KR20230046259A - Manufacturing method of a polyhydroxylalkanoate, polyhydroxylalkanoate manufactured by method the same and dry fermenter for polyhydroxy alkanoate production used therein - Google Patents

Manufacturing method of a polyhydroxylalkanoate, polyhydroxylalkanoate manufactured by method the same and dry fermenter for polyhydroxy alkanoate production used therein Download PDF

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KR20230046259A KR1020220123758A KR20220123758A KR20230046259A KR 20230046259 A KR20230046259 A KR 20230046259A KR 1020220123758 A KR1020220123758 A KR 1020220123758A KR 20220123758 A KR20220123758 A KR 20220123758A KR 20230046259 A KR20230046259 A KR 20230046259A
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Abstract

본 발명은 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조를 개시한다. 본 발명은 바이오매스를 건식 발효시켜 생성된 카르복실레이트(carboxylate)를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계; 및 상기 바이오매스 농축발효액에 PHA(polyhydroxyalkanoate) 생성 미생물을 배양시켜 폴리하이드록시 알카노에이트 (polyhydroxyalkanoate)를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계에서, 상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하기 위한 환원력(reducing power)은 상기 카르복실레이트의 농도에 따라 조절되는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses a method for producing polyhydroxy alkanoate, polyhydroxy alkanoate prepared using the same, and a dry fermenter for producing polyhydroxy alkanoate. The present invention comprises the steps of preparing a concentrated biomass fermentation broth containing carboxylate (carboxylate) produced by dry fermentation of biomass; and culturing a polyhydroxyalkanoate (PHA)-producing microorganism in the biomass-concentrated fermentation broth to produce polyhydroxyalkanoate, wherein in the step of preparing the polyhydroxyalkanoate, the polyhydroxyalkanoate is produced. It is characterized in that the reducing power (reducing power) for producing hydroxy alkanoate is controlled according to the concentration of the carboxylate.

Description

폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조{MANUFACTURING METHOD OF A POLYHYDROXYLALKANOATE, POLYHYDROXYLALKANOATE MANUFACTURED BY METHOD THE SAME AND DRY FERMENTER FOR POLYHYDROXY ALKANOATE PRODUCTION USED THEREIN}Method for producing polyhydroxy alkanoate, polyhydroxy alkanoate manufactured using the same and dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate PRODUCTION USED THEREIN}

본 발명은 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본 발명은 음식물 폐기물 등과 같은 가치가 낮은 바이오매스로부터 생성된 고농도의 카르복실레이트를 이용하여 자연 분해가 가능한 플라스틱 수지(resin)인 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조할 수 있는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polyhydroxy alkanoate, polyhydroxy alkanoate produced using the same, and a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate, and more particularly, the present invention relates to Polyhydroxy alkanoate production method capable of producing polyhydroxy alkanoate, a plastic resin that can be naturally degraded, using a high concentration of carboxylate generated from low-value biomass, using the same It relates to prepared polyhydroxy alkanoate and a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate.

현재 시장에서 사용 중인 플라스틱 제품들은 자연분해가 되지 않고 축적되어, 이로 인한 플라스틱 오염문제가 날로 켜져 가고 있다. 캐나다의 경우 년간 2.8백만톤의 폐플라스틱 물질이 매립지나 자연계로 그대로 방출되고 있으며, 이는 인간의 건강과 자연환경을 위협할 뿐만 아니라 상당한 경제적 손실도 일으키는데 2016년 기준으로 7.8조에 해당되는 것으로 보고된 바 있다.Plastic products currently in use in the market do not decompose naturally and accumulate, resulting in plastic pollution problems. In the case of Canada, 2.8 million tons of waste plastic materials are released into landfills or the natural world annually, which not only threatens human health and the natural environment, but also causes significant economic losses. As of 2016, it is reported to be equivalent to 7.8 trillion there is.

이러한 폐플라스틱 오염 문제를 해결하기 위해 여러 선진국들은 제도적, 기술적 접근을 꾀하고 있다. 예를 들어, 제도적으로는 일회용 플라스틱 제품 사용을 금지하고 있으며, 생물학적으로 자연 분해가 가능한 생분해성 플라스틱 물질 개발에 대한 강력한 정부지원이 이루어지고 있다.In order to solve the problem of waste plastic pollution, many developed countries are seeking institutional and technological approaches. For example, the use of single-use plastic products is institutionally prohibited, and strong government support is provided for the development of biodegradable plastic materials that can be biologically degraded naturally.

폴리락틱산(poly lactic acid, PLA) 등 현재 시장에 나와있는 바이오 플라스틱 수지들은 모두 자연 분해가 불가능하고 특정 조건(예를 들어, 높은 온도나 높은 압력)하에서만 분해가 이루어진다.All bioplastic resins currently on the market, such as polylactic acid (PLA), cannot be naturally decomposed and decomposes only under specific conditions (eg, high temperature or high pressure).

이와 달리 중간사슬(medium-chain length) 폴리하이드록시 알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA)는 현재 유일하게 자연에서 생물학적 분해가 가능한 수지물질이다. 더욱이, 폴리하이드록시부틸레이트(polyhydroxybutyrate, PHB)와 같은 짧은사슬(short-chain length)인 폴리하이드록시 알카노에이트와는 다르게 높은 유연성, 가공성, 열화학적 안정성을 나타내어 포장지, 비닐, 랩 등에 사용할 수 있다.In contrast, medium-chain polyhydroxyalkanoate (PHA) is currently the only resin material capable of biodegradation in nature. Moreover, unlike short-chain polyhydroxy alkanoates such as polyhydroxybutyrate (PHB), it exhibits high flexibility, processability, and thermochemical stability, so it can be used for wrapping paper, vinyl, and wraps. there is.

그러나, 현재 사용되는 원료는 옥수수나 전분 등의 비싼 원료들이기 때문에 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트(mcl-PHA) 생산가격이 kg당 $10이상으로 매우 높고, 이는 아직까지 플라스틱 시장에서 널리 사용되고 있지 않은 이유이기도 하다.However, since the currently used raw materials are expensive raw materials such as corn and starch, the production price of medium chain polyhydroxy alkanoate (mcl-PHA) is very high, at more than $10 per kg, which is not yet widely used in the plastic market. It is also the reason.

따라서, 생분해성 플라스틱 상용화를 위해서는 값싸고 재생 가능한 원료를 이용하여 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 기술 개발이 필요하다.Therefore, in order to commercialize biodegradable plastics, it is necessary to develop technology for producing medium-chain polyhydroxy alkanoates using inexpensive and renewable raw materials.

대한민국 공개특허 제2013-0040509호, "그물말 과 조류 당화액으로부터의 폴리하이드록시알카노에이트 제조방법"Korean Patent Publication No. 2013-0040509, "Method for producing polyhydroxyalkanoate from algae saccharification solution"

본 발명의 실시예는 바이오매스를 건식 발효시켜 농축된 고농도 카르복실레이트를 이용하여 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산성을 높이고, 외부 인자로 인해 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산 수율이 감소되는 것을 방지할 수 있는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention increases the productivity of polyhydroxy alkanoate by using a high-concentration carboxylate concentrated by dry fermentation of biomass, and prevents the production yield of polyhydroxy alkanoate from being reduced due to external factors It is intended to provide a method for producing polyhydroxy alkanoate that can be prepared using the same, and a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate and polyhydroxy alkanoate.

본 발명의 실시예는 바이오매스를 건식 발효시켜 카르복실레이트를 생산함으로써 고형물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 물의 희석없이 직접 발효시킬 수 있어 폐수처리 발생량을 최소화시킬 수 있고, 완전혼합에 대한 에너지 및 비용을 감소시킬 수 있는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention can directly ferment organic waste with a high concentration of solids without water dilution by dry fermenting biomass to produce carboxylate, minimizing the amount of wastewater treatment generated, and reducing energy and cost for complete mixing. It is intended to provide a method for producing polyhydroxy alkanoate capable of reducing the polyhydroxy alkanoate prepared using the method and a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시켜 생성된 카르복실레이트(carboxylate)를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계; 및 상기 바이오매스 농축발효액에 PHA(polyhydroxyalkanoate) 생성 미생물을 배양시켜 폴리하이드록시 알카노에이트(polyhydroxyalkanoate)를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계에서, 상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하기 위한 환원력(reducing power)은 상기 카르복실레이트의 농도에 따라 조절된다.A method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention includes preparing a concentrated biomass fermentation broth containing carboxylate produced by dry fermentation of biomass; and culturing a polyhydroxyalkanoate (PHA)-producing microorganism in the biomass-concentrated fermentation broth to produce polyhydroxyalkanoate, wherein in the step of preparing the polyhydroxyalkanoate, the polyhydroxyalkanoate is produced. The reducing power for producing hydroxy alkanoates is controlled according to the concentration of the carboxylate.

상기 바이오매스 농축발효액에 포함된 카르복실레이트의 농도는 20 g/L 내지 50 g/L일 수 있다.The concentration of carboxylate included in the biomass concentrated fermentation broth may be 20 g/L to 50 g/L.

상기 폴리하이드록시 알카노에이트는 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 포함하는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer)일 수 있다.The polyhydroxy alkanoate may be a medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer (medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer) including at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit.

상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계는, 건식 발효조의 내부에 형성된 바이오매스 바스켓에 상기 바이오매스를 주입하는 단계; 상기 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 상기 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 상기 바이오매스를 가수분해시키는 단계; 상기 농축발효액 베드(holding bed)에서 상기 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 상기 가수분해된 바이오매스 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계; 및 상기 혼합배양 슬러지로부터 상기 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.Preparing the concentrated biomass fermentation broth may include injecting the biomass into a biomass basket formed inside a dry fermentation tank; hydrolyzing the biomass by injecting the mixed culture sludge into the biomass basket from an injection unit formed on an upper part of the dry fermentation tank; Obtaining the mixed culture sludge containing at least one of fermented biomass produced by fermenting the hydrolyzed biomass in the concentrated fermentation broth (holding bed), the hydrolyzed biomass, and sludge; and separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge.

상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계는 적어도 1회 이상 연속적으로 순환될 수 있다.The step of preparing the biomass concentrated fermentation broth may be continuously cycled at least once.

상기 슬러지의 접종 비율은 상기 바이오매스의 1 wt/wt% 내지 40 wt/wt%일 수 있다.The inoculation ratio of the sludge may be 1 wt / wt% to 40 wt / wt% of the biomass.

상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계의 공정 온도는 20℃ 내지 65℃일 수 있다.The process temperature of the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth may be 20 ℃ to 65 ℃.

상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계는, 공정 pH에 따라 상기 카르복실레이트 농도가 조절될 수 있고, 공정 pH는 pH 5.0 내지 pH 9.5일 수 있다.In the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth, the carboxylate concentration may be adjusted according to the process pH, and the process pH may be pH 5.0 to pH 9.5.

상기 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계는, 원심분리기, 분리막, 여과, 침전, 증류, 및 크로마토그래피(chromatography) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다.In the step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge, at least one of a centrifugal separator, a separation membrane, filtration, precipitation, distillation, and chromatography may be used.

상기 슬러지는 하수처리장의 활성슬러지, 가축분뇨 및 하수처리장의 혐기성소화조의 슬러지 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The sludge may include any one of activated sludge of a sewage treatment plant, livestock manure, and sludge of an anaerobic digestion tank of a sewage treatment plant.

상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계는, 상기 바이오매스 농축발효액에 PHA 생성 미생물을 배양시켜 제1 미생물 펠릿을 수득하는 단계; 상기 제1 미생물 펠릿을 세척하는 단계; 상기 세척된 미생물 펠릿을 세포 파열 화학(cell rupture chemicals) 용액에 부유시켜 제2 미생물 펠릿을 생성하는 단계; 상기 부유된 제2 미생물 펠릿을 제거하고, 상등액을 수득하는 단계; 및 상기 상등액으로부터 폴리하이드록시 알카노에이트를 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.The preparing of the polyhydroxy alkanoate may include culturing a PHA-producing microorganism in the biomass-concentrated fermentation broth to obtain a first microbial pellet; washing the first microbial pellet; suspending the washed microbial pellets in a cell rupture chemical solution to produce a second microbial pellet; removing the suspended second microbial pellets and obtaining a supernatant; and separating polyhydroxy alkanoate from the supernatant.

상기 바이오매스는 유기성 폐기물을 포함할 수 있다.The biomass may include organic waste.

상기 PHA 생성 미생물은 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노보스핑고비움(Novosphingobium), 할로모나스(Halomonas), 바실러스(Bacillus), 커프리안비더스(Cuprianvidus), 파라코쿠스(Paracoccus), 부르크홀데리아(Burkholderia) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The PHA-producing microorganisms are Pseudomonas putida, Novosphingobium, Halomonas, Bacillus, Cuprianvidus, Paracoccus, Burkholderia ) may include any one of

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 포함하는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer)이다.Polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention is a medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer (medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer) containing at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit. )am.

상기 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 상기 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체 내에 5 wt% 내지 50 wt%로 포함될 수 있다.The at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit may be included in an amount of 5 wt% to 50 wt% in the mid-chain polyhydroxy alkanoate copolymer.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조 는 내부가 비어 있는 발효조 컨테이너; 상기 발효조 컨테이너의 상부에 형성되고, 상기 혼합배양 슬러지를 분사하는 분사부; 상기 발효조 컨테이너 내부에 형성되고, 상기 바이오매스를 수납하며 상기 가수 분해된 바이오매스를 하부로 낙하시킬 수 있도록 하단 기공부를 포함하는 바이오매스 바스켓(biomass Basket); 상기 발효조 컨테이너의 하부에 형성되고, 상기 가수분해된 바이오매스, 슬러지 및 발효된 바이오매스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 포함하는 농축발효액 베드(holding bed); 및 상기 발효조 컨테이너를 밀폐 또는 개방시킬 수 있는 상단 덮개;를 포함한다.A dry fermenter for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention includes an empty fermenter container; an injection unit formed on an upper portion of the fermenter container and spraying the mixed culture sludge; a biomass basket formed inside the fermentor container, accommodating the biomass, and including a bottom pore portion to allow the hydrolyzed biomass to fall to the bottom; a holding bed formed under the fermenter container and containing a mixed culture sludge containing at least one of the hydrolyzed biomass, sludge and fermented biomass; and a top cover capable of closing or opening the fermenter container.

상기 건식 발효조는 상기 바이오매스 바스켓이 적어도 2개 이상 적층될 수 있다.In the dry fermentation tank, at least two or more biomass baskets may be stacked.

상기 바이오매스 바스켓은 상부에 형성되는 상단 기공부를 더 포함하고, 상기 바이오매스 바스켓이 상하 방향으로 회전될 수 있다.The biomass basket may further include an upper pore portion formed thereon, and the biomass basket may be rotated in a vertical direction.

본 발명의 실시예에 따르면, 바이오매스를 건식 발효시켜 농축된 고농도 카르복실레이트를 이용하여 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산성을 높이고, 외부 인자로 인해 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산 수율이 감소되는 것을 방지할 수 있는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the productivity of polyhydroxy alkanoate is increased by using high-concentration carboxylate concentrated by dry fermentation of biomass, and the production yield of polyhydroxy alkanoate is reduced due to external factors. It is possible to provide a method for producing polyhydroxy alkanoate, which can prevent polyhydroxy alkanoate, and a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate and polyhydroxy alkanoate prepared using the same.

본 발명의 실시예에 따르면, 바이오매스를 건식 발효시켜 카르복실레이트를 생산함으로써 고형물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 물의 희석없이 직접 발효시킬 수 있어 폐수처리 발생량을 최소화시킬 수 있고, 완전혼합에 대한 에너지 및 비용을 감소시킬 수 있는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법, 이를 이용하여 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트 및 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by dry fermenting biomass to produce carboxylate, organic waste with a high solid concentration can be directly fermented without water dilution, thereby minimizing the amount of wastewater treatment generated, and energy for complete mixing and a method for producing polyhydroxy alkanoate capable of reducing costs, and a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate and polyhydroxy alkanoate prepared using the same.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법의 단계 S110을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법의 단계 S120을 도시한 흐름도이다.
도 4a는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 사용되는 건식 발효조를 도시한 모식도이고, 도 4b는 건식 발효조에 사용되는 제1 바이오매스 바스켓을 도시한 모식도이며, 도 4c는 건식 발효조에 사용되는 제2 바이오매스 바스켓을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계에 따른 카르복실레이트의 생산성을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 용존산소 및 영양소 함유 여부에 따른 펠릿(pellet) 건조중량당 폴리하이드록시 알카노에이트 생산량을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 용존산소 및 영양소 함유 여부에 따른 화학적 산소요구량을 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 용존산소 및 영양소 함유 여부에 따른 카르복실레이트의 농도 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 단위체를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 따른 카르복실레이트 제거율을 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 따른 총 PHA 생산량을 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy; FTIR) 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 열중량 분석(Thermogravimetric analysis; TGA) 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 시차주사 열량측정법(differential scanning calorimetry; DSC) 측정 결과를 도시한 그래프이다.1 is a flow chart showing a method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing step S110 of the method for producing polyhydroxy alkanoate.
3 is a flowchart showing step S120 of the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
4a is a schematic diagram showing a dry fermentation tank used in a method for producing polyhydroxy alkanoate, FIG. 4b is a schematic diagram showing a first biomass basket used in a dry fermentation tank, and FIG. 4c is a schematic diagram showing a dry fermentation tank It is a schematic diagram showing the second biomass basket.
5 is a graph showing the productivity of carboxylate according to the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the production of polyhydroxy alkanoate per dry weight of pellets according to the presence or absence of dissolved oxygen and nutrients in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the chemical oxygen demand according to the presence or absence of dissolved oxygen and nutrients in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing changes in the concentration of carboxylate according to the presence or absence of dissolved oxygen and nutrients in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing units of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the carboxylate removal rate according to the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing total PHA production according to the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the results of Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) measurement of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing the results of differential scanning calorimetry (DSC) measurement of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terminology used herein is for describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements or steps in a stated component or step.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, “embodiments,” “examples,” “aspects,” “examples,” and the like should not be construed as indicating that any aspect or design described is preferred or advantageous over other aspects or designs. It is not.

또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' means 'inclusive or' rather than 'exclusive or'. That is, unless otherwise stated or clear from the context, the expression 'x employs a or b' means any one of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular expressions “a” or “an” used in this specification and claims generally mean “one or more,” unless indicated otherwise or clear from context to refer to the singular form. should be interpreted as

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the description below have been selected as general and universal in the related technical field, but there may be other terms depending on the development and / or change of technology, convention, preference of technicians, etc. Therefore, terms used in the following description should not be understood as limiting technical ideas, but should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there are also terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, their meanings will be described in detail in the corresponding description section. Therefore, terms used in the following description should be understood based on the meaning of the term and the contents throughout the specification, not simply the name of the term.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.

한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Meanwhile, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terminology used in this specification is a term used to appropriately express the embodiment of the present invention, which may vary according to the intention of a user or operator or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, definitions of these terms will have to be made based on the content throughout this specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법을 도시한 흐름도이다.1 is a flow chart showing a method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시켜 생성된 카르복실레이트(carboxylate)를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110) 및 바이오매스 농축발효액에 PHA(polyhydroxyalkanoate) 생성 미생물을 배양시켜 폴리하이드록시 알카노에이트 (polyhydroxyalkanoate)를 제조하는 단계(S120)를 포함한다.The method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a concentrated biomass fermentation broth containing carboxylate produced by dry fermentation of biomass (S110) and a biomass concentrated fermentation broth and culturing polyhydroxyalkanoate (PHA)-producing microorganisms to produce polyhydroxyalkanoate (S120).

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시켜 생성된 고농도 카르복실레이트를 사용함으로써 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산성을 높이고 외부 인자로 인해 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산 수율이 감소되는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention increases the productivity of polyhydroxy alkanoate by using a high-concentration carboxylate produced by dry fermentation of biomass and increases the polyhydroxy alkanoate's productivity due to external factors. It is possible to prevent a decrease in the production yield of hydroxy alkanoate.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)에서 고농도의 카르복실레이트를 농축시킴으로써, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)에서 폴리하이드록시 알카노에이트 생산을 위한 환원력이 높게 유지되어 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산성을 감소시키는 질소/인의 영향과 용존산소농도 영향을 최소화시킬 수 있다.Specifically, the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention is to prepare polyhydroxy alkanoate by concentrating a high concentration of carboxylate in the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth (S110). In step S120, the reducing power for polyhydroxy alkanoate production is maintained high, thereby minimizing the effect of nitrogen/phosphorus and dissolved oxygen concentration, which reduce the productivity of polyhydroxy alkanoate.

바이오매스(예; 유기성 폐기물)를 사용하여 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 종래 기술의 경우, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하기 위해 사용되는 카르복실레이트의 농도가 상대적으로 낮기(5-15 g/L) 때문에 질소/인, 용존산소 농도 또는 기타 다른 외부환경인자에 의해 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산성이 크게 좌우될 수 있다. 특히, 유기성 폐기물(음식물 폐기물, 슬러지, 축산폐기물 등)은 자체적으로 질소와 인의 함량이 높기 때문에 유기성 폐기물을 발효시키는 과정에서 각각 100-300 mg/L와 10-50 mg/L의 고농도의 질소와 인이 발생하고, 이러한 고농도의 질소/인은 카르복실레이트가 폴리하이드록시 알카노에이트로 전환되는 과정에서 폴리하이드록시 알카노에이트의 생산량을 30-60%로 크게 감소시킬 수 있다.In the prior art of producing polyhydroxy alkanoates using biomass (e.g. organic waste), the concentration of carboxylates used to prepare polyhydroxy alkanoates is relatively low (5-15 g/L), the productivity of polyhydroxy alkanoate can be greatly influenced by nitrogen/phosphorus, dissolved oxygen concentration, or other external environmental factors. In particular, since organic waste (food waste, sludge, livestock waste, etc.) has a high content of nitrogen and phosphorus in itself, in the process of fermenting organic waste, high concentrations of nitrogen and nitrogen of 100-300 mg/L and 10-50 mg/L, respectively, Phosphorus is generated, and such a high concentration of nitrogen/phosphorus can greatly reduce the production of polyhydroxy alkanoate by 30-60% in the process of converting carboxylate to polyhydroxy alkanoate.

따라서, 유기성 폐기물을 사용하여 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 종래 기술의 경우, 질소/인이 거의 없는 원료(감자, 옥수수 등)를 사용하여 폴리하이드록시 알카노에이트를 생산하거나, 질소/인을 물리화학적 방법(ammonia stripping, struvite precipitation, adsorption, ion exchange 등)으로 제어해야 한다. 그러나, 질소/인을 제어하는 공정은 공정 비용이 비싸고, 운전비용도 비싸기 때문에 유기성 폐기물을 이용하여 PHA를 생산하는 기술은 아직까지 실험실 단계에 그치고 있다.Therefore, in the case of the prior art for producing polyhydroxy alkanoates using organic waste, polyhydroxy alkanoates are produced using raw materials containing little nitrogen/phosphorus (potatoes, corn, etc.), or nitrogen/phosphorus should be controlled by physicochemical methods (ammonia stripping, struvite precipitation, adsorption, ion exchange, etc.). However, since the process for controlling nitrogen/phosphorus is expensive and the operating cost is also high, the technology for producing PHA using organic waste is still at the laboratory stage.

반면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 건식 발효를 통해 고농도의 카르복실레이트를 제조할 수 있기 때문에 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)에서 높은 환원력을 유지하여 질소/인 농도, 더 나아가 용존산소농도에도 영향을 받지 않고, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조할 수 있다.On the other hand, since the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention can produce a high concentration of carboxylate through dry fermentation, high reducing power in the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120) It is possible to prepare polyhydroxy alkanoate without being affected by the nitrogen / phosphorus concentration and, furthermore, the dissolved oxygen concentration.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2 and 3, a method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 2는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법의 단계 S110을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법의 단계 S120을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart showing step S110 of the method for producing polyhydroxy alkanoate, and FIG. 3 is a flowchart showing step S120 of the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시켜 생성된 카르복실레이트를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)를 진행한다.First, in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention, a step (S110) of preparing a concentrated biomass fermentation broth containing carboxylate produced by dry fermentation of biomass is performed.

바이오매스는 비균질의 복잡한 형상을 갖기 때문에 바이오매스로부터 폴리하이드록시 알카노에이트를 바로 생산하는 것은 거의 불가능하기에 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시킴으로써, 고농도의 카르복실레이트를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 제조할 수 있다.Since biomass has a heterogeneous and complex shape, it is almost impossible to directly produce polyhydroxy alkanoate from biomass. By doing so, it is possible to prepare a concentrated biomass fermentation broth containing a high concentration of carboxylate.

종래의 일반적인 완전혼합 반응기(completely stirred tank reactor, CSTR)의 경우, 고형물의 농도가 50-80g TS(total solid)/L 정도로 높은 바이오매스(예; 음식물 폐기물)를 직접 발효시킬 수 없으나, 실제 바이오매스의 고형물 농도는 350 g TS/L까지도 높아질 수 있다. 따라서, 완전혼합 반응기는 물을 이용하여 고형물의 농도를 최대로 약 50-80g TS/L로 희석하여 발효반응을 유도하거나 폐수를 혼합하여 발효반응을 유도(카르복실레이트의 농도가 5 g/L 내지 10 g/L 로 유지)하여야 된다.In the case of a conventional completely stirred tank reactor (CSTR), biomass (e.g., food waste) having a solid concentration as high as 50-80 g TS (total solid)/L cannot be directly fermented, but actual biomass The solids concentration of the mass can be as high as 350 g TS/L. Therefore, the complete mixing reactor induces a fermentation reaction by diluting the concentration of solids to a maximum of about 50-80 g TS / L using water, or induces a fermentation reaction by mixing wastewater (concentration of carboxylate is 5 g / L to 10 g/L).

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시킴으로써 물의 희석 또는 폐수의 혼합 없이 최소한의 에너지와 운전비용으로 직접 고농도 고형물을 발효시켜 20 g/L 내지 50 g/L(as chemical oxygen demand, COD)의 고농도의 카르복실레이트를 5일 내지 7일 내에 제조할 수 있다.However, the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention by dry fermentation of biomass directly ferments high-concentration solids with minimal energy and operating cost without water dilution or mixing of wastewater, A high concentration of carboxylate of 50 g/L (as chemical oxygen demand, COD) can be produced within 5 to 7 days.

바이오매스 농축발효액에 포함된 카르복실레이트의 농도는 20 g/L 내지 50 g/L일 수 있고, 카르복실레이트의 농도가 20 g/L 미만이면 외부인자로 폴리하이드록시 알카노에이트 생산성이 크게 감소될 수 있는 문제가 있고, 50 g/L를 초과하면 카르복실레이트에 의한 미생물 성장 억제(inhibition) 문제가 발생할 수 있다.The concentration of carboxylate included in the biomass concentrated fermentation broth may be 20 g/L to 50 g/L, and if the carboxylate concentration is less than 20 g/L, polyhydroxy alkanoate productivity is greatly reduced due to external factors. There is a problem that can be, and if it exceeds 50 g / L, a problem of inhibiting microbial growth by carboxylate may occur.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 20g/L 내지 50g/L의 고농도의 카르복실레이트를 생산하여 바이오매스 내에 존재하는 고농도의 질소와 인으로 인한 PHA 생산량 저감을 막고, 용존산소 농도에 상관없이 높은 PHA 생산량을 유지하여 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(mcl-PHA copolymer)를 생산할 수 있다.Therefore, the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention produces a high concentration of carboxylate of 20 g/L to 50 g/L, thereby reducing PHA production due to high concentrations of nitrogen and phosphorus present in biomass. and maintain high PHA production regardless of the dissolved oxygen concentration to produce a medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer (mcl-PHA copolymer).

또한, 건식 발효는 100g TS(total solid)/L 이상의 고형물 농도가 높은 바이오매스(예; 음식물 폐기물)를 물의 희석없이 직접 발효시킬 수 있기 때문에, 후처리가 필요한 폐수처리 발생량을 최소화시킬 수 있고, 완전혼합에 대한 에너지 및 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, since dry fermentation can directly ferment biomass (e.g., food waste) with a high solids concentration of 100 g TS (total solid) / L or more without water dilution, the amount of wastewater treatment that requires post-treatment can be minimized, Energy and cost for thorough mixing can be reduced.

또한, 바이오매스를 습식 발효를 사용하여 발효시키는 경우, 5 g/L 내지 10 g/L의 저농도의 카르복실레이트가 생성되나, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효를 사용하여 발효시키기 때문에 20g/L 내지 50g/L의 고농도의 카르복실레이트를 생산할 수 있다.In addition, when biomass is fermented using wet fermentation, carboxylate at a low concentration of 5 g/L to 10 g/L is produced, but the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention Since the biomass is fermented using dry fermentation, a high concentration of carboxylate of 20 g/L to 50 g/L can be produced.

더욱이, 습식 발효를 이용하여 제조된 습식 발효액은 고형물 농도를 최대 8%(80 total solid (TS) g/l)로 유지하나, 건식 발효는 고형물을 바이오매스 농축발효액으로부터 완전히 분리하기 때문에 고형물 농도가 무시할 만한 수준으로 낮다.Moreover, the wet fermentation broth prepared using wet fermentation maintains a solids concentration of up to 8% (80 total solids (TS) g/l), but the dry fermentation completely separates the solids from the biomass concentrated fermentation broth, so the solids concentration is low. low enough to be ignored.

바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 공정 온도에 따라 분해속도가 상승하기 때문에 온도에 따라 발효 반응 속도가 조절될 수 있다.In the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth (S110), the fermentation reaction rate may be adjusted according to the temperature because the decomposition rate increases according to the process temperature.

고온발효를 이용하는 경우, 공정 온도는 65℃까지 가능하고, 폴리하이드록시 알카노에이트 생산은 50℃까지 상승시켜 반응속도를 향상시킬 수 있으나, 외부 에너지원을 사용하기 때문에 폴리하이드록시 알카노에이트 생산 경제성이 감소될 수 있다. In the case of using high-temperature fermentation, the process temperature can be up to 65 ° C, and the reaction rate can be improved by raising the polyhydroxy alkanoate production to 50 ° C. However, since an external energy source is used, polyhydroxy alkanoate production Economics may be reduced.

바람직하게는, 공정 온도는 20℃ 내지 65℃의 온도일 수 있고, 바람직하게는, 공정 온도는 21℃ 내지 23℃일 수 있다. 일반적인 바이오 공정의 최적온도는 약 35℃이기 때문에, 공정 온도를 35℃로 유지하기 위해서는 외부 에너지를 사용해야 하므로, 공정 온도는 실온(room temperature)인 21℃ 내지 23℃를 유지할 수 있다.Preferably, the process temperature may be a temperature of 20 ° C to 65 ° C, preferably, the process temperature may be 21 ° C to 23 ° C. Since the optimum temperature of a general bioprocess is about 35°C, external energy must be used to maintain the process temperature at 35°C, so the process temperature can be maintained at room temperature of 21°C to 23°C.

실시예에 따라, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 반응 속도를 증가시키기 위해 반응 온도를 65℃까지 상승시킬 수 있다.According to the embodiment, in the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth (S110), the reaction temperature may be increased to 65 °C to increase the reaction rate.

또한, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 pH에 따라 카르복실레이트와 알코올 등의 구성 성분이 제어될 수 있고, 그 결과 카르복실레이트 농도가 조절될 수 있다.In addition, in the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth (S110), components such as carboxylate and alcohol may be controlled according to the pH, and as a result, the carboxylate concentration may be adjusted.

바람직하게는, 공정 pH는 pH 5.0 내지 pH 9.5일 수 있고, 공정 pH가 pH 5.0 미만이면 알코올 생산이 높아지고 산(acid)에 의한 미생물 성장 억제(inhibition)가 매우 심각해질 수 있고, pH 9.5 를 초과하면 카르복실레이트 생산량이 크게 감소되는 문제가 있다.Preferably, the process pH may be from pH 5.0 to pH 9.5, and if the process pH is less than pH 5.0, alcohol production may be high and microbial growth inhibition by acid may be very severe, and pH exceeding 9.5 There is a problem that the carboxylate production is greatly reduced.

예를 들어, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 카르복실레이트 농도, 예를 들어 아세테이트(acetate), 프로피오네이트(propionate), 부틸레이트(butyrate) 및 발레이트(valerate), 카프로에이트(caproate)의 농도가 증가하도록 산성 조건(pH 5-6) 또는 염기성 조건 (pH 8.5-9.5)에서 수행될 수 있다.For example, in the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth (S110), carboxylate concentrations, such as acetate, propionate, butyrate and valerate, caproate (pH 5-6) or basic conditions (pH 8.5-9.5) to increase the concentration of caproate.

실시예에 따라 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 건식 발효에 사용되는 발효 미생물의 농도에 따라 가수분해 반응속도, 카르복실레이트 생산속도 또는 바이오매스 바스켓의 막힘(clogging)이 조절될 수 있다. According to the embodiment, in the step of preparing a concentrated fermentation broth (S110), the hydrolysis reaction rate, carboxylate production rate, or clogging of the biomass basket may be adjusted according to the concentration of the fermenting microorganism used for dry fermentation.

예를 들어, 습식 발효를 이용하여 제조된 습식 발효액은 바이오매스 내 고형물과 발효 미생물이 혼재되어 있기 때문에 실제 발효 미생물 농도를 알 수 없으나, 건식 발효를 이용하여 제조된 바이오매스 농축발효액은 바이오매스 고형물이 무시할 수 있을 정도로 아주 미미한 수준으로 포함되어 있기 때문에, SS(Suspended solids)나 VSS(volatile SS)로 발효 미생물 농도를 측정하여 발효 미생물의 농도를 조절할 수 있다.For example, in the wet fermentation broth prepared using wet fermentation, the concentration of actual fermenting microorganisms cannot be known because the solids in the biomass and the fermenting microorganisms are mixed, but in the biomass concentrated fermentation broth prepared using dry fermentation, the biomass solids Since it is included at a negligible level, the concentration of fermenting microorganisms can be adjusted by measuring the concentration of fermenting microorganisms with suspended solids (SS) or volatile SS (VSS).

바람직하게는, 발효 미생물의 농도는 4 g VSS/L 내지 20 g VSS/L일 수 있고, 발효 미생물의 농도가 4g VSS/L 미만이면 가수분해 속도 및 카르복실레이트 생산속도가 감소하는 문제가 있고, 20 g VSS/L를 초과하면 바이오매스 바스켓의 막힘이 심화되어 건식 발효조의 오버 플로우(overflow) 문제가 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 발효 미생물의 농도는 4 g VSS/L 내지 6 g VSS/L일 수 있다.Preferably, the concentration of the fermenting microorganism may be 4 g VSS / L to 20 g VSS / L, and if the concentration of the fermenting microorganism is less than 4 g VSS / L, there is a problem that the hydrolysis rate and the carboxylate production rate decrease, , If it exceeds 20 g VSS / L, the clogging of the biomass basket may be intensified, resulting in an overflow problem of the dry fermenter. More preferably, the concentration of fermenting microorganisms may be 4 g VSS/L to 6 g VSS/L.

또한, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 건식 발효를 이용하여 발효 시간은 3일 내지 14일로 조절이 가능하고, 발효 시간이 3일 미만이면 카르복실레이트 농도가 너무 낮은 문제가 있고, 14일을 초과하면 건식발효 반응기의 크기를 증가시켜야 하는 문제가 있다.In addition, in the step of preparing a biomass concentrated fermentation broth (S110), the fermentation time can be adjusted to 3 to 14 days using dry fermentation, and if the fermentation time is less than 3 days, there is a problem in that the carboxylate concentration is too low, If it exceeds 14 days, there is a problem of increasing the size of the dry fermentation reactor.

또한, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 건식 발효를 이용함으로써, 다양한 온도에서 발효가 가능하고, 바이오매스의 고형물의 농도에 영향을 받지 않는다.In addition, in the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth (S110), fermentation can be performed at various temperatures by using dry fermentation, and is not affected by the concentration of solids in biomass.

바람직하게는, 바이오매스에 포함되는 고형물의 농도는 10 w/w% 내지 40 w/w%일 수 있고, 고형물의 농도가 10 w/w% 미만이면 가수분해 반응 및 카르복실레이트 생산속도가 감소하는 문제가 있고, 40 w/w%를 초과하면 바이오매스 바스켓의 막힘 문제가 발생할 수 있다. Preferably, the concentration of solids included in the biomass may be 10 w / w% to 40 w / w%, and when the concentration of solids is less than 10 w / w%, the hydrolysis reaction and carboxylate production rate are reduced There is a problem of doing, and if it exceeds 40 w / w%, clogging of the biomass basket may occur.

실시예에 따라, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 건식 발효조(110)의 내부에 형성된 바이오매스 바스켓에 바이오매스를 주입하는 단계(S111), 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112), 농축발효액 베드(holding bed)에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113) 및 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)를 포함할 수 있다.According to the embodiment, the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth (S110) is the step of injecting biomass into the biomass basket formed inside the dry fermentation tank 110 (S111), and the biomass from the injection part formed on the top of the dry fermentation tank Spraying the mixed culture sludge to the mass basket to hydrolyze the biomass (S112), fermented biomass produced by fermenting the hydrolyzed biomass in a holding bed, hydrolyzed biomass, fermentation It may include obtaining a mixed culture sludge containing at least one of microorganisms and sludge (S113) and separating a concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114).

먼저, 건식 발효조의 내부에 형성된 바이오매스 바스켓에 바이오매스를 주입하는 단계(S111)를 진행할 수 있다.First, a step (S111) of injecting biomass into the biomass basket formed inside the dry fermentation tank may be performed.

바이오매스는 유기성 폐기물을 포함할 수 있고, 유기성 폐기물은 음식물 폐기물, 농수산 부산물, 임업 부산물, 슬러지 및 축산폐기물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 바이오매스는 음식물 폐기물을 포함할 수 있다.Biomass may include organic waste, and organic waste may include at least one of food waste, agricultural and fishery by-products, forestry by-products, sludge, and livestock waste. Preferably, biomass may include food waste. there is.

이 후, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112)를 진행할 수 있다.Thereafter, a step (S112) of hydrolyzing the biomass by injecting the mixed culture sludge into the biomass basket from the injection unit formed on the upper part of the dry fermentation tank may be performed.

혼합배양 슬러지는 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The mixed culture sludge may include at least one of fermented biomass produced by fermenting hydrolyzed biomass, hydrolyzed biomass, fermenting microorganisms, and sludge.

바이오매스 바스켓은 상부는 개방되어 있고, 하부에는 다수의 기공을 포함하는 기공부가 형성되어 있기 때문에 바이오매스 바스켓에서 가수분해된 바이오매스는 기공부를 통해 농축발효액 베드로 낙하될 수 있다.Since the upper part of the biomass basket is open and a pore part including a plurality of pores is formed in the lower part, the biomass hydrolyzed in the biomass basket can fall into the concentrated fermentation broth bed through the pore part.

이 후, 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 진행할 수 있다.Thereafter, obtaining a mixed culture sludge containing at least one of fermented biomass, hydrolyzed biomass, fermented microorganisms, and sludge produced by fermenting the hydrolyzed biomass in a concentrated fermentation broth (S113) can proceed

바이오매스 바스켓에서 가수분해되어 크기가 작아진 바이오매스는 농축발효액 베드에서 완전히 가수분해된 후 바로 발효 반응으로 이어질 수 있다.The biomass, which has been hydrolyzed in the biomass basket and reduced in size, can be completely hydrolyzed in the concentrated fermentation broth bed and immediately followed by a fermentation reaction.

구체적으로, 농축발효액 베드는 가수분해된 바이오매스를 발효시키기 위해 발효 미생물 및 슬러지를 포함하기 때문에, 가수분해된 바이오매스는 농축발효액 베드에서 발효될 수 있다.Specifically, since the concentrated fermentation broth bed contains fermenting microorganisms and sludge for fermenting the hydrolyzed biomass, the hydrolyzed biomass may be fermented in the concentrated fermentation broth bed.

슬러지는 하수처리장의 활성슬러지, 가축분뇨 및 하수처리장의 혐기성소화조의 슬러지 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 혐기성 소화조의 슬러지 즉, 하수처리장의 혐기성소화조에서 채취한 후 15분간 75

Figure pat00001
도에서 열처리하여 메탄균을 소멸시킨 슬러지를 포함할 수 있다.The sludge may include any one of activated sludge of a sewage treatment plant, livestock manure, and sludge of an anaerobic digestion tank of a sewage treatment plant.
Figure pat00001
It may include sludge in which methane bacteria were eliminated by heat treatment in FIG.

슬러지의 접종 비율(질량 백분율)은 바이오매스의 1 wt/wt% 내지 40 wt/wt%일 수 있고, 슬러지의 접종 비율이 바이오매스의 1 wt/wt% 미만이면 가수분해/카르복실레이트 생산속도가 크게 저하되는 문제가 있고, 40 wt/wt%를 초과하면 바이오매스 바스켓의 막힘 문제가 발생할 수 있다. The sludge inoculation rate (mass percentage) can be from 1 wt / wt% to 40 wt / wt% of the biomass, and if the sludge inoculation rate is less than 1 wt / wt% of the biomass, the hydrolysis / carboxylate production rate There is a problem that is greatly reduced, and if it exceeds 40 wt / wt%, clogging of the biomass basket may occur.

바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)에서 사용되는 발효 미생물은 당분야에서 사용되는 발효 미생물이 제한없이 사용될 수 있다.As the fermenting microorganism used in the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth (S110), any fermenting microorganism used in the art may be used without limitation.

마지막으로, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)를 진행할 수 있다.Finally, a step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114) may be performed.

혼합배양 슬러지는 발효된 바이오매스(카르복실레이트 포함), 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하기 때문에, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)를 진행하여 고농도의 카르복실레이트를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 분리시킬 수 있다,Since the mixed culture sludge contains at least one of fermented biomass (including carboxylate), hydrolyzed biomass, fermenting microorganisms, and sludge, separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114) It is possible to proceed to isolate a concentrated biomass fermentation broth containing a high concentration of carboxylate.

특히, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)는 혼합배양 슬러지에 포함된 부유물질, 고형물 및 발효 미생물을 분리하여, 카르복실레이트를 고농도로 농축시킬 수 있다.In particular, in the step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114), the carboxylate can be concentrated at a high concentration by separating the suspended matter, solids, and fermenting microorganisms included in the mixed culture sludge.

예를 들어, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)에서 혼합배양 슬러지에 포함된 발효 미생물을 제거함으로써 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)에서 PHA 생성 미생물에 의한 PHA 생산을 극대화시킬 수 있다.For example, in the step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114) by removing the fermenting microorganisms contained in the mixed culture sludge to produce polyhydroxy alkanoate (S120), PHA-producing microorganisms PHA production can be maximized.

혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)는 원심분리기, 분리막, 여과, 침전, 증류 및 크로마토그래피(chromatography) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114), at least one of a centrifugal separator, a separation membrane, filtration, precipitation, distillation, and chromatography may be used, but is not limited thereto.

바람직하게는, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)는 1차적으로 원심분리를 부유물질, 고형물 및 발효 미생물의 상당부분을 제거한 후, 일부 남은 미세 고형물 및 발효 미생물은 정밀여과막(MF) 또는 한외여과막(UF)을 사용하여 분리 제거할 수 있다.Preferably, in the step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114), a significant portion of the suspended matter, solids and fermenting microorganisms are first removed by centrifugation, and then some of the remaining fine solids and fermenting microorganisms are filtered through a microfiltration membrane (MF) or ultrafiltration membrane (UF) can be used for separation and removal.

여과막을 통과한 여액에는 대부분 카르복실레이트를 포함할 수 있으나, 일부 불순물이 혼입되어 있을 수 있다.The filtrate that has passed through the filtration membrane may contain mostly carboxylate, but may contain some impurities.

여과막의 기공 크기는 특별히 제한하지 않지만 카르복실레이트를 통과시키고 부유물질을 제거할 수 있을 정도의 크기를 가질 수 있고, 예를 들어 0.01㎛ 내지 0.1㎛일 수 있다.The pore size of the filtration membrane is not particularly limited, but may have a size sufficient to pass carboxylate and remove suspended solids, and may be, for example, 0.01 μm to 0.1 μm.

실시예에 따라, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 적어도 1회 이상 연속적으로 순환될 수 있다. 바람직하게는, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)은 1회 내지 5회 연속 순환될 수 있고, 바람직하게는 1회 내지 3회일 수 있다.According to the embodiment, the step of preparing the concentrated biomass fermentation broth (S110) may be continuously cycled at least once. Preferably, the step of preparing the concentrated biomass fermentation broth (S110) may be continuously cycled 1 to 5 times, preferably 1 to 3 times.

공정은 발효속도와 카르복실레이트 생산속도가 상승될 때까지 계속해서 반복하여 순환할 수 있으나 5회이상 반복할 경우 보통 발효속도와 카르복실레이트 생산속도는 최대치에 가깝게 된다.The process can be cycled over and over again until the fermentation rate and carboxylate production rate increase, but when repeated more than 5 times, the fermentation rate and carboxylate production rate are usually close to maximum values.

바람직하게는, 건식 발효조(110)의 내부에 형성된 바이오매스 바스켓에 바이오매스를 주입하는 단계(S111)를 진행한 다음, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112) 및 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 적어도 1회 이상 연속적으로 순환시킨 다음, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)를 진행할 수 있다.Preferably, the step of injecting biomass into the biomass basket formed inside the dry fermentation tank 110 (S111) is performed, and then the mixed culture sludge is sprayed into the biomass basket from the spraying part formed on the top of the dry fermentation tank Mixed culture sludge containing at least one of fermented biomass, hydrolyzed biomass, fermented microorganisms, and sludge produced by hydrolyzing biomass (S112) and fermenting the hydrolyzed biomass in a concentrated fermentation broth bed The step of obtaining (S113) is continuously cycled at least once, and then the step of separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114) may be performed.

예를 들어, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)를 4회 연속 순환하여 진행할 수 있다.For example, the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth (S110) may be cycled four times in succession.

1 회차 공정의 경우, 건식 발효조(110)의 내부에 형성된 바이오매스 바스켓에 바이오매스를 주입하는 단계(S111)를 진행한 다음, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 슬러지 및 발효 미생물을 포함하는 제1 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112) 및 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지를 포함하는 제2 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 진행할 수 있다.In the case of the first step, the step of injecting biomass into the biomass basket formed inside the dry fermenter 110 (S111) is performed, and then sludge and fermenting microorganisms in the biomass basket from the spraying part formed on the top of the dry fermenter Spraying the first mixed culture sludge to hydrolyze biomass (S112) and fermented biomass produced by fermenting the hydrolyzed biomass in a concentrated fermentation broth bed, hydrolyzed biomass, fermented microorganisms and A step (S113) of obtaining the second mixed culture sludge containing the sludge may be performed.

2회차 공정의 경우, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 1회차 공정에서 수득된 제2 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112) 및 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지를 포함하는 제3 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 진행할 수 있다.In the case of the second process, spraying the second mixed culture sludge obtained in the first process to the biomass basket from the injection part formed on the top of the dry fermentation tank to hydrolyze the biomass (S112) and hydrolysis in the concentrated fermentation broth bed A step (S113) of obtaining a third mixed culture sludge including fermented biomass, hydrolyzed biomass, fermented microorganisms, and sludge produced by fermenting the biomass may be performed.

3회차 공정의 경우, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 2회차 공정에서 수득된 제3 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112) 및 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스 및 발효 미생물(실시예에 따라, 슬러지가 포함될 수 있음)을 포함하는 제4 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 진행한 다음, 제4 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)를 진행하여 고농도의 카르복실레이트를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 수득할 수 있다.In the case of the third process, spraying the third mixed culture sludge obtained in the second process to the biomass basket from the injection part formed on the top of the dry fermentation tank to hydrolyze the biomass (S112) and hydrolysis in the concentrated fermentation broth bed After proceeding with the step (S113) of obtaining a fourth mixed culture sludge containing the fermented biomass produced by fermenting the biomass and fermenting microorganisms (which may include sludge according to the embodiment), the fourth mixture Separating the concentrated biomass fermentation broth from the culture sludge (S114) may be performed to obtain a concentrated biomass fermentation broth containing a high concentration of carboxylate.

이처럼, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112) 및 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 원하는 농도의 혼합배양 슬러지 또는 원하는 농도의 카르복실레이트를 수득할 때까지 반복한 다음, 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계(S114)를 진행하여, 최종적으로 고농도의 카르복실레이트를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 수득할 수 있다.In this way, hydrolyzing the biomass by injecting the mixed culture sludge into the biomass basket from the injection part formed on the upper part of the dry fermentation tank (S112) and fermented biomass produced by fermenting the hydrolyzed biomass in the concentrated fermentation broth bed , Obtaining a mixed culture sludge containing at least one of hydrolyzed biomass, fermenting microorganisms, and sludge (S113) is repeated until a desired concentration of mixed culture sludge or a desired concentration of carboxylate is obtained, and then , Separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge (S114) may be performed to finally obtain a concentrated biomass fermentation broth containing a high concentration of carboxylate.

혼합배양 슬러지의 농도는 5 g/L 내지 6 g/L일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The concentration of the mixed culture sludge may be 5 g/L to 6 g/L, but is not limited thereto.

이 때, 제4 혼합배양 슬러지에 포함된 가수분해된 바이오매스의 농도는 제2 혼합배양 슬러지에 포함된 카르복실레이트의 농도보다 낮고(3회차 공정에서 바이오매스가 대부분 발효되었다면, 제4 혼합배양 슬러지에 포함된 가수분해된 바이오매스는 0에 가까울 수 있음), 제4 혼합배양 슬러지에 포함된 발효된 바이오매스의 농도는 제2 혼합배양 슬러지에 포함된 카르복실레이트의 농도보다 높기 때문에, 제4 혼합배양 슬러지에 포함된 카르복실레이트의 농도는 제2 혼합배양 슬러지에 포함된 카르복실레이트의 농도보다 높을 수 있다.At this time, the concentration of hydrolyzed biomass contained in the fourth mixed culture sludge is lower than the concentration of carboxylate contained in the second mixed culture sludge (if most of the biomass was fermented in the third process, the fourth mixed culture The hydrolyzed biomass contained in the sludge may be close to zero), and since the concentration of fermented biomass contained in the fourth mixed culture sludge is higher than the concentration of carboxylate contained in the second mixed culture sludge, the first 4 The concentration of carboxylate contained in the mixed culture sludge may be higher than the concentration of carboxylate contained in the second mixed culture sludge.

즉, 연속 순환 공정은 이전 공정 이후 잔존된 바이오매스를 반복 사용(예; 2회차 공정 이후 3회차 공정에서 2회차 공정 이후 잔존된 바이오매스를 반복 사용)하고, 이미 농축(enrichment)된 발효 미생물을 반복하여 사용함으로써, 고농도의 카르복실레이트를 빠른 시간 안에 수득할 수 있다.That is, in the continuous circulation process, the biomass remaining after the previous process is repeatedly used (eg, the biomass remaining after the second process is repeatedly used in the third process after the second process), and the already enriched fermenting microorganism By repeated use, a high concentration of carboxylate can be obtained in a short period of time.

예를 들어, 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 바이오매스를 가수분해시키는 단계(S112) 및 농축발효액 베드에서 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 가수분해된 바이오매스, 발효 미생물 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계(S113)를 적어도 3회 연속적으로 순환시키는 경우, 9일안에 카르복실레이트 농도가 63.3 g/L까지 상승될 수 있다.For example, hydrolyzing the biomass by injecting the mixed culture sludge into the biomass basket from the injection unit formed at the top of the dry fermentation tank (S112) and fermented biomass produced by fermenting the hydrolyzed biomass in the concentrated fermentation broth bed When the step (S113) of obtaining the mixed culture sludge containing at least one of biomass, hydrolyzed biomass, fermented microorganisms, and sludge is cycled at least three times continuously, the carboxylate concentration is 63.3 g within 9 days It can be raised to /L.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스를 건식 발효시켜 카르복실레이트를 생산함으로써 고형물의 농도가 높은 유기성 폐기물을 물의 희석없이 직접 발효시킬 수 있어 폐수처리 발생량 최소화 및 완전혼합에 대한 에너지 및 비용감소가 가능하다.Therefore, the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention produces carboxylate by dry fermentation of biomass, so that organic waste having a high solid concentration can be directly fermented without water dilution, thereby increasing the amount of wastewater treatment generated. Energy and cost reductions for minimization and thorough mixing are possible.

실시예에 따라, 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 고농도의 카르복실레이트를 제조할 수 있다면, 건식 발효가 아닌 다른 발효 방법, 예를 들어, 일반적 습식발효 이후 증발농축, 감압농축, 증류, 분리막 농축, 흡착, 이온교환 또는 막(membranes) 등을 이용하여 수행될 수 있다.According to the embodiment, in the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth (S110), if a high concentration of carboxylate can be produced, other fermentation methods other than dry fermentation, for example, general wet fermentation followed by evaporation concentration, vacuum concentration, This can be done using distillation, membrane concentration, adsorption, ion exchange or membranes.

마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 바이오매스 농축발효액에 PHA 생성 미생물을 배양시켜 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)를 진행한다.Finally, in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention, a step (S120) of producing polyhydroxy alkanoate by culturing PHA-producing microorganisms in a concentrated biomass fermentation broth is performed.

폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)는 고농도로 농축된 카르복실레이트를 기질(substrate)로 사용하여 순수배양 반응기에서 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(MCL-PHA copolymer)를 생산할 수 있다.In the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120), a medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer (MCL-PHA copolymer) is prepared in a pure culture reactor using a highly concentrated carboxylate as a substrate. can produce

이 때, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)는 카르복실레이트의 농도에 따라 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하기 위한 환원력(reducing power)이 조절될 수 있다.At this time, in the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120), reducing power for preparing polyhydroxy alkanoate may be adjusted according to the concentration of carboxylate.

보다 구체적으로, 폴리하이드록시 알카노에이트는 PHA 생성 미생물이 질소, 산소, 인 등의 성장에 필요한 원소가 부족하면서 탄소원이 풍부할 때 에너지 및 환원력의 저장을 위하여 PHA 생성 미생물 내부에 축적하는 자연적인 폴리에스터 물질이기 때문에, 질소/인의 농도가 높을 경우, PHA 생산성이 감소되어 질소/인의 농도를 제어하여야 한다.More specifically, polyhydroxy alkanoate is a natural PHA-producing microorganism that accumulates inside PHA-producing microorganisms to store energy and reducing power when carbon sources are abundant while nitrogen, oxygen, and phosphorus are lacking in elements necessary for growth. Since it is a polyester material, when the concentration of nitrogen / phosphorus is high, PHA productivity is reduced, so the concentration of nitrogen / phosphorus must be controlled.

그러나, 유기성 폐기물(예; 음식물 폐기물)과 같은 바이오매스의 발효로부터 생산되는 카르복실레이트는 고농도의 질소와 인을 함유하고 있어, 스트루바이트 침전(struvite precipitation), 암모니아 스트리핑(ammonia stripping), 이온 교환(ion exchange) 또는 흡착(adsorption) 등을 이용하여 질소와 인을 제거하기 때문에 설치비 및 운전유지비가 증가되어 실제 적용하기에 큰 문제가 있다.However, carboxylates produced from fermentation of biomass such as organic waste (e.g. food waste) contain high concentrations of nitrogen and phosphorus, resulting in struvite precipitation, ammonia stripping, ion Since nitrogen and phosphorus are removed using ion exchange or adsorption, installation costs and operation and maintenance costs are increased, which is a major problem in practical application.

또한, 질소/인 농도와 마찬가지로 용존산소 농도 또한 PHA 생산성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 용존산소 농도는 PHA 생성 미생물의 종류에 따라 다를 수 있지만 일반적으로 호기성 조건에서 PHA 생산성이 향상될 수 있기 때문에, 용존산소 농도를 최적화해야 하는 제한성이 있다.In addition, like the nitrogen/phosphorus concentration, the dissolved oxygen concentration can also have a significant effect on PHA productivity. Dissolved oxygen concentration may vary depending on the type of PHA-producing microorganisms, but since PHA productivity can generally be improved under aerobic conditions, there is a limit to optimizing the dissolved oxygen concentration.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 건식 발효를 통해 20g/L 내지 50g/L 의 고농도 카르복실레이트를 생산하여 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)에서 높은 환원력을 유지할 수 있어, 질소/인 농도의 영향과 용존산소농도 영향을 최소화시키는 동시에 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체의 생산성을 향상시킬 수 있다.However, the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention produces polyhydroxy alkanoate by producing high-concentration carboxylate of 20 g/L to 50 g/L through dry fermentation (S120 ), it is possible to maintain high reducing power, thereby minimizing the effect of nitrogen / phosphorus concentration and dissolved oxygen concentration, and at the same time improving the productivity of the medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer.

PHA 생성 미생물은 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노보스핑고비움(Novosphingobium), 할로모나스(Halomonas), 바실러스(Bacillus), 커프리안비더스(Cuprianvidus), 파라코쿠스(Paracoccus), 부르크홀데리아(Burkholderia) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.PHA-producing microorganisms include Pseudomonas putida, Novosphingobium, Halomonas, Bacillus, Cuprianvidus, Paracoccus, Burkholderia may include any one of them.

실시예에 따라, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)는 적어도 1회 이상 연속 순환될 수 있다.According to the embodiment, the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120) may be continuously cycled at least once.

폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)는 공정이 진행됨에 따라 카르복실레이트가 감소되어 pH가 증가되기 때문에 pH 제어 시스템과 연결을 통해 중성(pH 7.1)을 유지하여 안정적으로 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조할 수 있다.In the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120), since the carboxylate decreases and the pH increases as the process progresses, neutral (pH 7.1) is maintained through connection with the pH control system to stably polyhydroxy alkanoate. Alkanoates can be prepared.

실시예에 따라, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)는 바이오매스 농축발효액에 PHA 생성 미생물을 배양시켜 제1 미생물 펠릿을 수득하는 단계(S121), 제1 미생물 펠릿을 세척하는 단계(S122), 세척된 미생물 펠릿을 세포 파열 화학 용액에 부유시켜 제2 미생물 펠릿을 생성하는 단계(S123), 부유된 제2 미생물 펠릿을 제거하고, 상등액을 수득하는 단계(S124) 및 상등액으로부터 폴리하이드록시 알카노에이트를 분리하는 단계(S125)를 포함할 수 있다.According to the embodiment, the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120) includes culturing a PHA-producing microorganism in a biomass-concentrated fermentation broth to obtain a first microbial pellet (S121), and washing the first microbial pellet. (S122), generating a second microbial pellet by suspending the washed microbial pellet in a cell disrupting chemical solution (S123), removing the suspended second microbial pellet, and obtaining a supernatant (S124), and poly from the supernatant A step of separating hydroxy alkanoate (S125) may be included.

폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)의 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야에 공지된 방법이 제한없이 사용될 수 있다.The method of preparing the polyhydroxy alkanoate (S120) is not particularly limited, and methods known in the art may be used without limitation.

세포 파열 화학 용액은 차아염소산나트륨 용액을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The cell disrupting chemical solution may include, but is not limited to, sodium hypochlorite solution.

최종적으로 얻어진 폴리하이드록시 알카노에이트는 별도의 공지된 물리, 화학적 후처리를 통해 분말이나 펠릿(pellet)형태로 가공이 가능하여 최종적으로는 자연분해가 가능한 플라스틱 제품을 생산할 수 있다.The finally obtained polyhydroxy alkanoate can be processed into a powder or pellet form through a separate known physical and chemical post-treatment, and finally a plastic product capable of natural decomposition can be produced.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조 방법은 바이오매스를 이용하여 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하기 때문에 각종 폐기물을 처리하기 위해 진행되는 매립으로 인한 환경 오염 문제를 해소할 수 있다.Therefore, the polyhydroxy alkanoate manufacturing method according to the embodiment of the present invention uses biomass to produce polyhydroxy alkanoate, thereby solving the problem of environmental pollution caused by landfill for treating various wastes. can do.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법의 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)은 순수배양 반응기를 이용하여 진행될 수 있다.Depending on the embodiment, the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120) of the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention may be performed using a pure culture reactor.

순수배양 반응기는 원통형 구조로, 내부에는 내부에는 교반기가 구비되는 한편, 공기 주입을 위한 공기 주입구 및 에어 배출구가 상면을 관통하는 구조로 구비되어 있고, 측면에는 샘플링 포트가 구비되어 있다.The pure culture reactor has a cylindrical structure, an agitator is provided inside, an air inlet and an air outlet for air injection pass through the upper surface, and a sampling port is provided on the side.

순수배양 반응기는 호기성 조건 외에도 혐기성 조건으로도 운전이 가능하며, 혐기성 조건으로 운전할 시에는 순수배양 반응기에 질소가스로 스퍼징(sparging)한 후 외부로부터 공기가 유입되지 않도록 완전히 차단한다.The pure culture reactor can be operated under anaerobic conditions as well as aerobic conditions. When operated under anaerobic conditions, the pure culture reactor is sparged with nitrogen gas and completely blocked from inflow of air from the outside.

실시예에 따라, 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계(S120)를 수행하기 위한 반응기는 제한되는 것은 아니고, 반응기는 막(membrane), 바이오 리액터(bioreactors), 바이오 필터(biofilters), SBR, USB(upflow sludge blanket) 또는 MBBR(moving bed biofilm reactor) 등 하수처리에 사용되는 미생물 반응기라면 특별히 제한하지 않으며, PHA 생성 미생물 농도가 증가할 수 있도록 바이오-캐리어(bio-carriers)나 바이오 필름(biofilm) 형성을 위한 매개체를 함께 이용할 수 있다.According to the embodiment, the reactor for performing the step of preparing polyhydroxy alkanoate (S120) is not limited, and the reactor includes membranes, bioreactors, biofilters, SBR, Any microbial reactor used for sewage treatment, such as an upflow sludge blanket (USB) or a moving bed biofilm reactor (MBBR), is not particularly limited, and bio-carriers or biofilms are used to increase the concentration of PHA-producing microorganisms. ) can be used together with mediators for formation.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 따라 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트는 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 포함하는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer)를 포함할 수 있다.The polyhydroxy alkanoate prepared according to the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention is a medium chain polyhydroxy alkanoate comprising at least one medium chain polyhydroxy alkanoate unit. It may include a copolymer (medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer).

본 발명의 실시예에 따른 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트의 분자량은 100,000 g/mol 내지 10,000,000 g/mol일 수 있고, 전술한 범위를 벗어나면 플라스틱 물성 및 가소성이 열화되는 문제가 있다.The molecular weight of the medium-chain polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention may be 100,000 g/mol to 10,000,000 g/mol, and if it is out of the above range, plastic properties and plasticity deteriorate.

중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 C6(Hydroxyhexanoate), C7(Hydroxyheptanoate), C8(hydroxyoctanoate), C9(hydroxynonanoate), C10(hydroxyoctanoate), C11(hydroxyundecanoate), C12(hydroxydodecanoate), C13(hydroxytridecanoate) 및 C14(hydroxytetradecanoate)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The medium chain polyhydroxy alkanoate monomers are C6 (Hydroxyhexanoate), C7 (Hydroxyheptanoate), C8 (hydroxyoctanoate), C9 (hydroxynonanoate), C10 (hydroxyoctanoate), C11 (hydroxyundecanoate), C12 (hydroxydodecanoate), C13 (hydroxytridecanoate) and It may contain at least one of C14 (hydroxytetradecanoate).

바람직하게는, 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체 내에 5 wt% 내지 50 wt%로 포함(질량 백분율)할 수 있고, 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체가 5 wt% 미만이면 플라스틱 물성이 크게 변화되는 문제가 있고, 50 wt%를 초과하기는 기술적으로 불가능하다.Preferably, at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit may be included (mass percentage) in an amount of 5 wt% to 50 wt% in the medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer, If the alkanoate unit is less than 5 wt%, there is a problem that the plastic properties are greatly changed, and it is technically impossible to exceed 50 wt%.

실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체 외에 짧은사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 더 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention may further include a short-chain polyhydroxy alkanoate unit in addition to the medium-chain polyhydroxy alkanoate unit.

따라서, 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체는 적어도 하나 이상의 짧은사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 50 wt% 내지 95 wt%를 포함할 수 있고, 이 때, 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 5 wt% 내지 50 wt%로 포함할 수 있다.Accordingly, the medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer may include 50 wt% to 95 wt% of at least one short-chain polyhydroxy alkanoate unit, and in this case, at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit It may include 5 wt% to 50 wt% of alkanoate units.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 제조 시, 건식 발효에서 부틸레이트(butyrate)가 가장 많이 축적되고 쉽게 얻을 수 있는 카르복실레이트이기 때문에, 짧은사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체(예; PHB)의 축적이 쉽게 일어날 수 있다.Polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention is a carboxylate that accumulates the most butyrate and is easily obtained in dry fermentation during production, so a short-chain polyhydroxy alkanoate unit ( eg PHB) can easily occur.

짧은사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 C3(hydroxyproprionate), C4(hydroxybutyrate) 및 C5(hydroxyvalerate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The short-chain polyhydroxy alkanoate unit may include at least one of C3 (hydroxyproprionate), C4 (hydroxybutyrate), and C5 (hydroxyvalerate).

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 포장지나 필름 등 유연성을 필요로 하는 플라스틱 제품에 사용될 수 있다.Polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention can be used for plastic products requiring flexibility such as wrapping paper or film.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 물성(유리전이 온도, 인장강도, 열안정성 등)은 LDPE(low density PE)와 유사하여 LDPE를 대체할 수 있어, 일회용 플라스틱, 포장재, 필름 등에 범용적으로 활용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 플라스틱 오염을 근본적으로 차단할 수 있고 더 나아가 고탄소 석유화학 산업중심의 플라스틱 소재산업을 탄소중립형 플라스틱 산업으로 전환시킬 수 있다.In addition, the physical properties (glass transition temperature, tensile strength, thermal stability, etc.) of the polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention are similar to LDPE (low density PE), so it can be substituted for LDPE, making it a disposable plastic and packaging material. , film, etc. can be used universally. Therefore, polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention can fundamentally block plastic pollution and furthermore convert the plastic material industry centered on the high-carbon petrochemical industry into a carbon-neutral plastic industry.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 포장지 등 생분해 가능한 바이오 플라스틱 제품의 상용화를 촉진하는데 기여할 수 있다.Therefore, polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention can contribute to promoting the commercialization of biodegradable bioplastic products such as wrapping paper.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 사용되는 건식 발효조를 도시한 모식도이고, 도 4b는 건식 발효조에 사용되는 제1 바이오매스 바스켓을 도시한 모식도이며, 도 4c는 건식 발효조에 사용되는 제2 바이오매스 바스켓을 도시한 모식도이다.Figure 4a is a schematic diagram showing a dry fermentation tank used in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention, Figure 4b is a schematic diagram showing a first biomass basket used in the dry fermentation tank, 4c is a schematic diagram showing the second biomass basket used in the dry fermentation tank.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법의 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계(S110)는 도 4a 내지 도 4c에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트용 건식 발효조에 의해 진행될 수 있다.The step (S110) of preparing the concentrated biomass fermentation broth of the polyhydroxy alkanoate production method according to an embodiment of the present invention is polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 4A to 4C. It can be carried out by means of a dry fermenter.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트용 건식 발효조에서 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법과 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.Therefore, in the dry fermenter for polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention, the description of the components overlapping with the method for producing polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention will be omitted.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트용 건식 발효조는 내부가 비어 있는 발효조 컨테이너(110), 발효조 컨테이너(110)의 상부에 형성되고, 혼합배양 슬러지를 분사하는 분사부(121), 발효조 컨테이너(110) 내부에 형성되고, 바이오매스를 수납하며 가수 분해된 바이오매스를 하부로 낙하시킬 수 있도록 하단 기공부를 포함하는 바이오매스 바스켓(biomass Basket; 130), 발효조 컨테이너(110)의 하부에 형성되고, 가수분해된 바이오매스, 슬러지 및 발효된 바이오매스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 포함하는 농축발효액 베드(holding bed; 140) 및 발효조 컨테이너(110)를 밀폐 또는 개방시킬 수 있는 상단 덮개(120)를 포함할 수 있다.The dry fermentation tank for polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention includes a fermenter container 110 with an empty inside, an injection unit 121 formed on the top of the fermenter container 110 and spraying mixed culture sludge, A biomass basket (130) formed inside the fermenter container 110, containing biomass and including a bottom pore portion to drop the hydrolyzed biomass to the bottom, and a lower part of the fermenter container 110 The holding bed 140 and the fermenter container 110 formed in the mixed culture sludge containing at least one of hydrolyzed biomass, sludge and fermented biomass can be closed or opened It may include a top cover 120 with.

본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 사용되는 건식 발효조는 바이오매스의 희석을 위해 물을 공급하지 않는 건식 발효조일 수 있다.The dry fermentation tank used in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention may be a dry fermentation tank that does not supply water for dilution of biomass.

먼저, 건식 발효조는 내부가 비어 있는 발효조 컨테이너(110)를 포함할 수 있다.First, the dry fermenter may include an empty fermenter container 110 .

발효조 컨테이너(110)는 내부가 비어 있는 상태로 소정 용적을 가질 수 있다.The fermenter container 110 may have a predetermined volume in an empty state.

건식 발효조는 발효조 컨테이너(110)의 상부에 형성되고, 혼합배양 슬러지를 분사하는 분사부(121)를 포함할 수 있다.The dry fermentation tank may include an injection unit 121 formed on the top of the fermentation tank container 110 and spraying the mixed culture sludge.

실시예에 따라, 분사부(121)는 별도로 형성되거나, 상단 덮개(120)과 일체로 형성될 수 있다.Depending on the embodiment, the injection unit 121 may be formed separately or integrally with the top cover 120 .

건식 발효조는 발효조 컨테이너(110) 내부에 형성되고, 바이오매스를 수납하며 가수 분해된 바이오매스를 하부로 낙하시킬 수 있도록 하단 기공부(131)를 포함하는 바이오매스 바스켓(130)을 포함할 수 있다.The dry fermentation tank may include a biomass basket 130 formed inside the fermenter container 110 and containing biomass and including a bottom pore part 131 to drop the hydrolyzed biomass to the bottom. .

바이오매스 바스켓(130)은 바이오매스를 수납하기 위한 것으로, 상부는 개방되어 있고, 하부에는 가수분해에 의해 바이오매스 입자가 작아지면 자중에 의해 낙하할 수 있도록 기공부(131)가 형성된 구조를 가질 수 있다.The biomass basket 130 is for accommodating biomass, and has a structure in which an upper part is open and a pore part 131 is formed in the lower part so that the biomass particles can fall due to their own weight when the biomass particles become smaller due to hydrolysis. can

기공부(131)의 기공의 너비는 5nm 내지 50mm 일 수 있고, 기공의 너비가 5nm 미만이면 막힘 현상이 발생하는 문제가 있고, 50nm를 초과하면 부분적으로 가수분해된 고형물이 농축발효액 베드(140)로 이동하여 슬러지 홀딩 베드(sludge holding bed)의 고형물 농도를 상승시켜 혼합 에너지(mixing energy)를 상승시키는 문제가 있다.The width of the pores of the pore portion 131 may be 5 nm to 50 mm, and if the width of the pores is less than 5 nm, there is a problem of clogging, and if it exceeds 50 nm, partially hydrolyzed solids are concentrated fermentation liquid bed 140 There is a problem of increasing the mixing energy by moving to the sludge holding bed to increase the solids concentration.

실시예에 따라, 건식 발효조는 바이오매스 바스켓(130)이 적어도 2개 이상 적층된 적층 구조(도 4b 참조)를 가질 수 있다.Depending on the embodiment, the dry fermentation tank may have a stacked structure in which at least two or more biomass baskets 130 are stacked (see FIG. 4B).

또한, 실시예에 따라, 건식 발효조의 바이오매스 바스켓(130)은 상부에 형성되는 상단 기공부(132)를 더 포함(하단 기공부(131) 및 상단 기공부(132)를 모두 포함)하여 건식 발효 공정 중, 바이오매스 바스켓(130)이 상하 방향으로 회전될 수 있는 회전 구조(도 4c 참조)를 가질 수 있다. 따라서, 바이오매스 바스켓(130)이 회전 구조를 가짐으로써 바이오매스 바스켓(130)을 상하 방향으로 회전시켜 바이오매스 바스켓(130)의 막힘(clogging)을 방지할 수 있다.In addition, according to the embodiment, the biomass basket 130 of the dry fermentation tank further includes an upper pore part 132 formed thereon (including both the lower pore part 131 and the upper pore part 132), During the fermentation process, the biomass basket 130 may have a rotating structure (see FIG. 4c ) capable of rotating vertically. Therefore, since the biomass basket 130 has a rotating structure, it is possible to prevent the biomass basket 130 from being clogged by rotating the biomass basket 130 in a vertical direction.

예를 들어, 건식 발효조가 기본 구조(하부에만 기공부(131)가 형성된 구조)의 바이오매스 바스켓(130)을 사용하는 경우, 7일 이후 카르복실레이트 생산이 약 10g/L이 생성된 상태에서 막힘(clogging)이 발생되나, 적층 구조의 바이오매스 바스켓(130)의 경우, 막힘(clogging)없이 반응이 연속적으로 일어나 15일 이후 약 25g/L까지 카르복실레이트의 농도를 증가시킬 수 있다.For example, when the dry fermenter uses the biomass basket 130 of the basic structure (the structure in which the pores 131 are formed only at the bottom), in a state in which carboxylate production is about 10 g / L after 7 days Clogging occurs, but in the case of the laminated biomass basket 130, the reaction occurs continuously without clogging, and the concentration of carboxylate can be increased to about 25 g/L after 15 days.

더욱이, 회전 구조의 바이오매스 바스켓(130)을 사용하는 경우, 카르복실레이트(volatile fatty acids(VFAs)) 농도가 가장 빠른 시간 내에 생성되고, 7일만에 44g/L의 고농도 카르복실레이트를 생산할 수 있다.Moreover, when using the biomass basket 130 of a rotating structure, the concentration of carboxylate (volatile fatty acids (VFAs)) is generated in the fastest time, and a high concentration of carboxylate of 44 g / L can be produced in 7 days. there is.

건식 발효조는 발효조 컨테이너(110)의 하부에 형성되고, 가수분해된 바이오매스, 슬러지 및 발효된 바이오매스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 포함하는 농축발효액 베드(140)를 포함할 수 있다.The dry fermentation tank is formed at the bottom of the fermenter container 110 and may include a concentrated fermentation broth bed 140 containing mixed culture sludge containing at least one of hydrolyzed biomass, sludge and fermented biomass. .

농축발효액 베드(140)는 가수분해되어 낙하한 바이오매스와 순응된 상태의 발효 미생물들이 함께 섞여 있는 슬러지인 혼합배양 슬러지를 포함할 수 있다.The concentrated fermentation broth bed 140 may include mixed culture sludge, which is a sludge in which biomass that has been hydrolyzed and fallen and fermentation microorganisms in an acclimatized state are mixed together.

따라서, 크기가 작아진 바이오매스는 농축발효액 베드(140)에서 완전히 가수분해된 후 바로 발효반응으로 이어질 수 있다.Therefore, the size-reduced biomass can be completely hydrolyzed in the concentrated fermentation broth bed 140 and then immediately undergo a fermentation reaction.

건식 발효조는 발효조 컨테이너(110)를 밀폐 또는 개방시키는 상단 덮개(120)를 포함할 수 있다.The dry fermenter may include a top lid 120 that closes or opens the fermenter container 110 .

발효조 컨테이너(110)는 내부가 비어 있는 상태로 소정 용적을 가지기 때문에 상단 덮개(120)에 의해 상부가 밀폐 또는 개방될 수 있다.Since the fermenter container 110 has a predetermined volume in an empty state, the upper portion may be closed or opened by the top cover 120.

실시예에 따라, 건식 발효조는 복수개의 펌프를 포함할 수 있고, 예를 들어, 건식 발효조는 제1 펌프(150), 제2 펌프(160) 및 제3 펌프(미도시) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the dry fermentation tank may include a plurality of pumps, and for example, the dry fermentation tank may use at least one of a first pump 150, a second pump 160, and a third pump (not shown). can include

제1 펌프(150)는 가수분해와 발효반응의 반응속도를 적절하게 유지할 수 있도록 내부 순환, 즉, 농축발효액 베드(140) 내에서 혼합배양 슬러지를 순환시켜 일정수준의 혼합강도를 유지시킬 수 있다.The first pump 150 can maintain a certain level of mixing strength by circulating the mixed culture sludge in the internal circulation, that is, the concentrated fermentation broth bed 140, so that the reaction rate of the hydrolysis and fermentation reaction can be properly maintained. .

내부순환율은 5 L/L-h 내지 15 L/L-h일 수 있고, 내부순환율이 5 L/L-h 미만이면 가수분해 속도가 저하하는 문제가 있고, 15 L/L-h를 초과하면 막힘 현상이 심각해지는 문제가 있다. 여기서, L/L-h는 반응기 부피당 liter/h의 혼합유속을 표현한 절대 혼합 강도(specific mixing intensity)를 의미한다.The internal circulation rate may be 5 L/L-h to 15 L/L-h, and if the internal circulation rate is less than 5 L/L-h, there is a problem in that the hydrolysis rate decreases, and if it exceeds 15 L/L-h, clogging becomes serious. there is Here, L/L-h means the absolute mixing intensity (specific mixing intensity) expressing the mixing flow rate of liter/h per reactor volume.

제2 펌프(160)는 바이오매스의 가수분해 반응을 위해 농축발효액 베드(140)의 혼합배양 슬러지를 바이오매스 바스켓(130)으로 공급 순환시키기 위한 것으로, 제2 펌프(160)를 이용함으로써, 공급된 혼합배양 슬러지는 바이오매스 바스켓(130) 상부에 위치하는 분사부(121)를 바이오매스 바스켓(130)으로 고르게 분사될 수 있다.The second pump 160 is for supplying and circulating the mixed culture sludge of the concentrated fermentation broth bed 140 to the biomass basket 130 for the hydrolysis reaction of biomass, by using the second pump 160, supply The mixed culture sludge can be evenly injected into the biomass basket 130 through the injection unit 121 located above the biomass basket 130.

즉, 제2 펌프(160)는 간헐 또는 연속적으로 작동하여 혼합배양 슬러지를 바이오매스 바스켓(130)으로 공급할 수 있다.That is, the second pump 160 may operate intermittently or continuously to supply the mixed culture sludge to the biomass basket 130 .

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 사용되는 건식 발효조는 농축발효액을 제조하는 단계(S110)를 적어도 1회 이상 연속적으로 순환시켜 고농도의 카르복실레이트를 생산할 수 있다.Therefore, the dry fermentation tank used in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention can produce a high concentration of carboxylate by continuously circulating the step (S110) of preparing a concentrated fermentation broth at least once. there is.

제3 펌프(미도시)는 농축발효액 베드(140)에 연결되어 농축발효액 베드(140)에 1M의 NaOH를 자동 주입하여 농축발효액 베드(140)의 pH를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 건식 발효조는 제3 펌프(미도시)에 연결된 pH 프로브(pH probe; 170) 및 pH 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.A third pump (not shown) is connected to the concentrated fermentation solution bed 140 and automatically injects 1M NaOH into the concentrated fermentation solution bed 140 to maintain the pH of the concentrated fermentation solution bed 140 constant. Accordingly, the dry fermenter may further include a pH probe 170 connected to a third pump (not shown) and a pH controller.

제조예 1: 건식 발효Preparation Example 1: Dry fermentation

바이오매스로 음식물 폐기물을 사용하였으며, 학교 캠퍼스에 위치한 레스토랑에서 채취한 시료 1kg을 약 1cm크기로 자른 후 발효조 몸체의 수납용기에 수납시켰다.Food waste was used as biomass, and 1 kg of sample collected from a restaurant located on the school campus was cut into about 1 cm in size and stored in a storage container of the fermentor body.

초기 접종한 슬러지는 하수처리장 혐기성소화조에서 채취한 후 15분간 75℃도에서 열처리하여 메탄균을 소멸시킨 후 접종하였다.The initially inoculated sludge was collected from an anaerobic digestion tank at a sewage treatment plant, heat-treated at 75 ° C for 15 minutes to eliminate methane bacteria, and then inoculated.

접종 슬러지 대비 음식물 쓰레기(접종 슬러지/음식물 쓰레기)는 5-15v/v%(1-10 wt/wt%에 대응됨), 그리고 혼합배양 슬러지의 순환율(circulation rate)은 4.4~13.2 L/h로 변화시키면서 카르복실레이트의 생산성을 평가하였다.Food waste (inoculation sludge/food waste) compared to inoculation sludge is 5-15v/v% (corresponding to 1-10 wt/wt%), and the circulation rate of mixed culture sludge is 4.4-13.2 L/h The productivity of the carboxylate was evaluated while changing to .

음식물 쓰레기의 가수분해를 위한 혼합배양 슬러지의 간헐적 내부순환은 시간기록계(timer)와 펌프를 통해 수행하였다. 내부순환율은 펌프속도를 88L/hr로 일정하게 유지하며, 펌프를 15초간 작동 이후 4분 45초 정지하는 과정이 반복되도록 운전하여 혼합배양 슬러지의 내부순환율을 최적화하였다.Intermittent internal circulation of mixed culture sludge for hydrolysis of food waste was performed using a timer and a pump. The internal circulation rate was maintained at a constant pump speed of 88 L/hr, and the internal circulation rate of the mixed culture sludge was optimized by operating the pump repeatedly for 15 seconds and then stopping for 4 minutes and 45 seconds.

한편, 건식 발효조의 온도는 평균 21~23℃(평균 22℃), pH는 6.8-7.5로 유지하였다.On the other hand, the temperature of the dry fermentation tank was maintained at an average of 21 to 23 ° C (average 22 ° C), and the pH was maintained at 6.8-7.5.

제조예 2: PHA 생산Preparation Example 2: PHA production

실시예 1의 조건에서 수득한 카르복실레이트를 사용하여 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) 순수배양(2g/L-발효물 접종)을 실시하면서, 산소와 영양소(질소와 인)에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트 생성물을 평가하였다.Using the carboxylate obtained in Example 1, pure culture of Pseudomonas putida (inoculation with 2 g/L-fermented product) was carried out, and polyhydroxy eggs were obtained according to oxygen and nutrients (nitrogen and phosphorus). The decanoate product was evaluated.

한편, 슈도모나스 퓨티다는 카르복실레이트를 체내세포에 폴리하이드록시 알카노에이트로 합성하여 저장하며, 이러한 기작으로 인해 폴리하이드록시 알카노에이트가 생성되는 것이다.On the other hand, Pseudomonas putida synthesizes and stores carboxylate as polyhydroxy alkanoate in body cells, and polyhydroxy alkanoate is produced due to this mechanism.

이때 반응기는 순수배양 반응기를 사용하였고, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)는 캐나다 워터루 대학 Charles 교수팀으로부터 아가 플레이트 형태로 공급 받은 후, 단일 집락(colony) 채취, 혐기성 조건 배양, 및 호기성 조건 배양 등의 과정을 통해 농축된 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)를 준비하였다.At this time, a pure culture reactor was used as the reactor, and Pseudomonas putida was supplied in the form of an agar plate from Professor Charles' team at the University of Waterloo, Canada, and then single colony collection, anaerobic condition culture, and aerobic condition culture, etc. Pseudomonas putida concentrated through the process was prepared.

준비된 순수배양균을 순수배양 반응기에 공급하여 폴리하이드록시 알카노에이트 생성실험을 수행하였고, 이 때 카르복실레이트의 농도는 용존 화학적 산소요구량 (soluble chemical oxygen demand, SCOD)로 30±2 g/L였다.A polyhydroxy alkanoate production experiment was performed by supplying the prepared pure cultured bacteria to a pure culture reactor, and at this time, the concentration of carboxylate was 30±2 g/L as soluble chemical oxygen demand (SCOD). was

이때, 순수배양 반응기의 산소농도와 영양소 농도를 다르게 설정하였는데, 산소 농도는 혐기성 조건 (0mg/L), 제한적 호기성 조건 1-3 mg/L, 호기성 조건 4-7 mg/L으로 유지하였다.At this time, the oxygen concentration and nutrient concentration of the pure culture reactor were set differently, and the oxygen concentration was maintained at anaerobic conditions (0 mg / L), limited aerobic conditions 1-3 mg / L, and aerobic conditions 4-7 mg / L.

여기서, 혐기성 조건의 용존산소 농도가 0mg/L인 것이 가장 이상적이지만 완전한 혐기조건을 유지하는 것은 거의 불가능하기 때문에 0.2mg/L 이하의 경우에도 편의상 혐기성 조건에 해당되는 것으로 정의한다.Here, although it is most ideal that the dissolved oxygen concentration of anaerobic conditions is 0 mg/L, it is almost impossible to maintain complete anaerobic conditions, so even a case of 0.2 mg/L or less is defined as anaerobic conditions for convenience.

또 폴리하이드록시 알카노에이트 수율에 영향을 미칠 수 있는 질소와 인에 의한 영향을 확인하기 위하여, 동일한 산소 농도 조건하에서 질소와 인을 약 90% 정도 제거한 카르복실레이트와 제거하지 않은 카르복실레이트를 병행하여 실험을 수행하였다.In addition, in order to confirm the effect of nitrogen and phosphorus, which can affect the polyhydroxy alkanoate yield, carboxylates from which nitrogen and phosphorus were removed by about 90% and carboxylates from which nitrogen and phosphorus were not removed were examined under the same oxygen concentration conditions. Experiments were performed in parallel.

여기서, 카르복실레이트로부터 질소와 인을 제거하는 방법으로는 먼저 스트루바이트(struvite) 침전법과 암모니아 스트립핑(stripping)을 실시한 후, 상등액을 정밀여과막으로 통과시켜 투과액을 사용하였다.Here, as a method for removing nitrogen and phosphorus from carboxylate, struvite precipitation and ammonia stripping were first performed, and then the supernatant was passed through a microfiltration membrane to use the permeate.

일주일 이후 순수배양 반응기반응기로부터 5L의 배양결과물을 채취하고 추출과정을 통해 폴리하이드록시 알카노에이트를 회수하였고, 폴리하이드록시 알카노에이트 수율, 카르복실레이트 제거량, COD제거량을 분석하였다.After one week, 5 L of the culture product was collected from the pure culture reactor reactor, polyhydroxy alkanoate was recovered through an extraction process, and polyhydroxy alkanoate yield, carboxylate removal amount, and COD removal amount were analyzed.

제조예 3: PHA 추출Preparation Example 3: PHA extraction

제한적 호기성 조건에서 제조예 2의 순수배양이 종료된 후, 배양결과물로부터 폴리하이드록시 알카노에이트 추출하였다.After the pure culture of Preparation Example 2 was completed under limited aerobic conditions, polyhydroxy alkanoate was extracted from the culture product.

먼저 배양결과물을 3000g에서 30분간 10℃에서 원심분리(3000 gravity 조건)를 통해 미생물 펠릿(pellet)을 얻고, 불순물을 제거할 목적으로 아세톤과 에탄올로 세척하였다. 이후 펠릿을 다시 10%의 차아염소산나트륨 용액에 부유시켜 셀을 파괴(disruption)시키고 22℃에서 3시간동안 방치하였다. First, the cultured product was centrifuged at 3000 g for 30 minutes at 10° C. (3000 gravity condition) to obtain a microbial pellet, and washed with acetone and ethanol for the purpose of removing impurities. Thereafter, the pellet was suspended again in 10% sodium hypochlorite solution to disrupt the cell and left at 22° C. for 3 hours.

이후 위와 같은 조건으로 수회 반복 조작하여 최종 펠릿을 확보하였다.After that, the above conditions were repeated several times to obtain final pellets.

최종 펠릿을 대상으로 클로로폼(chloroform)에 침지, 및 4℃이하 온도에서 일정 시간 방치하여 침전된 폴리하이드록시 알카노에이트를 분리하였고, 마지막으로 22℃에서 천천히 건조하였다.The final pellet was immersed in chloroform and left for a certain period of time at a temperature of 4 ° C or lower to separate the precipitated polyhydroxy alkanoate, and finally dried slowly at 22 ° C.

이렇게 얻어진 결과물이 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체인지를 확인하기 위하여 GC분석을 수행하였다.GC analysis was performed to confirm whether the obtained product was a medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer.

추출한 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체의 단위체를 가스크로마토그래피-질량 분광법(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)을 사용하여 정량분석하였다.Units of the extracted mid-chain polyhydroxy alkanoate copolymer were quantitatively analyzed using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).

가스크로마토그래피는 DB-5 column(30 m length Х 0.25 mm I.D. Х 0.25 μm film)를 이용하여 샘플 분리를 하였고, 헬륨가스를 carrier gas로 사용하여 분리주입(split injection) 비율 1:15로 샘플을 주입하였다.For gas chromatography, samples were separated using a DB-5 column (30 m length Х 0.25 mm I.D. Х 0.25 μm film), and helium gas was used as a carrier gas to separate samples at a split injection ratio of 1:15. injected.

질량 분광기(mass spectrometry)는 Agilent 5975B inert XL EI/CI MSD 와HP-5MS 캐필러리 컬럼(capillary column)으로 구성되어 있으며, 헬륨가스를 캐리어 가스(carrier gas)로 사용하였다. 샘플 분석은 Agilent enhanced MSD chemstation(E.02.01.117)와 표준 그래프를 이용하여 정량하였다.The mass spectrometry consisted of an Agilent 5975B inert XL EI/CI MSD and an HP-5MS capillary column, and helium gas was used as a carrier gas. Sample analysis was quantified using an Agilent enhanced MSD chemstation (E.02.01.117) and a standard graph.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계에 따른 카르복실레이트의 생산성을 도시한 그래프이다.5 is a graph showing the productivity of carboxylate according to the step of preparing a concentrated biomass fermentation broth in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 5(a)의 운전조건은 접종 슬러지 대비 음식물 쓰레기 비율 5%(gVS/g VS), 내부순환율 4.4 L/d로 설정하여 7일간 운전한 결과이고, 도 5(b)는 14일간 운전한 것을 제외하고 나머지 조건은 도 5(a)와 동일하며, 도 5(c)는 접종 슬러지 대비 음식물 쓰레기 비율을 10%(g VS/g VS), 내부순환율 4.4 L/d그리고 7일간 운전한 결과이고, 도 5(d)는 14일간 운전한 것을 제외하고 나머지 조건은 도 5(c)와 동일하다.The operating conditions in FIG. 5 (a) are the result of operation for 7 days by setting the ratio of food waste to inoculation sludge at 5% (gVS / g VS) and the internal circulation rate of 4.4 L / d, and FIG. 5 (b) shows the result of operation for 14 days Except for one, the remaining conditions are the same as those in FIG. 5 (a), and FIG. 5 (c) shows that the ratio of food waste to inoculation sludge is 10% (g VS / g VS), the internal circulation rate is 4.4 L / d, and operation for 7 days 5 (d) is the same as in FIG. 5 (c) except for driving for 14 days.

도 5를 참조하면, 접종 슬러지 대비 음식물 쓰레기 비율, 반응시간에 관계없이 n-부틸레이트(n-butyrate)가 총 카르복실레이트의 35.5-40.7w/w%로 가장 높은 비율을 보였고, 나머지는 대부분 아세테이트(29.9-35.5w/w%)와 프로피오네이트(10.8-14.5w/w%)인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, regardless of the ratio of food waste to inoculation sludge and reaction time, n-butyrate showed the highest ratio of 35.5-40.7 w/w% of total carboxylate, and most of the rest It can be seen that they are acetate (29.9-35.5 w/w%) and propionate (10.8-14.5 w/w%).

접종 슬러지 대비 음식물 쓰레기 비율 10w/w%와 반응시간 7일(도 5(c))에서 고형물 부하속도는 3.76-4.82 kg VS/m3-d로 최적화되었으며, 4.4 L/h의 혼합배양 슬러지 내부순환율에서 544g SCOD(soluble chemical oxygen demand)/kg VS의 최대 카르복실레이트 수율을 나타내었다.At a food waste ratio of 10 w/w% to inoculation sludge and a reaction time of 7 days (Fig. 5(c)), the solids loading rate was optimized to 3.76-4.82 kg VS/m3-d, and the mixed culture sludge internal order of 4.4 L/h At the exchange rate, the maximum carboxylate yield of 544g SCOD (soluble chemical oxygen demand)/kg VS was shown.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 용존산소 및 영양소 함유 여부에 따른 펠릿(pellet) 건조중량당 폴리하이드록시 알카노에이트 생산량을 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the production of polyhydroxy alkanoate per dry weight of pellets according to the presence or absence of dissolved oxygen and nutrients in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 수율은 용존산소 유무나 영양소 함유 여부에 상관없이 카르복실레이트로부터 폴리하이드록시 알카노에이트가 생성되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that polyhydroxy alkanoate is produced from carboxylate regardless of the presence or absence of dissolved oxygen or nutrient content.

특히, 혐기성 조건 보다는 제한적 호기성 조건이나 호기성 조건에서의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체 수율이 우수하였고, 질소와 인을 제거한 후 배양하는 것이 다소 유리한 것을 알 수 있다.In particular, it can be seen that the yield of the medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer was better under limited aerobic conditions or aerobic conditions than under anaerobic conditions, and culturing after removing nitrogen and phosphorus was somewhat advantageous.

일반적으로 질소와 인 등의 영양소가 다량 함유될 시에는 카르복실레이트 기질이 미생물 성장에 대부분 사용되기 때문에 상대적으로 폴리하이드록시 알카노에이트 수율이 크게 낮아 질 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법은 순수배양 반응기에 공급한 카르복실레이트의 농도가 30±2 g/L로 매우 높기 때문에 폴리하이드록시 알카노에이트 수율에 큰 영향을 주지 않는 것을 알 수 있다.In general, when a large amount of nutrients such as nitrogen and phosphorus are contained, the yield of polyhydroxy alkanoate may be relatively low because the carboxylate substrate is mostly used for microbial growth. It can be seen that the method for producing hydroxy alkanoate does not significantly affect the yield of polyhydroxy alkanoate because the concentration of carboxylate supplied to the pure culture reactor is very high, 30±2 g/L.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 용존산소 및 영양소 함유 여부에 따른 화학적 산소요구량을 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the chemical oxygen demand according to the presence or absence of dissolved oxygen and nutrients in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 화학적 산소요구량(chemical oxygen demand, COD) 감소율을 통해 카르복실레이트가 폴리하이드록시 알카노에이트 생성의 기질로 사용되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that carboxylate is used as a substrate for polyhydroxy alkanoate production through a chemical oxygen demand (COD) reduction rate.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에서 용존산소 및 영양소 함유 여부에 따른 카르복실레이트의 농도 변화를 도시한 그래프이다.8 is a graph showing changes in the concentration of carboxylate according to the presence or absence of dissolved oxygen and nutrients in the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 8은 폴리하이드록시 알카노에이트 생성 시 사용된 카르복실레이트를 휘발성 지방산 (volatile fatty acids, VFA)으로 나타낸 결과로, 휘발성 지방산은 C2-C6 지방산(acetate, propionate, butyrate, valerate, and caproate)을 의미하나, 본 발명에서는 중성 pH를 유지하였기 때문에 카르복실레이트로 표현하였다.8 is a result of carboxylate used in the production of polyhydroxy alkanoate as volatile fatty acids (VFA), volatile fatty acids are C2-C6 fatty acids (acetate, propionate, butyrate, valerate, and caproate) However, in the present invention, since neutral pH was maintained, it was expressed as carboxylate.

도 8을 참조하면, 카르복실레이트가 폴리하이드록시 알카노에이트 생성에 의해 크게 감소되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8 , it can be seen that the carboxylate is greatly reduced by the production of polyhydroxy alkanoate.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 단위체를 도시한 그래프이다.9 is a graph showing units of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

짧은사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 클로로포름 용매에 용해되고, 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 알코올과 같은 용매에 용해되기 때문에 선택적 용매를 사용하여 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트에 포함된 단위체를 분리하였다.Short-chain polyhydroxy alkanoate monomers are soluble in chloroform solvent, and medium-chain polyhydroxy alkanoate monomers are soluble in solvents such as alcohol. Monomers included in decanoate were isolated.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 용존산소 농도에 상관없이 일관되게 폴리하이드록시 알카노에이트의 주요 단위체로 PHB(polyhydroxybutyrate), PHV(polyhydroxyvalerate), PHH(polyhydroxyhexanoate)를 포함하는 것을 알 수 있고, 이 결과로부터 명백하게 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트가 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, the polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention is PHB (polyhydroxybutyrate), PHV (polyhydroxyvalerate), PHH (polyhydroxybutyrate), PHV (polyhydroxyvalerate), PHH ( polyhydroxyhexanoate), and from this result, it can be clearly seen that the polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention is a medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer.

표 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 물성을 도시한 것이다.Table 1 shows the physical properties of polyhydroxy alkanoates according to examples of the present invention.

인장 강도(Tensile Strength; MPa)Tensile Strength (MPa) 2.81 ± 0.272.81 ± 0.27 파단신율(Elongation at Break; %)Elongation at Break (%) 14.40 ± 0.3914.40 ± 0.39 모듈러스(Modulus; MPa)Modulus (MPa) 0.25 ± 0.080.25 ± 0.08

PHB는 평균 분자량 분포(molecular weight distribution)가 약 105g/mol 정도로 낮고, 파단신율(elongation at break)이 2-5%로(BRITTLE) 깨지기 쉬운 성질을 갖고 있다.PHB has a brittle property with an average molecular weight distribution as low as about 10 5 g/mol and an elongation at break of 2-5% (BRITTLE).

반면, 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체로 파단 신율이 14.4%을 가져 PHB보다 매우 높다. 또한, 인장 강도(tensile strength)도 2.81MPa로 약 25MPa의 높은 인장 강도를 갖는 PHB 대비 매우 낮다. On the other hand, referring to Table 1, the polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention is a medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer and has an elongation at break of 14.4%, which is much higher than that of PHB. In addition, the tensile strength is also 2.81 MPa, which is very low compared to PHB having a high tensile strength of about 25 MPa.

표 2는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 분자량 분포를 도시한 것이다.Table 2 shows the molecular weight distribution of polyhydroxy alkanoates according to examples of the present invention.

시료명sample name 피크1(Peak 1)Peak 1 RvRv MnMn MwMw MzMz Mw/Mn (PDI)Mw/Mn (PDI) 22 7.457.45 108881108881 161669161669 252118252118 1.4851.485 7.37.3 104733104733 154751154751 233165233165 1.4781.478 33 6.636.63 662416662416 691675691675 728142728142 1.0441.044 6.526.52 757374757374 815058815058 898412898412 1.0761.076 44 6.336.33 10082661008266 11067611106761 12520651252065 1.0981.098 6.316.31 10447921044792 11243391124339 12593671259367 1.0761.076 55 6.426.42 832473832473 878566878566 938752938752 1.0551.055 6.496.49 807117807117 872762872762 978883978883 1.0811.081

표 2를 참조하면, 평균 분자량 분포(molecular weight distribution)의 경우, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트가 105 - 106까지 다양한 분포를 나타내는 것으로 보아, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 짧은사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체와 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 모두 포함하는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체인 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, in the case of the average molecular weight distribution (molecular weight distribution), the polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention shows a variety of distributions from 10 5 to 10 6 , It can be seen that the polyhydroxy alkanoate according to the present invention is a medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer including both short-chain polyhydroxy alkanoate units and medium-chain polyhydroxy alkanoate units.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 따른 카르복실레이트 제거율을 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the carboxylate removal rate according to the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

주기(Cycle)는 회분식을 의미하며, 동일한 실험을 반복실험한 것을 의미한다.Cycle means a batch type, and it means repeating the same experiment.

도 10을 참조하면, 모든 주기에서 총 VFA 제거율은 70% 이상인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10 , it can be seen that the total VFA removal rate in all cycles is 70% or more.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 따른 총 PHA 생산량을 도시한 그래프이다.11 is a graph showing total PHA production according to the method for producing polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 주기마다 조금씩 차이가 있지만, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)의 건조 중량으로부터 평균 30%의 바이오 플라스틱이 회수되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that although there is a slight difference for each cycle, an average of 30% of bioplastic is recovered from the dry weight of Pseudomonas putida.

보다 구체적으로, PHA 생산량은 사이클 1이 25.56±1.278%, 사이클 2가 35.78±1.789, 사이클 3이 29.89±1.4945, 사이클 4가 33.78±1.689, 사이클 5가 34.81±1.7405, 사이클 6이 33.76±1.688 이었다.More specifically, the PHA production was 25.56±1.278% in Cycle 1, 35.78±1.789 in Cycle 2, 29.89±1.4945 in Cycle 3, 33.78±1.689 in Cycle 4, 34.81±1.7405 in Cycle 5, and 33.76±1.688 in Cycle 6. .

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy; FTIR) 측정 결과를 도시한 그래프이다.12 is a graph showing the results of Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) measurement of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 1726 cm-1에서 흡수 밴드를 나타내는 것으로 보아, C=O의 특성 및 PHA가 제조된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the absorption band at 1726 cm -1 shows the characteristics of C=O and that PHA was prepared.

또한, 결정 영역에서 1720cm-1, 1275cm-1, 1228cm-1 및 980cm-1에 가까운 흡수 밴드가 나타나는 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that absorption bands close to 1720 cm -1 , 1275 cm -1 , 1228 cm -1 and 980 cm -1 appear in the crystal region.

즉, 1741 cm-1, 1452 cm-1 1228 cm-1 및 1175 cm-1 에서 흡수 밴드가 나타나는 것으로 보아, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트가 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체의 주요 기능 그룹을 포함하는 것을 알 수 있다. That is, as seen from the appearance of absorption bands at 1741 cm -1 , 1452 cm -1 1228 cm -1 and 1175 cm -1 , polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention is a medium chain polyhydroxy alkanoate It can be seen that it contains the main functional group of the copolymer.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 열중량 분석(Thermogravimetric analysis; TGA) 측정 결과를 도시한 그래프이다.13 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 폴리하이드록시 알카노에이트가 약 200℃까지 분해되지 않고 매우 안정한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 13, it can be confirmed that the polyhydroxy alkanoate is very stable without decomposition up to about 200°C.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 시차주사 열량측정법(differential scanning calorimetry; DSC) 측정 결과를 도시한 그래프이다.14 is a graph showing the results of differential scanning calorimetry (DSC) measurement of polyhydroxy alkanoate according to an embodiment of the present invention.

도 14를 참조하면, 두 개의 녹는점 (Tm1 = 140.6℃, and Tm2 154.87℃)이 확인되면서 다시 한번 열안정성을 확인할 수 있고, 매우 낮은 유리전이온도(Tg = - 25℃)를 가져 상온에서 탄력적인 고무특성을 유지할 수 있는 것을 확인할 수 있으며 두 결정화 온도 (Tc1 = 37℃, and Tc2 = 76℃)를 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 14, as two melting points (Tm1 = 140.6 ℃, and Tm2 154.87 ℃) were confirmed, the thermal stability could be confirmed once again, and it had a very low glass transition temperature (Tg = -25 ℃), so it was elastic at room temperature. It can be confirmed that phosphorus rubber properties can be maintained, and it can be seen that two crystallization temperatures (Tc1 = 37 ℃, and Tc2 = 76 ℃) are exhibited.

이를 바탕으로 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 연질 재료(soft material) 및 반연질 재료(semi-soft material)로 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.Based on this, it can be seen that the polyhydroxy alkanoate according to the embodiment of the present invention can be used as a soft material and a semi-soft material.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트는 생물의학 재료, 다른 재료를 부드럽게 하는 첨가제, 껌용 베이스, 신발 재료 또는 화장품 용기에 사용될 수 있다.Therefore, polyhydroxy alkanoates according to embodiments of the present invention can be used for biomedical materials, additives for softening other materials, bases for chewing gum, shoe materials, or cosmetic containers.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described by the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art in the field to which the present invention belongs can make various modifications and variations from these descriptions. this is possible Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.

110: 발효조 컨테이너 120: 상단 덮개
121: 분사부 130: 바이오매스 바스켓
131: 기공부 140: 농축발효액 베드
150: 제1 펌프 160: 제2 펌프
170: pH 프로브110: fermenter container 120: top cover
121: injection unit 130: biomass basket
131: Pore part 140: Concentrated fermentation liquid bed
150: first pump 160: second pump
170: pH probe

Claims (18)

바이오매스를 건식 발효시켜 생성된 카르복실레이트(carboxylate)를 포함하는 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계; 및
상기 바이오매스 농축발효액에 PHA(polyhydroxyalkanoate) 생성 미생물을 배양시켜 폴리하이드록시 알카노에이트(polyhydroxyalkanoate)를 제조하는 단계;
를 포함하고,
상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계에서, 상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하기 위한 환원력(reducing power)은 상기 카르복실레이트의 농도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
Preparing a concentrated biomass fermentation broth containing carboxylate produced by dry fermentation of biomass; and
Preparing polyhydroxyalkanoate by culturing a microorganism producing polyhydroxyalkanoate (PHA) in the biomass concentrated fermentation broth;
including,
Polyhydroxy alkanoate, characterized in that in the step of preparing the polyhydroxy alkanoate, the reducing power for preparing the polyhydroxy alkanoate is adjusted according to the concentration of the carboxylate Manufacturing method of.
 제1항에 있어서,
상기 바이오매스 농축발효액에 포함된 카르복실레이트의 농도는 20g/L 내지 50g/L 인 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that the concentration of carboxylate contained in the biomass concentrated fermentation broth is 20 g / L to 50 g / L.
 제1항에 있어서,
상기 폴리하이드록시 알카노에이트는 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 포함하는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer)인 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 1,
Characterized in that the polyhydroxy alkanoate is a medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer (medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer) containing at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit Method for producing polyhydroxy alkanoates.
 제1항에 있어서,
상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계는,
건식 발효조의 내부에 형성된 바이오매스 바스켓에 상기 바이오매스를 주입하는 단계;
상기 건식 발효조의 상부에 형성된 분사부로부터 상기 바이오매스 바스켓에 혼합배양 슬러지를 분사하여 상기 바이오매스를 가수분해시키는 단계;
상기 농축발효액 베드(holding bed)에서 상기 가수분해된 바이오매스를 발효시켜 생성된 발효된 바이오매스, 상기 가수분해된 바이오매스 및 슬러지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 혼합배양 슬러지를 수득하는 단계; 및
상기 혼합배양 슬러지로부터 상기 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 1,
The step of preparing the biomass concentrated fermentation liquid,
Injecting the biomass into a biomass basket formed inside a dry fermenter;
hydrolyzing the biomass by injecting the mixed culture sludge into the biomass basket from an injection unit formed on an upper part of the dry fermentation tank;
Obtaining the mixed culture sludge containing at least one of fermented biomass produced by fermenting the hydrolyzed biomass in the concentrated fermentation broth (holding bed), the hydrolyzed biomass, and sludge; and
Separating the concentrated biomass fermentation broth from the mixed culture sludge;
Method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that it comprises a.
 제4항에 있어서,
상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계는 적어도 1회 이상 연속적으로 순환되는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 4,
The method of producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth is continuously cycled at least once.
 제4항에 있어서,
상기 슬러지의 접종 비율은 상기 바이오매스의 1 wt/wt% 내지 40wt/wt%인 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 4,
The method of producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that the inoculation ratio of the sludge is 1 wt / wt% to 40 wt / wt% of the biomass.
 제4항에 있어서,
상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계의 공정 온도는 20℃ 내지 65℃인 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 4,
Method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that the process temperature in the step of preparing the biomass concentrated fermentation broth is 20 ℃ to 65 ℃.
 제4항에 있어서,
상기 바이오매스 농축발효액을 제조하는 단계는,
공정 pH에 따라 상기 카르복실레이트 농도가 조절될 수 있고,
공정 pH는 pH 5.0 내지 pH 9.5인 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 4,
The step of preparing the biomass concentrated fermentation liquid,
The carboxylate concentration can be adjusted according to the process pH,
The process pH is a method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that pH 5.0 to pH 9.5.
 제4항에 있어서,
상기 혼합배양 슬러지로부터 바이오매스 농축발효액을 분리하는 단계는, 원심분리기, 분리막, 여과, 침전, 증류 및 크로마토그래피(chromatography) 중 적어도 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 4,
The step of separating the concentrated biomass fermentation liquid from the mixed culture sludge is a method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that using at least one of centrifugal separator, separation membrane, filtration, precipitation, distillation and chromatography .
 제4항에 있어서,
상기 슬러지는 하수처리장의 활성슬러지, 가축분뇨 및 하수처리장의 혐기성소화조의 슬러지 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 4,
The sludge is a method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that it comprises any one of activated sludge of a sewage treatment plant, livestock manure, and sludge of an anaerobic digestion tank of a sewage treatment plant.
 제1항에 있어서,
상기 폴리하이드록시 알카노에이트를 제조하는 단계는,
상기 바이오매스 농축발효액에 PHA 생성 미생물을 배양시켜 제1 미생물 펠릿을 수득하는 단계;
상기 제1 미생물 펠릿을 세척하는 단계;
상기 세척된 미생물 펠릿을 세포 파열 화학 용액에 부유시켜 제2 미생물 펠릿을 생성하는 단계;
상기 부유된 제2 미생물 펠릿을 제거하고, 상등액을 수득하는 단계; 및
상기 상등액으로부터 폴리하이드록시 알카노에이트를 분리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 1,
The step of preparing the polyhydroxy alkanoate,
obtaining a first microbial pellet by culturing a PHA-producing microorganism in the biomass-concentrated fermentation broth;
washing the first microbial pellet;
generating second microbial pellets by suspending the washed microbial pellets in a cell disrupting chemical solution;
removing the suspended second microbial pellets and obtaining a supernatant; and
Separating polyhydroxy alkanoate from the supernatant;
Method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that it comprises a.
 제1항에 있어서,
상기 바이오매스는 유기성 폐기물을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 1,
The method of producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that the biomass comprises organic waste.
 제1항에 있어서,
상기 PHA 생성 미생물은 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 노보스핑고비움(Novosphingobium), 할로모나스(Halomonas), 바실러스(Bacillus), 커프리안비더스(Cuprianvidus), 파라코쿠스(Paracoccus), 부르크홀데리아(Burkholderia) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법.
According to claim 1,
The PHA-producing microorganisms are Pseudomonas putida, Novosphingobium, Halomonas, Bacillus, Cuprianvidus, Paracoccus, Burkholderia ) Method for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that it comprises any one of.
 제1항에 따른 폴리하이드록시 알카노에이트의 제조방법에 따라 제조된 폴리하이드록시 알카노에이트는,
적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체를 포함하는 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체(medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer)인 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트.
Polyhydroxy alkanoate prepared according to the method for producing polyhydroxy alkanoate according to claim 1,
Polyhydroxy alkanoate, characterized in that it is a medium-chain polyhydroxy alkanoate copolymer (medium-chain length polyhydroxyalkanoate, MCL-PHA copolymer) containing at least one medium-chain polyhydroxy alkanoate unit.
 제14항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 단위체는 상기 중간사슬 폴리하이드록시 알카노에이트 공중합체 내에 5 wt% 내지 50 wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트.
According to claim 14,
The polyhydroxy alkanoate, characterized in that the at least one medium chain polyhydroxy alkanoate unit is included in the medium chain polyhydroxy alkanoate copolymer in an amount of 5 wt% to 50 wt%.
 내부가 비어 있는 발효조 컨테이너;
상기 발효조 컨테이너의 상부에 형성되고, 상기 혼합배양 슬러지를 분사하는 분사부;
상기 발효조 컨테이너 내부에 형성되고, 상기 바이오매스를 수납하며 상기 가수 분해된 바이오매스를 하부로 낙하시킬 수 있도록 하단 기공부를 포함하는 바이오매스 바스켓(biomass Basket);
상기 발효조 컨테이너의 하부에 형성되고, 상기 가수분해된 바이오매스, 슬러지 및 발효된 바이오매스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 혼합배양 슬러지를 포함하는 농축발효액 베드(holding bed); 및
상기 발효조 컨테이너를 밀폐 또는 개방시킬 수 있는 덮개;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조.
An empty fermenter container;
an injection unit formed on an upper portion of the fermenter container and spraying the mixed culture sludge;
a biomass basket formed inside the fermentor container, accommodating the biomass, and including a bottom pore portion to allow the hydrolyzed biomass to fall to the bottom;
a holding bed formed under the fermenter container and containing a mixed culture sludge containing at least one of the hydrolyzed biomass, sludge and fermented biomass; and
a cover capable of closing or opening the fermenter container;
Dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that it comprises a.
 제16항에 있어서,
상기 건식 발효조는 상기 바이오매스 바스켓이 적어도 2개 이상 적층된 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조.
According to claim 16,
The dry fermentation tank is a dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that at least two or more biomass baskets are stacked.
 제16항에 있어서,
상기 바이오매스 바스켓은 상부에 형성되는 상단 기공부를 더 포함하고,
상기 바이오매스 바스켓이 상하 방향으로 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리하이드록시 알카노에이트 제조용 건식 발효조.
According to claim 16,
The biomass basket further includes an upper pore formed thereon,
Dry fermentation tank for producing polyhydroxy alkanoate, characterized in that the biomass basket can be rotated in the vertical direction.
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