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대호 차
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1 - Appl. Chem. Eng., Vol. 21, No. 2, April 2010, 이성목 이재화 신라대학교의생명과학대생명공학과 (2009 년 11 월 12 일접수, 2010 년 2 월 5 일채택 ) Influence of Acid and Salt Content on the Ethanol Production from Laminaria japonica Sung-Mok Lee and Jae-Hwa Lee Department of Bioscience and Biotechnology, College of Medical and Life Science, Silla University, Busan , Korea (Received November 12, 2009; Accepted February 5, 2010) 본연구는갈조류인다시마를이용한생물학적바이오에탄올생산과정에서산및염농도가미치는영향과다시마에포함된다당류성분중에탄올로전환가능한유용기질에대해연구하였다. 다시마를이용한에탄올발효에는 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129 를이용하였으며, 고압멸균기를이용한열처리다시마에서최대 2.09 g/l 의에탄올생산을확인할수있었다. 산전처리과정을통해 1.0 N HCl 에서최대 3.95 g/l 의환원당이생성되었으나에탄올생산은오히려산처리를하지않은배지에서더욱높게나타났다. 산처리시생성되는염의영향을확인결과염농도의증가에따라에탄올발효가저해되는것을확인할수있다. 갈조류주요구성다당류를이용한발효에서 mannitol 만이열처리에서최대 3.09 g/l 까지에탄올로전환가능한것으로확인되었으며, laminaran 의경우 0.1 N HCl 을처리하였을때 0.15 g/l 의소량의에탄올생산이확인되었으며, 산처리에서세포성장이다른기질에비해크게증가하는것으로나타났다. In the study, the effect of acid and salt concentrations during the production of bio-ethanol from various brwon-algae raw materials was investigated. Especially, the possibility of the conversion of various polysaccarides contained in Laminaria japonica was studied. Bio-ethanol was produced by Saccharomyces cerevisiae KCCM1129 strains in Laminaria japonica. The maximum bio-ethanol production of 2.09 g/l using heat-treatment of Laminaria japonica was achieved. The optimum concentration for reducing sugar conversion by Laminaria japonica was found to be 3.95 g/l at the HCl concentration of 0.1 N. But bio-ethanol production was higher than the case without the non-acid pretreatment. Among the various polysaccharides, only mannitol produced maximum 3.09 g/l bio-ethanol. In case of laminaran, the ethanol was produced only at 0.15 g/l only in 0.1 N HCl pretreatment medium and cell growth was higher than other pretreatment. Keywords: bio-ethanol, pretreatment, Laminaria japonica, Saccharomyces cerevisiae 1) 1. 서론 산업혁명이후화석연료의사용량은급속도로증가하여현재전세계에너지사용량의약 86% 에달하고있으며, 이로인해이산화탄소의농도는빙하기시대에 180 ppm이었던것이최근 370 ppm까지급격히증가했다 [1]. 2007년유엔정부간기후변화위원회 (IPCC; Intergovernmental Panel on Climate Change) 에서발표한제4차평가보고서에따르면, 21세기말까지온실가스증가에따른지구온난화로인하여연평균기온이현재보다 정도오를것으로예상했으며, 해수면은최대 0.59 m 상승할것으로전망했다. 또한기온이 만올라가도생물종의 20 30% 가멸종할것으로예측하고있다. 온난화로인한지구연평균기온은지난 100년간약 0.74 증가하였으며, 이러한온난화속도는온실가스의누적으로인해더욱가속화될것으로예상되고있다. 또한화석연료는급격한산업화로 교신저자 ( jhalee@silla.ac.kr) 인한그요구량이갈수록증가하고있으나매장량은이미한계에도달한상태이다. 따라서이러한범지구적온난화현상과화석연료의고갈을막기위해재생가능한바이오연료에대한관심이증가하고있으며, 이중바이오에탄올은액체연료인휘발유를대체할수있는유력한대체연료로서세계적으로그생산량이급증하고있다 [2,3]. 바이오에탄올은현재미국과브라질을중심으로옥수수와사탕수수를이용하여생산되고있으나 [4-7], 식량자원과의경쟁과이에따른가격상승으로인해폐목재및농업부산물등의고분자다당류를이용한새로운바이오매스의개발에전세계의이목이집중되어있다. 이러한바이오매스의개발은앞서말한전분질계나목질계에서해양유래의바이오매스로까지확대되고있으며, 이에따라해조류를바이오매스로이용한바이오에탄올생산이유력한대안으로떠오르고있다. 해조류바이오매스중갈조류는성장이빠르고단위면적당생산성이매우높으며, 홍조류나녹조류에비해그생산량이많다는장점을가지고있어새로운바이오매스로의개발에유리할것으로생각된다 [1]. 154

2 155 갈조류는건조중량의약 30 67% 의탄수화물을함유하고있다 [8, 9]. 이러한탄수화물의주요구성성분으로는 alginate와 laminaran, 그리고당알코올인 mannitol이있으며 [9,10], 이들의성분비율은채취시기및종에따라달라진다 [11]. Alginate는갈조류의세포벽을이루는구조성다당류로 β-d-mannuronate와 α-l-guluronate로이루어져있고, 이두성분은각각 homopolymer 형태로결합된 polymannuronate (M) 또는 polyguluronate (G) 형태로존재하거나, 두성분이혼합된 heteropolymer (MG) 형태로존재한다 [12-14]. Alginate는 M와 G의구성비율에따라젤형성의특성이달라지는데 G의함량이많으면겔의강도가높고 M 함량이높을수록유연성이높은젤이형성되며 [15], 금속이온과의결합및성분구성에따라가용성및난용성, 그리고알칼리가용성, 산 알칼리가용성으로나뉜다 [3,10,16]. 또다른고분자다당류인 laminaran은갈조류중에서도특히 Laminaria 속의저장성다당류로줄기등의생장이왕성한부분에서는그함량이낮으나성숙기에는건조중량의약 20% 를차지하기도한다 [1]. 계절에따른성분함량의변화는 alginate와는반대로 8 10 월에함량이가장많다. 주로 β-1, 3 결합으로구성된 glucan으로되어있으며, 약간의 β-1, 6 결합분자가있으며 D-glucose 이외에미량 (2 5%) 의 D-mannitol을함유하고있다 [17,18]. 이러한갈조류의 alginate와 laminaran 같은고분자다당류들은효소 [19-21] 또는물리화학적 [22-25] 가수분해를통해단당류로전환할수있다. 효소적가수분해는반응조건이온화하고목적으로하는중합도의올리고당생산에유리하다는장점을가지고있다. 반면물리화학적가수분해는효소에비해처리시간이짧고간단하다는장점이있으나산처리및열처리에의해생기는독성부산물의작용과중화과정에서생성되는염에의해발효에영향을받을수있다. 따라서본연구에서는산처리가다시마에탄올발효에미치는영향과중화과정에서생성되는염농도가미치는영향에대해 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129를이용하여확인하고자한다. 2. 실험 2.1. 균주및배지에탄올발효균주로는효모인 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129 를이용하였으며, 균주의보관은 20% glycerol로하여, -70 에서보관하였다. Stock한균주는 YPD배지 (glucose 20.0 g/l, peptone 20.0 g/l, yeast extract 10.0 g/l) 를사용하여 30, 150 rpm에서진탕배양시킨후사용하였다. 에탄올발효에사용한다시마는부산부전시장에서시판되는것을구입하여이용하였으며, ball mill을이용하여분쇄하였다. 에탄올발효를위한다시마배지는오직다시마만을 20 g/l 로농도로첨가하여사용하였다. 알코올발효는 300 ml flask에서 working volume을 100 ml로하여전배양한효모 3 ml을접종하여 30, 150 rpm에서진탕배양하였으며, ph는배양전과정에서인위적으로조절하지않았다 산농도및염농도에따른다시마에탄올발효산전처리에의한환원당생성및에탄올발효영향을확인하기위해 HCl과 H 2SO 4 를이용하여 0.01 N에서 1.5 N까지다양한농도로처리하였다. 각농도별산용액 80 ml에다시마를각각 2 g씩첨가하여고압멸균기로 120 에서 30 min 동안처리하였다. 멸균후배지는 NaOH를이용하여중화하였으며, 최종배양부피는 100 ml로조절하 여에탄올발효배지로이용하였다. 산처리과정에서생기는염의발효저해를확인하기위해 HCl과 H 2SO 4 의중화과정에서생기는 NaCl 과 Na 2SO 4 를이용하여산처리농도와동일한농도로처리하였다. 즉증류수 80 ml에다시마를각각 2 g씩첨가하여고압멸균기로 120 에서 30 min 동안처리한후 NaCl과 Na 2SO 4 를각각 0.01 N에서 1.5 N까지다양한농도로배지에첨가하여에탄올발효에이용하였다. 모든에탄올발효는 shaking incubator를이용하여 30, 150 rpm에서배양하였다. 전처리에따른환원당생성량및배양기간동안의환원당변화는 DNS 법을이용하여측정하였다. 즉, 시료 500 µl에 DNS용액 2 ml 을가한후 10 min간가열한후 540 nm에서흡광도를측정하여확인하였으며, 표준검량선은 maltose를이용하여생성된환원당을정량하였다 기질에따른성장및에탄올발효에탄올발효를위해사용한 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129 의다시마구성당성분의대사가능성을확인하기위해다시마의주요당성분인 alginate, laminaran 및 mannitol을각각이용하여 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129의성장과에탄올생산능을확인하였다. 각각의성분에대한기질대사를확인하기위해질소원으로 peptone 0.5 g/l를이용하였으며, 탄소원으로각각의배지에 alginate, laminaran 및 mannitol을 10 g/l로첨가해주었으며, 대조군으로 peptone 만을첨가한배지를이용하였다. 산및열처리에대한가수분해에따른기질이용가능성을확인하기위해열처리는고압멸균기로 120 에서 30 min 동안처리하였으며, 산처리는 HCl과 H 2SO 4 를각각 0.1 N 농도로처리하여열처리와동일한조건으로반응시켰다 에탄올함량측정생성된에탄올의정량을위해발효된시료를 rpm에서 5 min 동안원심분리후상층액을 gas chromatography (GC) 를이용하여분석하였다. GC는 HP 5890 series Ⅱ를사용하였고, 칼럼은 HP-FFAP (Cross-Linked PEG-TPA 30 m / 0.25 mm / 0.25 µl) 을사용하였다. 이동상은 N 2 를 0.6 ml/min로사용하였으며, injection temperature 150, detector temperature 200, 승온조건은 45 (2 min) / (1 /min) / 50 (1 min) / (20 /min) / 90 (1 min) / (30 /min) / 150 (1 min) 이었다. 분리비는 70 : 1로했으며내부표준물질로 1% 의 isopropanol을이용하였다 Plate Assay에의한 Alginate 가수분해 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129의 alginate 가수분해활성을확인하기위해 plate assay법 [26] 을이용하였다. 즉, alginate 0.8 g/l, peptone 0.5 g/l, agar 1.5 g/l를포함한고체배지에 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129를도말하여 24 h 동안 30 항온배양기에서배양하였다. 배양후배지에10% cetylpyridinium chloride를처리하고, 10 min 동안반응후증류수로배지에첨가한 cetylpyridinium chloride 를제거하고 clear zone 생성여부에따른 alginate 가수분해활성을확인하였다 전처리 Laminaran 의 Glucose 전환전처리과정에서 laminaran의 glucose 전환을확인하기위해 Gel Permeation Chromatograph (GPC) 를이용하여당성분을분석하였다. GPC는 Agilent Technologies의 1100 series GPC system을이용하였으 Appl. Chem. Eng., Vol. 21, No. 2, 2010

$156 이성목 이재화 Figure 1. Hydrolysis of Laminaria japonica treated with various acid concentration. 며, 측정에는 refractive index (RI) 검출기를이용하였고, column은 Bio-Rad의 Aminex HPX-87H 300 mm 7.8 mm을이용하였다.$

3 156 이성목 이재화 Figure 1. Hydrolysis of Laminaria japonica treated with various acid concentration. 며, 측정에는 refractive index (RI) 검출기를이용하였고, column은 Bio-Rad의 Aminex HPX-87H 300 mm 7.8 mm을이용하였다. 이동상은 d-h 2O를사용하였으며, 유속은 0.6 ml/min로조절하였고, column 온도는 40 로유지하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 산전처리에따른환원당생성산전처리에따른환원당생성을확인하기위해 HCl과 H 2SO 4 를이용하여 0.01 N 에서 1.5 N까지다양한농도로처리하였다. 열처리결과산을첨가하지않은다시마에서는 0.30 g/l의환원당생성이확인되었으며, 산첨가의경우 HCl과 H 2SO 4 모두 1.0 N 농도까지는환원당생성량이급격히증가하는것으로확인되었다 (Figure 1). 산종류에따른가수분해는 H 2SO 4 보다는 HCl에서좀더높게나타났으며, 1.0 N HCl에서최대 3.95 g/l의환원당이생성되는것을확인할수있었다. 1.0 N 이상의농도로처리시에는오히려환원당의생산이일부감소하는것으로확인되었다. 따라서산및열처리로인한최대환원당생성은수율은 19.75% 인것으로확인되었다. 그러나일반적으로다당류가갈조류전체건조중량의약 30 67% 를차지하는것을볼때상당히낮은수율이며, 이러한낮은수율은처리되지않고남은고형분과 DNS로측정되지않는 mannitol 같은비환원당에의한것으로생각된다 산가수분해물을이용한에탄올생산산가수분해에따른에탄올발효를비교하기위해각각의산가수분해물을중화하여이를배지로사용하였다. 중화후첨가한다시마의농도를동일하게하기위해멸균수를첨가하여모든배양부피는 100 ml로동일하게조절하여주었다. 에탄올발효균주는 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129를이용하였으며, 전배양된균주를 3 ml 접종하여 120, 150 rpm에서 48 h 동안배양하였다. 발효에따른에탄올생산은산처리를하지않고열처리만한배지에서 2.08 g/l로가장높게나타났다. 산처리에대한에탄올생산은 HCl의경우 0.01 N에서에탄올생산량 1.23 g/l로급격히감소하였고이후증가하여 0.1 N에서 1.65 g/l까지증가하였다 (Figure 2). 에탄올생산량의감소는산첨가와열처리에따른발효저해물질의생산때문인것 Figure 2. Ethanol production and reducing sugar content from Laminaria japonica of Saccharomyces cerevisiae in various hydrochloric acid pretreatment; Inhibition of bio-ethanol production during fermentation, Progressive change in reducing sugar content in the culture medium during fermentation. 으로생각되며, 0.1 N 이후의급격한에탄올생산량의감소는고농도의염에의한것으로생각된다. H 2SO 4 를이용한에탄올발효에서는 0.01 N에서 1.25 g/l로에탄올생산량이급격히감소하였고 g/l까지약 1.39 g/l 크게변화가없었다 (Figure 3). 그러나 1.5 N에서는 HCl과같이에탄올생산이급격히감소하는경향을보였다. 전체적으로 HCl에의한산가수분해의경우산농도에따라에탄올생산량이급격히변화하는것으로나타났다. 반면 H 2SO 4 를이용한실험에서는산농도의변화에따른에탄올생산은급격한변화가없는것으로나타났다 염농도에따른에탄올생산저해 염농도에다른에탄올생산저해를확인하기위해다시마 2 g을 300 ml 삼각플라스크에넣고증류수를 80 ml 첨가하여고압멸균기에서 120, 30 min 동안처리하고실온에서냉각하였다. 처리된다시마용액은중화과정에서생산되는염농도의영향을확인하기위해산전처리와동일한노르말농도의 NaCl과 Na 2SO 4 를첨가해주었다. 에탄올발효조건은산처리가수분해물을이용한발효와동일한조건으로전배양된 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129 균주를이용하였으며, 균주를 3 ml 접종하고 120, 150 rpm에서 48 h 동안배양하였다. 염농도에다른에탄올생산저해는염을첨가하지않은대조군에서에탄올생산이가장높은것으로확인되었으며, 이후 공업화학, 제 21 권제 2 호, 2010

4 157 Figure 3. Ethanol production and reducing sugar content from Laminaria japonica of Saccharomyces cerevisiae in various sulphuric acid pretreatment; Inhibition of bio-ethanol production during fermentation, Progressive change in reducing sugar content in the culture medium during fermentation. 첨가한염의농도증가에따라에탄올생산량이줄어드는것을확인할수있었다. 대부분의에탄올발효는 24 h에서끝이났으며, NaCl을첨가한경우 1.0 N에서부터에탄올생산이확인되지않았다 (Figure 4). 또한 Na 2SO 4 를첨가한경우 1.5 N까지에탄올생산이소량확인되었으나, 0.5 N 이후에탄올생산이급격히감소하는것으로확인되었다 (Figure 5). 에탄올생산에미치는산및염농도의영향은산의경우첨가농도에따라 0.1 N까지는증가하다가감소하는경향을나타냈고, 반면염첨가의경우에탄올생산이저농도에서부터서서히감소하는것으로나타났다 (Figure 6, ). 또한저농도에서는염첨가시료에서에탄올생산이높았으나고농도로갈수로산처리시료에서의에탄올생산이증가하는경향을나타냈다. 이러한영향은고농도산처리에서의가수분해로인해염농도에의한에탄올발효저해를일부회복한것으로보인다 배양중배지내의환원당변화 다시마를이용한에탄올발효기간동안배지내의환원당변화를확인하기위해 DNS법을이용하였다. 다시마에존재하는 alginate, laminaran는가수분해에의해분해되면환원당을생산하므로 DNS를통해측정이가능하다. 그러나 mannitol의경우비환원당으로 DNS법으로는측정되지않는다. 따라서 DNS측정을통해배지내에존재하 Figure 4. Ethanol production and reducing sugar content from Laminaria japonica of Saccharomyces cerevisiae in various sodium chloride pretreatment; Inhibition of bio-ethanol production during fermentation, Progressive change in reducing sugar content in the culture medium during fermentation. 는다당류의가수분해및소모를확인할수있다. DNS를이용한환원당측정결과전처리를통한배지내의환원당생성량은산농도의증가에따른증가하는경향을보였다 (Figure 1). 배양기간중환원당의변화는 HCl과 H 2SO 4 모두 0.5 N 이상의농도에서는배양기간에따라배지내의환원당이감소하는것으로확인되었다. 그러나그이하의산농도를처리한배지에서는오히려환원당의생산량이증가하는것으로나타났다 (Figure 2, 3). 이러한경향은염을첨가한배지에서도나타났다. 염첨가의경우모든배지에서열처리후초기환원당은 0.30 g/l로확인되었고, 모든배지에서환원당이증가하였으며 0.1 N Na 2SO 4 에서 0.87 g/l까지증가하는것으로확인되었다 (Figure 4, Figure 5). 이러한환원당의변화는고농도의산처리산물에서환원당이감소하는것으로보아 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129가일부가수분해과정에서생성되는환원당을기질로이용가능한것으로보이나대부분이용하지못하고잔류하는것으로확인된다. 또한환원당이증가하는것으로보아발효과정에서다당류인 alginate와 laminaran이가수분해된것으로보인다. Appl. Chem. Eng., Vol. 21, No. 2, 2010

5 158 이성목 이재화 Figure 5. Ethanol production and reducing sugar content from Laminaria japonica of Saccharomyces cerevisiae in various sodium sulfate pretreatment; Inhibition of bio-ethanol production during fermentation, Progressive change in reducing sugar content in the culture medium during fermentation Plate Assay 를통한 Alginate 분해활성확인 Alginate에대한가수분해여부를확인하기위해 plate assay를이용하였다. 활성측정에사용한고체배지는 alginate를 0.8 g/l 포함한복합배지를이용하였으며, 배지에에탄올발효균주로사용한 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129를항온배양기를이용하여 30 에서 24 h 동안배양하였다. 배양후배지에 10% cetylpyridinium chloride를처리하여 10 min 간반응한후 alginate에대한가수분해여부를확인하였다. Cetylpyridinium chloride처리후배지는시간이지날수록흰색으로뿌옇게변하기시작했다. 10 min 경과후배지는완전한흰색으로변하였으며, 증류수로 10% cetylpyridinium chloride를세척한결과배양한 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129는배지에서완전히떨어져나왔다. 균주가자란자리는투명한 clear zone이생성되었으며 (Figure 7), 따라서 alginate에대한가수분해활성이있는것으로확인되었으며, 다시마를이용한에탄올발효과정동안의비정상적인환원당의증가는 alginate의가수분해에의한것으로보인다. Figure 6. Inhibition of bio-ethanol production from acid and salt concentration; Effect of NaCl and HCl concentration, Effect of Na 2SO 4 and H 2SO 4 concentration 기질에따른세포성장및에탄올발효 다시마의주요다당류기질인 alginate, laminaran, 그리고 mannitol 을이용한에탄올발효결과, 에탄올로전환가능한당성분은 mannitol이유일한것으로확인되었다 (Figure 8). Mannitol을이용한배지에서전처리조건으로열처리를이용하였을때에탄올생산은최대 3.09 g/l로확인되었다 (Figure 8). 세포의성장은대조군으로이용한 peptone 배지와큰차이를보이지않는것으로보아세포의성장에는큰영향을미치지않는것으로확인되었다. Laminaran의경우산처리에서세포의성장이다른배지에서보다훨씬크게나타났으며, 0.1 N HCl에서최대 2.94 g/l의성장을보였다 (Figure 8). 세포의성장은전체적으로열처리산물을이용했을대가장높게나타났으며, 산처리시에는오히려성장이감소하는것으로확인되었다. 이는산처리로인해생성되는독성부산물과중화과정에서생기는염에의한세포성장저해로보인다. 또한에탄올생산도산처리시열처리보다오히려생산율이낮아지는것을확인할수있었다. 기질에따른에 공업화학, 제 21 권제 2 호, 2010

159 에따른 laminaran의변화에대해확인하였다 (Figure 9). 실험결과산처리과정에서일부 laminaran 이 glucose로전환되는것으로확인되었으며, laminaran 10 g/l를 0.1 N HCl로전처리시최대 2.50 g/l의 glucose가생성되는것으로확인되었다 (Figure 9). 반면동일한농도의 H 2SO 4 를처리한것에서는 0.

6 159 에따른 laminaran의변화에대해확인하였다 (Figure 9). 실험결과산처리과정에서일부 laminaran 이 glucose로전환되는것으로확인되었으며, laminaran 10 g/l를 0.1 N HCl로전처리시최대 2.50 g/l의 glucose가생성되는것으로확인되었다 (Figure 9). 반면동일한농도의 H 2SO 4 를처리한것에서는 0.84 g/l로 HCl에비해 glucose로의전환율이 33.6% 정도에불과한것으로확인되었다 (Figure 9(c)). 따라서 0.1 N HCl을처리한 laminaran에서의에탄올생산은산가수분해과정에서생성된 glucose에의한것으로보인다. 따라서발효균주인 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129가 laminaran을성장기질로는직접적으로이용가능하나에탄올발효를위해서는전처리과정을통해가수분해과정에서생산된 glucose만을에탄올생산의기질로도이용하는것으로확인된다. Figure 7. Plate assay of alginate lyase activation from Saccharomyces cerevisiae. 탄올발효에서 laminaran 은특이하게세포의성장에큰영향을미치는것으로확인되었고, 또한 0.1 N HCl을이용한 laminaran의전처리산물에서는 0.15 g/l의소량의에탄올생산이확인할수있었다. Laminaran의에탄올전환을확인하기위해 HPLC를이용하여전처리 4. 결론 본연구는갈조류인다시마를이용한바이오에탄올발효에서산및염의농도가미치는영향및구성다당류의기질로서이용가능성에대해실험하였으며, 또한다시마를이루는고분자인다당류인 alginate와 laminaran, 그리고단당류인 mannitol을이용하여, 발효과정에서각탄소원이미치는영향에대해확인하였다. 다시마를구성하고있는고분자다당류들은산처리에의해가수분 (c) Figure 8. Cell growth and ethanol production from various substrate in culture medium; Heat pretreatment: 120, 30 min with autoclave, 0.1 N HCl pretreatment: added 0.1 N HCl at 120 for 30 min with autoclave, (c) 0.1 N H 2SO 4 pretreatment: added 0.1 N H 2SO 4 at 120 for 30 min with autoclave. P = peptone, Al = alginate, La = Laminaran, Ma = mannitol, Cell = Cell growth, EtOH = Ethanol production. Appl. Chem. Eng., Vol. 21, No. 2, 2010

7 160 이성목 이재화 기질에따른에탄올발효를확인한결과가수분해에의해환원당을생성하는 alginate와 laminaran이에탄올로전환되지않기때문인것으로확인되었다. 반면 DNS에의해정량이불가능한비환원당인 mannitol만이생물학적발효과정을통해에탄올로전환가능한것으로확인되었다. 따라서환원당의증가는에탄올발효에영향을미치지않는것으로확인되었다. 그러나 laminaran의경우열처리에서는에탄올생산에거의영향을미치지않으나 0.1 N HCl을이용한산가수분해에서 0.15 g/l의소량에에탄올생산이확인되었으며, 산처리한 HCl과 H 2SO 4 모두에서세포의성장을각각 2.94와 2.55 g/l로급격히증가시키는것으로확인되었다. 따라서 laminaran 또한적절한전처리공정의확립을통해에탄올발효기질로이용이가능할것으로생각된다. 또한배양기간동안배지내의환원당함량이증가하는경향을보였는데이는 plate assay를통한확인결과 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129 자체적으로 alginate에대한가수분해활성을가지고있어배양과정에서이를분해했기때문으로보인다. 참고문헌 (c) Figure 9. Change of acid pretreatment on the laminaran; Heat pretreatment: 120, 30 min with autoclave, 0.1 N HCl pretreatment: added 0.1 N HCl at 120 for 30 min with autoclave, (c) 0.1 N H 2SO 4 pretreatment: added 0.1 N H 2SO 4 at 120 for 30 min with autoclave. Table 1. Effect of Pretreatment Used Various Substrate, on the Cell Growth and Ethanol Production Pretreatment Heat HCl H 2SO 4 Substrate Cell growth (O.D. 600) Dry cell weight (g/l) Ethanol (g/l) Ethanol yield Control Alginate Laminaran Mannitol Control Alginate Laminaran Mannitol Control Alginate Laminaran Mannitol 해되어환원당생성량을높이는것으로확인되었다. 산처리에의한환원당의생성은 1.0 N HCl에서최대 3.95 g/l까지증가하는것으로확인되었다. 그러나 Saccharomyces cerevisiae KCCM1129를이용한바이오에탄올생산에서환원당의함량이가장낮은산처리를하지않은배지에서에탄올함량이 2.09 g/l로가장높게나타났다. 이는 1. J.-I. Park, H.-C. Woo, and J.-H. Lee, Korean Chem. Eng. Res., 46, 833 (2008). 2. M. Balat and H. Balat, Applied Energy, 86, 2273 (2009). 3. N. E. Tolbert, Regulation of atmospheric CO 2 and O 2 by photosynthetic Carbon Metabolism, ed. J. Preiss, 8, Oxford University Press, Oxford (1994). 4. J.-R. Do, Y.-J. Nam, J.-H. Park, and J.-H. Jo, J. Kor. Fish. Soc., 30, 428 (1997). 5. A. Hirano, R. Ueda, S. Hirayama, and Y. Ogushi, Energy., 22, 137 (1997). 6. B. C. Saha and M. A. Cotta, Enzyme Microb. Technol., 41, 528 (2007). 7. B. Hahn-Hagerdal, M. Galbe, M. F. Gorwa-Grauslund, G. Liden, and G. Zacchi, Trends Biotechnol., 24, 549 (2006). 8. J.-H. Kim, D.-S. Byun, J. S. Godber, J.-S. Choi, W.-C. Choi, and H.-R. Kim, Appl. Microbiol. Biotechnol., 63, 553 (2004). 9. H.-I. Kang, M.-S. Ko, H.-J. Kim, S.-W. Kim, and T.-J. Bae, J. Kor. Fish. Soc., 29, 716 (1996). 10. G. Michel, P. Nyval-Collen, T. Barbeyron, M. Czjzek, and W. Helbert, Appl. Microbiol. Biotechnol., 77, 23 (2007). 11. S. A. Lee, J. U. Kim, J. G. Jung, I. H. Kim, S. H. Lee, S. J. Kim, and J. H. Lee, Kor. J. Biotechnol. Bioeng., 21, 389 (2006). 12. Y. Sugano, I. Terada, M. Arita, M. Noma, and T. Matsumoto, Appl. Environ. Microbiol., 59, 1549 (1993). 13. B. Hu, Q. Gong, Y. Wang, Y. Ma, J. Li, and W. Yu, Anaerobe., 12, 260 (2006). 14. D. S. Joo, S. Y. Cho, and E. H. Lee, Kor. J. Biotechnol. Bioeng., 13, 378 (1998). 15. C. Y. Lii, C. H. Chen, A. I. Yeh, and V. M. F. Lai, Food Hydrocolloids., 13, 477 (1999). 16. D. S. Joo, O. S. Kim, S. Y. Cho, and C. H. Lee, J. Kor. Fish. Soc., 36, 6 (2003). 17. D. S. Joo, H. M. Song, J. S. Lee, S. Y. Cho, and E. H. Lee, Kor. J. Biotechnol. Bioeng., 13, 320 (1998). 18. A. Karlsson and S. K. Singh, Carbohydr. Polym., 38, 7 (1999). 19. J.-Y. Kong, New Informations of Oligosaccharides, 359, Yelim media, Seoul (2007). 20. M.-K. Jang, O. H. Lee, K. H. Yoo, D.-G. Lee, and S. H. Lee, J. 공업화학, 제 21 권제 2 호, 2010

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08-KH ( ).hwp - Appl. Chem. Eng., Vol. 23, No. 2, April 2012, 164-168 이성목 이재화 신라대학교의생명과학대생명공학과 (2011 년 11 월 3 일접수, 2011 년 11 월 29 일수정, 2011 년 12 월 18 일채택 ) Organic Acid and Enzyme Pretreatment of Laminaria japonica