활용성이 높고, 인체에도 거의 해가 없는 미래의 주요 화합물질인 HMF는 생산량도 적고 고 순도 HMF의 분리 정제도 어려워 생산 단가가 높다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 식물의 뿌리를 바이오 촉매로 이용한 뿌리배양 기술을 통하여 HMF의 생산 단가를 낮출 수 있는 기초기술을 개발하였고, 그 결과를 보고하고자 한다.
<h1>서 론</h1><p>Hydroxymethylfurfrual (HMF)에 관한 연구는 1800년대 후반부터 시작하여 현재까지 연구가 지속적으로 수행되고 있는 아주 오래된 연구 역사를 가지고 있는 중요한 화학물질이다. 최근의 연구보고에 의하면 HMF를 이용하여 미래의 바이오 액체연료로 사용 가능한 dimethylfuran (DMF)를 합성하는데 성공하였을 뿐 아니라, 혈구성 빈혈(Sickle cell anemia)을 치료할 수 있는 의약품의 원료 물질로 인정되어 미국 FDA(Food and Drug Administration)는 HMF를 이 병의 치료약으로 제조할 수 있는 물질로 승인한 바 있다. 이러한 목적 이외에도 HMF는 anti-tyrosinase activity를 가지는 특성이 있기 때문에 화장품의 미백 성분으로서도 활용성이 보고되어 있을 뿐 아니라, 식품이나 과일에서 저장 중에 생기는 갈변증(browning)을 지연시키는 기능도 알려져 있다. 이러한 기능이 외에 부식이나 녹이 끼는 것을 방지하는 물질의 원료로 사용이 가능하고, 맛을 증진시키는 조미료의 원료로도 이용될 수 있을 뿐 아니라, 항곰팡이 제제의 원료 물질로도 이용될 수 있고, 그 외 다른 중요 화합물질을 합성할 수 있는 중간생성물질의 원료 화합물질로서도 이용 가능하다. 이와 같이 HMF는 다양한 용도에 활용성이 아주 높을 뿐 아니라, 인체에도 거의 해가 없는 화합물질이기 때문에 미래의 주요 화학물질로서의 가치가 아주 높은 물질이지만 생산성이 아주 낮아 현재까지 HMF의 대량 생산을 위한 산업화 연구는 거의 진전이 없었다. 그러나, 최근에 들어 HMF의 생산성이 종전에 비해서 월등히 개선된 HMF 합성 방법이 연속적으로 보고된 이후부터 HMF의 중요성이 재조명되어 HMF에 관한 관심이 높아지기 시작하였다.</p><p>HMF는 주로 화학적인 합성 방법으로 생산되어 왔으며, 생산 원료로 사용되고 있는 물질은 fructose, glucose, sucrose, mannose, xylose 등의 당 화합물들이다. 이들 당 화합물과 산 촉매 물질과 금속촉매들을 흔합하여 고온조건에서 여러 단계의 탈수반응(thermal dehydration)과정을 거쳐서 HMF 화합물이 합성되지만, 여러 단계의 당의 분해과정을 거치는 동안에 HMF 뿐 만 아니라 여러 종류의 furfural 유도 화합물이 섞여서 생산되거나, 생산된 HMF가 중합 반응을 하기 때문에 생산된 HMF의 생산량도 적을 뿐 아니라, 고 순도 HMF의 분리 정제도 쉽지 않은 단점이 있다. 따라서 이러한 단점들은 HMF의 생산 단가를 높이는 요인으로 작용하기 때문에 HMF를 산업적으로 생산하는 데 중요한 장애 요소가 되고 있다. 이러한 문제점에도 불구하고 현재까지는 이러한 화학적 합성 방법으로 HMF를 생산하고 있으며, 주로 연구용이나 실험실에서 소모하는 정도의 생산이 이루어지고 있는 것으로 알려져 있다.</p><p>바이오촉매(biocatalyst) 기술에서 주로 사용되고 있는 바이오촉매는 효소와 미생물이 주류를 이루고 있으나, 식물의 특정 세포나 조직 및 기관을 바이오촉매로 이용하여 어떤 특정 화합물을 합성하는 기술도 다양하게 개발되어 있다. 예를 들면, 당근의 뿌리를 바이오촉매로 사용하여 어떤 특정 알콜을 합성하는 방법이 개발된 바 있고, 또 다른 연구자는 뿌리배양을 통한 배양액의 물리적 특성을 변화시킬 수 있는 바이오촉매 기술을 도입하여 어떤 물질의 합성을 간접적으로 증가시킬 수 있다는 실험적 증거를 제시하였다.</p><p>위에서도 언급된 바와 같이 HMF는 다양하게 활용될 수 있는 화합물질임에도 불구하고 산업화가 미미한 주된 이유는 생산 단가가 높아서 HMF를 이용하여 제품화를 목적으로 하는 경우에는 가격 경쟁력이 낮아진다는 단점이 있기 때문이다. 따라서 HMF를 최대한 활용하기 위해서는 HMF의 생산 단가를 낮출 수 있는 생산 공정기술의 개발이 중요시 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 식물의 뿌리를 바이오 촉매로 이용한 뿌리배양을 통하여 HMF를 생산할 수 있는 기초 기술을 개발하였으며, 그에 관한 실험 결과를 보고하고자 한다.</p>