Optimization of Simultaneous Saccharification and Fermentation of Rice Straw to Produce Butanol

Butanol 생산을 위한 동시 당화 발효법의 최적화

Studies were made to optimize the simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of rice straw to produce butanol using Clostridium acetobutylicum KCTC 1037 and a cellulolytic enzyme preparation from Trichoderma viride. The fermentation was inhibited when the liquid enzyme preparation from Novo was used, whilst a successful fermentation was achieved in the SSF using the enzyme manufactured by Pacific Chemical Co. The minimum cellulase concentration for the successful fermentation of pure cellulose was found to be 4 IU/g of substrate used. Alkaline treatment was better method for the fermentation of rice straw by the system. SSF using 25％ alkaline treated rice straw produced 150 mM butanol, 90 mM acetone. On the other hand, fermentation of ball milled rice straw was mainly acidogenic producing 98 mM acetate and 64 mM butyrate with less than 20 mM butanol. These results show that rice straw contains (a) specific inhibitor(s) for solventogenesis which is destroyed or soluble in alkali.

섬유소 폐기물인 볏짚으로부터 butanol를 생산하기 위하여 Clostridium acetobutylicum KCTC1037 와 cellulase(from Trichoderma viride)을 발효액에 동시에 첨가하여 발효시키는 동시당화 발효법(Simultaneous saccharification and fermentation, SSF)을 수행하였다. Alkali 처리한 볏짚을 발효기질로 사용한 결과 그 농도를 25%로 사용하였을 때 최고 150mM의 butanol이 생산되었고, 15% 볏짚을 사용하였을 때는 97mM의 butanol이 생산되었다. 그러나 ball milled 볏짚의 경우 발효산물 중 대부분이 acetate와 butyrate로 주로 산이 생산되었으며 따라서 solventogenesis는 거의 일어나지 않았다. 또한 그 농도별 실험에서 보면 8%의 ball milled 볏짚 사용시 66mM의 butanol이 생산된 반면 그 이상의 농도에서는 butanol 생산량이 점차 감소하는 추세를 보였으며 acetate, butyrate 같은 산은 계속 증가 추세를 보였다. 이것으로 보아 ball milled 볏짚에는 butanol 발효 과정 중 acidogenesis에 서 solventogenesis로의 전이 (shift)를 방해하는 어떤 인자가 있으리라고 추측되었으며 alkali 처리방법에 의해서 이 방해자는 제거될 수 있는 것으로 관찰되었다.