• Animal Bioscience
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• 제34권12호
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• pp.1940-1950
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• 2021

Objective: The objective of this study was to explore the effects of maize straw treated with calcium oxide (CaO) and various moisture, on the composition and molecular structure of the fiber, and gas production by fermentation in an in vitro rumen environment. Methods: The experiment used 4×3 Factorial treatment. Maize straws were treated with 4 concentrations of CaO (0%, 3%, 5%, and 7% of dry straw weight) and 3 moisture contents (40%, 50%, and 60%). Scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray fluorescence spectroscopy were employed to measure the surface texture, secondary molecular structure of carbohydrate, and calcium (Ca) content of the maize straw, respectively. The correlation of secondary molecular structures and fiber components of maize straw were analyzed by CORR procedure of SAS 9.2. In vitro rumen fermentation was performed for 6, 12, 24, 48, and 72 h to measure gas production. Results: Overall, the moisture factor had no obvious effect on the experimental results. Neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber, acid detergent lignin, hemicellulose and cellulose contents decreased (p<0.05) with increasing concentrations of CaO treatment. Surface and secondary molecular structure of maize straw were affected by various CaO and moisture treatments. NDF had positive correlation (p<0.01) with Cell-H (H, height), Cell-A (A, area), CHO-2-H. Hemicellulose had positive correlation (p<0.01) with Lignin-H, Lignin-A, Cell-H, Cell-A. Ca content of maize straw increased as the concentration of CaO was increased (p<0.01). Gas production was highest in the group treated with 7% CaO. Conclusion: CaO can adhere to the surface of the maize straw, and then improve the digestibility of the maize straw in ruminants by modifying the structure of lignocellulose and facilitating the maize straw for microbial degradation.

• Animal Bioscience
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• 제35권7호
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• pp.999-1009
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• 2022

Objective: To improve the feeding value of rice straw (RS), this study evaluated the potential of rice straw fermented with Pleurotus sajor-caju (FRS) as dairy goat feed. Methods: Spent Pleurotus sajor-caju mushroom substrate was used as fungi inoculum to break the lignocellulose linkage of rice straw, which was solid-fermented at 25℃ to 30℃ for 8 weeks. The ruminal degradation of pangolagrass hay (PG), FRS, and RS were measured in situ for 96 hours in three dry Holstein cows, respectively. Effect of fungi fermented RS on milking performance was studied in feeding trials. A total of 21 Alpine goats a trial were divided into 3 groups: a control group in which PG accounted for 15% of the diet dry matter, and FRS or RS was used to replace the PG in the control group. Goats were fed twice a day under two 28-day trial in individual pens. Meanwhile, a 3×3 Latin square trial (14 days/period) was conducted to study the rumen digestion of three diets by using three fistulated dry goats. Rumen contents were collected for metabolite analyses every one to three hours on the last two days. Results: In situ study showed that fermentation could elevate the rumen degradable fraction and effective degradability of RS (p<0.05). Effective degradability of FRS dry matter was significantly increased from 29.5% of RS to 41.7%. Lactating trial results showed that dry matter intake and milk yield in the PG group and FRS group were similar and higher than those in RS group (p<0.05). The concentration of propionic acid and total volatile fatty acid in the RS group tended to be lower than those in PG group (p<0.10). There were no differences in rumen pH value and ammonia nitrogen level among the groups tested. Conclusion: Fermentation of rice straw by spent Pleurotus sajor-caju mushroom substrate could substantially enhance its feeding value to be equivalent to PG as an effective fiber source for dairy goat. The fermented rice straw is recommended to account for 15% in diet dry matter.

• 청정기술
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• 제28권2호
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• pp.174-181
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• 2022

바이오매스는 현재 석유, 천연가스, 석탄 등 화석 연료에서 얻을 수 있는 액체 연료와 유기 화합물을 생산할 수 있는 지속 가능한 대체 자원이다. 화석 연료를 사용하면 온실가스를 배출하기 때문에 바이오매스와 같은 탄소중립적 원료를 사용하는 것은 기후 변화 대응에 기여할 수 있다. 바이오매스 원료로부터 석유 대체 화학 제품과 연료를 생산하기 위한 생물학적 및 화학적 공정이 제안되었지만, 바이오매스에 포함된 높은 산소 함량때문에 화석 연료를 완전히 대체하기 어렵다. 석유와 유사한 연료와 화학 물질을 생산하려면 바이오매스 파생물에 존재하는 산소 원자를 제거하거나 산소 기능기를 전환해야 하며, 이는 촉매 화학적 수첨탈산소화에 의해 달성될 수 있다. 바이오매스 열분해 오일, 리그노셀룰로오스 유래 화학물질, 지질과 같은 원료를 탈산소 연료 및 화학물질로 전환하기 위해 수첨탈산소화가 진행되었다. 높은 표면적의 금속 산화물 또는 탄소에 지지된 귀금속 및 전이 금속으로 구성된 다기능성 촉매는 효율적인 수첨탈산소 촉매로 사용되었다. 본 총설에서는 문헌에서 제안된 촉매를 확인하고 이러한 촉매를 이용한 수첨탈산소 반응 시스템이 논의하였다. 문헌에 보고된 수첨탈산소화 방법을 기반으로, 실현 가능한 수첨탈산소화 공정 개발 방향이 제시하였다.

• 한국자원식물학회:학술대회논문집
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• 한국자원식물학회 2023년도 임시총회 및 춘계학술대회
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• pp.38-38
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• 2023

Sorghum (Sorghum bicolor L.) is a promising biomass crop with a high lignocellulose content. This study aimed to select high salt-tolerance sorghum lines for cultivation on reclaimed land. Using 7-day seedlings of the sorghum population consisted of 71 radiation-derived mutants (M₂ to M₆) and 33 genetic resources, survival rate (SR), plant height (PH), root length (RL), fresh weight (FW), and chlorophyll content (CC) were measured for two weeks after 102 mM (0.6%) NaCl treatment. Furthermore, the characteristics of the sorghum population were confirmed using correlation analysis, PCA (principal component analysis), and the FCE (fuzzy comprehensive evaluation) method. Under 102 mM NaCl conditions, SR ranged from 4.9 (IS645-200-6) to 82.4% (KLSo79125-200-1), with an average of 49.9%. PH varied from 7.5 (Mesusu-100-2) to 33.2 cm (DINE-A-MITE-100-2-10), with an average of 20.4 cm. RL ranged from 1.0 (IS645-200-1) to 17.0 cm (30-100-2), with an average of 7.7 cm. FW varied from 0.1 (IS645-200-6) to 4.5 g/plant (DINE-A-MITE-100-2-10), with an average of 2.1 g/plant. CC ranged from 0.9 (DINE-A-MITE-100-2-2) to 3.1 mg/g (IS12937), with an average of 1.7 mg/g. An overall positive correlation, with SR and FW (r = 0.86, P < 0.01), and FW and CC (r = 0.79, P < 0.01), was shown by correlation analysis. Among the five traits, two principal components were extracted by PCA analysis. PC1 was significantly associated with FW, while PC2 was highly involved with RL. To evaluate the salt tolerance level of the sorghum population when an FCE based on trait data was performed, MFV (membership function value) was 0.68. As a result of compiling the MFV of each line, eight lines with MFV > 0.68 were selected. Ultimately, the radiation-derived mutant lines, DINE-A-MITE-100-2-10 and DINE-A-MITE-100-2-12 were selected as salt-tolerant sorghum lines. The results are expected to inform salt-tolerant sorghum breeding programs, and the high salt-tolerance sorghum lines might be advantageous for cultivation on reclaimed land.

• 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.