류코쿠대학과 쿄도대학 연구팀은 JST전략적 창조연구추진사업에서 신규 효모주를 도출하여 식품폐기물 등에 다량으로 포함된 전분으로부터 다당 분해효소 등을 사용하지 않는 일련의 프로세스에 의해 바이오에탄올을 생산할 수 있다는 가능성을 밝혀내었다.
본 연구는 우선 전분을 단일 탄소원으로 한 한천배지를 이용하여 전분으로 생육할 수 있는 효모균주의 선택을 수행하였다. 그 결과, 자연계로부터 분리한 530주의 효모 중 79%에 해당하는 419주에 생육이 관찰되었다. 다음으로 10%의 전분을 포함한 액체배지에서 정치배양을 수행하여 생산된 에탄올 양을 측정하였다.
419주 중 3주가 6g/L의 에탄올을 생산하였으며, 특히 JCM18690주는 9.78g/L라는 높은 값을 달성하였다. 남은 2주는 게놈 DNA를 추출하여 염기배열을 결정함으로써 동정을 실시하여 각각 Candidasubhashii, Scheffersomyces 속이라는 것을 알았다.
Scheffersomycesshehatae NBRC1983주를 이용하여 이 3주에 대해 10%의 전분을 포함한 액체배지에서 생산된 에탄올 양, 아밀라아제활성의 경시변화 측정을 실시하였다. 10일간 관측한 결과, JCM18690 주는 에탄올 양이 7일째에 약 8g/L였으며, 다른 균주보다 높은 에탄올 생산능력이 있다는 것을 알았다. α-아밀라아제 활성에 차이가 나타나지 않았지만, 글루코아밀라아제 활성은 JCM18690주는 다른 주보다 약 1.6배 높고, 이것이 높은 에탄올 생산능력에 이어지는 주요 이유라고 생각되었다.
이외에도 JCM18690주는 글루코오스로부터 에탄올 생산능력도 높고, 에탄올 내성도 가지고 있다는 것을 알았다.
- 높은 글루코아밀라아제 활성
- 높은 발효능력
- 높은 에탄올 내성 등 세 가지 특성을 가졌기 때문에 JCM18690주는 전분으로부터의 바이오에탄올 생산에 유망한 균주라고 생각된다.
이번 결과는 저비용, 바이오에탄올의 실용화를 위한 중요한 성과이다. JCM18690주를 이용함으로써 종래 효소의 첨가가 필요한 프로세스 및 유전자 재조합주를 이용한 프로세스와 비교하여 효소 비용 저감뿐만 아니라 생산 프로세스의 간이화도 기대된다. 그리고 JCM18690주는 자일로스로부터의 높은 발효능력 및 고온 내성이 있다는 것을 이미 알고 있다. 전분뿐만 아니라 다양한 미이용 바이오매스로부터의 바이오에탄올 생산에 기여할 것으로 기대된다.
본 주(株)의 게놈 시퀀스도 추진되고 있어 유전자원으로서의 활용도 고려하고 있다. 이것은 바이오연료 생산을 통해 화석연료를 대체하여 온실가스 배출의 제어를 기대할 수 있다. 식품 폐기물 등에 포함된 전분질 바이오매스를 이용할 수 있다면 환경부하의 경감에 기여하고 순환형사회의 실현에 크게 기여할 수 있다. 앞으로는 보다 실용적인 프로세스로 하기 위해 배양일수의 단축화를 도모하고 있으며 불용성 전분 및 실제 식품폐기물을 원료로 한 연구를 추진할 예정이다.
(그림) 에탄올 내성시험
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-04-08
