본 연구실은 생물고분자, 특히 미생물에 의해 생산되는 다양한 세포외 다당류의 대량 생산 및 응용에 중점을 두고 있습니다. 미생물 다당류는 그 구조와 물리적 특성이 매우 다양하여 식품, 의약, 산업 등 다양한 분야에 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 유화제, 안정제, 접합제, 응고제, 윤활제, 필름형성제, 농후제, 현탁제 등으로 사용되며, 해조류나 식물에서 얻는 천연 gum에 비해 공업적으로 중요한 중합체 자원으로 평가받고 있습니다. 연구실에서는 Aureobasidium pullulans, Sphingomonas paucimobilis, Bacillus 속 등 다양한 미생물을 이용하여 pullulan, gellan, curdlan, alginate, cellulose, zooglan 등 다양한 고분자 다당류를 대량 생산하는 기술을 개발하고 있습니다. 이 과정에서 배양 조건의 최적화, 영양원 조성, pH, 온도, 용존산소, 교반속도, 통기량 등 다양한 생물공정 인자를 통계적 실험설계법(orthogonal array method, response surface method 등)을 통해 체계적으로 최적화합니다. 또한, 산업 부산물(미강, 왕겨, 간장박 등)을 배지로 활용하여 생산비 절감과 친환경적 공정 개발에도 기여하고 있습니다. 이러한 미생물 다당류는 식품포장재, 저칼로리 식품, 건강보조식품, 의약품, 환경정화(중금속 흡착, 응집제 등) 등 다양한 산업적 응용이 가능합니다. 연구실은 고분자 다당류의 구조적 특성 분석, 기능성 평가, 대량생산 공정의 산업화 기술 이전 등 실용화 연구도 활발히 수행하고 있습니다.

본 연구실은 섬유소 분해효소(셀룰라아제, 카복시메틸셀룰라아제, 셀로비아제 등)의 대량 생산 및 이를 활용한 바이오매스 전환 기술 개발에 주력하고 있습니다. 해양 및 토양에서 분리한 Bacillus, Cellulophaga, Psychrobacter 등 다양한 미생물을 이용하여 고효율 섬유소 분해효소 생산 균주를 확보하고, 이들의 유전자 클로닝 및 재조합 대장균을 통한 고생산 시스템을 구축하였습니다. 연구실에서는 미강, 왕겨, 쌀겨 등 농업 부산물을 주요 탄소원으로 활용하여 효소 생산 공정을 최적화하고, 배양기의 교반속도, 통기량, 내압, pH, 온도 등 다양한 공정 조건을 통계적으로 최적화하여 산업적 대량생산이 가능하도록 하였습니다. 또한, 생산된 효소를 이용해 농업 부산물의 당화 및 발효를 통해 에탄올, 아세트산, 암페롭신 등 고부가가치 바이오화합물 생산 기술도 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경적 자원순환 및 바이오에너지, 바이오화학제품 생산에 크게 기여할 수 있으며, 효소의 특성 분석, 산업적 정제 및 응용, 공정의 단순화와 비용 절감, 그리고 기술의 산업체 이전까지 폭넓게 진행되고 있습니다.

연구실은 지속가능한 바이오리파이너리 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 이는 식물성 바이오매스(예: 쌀겨, 왕겨, 감자, 참깨, 헛개나무 등) 및 해조류에서 유래한 원료를 미생물 및 효소를 활용해 고부가가치 화학소재(예: hydroxymethylfurfural, DMF, EMF 등)로 전환하는 기술을 의미합니다. 특히, 이온성 액체 및 금속 촉매를 이용한 직접 전환 공정, 전처리 및 당화, 발효, 정제 등 전 과정의 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 바이오리파이너리 기술은 화석연료 기반 화학공정의 대체 및 탄소중립 실현에 중요한 역할을 하며, 연구실은 다양한 바이오매스의 효율적 활용, 공정의 친환경화, 에너지 및 소재 생산의 경제성 향상에 기여하고 있습니다. 또한, 미생물 유전자 조작, 효소공학, 촉매화학 등 융합적 접근을 통해 새로운 바이오화학 소재의 개발과 상용화 가능성도 모색하고 있습니다. 이와 함께, 바이오매스 전환 과정에서 발생하는 부산물의 재활용, 환경오염 저감, 산업 부산물의 부가가치화 등 순환경제 실현을 위한 연구도 병행하고 있습니다. 이를 통해 연구실은 미래 지속가능한 바이오산업 발전에 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.