Cupriavidus necator 균주로 농업부산물인 볏짚 내 단당류 및 Levulinic acid의 PHA로의 전환을 통한 

생체적합성 의료용 플라스틱의 생산

연구배경 | 현재 석유계 난분해성 플라스틱 이용 증가에 따른 폐플라스틱 처분 문제 및 플라스틱 생산에 따른 환경 오염문제 발생으로 석유계 플라스틱을 대체하려는 움직임이 이루어지고 있다. 따라서 이를 해결하기 위해 생분해성 바이오플라스틱에 대한 연구가 진행되고 있다. 현재 연구가 진행되고 있는 생분해성 바이오플라스틱 원료물질 중 PHA (polyhydroxyalkanoates)는 미생물 체내 에너지 저장물질로서 영양 불균형 상태(질소, 인 결핍)에서 탄소원이 과다 주입되는 경우 생성되는 물질로서 미생물로부터 생성된 물질이라는 특징으로 해 생분해성, 생체 적합성이 뛰어나 의료용 소재로 이용될 수 있는 바이오플라스틱의 원료물질이다.

하지만 현재 PHA 생산은 PHA의 생분해성, 생체적합성의 장점에도 불구하고 생산 원가가 고가이기 때문에 대량생산에 어려움이 있다. PHA 생산시 원료물질의 비용이 전체 공정의 50%임을 감안할 때 최근에 유기성폐자원(농업부산물, 하수슬러지 등)을 이용한 PHA 생산이 활발해지고 있다.

농업부산물은 식물체 내에 헤미셀룰로오스와 셀룰로오스가 풍부하여 PHA 생산에 필요한 탄소원을 함유하고 있어 새로운 자원으로 각광을 받고 있으며 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스 내의 탄소원 추출을 통해 PHA 생산을 함으로서 생산 원가를 줄일 수 있다. 또한 추출된 단당류 중 육탄당(예 : 글루코스)의 경우 추가처리시 levulinic acid로 분해가 되는데 이는 plasticizer의 역할을 하여 생산된 PHA의 가공성을 향상시켜 의료용 플라스틱의 용도를 다양화 할 수 있다.

연구목적 | 본 연구의 목적은 PHA 생산시 원가절감을 위해 농업부산물인 볏짚의 전처리를 통해 생산된 유기탄소원을 통해 미생물에 주입하여 미생물 내 체내 PHA를 축적하며 볏짚의 전처리 후 단단당류와 동시에 생산된 levulinic acid를 통해 가소성 향상을 통해 생산된 PHA의 물성 개선을 하고자 하는 것이다.

연구내용 | 

PHA는 일반적으로 탄소원 과잉 상태에서 질소의 결핍상태에서 생산된다. 따라서 볏짚 전처리 후 액상 당화액의 질소원 조절을 통해 PHA 생산량을 확인 후 볏짚의 액상 당화액을 이용하여 PHA 생산시 생산이 가장 많이 되는 C/N 비 조건을 확보한다.

액상 당화액을 이용하여 PHA 생산 시 액상 당화액을 초기에 미생물에 한번에 주입하거나 분할 주입을 할 경우 PHA 생산량 및 조성의 변화를 확인한다. 액상 당화액을 한번에 주입하는 경우 일부 단당류의 기질 사용에 따른 이용되지 않는 단당류가 축적되는 현상 발생으로 PHA 생산에 영향을 줄 수 있다는 연구 결과가 존재한다. 따라서 이러한 현상이 PHA 생산에 어떻게 영향을 미치는지 확인 하고 PHA의 생산량과 조성의 최적화를 위한 분할 주입 조건을 도출하도록 한다.