초록 ▼

□ 연구개요
▹미생물이 생합성하는 생체적합성 및 생분해성을 지닌 poly(3-hydroxyalkanoates) (PHAs)는 합성 플라스틱에 비해 높은 생산단가(탄소원 비용)로 인해 산업적 활용에 제한받고 있음
▹Lignocellulosic biomass인 커피 찌꺼기(spent coffee grounds, SCG), 왕겨(rice husk, RH) 및 쌀겨(rice bran, RB)등을 값싼 탄소원으로 이용하여, 고부가가치를 지닌 미생물 생합성 biopolymer인 PHAs 생산을 최적화하는 것으로 다음의 연구를 포함함

□ 연구개요
▹미생물이 생합성하는 생체적합성 및 생분해성을 지닌 poly(3-hydroxyalkanoates) (PHAs)는 합성 플라스틱에 비해 높은 생산단가(탄소원 비용)로 인해 산업적 활용에 제한받고 있음
▹Lignocellulosic biomass인 커피 찌꺼기(spent coffee grounds, SCG), 왕겨(rice husk, RH) 및 쌀겨(rice bran, RB)등을 값싼 탄소원으로 이용하여, 고부가가치를 지닌 미생물 생합성 biopolymer인 PHAs 생산을 최적화하는 것으로 다음의 연구를 포함함
- SCG, RH 및 RB를 탄소원으로 사용하기 위한 방법 수립 및 각 방법으로 제조된 SCG oil extract(extracted oil from SCG, EOC) 및 SCG, RH, RB의 hydrolysate의 조성 분석
- 이들을 탄소원으로 이용하여 PHAs 생합성하는 토양 균주 분리
- 플라스크를 이용한 분리균주의 최적 배양 및 PHAs 생합성 조건 수립
- Batch 및 fed-batch fermentation을 이용한 최적 PHAs 생합성 조건 수립 및 PHAs의 물성 분석

□ 연구 목표대비 연구결과
▹유기용매인 hexane을 이용한 EOC 제조법을 확립하고 이를 단일 탄소원으로 이용하여 PHAs를 생합성하는 Pseudomonas sp. HY61 균주를 토양에서 성공적으로 분리함. Flask와 fermentor를 이용하여 최적생장조건을 확립하였으며, 생합성된 이중결합이 22% 포함된 고분자량의 medium chain liength PHAs (MCL-PHAs)의 물성을 평가함
▹SCG를 가수분해 하기 위해 H₂SO₄를 이용하여 SCG hydrolysate (SCGH) 제조법을 확립하고 이를 단일탄소원으로 이용하여 PHAs를 생합성하는 Burkholderia sp. CSH-1균주를 성공적으로 분리함. Flask와 fermentor를 이용하여 최적생장조건을 확립하였으며, 생합성된 고분자량의 polyhydroxybutyrate (PHB)의 물성을 평가함
▹RH를 가수분해 하기 위해 H₂SO₄를 이용하여 RH hydrolysate (RHH) 제조법을 확립하고 이를 단일탄소원으로 이용하여 PHAs를 생합성하는 Bacillus sp. JY310균주를 성공적으로 분리함. Flask와 fermentor를 이용하여 최적생장조건을 확립하였으며 이 경우 생합성된 PHB는 xylose-rich RHH를 단일 탄소원으로 이용하여 저분자량을 지닌 PHB임을 확인함
▹RB를 가수분해 하기 위해 H₂SO₄를 이용하여 RB hydrolysate (RBH) 제조법을 확립하고 이를 단일탄소원으로 이용하여 PHAs를 생합성하는 Bacillus sp. CW-1균주를 성공적으로 분리함. Bacillus sp. CW-1는 RBH를 탄소원 뿐만 아니라 탄소원 및 배양배지로 사용하여 생장 및 PHB 축적이 가능함을 확인함. 따라서 RBH를 탄소원 및 배양배지로 사용하여 flask 및 fermentor를 이용하여 최적생장조건을 확립하였으며 생합성된 PHB의 물성을 평가함

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
▹2019년 코로나 팬터믹 이후 일회용 플라스틱 사용이 급증하면서 난분해성 플라스틱으로 인한 지구적 환경문제가 심각함. 따라서 매년 480만~1270만톤의 플라스틱 폐기물이 바다로 유입되고 있으며, 이를 방치할 경우 2040년까지 13억톤을 초과할 것으로 예상됨. 따라서 석유기반 플라스틱의 대체재에 대한 수요가 급증하고 있음.
▹폐기 처리되는 lignocellulosic biomass를 단일 탄소원 또는 탄소원 및 배양배지로 사용하여 고부가가치를 지닌 PHA 생합성 연구는 미미한 단계임
▹본 연구에서는 SCG를 이용한 oil 추출 및 가수분해 방법, lignocellulosic biomass의 양, H₂SO₄의 농도, 가수분해시간에 따른 최적 가수분해 조건을 확립함으로써 lignocellulosic biomass의 upcycling 을 위한 기본 조건을 수립함. 따라서 본 연구 결과를 바탕으로 MCL-PHAs 및 PHB의 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 PHA 대량생산공정 연구로 확장시킬 수 있음.
▹EOC를 탄소원으로 하여 생합성된 이중결합을 20% 이상 포함하고 있는 mcl-PHAs는 추후 가교 등의 방법을 통해 다양한 친수성 및 물성을 지닌 고분자 제조에 이용될 수 있음. 또한 열안정성이 뛰어나거나 저분자량의 다양한 특징을 갖는 PHB를 버려지는 탄소원을 이용하여 생합성 함으로써 의료용 소재를 비롯한 다양한 분야에서 사용되고 있는 석유기반 플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 사료됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구내용 ... 4
• 1.2 연구의 필요성 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 21