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Jan 07, 2024

바이오에탄올과 페닐아세틸카르비놀 생산을 위한 볏짚, 사탕수수 사탕수수 사탕수수 사탕수수의 가치 평가

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 727(2023) 이 기사 인용

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농업 잔여물을 야외에서 소각하면 대기 중 입자상 물질 오염, 토양 악화, 지구 온난화 등 수많은 합병증이 발생합니다. 생물학적 전환 가능성이 있기 때문에 사탕수수 버개스(SCB), 볏짚(RS), 옥수수 속대(CC) 및 단수수 버개스(SSB)를 포함한 농산업 잔류물이 연구를 위해 선택되었습니다. 효모 균주, Candida Tropicalis, C. shehatae, Saccharomyces cerevisiae 및 Kluyveromyces marxianus var. marxianus는 중요한 의약품, 즉 에페드린과 슈도에페드린 제조의 중간체인 바이오에탄올과 페닐아세틸카비놀(PAC)의 생산 잠재력을 비교했습니다. 평가된 기질과 효모 중에서 C. Tropicalis로 배양된 RS는 24시간 배양 후 15.3g L−1에서 상당히 높은 에탄올 농도를 생성했습니다(p ≤ 0.05). 기질당 생성물 수율(Yeth/s)은 0.38g/g이었고, 부피 생산성(Qp)은 0.64gL-1h-1이었고 발효 효율은 0.51g 에탄올/g 포도당을 기준으로 73.6%였습니다. . RS 배지에서 자란 C. Tropicalis는 PAC 생산을 촉매하는 주요 효소인 피루베이트 탈탄산효소(PDC)를 0.303 U mL−1 생산했으며, 24시간 배양 후 0.400 U mg−1 단백질의 특정 활성을 보였습니다. 본 연구는 또한 C. Tropicalis의 전체 세포 바이오매스와 PAC 생물변환을 위한 부분적으로 정제된 PDC 제제를 비교했습니다. 1.29 U mL-1의 전체 세포 C. Tropicalis PDC는 62.3 mM PAC의 전체 농도를 생성했으며 이는 부분 정제된 효소 제제와 비교할 때 68.4% 더 높았습니다. 결과는 리그노셀룰로오스 잔류물을 바이오에탄올과 PAC로 가치화하는 것이 주변 환경으로 인한 환경 문제를 완화하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 바이오경제성을 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 시사합니다.

세계 인구가 2050년까지 90억 명, 21001년까지 110억 명을 넘을 것으로 예상됨에 따라 가까운 미래에 적절한 식량 공급이 문제가 되고 있습니다. 이를 극복하기 위해 과학계에서는 식품 산업에 유용한 미생물을 식별하는 동시에 식품 부패 방지2,3 및 유통기한 연장4,5에 대한 다양한 전략을 활용해 왔습니다6. 지속 가능한 개발 목표 2(기아 제로)와 관련하여 가금류, 가축 및 작물 생산에서 눈에 띄는 발전이 있었으며, 이는 추가적으로 식품 및 농업 폐기물의 진화에도 기여했습니다7. 음식물 쓰레기는 상업적으로 실행 가능한 제품으로 재활용될 수 있습니다. 예를 들어, 음식물 쓰레기는 부가가치 성분 추출 외에도 바이오 플라스틱 및 바이오 연료 제조를 위한 원료로 활용됩니다8. 음식물 쓰레기는 바이오 연료나 바이오폴리머 생산을 위한 산업 공정에도 사용됩니다9,10. 반면, 농산업 잔여물은 바이오매스 에너지화, 버섯 생산, 판지/종이 생산 및 기타 농장 외 응용 분야에 사용될 수 있습니다11. 합판, 파티클보드, 바이오 복합재12 또는 기타 건축 자재13와 같은 귀중한 품목의 제조를 위해 재활용될 수 있지만, 이러한 대안이 현재 사용할 수 있는 잔류물의 양은 실제로 생산되는 양의 일부에 불과합니다11. 따라서 많은 국가에서 이 엄청난 양의 잔류물에 대한 적절한 관리 및 활용 관행이 없으면 현재 이러한 잔류물은 소각되거나 토양 밑에 묻혀 대기 및 수질 오염과 지구 온난화를 초래하고 있습니다14. 야외에서 잔류물을 태우는 것은 동남아시아를 포함한 세계 여러 지역의 사망률에 크게 기여하는 중요한 건강 위험 요소인 미세먼지(PM) 오염에 기여합니다. 2019년 GBD(Global Burden of Disease) 연구에서는 PM2.5 노출을 6번째 글로벌 사망 위험 요소로 분류했습니다15. 농업 폐기물 소각의 정도와 그에 따른 대기 질에 대한 치명적인 결과는 동남아시아의 주요 농업 생산국인 태국에서 7번째 주요 사망 위험 요소로 분류됩니다15,16,17. 이러한 부적절한 관리로 인해 지속 가능성과 식량 및 건강 안보를 위해 농업 잔류물의 적시 활용 및 가치화 전략을 파악해야 하는 강력한 요구 사항이 생겼습니다14.