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요거트로 연료를 만들 수 있다면?

2018년 9월 9일 업데이트됨

그릭 요거트는 그리스 전통 요거트입니다. 일반 요거트와 달리 약간은 치즈 같은 식감에, 흐르지 않고 점성이 높습니다. 유산균과 칼슘, 단백질, 미네랄 등이 모두 풍부하게 들어 있어 건강에 좋다고 알려져 있는데요. 그런데 이 그릭 요거트가 바이오 연료로도 사용될 수 있다는 흥미로운 연구 결과가 나왔습니다.



연구는 미국 코넬 대학(Cornell University)과 독일 튀빙겐 대학(University of Tubingen) 연구진에 의해 공동 진행되었고, 지난해 12월 과학 저널 셀(Cell Press)의 학술지 ‘줄(Joule)’에 실렸습니다. 논문 제목은 “젖산을 통한 산성 유청 폐기물의 중쇄 카르복실산으로의 온도-단계적 전환: 외부 전자 기증자 없음(Temperature-Phased Conversion of Acid Whey Waste Into Medium-Chain Carboxylic Acids via Lactic Acid: No External e-Donor)”였네요. ‘그릭 요거트를 만드는 과정에서 먹을 수 없는 찌꺼기인 산성 유청이 생기는데, 이 찌꺼기를 박테리아와 섞어 열을 가하면 비행기 연료로 사용할 수 있다’ 는 게 주된 내용입니다.


우선 ‘산성 유청(Acid Whey)’이 무엇인지부터 알고 넘어가 볼까요? ‘유청(Whey)’이란 우유에서 단백질을 거르고 남은 부산물을 뜻합니다. 보통 치즈나 카세인 제조 과정에서 우유가 엉겨 응고된 후 부산물로 생성됩니다. 생성 과정에 따라 두 가지 종류로 나눌 수 있는데, 감성 유청(Sweet whey)은 체더 치즈나 스위스 치즈처럼 단단한 치즈의 제조 과정에서 레닛(Rennet)을 가하여 생성되며 산성 유청은 코티지 치즈 등의 부드러운 치즈를 만드는 과정에서 산을 가하여 생성됩니다. 레닛은 반추동물의 위에 있는 우유 응고 효소 복합체를 말합니다.


산성 유청은 젖당(Lactose)과 과당(Fructose), 그리고 발효 산물인 젖산(Lactic acid)으로 이루어져 있습니다. 연구진은 “온도-단계적 무산소 생물 공정(Temperature-phased anaerobic bioprocess)”을 통해 산성 유청으로부터 카프로산(Caproic acid, n-hexanoic acid)과 카프릴산(Caprylic acid, n-ocatnoic acid)을 얻어냈습니다. 이들은 중쇄 카르복실산(MCCAs, medium–chain carboxylic acids)의 일종인데, 가축의 항생제 대신 사용할 수 있는 ‘친환경 항균제’의 역할을 할 수 있습니다. 또, 탄소 분자 사슬을 더 크게 만드는 추가 가공을 거치면 연료로도 사용할 수 있어 그 의미가 큽니다.



섭씨 50도의 호열성, 약산성 환경을 만들어주면 젖산균속(Lactobacillus spp.) 미생물의 활동이 촉진되고, 이들이 산성 유청의 당 성분을 젖산으로 변환시킵니다. 이후 젖산이 풍부한 유출물을 섭씨 30도의 중온성 환경에 공급하면, 보다 다양한 미생물이 사슬 신장(chain elongation)을 통해 중쇄 카르복실산을 만들어 낸다고 합니다.


이 공정의 용존성 화학적산소요구량(SCOD, soluble chemical oxygen demand) 효율은 53.5%로 측정되었는데요. 아직 추출 과정을 최적화하고 경제적인 방식으로 규모를 늘리기 위해서는 할 일이 많습니다. 중쇄 카르복실산을 연료로 사용하기 위해 처리해야 하는 가공도 실용화하려면 갈 길이 멉니다.

한계들이 많이 남아있지만, 이 연구는 경제적이고, 사회적인 매력이 크다고 느껴집니다. 농업 시장은 매우 큰 탄소발자국을 남기는데, 유청을 연료나 동물 사료로 만드는 것은 지속 가능한 사회를 만드는 데 필요한 ‘폐쇄 사이클’의 중요한 사례가 됩니다. 이 기술을 다른 폐기물에 적용, 응용할 가능성도 충분합니다. 앞으로의 식품 생산 시스템에 이 연구 결과가 가져올 ‘나비 효과’를 기대해 봐도 좋을 것 같네요.


더 자세한 연구 결과는 https://doi.org/10.1016/j.joule.2017.11.008 에서 확인할 수 있습니다.




ⓒ 2018학년도 1학기 바라던Bio

<작성자> 17-078 윤태준

<분야> 바이오테크놀로지(Biotechnology) 바이오테크놀로지(biotechnology)는 생물의 유전자 DNA를 인위적으로 재조합, 형질을 전환하거나 생체기능을 모방하여 다양한 분야에 응용하는 기술을 말합니다. 생물체의 기능과 정보를 이용해 인류에게 필요한 물질과 서비스를 가공·생산하며, 의약품, 화학 식품, 화학 섬유 등 다양한 분야에서 활발하게 연구되고 있습니다. <참고 문헌>

1. Jiajie Xu, Jiuxiao Hao, Juan J.L. Guzman, Catherine M. Spirito, Lauren A. Harroff, Largus T. Angenent. Temperature-Phased Conversion of Acid Whey Waste Into Medium-Chain Carboxylic Acids via Lactic Acid: No External e-Donor. Joule, 2017

2. 생명공학기술, 위키백과

3. 유청 (음식), 위키백과

4. 그릭 요거트로 “비행기 연료 만들어?!”, 이웃집과학자

<이미지>

1. Eatthis.com

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