• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권1호
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• pp.18-24
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• 2012

최근의 식량자원과 충돌의 우려가 있는 전분질계 에탄올 생산에 문제점이 대두되고 있고, 기존의 화석에너지를 대신할 새로운 재생가능 에너지개발에 대한 요구가 지속적으로 증가하면서 새로운 에너지 자원으로서 셀룰로오즈 계열 바이오매스가 지속적인 주목을 받고 있다. 하지만 지난 수십 년 간의 연구에도 불구하고 셀룰로오직 에탄올이 가격 경쟁력을 가지지 못하는 이유는 셀룰로오스 계열 바이오매스의 구성성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 분리과정이 어렵고, 전처리 과정 중 생산되는 부산물질에 의한 당화 및 발효율이 낮다는 점과, 당화를 위해 다량의 효소가 필요하고 가격이 비싸다는 점이다. 바이오 에탄올 생산을 위한 전처리 공정 기술을 상용화 단계까지 효율적이고, 경제적으로 구축하기 위해서는 경제성이 확보되고 원천 기술 적용이 가능한 바이오매스의 선정과 더불어 기존 기술들의 문제점을 파악, 극복하면서 전체 생산 수율을 높이는 동시에 에너지 저감형태의 새로운 전처리 공정 기술 개발이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 문제 점을 해결하기 위해 이전부터 많은 연구가 이루어진 농업 부산물 계열의 볏짚과 그 특성이 비슷할 것으로 보이는 보릿짚을 바이오매스로 선택하여 보편적으로 이용되고 있는 염기 전처리를 적용하여 그 특성에 대하여 파악해 보고자 하였다. 보릿짚은 볏짚과 비교하였을 때 셀룰로오스와 리그닌의 함량이 각각 41.60%와 17.56%로 그 함량이 비슷하게 나타났고 가축 사료로 사용되고 있는 볏짚에 비해 수급단가 또한 상대적으로 낮아 매우 경제적인 바이오매스로 보여진다. 보릿짚을 이용한 암모니아 침지 반응을 통한 볏짚과의 비교에서는 암모니아 농도; 15%, 반응온도; $60^{\circ}C$ 반응시간; 24hr의 조건에서 전처리 후 리그닌 제거율 29.09%, 가수분해도 64.78%(16.01 g/L), 에탄올 수율 56.50%(8.65 g/L)로 나타나 볏짚에 비해 그 효과가 낮은 것으로 나타났지만 암모니아에 의한 전처리에 상당한 효과가 있는 것으로 보여진다. NaOH 침지 반응은 NaOH 농도; 2%, 반응온도; $85^{\circ}C$, 반응시간; 1hr 동안 반응하여 볏짚과 암모니아 침지 반응에 대한 비교를 통해 그 특성을 파악하였다. NaOH 침지 반응 후 보릿짚의 상대적인 리그닌 제거율; 24.15%, 가수분해도; 58.40%(15.39 g/L), 에탄올 수율 52.56%(8.35 g/L)의 결과를 얻어, 보릿짚이 암모니아를 이용한 전처리와 NaOH를 이용한 전처리 즉 염기 용매를 이용한 전처리에 있어 효과적인 리그닌 제거가 가능한 것으로 결론 지을 수 있고 본 연구 결과를 바탕으로 차 후 NaOH와 암모니아 침지 반응 및 침출 반응의 최적화 연구를 통해 각 전처리의 최적화 조건을 설정할 수 있을 것으로 보인다.

• 임산에너지
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• 제20권2호
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• pp.20-27
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• 2001

글루코스 생산을 위한 효과적인 방법을 개발하기 위해서 cellulase에 의한 현사시 나무의 효소가수분해를 실시하였다. 목재의 효소가수분해는 미생물이 생산한 효소를 사용하여 글루코스를 생산하는 반응이다. 이렇게 얻어진 글루코스는 발효에 의해 쉽게 에탄올로 변환시킬 수 있다. 에탄올은 아세톤이나 부탄올, 시트릭산 그리고 락틴산을 제조하는 원료물질이나 석유자원을 대체할 수 있는 대체에너지 자원이다. 셀룰로오스의 효소가수분해 기작은 endo-cellulase, exo-cellulase 그리고 β-D-glucosidase라는 세 개의 서로 다른 형태의 효소가 연속적인 반웅에 의해 일어난다고 설명되어지고 있다. 본 실험의 목적은 다양한 농도의 수산화나트륨으로 현사시나무를 전처리 하여 이러한 전처리가 셀룰로오스의 결정화도와 리그닌함량에 미치는 영향과 가수분해율과의 관계를 조사하였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제28권4호
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• pp.17-24
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• 2000

The peroxidase activity was localized cytochemically to get an insight into its precise function in lignin biosynthesis. In this work, cerium chloride ($CeCl_3$) was used as a trapping agent for hydrogen peroxide ($H_2O_2$) generated from peroxidase. Seasonal variation of peroxidase activities in cambial region of Populus, Pinus, and Ginkgo was investigated at subcellular levels. Under transmission electron microscopy, electron dense deposits of cerium perhydroxide formed by reaction with $H_2O_2$ were observed in cambium and its immediate derivatives. The staining with $CeCl_3$ in cambium varied with growth seasons. The strongest $H_2O_2$ accumulation, regardless of tree species, appeared in May. Staining pattern of $CeCl_3$ in the cambium of poplar indicated that the production of peroxidase started in March before the opening of buds and reached the highest in May and then declined in August. Ginkgo and Pinus showed relatively late generation of $H_2O_2$ production when compared with Populus. Although Ginkgo and Pinus are classified into gymnosperms, however, the generation of peroxidase production and its duration was different from each other. Little staining appeared in all the tree samples collected in September before falling the leaves.

• 한국펄프종이공학회:학술대회논문집
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• 한국펄프종이공학회 1999년도 Proceedings of Pre-symposium of the 10th ISWPC
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• pp.115-119
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• 1999

During mechanical pulp production and blcaching wood components, such as extractives, carbohydrates and lignin are dissolved and dispersed into the process waters. These components are called dissolved and colloidal substances(DCS). DCS can accumulate during water circulation and can in turn affect paper machine runnability and also the strength and optical properties of the paper. In this work DCS fraction origination from TMP process were treated with enzymes acting on triglycerides. glucomannans, and lignin and the effect of enzymatic treatments on the water composition as well as sheet properies were evaluated. Lipases were found to modify the chemical structure of the extractives resulting in more hydrophilic fibre surface and subsequent improvement in the sheet strength properties. Mannanase treatment, on the other hand, destabilized pitch. As a result, aggregation of pitch to the fibres was observed which in turn resulted in impaired strength properties. Laccase could effectively polymerize lignans and the reaction products seemed to be sorbed onto the fibres.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제31권6호
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• pp.1-7
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• 2003

The phase transformation from cellulose I into cellulose II in woods by way of Na-cellulose I was examined by x-ray diffraction analysis.The formation of Na-cellulose I in woods increased with the increase of treating time in alkali solution. When compression wood was treated with 20% NaOH solution at room temperature for 1 day, the x-ray diagram showed only Na-cellulose I. On the other hand, the x-ray diagram of tension wood showed a mixture of cellulose I and Na-cellulose I. Cellulose I of tension wood could not be transformed completely into Na-cellulose I even after 10-day treatment, but was transformed into Na-cellulose I after 30-day treatment. Na-cellulose I of compression and tension woods was converted to the cellulose I pattern and the mixture of cellulose I and cellulose II, respectively, after washing with water and drying at 20℃. Cellulose I regenerated from Na-cellulose I in wood could not be converted to cellulose II by delignification. Thus, it revealed that the delignification of the alkali-treated wood did not affect their cellulose structures. From the results, therefore, it can be concluded that lignin in woods prevents the formation of the stable Na-cellulose I and the conversion from cellulose I to cellulose II. This means that the conversion of chain polarity of wood cellulose hardly occurs during mercerization because cellulose microfibrils are fixed by lignin which not to be intermingled.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권3호
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• pp.292-296
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• 2011

섬유소계 바이오매스의 전처리를 위한 암모니아수에 의한 침지공정(SAA; Soaking in Aqueous Ammonia)은 낮은 온도와 낮은 압력의 조건에서 수행하는 전처리 공정으로 고온고압이 필요로 하는 다른 전처리방법에 비해 그에 대한 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다양한 바이오매스를 SAA공정에 적용시켜 그 특성을 보고자 한다. 실험을 행한 전처리 공정의 온도, 반응시간 그리고 암모니아수의 농도는 각각 $50{^{\circ}C}$, 72시간 그리고 15 wt%이다. 전처리 공정에 의해 초본계열은 탈리그닌이 초기 성분에 대해 60%로 되었고 전처리 전의 10-20%에 불과하던 당전환율이 전처리 후에 60-90%의 당전환율로 약 80%가 향상된 것으로 나타났지만 목본계열의 리그닌 성분은 10%정도만 제거되었고 당전환율은 전처리하지 않는 것과 별다른 차이를 보이지 않았다.

• 임산에너지
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• 제24권1호
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• pp.39-46
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• 2005

본 연구에서는 연속형 초임계수 분해장치를 이용하여 처리온도 별로 현사시목재의 당화 가능성과 현사시목재 각 성분의 분해특성을 분석하였다. 미세하게 분쇄한 현사시목분을 물의 초임계압력(23MPa) 조건하에서 각각 아임계온도$(275^{\circ}C,\;325^{\circ}C)$와 초임계온도$(375^{\circ}C,\;415^{\circ}C)$에서 각각 2분간 처리하였다. 갈색을 띤 현사시목분의 액상분해산물에는 어느 정도의 미분해 고형분이 포함되어 있었다. 초임계수 분해온도가 높을수록 현사시목분의 분해율은 증가하여 초임계조건인 $375^{\circ}C$에서는 현사시목분의 $94\%$까지 분해되었다. 각 처리조건에서 생성된 환원당량을 DNS법으로 측정한 결과, 처리온도가 상승함에 따라 생성된 환원당량은 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 반응 초기에 생성된 환원당들이 높은 온도의 반응기를 통과하면서 열분해와 유사한 화학적 반응에 의해 더욱 분해되어 퓨란계 화합물로 전환된 것으로 예측되었다. 리그닌의 분해특성을 살펴보기 위하여 액상의 분해산물을 ethylacetate로 추출하여 유기용매 가용부를 GC-MS로 분석하였다. 리그닌의 분해산물은 대부분 페놀성 유도체인 vanillin, guaiacol, syringaldehyde, 4-prophenyl syringol과 dihydrosinapyl alcohol등으로 확인되었으며, 이들의 농도는 처리온도가 상승함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 리그닌 분해산물은 리그닌고분자의 주요 결합인 에테르 결합이 높은 온도조건하에서 분해에 의한 것으로 예측되었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제33권6호통권134호
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• pp.79-86
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• 2005

아스펜 목재(Populus tremuloides, L.)를 Ceriporiopsis subvermispora로 1, 2, 4, 6주 동안 부후 처리한 후, 목재의 화학적 성상변화를 관찰하였으며, 부후목재로부터 리그닌(MWL)을 단리하여 Gel permeation chromatography (GPC) 분석과 nitrobenzene oxidation (NBO)을 실시하였다. 부후가 진행되면서 목재내 리그닌의 함량은 계속 감소하여 6주 후에는 미처리재와 비교하여 20%까지 감소하였다. 리그닌은 균주처리에 의하여 저분자화되어 알칼리에 쉽게 용출되는 것으로 예측된다. 부후목재의 전섬유소(Holocellulose) 함량은 미처리재와 비교하여 5~6% 정도 감소하였다. 부후 과정 동안 $\alpha$-셀룰로스의 함량은 커다란 변화가 관찰되지 않았으나, xylose의 함량은 대조구의 23.4%에서 6주후에는 18%까지 감소하였다. 아스펜 목재의 리그닌 분자량은 균주처리에 의해서 점차 감소되었다가 부후 6주 이후에는 안정화 단계에 접어드는 경향을 보였다. 단리한 리그닌의 NBO 분석 결과, NBO 분해산물의 수율은 대조구와 비교하여 6주처리 후에는 20% 가량 감소되었다. 특히, 부후 목재 리그닌에서 S-타입 유도체(syringaldehyde+syringic aicd)의 감소량이 두드러졌다. G-타입 유도체(vanillin+vanillic acid)의 수율은 부후가 진행되면서 약 20% 가량 증가되었는데, 이는 부후과정에서 리그닌 분해 효소에 의한 S-리그닌의 탈메톡실화 반응이 진행되었음을 암시한다. 결론적으로, C. subvermispora는 부후 과정동안 G-리그닌보다 S-리그닌을 더욱 선택적으로 분해하는 경향을 나타내었다.

• 한국식품과학회지
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• 제19권4호
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• pp.317-323
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• 1987

국내의 공업적 등급의 시판용 효소제를 사용하며 AOAC에서 공인된 enzymatic-gravimetric 방법에 따라 과일 4종류(사과, 배, 복숭아, 감)와 채소 4종류(무우, 상추, 배추, 배추김치)에 대한 식이심유의 함량을 측정하였다. 국내의 시판용 효소제를 사용하였을 때 AOAC가 추천하는 정제된 효소제에 대하여 효소역가 1/10, 반응시간 2배의 조건을 채택하여 과일 채소 중 식이섬유의 함량을 측정할 수 있었다. 과일, 채소의 건조물중 식이섬유의 함량은 과일의 경우 총함량은 $9.4{\sim}28.8%$, non-cellulosic polysac-charide 함량은 $1.8{\sim}7.8%$, cellulose 함량은 $3.7{\sim}5.8%$, lignin 함량은 $1.3{\sim}11.3%$의 범위이었다. 채소의 경우 총함량은 $26.0{\sim}35.7%$, non-cellulosic polysac-charide 함량은 $12.3{\sim}14.4%$, celluose 함량은 $12.3{\sim}19.7%$, lignin 함량은 $1.4{\sim}7.4%$의 범위이었다. 과일, 채소의 건조물중 조섬유함량은 과일의 경우 $3.5{\sim}6.7%$, 채소의 경우 $9.1{\sim}13.8%$의 범위이었다. 따라서 과일, 채소중 조섬유함량은 식이섬유의 $12{\sim}50%$만이 정량되는 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제21권3호
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• pp.87-93
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• 1993

This study was undertaken to investigate the characteristics and the productivities of lignin olytic enzymes: laccase (Lac) and Mn-dependent peroxidase (MnP) from Coriolus versicolor and Lentinus edodes respectively. Enzymes were isolated from cultural filterates and purified according to the standard methods. These enzymes showed one band in SDS-PAGE and their molecular weights were found 62,000 and 45,000 dalton respectively. Polyclonal antibodies against Lac and MnP were raised against mouse. In the ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), Lac and MnP-antiserum produced a strong positive reaction with Lac and MnP antigen($A_{405}$=2.50 and 3.53 respectively). The sera to negative (S/N) ratio was determined by the dividing the mean absorbance of antibodies by the corresponding diluted samples from normal mouse serum. The sera produced showed 2 times more positive reaction in S/N ratio than negative sera.