일반기술

제지 슬러지로부터 젖산을 생산하는 방법

제지 슬러지를 이용하여 젖산을 생산하는 방법으로서 제지 슬러지를 가수분해하는 효소반응공정 및 이 공정에서 생성된 글루코스를 기질로 이용하여 젖산으로 변환시키는 발효공정을 동시에 수행함으로써 생산비용이 절감되고 생산기간을 단축하여 젖산의 대량생산에 유용하게 사용되는 기술이다. 국내에서 폐기되는 유기물 중 연간 830만톤의 폐지가 발생하고, 재활용되는 폐지는 500만톤으로 60% 정도다. 음식폐기물은 420만톤이 발생하며 유기성 슬러지류는 550만톤이 발생하고 있고, 산림자원에서 얻는 목질계 및 그 폐기물을 사용할 수 있다. 이런 폐자원들은 생물학적 방법에 의해 가수분해되어 젖산 생산 미생물의 탄소원 등 유용한 생물자원으로 사용될 수 있다.한편 제지류의 재사용 과정에서 5-40%가 슬러지로 폐기되는데, 주고 소각에 의해 상당한 비용으로 처리되고 있다. 산업적으로 유용한 젖산은 공업용, 식품용, 의약용으로 피혁산업과 화장품용 습윤제, 산미제(식품용), 생분해성 고분자 폴리락트산(의약용)으로 사용된다. 따라서 저렴하게 생산하는 방법이 개발되지 않고, 폴리락트산의 생산을 위한 젖산을 전량 수입에 의존하고 있으며, 가축사료의 기능성 첨가제로서의 산업적 수요가 증가하는 상황에서 저렴하게 대량생산할 수 있는 생산방법이 시급하다. 저렴한 젖산의 기질인 글루코스를 생산하기 위해 제지 슬러지내의 셀룰로스에서 글루코스를 생산함에 있어 셀룰라제와 베타-글루코시다제를 사용하며, 이들 효소가 활성을 나타내는 42-45℃, pH5에서 수행한다. 여기서 생성된 글루코스를 기질로 사용하여 젖산으로 변환시키는 발효공정을 위해 락토바실러스 람노서스(또는 라이조푸스 속 미생물)를 첨가하여 97% 이상의 젖산을 생산하였으며, 두 공정을 동시에 수행하는 동시당화발효(simultaneous saccharification and fermentation)로, 유가식 배양 또는 연속식 발효로 수행함으로써 대량 생산하는 조건을 확보하였다. 따라서 경제적이면서 대량생산이 가능한 젖산을 생산하기 위해 제지 슬러지를 가수분해하여 젖산의 기질인 글루코스를 생산하고, 이 글루코스를 미생물과 함께 발효시켜 젖산을 대량 생산하는 방법을 확보하였다.효소반응과 발효공정을 동시에 유가식 배양에 의해 42-46℃, pH5-5.5에서 수행한다. 이때 효소반응은 셀룰라제, 베타-글루코시다제를 첨가하여 제지 슬러지의 셀룰로스를 가수분해하며, 발효공정은 락토바실러스 속 또는 라이조푸스 속 미생물을 첨가하여 배양하는 것이 특징이다. 제지 슬러지의 셀룰로스를 가수분해하는 효소반응과 효소반응에서 생성된 글루코스를 기질로 사용하여 젖산으로 변환시키는 발효공정을 통해 저렴한 제제 슬러지를 이용함으로써 저렴하게 생산할 수 있고, 두 공정을 동시에 수행함으로써 공정조건을 최적화시켜 대량생산에 유용하게 사용할 수 있다. 젖산을 생산하기 위한 기질을 저렴하게 대량 획득할 수 있는 제지 슬러지를 사용하여 생산비용을 줄이고 재활용함으로써 폐기물의 처리비용에 드는 비용을 절감할 수 있다. 국내 사료 시장의 규모는 한국사료협회에 의하면 약4조3천억원으로 추정되며 최근 4년간 사료 생산량은 계속 증가하여 15,000천톤 이상을 생산하고, 특히 99년 배합사료 생산의 26.3%를 점유하는 양계용 사료는 4천톤을 생산하였다. 사료용 생균제를 포함한 여러 제품들이 300여개의 업계에서 생산되고, 연간 16억원 이상이 소비되며, 항생제를 대체할 항균제로서 시장규모를 크게 확대시킬 것으로 예상된다.폐기 처리되는 제지 슬러지를 재활용하며, 사용되는 셀룰라제와 베타-글루코시다제 등의 효소는 용이하게 구입할 수 있으므로 원료 확보에 큰 어려움은 없을 것이며, 유가식 배양에 의한 기존시설을 이용하여 생산이 가능하다. 본 기술은 미생물균주를 배양하여 생산하는 기업에서 적용하는 것이 바람직하며, 어려움이 없을 것으로 판단된다. 이미 젖산을 이용 제품화되고 있으므로 양계용 사료 등 축산업 분야에서 가격 및 제품의 우수성 등 차별화전략으로 경쟁할 수 있을 것으로 예상된다.