요리가 인간이 음식을 소화하기 쉽게 만들어 주는 것처럼 폴리카보네이트 플라스틱(polycarbonate plastic)을 전처리하면 폐기물을 친환경적으로 분해될 것으로 보인다.

폴리카보네이트는 비스페놀 A(bisphenol A)를 함유하고 있으며, 큰 환경 우려를 낳고 있는 물질이다. 최근 이와 관련된 연구결과가 미국화학학회 월간지인 “Biomacromolecules”에 발표되었다.

곰팡이가 비스페놀 A 포함 폴리카보네이트 플라스틱을 친환경적으로 분해

인도 마드라스기술연구원(Indian Institute of Technology Madras) 생명공학부(Department of Biotechnology)의 Mukesh Doble와 Trishul Artham 등으로 구성된 연구진은 제조업자들이 연간 약 270만 톤에 달하는 BPA를 함유한 폴리카보네이트를 제조하고 있다고 지적하였다.

폴리카보네이트는 매우 분해하기 어려운 플라스틱으로, 유아용 젖병에서부터 식품용 종이 상자에 이르기까지 다양한 일상 제품에 적용되고 있다.

몇몇 연구들은 BPA는 건강에 유해할 수도 있으며, 따라서 BPA가 방출되지 않고 폐플라스틱을 분해할 수 있는 환경적으로 안전한 분해방법을 찾는 것이 매우 중요하다고 한다.

연구진은 폴리카보네이트를 자외선(ultraviolet light)과 열(heat)을 이용하여 전처리한 후에 분해가 어려운 오염물질의 환경 복원(environmental remediation)을 도모했다.

먼저, 연구진은 토양과 상업적으로 이용되고 있는 백색부후균(white-rot fungus, Phanerochaete chrysosporium NCIM 1170)에서 분리한 곰팡이 가계에 대하여 플라스틱의 생물 분해(biodegradation)를 실험했다.

실험은 PC(bisphenol A polycarbonate)에 전처리를 하지 않은 대조군과 자외선과 열을 이용하여 처리한 제어군으로 나누어 실험하였다.

이를 통해 연구진은 18S rDNA 분석(18S rDNA analysis)을 이용하여 SF1(Engyodontium album MTP091)과 SF3(Pencillium spp. MTP093) 등 두 개의 곰팡이 가계가 PC를 분해시킬 수 있음을 확인했다. 언급한 두 가계 외에 SF2(Phanerochaete chrysosporium NCIM 1170)의 PC의 생물 분해도 조사됐다.

효소의 폴리카보네이트 분해 기작

전처리한 시료에서 바이오매스, 전체 단백질 함량 및 전체 카보네이트 함량 등이 더 높을수록 대조군에 비해 콜로니제이션(colonization)이 쉽게 이루어지는 것으로 나타났다.

SF2 가계에서는 약 5.4%의 물리적인 중량 감소가 관찰됐으며, 12개월 후 망간은 약 40% 감소된 반면, 표면 에너지, 산소 함량 및 메틸 지수(methyl index) 등의 증가는 폴리카보네이트의 산화 정도를 나타냈다.

연구진은 곰팡이가 전처리한 플라스틱 위에서 더 잘 성장하는 것으로 확인했으며, 플라스틱에 함유되어 있는 BPA와 다른 첨가물이 플라스틱을 분해하는 에너지원으로 사용된다는 사실을 확인했다.

실험 경과 12개월 후 전처리한 플라스틱의 분해는 상당히 이루어져 있는 반면, 전처리를 거치지 않은 플라스틱은 분해가 거의 이루어지지 않았다.

또 생물 분해가 상당히 이루어져 있는 전처리를 거친 플라스틱은 BPA 역시 거의 방출하지 않았다.

SF1 가계에 노출된 폴리카보네이트의 열분석은 약 15 °C의 유리전이온도(glass transition temperature) 소실을 보여 주었다. 이러한 결과는 몰 질량(molar mass)의 감소와 체인 말단(chain end) 수의 증가로 해석되며, 자유부피(free volume)의 증가로 이어진다.

단량체 PC에서 비스페놀 A는 검출되지 않았다. 분해되는 양에서의 차이는 광화학적 처리가 생물 분해를 강화시키는 전처리의 차이로 결정된다. 생물 분해의 강화는 전처리만으로 일반화할 수 없으며, 가계에 따라 다른 특성을 나타냈다.

이 연구는 PC 생물 분해에 대한 세부적인 메커니즘과 관련된 지식을 제공하였으며, 다른 환경 조건 하에서 효소와 관련된 연구를 통해 PC와 같은 고분자의 분해 메커니즘을 규명할 필요가 있다.

조나리 기자/olivelina@paran.com