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영어

During a dilute acid hydrolysis, degradation products are formed or liberated by pre-treatment of lignocelluloses depend on both the biomass and the pretreatment conditions such as temperature, time, pressure, pH, redox conditions, and addition of catalysts. In lignocellulosic biomass,sugars can be degraded to furfural which is formed from pentoses and 5-hydroxymethulfurfural (HMF) from hexoses. 5-HMF can be further degraded, forming levulinic acid and formic acid. Acetate is liberated from hemicellulose during hydrolysis. Some decomposed compounds hinder the subsequent bioconversion of the solubilized sugars into desired products, reducing conversion yields and rates during fermentation. In the present work, samples of rapeseed strawwere hydrolyzed to study the optimal pretreatment condition by assessing yields of sugars and decomposed products obtained under different reaction conditions (H2SO4 0.5-1.25% (w/w), reaction time 0-20 min and temperature range 150-220 C). A careful analytical investigation of acid hydrolyzate of rapeseed straw has not yet been undertaken, and a well-closed mass balance for the hydrolyzate in general is necessary to verify the productivity and economic predictions for this process.

한국어

최근 화석연료가 고갈되어 감에 따라 대체에너지의 필 요성이 계속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 에너지로의 전환이 가능한 경재 (hard wood), 연재 (soft wood), 농산 부산물 (agricultural residue)를 비롯한 섬유소계 바이오매스 가 중요한 자원으로 부각되고 있다(1, 7). 섬유소계 바이오 매스는 크게 셀룰로오즈, 헤미셀룰로오즈, 리그닌으로 구성 되어있고, 셀룰로오즈는 대부분의 섬유소계 바이오매스 구성 성분의 35% 이상을 차지하는 자연계에 풍부하게 존재하는 바이오폴리머이다(2-6). 셀룰로오즈는 결정성 물질로서 일반 적으로 가수분해시켜 포도당으로 만든 후 이차적으로 사용하게 되는데, 셀룰로오즈를 에탄올로 전환하기 위한 주요 당화공정으로는 묽은 산, 농축 산 그리고 효소 가수분해법 이 있다. 셀룰로오즈는 헤미셀룰로오즈에 비해 더 가혹조건 에서 산 가수분해가 이루어지기 때문에 바이오매스의 당화 는 전처리 공정을 거쳐 헤미셀룰로오즈를 분리한 후 더 가혹 반응조건에서 셀룰로오즈 당화공정을 거쳐 에탄올 생산에 필요한 포도당을 생산하게 된다(4, 8-9). 셀룰로오즈의 산 가수분해에 의한 당화공정은 효소 당화공정보다 더 오래 된 역사를 가지고 있으며, 산 가수분해법은 1940년대 초에 이미 독일에서 사용되었다(10). 최근에는 효소를 이용한 셀룰로오즈 당화방법이 많이 이용되고 있으며 이를 위해 섬유소계 바이오매스에서 묽은 산 가수분해를 통해 헤미 셀룰로오즈를 당화시켜 분리한 후 남은 셀룰로오즈를 효소 당화 시킨다. 산 가수분해를 이용한 바이오매스의 당화는 현재에도 관심분야이고, 넓은 범위의 반응조건에 대해서 연구 되고 있다. 이러한 연구는 포도당의 미생물 발효 효율을 개선하는데 큰 영향을 미쳤다. 그 이유는 산 가수분해 시 포도당이 HMF (HydroxylMethyl Furfural)와 같은 물질로 과분해 되면서 포도당의 에탄올 발효 시 미생물의 생장을 억제하는 역할을 하기 때문에(11-13), 셀룰로오즈의 포도당 전환율을 70%이상으로 하면서 분해물 생성을 최소화하는 것을 산 가수분해에 대해 연구하는 일차적 목적으로 하게 되었기 때문이다(10). 포도당 분해물에는 크게 가역적 반응 생성물, 비가역적 반응 생성물, 그리고 구조 이성질체가 생성된다(14). 가역적 반응 생성물은 포도당의 가역적 결합․분해에 의한 이당류 와 탈수 작용에 의한 1,6-anhydroglucose가 있으며, 비가 역적 반응 생성물에는 HMF, 포름산 (formic acid), 레블린 산 (levulinic acid) 등의 미생물의 생장을 억제하는 역활을 하는 물질이 있으며 특히 HMF의 경우 일반적으로 포도당 의 이성질체인 과당 (fructose)이 분해되어 생성된다(15). 본 연구에서는 목질계 바이오매스의 묽은산 당화공정에서 부생될 수 있는 포도당의 분해물들에 대하여 조사하고, 순수 포도당과 HMF를 묽은 산으로 처리하여, 포도당 분해물들 의 생성 및 이차분해 거동에 대하여 조사하고자 하였다.