천연 감미료인 자일리톨의 생산성을 기존 방법에 비해 25% 이상 개선할 수 있는 획기적인 친환경적인 기술이 세계 처음 개발됐다.
KAIST(총장 서남표)는 생명과학과 김정회 교수 연구팀이 첨단 바이오 기술을 이용해 세계 최고 수율의 자일리톨 생산 미생물 균주(캔디다 트로피칼리스) 및 생산공정을 개발했다고 28일 발표했다.
자일리톨은 천연감미료로 충치 억제 효과가 있으며, 롯데, 오리온 등을 비롯한 국내 제과업체들이 껌과 캔디 등의 제품에 사용하면서 국내에 널리 알려졌다. 최근엔 설탕 대체 감미료로 각광받고 있다.
이번에 개발한 생산 균주는 유전공학 기술을 통해 생물학적 자일리톨 생산방법이 가진 친환경 및 인체무해 특성은 유지하면서도 기존 균주들의 생산성 제한 요인은 개선한 균주다. 또한 생산수율을 이론치에 근접한 98% 이상으로 향상시켜 원가절감을 통한 우수한 경제성을 확보했다.
지금까지의 자일리톨 생산방법은 자작나무와 옥수수 속대 등과 같은 원재료를 가수분해해 자일로스를 추출한 후 이를 고온 고압 하에서 중금속인 니켈을 촉매로 사용, 수소첨가반응을 이용하는 화학적 방법을 사용해 왔다.
그러나, 이러한 화학적 방법은 환경오염 문제와 더불어 니켈과 같은 중금속 사용으로 인해 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있으며, 고온고압의 수소를 사용하기 때문에 대형폭발이나 화재의 위험이 있다. 또한 원재료에서 추출한 자일로스를 다른 부산물들과 분리해 고순도로 정제하는 공정이 반드시 필요하기 때문에 생산비용이 크게 증가할 뿐만 아니라, 정제 과정에서 발생하는 자일로스의 유실로 인해 최종수율이 50∼60% 수준에 불과한 단점이 있었다.
김 교수팀이 이번에 개발한 방법은 원재료로부터 추출한 자일로스를 정제과정 없이 직접 미생물 반응을 통해 98%이상 자일리톨로 전환할 수 있다. 또 화학적 방법에서와 같이 자일로스를 고순도로 정제할 필요가 없어 생산원가 절감은 물론 정제로 인한 자일로스 유실이 없어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
특히 전환된 자일리톨을 제품화하기 위한 결정화 공정에 영향을 미치는 아라비톨 등과 같은 부산물의 생성을 억제함으로써 결정수율을 화학적 공정보다 20∼30% 이상 향상시킬 수 있다.
현재, 김 교수팀은 고수율 자일리톨 생산 균주 및 생산공정 관련 기술에 대한 국내특허 1건을 등록하고, 국제특허 5건과 국내특허 1건을 출원중이다.
세계 자일리톨 시장은 최근 2∼3년간 연평균 35% 이상의 시장성장률을 기록하고 있으며, 올해 전세계적 시장 규모는 6000억 원대다.
김정회 교수는 “기존의 화학적 방법보다 25% 이상의 생산수율 향상과 함께 20% 이상의 원가절감을 달성할 수 있다”며 “국내 바이오 전문업체와 협력하여 대량생산 적용을 위한 시험생산 테스트를 이미 완료하고 중국, 미국, 유럽, 호주, 남미 등의 주요 자일리톨 제조업체 및 신규시장 진출업체들을 대상으로 기술이전 및 상용화를 추진하고 있다”고 말했다.
대전=박희범기자@전자신문, hbpark@