농진청, 보릿짚 활용한 바이오 화학제품 기초원료 생산길 개척

보릿짚 섬유소로 고농도 발효당 생산
생분해성 고분자 소재 원료 시장 노려
"농업 부산물의 업사이클 첫 걸음될 것"

전북 전주에 위치한 농촌진흥청 전경. /농촌진흥청

농촌진흥청은 농업 부산물의 산업적 자원화를 높이기 위해 보릿짚 섬유소를 활용한 미생물 영양원 제조기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

이날 농진청에 따르면 농업 부산물에 포함된 섬유소를 생물화학적으로 전환하면 미생물이 영양원으로 활용할 수 있는 포도당과 같은 단당류를 만들 수 있다.

형성된 단당류를 영양원 배지로 만들어 미생물을 배양하면 바이오 화학제품의 기초원료물질을 생산할 수 있다.

농진청 관계자는 "탄소중립과 맞물려 석유화학제품을 대체할 수 있는 친환경 바이오화학 소재 개발이 주목받고 있다"며 "생분해성 플라스틱과 같은 환경친화적 바이오 화학제품은 대부분 미생물이 발효하면서 만들어진 유기산 물질을 합성해 만드는데 이를 위해서는 미생물의 먹이가 되는 영양원이 필요하다"고 설명했다.

농진청 바이오에너지작물연구소는 섬유질계 농업 부산물인 보릿짚에서 고농도 발효 당을 1ℓ당 150g 이상 생산하고 당 전환율을 90% 이상 달성해 미생물 배지로서의 활용 가능성을 확인했다.

연구진은 당 전환율을 높이기 위해 보릿짚을 0.3㎜ 이하로 분쇄하고 유기용매 추출법으로 리그닌을 제거해 셀룰로오스 함량을 증진시켰다. 이후 셀룰로오스를 효소당화 과정을 통해 단당류로 분해해 당 전환율을 높였다.

이 과정을 통해 제조한 보릿짚 유래 발효당을 이용해 미생물을 발효한 결과 1ℓ당 발효당은 60g, 숙신산은 47g 생산됐다. 이미 판매되고 있는 시약 배지를 이용한 발효 수율과 동등한 수준이다.

현재 미국이나 유럽 등 선진국은 대부분 옥수수 전분당을 유기산 발효 영양원으로 사용하고 있다.

이번 연구 결과를 토대로 향후 유기산 발효에 필요한 영양원을 보릿짚, 밀짚, 옥수숫대와 같은 섬유질계 농업 부산물로 대체하면 바이오 화학제품 생산에 필요한 기초원료물질 확보가 쉬워지고 농업 부산물 활용성도 높아질 전망이다.

농진청은 이번 연구 결과를 국내 학술지에 게재했다. 앞으로 농업 부산물을 활용해 숙신산을 대량 생산하기 위한 경제성을 분석하고 이를 통해 생분해성 고분자 소재의 원료 시장을 선점할 계획이다.

한선경 농진청 바이오에너지작물연구소장은 "보릿짚, 밀짚과 같은 섬유질 성분이 50% 이상 함유된 농업 부산물은 산업적 자원으로서 활용 가능성이 충분하다"며 "이번 연구가 농업 부산물을 바이오화학 기초원료물질 생산에 귀중한 자원으로 '새활용'하는 첫걸음이 되길 바란다"고 말했다.