제주도 토양 샘플에서 분리한 amylase 생산균 15번 균주는 100 mL flask level와 10 L 생물반응기에서 T. inhamatum KSJ1의 FPpase, amylase 효소활성과 거의 비슷하였으며, flask level에서 두 균주의 xylanase, avicelase, CMCase, Gluco-amylase, $\beta$-amylase의 효소활성 및 음식물쓰레기의 당화능력도 모두 거의 비슷하였다. 두 균주를 YMEA 고체배지와 광학현미경으로 그 형태학적 특징을 관찰한 결과 T. inhamatum KSJ1이 녹색빛을 띠는 것과는 달리 amylase 생산균 15번 균주는 황색빛을 띠는 사상균으로 확인되었으며, 두 균주는 동일한 균은 아니지만 동일한 속으로 사료된다.
생성물의 분리 및 효소의 회수를 위하여 수평흐름 한외여과장치를 부착한 기포탑에서 섬유소의 연속적인 효소 가수분해 반응을 연구하였다. 기포탑을 효소 가수분해 반응 공정에 이용할 경우 기체유속의 범위는 1-3cm / sec로 기포의 합체현상이 발생하지 않는 dispersed bubble flow 영역이 적합하며 혼합도 거의 완전하게 이루어짐을 확인하였다. 효소 회수장치에 한계분자량이 $10^4$인 여과막을 사용하였을 경우 효소의 활성이 저하되지 않은 채 대부분이 회수되었고 glucose 및 cellobiose의 배제율은 0이었다. 따라서 수평흐름 한외 여과장치는 효소의 연속회수장치로 작합하였으며 반응생성물이 연속적인 분리로 섬유소의 당화율을 증가시켰다. 화분식 반응의 경우 반응시간이 8시간이내에서 실험치는 성능식에 잘 부합되었으나 반연속식 및 연속식 반응의 경우에는 이론값과 차이가 있었다. 이는 반응기 내에서의 효소의 변성에 기인된다. 반연속식 및 연속식 반응의 경우 희석율을 증가시킴에 따라 전환율은 증가하나 반응액중의 환원당의 농도는 낮아진다. 따라서 적정한 기질 공급속도 및 희석율은 효소의 회수비용, 생성물의 농축비용 및 기질의 공급비용등의 경제적 요소를 고려하여 판단하여야 한다. 이상의 결과로부터 수평흐름 한외여과장치를 효소 회수장치로 기포탑에 응용할 경우, 효소의 재사용이 가능할 뿐 아니라 당화율을 증가시킴으로서 연속반응기로 효과적이라고 판단되었다.
자연계로부터 분리된 FJ1의 환경변수 및 기질 특이성을 본 연구에서 살펴보았는데, 분리 균주 FJ1의 특성은 최적pH, 최적온도는 각각 $6{\sim}7$, $25{\sim}30^{\circ}C$이었다. 또한, 분리균주는 FJ는 Avicel, 섬유소페기물과 같은 결정성 섬유소물질의 분해에 유리함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 cellulose의 분해에 관련된 효소를 분비하는 분리균주 FJ1의 환경변수 및 기질 특이성을 조사하였고, 이를 기본으로 하여 배양인자의 조절을 통한 최적의 효소생산 및 생산되어진 효소에 의한 섬유소 페기물(볏짚, 폐지, 음식물 쓰레기 등)의 당화 특성을 검토하고 있다.
본 연구에서는 현장검사 (Point-of-Care Testing, POCT)를 목적으로 측방 유동 검사 스트립의 피크들을 분리하는 템플릿 정합법을 제안한다. 템플릿은 스트립의 제어 리건드 선과 대상 리건드 선 간격으로 떨어져 있는 두 개의 펄스로 구성된다. 이 템플릿을 스캔신호와 정합시켜 최대 응답 위치에서 피크들의 중심을 찾고, 주어진 위치에서 피크들을 분리한다. 제안한 방법을 바디텍메드사의 당화 혈색소 면역 검사 스트립과 동사의 형광 스트립 리더기에 적용하여 농도 측정 성능에 미치는 영향을 기존에 구현된 방법과 비교 검토하였다. 실험 결과 본 연구에서 제안한 방법은 장치나 검사 스트립에 종속적인 매개변수가 필요한 기존 방법과 동등한 성능을 보였다.
우리술의 주질개선 및 현장 실용화기술을 개발하기 위해 술 담금의 기본재료인 누룩의 규격화 및 품질향상 연구가 필요하다. 이와 같은 요구에 부응하기 위해, 누룩에 생육하는 우수 양조미생물의 분리 발굴, 균주개량 및 보존관리 등 우리 고유의 양조미생물 자원을 확보하고 활용함으로써 다양한 종류의 누룩 제조가 가능할 것으로 여겨진다. 따라서, 본 연구는 충청지역에서 시판되고 있는 누룩을 수집하여 희석평판 배양법으로 174개 균주를 분리하여 효소활성 검정을 통하여 효소 활성이 높은 균주를 다수 분리하였다. 분리된 곰팡이를 대상으로 액화력 및 당화력 등의 효소학적 특성을 조사하였고, 선발된 활성균주의 동정을 위해 genomic DNA상의 ITS(Internal Transcribed Spacer) 부위의 염기서열을 분석한 결과 Aspergillus sp.(4균주), Rhizopus sp.(4균주), Rhizomucor sp.(2균주), Mycocladus sp.(2균주)으로 동정되었다. 밀기울을 사용한 고체배양에서 액화력, 당화력 및 산 생성능을 검토한 결과, Rhizopus sp. CN084, CN174, Aspergillus sp. CN161와 Mycocladus sp. CN042 균주가 효소활성이 높은 것으로 나타났으며 Aspergillus sp. CN010, CN161, Rhizopus sp. CN105, CN168 균주와 Rhizomucor sp. CN088 균주는 산 생성능이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 이들 균주가 양조를 위한 누룩의 원료 균주로서 사용될 경우 단일 누룩제조가 가능할 것으로 판단되었다.
천연물로부터 당뇨합병증에 효과적인 소재를 개발하기 위하여 본 연구를 수행하였으며, 울릉도산 마가목 열매의 80% methyl alcohol 추출물의 ethyl acetate 가용부로부터 최종 당화산물 생성 억제능($IC_{50}$; $181.2{\pm}2.8{\mu}g/mL$)을 확인하였다. 효능성분의 동정을 위하여 $C_{18}$ 겔 등을 활용한 column chromatography를 수행하여 3종의 페놀성 화합물을 분리하였고, 각 화합물의 화학구조는 NMR 스펙트럼 데이터 해석 및 표품과의 HPLC 직접 비교를 통하여 neochlorogenic acid(1), cryptochlorogenic acid(2) 및 chlorogenic acid (3)로 동정하였다. 이들 화합물에 대해 최종당화산물 생성억제능을 평가한 결과 neochlorogenic acid(1)가 가장 강한 $167.5{\pm}3.5{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었고, cryptochlorogenic acid(2)는 $185.9{\pm}3.7{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었다. 또한, 이들 물질에 대해 $ONOO^-$ 소거 활성을 평가한 결과 cryptochlorogenic acid(2)가 가장 강한 라디칼 소거 활성인 $4.0{\pm}0.2{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었고, 구조이성질체인 neochlorogenic acid(1)가 $4.5{\pm}0.3{\mu}M$의 $IC_{50}$ 값을 나타내었으며, 이들 활성은 caffeic acid가 결합 양상에 따른 화합물의 구조에 따라 다름이 시사되었다. 향후 이들 활성 물질의 활성 기작에 대한 연구가 필요하며 본 연구 결과는 더욱 우수한 최종당화산물 생성 억제능을 가지는 새로운 선도화합물 발굴을 위한 기초자료로 이용될 수 있을 뿐만 아니라 당뇨합병증 예방 및 치료에 효과적인 천연물질의 상업화를 위한 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 생각한다.
본 연구는 해조류, 꼬시래기를 발효하여 에탄올을 생산하였다. 최적 전처리 조건은 12% (w/v) 해조류 슬러리, 270 mM 황산, 121도 60분동안 실시하였다. 열산가수분해 후에, 꼬시래기 가수분해산물에 16 U/ml의 혼합효소 Viscozyme L과 Celluclast 1.5 L를 이용하여 효소당화를 수행하였다. 50.4 g/l의총단당류의농도는, 120 g dw/l 꼬시래기 슬러리로부터 열산가수분해와효소당화에 의해 총 탄수화물 60 g/l의 전환율 84.2%를 나타내었다. 꼬시래기 가수분해산물은 분리당화발효(SHF)로 에탄올 생산을 위한 기질로 사용하였다. 고농도 galactose로 순치한 Candida lusitaniae ATCC42720에 의한 에탄올 생산은 0.43의 에탄올 수율(YEtOH)인 22.0 g/l를 생산하였다. 특정 당에 순치한 효모는 혼합당의 흡수에 유용하며, 그 결과 해조류가수분해산물배지로부터 높은 에탄올 수율을 나타내었다.
황산에 의한 바이오매스의 당화 후 황산의 회수는 매우 중요하다. 본 연구에서는 전기투석 방법에 의해 황산과 글루코스 혼합용액으로부터 황산을 분리하는 연구를 하였다. 전기투석은 음이온막과 양이온막을 사용한 3실 방식이 일반적인데 본 연구에서는 음이온막 만을 사용한 2실 방식을 실험했다. 글루코스 10~30% 황산농도 1~3 M 농도 범위의 용액에서 2실 방식의 전기투석으로 황산을 완전 분리할 수 있었다. 실험한 3종류의 음이온 막 중에서 확산과 대류의 영향이 작은 음이온 막에서는 전류밀도에 비례해 황산분리 속도가 증가하였다. 전기를 가하지 않고 확산과 대류에 의해 황산분리 45%를 달성할 수 있었다.
한국 전통누룩으로부터 분리.동정된 Asp. coreanus NR 15-1, Asp. oryzae NR 15-3, 그리고 Asp. oryzae NR 2-5로부터 amylase활성이 높고 세포융합에 사용될 변이주를 분리하고 그의 특성을 검토했다. Aspergillus 속 사상균을 변이처리하기 위한 변이원으로는 NTG를 사용하였으며 Asp. coreanus NR 15-1로부터 총 15종의 변이주중 8종의 영양요구변이주, Asp. oryzae NR 15-3 으로부터 총 5종중 3종의 영양요구변이주를, Asp. oryzae NR 2-5로부터 총 6종중 2종의 영양요구변이주를 분리하였다. 이들 영양요구변이주는 최소배지 에서는 생육하지 않았으며 특정 아미노산과 핵산염기 등을 배지에 첨가했을 경우에만 생육하였다. 분리된 변이주의 당화력, 액화력 및 산 생성능 등을 검토한 결과, 산 생성능이 우수한 균주인 Asp. coreanus NR 15-1로부터 glucoamylase 활성이 높은 \ulcorner(Arg. ̄) 변이주와 Asp. oryzae NR 2-5로 부터 $\alpha$-amylase 활성이 우수한 영양요구변이주인 Z6(Ade. ̄) 변이주를 세포융합에 사용이 가능한 변이주라 사료되었다. 앞으로 이 들의 변이주를 대상으로 세포융합을 통해 우수한 사상균주를 획득할 수 있는 기초적 자료가 됨으로서 전통누룩의 과학화에 기여할 뿔만 아니라 외국 주류와 경쟁력이 있고 과학화된 전통주류의 개발이 가능하리 라 사료된다.
발효 온도를 달리한 전통방식으로 제조된 두 가지 형태(TN-A와 TN-B)의 누룩들로부터 발효 기간별 배양된 유산균 총균수, 유산균 종들의 변화 및 분리된 유산균들의 효소활성을 비교하였다. TN-A의 유산균 총균수는 $10^4{\sim}10^5$ log CFU/mL로 발효 3일차부터 발효 기간에 관계없이 유지되었고, TN-B에서는 발효 6일차까지 $10^2$ log CFU/mL로 유지되다가 6일차 이후 유산균이 검출되지 않는 특징을 보였다. 유산균 종들의 변화에 있어서, TN-A는 발효 3일차에 우점종 유산균으로 나타난P. pentosaceus 종이 발효 종료 시점이 30일차 까지 우점하고 있음을 확인할 수 있었고, TN-B는 발효 3일차와 6일차에 각각 P. pentosaceus와 E. hirea로 나타나 유산균이 검출된 발효 기간까지 TN-A 보다는 많은 변화를 보였다. TN-A와 TN-B으로부터 분리된 유산균들의 효소 활성은 단백질분해효소와 당화효소 활성을 분석하였다. 단백질분해효소평가는 티로신 생성량으로, 당화효소 활성은 아밀로스 분해에 따른 아밀로스 잔여 함량으로 평가한 결과, 분리된 유산균(9종)들은 0.49~0.89 mg/mL의 티로신 생성 범위의 단백질분해 활성과 0.64~0.79 mg/mL의 아밀로스 분해 활성 범위를 보였고, 유산균들 중 가장 높은 단백질분해효소와 당화효소 활성을 보이는 균주는 각각 P. acidilactici와 L. sakei로 확인되었다. 이상의 결과들은 온도를 달리하여 전통적인 방법으로 누룩을 제조하였을 시 누룩 내에 유산균들을 조절할 수 있음을 시사한다. 이를 토대로 향후 많은 연구들이 진행된다면, 누룩관련 제품에 유산균들에 의해 만들어지는 산미와 풍미를 향상 시킬 수 있는 전통적인 누룩제조가 가능할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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