• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제51권3호
• /
• pp.335-341
• /
• 2013

목질계 바이오매스인 옥수수대 전처리를 위하여 고안된 순환식 암모니아 전처리 반응기(Ammonia Circulation Reactor (ACR))를 이용하여 연구하였다. 이 전처리 방법은 적은 양의 액체를 사용하도록 고안되었으며 이 연구에선 기존의 전처리 공정보다 낮은 전처리 온도($60{\sim}80^{\circ}C$), 반응시간(4~12 hour) 그리고 고체:액체 비율(1:3~1:8) 등의 공정 조건을 실험 하여 효과를 비교하였다. 즉 여러 공정 조건에서 전처리 후 고형물의 잔류 고체량, 당, Lignin 함량, 그리고 효소당 화율 등을 측정하였다. 여러 실험 조건에서 공통적으로 관찰된 것은 전처리 조건이 더 가혹해 지면 Lignin의 제거율이 가장 큰 영향을 받았으며, 47.6~70.6% 범위로 나타났다. 반면 다른 당(Glucan, Xylan)은 손실이 비교적 작게 나타났다. 모든 실험 조건에서, 전처리된 고형물의 Glucan 손실율은 4.7~15.2% 범위로 변화가 크지 않았으며 Xylan 손실율은 여러 조건의 변화에 따라 7.4~25.8% 정도 범위로 나타났다. 암모니아 순환 전처리로 8~12 hour 동안 처리된 옥수수대는 90.1~94.5%의 높은 72-h Glucan 당화율을 (15 FPU-GC220+30 CBU)/g-glucan의 효소 투입으로 나타냈으며 순수 Cellulose인 Avicel의 당화율(92.7%)과 비슷하거나 높았다. 또한 8~12 hour 처리된 옥수수대의 초기 24-h Glucan 당화속도는 73.0~79.4%로 Avicel의 같은 시간 당화율인 69.5% 보다 높게 나타났다. 반응시간을 증가는 보다 많은 Lignin을 제거하였으며 따라서 효소 당화율 증가에 기인한 것으로 보인다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제53권6호
• /
• pp.682-689
• /
• 2015

A two-step process was investigated for pretreatment and fractionation of rice straw. The two-step fractionation process involves first, soaking rice straw in aqueous ammonia (SAA) in a batch reactor to recover lignin-rich hydrolysate. This is followed by a second-step treatment in a fixed-bed flow-through column reactor to recover xylo-oligomer-rich hydrolysate. The remaining glucan-rich solid cake is then subjected to an enzymatic process. In the first variant, SAA treatment in the first step dissolves lignin at moderate temperature (60 and $80^{\circ}C$), while in the second step, hot-water treatment is used for xylan removal at higher temperatures ($150{\sim}210^{\circ}C$). Under optimal conditions ($190^{\circ}C$ reaction temperature, 30 min reaction time, 5.0 ml/min flow rate, and 2.3 MPa reaction pressure), the SAA-hot-water fractionation removed 79.2% of the lignin and 63.4% of the xylan. In the second variant, SAA was followed by treatment with dilute sulfuric acid. With this process, optimal treatment conditions for effective fractionation of xylo-oligomer were found to be $80^{\circ}C$, 12 h reaction time, solid-to-liquid ratio of 1:12 in the first step; and 5.0 ml $H_2SO_4/min$, $170^{\circ}C$, and 2.3 MPa in the second step. After this two-step fractionation process, 85.4% lignin removal and 78.9% xylan removal (26.8% xylan recovery) were achieved. Use of the optimized second variant of the two-step fractionation process (SAA and $H_2SO_4$) resulted in enhanced enzymatic digestibility of the treated solid (99% glucan digestibility) with 15 FPU (filter paper unit) of CTec2 (cellulase)/g-glucan of enzyme loading, which was higher than 92% in the two-step fractionation process (SAA and hot-water).

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제48권6호
• /
• pp.704-711
• /
• 2010

당질계 및 전분질계 바이오 매스(1세대 바이오 매스)의 단점은 식량고갈의 문제로 인한 원료수급이 불안정하여 원료비 상승과 함께 원료 확보라는 문제에 당면해 있다. 이를 해결하기 위한 다양한 대책이 모색되었고 그 대책으로 목질계 바이오 매스(2세대 바이오 매스)에 대한 연구가 이루어져 왔다. 그러나 목질계 바이오 매스는 매우 복잡하고 어려운 Lignin 제거 문제에 직면하게 되었다. 그리하여 현재는 기존의 바이오 매스의 단점을 극복할 새로운 바이오 매스인 비 식용작물의 관심이 증가하고 있다. 비 식용작물 바이오 매스는 당질계 및 전분질계 바이오 매스와 달리 식량문제로 인한 원료비의 상승이나 원료 확보 면에서 안전하며 또한 기존 목질계 바이오 매스에 비해 보다 쉽게 Lignin을 제거할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 이러한 비 식용작물 중 Cellulose 함량이 높고 Lignin 함량이 상대적으로 낮은 억새를 이용하여 암모니아 공정 전처리의 최적화 조건을 연구하였다. 공정변수로는 암모니아 농도, 반응시간, 반응온도를 선정하였으며 전처리 후 각 반응물의 Cellulose 함유율, Lignin 함유율, 잔류 고체량 및 가수분해도를 반응표면 분석법을 이용하여 최적 전처리 조건을 확립하였다. 최적조건 탐색 결과는 암모니아 반응농도; 11.27%, 반응온도; $157.75^{\circ}C$, 반응시간; 10.01 min으로 최적 반응조건을 결정할 수 있었으며 최적조건으로 전처리 후 억새의 상대적인 Cellulose 함유율; 39.98%, Lignin 함유율; 8.01%, 가수분해도; 85.89%의 결과를 얻어, 억새가 기존 목질계 바이오 매스들보다 전처리 및 당화 발효에 있어 유리한 기질이라고 결론지을 수 있다.

• KSBB Journal
• /
• 제28권1호
• /
• pp.48-53
• /
• 2013

Pretreatment of wastepaper using aqueous glycerol was investigated to enhance the enzymatic hydrolysis. The effects of four factors (solid/liquid ratio, glycerol concentration, acid concentration, and reaction time) on the dissolution yield, the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, and the enzymatic digestibility were examined at $150^{\circ}C$. The 1/8 of solid/liquid was determined to perform the reaction uniformly, and the 93% of glycerol concentration was found to be a minimum concentration to conduct the reaction under atmospheric pressure. Also, it was found that the acid concentration and reaction time were strongly related to the dissolution yield and the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, but moderately to the enzymatic digestibility. At an optimum condition of $150^{\circ}C$, 1 h and 1% acid concentration, 56% and 49% of hemicellulose and lignin, respectively, were removed, while only 4% of cellulose was removed. The enzymatic digestibility at this condition was 86%, meaning that 83% of the glucan present in the initial substrate was converted to glucose. Compared to glycerol with ethylene glycol as a pretreatment solvent, glycerol is much cheaper than ethylene glycol, but ethylene glycol is superior to glycerol in delignification.

• KSBB Journal
• /
• 제5권1호
• /
• pp.81-85
• /
• 1990

부틸알코올과 증류수를 유기용매로 사용하여 볏짚을 전처리하고 리그닌을 추출하였으며, 추출된 리그닌으로부터 적절한 산화촉매(CuO, Cu(OH)$_2$, CuSO$_4$.5H_2$O)하에서 바닐린 생성 실험을 하였다. 볏짚으로부터 리그닌 분리추출의 최적조건은 ptoluenesulfonic acid 2.5g을 촉매로하여 부틸알코올과 물을 1:1로 혼합한 용매 500ml에 볏짚 25g을 넣고 12$0^{\circ}C$하에서 반응시켰을 경우이었다. 한편 리그닌으로부터의 바닐린 수율은 반응온도의 증가에 따라 전형적으로 증가하였고, 촉매 종류에 따라 Cu(OH)<$_2$ CuO$_4\cdot \;5H_2$O를 사용하고 18$0^{\circ}C$에서 2시간 반응시켰을 때 바닐린의 최대 수율은 9%이었다.

• 펄프종이기술
• /
• 제39권5호
• /
• pp.7-11
• /
• 2007

Kraft pulping of Trema orientalis (Nalita) was studied in order to find kinetic data for delignification. Pulping runs were carried out in the temperature range of $160-180\;^{\circ}C$ under constant and well-defined conditions. The delignification was found to be first order with respect to residual lignin and was chemically controlled. The rate of delignification reaction was increased 1.11-1.23 for $10\;^{\circ}C$ temperature increase in the range of $160-180\;^{\circ}C$ range. A mean value of 93% of lignin was removed at the transition between bulk and residual delignification. The influence of cooking temperature on the rate constant was expressed by an Arrhenius-type equation. The obtained activation energy of the delignification reaction was 6,164 cal/mol. The transition point between bulk and residual phase was shifted to lower lignin and carbohydrate yield with the increase of temperature.

• 청정기술
• /
• 제27권2호
• /
• pp.190-197
• /
• 2021

펄프 및 제지산업에서 목재의 셀룰로오스 성분 활용 후 남는 부산물인 크라프트 리그닌(kraft lignin)은 촉매적 저분자화 공정을 통해 바이오연료나 고부가가치 페놀 단량체로 전환될 수 있다. 본 연구에서는 크라프트 리그닌의 효율적인 저분자화를 위한 촉매로 수소화 금속 및 산-염기점을 동시에 지니는 Ru-Mg-Al-oxide 복합 촉매를 제조하고, 리그닌 분해 성능을 평가하고자 하였다. 촉매 내 다양한 활성점들(산점, 염기점, 수소화 금속)이 리그닌 분해 반응에 미치는 영향을 파악하기 위해 MgO, Mg-Al-oxide, Ru-Mg-Al-oxide의 세 가지 촉매를 제조하여 초임계 에탄올 용매 상에서 리그닌 분해 반응을 수행하였고, 리그닌 분해 성능은 바이오오일(bio-oil) 수율 및 분자량, 그리고 페놀계 단량체 수율을 통해 평가하였다. 그 결과, Ru-Mg-Al-oxide 촉매가 다양한 활성점들의 시너지 효과로 인해 가장 높은 수율의 바이오오일 및 페놀 단량체들을 생산한다는 것을 확인하였다. Ru-Mg-Al-oxide 촉매 상에서 분해 효율을 최적화하기 위해 다양한 반응 조건(온도, 시간, 촉매양)에 따른 분해 효율을 평가하였고, 최종적으로 반응온도 350 ℃, 리그닌 대비 촉매 비율 10%, 4 h 반응을 통해 72%의 높은 바이오오일 수율과 무촉매 대비 3.5배 이상 증가한 페놀 단량체를 생산할 수 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제32권3호
• /
• pp.15-24
• /
• 2004

The present work was undertaken to investigate the anatomical and chemical characteristics of transgenic poplar down-regulated with antisense OMT gene. Also the distribution of lignin in transgenic poplar trees was investigated at cellular level. No visible abnormal phenotype was observed in the fibers and vessel elements of transgenic poplar. Any marked differences in the staining intensities of Wiesner and Mäule color reaction were not identified in the transgenic poplar. TEM micrographs did not show any staining intensities in the cell walls stained with KMnO₄. Interestingly, the UV spectroscopy of semi-thin sections exhibited a distinct decrease of lignin absorption at 280 nm in the vessel walls, indicating transgenic poplar wood with lower amount of guaiacyl lignin in vessel elements. Chemical composition of antisense OMT poplar was almost identical to that of wild-type poplar. Klason lignin content of transgenic poplar did not show any significant difference from that of the controls. The solid state NMR spectra revealed the transgenic poplar with only slightly more syringyl lignin than the control. The present work showed that antisense OMT gene constructed in the poplar was not enough to reduce the overall content of Klason lignin, and suggested that the expression of transformation was confined to vessel walls.

• Journal of Ginseng Research
• /
• 제44권2호
• /
• pp.321-331
• /
• 2020

Background: The patatin-related phospholipase AIII family (pPLAIIIs) genes alter cell elongation and cell wall composition in Arabidopsis and rice plant, suggesting diverse commercial purposes of the economically important medicinal ginseng plant. Herein, we show the functional characterization of a ginseng pPLAIII gene for the first time and discuss its potential applications. Methods: pPLAIIIs were identified from ginseng expressed sequence tag clones and further confirmed by search against ginseng database and polymerase chain reaction. A clone showing the highest homology with pPLAIIIβ was shown to be overexpressed in Arabidopsis using Agrobacterium. Quantitative polymerase chain reaction was performed to analyze ginseng pPLAIIIβ expression. Phenotypes were observed using a low-vacuum scanning electron microscope. Lignin was stained using phloroglucinol and quantified using acetyl bromide. Results: The PgpPLAIIIβ transcripts were observed in all organs of 2-year-old ginseng. Overexpression of ginseng pPLAIIIβ (PgpPLAIIIβ-OE) in Arabidopsis resulted in small and stunted plants. It shortened the trichomes and decreased trichome number, indicating defects in cell polarity. Furthermore, OE lines exhibited enlarged seeds with less number per silique. The YUCCA9 gene was downregulated in the OE lines, which is reported to be associated with lignification. Accordingly, lignin was stained less in the OE lines, and the expression of two transcription factors related to lignin biosynthesis was also decreased significantly. Conclusion: Overexpression of pPLAIIIβ retarded cell elongation in all the tested organs except seeds, which were longer and thicker than those of the controls. Shorter root length is related to auxinresponsive genes, and its stunted phenotype showed decreased lignin content.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제39권1호
• /
• pp.86-94
• /
• 2011

열분해 온도와 체류시간을 달리하며 급속 열분해 공정을 통해 얻어진 백합나무 바이오오일로부터 분말 형태의 열분해리그닌(pyrolytic lignin)을 회수하였다. 바이오오일을 구성하고 있는 열분해리그닌의 특성을 이해하고 급속 열분해 실험 조건 - 반응 온도, 체류시간 - 이 열분해 과정에서 리그닌에 미치는 영향을 살펴보기 위해 수율을 비롯한 다양한 화학적, 구조적 분석을 수행하였다. 열분해 온도가 증가하고, 체류시간이 줄어들수록 바이오오일로부터 회수되는 열분해리그닌의 수율은 증가하였다. 열분해리그닌의 분자량은 백합나무 MWL (milled wood lignin)에 비해 1/10 수준인 약 1,200 mol/g로 측정되었다. 열분해리그닌 내 포함된 작용기 함량과 $^{13}C$ NMR 분석을 통해 바이오매스가 열분해되는 동안 탈메톡실화 반응과 리그닌의 propane side chain 분해반응이 우세하게 일어난다는 사실을 확인하였다.