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마이크로파를 이용한 다시마의 산 가수분해와 에탄올 생산성
송명기(Song, Myoung-Ki),나춘기(Na, Choon-Ki) 한국신재생에너지학회 2013 신재생에너지 Vol.9 No.2
The efficiency of microwave-assisted acid hydrolysis of seaweeds for the production of ethanol was investigated and its effect on hydrolysis into reducing sugar and fermentation into ethanol evaluated as compared with those by conventional heating. A brown seaweed, Laminaria japonica (10-100g/L) was hydrolysed under dilute acidic condition (0.5N H₂SO₄, 100?C) with two sorts of heating: microwave irradiation for {leq}10min and conventional heating for 10-60min. Microwave-assisted hydrolysis was shown to be more efficient. A similar range of reducing sugar and ethanol yields as with the conventional autoclave heating procedure({geq}30min) was observed, but it was obvious that production of ethanol from microwave-assisted hydrolysis had a 3 times faster reaction rate leading to very short production times, lower energy consumption/loss than from the conventional heating mode, and higher biomass loading without significant reducing ethanol yield, thus microwave-assisted acid hydrolysis is a potential alternative method for more effective hydrolysis of Laminaria japonica.
나춘기 ( Choon Ki Na ),송명기 ( Myoung Ki Song ) 한국화학공학회 2012 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.50 No.1
바이오에탄올 생산을 위한 대체 바이오매스 자원으로 갈조류인 다시마의 활용 가능성을 평가하기 위하여 산 가수분해와 에탄올 발효 특성을 검토하였다. 산 가수분해는 발효 가능한 당류의 생산량을 증가시켜 에탄올 생산량을 크게 증가시켰다. 최대 환원당 생산량은 묽은 황산(1.0 N)을 이용하여 130 ℃에서 6시간 가수분해하는 조건에서 다시마 건조무게 기준 135 mg/g이었다. Saccharomyces cerevisiae(ATCC 24858)는 글루코오스, 갈락토오스 및 만노오스와 같은 C6-당을 에탄올로 발효시킬 수 있지만 아라비노오스나 자일로오스와 같은 C5-당은 에탄올 발효기질로 이용하지 못하였다. 최적 발효시간은 글루코오스 48시간, 갈락토오스 72시간, 만노오스 96시간으로 단당류에 따라 달랐다. 그럼에도 불구하고 S. cerevisiae를 이용하여 35 ℃에서 96시간 발효를 통해 가수분해물로부터 얻을 수 있는 에탄올 생산량은 가수분해물 중의 총환원당으로부터 얻을 수 있는 이론적 생산량에 비해 4배 정도 높은 다시마 건조무게 기준 242 mg/g에 달하였다. 이는 가수분해물에 용존되어 있는 비환원당과 올리고당류들이 에탄올 발효에서 중요한 역할을 하고 있음을 나타낸다. 가수분해 용액 대비 다시마의 주입비율을 1에서 5%(w/v)로 증가시킴에 따라 에탄올 농도는 2.4에서 9.2 g/L로 증가하는 반면 단위무게당 에탄올 생산량은 242에서 185 mg/g으로 감소하였다. 다시마의 에탄올 생산성은 대략 7,400~9,600 kg/ha/year 정도로 평가되어 다시마가 바이오에탄올 생산을 위한 바이오매스 자원으로 매우 유용함을 알 수 있었다.
나춘기(Na, Choon-Ki),송명기(Song, Myoung-Ki),손창인(Son, Chang-In) 한국신재생에너지학회 2011 신재생에너지 Vol.7 No.3
In order to study the utilization of seaweeds as an alternative renewable feedstock for bioethanol production, their properties of hydrolysis and fermentation were investigated. The seaweeds were well hydrolyzed with diluted sulfuric acid. The weight loss of seaweeds reached 75-90%, but only 12-51% of them was converted into reducing sugars after the acid-hydrolysis at 130?C for 4-6h. The yield of reducing sugars increased with increasing the hydrolysis time up to 4h and then decreased thereafter. In contrast, the ethanol yield from the hydrolysates increased with hydrolysis time except for green seaweeds maximizing at 4h. Optimal fermentation time by Saccharomyces cerevisiae (ATCC 24858) varied with seaweeds; 48h for green seaweeds, 96h for brown and red seaweeds. The ethanol yield from the hydrolysate reached 138{pm}37mg/g-dry for green seaweeds, 258{pm}29mg/g-dry for brown seaweeds, and 343{pm}53mg/g-dry for red seaweeds, which correspond to approximately 1.5-4.0 times more than the theoretical yield from total reducing sugars in the hydrolysates. The results obtained indicate clearly that the non-reducing sugars or oligosaccharides dissolved in the hydrolysate played an important role in producing bioethanol. Considering the productivity and production cost of each seaweed, brown seaweeds such as Laminaria japonica and Undaria pinnatifida seem to be a promissing feedstock for bioethanol production.