<h2>\( 3.3 \) 에탄올 생산에 영향을 미치는 액상가수분해산물 특성</h2><h3>3.3.1 발효저해물질</h3><p>액상가수분해산물에 포함된 발효저해물질인 HMF \( (0.00- \)\( 0.38 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \), furfural \( (0.30-3.37 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \), formic acid \( (0.00- \) \( 2.67 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \), acetic acid(5.91-8.43 g/L), TPC(\(1.97-5.24\) \( \mathrm{g} / \mathrm{L}) \) 는 \( \mathrm{CSF} \) 조건에 따라 검출된 농도의 차이를 나타냈다 (Fig. \(2\)). \( \mathrm{CSF} \) 증가는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 가수분해를 향상시키며 과도한 전처리 조건은 분해산물 생산을 유도한다. 전처리 과정에서 \( \mathrm{HMF} \) 와 furfural은 각각 글루코오스와 자일로스로부터 생성되는 당 분해산물이며 고온의 산성 조건하에 formic acid로 추가적인 분해를 유도한다. Acetic acid는 약산성 조건하에 헤미셀룰로오스에 존재하는 아세틸기 가수분해에 의해 생성된다. 리그닌 분해는 다양한 페놀성 화합물인 TPC 생성을 유도한다. 일반적으로 \( 5 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이상의 acetic acid와 \( 2.5 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이상의 furfural, \( 3 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이상의 \( \mathrm{HMF}, 2 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 이상의 TPC는 발효 시 P. stipitis의 활성을 저해시커 에탄올 생산을 억제시키는 것으로 밝혀졌다. 본 연구에서 발효저해물질의 함량은 \( \mathrm{CSF} \) 가 높아질수록 증가하는 경향을 보였으며 \( \mathrm{CSF} 1.59 \) 이상에서는 그 농도가 급격하게 증가하였다. 에탄올 생산수율은 발효저해물질의 농도 증가와 함께 급격히 감소한 것으로 확인되었다. 반면 \( \mathrm{CSF} 1.52 \) 이하 조건의 경우 비교적 낮은 농도의 발효저해물질을 함유하여 상대적으로 에탄올 생산에 긍정적인 영향을 주었으나 TPC(\(1.97- 2.21 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \) 및 acetic acid \( (5.91-6.21 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \) 의 영향으로 완전한 당 소비가 이루어지지 않은 것으로 판단된다.</p><h3>3.3 .2 올리고머</h3><p>3.3.1의 발효저해물질 분석결과를 바탕으로 서로 다른 전처리 조건 \(3\)가지(CSF \( 0.72,1.52,1.92) \) 를 선택하여 올리고머, 분자량 분포, 분해산물을 분석하였다. 전처리 정도에 따라 액상가수분해산물에 포함된 자일로 올리고머에 대한 결과는 Fig. 3과 같다. CSF \( 0.72 \) 의 액상가수분해산물에서 가장 높은 농도 \( (18.77 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \) 의 자일로 올리고머가 검출되었다. 낮은 전처리 조건에서 헤미셀룰로오스는 자일로스로 완전히 분해되지 못하고 일부는 자일로 올리고머의 형태로 분해되어 액상가수분해산물에 존재하였으며 이것은 기존의 연구결과와 일치한다. 자일로 올리고머 농도는 CSF \( 1.52 \) 조건에서 급격하게 감소하였으며 CSF \( 1.92 \)조건에서 약 \( 1 \mathrm{~g} / \mathrm{L} \) 의 농도를 나타냈다. CSF 증가에 의해 자일로 올리고머 분해 정도가 향상되었음을 확인하였다. 일반적으로 액상가수분해산물에 포함된 올리고머는 효소 가수분해 과정에서 효소의 활성을 저해시키거나 발효과정의 에탄올 생산량을 감소시킨다. 그러나 본 연구에서는 낮은 \( \mathrm{CSF} \) 조건에서 자일로 올리고머의 함량이 가장 높은 값을 나타냄에도 불구하고 다른 조건과 비교하여 에탄올 생산량이 높게 나타났으며, 에탄올 수율에 자일로 올리고머의 존재가 부정적인 영향을 미치지 않은 것을 의미한다. 이것은 올리고머의 분자량 분포에 대한 차이 및 발효저해에 결정적인 영향을 주는 다른 인자에 의한 것으로 판단된다.</p><h3>3.3.3 분자량 분포</h3><p>본 연구에서 생산된 액상가수분해산물에는 대부분 헤미셀룰로오스 분해산물이며 소량의 셀룰로오스와 리그닌 분해산물을 포함한다(Fig. \(1\), \(2\)). 낮은 CSF 조건에 포함된 높은 농도의 올리고머는 에탄올 생산량을 감소시키지 않았으므로 CSF에 따라 생성되는 올리고머의 분자량 크기가 에탄올 생성에 영향을 주었을 것으로 판단하였다. 옥살산 전처리로부터 유래된 액상가수분해산물의 주성분은 헤미셀룰로오스 분해산물이다. 수용성 헤미셀룰로오스의 올리고머는 1-30의 중합도를 가지며 그 중 자일로 올리고머는 약 25 이하의 중합도를 나타낸다. 액상가수분해산물의 수평균 분자량 중합도 \( \left(\mathrm{DP}_{\mathrm{n}}\right) \) 와 중량평균 분자량 중합도 \( \left(\mathrm{DP}_{\mathrm{w}}\right) \) 가 모든 조건에서 \(25\)보다 낮게 나타났다(Table \(3\)). 이는 전처리에 의해 바이오매스의 헤미셀룰로오스가 대부분 분해되어 낮은 중합도의 올리고머를 생산한 것을 의미하며, CSF증가에 의해 액상가수분해산물의 분자량이 감소하였다. 전처리 정도의 증가는 올리고머 감소를 유도하여 단당류의 생성을 촉진시킨다. 이것은 Fig. \(2\) 의 자일로 올리고머 분석 결과와 일치한다. 그러나 모든 조건에서 다분산도 \( (1.24-1.26) \) 는 비교적 낮게 나타나 대부분의 조건에서 저분자량의 올리고머를 함유한 것으로 확인되었다. 저분자량의 올리고머는 잠재적인 발효성 기질로 보고되었다. 낮은 \( \mathrm{CSF} \) 조건은 높은 농도의 자일로 올리고머를 함유하여 발효를 저해시킬 것으로 예상했으나 저분자 자일로 올리고머를 포함하고 있어 에탄올 생산에 부정적인 영향은 주지 않은 것으로 판단된다.</p><h3>3.3.4 GC-MS 분석</h3><p>\( \mathrm{GC}-\mathrm{MS} \) 분석을 통해 액상가수분해산물로부터 총 \(18\) 종의 화합물을 검출하였다(Table \(4\), Fig. \(4\)). CSF 조건에 따라 검출되는 물질의 종류 및 농도는 차이를 나타냈으며 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스의 탈수, 탈 아세틸화, 해중합, 가수분해와 같은 반응에 의한 분해산물로 셀룰로오스계(14종)와 리그닌 고분자에서 유래한 리그닌계(\(4\)종) 화합물로 구분하였다. CSF \( 0.72 \) 조건과 비교하여 CSF \( 1.52 \) 이상의 조건에서 검출된 화합물의 농도는 상대적으로 높았다. 특히 발효저해물질로 알려진 vanillin과 syringaldehyde는 높은 CSF 조건에서 급격히 증가하였다. 이것은 \( \mathrm{CSF} \) 증가에 따른 TPC 농도변화와 일치하였다(Fig. \(2\)). 이러한 결과를 바탕으로 자일로 올리고머와 비교하여 발효저해물질 및 방향족 화합물은 에탄올 생산을 저해시키는 결정적인 인자로 판단할 수 있다.</p>
액상가수분해산물에 포함된 발효저해물질인 HMF \( (0.00- \)\( 0.38 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \), furfural \( (0.30-3.37 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \), formic acid \( (0.00- \) \( 2.67 \mathrm{~g} / \mathrm{L}) \), acetic acid(5.91-8.43 g/L), TPC(\(1.97-5.24\) \( \mathrm{g} / \mathrm{L}) \)는 무엇에 따라 검출된 농도의 차이를 나타냈나요?
\( \mathrm{CSF} \) 조건