학문
발효공정이 산업적으로 활용되는 원리는?
미생물의 생명활동을 이용해 다양한 물질을 생산하는 기술은 오래전부터 산업적으로 활용되어 왔습니다.
발효공정은 어떤 원리를 바탕으로 하며 생명공학에서는 이를 어떤식으로 활용하고 있나요?
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
발효공정은 미생물이 당이나 유기물 등을 대사하는 생명활동과 효소반응을 원하는 방향으로 유도해 유용한 물질을 생산하는 기술입니다. 온도 ph, 산소 , 영양분 등을 조절해 미생물이 최대한 많은 생산물을 만들도록 배양하며, 이를 통해 술, 치즈, 요구르트 뿐 아니라 항생제, 아미노산, 효소백신 원료와 바이오 의약품 생산에도 활용됩니다.
안녕하세요. 발효공정은 미생물의 대사활동을 이용해 원하는 물질을 대량으로 생산하는 생명공학적 생산 기술이라고 할 수 있습니다. 여기서 중요한 점은 단순히 미생물을 배양하는 것이 아니라, 미생물이 영양분을 분해하고 에너지를 얻는 과정에서 만들어내는 대사산물이나 특정 단백질 등을 사람이 원하는 방향으로 생산하도록 환경을 조절하는 것입니다.
대표적으로 효모는 당을 분해하여 에너지를 얻는 과정에서 에탄올과 이산화탄소를 만들 수 있는데요, 이를 이용하면 빵을 부풀리거나 술을 제조할 수 있습니다. 젖산균은 당을 젖산으로 전환하기 때문에 요구르트나 치즈 등의 발효식품 생산에 이용됩니다. 즉, 미생물이 가지고 있는 자연적인 효소와 대사경로를 산업적인 생산 시스템으로 활용하는 것입니다. 산업적 발효공정에서는 미생물이 잘 성장하고 원하는 물질을 많이 생산하도록 온도, pH, 산소 공급, 영양분 농도, 교반 속도, 배양 시간 등을 정밀하게 조절합니다. 일반적으로 배양액에 탄소원·질소원·무기염류 등을 공급하고, 미생물을 배양하면서 생성되는 물질을 축적시키며, 이후에는 여과, 원심분리, 추출, 정제 등의 분리·정제 공정을 거쳐 최종 제품을 얻습니다.
생명공학에서는 여기서 한 단계 더 나아가 유전자재조합 기술을 이용하는데요, 예를 들어 대장균이나 효모에 특정 단백질을 만드는 유전자를 넣으면, 해당 미생물이 원하는 단백질을 생산하는 세포 공장처럼 작동할 수 있습니다. 실제로 인슐린, 성장호르몬, 일부 백신 원료와 같은 바이오의약품의 생산에도 이러한 원리가 활용되며, 또한 미생물의 대사경로를 유전공학적으로 조절하여 아미노산, 비타민, 유기산, 항생물질, 효소, 바이오연료 등의 생산량을 높이는 대사공학도 중요한 분야입니다. 감사합니다.