구름 버섯균(C. versicolor)를 고체배양(solid-substrate culture)하여 단백다당류를 생산하기 위한 각종조건을 검토하였다. 여러가지 고체재료가 이용될 수 있으나 배양 후 단백다당류의 열수추출 과정에서의 부적합성 등의 이유로 인하여 실질적으로 zeolite나 난 재배용 토양이 이용 가능한 천연고체 재료라고 볼 수 있다. Zeolite와 난 재배용 토양을 이용한 고체발효에서 단백다당류 생산에 미치는 탄소원의 영향을 검토한 결과 glucose, sucrose 및 starch에서 단백다당류 생산량이 높게 나타났으며, 질소원중에서는 bactosoytone과 peptone이 고체발효에 의한 단백다당류 생산에 가장 적합한 질소원으로 확인되었다. 단백다당류 생산을 위한 고체발효에서 최적 pH범위는 5-6이었고, 고체재료 100 g당 조단백다당류 생산량이 5-6 mg에 이르렀다. 배지조성별 단백다당류의 생산성 시험의 결과 C. versicolor의 최적배지 조성인 CVM에서 최고의 생산성을 보였으며, 종합적으로 균사성장에 적합한 조건에서 단백다당류의 생산성도 높다고 하겠다.
국내에서 재배되고 있는 번데기동충하초의 배양조건과 영양원이 균사체의 생육과 단백다당류 생성에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 탄소원에 따른 단백다당류의 생성량은 균체와 배양액에서 glucose, sucrose, 전분의 순으로 30mg/100$m\ell$ 이상의 생성량을 보였다. 또한 탄소원에 따른 단백다당류를 구성하는 단당류의 조성은 크게 달라졌다. 탄소원과 질소원에 따른 단백다당류의 생성은 glucose와 peptone에서 가장 높았으며 탄소원과 질소원의 비율(C/N비)은 glucose 3%에 peptone 0.5%의 함량이 균체의 증식이나 단백다당류 생성에 가장 좋았다. 단백다당류의 생성량은 균사체 내에서는 진탕 배양에 의해 현저하게 증가하였으며 배지의 산도는 pH 4.5에서 최적을 보였으며 최적배양온도는 $25^{\circ}C$이었다. DPPH 법으로 측정한 단백다당류의 항산화능을 측정한 결과, 번데기를 이용한 고체배양보다 액체배양에서 더 높은 전자공여능을 나타내었다.
고등균류의 배양액 및 균사체로부터 항암작용이 있는 단백다당류의 추출 및 정제방법에 관한 실험을 구름버섯 균사배양체를 이용하고 실시하였다. 실온에서 비이온성 계면활성제인 2% Triton X-100과 함께 교반시키면서 추출했을 때 얻어진 단백다당류의 함량이 이미 사용되어 온 $100^{\circ}C$ 열수에 의한 추출방법을 통해 얻을 수 있는 것보다 더 좋았다. 그러나 4 N NaCl을 포함한 2% Triton-X-100 용액으로 처리했을 때는 추출 후 ethanol 침전과정에서 단백다당류의 침전물을 얻을 수 없었다. 열수추출과 ethanol 침전과정에서 얻어진 단백다당류의 순도를 높이기 위해 chromatography를 이용한 정제실험을 하였다. alumina와 DEAE-Cellulose, DEAE-Sephadex를 각각 충전제로 하여 시료를 전개시키고 280nm에서의 흡광도를 기준으로 단백질 성분의 용출을 확인하고 이들 분획에 대하여 anthrone정색반응과 625nm에서의 흡광도를 측정함으로써 단백다당류를 분리, 정제하였다. 단백다당류의 정제는 alumina를 충전제로 사용하는 것보다 DEAE-Cellulose와, DEAE-Sephadex를 충전제로 한 chromatography에 의하여 더 효율적으로 정제되었다.
L. edodes의 배양액 및 균사체로부터 항암작용이 있는 단백 다당류의 추출 및 정제방법에 관한 실험을 실시하였다. 단백다당류 추출에서 비이온성 계명 활성제인 2% Triton X-100 용액으로 추출할 경우 상온에서 추출하여도 통상의 10$0^{\circ}C$ 열수 추출을 통해 얻을 수 있는 것보다 수율이 높았다. 그러나 계명활성제 용액에 4N NaCl을 첨가하여 추출하면 ethanol 침전과정에서 단백다당류의 침전물을 얻을 수 없었다. 열수 추출에 있어서 추출 온도는 10$0^{\circ}C$가 효과적이고 추출 시간은 4시간 정도면 충분하였다. 열수 추출 결과 ethanol 침전 및 동결건조를 통하여 얻어진 조단백 다당류의 정제 실험에서는 alumina를 충전제로 하는 gel filtration보다 sephadex에 의한 gel filtration 또는 DEAE-cellulose, DEAE-sephadex를 이용한 ion exchange chromatography가 보다 효과적이다.
팽나무버섯을 수확한 후의 톱t웹사체에서 항암효과가 뛰어난 것으로 알려진 단백다당류를 열수추출, 분 , 정제하였으며 그 특성을 조사하였다. F. velutipes 룹밥균사체로부터 추출한 조단백다당류(Fr.CA)의 수율은 ethanol의 농도가 95%일때 1.464g으로서 원재료인 톱밥균사체를 기준으로 0.366 % 였다 Fr. CA의 당 및 단백질조성은 총당 19.8%, 총단백질 2 23.8% 이었다. Fr.CA를 박막여과하여 분획한 결과 분자량 30만 이상의 Fr.A분획이 44.6%를 차지하여 고분자 단백다당류가 주성분임을 알 수 있었다. Fr.A를 DEAE-sephadex column chromatogra phy로 분리한 결과 세개의 분획이 Fr.A를 기준으로 5 5.8% (Fr.A-l), 8.5% (Fr.A-2), 13.2% (Fr.A-3)의 수율로 얻어졌다. 이들 분획을 sepharose 28 gel fil tra tion으로 정제한 결과 순수한 단일 단백다당류의 peak를 얻을 수 있었는데 이들 중 Fr.A-l-a의 수율 은 Fr.A -1을 기준으로 20.9%이었으며 분자량은 8 800kDa정도였다. 단백다당류의 단당류 조성은 모든 분획에서 glucose, galactose, mannose, xylose및 fucose의 5종류가 검출되었으며 특히 neutral poly saccharide분획인 Fr.A-1-${\alpha}$에서는 glucose와 gal lactose의 함량이 상대적으로 높게 나타났다.
항암 효과와 면역 활성 효과가 있는 영지 균사체의 alkali 추출 단백다당류인 GMPG와 이것을 모체로하여 한외여과를 이용한 고분자 단백다당류(GMPG-UH)와 저분자 단백다당류(GMPG-UL) 그리고 column 분획을 이용한 고분자 단백다당류(GMPG-CH)와 저분자 단백다당류(GMPG-CL)를 얻어서, 면역 항암 활성을 연구한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. GMPG, GMPG 고분자 및 저분자 분획들의 총당과 총단백질 함량을 측정한 결과, GMPG는 85.9% 및 12.8%, 한외여과 분획인 GMPG-UH와 GMPG-UL은 75.5% 및 72.7%의 당과 31.3%의 33.6%의 단백질, 컬럼 분획인 GMPG-CH와 GMPG-CL은 당과 단백질이 각각 96.9%와 87.1% 및 1.9%와 8.1%를 함유하고 있었다. 구성 당은 대부분 glucose, mannose, fructose, galactose, xylose와 소량의 ribose 및 arabinose를 함유하고 있었으며, ${\alpha}$와 ${\beta}-glucose$의 결합 비율이 $0.84{\sim}1.14$로 ${\beta}-glucan$이 주를 이루는 단백다당류이고, 저분자보다는 고분자가 더 많은 ${\beta}$-결합을 이루고 있는 것으로 조사되었다. 구성 아미노산의 조성은 공통적으로 산성 아미노산인 Asp와 Glu, 중성 아미노산인 Ala와 Leu이 다량 함유하고 있는 것으로 조사되었다. IR의 경우는 ${\beta}$-당의 결합양식을 결정 짖는 $890cm^1$ 부근에서의 흡수 peak가 관찰되었다. 또한 $^{13}C-NMR$ spectrum에서 GMPG, GMPG 고분자 및 저분자, ${\beta}-1,3$ anomer를 결정 짖는 C-1 peak가 $103{\sim}105ppm$에서 나타나 ${\beta}-(1{\rightarrow}3)-glucan$ 구조를 갖는 단백다당류임을 알 수 있었다. GMPG-CH와 GMPG-CL은 sarcoma 180 고형암에 대해 각각 79.6% 및 63.4%의 암세포 중식 저해율을 나타내었는데, 이것은 ${\beta}$-결합 당의 함량이 높은 고분자 분획이 항암활성도 높게 나타났다.
영지의 유효 성분을 공업적으로 대량 생산하기 위해서는 탄소원으로 인삼박을 질소원으로 corn steep liquor 를 배지로 사용하는 것이 좋았으며, 이때의 균사체 건조 중량은 1.25g/100 ml로 탄소원으로 포도당, 질소원으로 펩톤을 사용한 대조군보다 2.5배가 높았다. 균사체의 추출은 발효액을 그대로 $121^{\circ}C$(kg/cm2)에서 2시간 정도 추출하는 것이 적당하였으며, 이런 조건으로 추출하였을 때 발효액의 단백다당류의 수율은 0.75%로 동일 조건하에서 자실체의 수율인 2.6%의 0.29배였다. 균사체에서 얻어진 단백다당류의 당함량은 38.1%로 자실체에서 얻어진 것의 당함량인 14.8%의 2.6배였다. 영지에서 추출된 단백다당류로 고혈압 쥐를 이용한 혈압 강하 실험에서 자실체의 경우 최대 혈압 강하치는 26.3 mmHg였으며, 균사체의 경우는 31.6 mmHg로 균사체가 자실체보다 혈압 강하 효과가 우수하고 지속적이었다. 자실체 1g 에 상당하는 발효액의 양은 단백 다당류의 수율을 기준으로 하면 3.5ml였고 , 단백 다당류의 수율과 당함량을 고려할 경우는 1.4 ml였다.
아가리쿠스버섯에 함유된 생리활성 물질인 조단백다당류의 효율적인 추출공정을 확립하기 위하여 다양한 추출조건에서의 화학적 특성을 조사하였으며, 추출 분리된 조단백다당류의 열분해 특성 및 SRB assay에 의한 인체 암세포 증식억제 효과를 조사하였다. 조단백다당류의 추출수율은 초음파추출이 13.0%로 가장 높았으며, 열수추출이 7.8%로 가장 낮았다. 추출된 조단백다당류의 당 조성은 약 80%의 glucose와 fucose, galactose 및 mannose로 구성되어 있었으며 가압조건에서 2시간과 3시간의 추출은 ${\beta}-glucan$ 함량이 각각 32.28%와 32.34%로 뚜렷한 차이가 발견되지 않아 가압추출 2시간이 생리활성물질의 추출조건으로 효과적이었다. 또한 침전조건에 따른 조단백다당류의 침전수율 및 ${\beta}-glucan$ 함량은 4배 첨가 시 각각 10.89%와 35.97%로 가장 많이 함유되어 있었다. 열분해 특성은 네 단계로 이루어져 있었으며, $240-365^{\circ}C$에서 67.8%의 무게 감소를 보여주어 높은 온도에서도 열적 안정성이 있었다. SRB assay에 의한 인체 암세포 증식억제 효과를 검토한 결과, A549의 경우 $1,000{\mu}g/mL$ 농도에서 72시간 처리 시에는 43.9%의 암세포 손상을 보여주어 MCF-7과 AGS에 비해 암세포 증식억제 효과가 높음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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