초록 ▼

□ 연구개요
전 세계는 화석자원의 고갈로 미래의 새로운 자원을 확보하는데 집중하고 있다. 특히 식량자원 기반이 아닌 2세대 바이오슈거의 새로운 가능성에 관심을 두고 있다. 바이오슈거는 화학소재, 연료, 식품 등을 생산하는 화석자원을 지속적으로 대체할 수 있는 미래 자원이다. 바이오매스의 고부가가치화를 위해서는 polysaccharide의 생물적 전환 공정기술이 필수적이다. 따라서 본 연구는 복합 바이오매스(목재, 농부산물)로부터 고부가가치 산물을 개발하는 것을 목표로 단계적으로 바이오촉매를 이용한 셀룰로오직 바이오 슈거를 생산

□ 연구개요
전 세계는 화석자원의 고갈로 미래의 새로운 자원을 확보하는데 집중하고 있다. 특히 식량자원 기반이 아닌 2세대 바이오슈거의 새로운 가능성에 관심을 두고 있다. 바이오슈거는 화학소재, 연료, 식품 등을 생산하는 화석자원을 지속적으로 대체할 수 있는 미래 자원이다. 바이오매스의 고부가가치화를 위해서는 polysaccharide의 생물적 전환 공정기술이 필수적이다. 따라서 본 연구는 복합 바이오매스(목재, 농부산물)로부터 고부가가치 산물을 개발하는 것을 목표로 단계적으로 바이오촉매를 이용한 셀룰로오직 바이오 슈거를 생산하고 이렇게 생산된 슈거로부터 기능성당을 생산하기 위한 공정을 개발하고자 하였다. 최종 목표는 복합 바이오매스로부터 바이오슈거 생산과 부가가치 기능성당 D-psicose와 L-ribose 생산 기술 개발과 생물학적 전환 바이오 촉매 개발이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
▣ 바이오매스 기반 셀룰로오직 슈거 생산
: 5종류 이상의 십자화과에 속하는 농업폐기물 또는 돼지감자 복합바이오매스들을 대상으로 효소적 가수분해를 수행하였을 때 83%이상의 수율로서 셀룰로오직 바이오슈거를 생산하였다.
▣ 셀룰로오직 슈거로부터 D-psicose와 L-ribose 생산 및 정제
: 돼지감자와 양배추 폐기물로부터 생산된 셀룰오직 바이오슈거 D-fructose로부터 psicose epimerase 효소를 사용하여 D-psicose를 각각 생산 정제하였으며 이때 borate를 이용하여 전환수율을 40%정도까지 증진시켰다. 또한 양파 폐기물로부터 가수분해 후 생산된 셀룰로오직 바이오슈거의 구성단당류인 L-arabinose로부터 L-arabinose isomerase 효소와 D-xylose isomerase를 이용하여 L-ribulose와 L-ribose를 생산하였다.
▣ 가수분해 바이오촉매와 전환 바이오촉매 개발
: 상업효소인 RUT30에 pectinase와 xylanase 바이오촉매를 조합하여 상업용 보다 가수분해율이 30% 뛰어난 바이오 촉매 조합을 개발하였으며 더 나아가 in house enzyme 효소생산기술에 새롭게 개발된 pectinase와 extracellular 바이오촉매를 함께 처리하여 높은 상승효과를 나타내었다. 또한, 전환 바이오촉매로서 D-psicose 3 epimerase, L-arabinose isomerase 그리고 xylose isomerase를 개발하여 바이오슈거 희소당 전환 연구에 적용하였다.
▣ 바이오매스별 가수분해조건 탐색
: 바이오매스별 화학 조성의 차이에 따라 나타나는 구조적 특징을 극복할 수 있는 복합 바이오매스 기질들의 처리에 적합한 hydrogen peroxide-acetic acid 전처리 기술을 개발하였다. 이 전처리 기술은 초본류 바이오매스와 칩엽수와 활엽수를 포함한 목본류 바이오매스에 적용하여 92-97% 이상의 리그닌이 제거되는 전처리 효과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 downstream에서도 90% 이상의 당화율과 함께 74% 이상의 셀룰로오스 당이 회수되는 결과를 보여주었다.

□ 연구개발결과의 중요성
- 바이오매스 가수분해 및 기능성당 전환 바이오촉매 선발 및 생산 연구 결과는 기초연구로서 학문적 가치뿐만 아니라 전 세계적으로 팽창하고 있는 바이오 시장이나, 생물 효소 산업의 실용화를 위한 원천기술로서 이용될 수 있다.
- 지구상의 다양한 바이오매스 자원이 존재함에도 불구하고, 현재 고부가가치 산물로 이용할 수 있는 바이오매스의 종류는 한정되어 있는 실정이다. 그러나 본 연구를 통해 고효율의 리그노셀룰로오스 가수분해 최적 효소복합체를 대량 생산할 경우, 다양한 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 기능성 당을 대량 생산할 수 있고, 이를 활용한 바이오에너지 생산이나 고부가가치 산물의 산업화가 가능하다.
- 바이오매스를 활용한 바이오리파이너리 산업으로 인한 농촌경제 활성화되고 국가적 차원에서도 도·농 격차해소를 통한 균형성장 기대된다.
- 바이오매스 분해 효소의 활성을 높이는 상승효과와 전환 바이오촉매의 미생물을 통한 대량 생산 공정이 완성되면 바이오촉매를 이용하는 관련 산업(농축산관련 산업, 식품산업, 섬유산업, 생물에너지산업, 생물성 공업제품의 생산 등)에 폭넓게 활용 가능하다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• (1) 복합 바이오매스 처리를 위한 HPAC 전처리법 개발 ... 4
• (2) 바이오매스로부터 HPAC 전처리 후 바이오슈거 생산 ... 9
• (3) 가수분해 바이오촉매와 전환 바이오촉매 개발 ... 10
• (4) 셀룰로오직 바이오슈거로부터 D-psicose, L-Ribulose 와 L-ribose 생산 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 35