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영어

Response surface methodology (RSM) was used for optimization the fraction conditions of xylose from pepper stem with dilute sulfuric acid. The independent variables were acid concentration in the range of 1.134 to 2.866%, reaction temperatures in the range of 142.68 to 177.32℃, and hydrolysis time in the range of 6.34 to 23.66 min. were studied. The dependent variables were xylose yield from pepper stem, and the production of by-products, for example, furfural, acetic aicd, HMF etc. Experimental results had a good match with statistical result. The maximum xylose yield obtained in this experiment was 71% concentration.

한국어

최근 화석연료가 고갈되어 감에 따라 대체에너지의 필요 성이 계속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 에너지로의 전환 이 가능한 견목재 (hard wood), 연목재 (soft wood), 농업 부산물 (agricultural residue)을 비롯한 섬유소계 바이오매 스가 중요한 자원으로 부각되고있다(1, 2). 섬유소계 바이 오매스는 Cellulose (30~40%), Hemicellulose (20~25%), 리그닌 (20~25%)으로 구성되어있다(3-6). 섬유소계 바이오 매스를 원료로 하여 에탄올이나 여러 가지 화합물을 생산 하기 위해서는 섬유소계 바이오매스를 구성하는 탄수화물을 미생물 발효가 가능한 발효성당으로 전환하여야 한다(7). 이들 성분들을 효과적으로 전환하기 위해서 물리화학적 처리방법이 요구 되어지며 우선 리그노섬유소를 구성하고 있는 구성성분을 고려한 분별공정이 수행되어야 한다. 이 러한 분별 공정의 목적은 물리화학적 방법으로 바이오매 스에서 유효성분을 분별함으로써, 효소를 통한 가수분해 효율을 증진시키는데 있다(8-11). 우리나라에서 발생되는 보릿짚, 유채대, 볏짚, 고추대 등과 같은 농업부산물들은 친환경적인 생물성 폐자원으로 써 고부가가치를 지니고, 활용면에서도 높은 잠재력을 지 니고 있다. 그러나 우리나라에서 발생되는 농 임산 폐기물 의 80% 이상이 자원으로 재활용되지 못하고 비생산적 처 리에 의존하고 있는 실정이며, 따라서 국내 농 임산 폐기 물을 이용하는 자원화 기술개발이야말로 부존자원이 부족 한 우리나라에는 반드시 필요한 자원확보의 대안이 될 수 있을 것이다. 섬유소계 바이오매스로 주목 받고 있는 보릿 짚, 유채대, 볏짚, 등은 광합성작용에 의해 대기중의 이산 화탄소를 이용하여 축척되기 때문에, 바이오 에너지로 사 용할 경우 이산화탄소는 단지 순환할 뿐 추가적으로 배출 되는 것은 없다고 말할 수 있어, 섬유소계 바이오매스를 통한 바이오 에너지 이용은 지구온난화를 가속화 시키는 화석연료 사용에 따른 문제점을 감소 시킬 수 있는 장점 을 가진다. 이와 관련하여 우리나라의 대표적 채소작물인 고추의 경우 2007년도 이후 평균 재배면적이 6만 ha로 가장 많고, 총 생산액도 매년 약 1조원으로 농가의 환금성 작물 로 중요한 작물이다. 우리나라의 연간 고추 생산량은 약 42만 ton이며 이에 따른 고추 대의 발생량은 약 90만 ton 이다. 그러나 고추의 생산성 은 인건비의 상승과 노동력의 감소 및 고령화로 생산비가 상승하고, 재배규모가 영세하여 고추농가의 78%가 300평 미만 (평균 재배면적 240평)으로 자급 형의 농가들이 대부분이며 노동집약적 재배에 의존 하고 있다. 고추 생산비중 노력비용이 46%를 차지하여 작 업의 생력화가 필요한데, 고추재배에는 10 ha당 200시간 전후가 소요되며 그 중 수확 노동시간이 80시간으로 39%를 점유하여 특히 수확작업의 생력화 및 기계화가 필요한 실정 이다(12). 따라서 경작 재배되는 경향이 일시에 수확하여 출하가 가능한 품종으로 전환되고 있으며, 이에 따른 수확 후 발생하는 고추가지, 대 등의 부산물이 대량으로 발생하 고, 이들 농업폐기물들은 소각되거나 대부분 방치폐기 되는 실정이다. 고추대는 보릿짚이나 볏짚류와 같이 농업부산 물로 얻을 수 있는 바이오매스이지만 고추대는 단단하고 견고한 구조를 가지고 있어 위의 종류의 농업부산물과 같이 가축의 사료나 산업의 원료로 사용되지 못하고 있다. 농업 부산물 또는 폐기물들의 자연상태에서의 분해는 박테리아 류에 의해 이루어지지만 이는 분해속도, 기질친화도 등이 낮아 토양에 축적되거나 환경적인 오염원인이 되고 있으 며, 소각 등으로 인한 대기오염을 유발시킨다(13). 따라서 이러한 국내 농업분야의 경작여건 변화와 자원 재활용적인 측면, 기계적인 방법을 통한 대량 수거를 유도할 수 있는 계기를 마련하고, 환경적인 오염원의 저감 측면에서의 가 능성과 바이오 매스 에너지원으로서의 활용도를 고찰하기 위하여 본 연구 소재로써 고추 대를 사용하게 되었다. 본 연구에서는 비 식용작물 중 농업폐기물로 얻을 수 있는 고추대를 바이오 매스로 선정하고 묽은 황산을 이용 한 자일로즈 분별공정을 통해 바이오매스 내의 구성물질 인 반섬유소를 분해하여 자일로즈를 효율적으로 분별해내 는 조건을 최적화 하고자 하였다.