Bioethanol Production from Eucheuma spinosum using Various Yeasts

Abstract

Ethanol fermentations were performed using separate hydrolysis and fermentation (SHF) processes with mono-saccharides from pretreated seaweed, Eucheuma spinosum as the biomass. The pretreatment was carried out with 11% (w/v) seaweed slurry and 150 mM H 2 SO 4 at 121 o C for 40 min. Enzyme hydrolysis after H 2 SO 4 pretreatment was performed with Celluclast 1.5 L at 45 o C for 24 h. Five % active charcoal were added to hydrolysate to removed 5-hydroxy methylfurfural. Ethanol fermentation with 11% (w/v) seaweed hydrolysate was performed for 72~96 h using Kluyvermyces marxianus, Pichia stipits, Saccharomyces cervisiae and Candida tropica-lis. Ethanol concentration was reached to 18 g/L by K. marx-ianus, 16 g/L by P. stipitis, 15 g/L by S. cerevisiae and 10 g/L by C. tropicalis, respectively. The ethanol yield from total monosugar was obtained 0.50 and ethanol productivity was obtained 0.38 g/L/h by K. marxianus. 1. 서론 현재 전 세계는 화석연료의 사용으로 인해 지구온난화와 자 원 고갈 문제에 직면해 있다 [1]. 이러한 상황에서 바이오에 너지는 급등하는 유가로 인한 경제문제와 화석연료의 사용 으로부터 발생하는 환경문제를 줄일 수 있는 대안으로 대두 되고 있다 [2]. 특히, 바이오 에탄올은 화석연료와 혼합하거 나 대체하여 사용할 수 있으며, 이산화탄소의 닫힌 순환구조 (closed circulation system)로 친환경적이며 지속 가능한 에너 지 생산이 가능하다 [3,4]. 바이오 에탄올을 생산하기 위해 곡류, 목재 등 다양한 바이오 매스가 사용 되고 있는데, 곡류 는 단가가 비싸고 식량이라는 도덕적 측면에서 문제가 되고 있고, 목재는 아직도 리그닌에 의한 셀룰로스의 분해 저해 및 바이오 매스 확보에 문제가 있다. 제 3세대 바이오 매스로 서 해조류는 생육과 성장이 매우 우수하고 연안해역을 이용 하여 가용 재배면적이 넓고 비료 등의 자원을 투입할 필요가 없어 가장 적합한 바이오 매스이다 [1]. 그 중 홍조류인 Eu-cheuma spinosum은 인도네시아에서 생산되며 agar와 carra-geenan으로 구성되어있다 [5]. Agar는 홍조류의 세포벽을 구 성하는 점질성 복합다당류로서 galactose의 중합체이며 aga-rose (70%)와 agaropectin (30%)로 구성되어있다 [6]. Agarose 는 단당류인 D-galactose와 3,6-anhydrogalactose가 β-1,4-gly-cosidic bond로 연결된 agarobiose가 α-1,3-glycosidic bond로 연결된 중성다당류이다 [7]. Carrageenan는 linear polysaccha-ride로서 galactose residue가 연결된 galactan이다. 또한 galac-tose unit에 연결된 3,6-anhydrogalactose와 sulphate ester 그룹 이 존재하기 때문에 산처리나 열처리를 하면 구조적 변형이 일어난다 [8]. E. spinosum의 galactose와 3,6-anhydrogalactose 의 비율은 56.2%의 galactose와 43.8%의 3,6-anhydrogalactose 로 구성되어있다 [9]. 전처리 시 황산이나 염산을 사용하여 고온에서 열처리를 통하여 당 결합을 분해한다. 산을 이용하 는 전처리 과정에서 당 결합을 분해하는 반응 중에서 5-hyd-roxymethylfurfural (HMF)와 같은 미생물 저해 물질이 생성 부경대학교 수산과학대학 생물공학과