과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 세계김치연구소(소장 장해춘)는 김치 제조 과정에서 버려지는 무 껍질 등 부산물을 생분해성 바이오플라스틱으로 활용하고 이러한 폐자원에 적합한 생산균주를 데이터로 설계하는 '정밀 바이오제조 기술'을 개발했다고 14일 밝혔다.
국내 김치산업에서는 매년 약 13만2000톤의 무가 사용되며, 이 과정에서 식품으로 활용되지 않는 부산물이 약 1만 7천 톤이 발생하는 것으로 추정된다. 이 가운데 약 94%가 폐기물 처리업체에 위탁되거나 음식물류 폐기물로 배출돼 처리 비용이 발생하고 환경 부담도 커지고 있다.
이에 양정은 세계김치연구소 순환유통기술연구단장 연구팀은 무 부산물을 효소로 분해해 만든 당화액(미생물이 이용할 수 있는 당이 풍부한 액체)을 대장균의 배양 원료로 활용해 자연에서 미생물에 의해 분해되는 친환경 플라스틱인 '폴리하이드록시부티레이트(P(3HB))'를 생산했다.
그 결과, 무 부산물 당화액은 일반적으로 사용되는 정제 포도당 배지보다 P(3HB) 축적에 더 유리한 특성을 보여, 폐자원이 친환경 바이오플라스틱 생산을 위한 유망한 탄소원으로 활용될 가능성을 확인했다.
이어 연구팀은 RNA 시퀸싱(RNA-seq)으로 확보한 유전자 발현 정보와 게놈 규모 대사모델(GEM·세포 내 물질대사를 컴퓨터로 예측하는 모델)을 통합 분석해 바이오플라스틱 생산을 촉진하는 핵심 대사 경로와 유전자들을 도출했다.
새롭게 설계한 생산균주는 기존 균주보다 바이오플라스틱 축적 능력이 약 78% 증가했으며, 세균 무게의 약 72%가 P(3HB)로 채워질 만큼 높은 생산성을 보였다. 5리터 발효조 규모의 실험에서도 배양액 1리터당 최대 5.75g의 P(3HB)를 생산해 공정 확대 가능성을 확인했다.
이번 연구는 단순히 폐자원을 바이오플라스틱 원료로 활용하는 데 그치지 않고, 폐자원의 특성을 데이터로 분석해 이에 가장 적합한 생산균주를 설계하는 새로운 바이오제조 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 배추를 비롯한 다양한 김치 원재료와 농식품 부산물에도 같은 기술을 적용할 수 있어, 폐자원의 고부가가치 자원화와 순환경제 실현에 기여할 것으로 예상된다.
양정은 단장은 “이번 기술은 폐자원에 따라 생산균주를 맞춤형으로 설계할 수 있는 기반 기술로, 농식품 부산물의 활용 범위를 크게 넓힐 수 있을 것으로 기대한다”며 “앞으로 산업 현장에서 활용 가능한 친환경 바이오소재 생산기술로 고도화해 순환경제 활성화에 기여하겠다”고 말했다.
이번 연구성과는 환경·바이오자원 분야 국제학술지인 '바이오리소스 테크놀로지'에 게재됐다.
전남광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
