Bio Industry_2016. 07 특집 (p3~61)

미세조류(微細藻類)가 만들어 내는 오일 / 성분의 산업전망


● 인 결핍성 대응 프로모터를 이용한 난노클로롭시스 유지(油脂) 합성의 변형
(A Phosphorus Starvation-inducible Promoter is Effective in Manipulating TAG Synthesis in Nannochloropsis)
Masako Iwai 외 1명 / 도쿄 공업대학 생명이공학원 연구원

요즘, 조류유지(藻類油脂)의 산업이용이 화제가 되고 있으나, 조류(藻類)는 영양 결핍 시, 유지(油脂)등을 대량으로 세포 안에 축적하는 것으로 알려져 있다. 최근 우리는, 특히 식물에서 연구를 해왔던 인 결핍시의 막 지질 전환 메커니즘을 조류에 활용하는 것으로, 조류가 유지를 축적하도록 변형하는 것에 성공했다.
본 논문에서는 연구의 현황과 금후의 전망에 대하여 모델 조류인 클라미도모나스(Chlamydomonas)와 유지 고생산조인 난노크로롭시스(Nannochloropsis)를 중심으로 설명한다.

1. 식물에 있어서의 유지(油脂)의 대사(代射) 변형에 관한 연구

이전부터 식물에는 육종(育種)이나 배양조건의 변형에 의한 유지생산량 증대가 시도되고 있다. 종자에 축적하는 유지에 관해서는 예전부터 시행되었던 교배에 의한 것 외에, 최근에는 유전자 재편성기술을 이용한 육종(育種)사례도 보고되고 있다.

2. 조류(藻類)에 있어서의 유지 대사변형에 관한 연구

조류에 포함되어 있는 TAG 등의 지방이 공업용 유지・연료로 주목을 받고 있으나, 실제 조류유지를 다양한 산업에 활용하기 위해서는 유지에 포함되어 있는 지방산의 종류에 관해서도 주의하지 않으면 안 된다. 조류의 유지 축적에 관해서, 조류의 모델로 불려지는 녹조 클라미도모나스의 연구가 진행되고 있다.

3. 클라미도모나스를 이용한 유지의 축적
지금까지 보고에서 밝혀진 것처럼, 클라미도모나스는 영양이 충분한 조건에서 질소결핍 조건으로 바뀌면, 체내에 유지를 축적한다. 그러나, 그 조건에서는 세포증식은 현저하게 장애를 받아, 엽록체 막(膜)도 분해되고 만다. 우리는 인 결핍조건에 의한 식물의 지질대사의 연구경험에서, 클라미도모나스의 인 결핍에 주목했다.

4. 난노크로롭시스를 이용한 유지 축적의 응용
다음은 클라미도모나스에서 얻은 성과를 난노크로롭시스에 응용하기로 했다. 난노크로롭시스와 같은 녹조식물은 세계에 넓게 분포되어 있으며, 담수성과 해양성으로 구분된다. 이 생물은 유지를 축적하기 쉬운 성질이어서, 주로 물고기 들의 먹이로 이용되어 왔다.

▶ 난노크로롭시스가 유지의 대량생산에 적합한 이유는 3가지가 있다.
①해수로 배양 가능한 점.
②유지만 고 축적으로 하는 점.
③증식속도가 빠르며, 고밀도 배양이 가능하다는 점.
 

5. 금후의 전망
조류를 이용한 유지의 생산은 현재, 연료로써 생산량이 늘고 있는 석유와 비교하면, 가격 면에서 크게 불리하다. 그러나 원자력 발전의 문제를 안고 있는 일본에서는 국내에서 재생 가능한 에너지를 계속 이용해야 한다는 생각이 중요하다. 이번에 소개한 사례를 각 지질합성 유전자와 결합해 사용하는 것으로, 유지 내의 지방산 변형이 가능하게 되었으며, 공업적으로 부가가치가 높은 지방산을 선택적으로 조류의 TAG에 축적시킬 수 있게 되어, 앞으로도 발전이 기대된다.   

               
● 해양 미세조류인 그린오일 생산에 대한, 옥외 대규모 배양기술의 발달
(Development of Outdoor Mass Cultivation for Green Oil Production Using Marine Microalgae)
Mitsufumi Matsumoto 외 2명 / 電源開発(株) 技術開發部

미세조류에 의한 그린오일의 생산기술은 안정적으로 실외에서 미세조류를 배양・생산하는 기술의 확립이 일관적인 생산 프로세스를 구축하는데 있어서 상당히 중요하다고 할 수 있다. 또한, 생성된 그린오일이 제대로 된 CO₂삭감효과를 지닌 가치 있는 것으로 만들기 위해서는 생산과정 전체의 에너지 수지 및 CO₂ 균형이 갖춰진 프로세스 기술이 적용되지 않으면 안 된다. 본 논문에서는 옥외 배양기술을 중심으로, 상기에 서술한 내용에 관하여 논의를 하겠다.

1. 머리글

2. 미세조류에 의한 그린오일의 생산일관 프로세스에서 요구하는 것

3. 그린오일의 연간생산을 위한 옥외 배양기술
3.1 연간생산의 장애물
3.2 솔라리스株, 루나리스株의 연간 옥외배양
3.3 옥외배양의 그린오일 축적조건
3.4 배양규모의 대형화와 천연해수의 이용

4. 솔라리스株의 오일 축적구조의 해명

5. 솔라리스 오일의 브랜드화

6. 마무리


● 미세조류의 대량 배양시스템의 개발
(Large-Scale-Culture Systems Development of Microalgae)
Atsunori Masuda 玉川대학 농학부 생명화학과 교수

미세조류는 식품첨가제에서부터 실험 약의 원재료까지 다양하게 이용되고 있다. 신규산업용의 유용물질 탐사나 연료용도의 연구 등이 계속적으로 시행되고 있으며, 산업이용이 가능한 유기물질도 발견되는 등, 주목 받는 바이오매스(Biomass) 자원이다. 그러나, 산업화시키기 위해서는 저비용의 안정적인 생산기술을 필요로 한다. 실내 대용량 배양시스템의 개발방법을 설명하여 옥외배양에서의 유의점을 서술하겠다.

1. 머리글

2. 미세조류 배양장치 개발에 관한 기초적 지식
2.1 배양조의 환경제어에 관한 항목
2.2 빛 환경
2.3 용존(溶存) 가스 환경

3.  설계에서의 환경인자 측정방법
3.1 배양조 둘레주변의 빛 환경 설계계산
3.2 배양조 내의 광 환경 측정과 배양기 형상
3.2.1 광(光)투과 측정장치와 결과

4. 실용 플랜트의 사료용 미세조류 배양시스템 개발
4.1 배양조 조건과 설계 및 성능
4.2 실용 플랜트 시스템

5. 옥외 배양시의 유의점


● 미세조류 수확용 분리판형 원심분리기 「미쯔비시 디스크 셀렉터」
(Disk Type Centrifuge “Mitsubishi Disc Separator” for Harvest of Microalgae)
Keisuke Kaji 미쯔비시化工機(株) 舶用機械技術部

미쯔비시化工機(株)는 산학협동(産學協同)의 조류산업 창성(創成) 컨소시엄에 참여하여, 「후쿠시마현 재생가능 에너지의 차세대 기술개발 사업」에 채택된 후쿠시마 조류 프로젝트에서 활동했다. 본 논문에서는 후쿠시마 조류프로젝트의 조류 바이오 생산개발 거점으로 미세조류의 수확・농축용으로 가동하는 분리판형 원심분리기 「미쯔비시 디스크 셀렉터」에 대하여 소개하겠다.

1. 머리글

2. 미쯔비시 디스크 셀렉터의 특징과 구조
2.1 미세조류의 수확・농축방법
2.2 분리판형 원심분리기의 분리이론
2.3 배출기구

3. 미세조류의 수확・농축공정의 실증결과
3.1 조류배양액
3.2 미세조류의 수확률
3.3 농축액의 농도

4. 마무리


● 금속촉매를 이용한 조류오일의 경질화
(Production of Lighter Compounds from Algal Oils using Metal Ctaysis)
Keiichi Tomishige 외 2인 / 동북대학교 대학원 공학 연구과

조류가 생산하는 무거운 성질의 탄산수소를 액체연료로써 유용도가 높은 가벼운 성질의 오일로 변환하여 이용하는 방법에 대하여, 오일의 탄화수소 분자의 골격구조를 유지한 상태로 탄소와 탄소의 결합을 수소화 분해하는 방법에 대하여 소개한다. 이 방법은 석유 정제사업에서 쓰이는 고체 산촉매(酸觸媒)와 금속촉매의 이원화 기능형 촉매와는 다르며, 조류오일이 지닌 구조적 특징을 살려, 생물의 이용을 지향하는 것이다.

1. 머리말

2. 촉매의 활성금속 스크리닝(screening)

3. Ru/CeO₂ 촉매를 이용한 스쿠알렌의 수소화 분해반응 실험결과와 종래의 촉매계(觸媒系)와의 비교

4. Ru/CeO₂ 촉매상의 수소화 분해반응을 이용한 스쿠알렌의 경질화

5. Ru/CeO₂ 촉매의 구조적 특징

6. 마무리


● 조류를 이용한 지속 가능한 유지원료의 개발
(Development of Sustainable Raw Materials of Fats and Oils using Microalgae)
Hiroshi Hagihara 花王㈜ 연구개발부문 기초연구부

저자가 소속된 花王㈜은 “사회의 지속가능성(sustainability)으로의 공헌”을 목적으로, 바이오매스(Biomass)의 적극적인 사용으로 선진적인 환경기술연구를 추진하고 있다. 본 논문에서는 계면활성제의 원료인 천연유지의 주성분 「중간사슬 지방산」을 많이 비축할 수 있는 조류의 취득, 및 「중간사슬 지방산」의 생성에 기여하는 효소류를 조류에서 처음 발견에 성공했으므로 소개하도록 한다.

1. 머리글

2. 라우린산 생산조류의 탐색

3. 배지 및 배양조건의 개량에 의한 라우린산의 생산성 향상

4. 조류에서 추출한 중쇄지방산의 특이적 Acyl-ACP thioesterase (TE)의 발견

5. 마무리


● 헤마토코쿠스조(藻)(Haematococcus Algae)에서 얻어지는 아스타잔틴

(Astaxanthin)의 식품으로의 전개
(Food Application of Astaxanthin Derived from Haematococcus Algae)
Norihito Shimizu 외 2인 / Oriza油化 연구개발본부

항산화 작용을 하는 카로티노이드(Carotenoid)의 일종인 아스타잔틴산은 헤마토코쿠스조를 산업적으로 배양하여 제조하고 있다. 아스타잔틴에는 다수에 걸친 기능성이 눈에 띄며, 식품에서의 응용도 활발하게 이루어진다. 본 논문에서는 그 헤미토코쿠스조에서 추출한 아스타잔틴의 안전성, 기능성에 대하여 소개하겠다.

1. 머리글

2. 아스타잔틴

3. 아스타잔틴의 안정성

4. 아스타잔틴의 안정성

5. 아스타잔틴의 기능성

6. 마무리

[BIO R&D]

● 가열변성 라이소자임(Lysozyme)의 항(抗)노로바이러스성과 그것을 포함한 알코올계 제제(製劑)의 개발
(Research of Anti-Norovirus Activity of Heat Denatured Lysozyme and Development of Alcohol Based Disinfectant Containing)
Akira Takeuchi 큐피㈜ 연구개발본부 기술연구소 수석연구원

도쿄 해양대학 식품미생물 연구실과 공동으로 연구하여, 라이소자임(Lysozyme)을 가열변성 시킨 것에 항 노로바이러스 활성이 있다는 것을 알게 되었다. 이 가열변성 라이소자임을 포함해, 이것 하나로, 노로바이러스 및 식중독 균의 위험을 경감시킬 수 있는 알코올계 제제를 개발한 과정을 소개하겠다.

1. 머리말

2. 노로바이러스의 대체 바이러스를 평가계(平價系)로 사용했을 때의 문제점

3. 라이소자임 용액의 가열변성 조건과 MNV 감염수치 저하와의 관계

4. 투과형 전자현미경(TEM)을 사용한 바이러스 단자의 관찰

5. PMA를 사용하는 Qrt-pcr법에 의한 MNV와 노로바이러스의 캡시드 단백질의 파괴 확인

6. 바이러스 비활성화를 일으키는 아미노산 배열영역의 결정

7. 학술연구의 성과를 중심으로 한 신규소재의 상품 개발전략

8. 가열성 라이소자임 함유 알코올제제 「리조파워 NV」의 개발

9. 본 제제와 각종 항 노로바이러스제의 비교

10. 본 제제의 달걀 알레르기

11. 본 제제의 사용 사례

12. 금후의 전망

        -- 끝 --