의한 탄수화물에의 접근을 제한함이 알려져 있다(Palonen, 2004; Berlin et al., 2007). 따라서, 셀룰로스 함량의 증가, 및 자일란 및 리그닌의 감소는 효소 가수분해의 과정을 촉진할 것이다. 다량의 리그닌 및 헤미셀룰로스(hemicellulose) 함량이 병용 전처리에 의해 제거된 이후, 병용 전처리가 볏짚의 효소 가분해성(emzymatic digestibility)을 증가시킬 수 있음이 명확하게 확인되었다.
As a result, as shown in Table 1, when the composition was compared with the composition of the untreated rice straw, the cellulose content was increased up to 40.5% when pretreated with alkali alone, and the contents of xylenes, lignin, extractives and water were 42.9% 23.4%, 10.8%, and 44.3%, respectively. However, when the gamma ray and alkali were pretreated in combination, the cellulose content was further increased up to 60%, and the increase amount was dependent on the gamma ray dose. On the other hand, the level of other components decreased in dependence on the gamma dose. The combined pretreatment increased the removal rates of xylan, lignin, extract, and water to 63.8%, 40.2%, 32.3%, and 58.7%, respectively. In addition, sugar degradation products such as furfural and hydroxymethyl-furfural, which are known to inhibit cell growth, were not identified (Table 1). Lignin is known to limit access to carbohydrates by physical barriers or by unproductive binding of enzymes (Palonen, 2004; Berlin et al., 2007). Thus, an increase in cellulose content, and a decrease in xylans and lignin, will facilitate the process of enzyme hydrolysis. It was clearly confirmed that the combination pretreatment could increase the enzyme digestibility of the rice straw after a large amount of lignin and hemicellulose content was removed by the combined pretreatment.

전처리에 의한 볏짚 주요 구성요소의 변화 확인Identification of major components of rice straw by pretreatment 전처리 조건Pretreatment condition 조성 분석(w/w, %)a Composition analysis (w / w,%) a 셀룰로스Cellulose 자일란Xylian 클라손 리그닌Clason lignin 수용성 추출물Water-soluble extract 물 함량Water content 미처리Untreated 37.537.5 10.510.5 18.418.4 9.39.3 9.79.7 25 kGy25 kGy 37.137.1 10.810.8 18.218.2 9.29.2 9.69.6 50 kGy50 kGy 37.437.4 10.610.6 18.318.3 9.59.5 9.39.3 75 kGy75 kGy 37.337.3 10.310.3 18.218.2 9.49.4 9.19.1 100 kGy100 kGy 37.937.9 10.610.6 18.518.5 9.49.4 9.19.1 NaOHNaOH 52.752.7 6.06.0 14.114.1 8.38.3 5.45.4 25 kGy + NaOH25 kGy + NaOH 52.752.7 5.95.9 13.613.6 8.18.1 5.55.5 50 kGy + NaOH50 kGy + NaOH 54.254.2 5.85.8 12.512.5 8.18.1 4.34.3 75 kGy + NaOH75 kGy + NaOH 56.956.9 4.44.4 11.511.5 7.27.2 4.34.3 100 kGy + NaOH100 kGy + NaOH 60.060.0 3.83.8 11.011.0 6.36.3 4.04.0

a결과는 세 번 수행해서 수득된 구성요소의 평균 백분율로 나타내었다.
a Results are expressed as the average percentage of components obtained by three runs.

알칼리 전처리 방법은 바이오 매스로부터 가수분해의 촉진 및 글루코스 회수(recovery)의 개선에 의한 바이오 매스의 팽윤(swelling)뿐만 아니라 효과적인 탈 리그닌화의 원인이 될 수 있음이 당업계에 알려져 있다(Kumar et al., 2009). 게다가, 다른 전처리 방법보다 더 낮은 온도 및 압력에서 사용할 수 있기 때문에, 산 전처리와 비교하였을 때 낮은 당 분해를 유발하는 대기조건(ambient condition)에서 수행될 수 있다. 따라서, 알카리 전처리는 산 또는 산화 시약(reagent)과 비교하여 리그노셀룰로직 바이오 매스(lignocellulosic biomass)의 구조를 파괴하기 위한 가장 효과적인 방법으로 확인되었다(Gaspar et al., 2007; Binod et al., 2010). 그러나, 이어지는 효소 가수분해 과정을 위해서 바이오 매스의 중화가 필요함에 따라 추가적인 세척단계가 요구되고, 상기 세척단계에서 수용성 헤미셀룰로스 및 리그닌이 제거될 수 있지만 셀룰로스를 포함하는 다를 구성요소의 함량도 이 과정에서 변화할 수 있다.It is known in the art that alkaline pretreatment methods can cause effective delignification as well as swelling of biomass by promoting hydrolysis and improving glucose recovery from biomass (Kumar et al ., 2009). In addition, because it can be used at lower temperatures and pressures than other pretreatment methods, it can be performed in an ambient condition that results in lower sugar degradation as compared to acid pretreatment. Thus, alkaline pretreatment has been identified as the most effective method for destroying the structure of lignocellulosic biomass compared to acid or an oxidizing reagent (Gaspar et al., 2007; Binod et al., 2010). However, as subsequent biodegradation of the biomass is required for the subsequent enzymatic hydrolysis process, additional washing steps are required, and the water-soluble hemicellulose and lignin can be removed in the washing step, but the content of the different constituents, including cellulose, Lt; / RTI &gt;

하기 표 2에 나타난 바와 같이, 전처리 후 잔여물 회수(residue recovery)에 근거하여 병용 전처리는 자일란 및 리그닌의 함량뿐만 아니라 전체 바이오 매스 회수를 유의적으로 감소시킬 수 있다(표 2). 비록 알칼리 처리가 산 또는 열수(hydrothermal) 처리보다 셀룰로스 함량에 있어서 적은 손실을 유발함이 알려져 있지만(Carvalheiro et al., 2008), 볏짚의 원래 무게에 근거하여 11 내지 15.4% 범위에서 셀룰로스 함량의 방사선 조사 의존적인 손실 또한 발생한다.
As shown in Table 2, based on the residue recovery after pretreatment, the combined pretreatment can significantly reduce not only the content of xylan and lignin but also the total biomass recovery (Table 2). Although alkali treatment is known to cause less loss of cellulose content than acid or hydrothermal treatment (Carvalheiro et al., 2008), it is known that the cellulose content in the range of 11-15.4% based on the original weight of rice straw Investigation-dependent losses also occur.

전처리된 볏짚의 고체 회수(solid recovery) 및 감마선 및 알칼리 처리된 볏짚의 주요 구성요소 손실 확인Solid recovery of pre-treated rice straw and loss of major components of gamma-ray and alkali-treated rice straw 전처리 조건Pretreatment condition 잔여물 회수
(w/w, %)a
Residue recovery
(w / w,%) a
구성요소 손실(w/w, %)b Component loss (w / w,%) b
셀룰로스Cellulose 자일란Xylian 리그닌Lignin NaOHNaOH 65.165.1 8.58.5 62.862.8 50.250.2 25 kGy + NaOH25 kGy + NaOH 63.263.2 11.011.0 64.564.5 52.852.8 50 kGy + NaOH50 kGy + NaOH 60.560.5 12.512.5 66.566.5 58.658.6 75 kGy + NaOH75 kGy + NaOH 56.856.8 13.913.9 76.476.4 64.264.2 100 kGy + NaOH100 kGy + NaOH 52.952.9 15.415.4 80.980.9 68.568.5

a볏짚 100 g을 전처리하고, 결과는 세번 수행한 오븐-건조된 볏짚의 평균 백분율로 나타내었다. a 100 g of rice straw were pretreated and the results were expressed as the average percentage of the oven-dried rice straw performed three times.

b표 1의 잔유물 회수 및 구성요소 분석은 백분율에 근거하여 결정하였다.
b . Residue recovery and component analysis in Table 1 were determined based on percentage.

또한, 표 3에 나타난 바와 같이 병용 전처리 후 중화된 볏짚에서 미네랄(mineral)의 농도에 유의적인 변화가 확인되었다. 미네랄중에서 칼륨(potassium), 칼슘(calcium) 및 마그네슘(magnesium)이 미처리된 볏짚의 주요 원소였으나, 병용 전처리한 경우 칼륨의 함량이 유의적으로 감소[22 폴드(fold)]하였고, 칼슘 및 마그네슘의 함량은 증가하였다. 나트륨(sodium) 함량 또한 전처리 후 증가하였고, 이는 알칼리 전처리에 의한 것일 것이다. 발효과정 동안 세포 성장을 억제하는 원인이 될 수 있는 비소(arsenic), 카드뮴(cadmium) 및 납(lead)과 같은 비-필수 중금속 양의 추적 또한 확인되었다(표 3). 이는 전처리 후 원소 분석이 발효 과정에서 이를 적용하기 위해 전처리된 바이오 매스의 조성을 심도있게 이해하기 위하여 필요하다.
In addition, as shown in Table 3, significant changes were observed in the concentrations of minerals in the neutralized rice straw after the combined pretreatment. Potassium, calcium, and magnesium were the major elements of untreated rice straw in the minerals, but the potassium content was significantly reduced (22 folds) when combined pretreatment, and calcium and magnesium The content increased. The sodium content also increased after pretreatment, probably due to alkaline pretreatment. Traces of non-essential heavy metals such as arsenic, cadmium, and lead, which can inhibit cell growth during fermentation, have also been identified (Table 3). This is necessary for in-depth analysis of the composition of biomass pretreated after pre-treatment to apply it in the fermentation process.

병용 전처리 전과 후의 원소 조성 비교Comparison of element composition before and after pre-combination treatment 원소(㎎/㎏)Element (mg / kg) 미처리Untreated 100 kGy + NaOH100 kGy + NaOH AlAl 156.83 ± 8.12156.83 8.12 58.29 ± 5.6558.29 ± 5.65 AsAs 1.21 ± 0.031.21 ± 0.03 NDa ND a CaCa 1605.93 ± 21.301605.93 + - 21.30 2805.35 ± 123.532805.35 + - 123.53 CdCD 0.06 ± 0.010.06 ± 0.01 0.07 ± 0.010.07 ± 0.01 CrCr 30.44 ± 1.4330.44 + 1.43 14.30 ± 0.3614.30 ± 0.36 CuCu 2.71 ± 0.062.71 ± 0.06 6.46 ± 0.416.46 0.41 FeFe 185.21 ± 6.36185.21 + - 6.36 215.27 ± 15.74215.27 ± 15.74 KK 3743.71 ± 0.323743.71 + - 0.32 169.11 ± 12.96169.11 + - 12.96 MgMg 629.97 ± 7.06629.97 + - 7.06 1016.06 ± 46.191016.06 + - 46.19 MnMn 304.73 ± 12.51304.73 ± 12.51 515.47 ± 48.62515.47 ± 48.62 MoMo 0.33 ± 0.010.33 ± 0.01 NDa ND a NaNa 98.70 ± 0.9598.70 + - 0.95 383.19 ± 17.76383.19 ± 17.76 NiNi 2.84 ± 0.192.84 ± 0.19 2.01 ± 0.12.01 ± 0.1 인산염(phosphate)Phosphate 356.86 ± 5.83356.86 ± 5.83 73.55 ± 4.9573.55 + - 4.95 PbPb 3.22 ± 0.023.22 + 0.02 5.12 ± 1.485.12 ± 1.48 황산염(sulfate)Sulfate 304.12 ± 1.09304.12 ± 1.09 277.20 ± 12.93277.20 ± 12.93 ZnZn 38.06 ± 0.4338.06 + - 0.43 55.49 ± 3.5155.49 + - 3.51

데이터는 ± 표준편차를 세 번 측정한 평균으로 나타내었다.Data are presented as the mean of three measurements of standard deviation.

a탐지 한도 이하
Below a detection limit

<< 실시예Example 2> 효소 가수분해에서 전처리에 의한 영향 확인 2> Confirmation of effect by pretreatment in enzyme hydrolysis

일반적으로 바이오 매스의 효소 가수분해의 효율은 셀룰라아제(cellulase), 자일라나제(xylanase) 및 글루코시다제(glucosidase)와 같은 효소의 조합물(combination)이 셀룰라아제 단독으로 사용했을 때보다 증가한다. 효소 가수분해는 산업 효소(industrial enzyme)로 현재 사용되고 있는 Cellic CTec2(Novozymes, 덴마크) 및 Cellic HTec2(Novozymes, 덴마크)로 수행되었고, Cellic HTec2는 볏짚에 있는 셀룰로스의 효율적인 효소 가수분해를 위하여 헤미셀룰로스 장벽(barrier)을 분해하기 위하여 사용되었다.In general, the efficiency of enzymatic hydrolysis of biomass is increased when the combination of enzymes such as cellulase, xylanase and glucosidase is used alone as a cellulase. Enzymatic hydrolysis was carried out with Cellic CTec2 (Novozymes, Denmark) and Cellic HTec2 (Novozymes, Denmark), which are currently used as industrial enzymes, and Cellic HTec2 was used for efficient enzymatic hydrolysis of cellulose in rice straw. which was used to decompose the barrier.

구체적으로, Cellic CTec2(120 FPU/㎖)의 FPU(filter paper unit)는 공지된 방법인 고쉬(Ghose)의 방법에 따라서 측정되었고, 제조사에 의해 제공된 Cellic HTec2(2500 FXU/㎖)의 FXU(fungal xylanase unit)는 로딩(loading)을 계산하기 위하여 사용되었다. 효소 가수분해는 12.5 ㎎/ℓ의 농도로 메로페넴(meropemen, Sigma-Aldrich, 미국)을 포함하는 50 mM 구연산 나트륨 완충액(sodium citrate buffer)로 수행되었고, 기질 농도(substrate consistency)는 20%(w/v)로 유지되었다. 볏짚 샘플을 완충액에 담그고, 효소를 첨가하기 30분 전에 가열하였으며, 상기 반응은 50℃, 200 rpm의 교반 항온수조(shaking water bath, JEIO TECH, 대한민국)에서 배양한 뒤, 효소의 지정된 양을 혼합하면서 시작되었다. 효소 가수분해의 진행은 상기 서술된 프로토콜(protocol)에 이어 HPLC를 사용한 볏짚 가수분해물(rice straw hydrolysate)에 있어서 감소된 당을 추정하여 일정한 간격을 두고 측정되었다. 모든 실험은 세 번 수행되었고, 그 값의 평균값을 나타내었다.Specifically, the FPU (filter paper unit) of Cellic CTec2 (120 FPU / ml) was measured according to the method of Ghose, a well-known method, and the FXU (fungal) of Cellic HTec2 (2500 FXU / xylanase unit) was used to calculate the loading. Enzyme hydrolysis was performed with 50 mM sodium citrate buffer containing meropenem (Sigma-Aldrich, USA) at a concentration of 12.5 mg / l and substrate consistency was 20% (w / v). The rice straw sample was immersed in the buffer and heated 30 minutes before the addition of the enzyme. The reaction was carried out in a shaking water bath (JEIO TECH, Korea) at 200 rpm at 50 DEG C, . The progress of the enzymatic hydrolysis was measured at regular intervals by estimating the reduced sugar in the rice straw hydrolyzate using HPLC following the protocol described above. All experiments were carried out three times, and the mean value of the values was shown.

그 결과, 효소 가수분해 후 이론적인 글루코스 및 자일로스 수율(전처리 후 볏짚의 무게에 근거한)은 도 1에 나타난 바와 같다. 모든 볏짚 샘플에 있어서 초기 가수분해율(hydrolysis rate)은 이어지는 가수분해율보다 현저히 높았고, 이는 다른 연구 결과와 동일하게 나타났다. 무정형(amorphous) 셀룰로스의 선택적 초기 가수분해 또는 새로운 촉매점(catalytic site)의 이어지는 결핍(insufficiency)은 상기 현상을 설명할 수 있을 것이다(Eriksson et al., 2002; Zhong et al., 2009). 감마선 처리된 볏짚의 글루코스 및 자일로스 수율은 방사선 선량 의존적으로 증가하였고, 글루코스는 효소 볏짚 가수 분해물의 주요 구성요소였다. 미처리된 대조군과 비교하였을 때 감마선 전처리에 의해 글루코스 및 자일러스 수율은 2배 정도 증가하였으나, 셀룰로스 및 자일란의 단량체로의 전환은 여전히 50% 이하였으며, 이는 기존에 보고된 것과 일관된 결과를 나타내었다(Bak et al., 2009). 이는 방사선 전처리 방법이 매우 간단하지만, 이를 단독으로 사용하는 것은 볏짚의 전처리에 불충분함을 나타낸다. 알카리 전처리 결과, 감마선 전처리보다 높은 글루코스 및 자일로스 수율을 나타냈고, 셀룰로스 및 자일란의 단량체로의 변환율은 72 시간 후 각각 74.2% 및 85.8%를 나타내었다. 변환율을 증가시키기 위하여, 알카리 전처리를 감마선 조사 후에 수행하였고, 그 결과 볏짚의 전처리를 위해 병용 전처리가 가장 효율적인 방법이고, 72시간 후 셀룰로스 및 자일란의 최대 변환율은 각각 92.3% 및 98.9%로 나타났으며(도 1), 이는 기존에 보고된 것들 중에서 볏짚의 단량체 당(monomeric sugar)으로의 최대 변환율을 나타낸다(Xin 및 Kumakura, 1993; Zhang 및 Cai, 2008; Zhong et al., 2009; Waeonukul et al., 2012; Yang et al., 2012; Hou et al., 2013).
As a result, the theoretical yield of glucose and xylose after enzyme hydrolysis (based on the weight of the rice straw after pretreatment) is as shown in Fig. The initial hydrolysis rate for all rice straw samples was significantly higher than the subsequent hydrolysis rate, which was the same as other studies. Selective initial hydrolysis of amorphous cellulose or subsequent insufficiency of the new catalytic site may explain this phenomenon (Eriksson et al., 2002; Zhong et al., 2009). Glucose and xylose yields of gamma - irradiated rice straw increased in a dose - dependent manner, and glucose was a major component of enzymatic rice straw hydrolyzate. When compared to the untreated control, the yield of glucose and glial was increased by 2-fold by gamma-ray pretreatment, but the conversion of cellulose and xylen to monomers was still less than 50%, which was consistent with previous reports Bak et al., 2009). This means that the pretreatment method of radiation is very simple, but using it alone shows that it is insufficient for pretreatment of rice straw. Alkali pretreatment showed higher glucose and xylose yields than gamma - ray pretreatment, and conversion rates of cellulose and xylenes to monomers were 74.2% and 85.8% after 72 hours, respectively. In order to increase the conversion rate, pretreatment with alkaline pretreatment was performed after gamma irradiation. As a result, the pretreatment for the pretreatment of rice straw was the most effective method, and the maximum conversion rates of cellulose and xylan after 72 hours were 92.3% and 98.9% (Xin and Kumakura, 1993; Zhang and Cai, 2008; Zhong et al., 2009; Waeonukul et al., 2007), which shows the maximum conversion rate of rice straw to monomeric sugar among the reported ones (Fig. , 2012; Yang et al., 2012; Hou et al., 2013).

하나 또는 두 전처리의 병용에 대한 많은 연구에 있어서, β-글루코시다제(β-glucosidases) 및 헤미셀룰로스, 및 이온성 또는 비이온성 첨가제와 같은 보조 효소(accessory enzyme)의 첨가는 리그노셀룰로스의 가수분해율을 높이기 위해 사용됨이 잘 알려져 있다(Waeonukul et al., 2012). In many studies of the combined use of one or two pretreatments, the addition of? -Glucosidases and hemicellulose, and accessory enzymes such as ionic or non-ionic additives, (Waeonukul et al., 2012).

본 발명에서는 볏짚의 가수분해에서 Cellic CTec2의 로딩의 영향, 구체적으로 셀룰로스에서 글루코스로의 변환을 확인하였고, 그 결과는 도 2에 나타난 바와 같이 Cellic CTec2 로딩이 높은 경우 셀룰로스의 초기 변환이 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 셀롤로스 변환에서 효소 농도의 영향은 미처리된 볏짚에서 유의적이지 않았다. 미처리된 볏짚에 있어서 2 FPU를 사용하였을 경우 셀룰로스의 변환은 22%였고, 12 FPU를 사용하였을 때 28%로 증가하였다. 게다가, 효소 농도의 영향은 감마선 조사로 전처리된 볏짚보다 알카리 전처리된 볏짚에서 더욱 유의적이었다. 감마선 조사된 볏짚이 분해되었을 때, 변환율은 효소 2 FPU를 사용하였을 때 32%에서 12 FPU를 사용하였을 때 66%로 증가하였고, 알카리 전처리의 경우 2 FPU를 사용하였을 때 56%에서 12 FPU를 사용하였을 때 84%로 증가하였다. 또한, 효소 2 FPU를 감마선 및 알카리 전처리된 볏짚의 가수분해 반응에 첨가하였을 때, 셀룰로스의 변환은 분해 24 시간 후에는 47%였으나, 8 FPU를 첨가하였을 때 이론적인 글루코스 수율인 85.2%에는 24 시간 후에 도달하였다. 추가적으로, 가수분해 반응은 48 및 96시간 후 각각의 이론적인 글루코스 수율을 오직 5.4% 및 2.7%밖에 증가시키지 못하였고, 효소의 농도를 12 FPU로 증가시켜도 8 FPU를 첨가하고 24 시간이 지났을 경우와 비교하여 오직 2%밖에 증가하지 않았다(도 2).
In the present invention, the influence of loading of Cellic CTec2 in the hydrolysis of rice straw was confirmed, and specifically, conversion of cellulose to glucose was confirmed. As shown in Fig. 2, the initial conversion of cellulose increases when Cellic CTec2 loading is high Respectively. In addition, the effect of enzyme concentration on cellulolytic conversion was not significant in untreated rice straw. When 2 FPU was used in untreated rice straw, the conversion of cellulose was 22%, and it increased to 28% when 12 FPU was used. In addition, the effect of enzyme concentration was more significant in alkaline pretreated rice straw than in rice straw pretreated with gamma irradiation. When the gamma - irradiated rice straw was decomposed, conversion rate increased from 32% to 66% when using enzyme 2 FPU, and from 56% to 12% when 2 FPU was used for alkaline pretreatment And 84%, respectively. When the enzyme 2 FPU was added to the hydrolysis reaction of gamma and alkaline pretreated rice straw, the conversion of cellulose was 47% after 24 hours of decomposition. However, when 8 FPU was added, the theoretical glucose yield of 85.2% . In addition, the hydrolysis reaction only increased the theoretical glucose yields of 5.4% and 2.7% after 48 and 96 hours, respectively, and increased the enzyme concentration to 12 FPU, Compared to only 2% (Fig. 2).

<< 실험예Experimental Example 1> 볏짚 가수  1> Rice straw singer 분해물resolvent 배지에서 클로렐라 프로토테코이드( Chlorella proto-choide ( ChlorellaChlorella protothecoides protothecoides )의 성장 확인) Growth Confirmation

<1-1> 클로렐라 <1-1> Chlorella 프로토테코이드의Prototheoid 준비 Ready

클로렐라 프로토테코이드 균주 25는 UTEX 조류 연구소(UTEX algae culture collection, Texas University of Austin, 미국)로부터 수득하였고, 배양을 위한 기본 배지로서 3 g/ℓ 효모 추출물(yeast extract)을 포함하는 BBM(Bold's basal medium)을 사용하였다(Bischoff 및 Bolds, 1963).
Chlorella prototyoid strain 25 was obtained from the UTEX algae culture collection (Texas Univ. Of Austin, USA) and was cultivated in a medium containing 3 g / l yeast extract as a base medium for culture, medium) was used (Bischoff and Bolds, 1963).

<1-2> 볏짚 가수 <1-2> Rice straw singer 분해물resolvent 배지에서 클로렐라  Chlorella in the medium 프로토테코이드의Prototheoid 성장 확인 Growth confirmation

바이오디젤(biodiesel)을 생산하기 위한 볏짚의 가능성을 확인하기 위해, 알카리 및 감마선(100 kGy)으로 병용 전처리된 볏짚으로부터 준비된 볏짚 가수 분해물을 클로렐라 프로토테코이드의 성장을 위한 배지에서 탄소원(carbon source)으로 사용되었다.To confirm the possibility of rice straw for producing biodiesel, rice straw hydrolyzate prepared from rice straw pretreated with alkali and gamma ray (100 kGy) was added to a carbon source in chlorella prototype growth medium, Respectively.

구체적으로, 배치 배양(batch cultivation)은 10 g 탄소원(순수한 글루코스 또는 볏짚 가수 분해물의 적절한 부피를 첨가한 같은 양의 글루코스), 및 NaNO3 대신 질소원(nitrogen source)으로 3 g/ℓ 효모 추출물이 첨가된 150 ㎖ BBM을 포함하는 500 ㎖ 배필드 플라스크(baffled flask)에서 수행되었고, 배지의 pH는 6.8에 맞추었다. 조류(~ 5% V/V)를 접종하고, 회전 교반기에서 25℃, 120 rpm으로 교반하여 배양하였다. 혼합영양 배양(mixotrophic culture)을 위해서는 12시간을 주기로 빛에 노출시켰으며, 종속 배양(heterotrophic cultivation)은 어둠 속에서 유지되었다.Specifically, batch cultivation was performed by adding 10 g of carbon source (equal volume of glucose with the appropriate volume of pure glucose or rice straw hydrolyzate added) and 3 g / l yeast extract with a nitrogen source instead of NaNO 3 Was carried out in a 500 ml baffled flask containing 150 ml BBM and the pH of the medium was adjusted to 6.8. Algae (~ 5% V / V) were inoculated and cultured in a rotary shaker at 25 ° C with stirring at 120 rpm. Mixotrophic cultures were exposed to light for 12 hours, and heterotrophic cultivation was maintained in the dark.

그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이 볏짚 가수 분해물을 단독 탄소원으로 사용하였을 때(종속 배양), 볏짚 가수 분해물의 글루코스는 거의 모두 사용되었고, 배양 8일 후 세포 농도는 6.5 g/ℓ에 도달하였다. 상기 결과는 정제된 글루코스를 사용하였을 때와 유사하였고, 10 g/ℓ 글루코스를 배지에 첨가하였을 때, 최대 세포 농도는 8.7 g/ℓ였다. 볏짚 가수 분해물 및 정제된 글루코스를 사용하였을 때 수율의 차이는 클로렐라 프로토테코이드의 성장을 억제하는 볏짚 가수 분해물 내의 다른 당 또는 유기산(organic acid)을 포함하는 불순물에 의한 것으로 예상된다. 볏짚 가수 분해물 배지에 있어서 클로렐라 프로토테코이드의 성장은 혼합영양 배양으로 수행되었고, 이때 세포량(cell mass)에 대한 탄소소비율은 92%였으며, 이는 종속 배양에서 65%보다 높았다. 그러나, 혼합영양 배양에서 최종 세포 농도는 4 g/ℓ로 종속 배양에서 최종 세포 농도인 6.5 g/ℓ보다 낮았다. 또한, 혼합영양 배양에 있어서 볏짚 가수 분해물을 사용했을 때보다 정제된 글루코스를 사용했을 때 세포 농도가 높았다(도 3). As a result, when the rice straw hydrolyzate was used as the sole carbon source (subculture), the glucose of the rice straw hydrolyzate was almost used, and the cell concentration reached 6.5 g / L after 8 days of culture. The results were similar to those when using purified glucose, and when 10 g / l glucose was added to the medium, the maximum cell concentration was 8.7 g / l. The difference in yield when using rice straw hydrolyzate and purified glucose is expected to be due to impurities including other sugars or organic acids in the rice straw hydrolyzate which inhibits the growth of chlorella proto-trychoids. Growth of chlorella protothecide in rice straw hydrolyzate medium was performed by mixed nutrition culture, in which the carbon consumption rate for cell mass was 92%, which was higher than 65% in the dependent culture. However, the final cell concentration in the mixed nutrient culture was 4 g / ℓ, which was lower than the final cell concentration of 6.5 g / ℓ in the subculture culture. In addition, the cell concentration was higher when using the purified glucose than in the case of rice straw hydrolyzate in the mixed nutrition culture (Fig. 3).

미세조류 성장에 있어서 글루코스 농도의 영향은 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)에 의한 지질(lipid) 생산으로 확인할 수 있음이 공지되어 있다(Liang, et al., 2009). 혼합영양 배양하에서, 5% 및 10% 글루코스의 첨가는 성장 억제 효과를 나타내었고, 이는 1.5 및 6% 범위 내의 글루코스를 첨가한 클로렐라 프로토테코이드에서도 확인되었다(Xiong et al., 2008). 그러나, 미세조류 성장에 있어서 글루코스의 영향은 명확하게 확인되지 않았다.It is known that the effect of glucose concentration on microalgae growth can be confirmed by lipid production by Chlorella vulgaris (Liang, et al., 2009). Under mixed nutrient culture, the addition of 5% and 10% glucose showed a growth inhibitory effect, which was also confirmed in chlorella protothecoids supplemented with glucose in the 1.5 and 6% range (Xiong et al., 2008). However, the influence of glucose on microalgae growth was not clearly confirmed.

따라서, 본 결과는 볏짚이 다른 배양 조건의 변화 없이 바이오 디젤을 생산하는 미세조류(microalgae)의 배양을 위한 비싼 탄소원을 대체 용도로 사용될 수 있음을 나타낸다.
Thus, this result indicates that rice straw can be used as an alternative to expensive carbon sources for the cultivation of microalgae producing biodiesel without changing the culture conditions.

<< 실험예Experimental Example 2>  2> 글루코스Glucose 또는 볏짚 가수  Or rice straw singer 분해물resolvent 배지 사이의 조류 지질( Algae lipid between media lipidlipid ) 생산 비교) Production comparison

글루코스 또는 볏짚 가수 분해물을 탄소원으로 사용하는 배지에서 배양한 조류의 전체 지질 함량 및 지방산 분석을 수행하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were conducted to analyze the total lipid content and fatty acid analysis of algae cultured in a medium using glucose or rice straw hydrolyzate as a carbon source.

구체적으로, 지질 함량 분석을 위해서 미세조류 성장은 UV-Vis 분광광도계(spectrophotometer)(Biochrome, 영국)를 사용하여 배지만 있는 경우를 대조군으로 하여 액체 배지(culture broth)의 흡광도를 540 nm에서 측정하여 확인하였다. 조류(algal) 바이오 매스는 하기 수학식을 사용하여 계산하였고, 여기서 y(g/ℓ)는 건조 세포 무게, x는 540 nm에서 현탁된 현탁액(resuspension)의 흡광도(absorbance)이다.Specifically, for the lipid content analysis, the micro-algae growth was measured by measuring the absorbance of the culture broth at 540 nm using a UV-Vis spectrophotometer (Biochrome, UK) as a control. Respectively. The algal biomass was calculated using the following equation, where y (g / l) is the dry cell weight and x is the absorbance of the resuspension suspended at 540 nm.

Figure pat00001
Figure pat00001

미세조류 바이오 매스의 건조 무게 측정을 위하여, 미세조류 배양액은 GF/C 유리 섬유 필터(glass fiber filter, GE Healthcare, 영국)를 사용하여 여과하고, 바이오 매스를 포함하는 필터는 70℃ 대류식 오븐(convection oven)으로 항량이 되도록 강제로 건조시켰다.For the dry weighing of the microalgae biomass, the microalgal culture was filtered using a GF / C glass fiber filter (GE Healthcare, UK) and the filter containing the biomass was placed in a 70 ° C convection oven convection oven).

배양 후, 조류 세포는 4,000 rpm, 15분의 조건으로 원심분리하여 수득하고, 세포 펠렛(pellet)은 2일 동안 고진공(high vaccum)에서 동결건조하였으며, 0.2 g의 건조된 조류를 0.5 ㎖ 증류수 및 3 ㎖ 클로로포름(chloroform)/메탄올(methanol)(2:1, v/v)과 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 20분 동안 교반한 뒤, 10,000 rpm으로 10분 동안 원심분리하여 클로로폼 층(chloroform phase)을 무게를 재둔 튜브로 옮겼다. 상기 샘플은 5회 반복 추출되었고, 건조 블럭 수조(dry block bath)(MG-2000, EYELA, 일본)에서 60℃ 질소 가스 첨가에 의해 건조되었다. 실험 결과 지질 함량은 백분율로 나타내었다(지질 무게/바이오 매스의 무게 x %).After incubation, algae cells were obtained by centrifugation at 4,000 rpm for 15 minutes, and the cell pellet was lyophilized in high vaccum for 2 days, and 0.2 g of dried algae was suspended in 0.5 ml of distilled water and The mixture was mixed with 3 ml of chloroform / methanol (2: 1, v / v), and the mixed mixture was stirred for 20 minutes and then centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes to obtain a chloroform layer phase) was transferred to a weighted tube. The sample was repeatedly extracted five times and dried by adding a nitrogen gas at 60 DEG C in a dry block bath (MG-2000, EYELA, Japan). Lipid content was expressed as a percentage (lipid weight / biomass weight x%).

또한, 지방산 분석을 위하여, 지방산은 50 ㎎ 건조된 조류 세포로부터 1 ㎖ NaOH-CH3OH로 추출되었고, 각각 나눈 표본(aliquot)에 클로로포름에 녹인 10 g/ℓ 트리데카논산(tridecanoic acid, C13:0) 0.1 ㎖을 지방산의 정량을 위한 내부 표준(internal standard)으로 첨가하였다. 상기 혼합물은 75℃ 항온 수조에서 10분 동안 교반하였고, 실온에서 식혔다. 그리고나서 붕소 트라이플루오르화 메탄올(boron trifluoride-methanol) 용액(1:2, v/v)을 첨가하고, 75℃에서 10분간 교반하였으며, 실온에서 식혔다. 이어, 용액 층을 형성하기 위하여 0.3 ㎖ 포화된 염용액(saturated salt solution)을 첨가한 뒤, 이어서 2 ㎖ 헥산(hexane)을 첨가하고, 상기 혼합물을 원심분리하였다. 상층 지방산 층은 5975 불활성의 다수 선택성의 탐지 장치(5975 inert mass selective detector)가 장착된 Agilent HP 6890N 기계에서 GC-결합된 질량 분광법 분석(GC-linked mass spectrometry analysis)을 수행에 사용되었고, 모세관(capillary column) DB-5MS(길이 30 m, I.D. 0.25 ㎜, 두께 0.25 ㎛, Agilent Technologies)가 사용되었다. 이때, 샘플의 크기는 1 ㎕이고, 운반 기체로는 1.0 ㎖/분 유속의 헬륨이 사용되었으며, 용액 지연시간(solvent delay time)은 5 분이었고, 주입 온도는 200℃였다. 초기 오븐 온도는 1분 동안 130℃였고, 이는 분당 5℃씩 상승하여 200℃까지 증가하였고, 5분 동안 상기 온도를 유지하였다. 지방산은 NIST 05 질량 스펙트럼 데이타베이스(NIST 05 mass spectral database)와 그들의 질량 스펙트럼 패턴(mass spectral database) 및 보존지수(retention index)를 직접 비교함으로써 확인하였다. 데이타는 세 번 측정한 평균값으로 나타내었다.
For fatty acid analysis, fatty acid was extracted from 1 ㎖ NaOH-CH 3 OH from 50 ㎎ dried algae and 10 g / ℓ tridecanoic acid (C13: 0) was added as an internal standard for quantification of fatty acids. The mixture was stirred in a constant temperature water bath at 75 DEG C for 10 minutes and cooled at room temperature. Then, boron trifluoride-methanol solution (1: 2, v / v) was added, stirred at 75 ° C for 10 minutes, and cooled at room temperature. Then 0.3 ml of saturated salt solution was added to form a solution layer, followed by 2 ml of hexane, and the mixture was centrifuged. The upper fatty acid layer was used to perform GC-linked mass spectrometry analysis on an Agilent HP 6890N machine equipped with a 5975 inert mass selective detector (5975 inert) capillary column) DB-5MS (length 30 m, ID 0.25 mm, thickness 0.25 탆, Agilent Technologies) was used. At this time, the size of the sample was 1 μl, the carrier gas was helium at a flow rate of 1.0 ml / min, the solvent delay time was 5 minutes, and the injection temperature was 200 ° C. The initial oven temperature was 130 [deg.] C for 1 minute, which increased by 5 [deg.] C per minute to 200 [deg.] C and maintained at this temperature for 5 minutes. Fatty acids were identified by direct comparison of their mass spectral database and retention index with the NIST 05 mass spectral database (NIST 05 mass spectral database). Data were expressed as mean values measured three times.

그 결과, 표 4에 나타난 바와 같이, 종속 배양에 있어서 전체 지질 함량 및 지방산 조성은 글루코스 및 볏짚 가수 분해물 배지에서 자란 클로렐라 프로토테코이드 사이에 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 세포 건조 무게를 기준으로 전체 지질 함량은 약 55%였고, 전체 지방산 함량은 45%였다. 클로렐라 프로토테코이드에서 가장 많은 지방산은 9-옥타데카노산(9-octadecenoic acid)이었고, 주요 지방산은 헥사데카노산(hexadecanoic acid), 9,12-옥타데카디에노산(9,12-octadecadienoic acid, Z,Z) 및 옥타데카트리에노산(octadecatrienoic acid)으로 확인되었다. 혼합영양 배양에 있어서 전체 지질 함량 및 지방산 조성은 글루코스 및 볏짚 가수 분해물 배지에서 자란 클로렐라 프로토테코이드 사이에 어떠한 차이도 나타내지 않았다. 클로렐라 프로토테코이드의 종속 배양 및 혼합영양 배양에서 전체 지질 함량은 같았고, 전체 지방산 함량에 있어서 혼합영양 배양에서 미미하게 감소한 것을 확인하였으나, 이는 통계적으로 유의하지 않았다. 지방산 조성에 대하여, 9-옥타데카노산 함량은 감소하였으나, 9,12,15-옥타데카트리에노산 함량은 증가하였다(표 4).
As a result, as shown in Table 4, the total lipid content and fatty acid composition in the dependent cultures did not show any significant difference between the chlorella proto-promoted in the glucose and rice straw hydrolyzate medium. Based on cell dry weight, total lipid content was about 55% and total fatty acid content was 45%. The major fatty acids in chlorella protothecide were 9-octadecenoic acid and the major fatty acids were hexadecanoic acid, 9,12-octadecadienoic acid, Z , Z) and octadecatrienoic acid. The total lipid content and fatty acid composition in the mixed nutrition culture showed no difference between chlorella prototyoids grown in the glucose and rice straw hydrolyzate media. In the subculture and mixed nutrient culture of chlorella prototype, the total lipid content was the same, and the total fatty acid content decreased slightly in the mixed nutrition culture, but this was not statistically significant. As to the fatty acid composition, the content of 9-octadecanoic acid was decreased, but the content of 9,12,15-octadecatrienoic acid was increased (Table 4).

다른 Other 탄소원에On carbon 따른 클로렐라  Chlorella according to 프로토테코이드의Prototheoid 지질 추출물의 지방산 조성 확인 Identification of fatty acid composition of lipid extract 구성요소Component 관련 FAME 함량(%)Relevant FAME content (%) 종속 배양Dependent culture 혼합영양 배양Mixed nutrition culture 글루코스Glucose 볏짚
가수 분해물
Rice straw
Hydrolyzate
글루코스Glucose 볏짚
가수 분해물
Rice straw
Hydrolyzate
7,10-Hexadecadienoic acid, mothyl ester7,10-Hexadecadienoic acid, mothyl ester 2.132.13 2.302.30 9.029.02 1.641.64 7,10,13-Hexadecatrienoic acid, methyl ester7,10,13-Hexadecatrienoic acid, methyl ester 3.113.11 3.913.91 4.174.17 5.905.90 Hexadecanoic acid, methyl esterHexadecanoic acid, methyl ester 15.3815.38 16.2616.26 20.4020.40 20.5620.56 Heptadecanoic acid, methyl esterHeptadecanoic acid, methyl ester 0.470.47 0.600.60 0.590.59 0.480.48 9,12-Octadecadienoic acid(Z,Z)-, methyl ester9,12-Octadecadienoic acid (Z, Z) -, methyl ester 16.9116.91 17.1017.10 10.5210.52 11.5911.59 9-Octadecenoic acid, methyl ester9-Octadecenoic acid, methyl ester 51.3751.37 47.5747.57 31.8131.81 34.7734.77 9,12,15-Octadecatrienoic acid methyl ester9,12,15-Octadecatrienoic acid methyl ester 9.579.57 10.9310.93 21.7621.76 23.1423.14 Octadecanoic acid, methyl esterOctadecanoic acid, methyl ester 1.051.05 1.321.32 1.741.74 1.921.92 TL/CDW(%)bTL / CDW (%) b 55.7755.77 54.9754.97 56.3756.37 55.1055.10 TFA/CDW(%)cTFA / CDW (%) c 45.6245.62 45.3745.37 40.9540.95 40.0440.04 TFA/TL(%)dTFA / TL (%) d 81.8081.80 82.5482.54 72.6572.65 72.6672.66 TFA 수율(g/ℓ)TFA yield (g / l) 4.004.00 2.952.95 2.632.63 1.571.57

FAME 조성은 모든 FAME의 무게 백분율로 나타내었다.FAME composition is expressed as the weight percentage of all FAME.

데이타는 세 번 측정하여 표준편차와 함께 평균으로 나타내었다.
Data were measured three times and expressed as mean with standard deviation.

공지된 바에 의하면 클로렐라 불가리스의 지질함량 또한 종속 배양 및 혼합영양 배양에서 같았으므로, 따라서 상기 결과는 볏짚 가수 분해물이 지방산 함량 및 조성물의 어떠한 변화를 유발하지 않는 글루코스 대체 탄소원으로 사용될 수 있음을 나타낸다.
It is known that the lipid content of chlorella bulgarians was also the same in the subculture and mixed nutrient culture, thus the results indicate that the rice straw hydrolyzate can be used as a glucose replacement carbon source which does not cause any change in fatty acid content and composition.

Claims (13)

리그노셀룰로스계(lignocellulosic) 바이오 매스에 방사선 및 알카리를 병용처리하는 단계를 포함하는 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 전처리 방법.
A method of pretreatment of lignocellulosic biomass comprising combining lignocellulosic biomass with radiation and alkali.
제 1항에 있어서, 상기 리그노셀룰로스계 바이오 매스는 볏짚인 것을 특징으로 하는 전처리 방법.
The pretreatment method according to claim 1, wherein the lignocellulosic biomass is rice straw.
제 1항에 있어서, 상기 방사선은 감마선, 전자선, UV 및 X선으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전처리 방법.
The pretreatment method according to claim 1, wherein the radiation is any one selected from the group consisting of gamma rays, electron beams, UV and X rays.
제 3항에 있어서, 상기 감마선은 10 내지 150 kGy의 선량으로 조사되는 것을 특징으로 하는 전처리 방법.
4. The pretreatment method according to claim 3, wherein the gamma ray is irradiated at a dose of 10 to 150 kGy.
제 1항에 있어서, 상기 알카리는 NaOH인 것을 특징으로 하는 전처리 방법.
The pretreatment method according to claim 1, wherein the alkali is NaOH.
제 5항에 있어서, 상기 NaOH의 농도는 1.0 내지 3.0%(w/v)인 것을 특징으로 하는 전처리 방법.
6. The pretreatment method according to claim 5, wherein the concentration of NaOH is 1.0 to 3.0% (w / v).
제 1항에 있어서, 상기 알카리는 리그노셀룰로스계 바이오 매스 1 g당 5 내지 20 ㎖로 처리하는 것을 특징으로 하는 전처리 방법.
The pretreatment method according to claim 1, wherein the alkali is treated with 5 to 20 ml per gram of lignocellulosic biomass.
1) 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 감마선 조사 및 알카리를 병용 처리하는 단계; 및
2) 상기 단계 1)의 전처리된 리그노셀룰로스계 바이오 매스에 당화 효소를 처리하는 단계를 포함하는 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화 방법.
1) treating lignocellulosic biomass with gamma irradiation and alkali treatment; And
2) treating the pretreated lignocellulosic biomass of step 1) with a saccharifying enzyme.
청구항 제 8항에 있어서, 상기 병용 처리는 감마선 조사 후에 알카리를 처리하는 것을 특징으로 하는 당화 방법.
9. The saccharification method according to claim 8, wherein the combination treatment is an alkali treatment after irradiation with gamma rays.
제 8항의 방법으로 제조된 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화액.
A saccharified liquid of lignocellulosic biomass prepared by the method of claim 8.
제 10항의 리그노셀룰로스계 바이오 매스의 당화액을 포함하는 미세조류 배지.
10. A microalgae culture medium containing the glycosylated lignocellulosic biomass of claim 10.
제 11항에 있어서, 상기 미세조류는 클로렐라 미누티시마(Chlorella minutissima), 클로렐라 피레노이도사(Chlorella pyrenoidosa), 클로렐라 바리아빌리스(Chlorella variabilis), 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris) 및 클로렐라 프로토테코이드(Chlorella protothecoides)로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세조류 배지.
The method of claim 11 wherein the microalgae Chlorella minu tea Shima (Chlorella minutissima), Chlorella Pierre D'Dosa (Chlorella pyrenoidosa), Chlorella Varia Billy's (Chlorella variabilis , Chlorella wherein the microalgae culture medium is any one selected from the group consisting of Clostridium vulgaris and Chlorella protothecoides .
1) 제 10항의 미세조류 배지에 미세조류를 배양하는 단계; 및
2) 상기 단계 1)의 배양된 배양액으로부터 지질을 수득하는 단계를 포함하는 미세조류 지질 생산 방법.



1) culturing the microalgae in the microalgae culture medium of claim 10; And
2) obtaining a lipid from the cultured medium of step 1).



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