KR20160112109A - Method of Producing Biomass Hydrolysate by Using Solid Acid Catalyst - Google Patents

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KR20160112109A
KR20160112109A KR1020150037194A KR20150037194A KR20160112109A KR 20160112109 A KR20160112109 A KR 20160112109A KR 1020150037194 A KR1020150037194 A KR 1020150037194A KR 20150037194 A KR20150037194 A KR 20150037194A KR 20160112109 A KR20160112109 A KR 20160112109A
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Abstract

The present invention relates to a method for producing a biomass-derived saccharification liquid using a solid acid and a liquid acid catalyst. More specifically, the present invention relates to a method for producing a biomass-derived saccharification liquid, involving the production of monosaccharide from solid biomass using both solid acid and liquid acid. According to the present invention, since solid acid is used as the catalyst in the saccharification liquid production method, separation of saccharification liquid and solid acid becomes easy, and thus devices used for neutralization or base separation requiring huge costs are not needed. In addition, the method also ensures excellent saccharification efficiency compared to the case involving a single use of the solid acid or the liquid acid respectively. Thus, method can be useful to produce saccharification liquid with low costs.

Description

고체산 촉매를 이용한 바이오매스 유래 당화액의 제조방법{Method of Producing Biomass Hydrolysate by Using Solid Acid Catalyst}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method for producing a biomass-derived saccharified liquid using a solid acid catalyst,

본 발명은 고체산을 주촉매로 하여 바이오매스 유래 당화액을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주촉매인 고체산의 성능을 보완하기 위해 최소한의 액체산을 보조촉매로 사용함으로써 당화효율을 획기적으로 향상시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스 유래 당화액의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing a biomass-derived glycosylated liquid using a solid acid as a main catalyst, and more particularly, to a process for producing a biomass-derived glycosylation product by using a minimal amount of liquid acid as a co- And a method for producing the biomass-derived saccharified liquid.

현재 바이오에너지 및 화합물 생산에 사용되는 원료(기질)는 대부분이 곡류 유래의 전분이나 열대작물에서 얻어지는 당류이다. 미국의 경우, 옥수수 전분을 가수분해하여 얻어지는 포도당을 원료로 대부분의 바이오에탄올을 생산하고 있고, 브라질은 사탕수수에서 얻어지는 설탕을 원료로 바이오에탄올을 생산하고 있다. 하지만 사람이 식량으로 먹을 수 있는 농작물을 에너지원으로 쓰는 것은, 아직도 상당수의 인류가 식량난으로 허덕이고 있는 시점에서 비판을 받고 있을 뿐더러 앞으로 급속히 증가하게 될 바이오에탄올의 수요를 충족시키지 못하기 때문에 근본적인 한계를 지니고 있다. 따라서 기존 농작물을 원료로 이용할 것이 아니라 인류가 식량으로 이용하지 못하며, 안정적인 바이오에너지 원료원이 될 수 있는 미세조류 바이오매스 자원을 활용한 바이오에너지 생산연구가 현재 많이 진행되고 있다(Ge., Renewable Energy. 36 : 84-89(2011); Harun., Renewable and Sustainable Energy Reviews, In press: 2011; Adams., J. Appl. Phycol., 21: 569 - 574(2009); Lee., J. Korean Ind. Eng. Chem. 20(3) : 290-295(2009); Isa., J. of the Japan Institute of Energy, 88: 912 - 917(2009);Ueno., J. of Fermentation and Bioengineering. 86(1):38-43(1998); Brennan Owende, Renew. Sustain. Energy Rev. 14:557-577(2010); John., Bioresource Technology, 102:186-193(2011); Choi., Bioresource Technology 101:5330-5336(2010)). Currently, raw materials (substrates) used in bio-energy and compound production are mostly sugars obtained from cereal-derived starch or tropical crops. In the United States, most bioethanol is produced from glucose, which is obtained by hydrolyzing corn starch, and Brazil produces bioethanol from sugar from sugar cane. However, the use of food crops for human consumption as an energy source is criticized at a time when a considerable number of humans are suffering from food shortages, and because it fails to meet the demand for bioethanol, which will increase rapidly in the future, Respectively. Therefore, research on the production of bioenergy using microalgae biomass resources which can not be used as raw materials but used by human beings as a stable source of bioenergy resources is under way (Ge., Renewable Energy (2009); Lee, J. Korean Ind., 36: 84-89 (2011); Harun., Renewable and Sustainable Energy Reviews, In press: 2011; Adams., J. Appl. Phycol., 21: 569-574 Ueno, J. of Fermentation and Bioengineering, 86 (3): 290-295 (2009); Isa., J. of the Japan Institute of Energy, 88: 912-917 1: 38-43 (1998); Brennan Owende, Renew, Sustain. Energy Rev. 14: 557-577 (2010); John., Bioresource Technology, 102: 186-193 (2011); : 5330-5336 (2010)).

목질계 바이오매스는 셀룰로스(cellulose)40~50%, 헤미셀룰로스(hemicellulose)25~35% 및 리그닌(lignin)15~20%의 복합체이다. 여기서 셀룰로스는 리그닌과 헤미셀룰로스가 단단히 감싸고 있고, 셀룰로스의 결정성 구조 때문에 전처리 및 당화가 쉽지 않다. 현재 이러한 바이오매스의 전처리 및 당화에는 물리화학적 방법인 dilute acid hydrolysis, steeming or ateam explosion (STEX), ammonia fiver expansion (AFEX), wet oxidation (WO), hot water pretreatment,등들이 알려져 있다.Woody biomass is a complex of 40-50% of cellulose, 25-35% of hemicellulose and 15-20% of lignin. Here, cellulose is tightly enclosed by lignin and hemicellulose, and it is difficult to pre-treat and saccharify due to the crystalline structure of cellulose. Currently, physico-chemical methods such as dilute acid hydrolysis, steeping or ateam explosion (STEX), ammonia fiver expansion (AFEX), wet oxidation (WO), and hot water pretreatment are known for pretreatment and saccharification of biomass.

미세조류(microalgae)는 민물에서 자라는 담수종과 해수에서 자라는 해양성 미세조류가 있다. 특히 녹말(starch)과 같은 다양한 종류의 탄수화물(carbohydrate)을 다량 함유하고 있는 미세조류는 당화를 통해 글루코스(glucose), 자일로스(xylose), 갈락토스(galactose) 또는 만노오스(mannose)와 같은 다양한 단당류를 생산할 수 있다.Microalgae are freshwater species that grow in freshwater and marine microalgae that grow in seawater. In particular, microalgae containing a large amount of various kinds of carbohydrates such as starch can be produced by saccharification of various monosaccharides such as glucose, xylose, galactose or mannose Can be produced.

거대조류는 대부분 해양성인바 이에는 홍조류(red algae), 갈조류(brown algae), 녹조류(green algae)가 있으며, 이러한 홍조류, 갈조류, 녹조류는 당화공정을 통해 다양한 당들로 분해될 수 있다. 우선 녹조류는 주로 셀룰로스(cellulose), 만노오스(mannose), 크실렌(xylane), 스타치(starch), 프룩탄(fructan), 등으로 구성되어 있으며, 홍조류는 갈락탄(galactan)인 아갈(agar)과 카라기난(carrageenan), 크실란(xylan), 만난(mannan), 등으로 되어 있다, 또한 갈조류는 알기네이트(alginate), 후코이단(fucoidan), 라미나란(laminaran), 등으로 구성된다. 이렇듯, 거대조류들도 매우 다양한 다당류로 구성되어 있기 때문에 이를 분해하기 위한 당화공정이 필요하다.Major algal species are red algae, brown algae and green algae, and red algae, brown algae, and green algae can be decomposed into various sugars through saccharification process. Firstly, the green algae consist mainly of cellulose, mannose, xylane, starch, fructan, etc. The red algae are composed of galactan, agar, Carrageenan, xylan, mannan, etc., and brown algae are composed of alginate, fucoidan, laminaran, and the like. As such, the giant algae are composed of a wide variety of polysaccharides, so a saccharification process is needed to disassemble them.

이러한 목질계 바이오메스 외에 최근 새로운 천연자원으로 각광을 받고 있는 해조류(미세조류 및 거대조류)는, 표 1과 같이, 다른 바이오매스에 비해 연간 4~6회 수확이 가능할 정도로 생장성이 빠르고, 식물작물들과의 경쟁 및 재배 경지의 잠식이 불필요하다는 장점도 가지고 있다. 뿐만 아니라 넓은 바다를 이용하므로 가용재배면적이 넓고, 생산비용도 거의 들지 않기 때문에 다른 바이오매스에 비해 훨씬 경쟁적이다. 또한 marine algae는 연간 이산화탄소 흡수량이 ha당 36.7톤으로써 목질계에 비해 5~7배가 더 높을 정도로 이산화탄소 흡수능이 뛰어나다.In addition to these woody biomes, algae (microalgae and giant algae), which are recently attracting attention as new natural resources, have a higher growth rate than the other biomass, so that they can be harvested four to six times a year, Competition with crops and the encroachment of cultivated land are also unnecessary. In addition, it is much more competitive than other biomass because it has a wide area of available cultivation due to the use of wide seas and little production cost. In addition, marine algae has an annual carbon dioxide absorption of 36.7 tonnes per hectare, which is 5 to 7 times higher than lignocellulosic carbon dioxide.

1,2,3세대 바이오매스의 비교 (출처:한국생산기술연구원) Comparison of 1,2,3 generation biomass (Source: Korea Institute of Industrial Technology) Sugar- and Starch-
based biomass
(1stgeneration)
Sugar- and Starch-
based biomass
(1 st generation)
Wood-based biomass
(2nd generation)
Wood-based biomass
(2 nd generation)
Marine algae
(3rdgeneration)
Marine algae
(3 rd generation)
Raw materialRaw material Sugarcane, cornSugarcane, corn woodwood ChlorellaChlorella ,,
GelidiumGelidium amansiiamansii
Harvest intervalHarvest interval 1 2 times/year1 2 times / year At least 8 yearsAt least 8 years 4 6 times/year4 6 times / year Yield/unit area
[tons/ha]
Yield / unit area
[tons / ha]
180180 99 565565
CO2absorption/unitare[tons/ha]CO 2 absorption / unitare [tons / ha] 5 105 10 4.64.6 36.736.7 Production processProduction process SimpleSimple Complex
(lignin elimination)
Complex
(lignin elimination)
Simple
(lignin absent)
Simple
(lignin absent)
Cultivation environmentCultivation environment Sunlight, CO2,
irrigation water, soil fertilizer
Sunlight, CO2,
irrigation water, soil fertilizer
Sunlight, CO2, irrigation water, soil
fertilizer
Sunlight, CO 2 , irrigation water, soil
fertilizer
Sunlight, CO2,
marine water
Sunlight, CO 2 ,
marine water

이러한 바이오매스의 당화를 위해 이온성액체, 강산, 강염기등을 촉매로 사용하는데, 이런 촉매들은 당화액과 분리하여 재활용하는 것이 어렵거나 현실적으로 불가능하다. 특히 산 또는 알카리를 사용하는 경우 후속 과정으로 중화공정이 필요하게 된다. 또한 중화공정 시 생성되는 다량의 염을 제거해야 할 필요성이 있을 수 있어 추가적인 재료비와 공정비용이 발생할 수도 있다. 중화공정이 필요하지 않은 경우라도 산, 알칼리 촉매들은 그대로 방출될 경우 환경에 부담을 주게되므로 추가적인 처리공정을 거쳐야 배출이 가능하다. 따라서 반응 후 당화액으로부터 분리가 용이하여 재활용이 가능한 동시에 중화, 탈염 등의 후속 처리공정이 필요 없는 형태의 촉매를 사용하는 것이 절대적으로 필요하다.
For the saccharification of such biomass, ionic liquid, strong acid, strong base, etc. are used as catalysts. It is difficult or practically impossible to separate these catalysts from glycans and recycle them. Particularly, when acid or alkali is used, a neutralization process is required as a follow-up process. In addition, there may be a need to remove a large amount of salt generated during the neutralization process, resulting in additional material cost and process cost. Even if the neutralization process is not necessary, the acid and alkali catalysts are burdened to the environment when they are released. Therefore, it is absolutely necessary to use a catalyst which can be easily separated from the glycation solution after the reaction and can be recycled, and which does not require subsequent treatment steps such as neutralization, desalting and the like.

대한민국 공개특허 제2013-0001627호에서는 갈조류를 이미다졸륨 기반(imidazolium-based) 이온성 액체로 전처리한 후, 액체산 촉매로 가수분해하여 당을 추출하는 방법이 개시되어 있다. 액체산 촉매만을 사용했을 때보다 수득율은 높았지만, 액체산의 함량이 조류 함량의 10 내지 30 wt%로 중화하는 단계가 필요하다는 단점이 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0001627 discloses a method of pretreating brown algae with an imidazolium-based ionic liquid and hydrolyzing the same with a liquid acid catalyst to extract the sugar. The yield is higher than when the liquid acid catalyst alone is used, but it is necessary to neutralize the content of the liquid acid to 10 to 30 wt% of the algae content.

대한민국 등록특허 1254662호에서는 촉매를 이용하여 그물말과 조류 바이오매스로부터 글루코스 고함유 당화액을 제조하는 방법에 관하여 기재하고 있다. 이 특허는 특별한 전처리 없이 조류로부터 효소 가수분해 또는 화학적 가수분해를 통하여 고농도의 단당류를 직접 수득하고 있지만, 가수분해를 위한 촉매로 황산, 질산, 염산등의 액체산 또는 수산화나트륨, 수산화칼륨과 같은 액체염기를 사용하고 있어 추가적인 중화공정이 필요하다는 단점을 가진다.Korean Patent Registration No. 1254662 describes a method for producing a high glucose-containing glycoside from a horse and algae biomass using a catalyst. This patent directly obtains a high concentration of monosaccharide through enzymatic hydrolysis or chemical hydrolysis from algae without special pretreatment. However, as a catalyst for hydrolysis, a liquid acid such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or a liquid such as sodium hydroxide, potassium hydroxide It is disadvantageous in that an additional neutralization process is required.

대한민국 공개특허 2009-0039470호에서는 산촉매와 초임계수를 이용하여 목질계 바이오메스의 당화법에 관하여 기재하고 있다. 이 발명에서는 초임계수를 사용하여 당화시간을 매우 짧게 단축하고 있지만. 액체산 촉매를 사용하고 있어 추가적인 중화공정이 필요하며 초임계수 재생시 분리공정이 복잡하다는 단점을 가진다.
Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0039470 describes the glycation method of woody biomes using acid catalyst and supercritical water. In the present invention, the saccharification time is shortened by using the supercritical water. Liquid acid catalyst is used, so that an additional neutralization process is required and the separation process is complicated when the supercritical water is regenerated.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 반응 후 회수하여 재사용이 가능한 고체산 촉매를 사용하되 고체산 단독으로는 미흡한 당화성능을 보완하기 위해 중화 및 탈염의 후속공정이 필요성이 없을 정도의 미량의 액체산 촉매를 보조 촉매로 사용함으로써 높은 당화효율을 달성하였음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. 결과적으로 고체산 촉매와 액체산 촉매를 단독으로 사용하는 어떤 경우보다 당화효율이 높은 동시에 후속 중화 및 탈염공정에 소요되는 비용의 절감을 통해 당화공정의 경제성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 개발하였다.
As a result, the inventors of the present invention have found that there is no need for a subsequent step of neutralization and desalting in order to supplement the saccharification performance insufficient as solid acid alone, while using a solid acid catalyst that can be recovered after re- By using a small amount of liquid acid catalyst as a co-catalyst, the present inventors have accomplished the present invention. As a result, a method has been developed which can remarkably improve the economical efficiency of the saccharification process by reducing the cost required for the subsequent neutralization and desalination processes, while the saccharification efficiency is higher than in any case where the solid acid catalyst and the liquid acid catalyst are used alone .

본 발명의 목적은 고체산을 주촉매로 하되 미량의 액체산을 보조촉매로 사용함으로써 당화효율과 경제성이 동시에 향상된 바이오매스 유래 당화액 제조방법을 제공하는데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for producing a biomass-derived saccharified liquid having a saccharification efficiency and an economical efficiency simultaneously by using a solid acid as a main catalyst and using a small amount of liquid acid as an auxiliary catalyst.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 반응기에 바이오매스 원료, 고체산 촉매 및 액체산 촉매를 투입하는 단계; (b) 상기 반응기를 가열하여 바이오매스를 당화시켜 당화액을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 당화액에서 고체산 촉매를 분리하는 단계를 포함하는 바이오매스 유래 당화액의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a process for producing a biomass catalyst comprising the steps of: (a) introducing a biomass feedstock, a solid acid catalyst and a liquid acid catalyst into a reactor; (b) heating the reactor to sacrifice the biomass to produce a saccharified solution; And (c) separating the solid acid catalyst from the glycated solution prepared in the step (b).

고체산 촉매를 주 촉매로 하되 고체산 촉매의 당화효율을 높이기 위해 소량의 액체산 촉매를 병행 사용하여 액체산은 고형 원료의 액화, 고체산 촉매는 당화의 역할을 맡게 된다.
In order to increase the saccharification efficiency of the solid acid catalyst while using the solid acid catalyst as the main catalyst, a small amount of the liquid acid catalyst is used in parallel, and the liquid acid takes charge of the liquefaction of the solid raw material and the saccharification of the solid acid catalyst.

본 발명에 따른 당화액의 제조방법에서는 고체산을 촉매로 사용하므로, 당화액과 고체산의 분리가 용이하여 재활용이 가능하고, 많은 비용이 소모되는 중화 및 탈염 공정 및 이에 필요한 장치가 불필요하며, 고체산 또는 액체산의 단독사용에 비하여 당화효율이 뛰어나기 때문에 바이오매스 당화액 생산 비용을 크게 낮출 수 있다.
Since the method for producing a saccharified liquid according to the present invention uses a solid acid as a catalyst, the saccharified liquid and the solid acid can be easily separated from each other, which makes it possible to recycle the saccharified liquid, The saccharification efficiency is excellent as compared with the case of using only a solid acid or a liquid acid so that the production cost of biomass saccharified liquid can be greatly reduced.

도 1은 9.23g/L 엠벌리스트36과 각 농도에 따른 질산을 사용한 골렌키니아의 당화반응 결과 그래프이다.
도 2는 0.01N 질산과 9.23g/L 엠벌리스트36을 사용한 골렌키니아의 당화반응 결과 그래프이다.
도 3는 0.05N 질산과 9.23g/L 엠벌리스트36을 사용한 골렌키니아의 당화반응 결과 그래프이다.
도 4는 0.05N 질산과 9.23g/L 엠벌리스트36을 사용한 셀룰로오즈의 당화반응 결과 그래프이다.
도 5은 0.01N 질산으로 처리된 골렌키니아 당화액으로부터 크랩시엘라 옥시토카 균주를 이용한 2,3-BDO 생산 결과 그래프이다.
FIG. 1 is a graph showing the results of saccharification reaction of Golenchinae using 9.23 g / L amber list 36 and nitric acid according to each concentration.
Fig. 2 is a graph showing the results of saccharification reaction of Golenchnia using 0.01 N nitric acid and 9.23 g / L amberlest.
FIG. 3 is a graph showing the glycation reaction results of Golenchnia using 0.05 N nitric acid and 9.23 g / L amberlest.
4 is a graph showing a saccharification reaction result of cellulose using 0.05 N nitric acid and 9.23 g / L amberlest.
FIG. 5 is a graph showing the production result of 2,3-BDO from Saccharomyces cerevisiae saccharides treated with 0.01 N nitric acid.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명에서는 고체산과 액체산을 이용하여 당화액을 제조하고, 제조된 당화액과 고체산의 분리가 용이하며, 고체산의 단일사용보다 당화효율이 우수한 것을 확인하고자 하였다. In the present invention, a glycation solution was prepared using solid acid and liquid acid, and it was confirmed that the glycated liquid and the solid acid can be easily separated from each other and the saccharification efficiency is superior to that of a single use of solid acid.

본 발명의 일 실시예에서 스테인레스 재질의 반응기에 미세조류 원료, 고체산 및 액체산 촉매를 투입하여 당화반응을 수행하였으며, 고체산 촉매나 액체산 촉매를 단독으로 사용하는 경우에 비해서 당화율이 증가하는 것을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, the microbial feedstock, the solid acid, and the liquid acid catalyst are added to a stainless steel reactor to perform the glycation reaction. The saccharification rate is increased compared to the case where the solid acid catalyst or the liquid acid catalyst is used alone .

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 반응기에 바이오매스 원료, 고체산 촉매 및 액체산 촉매를 투입하는 단계; (b) 상기 반응기를 가열하여 바이오매스를 당화시켜 당화액을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 당화액에서 고체산 촉매를 분리하는 단계를 포함하는 고체산 및 액체산 촉매를 사용하는 바이오매스 유래 당화액의 제조방법에 관한 것이다. Accordingly, in one aspect, the present invention provides a process for the preparation of a biomass feedstock comprising: (a) feeding a biomass feedstock, a solid acid catalyst and a liquid acid catalyst into a reactor; (b) heating the reactor to sacrifice the biomass to produce a saccharified solution; And (c) separating the solid acid catalyst from the glycated liquid prepared in the step (b). The present invention also relates to a method for producing a biomass-derived glycated solution using the solid acid and liquid acid catalyst.

본 발명에 있어서, 상기 바이오매스 원료는 미세조류 원초, 미세조류 건조분말 또는 미세조류 잔사물, 목질계 바이오매스, 거대조류 바이오매스인 것을 특징으로 할 수 있다. 미세조류는 원초 형태로 사용가능하며, 운반과 보관, 반응의 편이성을 위하여 건조 분말 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 탄수화물이 존재하는 미세조류의 잔사물 형태도 사용가능하다. 아울러 목질계 바이오매스와 거대조류와 같은 다양한 종류의 바이오매스가 사용가능하다.In the present invention, the biomass feedstock may be microalgae, microalgae dry powder or microalgae residues, woody biomass, or giant algae biomass. Microalgae can be used in the form of a primate, preferably in the form of a dry powder for ease of transportation, storage and reaction. Residues of microalgae in the presence of carbohydrates can also be used. Various types of biomass such as woody biomass and giant algae are available.

본 발명에 있어서, 상기 미세조류는 난노크로롭시스 속 (Nannochloropsis sp.), 골렌키니아 속(Golenkinia sp.), 오란티오키트리움 속 (Aurantiochytrium sp.), 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.), 클로렐라 속 (Chlorella sp.), 스피룰리나 속 (Spirulina sp.), 듀날리엘라 속(Dunaliella sp.), 보트리오코커스 속 (Botryococcus sp.), 트라우스토키트리움 속 (Thraustochytrium sp.), 자포노키트리움 속 (Japonochytrium sp.), 울케니아 속 (Ulkenia sp.), 크립테코디니움 속 (Crypthecodinium sp.), 할리프토로스 속 (Haliphthoros sp.), 클라미도모나스 속 (Chlamydomonas sp.) 및 포르피리디움 속 (Porphyridium sp.)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 바이오매스를 이용한 당화 반응에서 탄수화물을 생성하는 미세조류는 제한 없이 사용가능하지만, 상기 미세조류군 중 골렌키니아 속을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. In the present invention, the microalgae are selected from the group consisting of Nannochloropsis sp ., Golenkinia sp ., Aurantiochytrium sp ., Schizochytrium sp . ), Chlorella sp ., Spirulina sp ., Dunaliella sp ., Botryococcus sp ., Thraustochytrium sp ., Zapono sp . Such as Japanese chrysanthemum spp ., Japonochytrium sp ., Ulkenia sp. , Crypthecodinium sp ., Haliphthoros sp. , Chlamydomonas sp. sp .) and the genus Porphyridium sp .) may be one or more selected from the group consisting of The microalgae producing carbohydrates in the glycation reaction using biomass can be used without limitation, but it is more preferable to use the microalgae among the microalgae.

본 발명에 있어서, 상기 거대조류는 홍조류, 갈조류 및 녹조류로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 거대 조류는 홍조류, 갈조류, 녹조류로 구분되는데 본 발명에서는 당화액의 원료인 탄수화물을 생성하는 거대조류는 제한 없이 사용가능하다.In the present invention, the macro alga may be at least one selected from the group consisting of red algae, brown algae and green algae. Giant algae are classified into red algae, brown algae, and green algae. In the present invention, giant algae producing carbohydrate as a raw material of saccharified liquid can be used without limitation.

본 발명에 있어서, 상기 목질계 바이오메스는 콘캅 (corncob), 콘스토버 (corn stover), 우드칩 (wood chip), 목질펠릿 및 폐 목재로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 목질계 바이오매스는 초본계 바이오매스와 목본계 바이오매스로 구분되는데 초본계 바이오매스중 많은 양이 생산되며, 폐기물로 버려지는 옥수수를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 옥수수에서 낱알을 수확한 뒤 버려지는 콘캅이나 콘스토버도 제한 없이 사용가능하다. 또한 목본계 바이오매스는 폐목재를 사용하거나 운반의 편의를 위하여 우드칩이나 목질펠릿을 사용할 수 있다.In the present invention, the wood-based biomes may be at least one selected from the group consisting of corncob, corn stover, wood chip, wood pellet, and waste wood. have. Woody biomass is divided into herbaceous biomass and tree-based biomass, which produces a large amount of herbaceous biomass, and it is preferable to use corn that is discarded as waste. Especially, corncobs and cornstarchs that are discarded after harvesting corn from corn can be used without limit. Wood-based biomass may also use wood chips or lignocellulosic pellets for the convenience of transportation or use of waste wood.

본 발명에 있어서, 상기 고체산 촉매는 카올리나이트(kaolinite), 벤토나이트(bentonite), 아타풀가이트(attapulgite), 제올라이트(zeolite), 몬모릴로나이트(montmorillonite), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화세슘(CeO2), 산화바나듐(V2O5), 산화규소(SiO2), 산화크롬(Cr2O3), 황산칼슘(CaSO4), 황산망간(MnSO4), 황산니켈(NiSO4), 황산구리(CuSO4), 황산코발트(CoSO4), 황산카드뮴(CdSO4), 황산마그네슘(MgSO4), 황산철(FeSO4), 황산알루미늄 (Al2(SO4)3), 황산아연(ZnSO4), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산아연(Zn(NO3)2), 질산철(Fe(NO3)3), 인산알루미늄(AlPO4), 인산철(FePO4), 인산크롬(CrPO4), 인산구리(Cu3(PO4)2), 인산아연(Zn3(PO4)4), 인산마그네슘(Mg3(PO4)2), 염화알루미늄(AlCl3), 염화티타늄(TiCl4), 염화칼슘(CaCl2), 염화은(AgCl), 불화칼슘(CaF2), 불화바륨(BaF2), 무수황산(SO3), 설파민산, 구연산, 호박산, 말레산, 프탈산 및 양이온교환수지(상품명: Amberlyst 15, A21, 36, 70)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다. 산 촉매는 바이오매스와 혼합되어 화학적 가수분해 반응을 수행한다. 본 발명에서는 당화액과 분리가 용이하도록 고체산 촉매를 사용하였으며, 바람직하게는 양이온교환수지, 더욱 바람직하게는 엠벌리스트(Amberlyst)36을 사용할 수 있다.In the present invention, the solid acid catalyst is kaolinite (kaolinite), bentonite (bentonite), attapulgite (attapulgite), zeolite (zeolite), montmorillonite (montmorillonite), zinc oxide (ZnO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2), cesium oxide (CeO 2), vanadium oxide (V 2 O 5), silicon oxide (SiO 2), chromium oxide (Cr 2 O 3), calcium sulfate (CaSO 4), manganese sulfate (MnSO 4 ), nickel sulfate (NiSO 4 ), copper sulfate (CuSO 4 ), cobalt sulfate (CoSO 4 ), cadmium sulfate (CdSO 4 ), magnesium sulfate (MgSO 4 ), iron sulfate (FeSO 4 ) 2 (SO 4) 3), zinc sulfate (ZnSO 4), calcium nitrate (Ca (NO 3) 2) , zinc nitrate (Zn (NO 3) 2) , iron nitrate (Fe (NO 3) 3) , aluminum phosphate (AlPO 4), iron phosphate (FePO 4), chromate phosphate (CrPO 4), phosphoric acid copper (Cu 3 (PO 4) 2 ), zinc phosphate (Zn 3 (PO 4) 4 ), magnesium phosphate (Mg 3 (PO 4) 2), aluminum chloride (AlCl 3), titanium chloride (TiCl 4), calcium chloride (CaCl 2), silver chloride (AgCl), calcium fluoride (CaF 2 1 ) selected from the group consisting of barium fluoride (BaF 2 ), anhydrous sulfuric acid (SO 3 ), sulfamic acid, citric acid, succinic acid, maleic acid, phthalic acid and cation exchange resins (trade name: Amberlyst 15, A21, Or more. The acid catalyst is mixed with the biomass to perform a chemical hydrolysis reaction. In the present invention, a solid acid catalyst is used to facilitate separation from the glycation solution, and preferably a cation exchange resin, more preferably Amberlyst 36 can be used.

본 발명의 용어 고체산은 양성자 공여체 또는 전자 수용체로 작용하는 고체를 말한다. 고체산은 일반산처럼 염기성 지시약을 변색시키거나, 염기를 흡착하는 성질을 갖고 있다. 산성 백토와 같은 천연적으로 산출하는 점토 광물, 실리카와 알루미나를 다양한 비율로 배합혼합한 실리카 알루미나, 양이온 교환수지, 일반산을 담체에 부착시킨 고형화산(예컨데 실리카겔이나 알루미나에 황산, 인산 등을 부착 시킨 것), 산화 알루미늄 등 무기 화학 약품 등이 그 예이다. 특히 그 촉매로서의 성질은 중요하며 균질산 용매에 비하여 활성 및 선택성이 우수하다는 것이 알려져 있다. The term " solid acid " of the present invention refers to a solid acting as a proton donor or an electron acceptor. Solid acids have the property of discoloring basic indicators like base acids or adsorbing bases. Naturally occurring clay minerals such as acid clay, silica alumina mixed with various ratios of silica and alumina, cation exchange resin, solid volcanic acid (for example, silica gel or alumina attached with sulfuric acid, phosphoric acid, etc.) And inorganic chemicals such as aluminum oxide. In particular, it is known that the properties of the catalyst are important and are superior in activity and selectivity to homogeneous acid solvents.

본 발명에 있어서, 상기 액체산 촉매는 질산, 염산, 황산, 인산, 브롬산, 과염소산, 아세트산으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 질산을 사용할 수 있다. 액체산 촉매는 고체산 촉매의 당화반응 효율을 높이고 당화반응시간을 줄이기 위해 사용하는 것으로, 고체산을 단독으로 사용하는 경우에도 당화반응이 진행되지만, 소량의 액체산 촉매와 병행 사용시 당화반응의 효율이 더욱 상승한다. 또한, 액체산 촉매만으로 당화반응을 진행하는 경우 생성물의 산도를 조절하기 위하여 중화공정이 추가로 필요하며, 이때 생성되는 염을 제거하는 탈염공정이 필요하다. 이때 액체산을 제거하지 않고 발효공정으로 공급하는 경우 산에 의하여 미생물의 활성이 저하되어 원활한 발효공정을 진행할 수 없게된다. 하지만 고체산 촉매와 병행으로 사용하는 경우, 소량(0.05N 이하)의 액체산을 사용하게 되므로 중화공정 없이 당화액을 발효공정에 사용 가능하며, 추가적인 탈염공정 역시 필요하지 않게 된다.      In the present invention, the liquid acid catalyst may be at least one member selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, bromic acid, perchloric acid and acetic acid, preferably nitric acid. The liquid acid catalyst is used to increase the saccharification reaction efficiency of the solid acid catalyst and to reduce the saccharification reaction time. Even when the solid acid is used singly, the saccharification reaction proceeds, but when used in combination with a small amount of liquid acid catalyst, . In addition, when the glycation reaction proceeds only with the liquid acid catalyst, a neutralization process is further required to adjust the acidity of the product, and a desalination process is required to remove the generated salts. In this case, when the liquid acid is supplied to the fermentation process without removing the acid, the activity of the microorganism is lowered by the acid, so that the smooth fermentation process can not proceed. However, when used in combination with a solid acid catalyst, a small amount (less than 0.05 N) of liquid acid is used, so that the saccharified liquid can be used in the fermentation process without neutralization, and an additional desalination step is not necessary.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계는 80 ~ 200oC의 온도에서 0.5 ~ 5시간 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 일반적인 당의 열분해 온도는 200oC정도로 알려져 있는데 생성되는 당이 열분해 되지 않도록 200oC이하에서 반응을 수행하는 것이 바람직하다. 또한 온도가 낮은 경우 반응의 속도가 떨어져 전체적인 효율이 감소하므로 80oC이상에서 반응을 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 150oC에서 수행할 수 있다. 반응시간은 당이 생성되는 최단시간인 0.5시간에서 생성된 당이 산에 의해 분해되는 시간인 4시간 이내인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 ~ 3시간 일 수 있다.In the present invention, the step (b) may be performed at a temperature of 80 to 200 ° C for 0.5 to 5 hours. Generally, the pyrolysis temperature of a sugar is known to be about 200 ° C. It is preferable to perform the reaction at a temperature of 200 ° C or less to prevent pyrolysis of the resulting saccharide. In addition, when the temperature is low, the reaction rate decreases and the overall efficiency decreases. Therefore, the reaction is preferably performed at 80 ° C or higher, more preferably 150 ° C. The reaction time is preferably within 4 hours, more preferably from 1 to 3 hours, at which the sugar produced by the shortest time of producing sugar is decomposed by acid.

본 발명에 있어서, 상기 (a)단계의 고체산 촉매는 0.1 ~ 15g/L, 액체산 촉매는 0.0001 ~ 0.1N을 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다. 고체산 촉매 함량이 0.1g/L이하인 경우 고체산 촉매에 의한 가수분해의 효과가 현저하게 떨어지며, 15g/L이상인 경우 산에 의한 당분해가 일어날 수 있다. 또한 액체산이 0.0001N 이하인 경우 액체산 촉매에 의한 고체산 촉매의 활성화효과가 떨어지며, 0.05N 초과에서는 액체산 촉매에 의한 당분해가 일어나며 생성물의 추가적인 중화 및 탈염 공정이 필요하다.In the present invention, the solid acid catalyst in the step (a) may be used in an amount of 0.1 to 15 g / L, and the liquid acid catalyst may be used in an amount of 0.0001 to 0.1 N. When the solid acid catalyst content is less than 0.1 g / L, the effect of hydrolysis by the solid acid catalyst is significantly deteriorated, and if it exceeds 15 g / L, acid-induced sugar disintegration may occur. When the liquid acid is 0.0001N or less, the activation effect of the solid acid catalyst by the liquid acid catalyst is poor. When the liquid acid catalyst is more than 0.05N, the liquid acid catalyst causes sugar disintegration and further neutralization and desalting of the product is required.

본 발명에 있어서, 상기 단당류는 글루코오즈(glucose), 갈락토오즈 (galactose), 람노오즈(rhmnose), 자일로오즈(xylose), 만노오즈(mannose), 퓨코오즈(fucose), 아라비노오즈(arabinose) 및 라이보오즈(libose)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 할 수 있다. 당화반응에 의하여 생성되는 단당류는 다양한 종류가 있지만 본 발명에서는 글루코오즈, 갈락토오즈등을 포함하는 혼합 단당류가 수득될 수 있다.
In the present invention, the monosaccharide is selected from the group consisting of glucose, galactose, rhmnose, xylose, mannose, fucose, arabinose arabinose, and libose. In the present invention, There are various kinds of monosaccharides produced by the glycation reaction, but in the present invention, mixed monosaccharides including glucose, galactose and the like can be obtained.

[실시예]
[Example]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예Example :  : 당화Glycation 반응의 원료 및  The raw materials of the reaction and 당화Glycation 반응기의 구성 Configuration of the reactor

본 실시예를 위해 사용한 당화장치 시스템은 스테인레스 재질로 이루어진 반응기와 콘트롤 박스로 구성되어 있다. 반응기는 내경 6cm, 내부 높이 10cm 반응용량 300ml(유효용량 200ml)의 원통형으로 제작되며, 교반을 위한 임펠러(impeller), 반응기 내부 온도를 측정하기 위한 열전도(thermocouple)와 샘플 채취를 위한 샘플링 라인(sampling line)이 반응기 뚜껑에 설치되어 있다. 샘플 채취의 용이성을 위해 샘플링 라인에는 반응기 외부로부터 고압 N2 가스가 유입될 수 있다. 콘트롤 박스에는 교반기의 RPM과 반응기 내부 온도설정, 타이머(timer)등이 장착되어 있다.The saccharifying device system used for the present embodiment is composed of a reactor made of stainless steel and a control box. The reactor has a cylindrical shape with an inner diameter of 6 cm and an inner height of 10 cm and a reaction volume of 300 ml (effective capacity: 200 ml). The reactor is equipped with an impeller for stirring, a thermocouple for measuring the temperature inside the reactor and a sampling line line is installed on the reactor lid. For ease of sampling, high pressure N 2 gas can be introduced into the sampling line from the outside of the reactor. The control box is equipped with the RPM of the stirrer, the temperature setting inside the reactor, and the timer.

당화 과정으로 생성된 단당을 정량하기 위하여, 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하였다. Waters사에서 제작된 펌프(pump), 자동적으로 샘플들의 일정량을 주입하는 오토샘플러(autosampler), 컬럼의 온도를 일정하게 유지시키는 컬럼 오븐(colum oven)등으로 구성되어 있으며, Sedex사에서 제작한 증기화광산란 검출기(evaporative light scattering detector)를 통해 당화액 내 당을 검출하였다.High performance liquid chromatography was used to quantify the monosaccharide produced by the glycation process. It consists of a pump manufactured by Waters, an autosampler which automatically injects a certain amount of samples, and a column oven which keeps the temperature of the column constant. The steam produced by Sedex Co., The sugar in the saccharified liquid was detected through an evaporative light scattering detector.

본 실시예에서는 골렌키니아(Golenkinia sp.)의 미세조류를 사용하였으며, 이는 하나의 예시일뿐 본 발명에서 사용한 기질에 국한되지 않는다. 골렌키니아를 70oC 오븐에 건조하여 분쇄하여 입도 1mm이하의 가루를 만들어 당화 실험에 사용하였다.In this example, microalgae of Golenkinia sp. Were used, which is only one example and is not limited to the substrate used in the present invention. Golenchinia was dried in a 70 o C oven and pulverized to produce a powder with a particle size of 1 mm or less.

액체산 촉매는 시그마알드리치(sigmaaldrich)에서 구매한 70% 질산용액을 사용하였으며, 고체산 촉매는 시그마알드리치에서 구매한 엠벌리스트36(Amberlyst36_wet)를 구매하여 사용하였다.The liquid acid catalyst used was 70% nitric acid solution purchased from Sigmaaldrich, and the solid acid catalyst was purchased from Amberlyst36_wet purchased from Sigma-Aldrich.

미세조류 당화액 내 단당의 정량 분석을 위해 HPLC를 사용하였으며, Aminex HPX-87H (Biorad, 300mm X 7.8mm)을 컬럼으로 사용하였다. 이동상은 3차 증류수를 사용하였으며, 흐름 속도는 0.6ml/분, 컬럼 온도는 65oC로 설정 하였다. 단당의 농도는 표준물질 곡선을 이용하여 정량 분석하였다. 생성된 단당의 수율은 다음과 같은 식에 의해 계산되었다.Aminex HPX-87H (Biorad, 300 mm x 7.8 mm) was used as a column for the quantitative analysis of monosaccharides in the microalgae saccharified liquid. The mobile phase used was a third distilled water, the flow rate was set at 0.6 ml / min, and the column temperature was set at 65 ° C. Concentrations of monosaccharides were quantitatively analyzed using standard curve. The yield of the resulting monosaccharide was calculated by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

S = HPLC 상으로 정량 분석된 단당 농도(g/L)S = monosaccharide concentration quantitatively analyzed on HPLC (g / L)

M = 당화 반응을 위해 투입한 미세조류 건조 원료의 농도(g/L)
M = Concentration (g / L) of microalgae dry raw material added for saccharification reaction

실험예Experimental Example 1:  One: 액체산Liquid acid 촉매의 농도에 따른  Depending on the concentration of the catalyst 당화반응Glycation reaction 효율 변화 Efficiency change

보조촉매로 사용하는 질산의 양을 바람직하기로는 후속 중화 및 탈염 공정의 필요성 없거나 최소화되는 수준으로 낮추는 것이 본 발명의 목적달성에 가장 중요한 요소이므로 주촉매로 사용된 엠벌리스트36의 양을 9.23g/L로 고정한 상태에서 질산의 농도를 0.05N 내지 0.0005N의 범위에서 변화시켜가며 당화실험을 수행하였다. 대조군으로 순수 9.23g/L 엠벌리스트36 만을 사용한 실험을 행하였다. 모든 실험에 사용된 골렌키니아 농도는 10 g/L이었으며 당화반응은 150 oC에서, 최대 160 분간 진행하였다.Since it is most important to achieve the object of the present invention that the amount of nitric acid to be used as the co-catalyst is reduced to a level where the necessity of subsequent neutralization and desalination is unnecessary or minimized, the amount of amblingrite 36 used as the main catalyst should be 9.23 g / L and the concentration of nitric acid was changed in the range of 0.05N to 0.0005N. Experiments were carried out using pure 9.23 g / L amberlum 36 alone as a control. The concentration of Golenchinia used in all experiments was 10 g / L and the glycosylation was carried out at 150 ° C for a maximum of 160 min.

도 1에 나타난 바와 같이 고체산 촉매만을 사용한 경우는 수율이 극히 낮아 실용성이 없음을 알 수 있다. 질산 병용의 경우, 질산의 농도를 0.01 N까지 낮추더라도 최대수율에 도달하는 시간이 0.05 N의 경우에 비해 다소 더 걸리지만, 충분한 당수율을 얻을 수 있었다. 그러나 질산농도가 0.01 N보다 낮은 경우 충분한 수준의 수율을 얻을 수 없었다. 따라서, 질산의 첨가농도로는 0.01 N이 가장 적합한 것으로 밝혀졌는바, 이렇게 낮은 질산 사용 농도는 통상적인 지식으로 판단할 때 후속 중화 및 탈염 공정이 필요가 없는 수준이다. 결과적으로 고체산 촉매 사용 시 미량의 액체산 촉매를 같이 사용함으로써 당화효율은 획기적으로 높이되, 고체산 단독 사용 시와 마찬가지로 후속 중화 및 탈염공정이 필요 없는 당화방법의 개발이 가능하였다.As shown in FIG. 1, it can be seen that the use of the solid acid catalyst alone is not practical because the yield is extremely low. In the case of using nitric acid together, even when the concentration of nitric acid was lowered to 0.01 N, the time required for reaching the maximum yield was slightly longer than that of 0.05 N, but sufficient yield of sugar was obtained. However, when the concentration of nitric acid was lower than 0.01 N, a sufficient level of yield could not be obtained. Therefore, it has been found that 0.01 N is the most suitable concentration of nitric acid to be added. Therefore, the concentration of nitric acid to be used at such a low level is not required to be subjected to subsequent neutralization and desalting when judged by conventional knowledge. As a result, when the solid acid catalyst is used, the saccharification efficiency is remarkably increased by using a small amount of the liquid acid catalyst, and it is possible to develop a saccharification method which does not require subsequent neutralization and desalting processes as in the case of using solid acid alone.

실험예Experimental Example 2:  2: 고체산Solid acid 촉매와  Catalyst and 액체산Liquid acid 촉매의 병행사용 시의 시너지 효과 Synergistic effect of simultaneous use of catalyst

고체산과 액체산 촉매의 병행사용 시 얻어질 수 있는 시너지 효과를 확인하기 위해, 대조군으로 액체산 촉매만을 사용한 당화반응을 추가로 행한 후 이 결과를 고체산만을 사용한 결과와 합한 것을 고체산 및 액체산 병행사용 시의 결과와 비교하였다. 도 2에서 볼 수 있듯이 0.01 N의 질산을 고체산과 같이 사용했을 때 시너지 효과가 뚜렷함을 알 수 있는바 당농도가 최대에 도달한 120 분의 시점에서 볼 때, 두 가지 촉매를 같이 사용함으로써 개별 사용 시의 합에 비해 80 % 정도의 당화수율 상승 (당농도 기준 2.1 g/L --> 3.7 g/L) 효과가 있었다. 도 3은 0.05 N의 질산을 사용한 결과를 보여주는데, 두 촉매를 같이 사용한 경우 각 촉매를 단독으로 사용한 경우들 보다는 높은 당수율을 보였으나 특기할 만한 시너지 효과는 없었다.
In order to confirm the synergistic effect of the simultaneous use of the solid acid and the liquid acid catalyst, a saccharification reaction using only a liquid acid catalyst as a control group was performed, and the result was combined with the result of using the solid acid only, The results were compared with those of the parallel use. As can be seen from FIG. 2, when synergistic effect is apparent when 0.01 N of nitric acid is used together with the solid acid, it can be seen from the viewpoint of 120 minutes when the concentration reaches its maximum, The yield of saccharification increased by about 80% (2.1 g / L -> 3.7 g / L on the basis of sugar concentration) compared to the sum in use. FIG. 3 shows the results using 0.05 N nitric acid. When two catalysts were used together, the yield of sugar was higher than that of each catalyst alone, but there was no remarkable synergistic effect.

실험예Experimental Example 3:  3: 셀룰로오즈Cellulose (( CelluoseCelluose ) ) 당화Glycation 반응 reaction

셀룰로오즈(Celluose) 10g/L (Sigmaaldrich korea)를 0.05 N 질산만을 사용하거나, 9.23 g/L의 엠벌리스트36만을 사용하거나, 또는 0.05 N 질산과 9.23 g/L 엠벌리스트36을 병행사용하여 당화하는 실험을 행하였다. 그 결과 도 4에서 보이는 바와 같이, 질산과 엠벌리스트36을 같이 사용하였을 시 당수율이 상기 두 가지 촉매를 단독으로 사용하였을 때의 당농도 합계보다 25% 더 높은 값을 나타냄으로써 촉매 병행사용에 따른 시너지 효과를 명확히 보였다.
Experiments in which celluloses were saccharified using only 0.05 N nitric acid at 10 g / L (Sigma-Aldrich Korea) or using Amberlyst 36 alone at 9.23 g / L, or in combination with 0.05 N nitric acid and 9.23 g / . As a result, as shown in FIG. 4, when the nitric acid and Amberlyst 36 were used together, the yield per unit was 25% higher than the sum of the sugar contents when the two catalysts were used alone, The synergy effect was clear.

실험예Experimental Example 4:  4: 골렌키니아Golenkinia 당화액으로부터From saccharified liquid 크랩시엘라Crabshiella 옥시토카Oxytoka 균주 발효 Strain fermentation

0.01N HNO3와 9.23g/L의 Amberlyst36을 사용하여 제조한 20g/L Golenkinia sp . 당화액을 준비하였다. 이 당화액을 8m 여과지로 고체 산 촉매를 거른 후 걸리진 용액을 원심분리기를 고형물질을 침전시킨 뒤 상등액만 걸러 낸다. 그 후 유기용매인 클로로폼을 과량 사용하여 당화액내에 있는 지질을 추출 해 내고, 원심분리기로 층분리 하여 수용액층만 얻어 낸다. 지질 추출 하는 과정의 경우 탈지된 미세조류 시료를 사용하여 당화액을 제조시 제거 될 수 있는 공정이다. 이렇게 만들어진 당화액은 전기투석같은 별도의 염처리 공정을 거치지 않았다. 20 g / L Golenkinia prepared using 0.01 N HNO 3 and 9.23 g / L Amberlyst 36 sp . A saccharified liquid was prepared. The saccharified solution is filtered with a 8m filter paper through a solid acid catalyst, and the precipitated solution is centrifuged to precipitate a solid substance, and the supernatant is filtered out. Thereafter, the lipid in the glycosylated liquid is extracted using an excess amount of chloroform, which is an organic solvent, and separated by a centrifugal separator to obtain an aqueous solution layer only. In the process of lipid extraction, it is a process that can be removed when preparing a saccharified liquid using a degreased microalgae sample. The saccharified solution thus prepared was not subjected to a separate salt treatment such as electrodialysis.

제조된 당화액 100ml에 (g/L) 9; yeast extract, 5; (NH4)2SO4, 6; K2HPO4, 8.7; KH2PO4, 6.8; MgSO47H2O, 0.25; trace metal solution, 2%(v/v)을 첨가하였으며, 수산화나트륨을 사용하여 pH를 5.5로 조정하였다.To 100 ml of the prepared saccharified liquid, (g / L) 9; yeast extract, 5; (NH 4) 2 SO 4, 6; K 2 HPO 4 , 8.7; KH 2 PO 4, 6.8; MgSO 4 7H 2 O, 0.25; trace metal solution, 2% (v / v) was added and the pH was adjusted to 5.5 with sodium hydroxide.

크랩시엘라 옥시토카균주를 배양하여 실험한 결과 도 5에서 보이는 바와 같이, 별도의 염처리 공정이 없어도 균주가 잘 자랐으며, 2,3-BDO을 생산해 낸 것을 확인할 수 있었다. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the strain grew well and produced 2,3-BDO even without a separate salt treatment.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

다음의 단계를 포함하는 고체산 및 액체산 촉매를 이용한 바이오매스 유래 당화액의 제조방법:
(a) 반응기에 바이오매스 원료, 고체산 촉매 및 액체산 촉매를 투입하는 단계;
(b) 상기 반응기를 가열하여 바이오매스를 당화시켜 당화액을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 당화액에서 고체산 촉매를 분리하는 단계.
A method for producing a biomass-derived glycosylated liquid using a solid acid and a liquid acid catalyst comprising the steps of:
(a) introducing a biomass feedstock, a solid acid catalyst and a liquid acid catalyst into a reactor;
(b) heating the reactor to sacrifice the biomass to produce a saccharified solution; And
(c) separating the solid acid catalyst from the glycated liquid prepared in the step (b).
제1항에 있어서, 상기 바이오매스 원료는 미세조류 원초, 미세조류 건조분말 또는 미세조류 잔사물, 거대조류 바이오매스, 목질계 바이오매스인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
[Claim 7] The method according to claim 1, wherein the biomass raw material is microalgae, microalgae dry powder or microalgae residues, macroalgae biomass, or woody biomass.
제2항에 있어서, 상기 미세조류는 난노크로롭시스 속 (Nannochloropsis sp.), 골렌키니아 속(Golenkinia sp.), 오란티오키트리움 속 (Aurantiochytrium sp.), 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.), 클로렐라 속 (Chlorella sp.), 스피룰리나 속 (Spirulina sp.), 듀날리엘라 속(Dunaliella sp.), 보트리오코커스 속 (Botryococcus sp.), 트라우스토키트리움 속 (Thraustochytrium sp.), 자포노키트리움 속 (Japonochytrium sp.), 울케니아 속 (Ulkenia sp.), 크립테코디니움 속 (Crypthecodinium sp.), 할리프토로스 속 (Haliphthoros sp.), 클라미도모나스 속 (Chlamydomonas sp.) 및 포르피리디움 속 (Porphyridium sp.)으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
The microalgae of claim 2, wherein the microalgae are selected from the group consisting of Nannochloropsis sp ., Golenkinia sp ., Aurantiochytrium sp ., Schizochytrium sp. , Chlorella sp ., Spirulina sp ., Dunaliella sp ., Botryococcus sp ., Thraustochytrium sp ., Chlorella sp ., Spirulina sp . Japanese genus such as Japonochytrium sp ., Ulkenia sp. , Crypthecodinium sp ., Haliphthoros sp. , Chlamydomonas sp . And Porphyridium sp .). ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제2항에 있어서, 상기 거대조류는 홍조류, 갈조류 및 녹조류로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
[Claim 3] The method according to claim 2, wherein the giant algae is at least one selected from the group consisting of red algae, brown algae and green algae.
제2항에 있어서, 상기 목질계 바이오메스는 콘캅 (corncob), 콘스토버 (corn stover), 우드칩 (wood chip), 목질펠릿 및 폐 목재로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
[5] The method of claim 2, wherein the woody biomass is at least one selected from the group consisting of corncob, corn stover, wood chip, wood pellet, and waste wood A method for producing a saccharified liquid.
제1항에 있어서, 상기 고체산 촉매는 제올라이트(Zeolite), 벤토나이트(Bentonite), 카올리나이트(Kaolinite), 아타풀가이트(Attapulgite), 몬모릴로나이트(Montmorillonite), 산화아연(ZnO), 산화알루미늄(Al2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화세슘(CeO2), 산화바나듐(V2O5), 산화규소(SiO2), 산화크롬(Cr2O3), 황산칼슘(CaSO4), 황산망간(MnSO4), 황산니켈(NiSO4), 황산구리(CuSO4), 황산코발트(CoSO4), 황산카드뮴(CdSO4), 황산마그네슘(MgSO4), 황산철(FeSO4), 황산알루미늄(Al2(SO4)3), 질산칼슘(Ca(NO3)2), 질산아연(Zn(NO3)2), 질산철(Fe(NO3)3), 인산알루미늄(AlPO4), 인산철(FePO4), 인산크롬(CrPO4), 인산구리(Cu3(PO4)2), 인산아연(Zn3(PO4)4), 인산마그네슘(Mg3(PO4)2), 염화알루미늄(AlCl3), 염화티타늄(TiCl4), 염화칼슘(CaCl2), 불화칼슘(CaF2), 불화바륨(BaF2), 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 및 양이온교환수지촉매(엠벌리스트 : Amberlyst 15, A21, 36, 70)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
The solid acid catalyst according to claim 1, wherein the solid acid catalyst is selected from the group consisting of zeolite, bentonite, kaolinite, attapulgite, montmorillonite, zinc oxide (ZnO) It is also possible to use titanium oxide (TiO2), cerium oxide (CeO2), vanadium oxide (V2O5), silicon oxide (SiO2), chromium oxide (Cr2O3), calcium sulfate (CaSO4), manganese sulfate (MnSO4) (CaSO4), cobalt sulfate (CoSO4), cadmium sulfate (CdSO4), magnesium sulfate (MgSO4), iron sulfate (FeSO4), aluminum sulfate (Al2 (SO4) 3), calcium nitrate Zn (NO3) 2), Fe (NO3) 3, AlPO4, FePO4, CrPO4, Copper Phosphorus (Cu3 PO4) 4), magnesium phosphate (Mg3 (PO4) 2), aluminum chloride (AlCl3), titanium chloride (TiCl4), calcium chloride (CaCl2), calcium fluoride (CaF2), barium fluoride (BaF2) Magnesium carbonate (MgCO3) and cation exchange resin catalyst (Amberly st15, A21, 36, 70). < / RTI >
제1항에 있어서, 상기 액체산 촉매는 질산, 염산, 황산, 인산, 브롬산, 과염소산 및 아세트산으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the liquid acid catalyst is at least one selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, bromic acid, perchloric acid and acetic acid.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는 80 ~ 200oC의 온도에서 0.5 ~ 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
The method of claim 1, wherein the step (b) is performed at a temperature of 80 to 200 ° C for 0.5 to 4 hours.
제1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 고체산 촉매는 0.1 ~ 15g/L, 액체산 촉매는 0.0001 ~ 0.05N을 사용하는 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the solid acid catalyst in step (a) is used in an amount of 0.1 to 15 g / L, and the liquid acid catalyst is used in an amount of 0.0001 to 0.05 N.
제1항에 있어서, 상기 단당류는 글루코오즈(glucose), 갈락토오즈(galactose), 람노오즈(rhmnose), 자일로오즈(xylose), 만노오즈(mannose), 퓨코오즈(fucose), 아라비노오즈(arabinose) 및 라이보오즈(libose)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 당화액 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the monosaccharide is selected from the group consisting of glucose, galactose, rhmnose, xylose, mannose, fucose, arabinose, wherein the saccharide is at least one selected from the group consisting of arabinose and libose.
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