• Applied Biological Chemistry
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• 제48권1호
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• pp.16-22
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• 2005

키토산분해효소(Chitosanases, EC 3.2.1.132)는 당질가수분해효소군의 하나로, 아미노당인 D-glucosamine polymer인 chitosan의 ${\beta}-1,4-glycoside$ 결합을 가수분해하는 효소이며, 세균, 곰팡이, 식물 등에 널리 분포한다. 본 논문에서는 chitosanase의 N-말단 아미노산의 서열과 입체구조에 근거한 family 및 clan 분류, 작용모형, 절단 유형, subclass 분류, 및 family-subclass 상관성을 검토하였다. 아미노산 서열과 입체구조와 기질의 분해패턴 사이에는 깊은 상관이 있음을 확인 제시하였다. 다양한 종 유래 chitosanase의 1차구조의 해명과 진화적 상관 규명, 나아가 보다 정교한 chitosanase의 정의와 다양한 산업적 응용에의 가능성도 검토하였다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제42권3호
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• pp.193-198
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• 1999

키토산분해효소를 분비하는 세균 Bacillus sp. P16의 최적배양조건을 조사하였다. 키토산분해효소 생산을 위한 최적 탄소원은 0.5%분말 키토산이었으며, 최적 질소원은 1% tryptone이었다. 최적온도는 $37^{\circ}C$였으며, 최적 초기 pH는 7.0이었다. 이 조건에서 $60{\sim}$72시간 배양하였을 때 효소 생산이 최고에 도달하였으며, 효소활성은 약 30% 증가하였다. 이를 발효조에서 배양하면 $6{\sim}$12시간 배양으로 최대활성에 도달하였으며, 효소 생산은 약 100% 증가하였다.

• 한국식품과학회지
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• 제30권2호
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• pp.245-252
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• 1998

키토산 올리고당 생산에 이용 가능한 경제성 있는 키토산 분해 효소를 탐색하였다. Cellulase, ${\beta}-1,4-glucosidase,\;protease$ 및 상업용 효소류를 대상으로 조제 키토산에 대한 분해력을 시험한 결과 Trichoderma viride, T. reesei 유래의 cellulase 및 상업용 효소인 Celluclast (T. reesei 유래 cellulase)가 우수한 키토산 분해능력을 나타내었다. 키토산에 대한 반응성은 T, reesei 유래 cellulase가 T. viride 유래 cellulase 보다 강하였으며 이들의 적정 키토산 분해조건은 pH 5.0이었고 적정 온도는 T. viride 유래 celluclast는 $45^{\circ}C$, T. reesei 유래 cellulase 및 Celluclast는 $55^{\circ}C$로 나타났다. 또한 dose reponse시험에서 이들 효소 모두 enz./chitosan비=0.1이 적절하였으며 T. reesei 유래 효소 및 Celluclast는 키토산 농도가 3%일 때 최대의 활성을 나타내었다. 한편, 상업용 효소인 Celluclast를 이용한 키토산 올리고당의 생산 가능성을 시험하기 위하여 3% 키토산 용액(310cp)에 Celluclast를 1% 첨가하고 $pH\;5.0,\;55^{\circ}C$에서 시간별로 반응시켰을 때, 점도는 초기30분경에 5.51cp로 98% 이상 감소하였으며 50% ethanol 가용물의 수율은 분해 15시간에 70%로 최대를 보였다. 총환원당의 함량은 분해시간이 경과함에 따라 증가하였고 반응 2시간부터 13.5% 내외의 수준을 유지하였다. 올리고당의 조성은 15시간 분해물에서 균일한 분포와 높은 함량을 보였으며 항종 양활성을 나타내는 것으로 알려진 6량체 키토산 올리고당의 생성량은 기존의 산 분해방법의 약 4배에 해당되는 8.0%로 나타났다. 따라서 T. viride 및 T. ressei 유래의 cellulase는 99% 이상의 탈아세틸화도를 가지는 키토산에 대하여 분해활성을 나타내고 특히 T. reesei유래의 상업용효소는 지금까지 효소가격이 너무 높아 활용되지 못한 chitosanase를 대신하여 키토산 올리고당을 경제성 높게 생산하는 데 이용될 수 있을 것으로 기대되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제26권4호
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• pp.345-351
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• 1998

다양한 중합도의 키토산올리고당의 생산에 적합한 효소원을 개발하기 위해서 23종의 시판효소와 토양에서 분리한 8종의 Bacillus sp.와 1종의 Aspergillus sp.가 생산하는 조효소에서 키토산 분해효소의 활성을 검색하였다. 각 효소의 키토산에 대한 가수분해활성은 탁도의 변화, 반응 후에 생성되는 침전물의 양, 총환원당 생성능력, 점도의 감소 속도 등을 기준하여 평가하였다. 시험한 효소원 가운데서 키토산에 대한 강한 분해활성을 가지는 효소는 P2l이 생산하는 것이었다. 이 균주가 생성하는 chitosanase는, HPLC와 TLC에 의한 분해산물의 분석과, 점도 변화의 측정과 활성염색 등에 근거하여, 주로 내부 가수분해활성을 갖는 것으로 판단되었다. 이 효소는 키토산 올리고당의 생산에 적합한 효소 소재로 가능성이 큰 것으로 평가되었다.

• 생명과학회지
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• 제18권11호
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• pp.1617-1624
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• 2008

키틴과 그 탈아세틸화된 형태인 키토산은 지구 상에 가장 풍부하게 존재하는 바이오매스의 하나이다. 키틴과 키토산은 항균활성, 면역증강, 중금속 흡착 등 다양한 생리활성을 보이고 있으며 식품, 의약품, 환경산업 등에서 다양하게 응용되고 있다. 이러한 키틴/키토산을 가수분해하는 효소들과 그 3차구조, 유전자들이 세균, 고세균, 진핵생물등 모든 생물종에서 보고되어 왔다. 탄수화물을 가수분해하는 효소들은 그 아미노산 서열에 따라 CAZy (Carbohydrate Active Enzymes) 데이터베이스에 분류되었는데 흥미롭게도 최근까지 키틴가수분해효소와 키토산가수분해효소들은 14개의 glycosyl hydrolase (GH) family들로 분류되어 있다(GH2, GH5, GH7, GH8, GH18, GH19, GH20, GH46, GH48, GH73, GH75, GH80, GH84, GH85). 본 총설에서는 새로운 유전자원를 찾기위한 한 방편으로서 최근에 새롭게 분류된 glycosyl hydrolase family의 분류법에 따라 각각의 GH family에 속하는 키틴/키토산가수분해효소의 종류 및 구조, 그리고 그 효소적 특징에 대하여 논하고자 한다.

• 식품과학과 산업
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• 제53권1호
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• pp.2-32
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• 2020

키토산은 천연에 존재하는 풍부한 고분자 다당류이며 동시에 항균작용, 항암작용, 면역 활성 증강 작용 등 다양한 생리 기능성을 가진 생체 물질(biomaterial)이다. 그러나 키토산은 수용액에 쉽게 용해되지 않고 체내 흡수율도 매우 낮은 고분자 물질이기 때문에 그 자체로는 생체 내에서 기능을 발휘하지 못한다. 따라서 체내 흡수율이 용이하고 보다 다양한 생리 활성을 나타내는 키토산올리고당으로 섭취할 필요가 있다. 키토산으로부터 키토산올리고당을 만드는 방법은 온화한 조건에서 부반응이 없는 효소분해가 가장 이상적이다. 그러나 키토산을 분해시킬 수 있는 효소의 가격이 매우 비싸고 효소 활성이 낮아 산업적으로 효소를 이용하여 키토산올리고당을 대량 생산하는데는 경제적으로 큰 문제가 있었다. 따라서 효소 분해에 의한 키토산올리고당의 생산을 산업적으로 적용시켰을 때 대량으로 소모되는 효소의 높은 생산 비용을 경감하기 위하여 효소의 재이용을 위한 생산 시스템을 도입하였고 한외여과막과 효소 반응기를 결합시킨 한외여과막 효소반응기를 키토산올리고당의 생산에 적용시킴으로써 대량 생산이 가능해졌다. 이 시스템은 사용하는 막의 종류에 따라 원하는 분자량의 키토산올리고당을 생산 할 수 있어 분자량 크기에 따라 생체 내에서 다른 생리기능을 나타내는 키토산올리고당을 각기 목적에 맞는 제품으로 대량 생산할 수 있다. 키토산올리고당은 암세포 성장에 영향을 미치는 면역을 증진시키고 암 전이 관련 효소인 MMP-2 및 MMP-9의 발현을 저지하여 암 전이를 억제할 뿐만 아니라 암세포의 신생 혈관형성을 억제하므로 암의 예방이나 치료에 활용될 수 있다. 또한 키토산올리고당은 생체 노화를 촉진시키는 초과산화 라디칼, 히드록시라디칼, 과산화 라디칼과 같은 활성산소종을 소거시킴으로써 활성산소종에 의해 유발되는 질환도 예방한다. 더 나아가서, 키토산올리고당은 양전하를 가진 아미노기를 갖고 있어 미생물 세포막의 음전하와 결합하여 세포막의 기능을 상실시킴으로써 막을 통해 출입하는 대사에 필요한 물질들을 봉쇄한다. 이것은 미생물의 성장과 증식을 감소시키는 효과가 있어 식품분야에서도 천연 보존제로서 활용될 것으로 기대된다. 지금까지 고혈압 및 심장 질환의 치료는 레닌엔지오텐신 시스템(RAS)경로의 치료조작(mani pulator) 및 ACE 저해에 초점이 맞추어져 왔다. Captopril, Enalapril, Alcacepril 및 Lisinopril같은 합성 ACE 저해제는 고혈압 치료 및 예방을 위해서도 널리 사용되고 있으나 기침, 알레르기 반응, 맛 장애 및 피부발진과 같은 부작용을 야기시킬 위험이 있다. 그러므로 고혈압의 치료나 관리를 위한 치료제로서 자연계에 존재하는 천연성분인 키토산올리고당이 바람직한 대안으로 사용될 수 있을 것이다. 고령 사회로 진입하면서 노인의 치매 발병률은 현저하게 증가하는 추세이나 아직까지 효과가 뛰어난 치매치료제는 개발되지 않고 있는 실정이다. 키토산올리고당이 치매유발효소인 베타-세크레테이즈뿐만 아니라 아세틸콜린 에스테르가수분해효소를 저해하고, 산화에 의한 뇌세포의 손상을 저해하는 효능이 있는 것으로 밝혀져 앞으로 치매 예방이나 치료에 적극적으로 활용되어야 한다. 최근에 소비자나 환자들은 다양한 부작용을 낳는 화학적으로 합성된 의약품을 기피하는 경향이 있어 자연식품이나 천연 생리기능성 물질과 자가치료에 대한 욕구가 높아지고 있다. 그러므로 의약품에 비해 다소 효능이 낮을지라도 특정한 질병의 예방이나 치료를 위해 특수한 생리 기능성 물질의 섭취는 더욱 더 인기를 끌게 될 것이다. 따라서 항암, 항산화, 항염증, 항균, 항고혈압, 항치매, 항당뇨, 항알레르기 등 다양한 생리활성을 나타내는 키토산올리고당을 활용한 건강기능성식품(nutraceuticals), 의약품(pharmaceuticals) 및 기능성 화장품(cosmeceuticals) 등 다양한 제품이 개발될 것으로 기대된다.

• 한국식품과학회지
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• 제30권4호
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• pp.817-822
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• 1998

키토산 분해효소 활성이 높은 미생물로 Aspergillus oryzae ATCC 22787를 탐색해 내었으며, 이 균주를 키토산 0.5%, yeast extract 0.5% 조성의 배지에 배양하여 효소를 생산하였다. 고분자 키토산은 효소분해가 진행되어 감에 따라 항균력이 증가하였는데, 2%용액의 점도가 $10{\sim}5{\;}cp{\;}(30^{\circ}C)$에서 균 증식 억제력이 가장 강하게 나타나 고분자 키토산에 비해 약 40배 가량 항균력이 증가하였다. 또한 키토산용액 특유의 떫은 맛도 키토산이 저분자화되어감에 따라 현저하게 감소되었다. 그러나 점도 4.0 cp 이하의 극히 저분자의 키토산은 항균력이 오히려 소실되었다. 효소분해물을 0.3% 첨가한 제품은 pH 7.0, 0.5% 첨가 제품은 pH 6.9로서 무첨가 제품의 pH 7.4 보다는 약간 낮았다. 효소분해물의 첨가로 제품의 색상은 약간 황색화되었으나 0.3% 정도의 첨가로는 별 문제가 없었다. 탄력은 조금 향상되었고, 맛에도 문제가 없었다. 어묵에 효소분해물을 0.3% 첨가하고 $30^{\circ}C$에서 저장하였을 때 저장기한이 무첨가구에 비해 2일 연장되었고, $20^{\circ}C$ 저장시에는 4일, $15^{\circ}C$ 저장시에는 6일 가량 연장되는 효과가 나타났다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2000년도 추계학술발표대회 및 bio-venture fair
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• pp.563-566
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• 2000

키토산으로부터 키토산 올리고당을 생산하기 위한 유용 효소원을 개발하기 위해서 토양에서 4종의 미생물을 분리하였으며, 가장 높은 활성의 chitosanase를 생산하는 Bacillus sp. HSB-21 균주를 선정하였다. 분리균주로부터 생산된 chitosanase는 endo-type의 효소로 분자량이 약 21,000이었다. 최적 pH와 온도는 각각 5.5, $50^{\circ}C$이었으며, pH $3{\sim}8$ 범위와 $40^{\circ}C$까지 비교적 안정한 효소로 나타났다. 본 효소는 키토산을 분해하여 단당을 형성하지 않았으며 주로 $2{\sim}8$당을 포함하는 키토산 올리고당을 만들었다. 그러므로 본 효소는 고중합도 키토산 올리고당의 생산을 위한 응용 가능성이 큰 것으로 판단된다.

• 한국수산과학회지
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• 제35권6호
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• pp.696-701
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• 2002

Cellulase를 이용하여 키토산 올리고당을 제조하기 위한 최적조건을 반웅표면 분석법을 이용하여 설정하였다 키토산 분해능과 산업적 활용의 측면에서 유리한 Pen. funiculosum 유래의 cello-lase를 예비 실험을 통해 결정하였다. 이 효소의 적정 반응 조건에서 경시적 키토산 분해율을 측정한 결과, 반응 10시간까지는 대수적 증가를 보였으나, 10시간 이후로는 완만한 분해율을 나타내었다. 중심합성계획에 의해 총 26개의 실험을 행한뒤 반응표면분석법으로 설정한 키토산 분해 최적 조건은 기질 농도 $0.5\%$에 대해 효소 농도 143(U), 반응 온도 $49^{\circ}$, 반응 시간 13.2hr및 pH는 3.8이었다. 본 연구에서 설정된 최적의 조건에서 얻어진 키토산 분해물은 dimer와 trimer가 주된 올리고당이었고, 소량의 tetramer와 hexamer 그리고 monomer 등의 총 8종 정도의 올리고당이 검출되었다.

• KSBB Journal
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• 제13권2호
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• pp.147-154
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• 1998

키토산 올리고당을 효율적으로 생산하기 위하여 고정화 효소 를 이용한 키토산의 효소적 가수분해를 시도하였다. Chitosanase는 Chitopearl계 고정화 담체에 대해서 높은 흡착율로 결합되었다. 키틴에 고정화된 효소는 비록 흡착율은 낮았지 만 그 활성은 가장 높게 나타났다. 키틴 고정화 효소는 유리 효소에 비해 약 90% 이상의 활성을 유지하였다. 고정화 효소의 최적 온도는 60°C로서 유리 효소보다 $15^{\circ}C$ 더 높았으며, 열에 대한 안정성도 유리 효소보다 넓은 온도범위에서 우수하였다 그러나 고정화 효소는 pH에 대해서는 어떠한 뚜렷한 효과도 보이지 않았다. 고정화 효소의 저장 안정성은 유리 효소보다 더 높은 저장온도인 60t에서도 더 안정한 것으로 나타났다. 키틴 고정화 효소에 의한 키토산의 가수분해반응은 반응 3시간까지 급격한 증가를 보이다 그 이후의 반응시간 경과에서도 더 이상 증가를 보이지 않았다. 고정화 효소에 의해 생성된 올리고당의 조성은 효소의 반응시간에 따라 크게 의존하였으며, 2시간의 반 응에서 비교적 고차 올라고당인 COS-4-6의 함량은 약 90% 이상이었다 두 효소에 대한 반용속도상수에서, 고정화 효소는 유리 효소에 비해 낮은 기질친화성과 낮은 반웅속도를 보였지 만, 높은 기질농도에서도 전혀 기질저해반응은 일어나지 않았다. 따라서 키틴 고정화 효소는 유리 효소에 비해 활성의 감소없이 효율적으로 키토산을 가수분해할 수 있었으며, 고차 올리고당의 생성 량도 매우 높았다.