김치 부산물, 친환경 바이오플라스틱 원료로 탈바꿈

왼쪽부터 양정은 단장(교신저자), 황재성(제1저자), 정채림(제1저자)

김치 제조 과정에서 버려지는 무 부산물이 친환경 바이오플라스틱 원료로 재탄생할 수 있는 길이 열렸다.

세계김치연구소는 김치 제조 과정에서 발생하는 무 껍질 등 부산물을 활용해 생분해성 바이오플라스틱을 생산하고, 폐자원 특성에 맞춰 생산균주를 설계하는 ‘정밀 바이오제조 기술’을 개발했다고 14일 밝혔다.

국내 김치산업에서는 매년 약 13만2000t의 무가 사용되고 있으며, 이 과정에서 식품으로 활용되지 못하는 부산물은 약 1만7000t에 이르는 것으로 추산된다. 이 가운데 상당량은 폐기물로 처리돼 비용 부담과 환경 문제를 유발하고 있다.

이에 세계김치연구소 순환유통기술연구단 양정은 단장 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.

연구팀은 여기에 유전자 분석 기술을 접목했다. RNA 시퀀싱(RNA-seq)을 통해 확보한 유전자 발현 정보와 게놈 규모 대사모델(GEM)을 결합해 바이오플라스틱 생산을 높이는 핵심 대사 경로와 유전자를 찾아냈다.

이를 바탕으로 새롭게 설계한 생산균주는 기존 균주보다 바이오플라스틱 축적 능력이 약 78% 향상됐다. 세균 무게의 약 72%가 P(3HB)로 채워질 정도로 높은 생산성을 나타냈으며, 5ℓ 규모 발효조 실험에서도 배양액 1ℓ당 최대 5.75g의 P(3HB)를 생산해 산업 적용 가능성을 확인했다.

이번 연구는 단순히 농식품 부산물을 재활용하는 수준을 넘어, 폐자원의 성분과 특성을 데이터로 분석한 뒤 이에 최적화된 생산균주를 설계하는 새로운 바이오제조 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

연구팀은 앞으로 배추 등 다른 김치 원재료 부산물과 다양한 농식품 폐기물에도 해당 기술을 적용해 고부가가치 소재 생산으로 확대할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

양정은 단장은 “폐자원의 특성에 따라 생산균주를 맞춤형으로 설계할 수 있는 기반 기술을 확보했다”며 “농식품 부산물의 활용 범위를 넓히고 산업 현장에서 적용 가능한 친환경 바이오소재 생산기술로 발전시켜 순환경제 활성화에 기여하겠다”고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 환경·바이오자원 분야 국제학술지인 ‘Bioresource Technology’에 게재됐다.