부후균은 어떻게 목재를 분해하나요?
부후균은 어떻게 목재를 분해하나요?
  • 김오윤 기자
  • 승인 2015.12.28 16:29
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목재 100문 100답 | 49 - 한국임업진흥원 시험평가팀

[나무신문 | 한국임업진흥원 시험평가팀] 목재는 두꺼운 세포벽이 중량의 대부분을 차지하고 있으며, 세포벽은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 그리고 리그닌으로 구성되어있다. 부후균은 목재의 세포벽을 영양원으로 이용하여 살아가고 세포벽을 구성하고 있는 고분자물질(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌)을 저분자물질로 만들어 영양대사에 사용한다. 즉 인간이 음식물을 섭취하면 각종 효소(아밀라아제, 리파아제)를 이용하여 음식물을 분해하고 이를 흡수하는 원리와 같다. 
부후균은 균체외효소(extracellular)를 분비하여 세포벽을 구성하고 있는 고분자 물질인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 저분자 물질로 분해하고 최종산물을 이용하여 에너지로 이용하게 된다. 
※부후균: 목재를 분해(썩게)하는 균류

▲ 목재의 주요 구성성분

부후균이 분비하는 균체외효소(목재분해효소) 
효소는 살아있는 모든 생물에서 생성된다. 목재를 분해할 수 있는 효소생산의 대상이 되는 미생물에 부후균이 있으며, 부후균은 아래와 같은 분해효소를 분비하게 된다. 

●셀룰로오스 분해효소(Cellulase, 셀룰레이즈) 
이 효소는 셀룰로오스의 결합을 가수분해하는 효소의 총칭을 의미한다. 셀룰로오스가 분해되어 부후균의 에너지원인 glucose(포도당)가 되기 위해서는 여러효소가 상호작용하여 셀룰로오스를 분해해야 한다. 

●헤미셀룰로오스 분해효소(Hemicellulase, 헤미셀룰레이즈)
헤미셀룰로오스는 여러 종류의 당이 다양하게 결합되어있는 고분자이다. 부후균이 헤미셀룰로오스를 에너지원으로 이용하기 위해서는 다양한 화학결합에 활성을 갖는 효소가 필요하다. 대표적인 헤미셀룰레이즈에는 Xylanase와 mannase가 있다. 

●리그닌 분해효소(Lignolytic enzymes)
리그닌은 섬유소 다음으로 목재의 많은 부분을 차지하고 있지만, 화학적 특성상 미생물에 의해 쉽게 분해되지 않는다. 현재까지 알려진 리그닌분해 미생물로는 백색부후균이 대부분이지만, 세균 중에서도 리그닌을 분해하는 미생물은 존재한다. 대표적인 효소로는 과산화수소효소, Mn의존형 과산화분해효소, laccase 등이 있다. 

▲ 출처: 백색부후균의 형질전환 기술 개발, 김명길 부후균의 목재분해

부후균 및 목재분해효소의 산업적 이용
부후균은 목재를 분해(썩게)하는 성질 때문에 목재보존분야에서는 이를 방지하기 위해 부후균의 생장 및 활동을 예방하도록 방부제 처리 및 사용환경을 제한하고 있다. 하지만 부후균 및 목재분해효소는 산업적 측면에서 아주 중요한 역할을 할 수 있다. 물론 부후균의 자실체를 형성을 통한 식용버섯의 재배는 오랫동안 이루어지고 있지만, 이와는 별개인 산업적 활용방안을 생각할 수 있다. 활용방안은 다음과 같다. 

●식품 또는 사료의 제조 
목재를 반추동물의 사료로 사용하는 것이다. 즉 목재에 부후균을 배양 시킨 후, 그 목재를 동물사료로 사용함으로써 목질내의 조단백질의 함량 증가와 함께 다당류의 소화율의 증가를 기대하는 것이다. 

●펄프의 제조
백색부후균은 부후과정 중 섬유소를 많이 분해하지 않으면서 리그닌을 감소시킨다는 점에서 biopulp 제조에 많은 연구가 증가되고 있다. 백색부후균에 의한 biopulping 목적은 목재의 리그닌을 100% 제거하는 것이 아니다. 탈리그닌화가 소량만 이루어져도 기계적 펄프의 제조가 극히 용이해 지고 에너지 절약의 효과를 기대할 수 있기 때문이다.
※biopulping: 목재칩에 균류(예: 백색부후균)를 접종 전처리하여 연화시킨 후 리파이닝하는 펄프제조법

●폐기물처리
부후균이 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌을 분해하는 성질을 이용하여, 산업체(펄프제지산업 등)로부터 나오는 폐기물 처리에 부후균의 사용가능성이 검토되고 있다. 

부후균 및 효소가 산업적으로 이용되기 위해서는 리그닌을 선택적으로 분해하는 강력한 미생물의 검색, 유전공학 기법에 따른 효소의 개량 등이 중요한 포인트가 된다. 이러한 기술을 개발함으로써 목재의 자원의 이용이 확대되고 경제적 에너지 절약이 가능하게 될 것이다.