지구상에 풍부하며 재생 가능한 천연 다당류인 셀룰로오스 중 BC는 매우 환경친화적인 제지 대체원료로 주목받고 있고, 미세망상구조는 매우 큰 표면적을 가지며 수분보유력, 결정성, 성형성 및 전단 저항성 등을 부여하기 때문에 다양한 분야에 응용될 수 있는 신기능성 물질이다. 약 \( 48 \% \)의 당(total sugar)을 함유하고 있는 당밀의 최적 전처리 방법 및 탄소원으로서의 이용 가능성을 살펴보고, 생산된 BC의 물리화학적 특성을 통해 경제적 생산을 가능케하고자 한다.
<h1>서 론</h1><p>셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부하게 존재하는 재생 가능한 천연 다당류이며, 고등식물의 주요 구성성분으로서 현재 제지, 펄프 및 방적산업을 비롯한 다양한 분야에서 사용되고 있다. 셀룰로오스는 포도당이 \( \beta-1,4 \) 결합으로 이루어진 고분자 물질로서, 미생물에 의하여 생성되는 셀룰로오스(bacterial cellulose; BC)는 식물유래 셀룰로오스와는 달리 hemicellulose, lignin, pectin 등을 함유하지 않고, \( 99 \% \) 이상의 순수한 셀룰로오스로 구성되어있다. 식물유래 셀룰로오스는 펄프화 과정에서 셀룰로오스와 결합하고 있는 hemicellulose와 lignin 등을 제거하기 위하여 화학약품을 처리하는데, 이때 대량의 에너지와 화학약품이 소비되어 비경제적이며, 또한 펄프화 과정에서 발생하는 환경오염 문제, 원료수급 및 삼림파괴 등이 발생하여 환경적인 측면에서 제한을 받는다. 반면에 BC는 유해한 부산물 생성이 없이 소량의 에너지와 약품으로 고순도로 정제할 수 있어 매우 환경친화적인 제지 대체원료로서 주목받고 있다.</p><p>BC 생산균주로 Acetobacter 속에 포함되는 다양한 종들이 알려져 있는데, 특히 A. xylinum을 대상으로 연구가 활발히 진행되고 있다. A. xylinum을 정치배양하면 BC는 얇은 막의 형태(pellicle)로 기-액 계면에서 형성되는데, 이 막은 microfibril로 이루어져 있으며, 이 microfibril이 서로 수소결합에 의하여 연결되어 3차원적 망상구조를 이루고 있다. 이와 같은 미세망상구조는 매우 큰 표면적을 가지는 동시에 높은 수분보유력(water-holding capacity), 결정성(crystallinity), 성형성(moldability) 및 전단 저항성(shear resistance) 등 독특한 물성을 부여하므로 BC는 화상치료용 인공피부, 지혈대, 고음질의 오디오와 스피커의 진동판, 고품질의 제지, 화장품 등에 응용이 가능하며, 한외여과막, glucose biosensor용 covermembrane, 페인트용 binder와 thickener, 동물세포의 배양기질 및 식이식품 등으로도 이용할 수 있는 신기능성 물질이다.</p><p>대부분의 BC 생산균주는 비교적 가격이 비싼 포도당을 탄소원으로 이용하기 때문에 식물유래 셀룰로오스에 비해 생산원가가 높다. 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로 보다 값싼 원료를 이용하여 BC를 생산하는 방법을 들 수 있다. 제당공정의 부산물인 당밀(cane molasses)은 약 \( 48 \% \)의 당(total sugar)을 함유하고 있으므로 탄소원으로 이용가치가 높다. 또한 가격이 매우 저렴하고, 식품 가공부산물이라는 장점때문에 미생물유래 물질 생산에 당밀을 이용하고자 하는 연구가 다수 이루어지고 있다. 그러나 당밀을 이용한 BC 생산에 대한 연구는 아직까지 많이 이루어지지 않고 있다. 한편, 당밀 속에는 아연, 구리, 철, 망간 등의 중금속이 포함되어 있어서 미생물을 배양하는 동안 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 이들은 미생물의 생육을 저해하고, 배지의 \(\mathrm{pH}\)에 영향을 주며, 물질의 생합성에 관련된 효소들의 불활성화에 관여한다. 따라서 당밀을 BC 생산에 이용할 경우, 당밀 속 중금속을 포함한 불순물을 제거하는 전처리 과정이 선행되어야 할 것으로 판단된다.</p><p>본 연구는 BC의 경제적 생산을 최종 목적으로 설계되었으며, 이에 따라 먼저 당밀 속 불순물을 제거하기 위한 최적 전처리 방법 및 탄소원으로서의 이용 가능성을 조사하였으며, 생산된 BC의 물리화학적 특성을 검토함으로써 BC의 용도를 확대시키고자 하였다.</p>