김치 제조·취식이 글로벌 건강식 트렌드로 주목받으며 해외에서는 배추와 함께 양배추가 김치의 대표적인 채소로 활용되고 있다. 양배추와 기타 배추속 작물의 전 세계 연간 생산량은 7,200만 톤이며 약 30% 이상은 수확 후 제조·유통 단계에서 폐기되어 환경오염은 물론 산업계에서 폐기물 처리비용이 크게 발생하고 있는 실정이다.

이에 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 세계김치연구소(소장 장해춘)는 식품 제조 과정에서 폐기물로 버려지는 양배추의 부산물을 생분해성 플라스틱으로 자원화하는 ‘바이오 리팩토링 기반 업사이클링 기술’을 개발했다고 22일 밝혔다.
  ※ 생분해성 플라스틱 : 일정한 조건에서 자연계에 존재하는 미생물 등에 의해 완전히 분해될 수 있는 플라스틱

바이오 리팩토링(Bio-refactoring) 기술은 기존 미생물의 특성이 아닌 새로운 기능을 부여하기 위해 미생물을 재설계하는 기술이다. 세계김치연구소 발효조절기술연구단 양정은 박사 연구팀은 바이오 리팩토링 기술을 이용해 생분해성 플라스틱 생산 균주를 제작하고 당화 공정에 사용되는 효소 및 기질 농도 등을 최적화하여 당전환율이 최대 90.4%에 이르는 조건을 확립했다.

특히, 양배추 부산물 내 생리활성 물질 중 하나인 말산(Malic acid)이 생분해성 플라스틱인 PHA(Polyhydroxyalkanoate)의 생산성 향상에 기여한다는 점을 세계 최초로 구명했다.
  ※ PHA(Polyhydroxyalkanoate) : 미생물 발효를 통해 만들어지는 바이오 기반 생분해 소재로 토양, 해양 등 자연환경에서는 생분해되는 것이 특징이다.

이번에 개발한 기술은 김치 제조에 사용하는 배추, 양파 등 다양한 농식품 부산물에도 적용할 수 있으며, 연간 100억 원으로 추정되는 김치 가공 부산물 처리비용을 절감시킬 수 있을 것으로 기대된다. 

세계김치연구소 기술혁신연구본부 박해웅 본부장은 “이번 연구는 농식품 폐기물을 고부가가치 소재로 전환하는 친환경 기술 확보에 의의가 있다”라며, “앞으로도 산업계 현안 및 수요에 기반한 핵심기술을 개발하여 김치산업이 탄소중립 실현에 기여할 수 있도록 농식품 분야 업사이클링 기술을 지속적으로 개발해 나갈 것”이라고 밝혔다.

한편, 연구팀은 양배추 부산물 내의 성분들을 분석해 미생물 생장에 도움이 되는 다양한 성분들을 라이브러리화(체계화)하였으며, 이를 기반으로 여러 고부가가치 소재로 전환하기 위한 기술을 개발할 예정이다.

이번 연구는 식품과학기술 분야 상위 10% 국제학술지인 ‘Journal of Agricultural and Food Chemistry(ACS Publications)’ 2024년 3월 표지 논문(Front cover)으로 게재됐다.