The Enzymatic Hydrolysis of Cellulose in Supercritical Carbon Dioxide Fluid

초임계 이산화탄소 유체에서 섬유소의 효소 가수분해

Experimental studies were carried out on the use of supercritical fluid in enzymatic hydrolysis of cellulose. In order to effectively perform the hydrolysis the enzyme has to maintain stability and activity in the supercritical carbon dioxide solvent. In the experiment it was found that the stability of cellulase was maintained up to 160 atm for 90 min at $50^{\circ}C$. In the enzymatic hydrolysis of cellulose at supercritical conditions using carbon dioxide at 80 atm and $50^{\circ}C$ for 90 min, the results showed that glucose yield was 100%, which was 1.5 times as compared to that in atmospheric condition when the substrate (Avicel) concentration was 20 g/L. For the substrate concentration of 60 g/L, the glucose yield was increased by 1.2 times as compared to that in atmospheric condition.

본 연구는 초임계 이산화탄소를 이용한 섬유소의 효소 가수분해에서 효소의 안정성 및 반응조건에 관한 연구를 수행하였다. 초임계 이산화탄소에서 cellulase의 안정성에 대한 실헝결과 압력에 대한 영향에서는 80 atm에서 160 atm까지 효소의 안정성이 유지되었으며 200 atm 에서는 약간 감소하였다. 반응시간의 경우에는 150분까지 효소의 활성이 그대로 유지되었으며, 온도는 상압에서의 최적온도인 $50^{\circ}C$ 까지는 효소의 활성이 유지되었으나 그 이상의 온도에서는 효소의 변성에 의하여 활성이 감소하였다, 초임계 이산화탄소에서 cellulose를 120 atm과 $50^{\circ}C$ 애서 90분간 cellulase로 가수분해 반응을 수행한 결과 20 g/L 의 Avicel이 완전히 가수분해되어 100% 수율의 glucose블 얻을 수 있었으며, 이는 상압에서 보다 glucose 수율이 1.5배 증가한 결과이다. 반면에 cellulose fiber인 경우는 상압에서 보마 1.9배 증가하였다. 통일 조건에서 Avicel의 농드를 60 g/L로 한 경우에는 glucose 수율이 상압에서 보다 1.2배 증가하였다.