일본 월계관 종합 연구소는 왕겨나 볏짚, 폐목재 등 비식용 식물을 원료로 하는 바이오 에탄올을 생산하기 위한 기초 기술의 개발을 진행하고 있다.

그 중에서 청주 양조에 이용하는 미생물 중 하나인 누룩곰팡이를 고체 배양해 원료인 식물 셀룰로오스를 분해하는 효소를 대량생산하는 기술을 개발했다. 이 기술은 주조에 대하고, 누룩곰팡이가 고체인 찐쌀에 번식하면서, 전문의 분해(액상화·당화)를 담당하는 효소를 생산하는 것에서 아이디어를 얻어 진행하고 있다.

이번 연구는 NEDO(일본 독립행정법인 신에너지 산업기술 종합개발기구)에 의한 “바이오매스 에너지 고효율 전환 기술개발”의 일환으로 코베대학과 오사카 대학의 연자 등과 함께 2005년부터 진행해 왔다. 그 연구 성과를 8월 28일, 사단법인 일본 생물공학회 2008년도 대회(회장：토호쿠 학원대학)에서 발표한다.

식물의 주요한 구성 성분인 셀룰로오스는 글루코오스가 체인상으로 늘어선 구조를 하고 있는데, 이 셀룰로오스를 글루코오스까지 분해해 효모로 발효를 실시하게 되는 것으로 바이오에탄올을 생산할 수 있다.

셀룰로오스는 화학적으로 안정적이어서 매우 강한 구조를 가지고 있는데, 이 구조를 글루코오스까지 분해되기 쉬운 약한 상태로 만들기 위해서 현재는 황산 등의 화학 약품이나 고온 고압수에 의한 전처리가 필요하다.

그러나, 이러한 방법으로는 원료에 대량의 물을 더해 액상화 시킨 후, 발효·증류해야 하기 때문에 생산 시스템의 에너지 절약이나 장치의 소형화에 장해가 되고 있다. 거기서 이번 개발에 착수한 시스템은 식물 원료를 고체 상태인 채로 분해하고 발효를 실시해 에탄올을 상온 상압에서 회수하는 것으로 사용하는 물의 양을 줄일 수 있고, 증류 에너지의 삭감을 전망할 수 있다.

이번 연구에서는 그 첫번째 단계인 고체상태의 식물 원료 분해를 보다 높은 효율로 실시하기 위해 누룩곰팡이를 고체 배양해 셀룰로오스 분해 효소를 대량생산시키는 기술을 개발했다.

구체적으로는 분해 효소의 강력한 발현을 담당하는 새로운 프로모터를 염색체상에서 찾아낸 것에 기능을 부여한 것으로 “수퍼 누룩곰팡이”라 부르고 있다.

“슈퍼 누룩곰팡이”의 고체 배양으로 분해 효소를 강력하게 생산시킴으로써 식물 셀룰로오스를 효모가 알코올 발효할 수 있는 글루코오스로까지 분해해 식물 원료의 전처리를 대체하는 것이 가능하다.

게다가 식물 셀룰로오스를 글루코오스까지 분해하지 않아도, “슈퍼 누룩곰팡이”가 대략적으로 분해한 셀룰로오스에 동사에서 개발한 “수퍼 효모”를 작용시키면 직접 에탄올을 생산하는 것도 가능해진다. 향후, 이번 기술을 실용적으로 이용할 수 있도록 강력한 셀룰로오스 분해 효소를 대량으로 생산하는 “수퍼 누룩곰팡이”의 개발을 추가로 진행해 “수퍼 효모”와 함께 전공정을 미생물이 담당하는 생산 시스템의 구축을 검토해 나간다.

일본의 술 제조 중에서 축적되온 발효 기술, 미생물이나 효소의 이용기술을 바이오에탄올의 생산에 활용하는 것이 지구 환경 문제 해결의 도움이 될 것으로 기대하면서 연구?개발을 진행시켜 나간다.

홍순우 기자/ kip@packnet.co.kr