셀룰로오스는 자연계에서 가장 풍부한 탄수화물 자원으로, 식물 세포벽의 핵심 성분인 \( \beta \)-1,4-glycosidic 결합을 가진 포도당의 중합체다. 셀룰라제는 전분 가공, 동물성 식품 생산, 곡물 알콜 발효, 맥아 및 양조, 과일 및 야채 추출, 펄프 및 제지 산업, 섬유산업 등에 사용될 수 있으며, 최근에는 생분해성 생물매스 및 바이오에탄올 생산에도 사용되고 있다. 반면, 해조류는 리그닌과 같은 복합체를 형성하지 않고, 대부분 \( \alpha \)-cellulose로 구성되어 있다. \( \alpha \)-cellulose는 단일 사슬의 삼사구조 결정형을 가지고 있는데, 이는 고체 섬유질에 비해 효소 분해가 용이한 구조를 가지고 있다. 해조류로부터 추출한 셀룰로오스를 활용하는 연구는 진행 중이지만, 국내에서는 이에 대한 연구가 아직 부족한 상황이다. 본 연구에서는 해조류와 주변 해수로부터 셀룰로오스 분해 능력이 우수한 미생물을 탐색하고 분리하여 셀룰로오스 분해 효소를 생산하는 최적 생육 조건과 분해 특성을 확인하기 위한 기초 연구를 수행하였다.
<h1>서 론</h1> <p>Cellulose는 자연계에 존재하는 가장 풍부한 탄수화물 자원으로 포도당이 \( \beta \)-1,4-glycosidic 결합으로 이루어진 중합체로 식물체의 약 \( 40 \% \)를 차지하는 식물체 세포벽의 주요 구성 성분이다. 이러한 cellulose를 활용하기 위해서는 cellulose를 가수분해하여 glucose로 전환함으로서 각종 산업에 이용할 수 있다. 그 중에서 섬유소 분해 효소를 이용한 방법은 물리, 화학적 방법에 비해 많은 장점을 가지고 있으나, 반응 속도가 늦고 분해율이 낮으며 효소 비용이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 섬유소 자원을 효율적으로 이용하기 위해 분해 능력이 우수한 섬유소 분해효소의 탐색과 대량 회수 방법을 확립하여야 한다.</p> <p>Cellulase는 복합효소로서 endoglucanase (EC 3.2.1.4), exoglucanase (EC 3.2.1.91) 및 \( \beta \)-glucosidase (EC 3.2.1.21) 등 3가지 유형의 효소들로 구성되어 있으며, 이들 세 가지 효소가 동시에 존재할 때 상승작용에 의하여 결정형 섬유소가 효과적으로 분해될 수 있으며, 기질의 활성도 특성에 따라 각각 CMCase, avicelase 및 PNPGase로 구분하기도 한다. Cellulase는 전분가공, 동물성 식품 생산, 곡물 알콜발효, 맥아 및 양조, 과일 및 야채류의 추출, 펄프 및 제지 산업, 섬유산업에 이용되고 있으며, 최근에는 바이오매스 및 바이오에탄올 생산에 이용되고 있다.</p> <p>Cellulose 분해용 cellulase는 주로 미생물이 분비하는 것이 사용되어지고 있으며, 이는 곰팡이 및 세균에 의해서 주로 생산되어지고 있는 실정으로, 현재까지 Tricoderma harzianum FJ1, Melanocarpus sp., Penicillium purpurogenum, Aspergillus terrus 및 Paenibacillus barcinonensis, Bacillus sp. Cellulomonas spp. 등의 많은 균주들로부터 유래한 cellulase 연구가 진행되고 있다. 곰팡이가 분비하는 cellulase는 약산성 영역에서 높은 활성을 보이는 반면, 세균이 생산하는 cellulase는 중성 또는 약알칼리성 영역에서 높은 활성을 보이는 것으로 알려져 있다.</p> <p>현재까지 연구된 균주들은 주로 토양 및 육상생물에서 분리된 균주가 대부분인데 이는 현재 산업에 이용되고 있는 에너지원인 cellulose가 주로 초본 및 목본계 cellulose를 이용하고 있기 때문이다. 그러나 초본 및 목본계 cellulose에는 hemicellulose, lignin, 및 pectin이 복합체를 이루고 있어 cellulase 단일 처리에 의해 분해 효율이 떨어진다. 반면, 해조류는 육상식물처럼 lignin과 같은 복합체를 이루고 있지 않고 주로 \( \alpha \)-cellulose로 구성되어 있는데 \( \alpha \)-cellulose는 단일 사슬의 삼사구조의 결정형을 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 이는 초본 및 목본계 cellulose에 비하여 효소처리에 의하여 분해되기 쉬운 구조를 가지고 있다. 해조류 유래 cellulose를 이용하기 위한 연구가 수행되고 있으나, 국내에서는 이러한 연구가 미비한 실정이다.</p> <p>이에 본 연구에서는 해조류 cellulose를 이용하기 위한 기초연구로서 분해가 진행중인 해조류와 주변 해수로부터 cellulose 분해 활성이 우수한 미생물을 탐색하고 분리하여 cellulose 분해 효소를 생산하는 미생물의 최적 생육조건 및 그 조효소액의 cellulose 분해 특성을 확인하고자 하였다.</p>