커뮤니티 > 미생물이야기



미생물이야기 아스페르질루스 니제르(aspergillus niger)?세계 최대의 구연산 생산자라고?
2013-08-16 15:31:21
이엠생명과학연구원

세계 최대의 구연산 생산자
               ─아스페르질루스 니제르(aspergillus niger)

 

사용자 삽입 이미지

  자그마한 미생물이 한 산업의 독점을 가져오고 한 국가 경제에 막대한 영향을 끼쳤다는 사실을 인정하기란 그리 쉽지 않다. 그렇지만 1917년에 《생물 화학 저널》에 실린 한 논문이 몰고 온 결과는 실제로 그랬다. 이 논문은 아스페르질루스 니제르의 특별한 활성을 기록해 놓은 것이었다. 이 역사적인 논문의 저자 퀴리J. N. Currie는 이 곰팡이로 구연산을 만드는 방법을 발견하였다. 약산성의 좋은 맛을 지닌 무독성의 구연산은 오늘날 음료수, 잼, 과자 등의 여러 식품에 널리 이용되고 있다. 몇 년 후에는 퀴리가 발견한 이 방법이 뉴욕 브루클린에 위치한 카스 파이저Chas Pfizer 사에서 상용화되었고, 이로써 그 동안 감귤 과수원에서 구연산을 독점 생산하던 이탈리아의 독점 체제는 종지부를 찍게 되었다.

 

 


  사실 이야기는 영국의 셀비라는 고장에서 일어난 일로 거슬러 올라간다. 존 스터지Jhon Sturge와 에드먼드 스터지Edmund Sturge는 1826년 이 고장에서 처음으로 구연산을 상업적으로 생산하기 시작했다. 이들이 이용한 원료는 이탈리아산 레몬 주스에서 추출한 구연산 칼슘으로, 이들의 사업은 커다란 성공을 거두었다. 그러나 20세기 초 20년 동안 이탈리아에서도 구연산을 생산하기 시작했고 곧 이 산업을 독점하게 되었으며 계속하여 가격을 높게 책정했다. 따라서 다른 나라들은 다른 생산 방법을 개발하기 위해 연구에 발차를 가했다.


  이런 의미에서 퀴리가 1917년에 논문을 발표한 것은 매우 시기 적절한 것이었다. 이탈리아는 자기네 시장 발전을 저해하는 것임에도 불구하고, 제1차 세계대전 동안에 레몬과 라임 과수원을 돌보지 않았다. 이미 가격이 오를 대로 오른 원료의 생산량마저 줄어들자 경쟁자들의 진입 가능성은 더욱 커졌다. 이미 19세기 후반에 페니칠륨(페니실린의 원료가 되는 사상균)에 속하는 어떤 종을 설탕이 함유된 용액에서 키우면 구연산을 만든다는 사실을 발견했고, 이로써 보잘것없어 보이는 미생물에서 원료 물질을 얻을 수 있으리라는 생각이 퍼졌다. 그렇지만 이 사상균이 만들어내는 구연산의 양은 지극히 적어서 페니칠륨을 이용해 성업적 생산 기반을 구축하려는 노력은 실패로 돌아갔다.


  반면 퀴리는 아스페르질루스 니제르가 보다 많은 양의 구연산을 만들어낸다는 것을 보여주었고, 나아가 이 생산량을 최대화하는 조건을 찾아냈다. 그는 설탕이나 다른 여러 종류의 염류(오늘날 구연산 제조에 이용되는 것과 기본적으로는 동일한 조성)를 포함한 액체 배지에 이 곰팡이를 배양했다. 또한 최적의 생산 조건으로 적당량의 철도 필요하다는 사실을 알아냈다. 이것은 당시로서는 놀라운 일이었으며, 그가 발견한 곰팡이는 최대로 증식하도록 자극할 때보다 오히려 증식을 억제할 때 고농도의 구연산을 생산했다.


  퀴리의 도움으로 파이저 사는 1923년 공정 규모를 늘려 브루클린에 공장을 가동시켰다. 당시에 비슷한 개발이 영국, 독일, 벨기에, 체코슬로바키아에서도 이루어졌다. 모든 개발국에서 아스페르질루스 니제르는 환기가 잘 되는 방에 마련된 배양 상자에서 배양되었고, 에너지원으로는 설탕 대신 사탕무 당밀이 사용되었다.
  1930년 무렵 영국에서는 아스페르질루스 니제르가 판매할 수 있을 만큼의 구연산을 제조해 내기 시작했다. 요크에 자리 잡은 새로운 회사 존 앤드 이 스터지Jhon & E. Sturge 사는 이미 100년이 넘도록 사용해 온 구연산 추출 기술에 로운트리의 과학자가 개발한 미생물 공정을 결합시켰다. 물론 기본적으로는 퀴리의 연구에 기반을 두었다. 스터지 사는 1974년 베링거 인겔하임Boehringer Ingelheim 그룹의 계열사였다가 현재는 바이엘의 자회사인 하만 앤드 라이머Haamann & Reimer 사에 속해 있다.


  몇몇 참여자들이 기대했던 만큼 극적인 도약은 없었지만 그후로도 기술은 진보를 거듭하였다. 제2차 세계대전 이후 구연산은 액체 배양지에서 더 효율적으로 제조되기 시작했으며, 이 상태에서는 공정을 조절하는 것이 훨씬 수월했다. 1960년대와 1970년대에는 이보다 더 고무적이고 현저한 변화가 일어났다. 제조업자들은 석유 가격이 낮은 것에 힘입어 석유로 구연산을 만들 수 있는 효모로 관심을 돌렸다. 그러나 이것은 별로 효용이 없었다. 이런 방법으로 구연산을 제조한다고 하더라도 그것이 상용화할 만한 양은 아니었던 것이다. 게다가 포도당 시럽이나 사탕무, 사탕수수 설탕 같은 탄수화물이 석유 유도체보다는 비용이 적게 들었으므로 계속해서 구연산은 이 초기 물질들을 통해 생산되었다. 다만 효모가 미생물 일꾼으로서 부분적으로 아스페르질루스 니제르를 대신했다는 점은 달라졌다.


  이스페르질루스 니제르와 퀴리의 활동은 80년 전에 구연산 제조 분야에서 이탈리아의 독점을 종식시켰다. 전세계적으로 라임 과수원과 레몬 과수원을 급격히 늘린다 해도 증가하는 구연산 수요를 감당할 수는 없다. 연간 50만 톤에 달하는 현재의 구연산 생산 수준을 감귤 생산으로는 도저히 맞출 수 없는 것이다. 구연산은 기분 좋게 톡 쏘는 향기는 차치하고라도 식품 산업에서 해아릴 수 없을 만큼 다양하게 응용될 수 있다. 구연산은 가공 중인 치즈의 유화 공정에서부터 통조림 과일이나 채소의 비타민 C 손실 방지에까지 이용된다. 폭발적으로 급증하는 이러한 수요는 미생물만이 따라잡을 수 있다.
  한편 아스페르질루스 니제르가 구연산 제조만 할 수 있는 것은 아니다. 이 미생물은 수년간 다른 유용한 화학 물질의 공급자로도 인정받았다. 예를 들면 글루콘산을 만드는 데 필요한 물질도 공급하는데, 이 글루콘산은 제약이나 다른 산업에서 두루 사용된다. 클루콘산염 칼슘은 어린이와 임산부에게 우수한 칼슘원이 되며, 글루콘산염 철은 영양 결핍에 따른 빈혈 치료제로 이용된다. 베이킹 파우더에 혼합된 글루콘산은 이산화탄소릐 방출을 조절하는 데 도움을 준다. 이런 작용은 버터 제조나 양조, 음료수 산업에서도 이용되는데, 찌꺼기가 특수 자동 세척기에 침전되는 것을 방지한다.


  아스페르질루스 니제르는 비타민 B12(시아노코발라민cyanocobalamin), 양조 과정에 쓰이는 녹말 분해 효소, 페인트나 접착제, 섬유나 표면 코팅에 들어가는 이타콘산 제조에도 사용된다. 이 곰팡이는 주요 물질의 국가적 독점을 몰아내는 것으로 만족하지 않고, 지금까지도 인간에게 도움을 주는 미생물 일꾼 중 가장 유용한 미생물로 남아 있다.




대전광역시 유성구 문지동 KAIST문지캠퍼스강의동L605호 대표이사:(원장)서범구 사업자번호:314-86-01479
전화번호:1800-0250 팩스번호:07074559748 관리자이메일:puom9@naver.com
이엠생명과학연구원. All Rights Reserved