Positive

Report
Positive Effects of
Wood-Inhabiting Microorganisms
박준호
9.1 “Myco-Wood”
9.2 Cultivation of Edible Mushrooms
9.3 Biological Pulping
9.4 “Palo Podrido” and “Myco-Fodder”
9.5 Wood Saccharification and Sulphite Pulping
9.6 Grinding and Steam Explosion
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
• 1970년대 석유파동 이후 석유를 대신하기 위한 재생
가능한 자원(목재, 식물, 목질계 폐기물)의 이용에 괌심
• Lignocellulose 분해의 어려움 중에서 가장 큰 장애 요인
은 리그닌을 제거하는 것(Table 4.2)
• 목재부후균(백색, 갈색, 연부후균)과 목재부후 박테리아
만이 전처리 없이 목질벽 분해 가능
9.1 “Myco-Wood”
• 독일 Eberswalde, 1930대, J. Liese가 Flammulina
velutipes(팽이), Kuehneromyces mutabilis(무리우산),
Lenti-nula edodes(표고)(Fig. 2.17a)와 Pleurotus
ostreatus(느타리)와 같은 버섯을 식량 문제 해결을 위해
서 재배
9.1 “Myco-Wood”
• 독일에서 목재의 수입이 중지되면서 W. Luthardt는 버섯
재배 후 남은 목질 폐기물을 이용해서 연필 등을 만들 수
있을 것으로 생각
• 1956년, Luthardt는 특허 “myco-wood” 등록
• Myco-wood : a wood that is loosened through the
controlled action of certain wood-inhabiting fungi and
which has changed its technological characteristics to
a large extent or may obtain defined technical
qualities
• carving and sharpening ability to be used for formconstant products like 연필, 자, 제도판
9.2 Cultivation of Edible Mushrooms
• 목재와 짚을 이용한 식용버섯의 생산량은 연간 2백만톤
일 것으로 추정
• 2000년 전부터 생물학적인 지식 없이 표고버섯은 목재
로부터 생산
• 300년, 전 버섯이 잘 자라게 하기 위해 도끼로 수피 표면
을 찍음
• 1920년 대 목재에 구멍을 내서 버섯을 생산
• 1970년 때, 온습도 조절 가능한 공간에서 톱밥이나 칩을
이용해서 생산
9.2 Cultivation of Edible Mushrooms
• 목분 이용에 있어 큰 발전은 플라스틱 백의 사용
• 목질재료에 보충재(겨, 소백분, 요소)를 첨가하여 알맞은
습도 조건에서 배양
• 목분, 칩, 잎 등에서도 실험
chips
Fig. 9.1. Shii-take (Lentinula edodes)
fruit-bodies grown on wood waste
9.2 Cultivation of Edible Mushrooms
Fig. 9.2. Main steps of Shii-take(표고) production
a Maintenance of a selected isolate on agar.
b Mycelial growth on grains for inoculation.
c Substrate colonization in closed plastic bags.
d Fruiting phase after removal of plastic bag (from Schmidt 1990)
9.2 Cultivation of Edible Mushrooms
• 저온 살균법(60–100 ◦C) : Trichoderma
species like T. hamatum, T. harzianum,
T. parceramosum,T. pseudokoningii, T.
reesei and T. viride 기생 물질 억제
• 표고버섯에 비해서 느타리 버섯의 경우
생산이 쉬움
Fig. 9.3. Pleurotus ostreatus cultivation
on beech wood billets in Germany in
1936 (photo J. Liese)
9.2 Cultivation of Edible Mushrooms
• 버섯에서 물이 90% 이상을 차지
• 표고버섯(100 g 당)
물
탄수화물
단백질
지질
ballast material
minerals
칼로리
92.6g
4.3g
1.9g
0.3g
0.7
0.5
109KJ
• 수천년 동안 버섯은 아시아에서의 의학품의 원료로서 알
려짐
• methanol extract of the G. lucidum(영지)
: 5α-reductase 저항(전립선비대증)
9.3 Biological Pulping
• 펄프와 종이 산업에서 생물학적인 방법은 새로운 탈리그
닌 공정을 통한 제조 비용의 감소와 환경적인 고려를 위
한 수단으로 이용
• Biopulping : 기계적이나 화학적 펄핑 이전에 목재칩을
백색부후균을 통해 리그닌을 제거하는 것
• blue-stain fungi 를 통한 수지 제거나 enzymes을 통한
표백 및 탈묵공정 적용
9.3 Biological Pulping
• biopulped chips 이용
- 기계펄프 제조시 리파이닝시 25-35% 에너지 감소
- sheet strength properties : 일반적으로 20-40%증가함
- 펄핑 시간 : 20% 감소
•
-
Coniophora puteana(버즘버섯) 전처리한 목재칩 이용
리파이닝 에너지 40% 감소
휨강도 3배 증가
수분 흡수성과 섬유판의 팽윤은 절반으로 감소
9.3 Biological Pulping
• 한계점 : 실험실 규모의 실험을 큰 규모의 자연상태에서
의 적용이 어려움
• 다른 백색부후균이나 fungi가 자랄 수 있음
- Trichoderma(불완전균) : 다른 균의 생장을 억제
• 야적시 : 적합하지 않거나 불균일한 산소와 이산화탄소
농도, 함수율과 높은 온도 문제 발생
• Kraft pulping : Ophiostoma piliferum 이용 상업적인 규
모에서 시험
9.4“Palo Podrido” and “Myco-Fodder”
• white-rotted wood : “palo podrido” (rotted wood) or
“huempe”, Ganoderma species like Ganoderma
adspersum와 담자균, 효소, 박테리아의 작용으로 생성
• Fig. 9.4 “Palo podrido” caused by Phlebia chrysocreas
(a)and a Chile an cow eating“palopodrido” (b)
9.4“Palo Podrido” and “Myco-Fodder”
• 습한 열대 기후는 목재를 습하게 유지하고 탈리그닌화
촉진
• 목재의 낮은 질소 함량이 선택적인 탈리그닌화의 중요
요소로 여겨짐
• Black manganese : manganese peroxidase 작용
• iron-chelating catechol compound : lignin or fungal
metabolites
9.4“Palo Podrido” and “Myco-Fodder”
• Palo podrido : 소의 먹이로 이용
• 목재의 경우 목분 상태라해도 낮은 소화율을 보이지만
Palo podrido의 경우 탈리그닌화로 목재조직이 연해져
서 소가 먹을 수 있음. 혐기성 rumen bacteria가 wood
carbohydrates 분해 가능
• rumen bacteria : 지방산(acetic, propionic, butyric acid)
이용 wood carbohydrates 분해
9.4“Palo Podrido” and “Myco-Fodder”
• “myco-fodder” : 반추동물의 먹이로써 이용하기 위해
fungi처리한 Lignocelluloses 와 protein content
• Lentinula edodes(표고)로 2개월간 처리한 짚의 경우 소
화율이 28% 증가함
9.5 Wood Saccharification and Sulphite Pulping
• chemical wood pretreatment : wood saccharifiation과
sulphite pulping를 통해 얻어진 당을 미생물적 또는 효
소적 변환에 사용
• The acid wood saccharification : wood carbohydrates로
부터 monosaccharides 생산
• Glucose : 대부분의 유기물의 보편적인 당으로 효소로 발
효하거나 먹거나 석유를 대체하기 위한 ethanol의 원료
• Glucose를 통한 ethanol 생산은 석유 산업의 발전에 따
라서 양조업에 제한되어 사용
9.5 Wood Saccharification and Sulphite Pulping
• Spent sulphite liquors : lignin sulphonic acids와
hemicelluloses부터 나온 단당으로 구성
• Hexoses : spent softwood 효소를 통해 alcohol로 변환
• Pentoses : hardwood liquors는 사료 또는 효모에 이용
• Paecilomyces variotii(연부후균)을 통해 1980년대 핀란드
에서 동물의 사료로 이용
9.6 Grinding and SteamExplosion
• grinding : 세포벽의 내부표면적 증가를 통해 효소 접근
성을 높임, 입자 크기는 50 µm 이하 효과적
• Steam explosion : lignocellulose를 증기로 채운 이후 폭
쇄하는 방법, 이때 세포벽을 분해하는 산이 방출됨
• steaming-extraction process : 쪼개진 목재는 물이나 알
카리 용액으로 몇분간 처리(185–190 ◦C,1,100–1,200 kPa)
다음 물이나 묽은 수산화나트륨 용액 세척을 통해서 리
그닌과 셀룰로오스 고형물과 액상 헤미셀룰로오스 분리
• 목재 소화성 : 5% wood, 80% steam-treated wood
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
• 펄프와 종이 산업에서 상업적인 이용에 도달
 Xylanases를 이용한 enzyme-aided 표백
 direct delignification with oxidative enzymes
 energy-saving refining with cellulases
 Lipases를 통한 수지 제거
 slime control in the papermachine
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
 removing contaminants in the recycle stream, 탈묵
 Enzymes : pulping시 섬유의 수율 증가
리파이닝 에너지 감소
 Cellulases, hemicellulases, pectinases : 탈리그닌화를
돕고 강도의 감소 없이 표백 효과를 높일 수 있음
 Laccase, protease : 기계적 pulping 에너지 저감
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
 표백과정에서 Lignin과manganese peroxidases는 Kraft
pulp에서 리그닌을 완전히 제거할 수 없음
 xylanases : lignin extraction을 높이고 carbohydrate와
lignin 조합을 바꾸고 xylan을 분해함
 폐지 재활용 : conventional 알카리 탈묵법으로 제거하기
힘든 종이가 많이 있음
 Cellulases : 사무용 폐지의 토너 제거에 효과적
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
• Phanerochaete chrysosporium과 Trametes versicolor
: 염소 표백에서 발생하는 chlorolignins 제거에 활용
• white-rot fungi(P. chrysosporium) : benzo(a)pyrene,
DDT, dioxin 분해에 사용
• 아카시아의 수피 추출물, 옻나무 → tannins 풍부
• Tannins : 가죽의 무두질과 접착제 생산에 이용
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
• 가문비나무와 낙엽송의 추출물 : carbohydrate가 많아
접착제로의 이용이 어려웠음
• Paecilomyces variotii(연부후균)을 통해 carbohydrate 함
량을 낮추어 접착제로 이용 가능
9.7 Recent Biotechnological Processes and Outlook
• 화합물에 있어 석유가 중요한 원재료로 이용
• 석유자원 고갈과 석유 가격 상승으로 lignocelluloses에
대한 연구 계속되고 있음
Ex ) 미래 바이오연료는 화석연료로 대체 예상

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