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생물학적 방법을 통한 기능성 이당 lactulose의 생산과 응용 연구 (Production of Lactulose by Biological Methods and Its Application)

  • 김영수;김도연;박창수
    • 생명과학회지
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    • 제26권12호
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    • pp.1477-1486
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    • 2016
  • Lactulose는 lactose의 이성질체로 galactose와 fructose의 ${\beta}$-1,4-glycosidic 결합으로 구성된 비소화성 기능성 이당으로 소장에서 분해되지 않고 대장에 도달하여 장내 유산균에 의해 이용되어 대장의 pH를 저하시켜 유해균의 증식을 억제 시키고 장내 균총을 유익한 방향으로 개선하는 효과를 가지고 있다. 또한 수용성 식이섬유로 작용하여 변비와 간성뇌질환등의 치료에 이용되고 있고 lactose에 비해 감미도 및 용해도가 우수하여 다양한 식품산업으로 유용하게 사용될 수 있는 높은 잠재적 활용가치를 보유하고 있는 기능성 당류이기도 하다. Lactulose를 생산하기 위하여 화학적 방법과 효소적 방법이 보고 되어있는데, lactose를 강알칼리 조건에서 이성화시키는 화학적 방법에 의한 lactulose의 생산은 고온, 고압의 반응 조건 및 중화 과정에서 사용되는 강산으로 인해 생성물의 과분해 및 부산물 생성에 의한 복잡한 정제과정이 요구되며 환경오염에 대한 심각한 문제를 내포하고 있다는 단점이 있다. 이러한 화학적 방법과는 달리 ${\beta}$-galactosidase 또는 cellobiose 2-epimerase와 같은 효소를 이용한 lactulose의 생산은 반응의 정밀성, 특이성, 반응공정의 안전성 및 친환경적 생산방법이라는 다양한 장점을 가지고 있다. 하지만, 효소적 생산 방법 중에서 ${\beta}$-galactosidase를 이용한 lactulose의 생산은 기질로서 유당뿐 아니라 과당을 함께 사용해야 하며 높은 기질농도에서만 반응이 이루어 지기 때문에 경제적으로 비효율적이라는 단점이 지적되고 있기도 하다. Lactulose의 효소적 생산방법에 있어서 이러한 단점을 극복하기 위하여 lactose 단일 기질로부터 높은 수율의 lactulose를 생산할 수 있는 cellobiose 2-epimerase를 이용한 lactulose생산 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 향후 효소 반응 공정 및 효소특성개량에 대한 지속적인 연구를 통하여 lactulose 산업적 생산을 위한 다양한 연구가 필요한 실정이다.

천연물로부터의 다당류에 의한 항종양효과에 관한 연구 I. 형광기표지와 HPLC에 의한 당의 분석

  • 김영식;박호군
    • 한국응용약물학회:학술대회논문집
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    • 한국응용약물학회 1993년도 제2회 신약개발 연구발표회 초록집
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    • pp.132-132
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    • 1993
  • 정상세포의 암세포로의 전환에 수반하는 세포표면상에 당구조 변화가 주목을 받고 있으며 이에 탄수화물이 세포간의 상호작용, 성장 등에 중요한 역할을 하리라고 생각된다. 따라서, 당구조 변화를 야기 시키는 당분해소효소나 전이활성 효소의 활성이 주요한 임상적 지표가 될 수 있다. 또한 천연물에서 유래된 다당류 등이 면역증강 효과를 나타내면서 항종양 효과를 보여준다. 이와같은 일을 원활히 수행하기 위해서는 당을 분석하는 기술이 필요하다. 당을 분석하는 방법으로 많이 이용된 것 중의 하나가 유도체를 만들어 GC에 의해서 확인하는 것이고 또한 당은 chromophore가 없기 때문에 굴절율의 검출기를 이용한 HPLC에 의해서도 분석이 가능하다. HPLC에 의한 또 다른 방법으로 당의 환원당 말단에 형광기를 결합시켜 감도를 매우 높게하여 역상 칼람을 이용해 당을 분리할 수 있다. 환원당에 결합시킬 수 있는 물질로는 대부분 amine기를 띄고 있고 결합하여 형광을 나타내는 특징을 지니고 있다. 본 연구는 형광기를 결합시켜 전기영동과 HPLC에 의해 동시에 추적이 가능한 물질을 결합시켜서 분석을 용이하게 한 방법을 이용하여 단당류를 $C_{18}$ column에 의해서 분리하였고 또한 모델로서 면역증강제로 사용되는 운지버섯 및 영지버섯 다당류와 생약에서 분리한 지유의 당을 분석하였다. 현재까지의 결과로 가장 좋은 방법은 $C_{18}$-->phenyl column을 연결하여 isocratic 방법으로 분리하였을 때이었다. 버섯의 당은 대부분이 glucose로 이루어졌고 지유는 arabinose가 주 구성성분이었다. 위의 분석 기술을 이용하면 피코몰 범위내에서 정확한 구조를 가진 항암효과의 올리고당 및 암세포의 발현에 따른 당단백질의 당의 구조를 규명하는데 도움을 줄 수 있다.aeonol이 aspirin과 같거나 강한 사망 억제 효과가 있었다.cyclopropyl-7-(2-furanyl) -6-fluoro-1,4-dihydro-4-oxo-3-quinoline carboxylic acid (compound 4), 1-cyclopropyl-7-(2-thiophenyl)-6-fluoro-1,4-dihydro-4-oxo-3-quinoline carboxylic acid (compound 6) ,1-cyclopropyl-7-(3-pyridinyl)-6-fluoro-1,4-dihydro-4-oxo-3-quinoline carboxylic acid (compound 8), 1-cyclopropyl-7-(2-fluoro-3-pyridinyl)-6-fluoro-1,4-dihydro-4-oxo-3-quinoline carboxylic acid (compound 10)를 합성하였다.10^{-7}$ M)에 의한 단백인산화에 대하여는 더 미약한 억제-효과를 나타내었다. 이상의 결과는 PDE-1과 항우울약들의 항혈소판작용은 PKC-기질인 41-43 kD와 20 kD의 인산화를 억제함에 기인되는 것으로 사료된다.다. 것으로 사료된다.다.바와 같이 MCl에서 작은 Dv 값을 갖는데, 이것은 CdCl$_{4}$$^{2-}$ 착이온을 형성하거나 ZnCl$_{4}$$^{2-}$ , ZnCl$_{3}$$^{-}$같은 이온과 MgCl$^{+}$, MgCl$_{2}$같은 이온종을 형성하기 때문인것 같다. 한편 어떠한 용리액에서던지 NH$_{4}$$^{+}$의 경우 Dv값이 제일 작았다. 바. 본 연구의 목적중의 하나인

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발효촉진제를 첨가하여 제조한 오징어 조미료의 품질특성 (Quality Properties of Fermented Squid Seasoning Manufactured with Fermentation Accelerator)

  • 최승화;김상무
    • 한국식품과학회지
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    • 제43권3호
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    • pp.334-340
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    • 2011
  • 본 연구는 오징어 육에 발효촉진제를 첨가하여 발효한 오징어 조미료 소재 개발을 목적하며 결과를 요약하면 다음과 같다. Asp. oryzae koji를 10%첨가하여 발효하였을 때 아미노질소량이 가장 높았고 휘발성 염기질소량이 가장 낮았으며, pH의 감소량이 크고 산도가 높아 발효에 가장 알맞은 조건이었으며, 10일간 발효하였을 때 아미노질소량이 가장 높아 발효생성물을 제조하기에 가장 적합하였다. Asp. oryzae koji 10%의 농도에 10일간 발효한 오징어 육 발효생성물의 유리 아미노산 조성은 감칠맛을 내는 아미노산인 glutamic acid의 함량이 가장 많았고 핵산관련물질 중 감칠맛을 내는 IMP가 쓴맛을 내는 hypoxanthine보다 많아 식품 정미소재로 이용하기에 적합하였다. 항산화 및 ${\alpha}$-glucosidase 저해활성은 농도 의존적으로 증가하였으며, 항산화 및 소장에서 단당류의 생성을 억제하여 혈당을 낮출 수 있는 가능성이 있는 기능성 소재로서의 활용가능성도 있다고 보여진다. 오징어 발효생 성물에 부재료를 첨가하여 조미료를 제조한 결과 시판 천연조미료와 비교하여 관능적으로 큰 차이가 없었다. 이상의 결과를 고려할 때 오징어 육 발효생성물은 기능성 소재로의 활용에 대하여는 추가연구가 필요하지만, 천연조미료 등 식품 정미 소재로써 활용이 가능하다고 판단된다.

극한환경에서 분리한 고온성 Bacillus sp. TR-25에 위한 내열성 $\alpha$-amylase의 생산 (Thermostable $\alpha$-Amylase Production by Thermophilic Bacillus sp. TR-25 lsolated from Extreme Enviroment)

  • 노석범;손홍주;이종근
    • 생명과학회지
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    • 제7권1호
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    • pp.30-38
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    • 1997
  • 내열성 {\alpha}$-amulase를 생산하는 미생물을 분리하기 위하여 각종 분리원으로 시료를 채취하여 55$^{\circ}C$ 이상에서 생육하고 가장 내열성 {\alpha}$-amulase 생산능이 우수한 균주를 분리, 동정한 결과 thermophilic Bacilus 속으로 추정되었다. 균체생육과 효소생산의 최적온도는 60~$65^{\circ}C$였고, 초발 pH8.0에서 가장 높은 효소생산능을 보였다. {\alpha}$-amulase 생산에 가장 양호한 탄소원은 soluble starch, dextrin, prtato starch, corn starch 등의 다당류이었으며 glucose, fructose 등의 단당류에서는 효소생산이 미약하거나 억제를 받았다. {\alpha}$-amulase 생산에 가장 중요한 질소원은 yeast extract이었따. 0.1% $CaCl_2{\cdot}2H_2O$, 0.001%의 Tween-80의 첨가는 {\alpha}$-amulase 생산성을 증가시켰다. 본 공사균이 생산한 조효소액의 특성을 검토해 본 결과, 8$0^{\circ}C$에서 최적 효소활성을 보였으며, 10$0^{\circ}C$에서도 23%의 잔존활성을 나타내었다. 최적 pH는 5.0이었다. $Ca^{2+}$은 효소활성 증진에는 영향을 미치지 않았다. 공시균으로부터 분리한 genomic DNA를 중온성 BAcillus subtilis KCTC 1024에 형질전환시킨 결과, transformant는 wild type에 비하여 약 2배의 효소활성이 증가되었다.

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청각과 김에서 추출한 당단백질의 Sarcoma-180에 대한 항암효과 및 면역활성 (Antitumor Effect and Immunology Activity of Seaweeds toward Sarcoma-180)

  • 조경자;이영숙;류병호
    • 한국수산과학회지
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    • 제23권5호
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    • pp.345-352
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    • 1990
  • 해조류 중 청각과 김에서 당단백질을 추출하여 화학성분의 조성을 규명하고 sarcoma-180 cell을 이용하여 항암 및 면역활성을 검토하였다. 해조류에서 추출한 당단백질 중 당의 함량은 청각과 김에서 각각 $62.26\%$$65.78\%$이였고 이를 구성하는 단당류는 fructose의 함량이 가장 많았다. 단백질의 함량은 청각 $6.07\%$, 김은 $2.46\%$이였으며, 이를 구성하는 주요 아미노산은 aspartic acid, glutamic acid, glycine 및 cysteine이였다. 항암 효과중 고형암 성장 저지 효과는 청각의 경우 50mg/kg을 투석 하였을때 $53.30\%$로 가장 높은 항암효과를 나타내었고, 수명 연장 효과는 김의 50mg/kg인 경우가 $17.35\%$로 가장 높은 수명 연장율을 보였다. 면역기능에 미치는 영향 중 백혈구수는 청각의 경우가 $65.11\%$로 최고로 증가하였고, 시간이 경과함에 따라 점점 감소하는 경향을 보였으며, 총 복강 세포수도 대조군에 비해 시료투여군이 현저한 증가를 나타내었다. 면역 관련 장기의 무게도 시료투여에 의하여 증가함을 볼 수 있었다. 혈액의 생화학적 성분분석은 대조군과 약물 투여군이 비슷한 수준으로 나타났다. 이는 정상적인 마우스에서는 생체의 항상성유지 기능을 초원하지 않고 어떤 이상 반응도 보이지 않았다.

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목질진흙버섯균 Phellinus linteus의 균사체 생육에 미치는 주요 인자에 관한 연구 (Studies on the Main Factors Affecting the Mycelial Growth of Phellinus linteus)

  • 지정현;하태문;김영호;노영덕
    • 한국균학회지
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    • 제24권3호통권78호
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    • pp.214-222
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    • 1996
  • 목질진흙버섯(상황버섯)은 약용버섯으로써 강력한 항종양 효과를 나타내는 것으로 잘 알려져 있으나, 자실체형성 및 발육에 관한 인공재배는 이루어지지 않고 있으므로, 본 연구는 목질진흙버섯균의 균사체 생육에 미치는 주요 인자에 대한 배양적 특성을 구명하여 인공재배 검토를 위한 기초자료를 얻기 위해 수행한 결과이다. 1. 균주의 균사배양에 적합한 온도는 $25{\sim}30^{\circ}C$, pH는 $6.0{\sim}7.0$의 범위였고, 균사생장 및 증식에 적합한 배지는 MCM, YM 및 Synthetic I 배지였다. 2. 균사생장이 양호한 탄소원으로는 단당류인 D-Glucose, D-Mannose, Dextrose였고, 질소원으로는 유기태질소원인 Cassamino acid와 아미노산류인 Glutamic acid, 복합질소원으로는 Peptone이 양호하였다. 3. 균사생장에 적합한 배지의 C/N비는 탄소원(D-Glucose)농도 2%에서 20:1이었고, 탄소원 농도가 높아질수록 균사생장은 부진하여 탄소원 농도 4% 이내가 적당하였다. 4. 유기산으로는 Gallic acid와 Silicic acid를 첨가하였을 때, 비타민으로 Biotin을 첨가하였을 때 균사생장이 촉진되었고, 무기염류는 비교적 다양하여 $KH_2PO_4,\;FeSO_4{\cdot}7H_2O,\;MgSO_4{\cdot}7H_2O,\;ZnSO_4{\cdot}7H_2O$의 최적농도가 0.05%, 0.001%, 0.02%, 0.0003%일 때 균사생장이 양호하였다.

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효모 Pichia stipitis를 이용한 구멍갈파래 가수분해 추출물로 부터 바이오 에탄올 생산 (Bioethanol Production using a Yeast Pichia stipitis from the Hydrolysate of Ulva pertusa Kjellman)

  • 이지은;이상은;최운용;강도형;이현용;정경환
    • 한국균학회지
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    • 제39권3호
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    • pp.243-248
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    • 2011
  • 6탄당과 5탄당을 이용할 수 있는 효모 Picha stipitis를 이용하여 해조류인 구멍갈파래 가수분해 추출물의 단당류로부터 바이오 에탄올을 생산하는 반복 회분식 공정에 대하여 연구하였다. 이러한 공정이 180시간 까지 반복적으로 이루어질 수 있었으며, 약 30 g/L의 총환원당으로 부터 최고 평균 11.9 g/L의 바이오 에탄올이 생산됨을 확인하였다. 이 때 바이오 에탄올 수율은 0.40 (DNS 방법 기준)과 0.37 (TLC 방법 기준)이었으며, 이는 이론치의 78.4%와 72.5%에 해당하는 바이오 에탄올 수율에 해당한다. 이 결과를 다른 측면에서 분석하면, 본 연구 결과로 얻어진 반복 회분식공정에서 건조 구멍갈파래 1 kg에서 39.67 g의 바이오 에탄올을 생산 할 수 있다는 결론을 얻게 되었다. 본 연구를 통하여 구멍갈파래의 가수분해 추출물로부터 바이오 에탄올을 생산할 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였고, 상업적인 대량생산이 가능한 공정기술로서 반복 회분식 방법이 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.

알칼리 전처리 백합나무(Liriodendron tulipifera L.)의 효소당화 및 발효에 의한 바이오 에탄올 생산 (Bio-ethanol Production from Alkali Prehydrolyzed Yellow Poplar (Liriodendron tulipifera L.) Using Enzymatic Saccharification and Fermentation)

  • 신수정;조대행;한심희;김용환;조남석
    • 한국산림과학회지
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    • 제98권3호
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    • pp.305-310
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    • 2009
  • 백합나무를 원료로 바이오 에탄올을 생산하기 위하여 알칼리 가수분해 처리 후 잔재물을 상업용 혼합 셀룰라아제(Celluclast 1.5L과 Novozym 342)를 사용하여 효소당화 후, 발효하여 바이오 에탄올을 생산하였다. 알칼리 가수분해 후 51.1%의 목재 성분이 회수 되었으며, 이중 셀룰로오스가 82.2%, xylan이 17.6%와 리그닌 2.0%의 조성을 보였다. 백합나무의 알칼리 가수분해과정에서 셀룰로오스 96.9%, xylan 38.0%, 리그닌 5.7%가 잔류하였다. 알칼리 가수분해 잔류물을 상업용 혼합 셀룰라아제에 의한 효소 당화결과, 셀룰로오스의 glucose 전환율은 87.0%였으며 xylan의 xylose로의 전환율은 87.2%였다. 분해된 단당류를 발효효모를 사용하여 바이오 에탄올을 생산하였는데 Saccharomycess cerevisiae 균주는 대부분의 glucose를 발효에 사용하였고, 0.4-1.4%의 소량의 glucose만을 잔류 시킨데 대하여, xylose의 경우는 92.1-99.5%가 잔류하여 이 균주는 발효과정에서 xylose를 거의 사용하지 않았다. 24시간 발효에서 에탄올의 농도는 57.2 g/L수준이었지만 발효 균주에 의한 에탄올 소비로 인하여 48시간 및 72시간 발효에서 에탄올 농도가 각각 56.2 g/L와 54.3 g/L로 점차 감소하였다.

Streptomyces thermocarboxydus C12에서 Subtilisin-like Protease Inhibitor 생산을 위한 최적배양조건 (Optimal Culture Conditions for Production of Subtilisin-like Protease Inhibitor from Streptomyces thermocarboxydus C12)

  • 강성일;장영부;최경임;최병대;공재열;최영준
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제37권3호
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    • pp.373-378
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    • 2008
  • 광양만의 해안 뻘에서 protease 저해력이 우수한 균주 S. thermocarboxydus C12를 분리하여 최적의 저해제 생산 조건을 조사하였다. 최대 저해활성을 보이는 온도와 초기 pH는 각각 $40^{\circ}C$와 8.0이었다. 저해제 생산에 미치는 탄소원의 영향을 검토한 결과, 단당류인 galactose, glucose, fructose와 다당류인 starch에서 높은 저해활성을 보였으며, 최적의 탄소원과 농도는 각각 galactose와 1.6%(w/v)였다. 질소원의 경우 복합배지인 polypeptone과 proteose peptone에서 가장 높은 저해활성이 나타났으며, 최적의 농도와 질소원은 0.5%(w/v)와 proteose peptone이었다. 최적의 NaCl 농도와 금속이온은 각각 1%(w/v)와 1 mM LiCl이었다. 선정된 최적배양조건에서 균주를 배양한 결과, 84시간 동안 배양 시 저해활성이 최대인 것으로 나타났다.

감마선 조사 펙틴 용액의 이화학적 특성 및 생리활성 변화 (Physicochemical Characteristics and Biological Activity of Irradiated Pectin Solution)

  • 강호진;조철훈;권중호;정일윤;변명우
    • 한국식품과학회지
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    • 제37권5호
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    • pp.741-745
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    • 2005
  • 농산가공 부산물인 펙틴을 이용하여 기능성 펙틴 올리고머를 제조할 시 감마선 조사를 이용하는 기초 자료를 마련하고자 펙틴 용액(2%, 0.05N HCl, citrate, 증류수)을 0, 2.5, 5, 10, 20, 30 및 50kGy로 감마선 조사한 후 이화학적 특성과 생리활성을 확인하였다. 펙틴 용액의 점도는 조사선량 10kGy까지 급격히 감소하였고 그 이후의 선량에서는 조사선량별 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). 분자량은 조사선량이 증가하면서 30-40kDa의 당과 단당류가 증가하였다. 펙틴 용액의 전자공여능을 측정해본 결과 모든 선량에서 증류수 처리 펙틴 용액이 가장 높은 값을 나타내었고, 펙틴 용액 농도별 전자공여능은 모든 선량에서 유의적으로 증가하였다(p>0.05). 펙틴 용액의 ${\beta}-carotene$ bleaching assay 결과 전자공여능의 결과와 같이 조사선량이 증가할수록 높은 ${\beta}-carotene$ 유지력을 나타내었으며 항산화지수(Al)도 선량이 증가함에 따라 증가하였다(p<0.05). 펙틴 용액의 5개 암세포주에 대한 생장 억제 효과는 조사 선량이 증가할수록 증가하였고 이 중 인체 유래 피부암 세포주인 G361의 생장억제 효과가 모든 처리구에서 가장 높았다. 본 실험 겉과 방사선 조사를 이용한 펙틴 용액의 저분자화를 확인할 수 있었고 생리활성이 증가하는 것으로 보아 방사선 조사가 기능성 펙틴 올리고머 제조기술에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.