해조류는 잠재력이 있는 풍부한 발효기질이다. 해조류의 효소가수분해를 상업용 셀룰라아제 및 비스코자임과 함께 알칼리 과산화수소 전처리에 의해서 검토하였다. 본 연구에서 사용된 해조류는 구멍갈파래이며, 전처리 평가는 효소가수분해 후 얻어진 글루코오스의 수율로 나타내었다. 알칼리 과산화수소는 과산화수소 1 wt%에 수산화나트륨을 1~1.75 wt% 범위로 혼합하였다. $60^{\circ}C$에서 3 h 동안 전처리한 결과 5 wt% 과산화수소를 사용했을 때에 가장 높은 글루코오스 전환율을 보였다. 알칼리 과산화수소로 전처리한 후 필요한 효소의 양은 전처리하지 않은 구멍갈파래에 비하여 상당히 절감되었으며, 아울러 효소 가수분해동안 얻어진 글루코오스의 양은 증가되었다.
Pseudomonas sp. JH1014는 세제 첨가용으로 사용 가능한 알칼리성 단백질 분해효소를 생산하는 균주로 하천수에서 분리되었다. 이 균주는 LB 배지에서는 CMCase를 생산하지 않았으나, 배지에 기질인 carboxymethyl cellulose를 첨가하면 분해효소인 CMCase의 생산이 유도되었으며, CMC 첨가에 따른 증식 양상의 변화는 없었다. CMC를 첨가한 배지로 $37^{\circ}C$에서 진탕배양 하였을 때 균의 증식은 $9{\sim}12$시간 후에 최대에 도달하였으며, 생산된 효소의 활성은 21시간 후에 최대에 도달하였다. 조효소액의 CMCase 활성 최적 pH는 6.0, 최적 온도는 $55^{\circ}C$였으며, $70^{\circ}C$에서 10분 동안 열처리한 후의 잔존활성은 70%였다. 부분 정제된 효소를 SDS-PAGE 후 활성염색한 결과 분자량이 54와 30 kDa인 두 개의 활성띠가 관찰되어, Pseudomonas sp. JH1014는 적어도 두 종류의 CMCase를 생산하는 것으로 보인다.
제주도에서 채집된 토양시료로부터 xylanase 활성을 나타내는 균주를 분리하여 WJ-2로 명명하였다. 균주 WJ-2의 16S rRNA 유전자 염기서열을 결정하여 이를 토대로 상동성을 검색한 결과, Streptomyces 속의 균주들과 높은 염기서열 상동성을 보였다. 16S rRNA 유전자 염기서열을 토대로하는 neighbor-joining 계통수를 제작하여 Streptomyces atrovirens와 가장 높은 계통발생적 연관성이 갖고 있는 것을 밝혔다. 또한 DNA-DNA hybridization 분석을 통하여 Streptomyces atrovirens의 신규한 아종임을 증명하였다. 균주 WJ-의 게놈내 GC 농도는 73.98 mol%이었으며, 주요 세포벽 지방산으로 anteiso-$C_{15:0}$ (36.19%)을 함유하고 있었다. 균주 WJ-2의 성장 및 xylanase 생산은 배지내에 질소원으로 soytone과 탄소원으로 xylan을 첨가하였을 때 급격히 증가되는 것을 확인하였다. 액체배양액으로부터 준비된 조효소의 xylanase 활성은 pH 7.0과 $55^{\circ}C$에서 가장 높게 나타났다. Thin layer chromatography (TLC) 분석을 통하여 균주 WJ-2의 조효소는 xylan을 분해하여 최종분해산물로서 xylobiose와 xylotriose 생산하는 효소임을 확인하였다.
볏짚은 섬유소와 헤미셀루로우스의 함유량이 높아, 바이오에탄올 생산을 위한 잠재적 가치가 매우 높은 목질계 바이오매스 원료이다. 본 연구에서는 볏짚으로부터 바이오 에탄올 생산하기 위한 전처리 공정으로써 암모니아 재순환 침출 공정을 적용하였다. 특히 생성된 고형물의 조성과 효소 가수분해도에 전처리 공정의 온도와 반응시간 그리고 암모니아의 농도가 미치는 영향을 조사하였다. 실험을 행한 전처리 공정의 온도, 반응시간, 그리고 암모니아의 범위는 차례로 $150{\sim}190^{\circ}C$, 10~90 min 그리고 0~20 wt%이다. 전처리 공정을 통하여 약 84%의 리그닌과 20~80%의 헤미셀루로우스가 용해되었다. 또, 15 wt%의 암모니아 수용액을 이용하여 $170^{\circ}C$에서 90 min 동안 전처리한 고형 잔재물의 경우 15 FPU/g of glucan의 셀루라제 효소를 첨가하여 약 90%의 효소 가수분해도를 얻을 수 있었다. 셀루라제와 자일란나아제를 함께 사용하면 가수분해도가 현저하게 향상되였으며, 이는 헤미셀루로우스가 가수분해 과정에서 중요한 방해제 역할을 하고 있음을 보여주는 것이다. $150^{\circ}C$에서 20 min 동안 15%의 암모니아수로 전처리된 시료를 이용한 동시당화발효 실험과 동시당화공동발효 실험에서는 각각 13.8 g/L(초기 glucan을 기준으로 81%)와 15.2 g/L(초기 glucan과 xylan의 합을 기준으로 89%)의 에탄올이 생성되었다.
The effects of dry roasting whole lupin seeds (lupinus albus, WLS) at 110, 130 or $150{^{\circ}C}$ for 15, 30 or 45 minutes on the in sacco rumen degradation characteristics, optimal heating conditions of time and temperature and in vitro enzyme digestibility were determined. Ruminant degradation characteristics (RDC) of crude protein (CP) of WLS were determined by in sacco technique in dairy cows. Measure ROC were soluble (S), undegradable (U), potentially degradable (D) fractions, lag time (TO) and rate of degradation (Kd) of insoluble but degradable fraction. Based on measured ROC, percentage bypass CP (%BCP) and bypass CP (BCP in g/kg, DM) were calculated. Degradability of CP was significantly reduced by dry roasting (p<0.001). The interaction of dry roasting temperature and time had significant effects on D (p<0.05), Kd (p<0.01), U (p<0.01), %BCP (p<0.001) and BCP (p<0.001) but not on S (p=0.923>0.05). With increasing time and temperature, S, D, Kd and U varied from 31.8%, 67.4%, 10.3%/h and 0.8% in the raw WLS (RWLS) to 27.1 %, 35.8%, 3.6%/h, 38.4% in $150{^{\circ}C}/45\;min$, respectively. All these effects resulted in increasing %BCP from 25.9 in RWLS to 61.0% in the $150{^{\circ}C}/45\;min$. Therefore BCP increased form 111.2 to 261.2 g/kg DM, respectively. Both %BCP and BCP at $150{^{\circ}C}/45\;min$ increased nearly 2.5 times over the RWLS. The effects of dry roasting on %BCP and BCP seemed to be linear up to the highest value tested. Although ROC had been altered by dry roasting, the In vitro perpsin-cellulase digestibility was generally unchanged. It was concluded that dry roasting was effective in shifting CP degradation from rumen to the lower gastrointestinal tract to potential reduce unnecessary N loss in the rumen. It might be of great value in successfully synchronizing the rhythms of release of nitrogen and energy in the rumen, thus achieving a more efficient fermentation of diets with high proportions of lignocellulosic resources. To determine the optimal dry roasting conditions, the digestibility of each treatment in the cows will be measured in the next trial using mobile bags technique.
본 연구는 부패 생마로부터 저온성 부패균을 분리, 동정하고 분리균의 생육특성과 다양한 효소의 부패관련성을 조사하여, 생마 저온 장기저장 및 생마 가공식품 개발을 위한 기초자료를 제시할 목적으로 수행되었다. 저온 장기저장중의 부패생마로부터 서로 다른 13종의 저온세균을 분리, 동정하였으며, 다양한 온도에서 생마 절편을 이용한 부패력 측정 결과 분리균주 중 YAM-10및 YAM-12균주가 저온부패에 직접적으로 관련됨을 확인하였으며, 이들은 각각 Pseudomonas cepacia 및 Pseudomonas rhodesiae 동정되었다. 이들 균주는 20$^{\circ}C$에서도 우수한 amylase, CMCase, xylanase 활성을 나타내었으며 , 특히 amylase 활성은 생마 부패에 중요한 역할을 하는 것으로 판단되었다. YAM-10 및 YAM-12균주는 양파절편을 부패시키지는 못하였으며, 4$\sim$12$^{\circ}C$의 온도에서도 생육가능하며, pH 5 이하 및 pH 10 이상에서는 생육이 급격히 억제되었다. 현재 생마의 저온 장기저장 및 부패억제를 위한 저온성 Pseudomonas sp.의 제어와 생마부패에 관련되는 효소들의 특성과 저해에 대한 연구 및 저장성, 관능성이 강화된 산장, 염장 등을 통한 생마 가공식품 개발이 진행 중이다.
본 연구에서는 원료의 전처리, 가수분해 방법, 농축과정 및 제형화 공정을 최적화하여 BCAA 함량이 증가된 옥수수 펩타이드 제조법을 확립하였다. 옥수수 글루텐의 단백질 회수율은 증자와 탄수화물 분해효소 처리 등의 전처리 과정에 의해 약 11% 정도 증가하였다. 가수분해 방법에서는 미생물을 배양하여 제조한 코지에 상업용 효소를 소량 혼합하여 반응시킨 가수분해물에서 향상된 유리아미노산 및 BCAA 함량을 얻을 수 있었다. 또한, 가수분해 반응액은 농축과 여과를 통해 BCAA의 함량이 약 100% 정도 향상되었다. 위의 조건에서 제조한 옥수수 가수분해 반응물의 분말화를 위해 분무건조기의 온도와 고결방지제 종류를 비교한 결과, inlet 온도 $185^{\circ}C$, outlet 온도 $80^{\circ}C$, 분산속도 18,000 rpm에서 2% maltodextrin을 사용 시 가장 좋은 상태의 분말 제품을 얻을 수 있었다. 이와 같은 가수분해 및 분말화 공정을 통해 단백질 이용률이 32%까지 향상되고, BCAA 함량이 전체 유리아미노산 대비 41%의 높은 비율로 구성되어 있는 옥수수 글루텐 가수분해물을 제조할 수 있었다. 이상과 같이, 본 연구에서는 옥수수 글루텐 가수분해물 제조를 위한 최적화 과정을 통해 BCAA가 풍부한 가수분해물 제조와 최종 제품의 품질 안정화 조건을 확립할 수 있었다. 또한, 본 연구에서 개발한 미생물(코지)과 효소를 동시에 사용하는 방법에 의하여 옥수수 글루텐을 가수분해하면 적은 양의 효소사용으로 유사한 유리아미노산 및 BCAA 함량을 나타내는 가수분해물을 얻을 수 있다. 따라서, 본 연구에서 개발한 옥수수 글루텐 가수분해물 제조공정은 매우 효율적이며, 경제적인 방법이라 할 수 있다.
Cellulose를 효과적으로 분해하는 효소를 생산하는 미생물인 strain No. 33 균주를 토양으로부터 분리하였다. 본 균주의 배양상등액을 2.0%의 CMC가 함유된 agar 평판배지에 paper disc법을 이용하여 loading 후 cellulose 분해활성을 검토하였을 때, disc 주위로 노란색의 환이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 본 균주를 동정하기 위하여 전자현미경으로 그 형태를 관찰한 결과 본 균주는 간균의 형태였으며, 생리학적 특성을 검토한 결과 Bacillus속으로 동정되었다. 이에 본 균주를 Bacillus sp. No. 33으로 명명하였다. 본 균주는 1.0% glucose, 3.0% yeast extract, 0.5% $KH_2PO_4$, 0.02% $MgSO_4{\cdot}7H_2O$가 함유된 pH 7.0의 배지에서 $30^{\circ}C$로 39시간 동안 진탕배양하였을 때 최대 균체생육을 나타내었다. 효소생산은 4.0% CMC, 2.0% yeast extract, 0.5% $KH_2PO_4$, 0.04% $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, pH 7.0의 조건에서 $30^{\circ}C$, 42시간 동안 진탕배양하였을 때 최대 효소생산을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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