초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 비식용 그린카본 기반 바이오슈가 대량생산 공정에서 생산되는 공정부산물의 고부가가치화를 위한 고분자 소재 생산기술 개발
○ End Product
- 오탄당 대사형 유전자(HW)
- 오탄당 대사형 재조합 미생물(HW)
- 헤미셀룰로오스 당류 이용 고분자 소재 생산기술(SW)
- 리그닌 단량체화 및 전환기술(SW)
- 리그닌 재조립화 기술(SW)
- 바이오슈가 정보활용 및 국제협력연구(SW)

□ 개발내용 및 결과
세부주관기관[국민대학교

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
○ 비식용 그린카본 기반 바이오슈가 대량생산 공정에서 생산되는 공정부산물의 고부가가치화를 위한 고분자 소재 생산기술 개발
○ End Product
- 오탄당 대사형 유전자(HW)
- 오탄당 대사형 재조합 미생물(HW)
- 헤미셀룰로오스 당류 이용 고분자 소재 생산기술(SW)
- 리그닌 단량체화 및 전환기술(SW)
- 리그닌 재조립화 기술(SW)
- 바이오슈가 정보활용 및 국제협력연구(SW)

□ 개발내용 및 결과
세부주관기관[국민대학교 산학협력단]
1. 오탄당 특이 이송체를 발현한 자일리톨 생산균주 구축
○ Bacillus 유래의 AraE 유전자와 S. stipitis 유래의 xylose reductase를 Saccharomyces 효모에 도입하여 고효율의 자일리톨을 생산 기술 개발
○ 유가식 배양과 유전자 발현조절시스템을 통해 자일리톨 대량 생산 기술을 완비함
2. 사과산 및 젖산 생산 효모 균주의 구축
○ 포도당에서 사과산 생산강화 균주 및 갈락토스 대사강화 균주로부터 고효율 젖산 생산 효모와 유가식 배양시스템을 성공적으로 구축함
3. 자일로스 대사 기반 2,3 부탄디올 생산용 고성능 오탄당 대사 효모 구축
○ 포도당으로부터 2,3-부탄디올 생산 효모균주 구축
○ 고성능 자일로스 대사 효모를 이용하여 자일로스로부터 2,3-부탄디올을 생산하는 효모 균주를 구축
4. 그린카본 유래 헤미셀룰로오소 당류 맞춤형 균주 개발
○ 진화공법을 이용해 그린카본 전처리물 내성 강화 균주 스크리닝
○ 다양한 공정부산물을 대사할 수 있는 효모 균주 구축
○ 그린카본 전처리물을 대사하여 2,3-부탄디올 생산완료

참여기관1[울산과학기술원]
1. Lignin 분해 시 발생되는 저해물 파악
○ 페놀계 –OH를 가지는 화합물의 경우 리그닌 분해 효소를 심각하게 저해함을 발견
○ 분해물이 결과적으로 전체 리그닌 분해 공정의 효율을 감소시킴을 알 수 있음
2. Lignin 분해 시 발생되는 저해 현상에 저항성 보유 효소 개발
○ 전자전달계상에서 페놀계-OH 화합물 (ex. guaiacol)이 효소와 공유결합되어 효소의 활성을 억제하는 것을 발견
○ 이를 바탕으로 효소 돌연변이체를 재제작 완료 (LiPH8 Ala242Asp mutant)
3. 효소를 이용한 리그닌 선택적인 분해
○ 분해 페놀계 화합물의 재중합을 막기 위하여 메틸화 반응 수행
○ 메틸화된 리그닌의 경우 효소에 의하여 분해되어 메틸화된 단량체가 생성되는 것을 확인함. 대표적인 화합물은 메틸화된 syringaldehyde 등임. (이론 분해 효율의 80 % 이상을 달성)
4. 분해산물의 선택적인 재중합 및 술폰산 도입을 통한 유도체화
○ 효소를 이용하여 분해산물을 재중합함. 재중합 효율은 반응용매에 따라 95 % 이상의 수율을 보임
○ 술폰산 등을 도입하여 재중합된 리그닌 유래 페놀계 고분자의 속성경화제 등의 용도로 적용성을 시도함.

참여기관2[경희대학교 산학협력단]
1. EFB 유래 polyol 전환 공정 기술 개발
○ Crude glycerol을 이용하여 리그닌 잔사 액화 공정을 통해 47-52% 리그놀 전환율 확보
○ Glycerol, PEG#300 혼합 용매를 이용하여 55 % 이상의 리그놀 전환율 확보
○ 2 step liquefaction과 Microwave 반응을 활용하여 리그놀의 고효율 제조 기술 개발 및 최적화, 63 %의 리그놀 전환율 확보
2. silvergrass 유래 polyol 전환 공정 기술 개발
○ 리그놀 제조 전환율 70 % 이상 최적화 공정 개발
○ 합성된 리그놀을 기반으로 한 바이오폴리머 합성 및 시제품을 제작, 물성 분석을 통해 상용 폴리우레탄와 유사한 바이오폴리우레탄 제조 가능성 확인

참여기관3[한국생명공학연구원]
○ 바이오슈가 정보활용 및 국제협력 연구
- 산학연을 연결하는 정보교류 네트워크 구축
- 국내외 뉴스, 월간동향지 등 정보콘텐츠 제작 및 보급
- 해외 주요국 관련 보고서 요약 및 배포
- 국내외 친환경 지자체 사업 조사 및 홍보

□ 기술개발 배경
○ 비식용 그린카본을 원료로 사용하는 셀룰로스 유래 바이오슈가 생산공정의 공정부산물로 헤미셀룰로스와 리그닌이 다량 배출됨. 공정부산물의 고부가가치화를 통해서 바이오슈가의 생간단가를 획기적으로 낮출 수 있음
○ 바이오슈가 공정부산물에 가장 많이 함유된 자일로스를 효과적으로 대사하고 이를 이용하여 고부가가치 산물을 생산할 수 있는 미생물 플랫폼의 개발이 필요. 특히 대사공학 및 오믹스 분석, 발효공정최적화 기술을 통해서 공통 활용 기술화필요
○ 현재 리그닌의 부가가치화 없이는 목질계 바이오매스 리파이너리 공정의 경제성 담보가 어려운 실정임. 따라서 리그닌 및 당화 부산물의 이용은 향후 목질계 바이오리파이너리 기술의 경제적 성공을 위하여 핵심이 될 것임
○ 리그놀에 존재하는 phenolic 또는 aliphatic hydroxyl groups은 폴리에스터 또는 폴리우레탄 등의 고분자 합성용 단량체로 활용될 수 있어 용매액화 열전환을 통해 리그놀을 제조기술 개발 중요함
○ 국내 바이오화학산업은 기관별 원료, 공정, 장비, 기술 등 정보 교류 필요. 선진국과 산업화 격차 해소 및 해외바이오매스 활용을 위한 국제협력 체계 구축 필요

□ 핵심개발 기술의 의의
○ 자일로스 및 그리카본 전처리물을 이용하여 고수율의 자일리톨과 2,3-부탄디올을 효율적으로 생산하는 기술을 통해 보다 저렴한 원료로부터 고부가가치의 물질 생산을 가능케 하였음
○ 모델 리그닌 및 이를 이용한 리그닌의 2D NMR 분석은 국내에서 최초로 시행되어 상당한 기술 축적이 가능하였음. 또한 선택적 메틸화를 통하여 리그닌의 수식화 및 효소 이용 분해 이용 최초로 시행되었음
○ 용매액화 열전환을 통해 리그놀을 제조기술은 리그놀에 존재하는 phenolic 또는 aliphatic hydroxyl groups을 이용할 수 있으므로 바이오우레탄 이외에도 폴리에스터 합성에 응용 가능하며, 화학적 수식을 통해 물성을 변화 시킬 수 있으므로 플랫폼적인 특성을 가진 리그닌 마크로 단량체가 될 수 있음
○ 산·학·연을 연결하는 정보교류 네트워크 구축을 통해 기관별로 산재해 있는 기술 및 정보가 교류될 수 있는 환경 조성

□ 적용 분야
바이오플라스틱·바이오용제식품소재화장품소재생리활성소재 등의 제조에 이용가능; 리그닌 분해물의 정밀화학소재 적용 (화장품, 의약품, 생분해성고분자 등); 리그놀을 활용한 바이오플라스틱 제조; 국내외 뉴스, 월간 동향지, 홍보 책자, 해외보고서 등

(출처 : 기술개발사업 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 15
• 제1장 서론 ... 16
• 제1절 과제의 개요 ... 16
• 제2장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 17
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 17
• 제2절 단계 목표 및 평가 방법 ... 20
• 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 21
• 제4절 수행 결과의 보안등급 ... 28
• 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 29
• 제 3 장 결 과 ... 30
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 30
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 30
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 33
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 96
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 98
• 제3절 고용 창출 효과 ... 99
• 제4절 자체보안관리진단표 ... 100
• 끝페이지 ... 101