KR100462904B1 - Manufacturing process for producing Alginate lyase using Xanthomonas sp. BH-1, newly isolated marine bacterium - Google Patents

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Abstract

갈조류의 일종인 톳으로부터 분리한 신규 해양 미생물 잔토모나스 에스피. 비에이치-1 케이씨티씨 10677비피(Xanthomonassp. BH-1 KCTC 10677BP)를 최적화 배지에서 배양하여 세포외 알긴산 분해효소의 고효율 제조방법에 관한 것이다. 본 발명으로 제조된 알긴산 분해효소는 미역, 톳, 다시마 등과 같은 해조류 유래 천연 다당류인 알긴산을 효소적 가수분해에 의해 알긴산 올리고당을 경제적으로 대량생산할 수 있는 알긴산 분해효소를 제공한다.New marine microbial xanthomonas sp. Isolated from brown algae. It relates to a high-efficiency method for producing extracellular alginic acid enzyme by culturing BHC-1677C ( Xanthomonas sp. BH-1 KCTC 10677BP) in an optimized medium. The alginic acid degrading enzyme prepared by the present invention provides alginic acid degrading enzyme which can economically mass-produce alginic acid oligosaccharides by enzymatic hydrolysis of alginic acid derived from algae such as seaweed, mussels and kelp.

Description

신규한 해양 미생물 잔토모나스 에스피. 비에이치-1을 이용한 알긴산 분해효소의 제조방법 {Manufacturing process for producing Alginate lyase using Xanthomonas sp. BH-1, newly isolated marine bacterium}Novel Marine Microbial Xanthomonas sp. Manufacturing process for producing Alginate lyase using Xanthomonas sp. BH-1, newly isolated marine bacterium}

우리나라 해안에는 약 46속 95종의 갈조류가 분포하는 것으로 알려졌으며, 이중 미역, 톳, 다시마 등 주요 식용 갈조류는 연간 총생산량이 약 47만 M/T에 이른다. 해조류의 주요 구성 성분은 탄수화물이 가장 많으며, 갈조류 중 알긴산은 건물 중 약 70~80%정도 함유하고 있으며 그 외 후코이단, 라미나란 등으로 구성되어있다. 해조류 유래 다당류 알긴산은 미역, 톳, 다시마 등과 같은 갈조류에서 추출한 물질로서 갈조류의 세포벽 구성 물질이며 만뉴론산(D-mannuronic acid)와 글루론산(L-guluronic acid)이 1,4-글리코시드 결합으로 구성된 직쇄 공중합체 다당류로 이들 조성비에 따라 다양한 물성을 가지며 식품, 의료, 제지, 염색공업 분야에서 증점제, 안정제, 유화제, 점결제 등으로 널리 이용되고 있다[Biosynthesis and application of alginates,Polym. Degrad. Stab.,59: 85-91, 1998]. 일반적으로 알긴산은 상온에서 용해시키는데 많은 시간이 필요하고 농도가 높아짐에 따라 필요 이상의 강한 점성을 갖게 되며, 0.5%이상의 농도가 식품에 첨가되어질 경우 식품 고유의 특성을 잃게 하는 단점이 있다. 따라서 알긴산의 특성을 유지하면서 점성이나 겔화성을 적절하게 조절할 수 있고, 용해성을 향상 시킬 수 있다면 필요에 따라 첨가량의 범위를 제한하지 않아도 되고, 식품 제조 시 식품의 점성이나 겔화성을 인위적으로 조절할 수 있어 알긴산의 이용범위는 훨씬 광범위해 질 수 있다. 최근 알긴산 이용의 범위를 확대하기 위해 여러 가지 연구가 행해지고 있으며, 그 한 분야로 미생물에 의한 알긴산의 저분자화 또는 올리고당에 대한 연구이다. 또한 올리고당이 갖는 여러 가지 기능성이 최근 밝혀지면서 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 공업적으로 생산되어 이용되는 올리고당도 있으며, 다양한 생리기능, 항충치, 저 칼로리, 비피더스균의 선택적 이용이 밝혀지면서 많은 당질관련 연구자들의 관심의 대상이 되고 있다. 올리고당은 단당이 2~13개 정도 결합한 당을 지칭하며, 특정 생리기능을 가진 당을 의미한다. 현재 올리고당은 설탕, 전분 등 다양한 당질을 원료로 하여 주로 효소적인 방법으로 생산되고 있으며, 일부는 산업적으로 생산되어 여러 가지 가공식품에 널리 이용되고 있다. 한편, 해조 유래 다당류의 이용에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는데, 그 중 하나가 해조 다당류인 알긴산의 저분자화 또는 올리고당화에 의한 식품 또는 의약분야에의 이용이라 할 수 있다. 해조 다당류의 저분자화 또는 올리고당화는 효소분해법이나 물리·화학적인 분해법으로 가능하나 아직까지 전 세계적으로 알긴산 분해효소는 거의 상용화되지 않았으며 국내의 경우 초산, 구연산, 젖산, 숙신산, 말레산, 개미산 등과 같은 유기산을 이용하는 산 가수분해와 고온·고압에서 분해하는 열 가수분해를 병행하고 있는 실정이다[유기산에 의한 알긴산 올리고당의 제조방법, 대한민국 특허출원 제1999-0034911호; 알긴산을 이용한 천연 다당류인 알긴산 올리고당 및 그의 제조방법, 대한민국 특허출원 제2000-0045776호; 저분자 폴리만유로네이트의 제조방법 및 혈청지질개선제로서 이의 신규용도 및 이를 함유하는 기능성 식품 및 건강보조식품, 대한민국 특허출원 제2003-0022565호].It is known that about 46 genera and 95 species of brown algae are distributed on the coast of Korea. Among them, the major edible brown algae such as seaweed, sesame and kelp have annual output of about 470,000 M / T. Carbohydrates are the major constituent of seaweeds, and alginic acid among brown algae contains about 70 ~ 80% of the building, and is composed of fucoidan and laminaran. Seaweed-derived polysaccharide alginic acid is a material extracted from brown algae such as seaweed, sesame and kelp. It is a cell wall material of brown algae, and is composed of 1,4-glycosidic bond of D-mannuronic acid and L-guluronic acid. It is a linear copolymer polysaccharide and has various properties according to these composition ratios and is widely used as a thickener, stabilizer, emulsifier, caking agent in the food, medical, paper, and dyeing industries [Biosynthesis and application of alginates, Polym. Degrad. Stab., 59: 85-91, 1998]. In general, alginic acid requires a lot of time to dissolve at room temperature and has a strong viscosity more than necessary as the concentration is increased, there is a disadvantage that loses the intrinsic characteristics of the food when more than 0.5% concentration is added to the food. Therefore, the viscosity and gelability can be properly adjusted while maintaining the properties of alginic acid. If solubility can be improved, there is no need to limit the range of addition amount as necessary, and the viscosity and gelability of food can be artificially adjusted during food production. Alginic acid can be used in a wider range. In recent years, various studies have been conducted to expand the range of alginic acid use, and one field is the study of low molecular weight or oligosaccharide of alginic acid by microorganisms. In addition, as the various functionalities of oligosaccharides have been recently revealed, researches on them are being actively conducted. There are also oligosaccharides that are produced and used industrially, and various physiological functions, anti-caries, low calorie, and selective use of bifidus bacteria have been revealed. It is of interest to many sugar-related researchers. Oligosaccharide refers to a sugar in which two to thirteen sugars are combined, and refers to a sugar having a specific physiological function. Currently, oligosaccharides are mainly produced by enzymatic methods using various sugars such as sugar and starch, and some are industrially produced and widely used in various processed foods. On the other hand, various studies on the use of seaweed-derived polysaccharides are in progress, one of them is the use in the food or pharmaceutical field by the low molecular weight or oligosaccharides of alginic acid, algae polysaccharides. The low molecular weight or oligosaccharides of seaweed polysaccharides can be obtained by enzymatic digestion or physical and chemical digestion. Alginate degrading enzymes have not been commercialized so far in the world.In Korea, acetic acid, citric acid, lactic acid, succinic acid, maleic acid, formic acid, etc. Acid hydrolysis using the same organic acid and thermal hydrolysis decomposing at high temperature and high pressure are performed in parallel. [Manufacturing method of alginic acid oligosaccharide by organic acid, Korean Patent Application No. 1999-0034911; Alginic acid oligosaccharide, which is a natural polysaccharide using alginic acid, and preparation method thereof, Korean Patent Application No. 2000-0045776; Method for preparing low molecular polyman euronate and its new use as a serum lipid improving agent and functional food and health supplement containing the same, Korean Patent Application No. 2003-0022565].

해조 다당류 알긴산의 올리고당화를 위한 알긴산 분해효소를 생산하는 미생물로서Pseudomonas, Sphingomonas, Xanthomonas, Enterobacter, Bacillus속 미생물의 일부가 보고 되었으나 알긴산 분해효소의 역가가 0.004~0.03 U/ml (μmoles-Reducing sugar/ml-Enzyme·min-Reaction time) 매우 낮아 상용화가 어려운 실정이다[An exotype alginate lyase inSphingomonassp. A1: overexpression inEscherichia coli, purification, and characterization of alginate lyase IV,Protein Expression and Purification, 29:33~41, 2003; Production of alginate lyase fromEnterobacter cloacaeM-1, 미국특허 제5,348,875호; Production of alginate lyase, 일본특허 제63,039,581호, Thermostable alginate lyase fromBacillus stearothermophilus, 미국특허 제5,139,945호] 또한 김으로부터 분리한 호염성 미생물Pseudomonassp. W7의 알긴산 분해효소 유전자를 분리하여 대장균에 클로닝하여 세포내 알긴산 분해효소를 0.047 U/mL을 생산하였으며[Alginate lyase production of halophilicPseudomonassp. by recombinantEscherichia coli,J. Microbiol. Biotechnol.5:92~95, 1995], 토양, 해수, 미역, 전복, 고둥, 성게 등으로부터 알긴산 분해 미생물을 탐색하여 176종의 미생물을 분리하였으며 이 중 가장 알긴산 분해효소 생산성이 높은Enterobacter속 미생물이 0.355 mg-Reducing sugar/mL-Enzyme 정도의 알긴산 분해효소 활성을 보였다[알긴산 분해 세균의 분리및 생육 특성,한국산업미생물학회지, 21(3):207~213, 1993]고 보고 되었다. 알긴산 올리고당의 생리활성 및 그 이용에 대한 보고[Growth-promotion of plants with depolymerized alginates by irradiation,Rad. Phys. Chem., 59:97-101, 2000]가 있었으며 지속적으로 연구가 이루어지고 있다. 이와 같이 해양생물자원으로서 중요한 천연물질인 알긴산은 일부 세균과 식물병원성 곰팡이 균주에 대하여 항균활성을 나타내고 있는 것으로 확인되고 있으며 항바이러스와 항곰팡이성을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다[알긴산 올리고당유도체를 이용한 가축질병 예방 및 치료제, 대한민국 특허등록 제0307187호; 알긴산올리고당유도체를 이용한 적조소멸제 및 어병치료제, 대한민국 특허등록 제0322511호]. 또한 알긴산 추출물 및 그 유도체는 항바이러스, 항박테리아 기능 외에 저밀도 콜레스테롤 농도를 낮추고, 면역학적 반응을 안정화시키는 등의 기능이 알려지면서[Medical and biotechnological applications of marine macroalgal polysaccharides,Mar. Biotechnol., 1:181-196, 1993] 생물자원으로서 뿐만 아니라 의약품의 원료로서 연구되고 있다. 알긴산염 및 알긴산올리고당 제조에 관한 연구 동향은 알긴산염에서 화학적인 방법 및 알긴산 분해효소를 이용한 알긴산염-올리고당의 제조법이 1976년에 알려진 후 제조부분 및 활용성에 있어서 많은 연구가 진행되어 응용분야 및 미생물유래 분해효소 생산에 관한 연구[Production of alginase fromEnterobacter cloacaeM-1, 미국특허 제5,348,875호, Alginate oligosaccharide and method for producing the same, 미국특허 제5,516,666호]가 진척되었음에도 불구하고 미생물 유래 알긴산 분해효소 생산에 관한 연구결과는 미진한 편이며 알긴산 분해효소를 고효율로 생산하는 미생물을 분리하는 연구 보고는 거의 없는 실정이다.Microorganisms producing alginate degrading enzymes for oligosaccharides of seaweed polysaccharides alginic acid have been reported as Pseudomonas, Sphingomonas, Xanthomonas, Enterobacter, Bacillus . ml-Enzyme-min-Reaction time is very low and commercialization is difficult [An exotype alginate lyase in Sphingomonas sp. A1: overexpression in Escherichia coli , purification, and characterization of alginate lyase IV, Protein Expression and Purification , 29: 33-41 , 2003; Production of alginate lyase from Enterobacter cloacae M-1, US Pat. No. 5,348,875; Production of alginate lyase, Japanese Patent No. 63,039,581, Thermostable alginate lyase from Bacillus stearothermophilus , U.S. Patent No. 5,139,945] The bacteriostatic microorganism Pseudomonas sp. The alginate lyase gene of W7 was isolated and cloned into Escherichia coli to produce intracellular alginate lyase by 0.047 U / mL [Alginate lyase production of halophilic Pseudomonas sp. by recombinant Escherichia coli , J. Microbiol. Biotechnol. 5: 92-95 (1995), the soil, sea water, seaweed, abalone, snails, was navigation alginate degradation microbes by separating the microorganisms of the 176 species from a sea urchin, etc. of Enterobacter spp the alginate lyase productive 0.355 mg -Reducing sugar / mL-Enzyme showed alginate degrading enzyme activity [Isolation and Growth Characteristics of Alginate Degrading Bacteria, Journal of the Korea Industrial Microbiology , 21 (3): 207 ~ 213, 1993]. Report on the Biological Activity of Alginate Oligosaccharides and Their Use [Growth-promotion of plants with depolymerized alginates by irradiation, Rad. Phys. Chem. , 59: 97-101, 2000], and research is ongoing. As such, alginic acid, an important natural material for marine biological resources, has been shown to exhibit antimicrobial activity against some bacterial and phytopathogenic fungi strains and is known to possess antiviral and antifungal properties. [Livestock using alginic acid oligosaccharide derivatives Disease prevention and treatment, Republic of Korea Patent Registration No. 0307187; Red algae extinction agent and fish disease treatment agent using alginate oligosaccharide derivative, Republic of Korea Patent Registration No. 0322511]. In addition to the antiviral and antibacterial functions, alginic acid extracts and their derivatives are known to lower low-density cholesterol levels and stabilize immunological reactions [Medical and biotechnological applications of marine macroalgal polysaccharides, Mar. Biotechnol. , 1: 181-196, 1993], as well as biological resources, as a raw material for pharmaceuticals. The research trend on alginate and alginate oligosaccharide production is known in 1976, since the chemical method and alginate-oligosaccharide production method using alginate degrading enzyme were known in 1976. Although production of alginase from Enterobacter cloacae M-1, US Patent No. 5,348,875, Alginate oligosaccharide and method for producing the same, US Patent No. 5,516,666, produced alginate degrading enzyme There are few studies on the microorganisms that produce alginate degrading enzymes with high efficiency.

본 발명은 알긴산 분해효소를 생산하는 해양 미생물을 신규로 분리하여 알긴산 올리고당을 제조하기 위한 알긴산 분해효소(Alginate lyase)를 고효율로 생산하는 신규 해양미생물 및 이를 이용한 알긴산분해효소를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a novel marine microorganism for producing alginate lyase for producing alginate oligosaccharides with high separation of marine microorganisms producing alginic acid degrading enzymes and a method for producing alginate degrading enzymes using the same. will be.

본 발명은 해조류로부터 신규 해양 미생물 분리 및 이를 배양하여 알긴산 분해효소를 고효율로 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 이 알긴산 분해효소는 해조류 유래 다당류 알긴산을 효소적 가수분해에 의해 알긴산올리고당을 제조하는데 유용한 알긴산 분해효소를 제공하는데 있다.The present invention relates to a novel marine microorganism isolation from seaweed and to a method for producing alginate degrading enzyme with high efficiency. In addition, the alginic acid degrading enzyme provides an alginate degrading enzyme useful for preparing alginic acid oligosaccharides by enzymatic hydrolysis of algae-derived polysaccharide alginic acid.

도 1은Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 최적배지(Sucrose 5 g/L, (NH4)2SO49 g/L, (NH4)2HPO43 g/L, NaCl 10 g/L, KCl 3 g/L, CaCl20.05 g/L) 8L가 들어있는 10L 발효조를 이용하여 대량배양하였다. 호기성 미생물이므로 400rpm으로 교반하면서 공기를 0.1vvm으로 공급하고 2N 염산 수용액과 2N 가성소다 수용액을 이용하여 발효조 내의 pH를 8.0으로 자동제어하면서 54시간 동안 배양한 결과이다.1 is Xanthomonas sp. Optimal medium for alginate degrading enzyme production using BH-1 (Sucrose 5 g / L, (NH 4 ) 2 SO 4 9 g / L, (NH 4 ) 2 HPO 4 3 g / L, NaCl 10 g / L, Bulk culture was performed using a 10 L fermenter containing 3 g / L KCl, 0.05 g / L CaCl 2 ). Since it is an aerobic microorganism, air is supplied at 0.1 vmv while stirring at 400 rpm, and the result is incubated for 54 hours while automatically controlling the pH in the fermenter to 8.0 using 2 N aqueous hydrochloric acid solution and 2 N aqueous sodium hydroxide solution.

도 2-A는Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 최적 효소반응 온도를 결정하기 위하여 20~70℃까지 효소반응 온도를 달리하여 효소반응을 실시한 결과이다. 도 2-B는 최적 효소반응 pH를 결정하기 위하여 55℃에서 pH를 3~12까지 효소반응 pH를 달리하여 효소반응을 실시한 결과이다.2-A shows Xanthomonas sp. In order to determine the optimal enzymatic reaction temperature of alginic acid degrading enzyme produced by BH-1, the enzymatic reaction was carried out by varying the enzyme reaction temperature up to 20 ~ 70 ℃. 2-B is a result of performing the enzyme reaction by varying the pH of the enzyme reaction from 3 to 12 pH at 55 ℃ to determine the optimum enzyme reaction pH.

도 3-A는Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 열 안정성을 결정하기 위하여 효소 희석액을 10~70℃까지 온도를 달리하여 30분 내지 60분 동안방치한 후 효소반응으로 잔여활성을 분석한 결과이다. 도 3-B는 알긴산 분해효소의 pH 안정성을 결정하기 위하여 pH를 3~12까지 달리하여 30분 내지 60분 동안 방치한 후 잔여활성을 분석한 결과이다.3-A shows Xanthomonas sp. In order to determine the thermal stability of the alginate degrading enzyme produced by BH-1, the enzyme dilution was left for 30 minutes to 60 minutes at different temperatures up to 10-70 ° C., and the residual activity was analyzed by enzyme reaction. Figure 3-B is the result of analyzing the residual activity after leaving for 30 to 60 minutes by varying the pH to 3 to 12 to determine the pH stability of the alginic acid degrading enzyme.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 해조류로부터 알긴산 분해효소 활성이 우수한 균주를 분리하고자 지속적인 연구를 수행한 결과 갈조류의 일종인 톳으로부터 알긴산 분해효소 생산성이 우수한 신규 해양 미생물을 분리하였으며, 이를 최적 조건에서 배양하여 알긴산 분해효소를 고효율로 제조하는 방법을 개발하였다. 이하, 실시 예에서 본 발명을 상세히 설명하나 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.In order to achieve the above object, the present inventors have conducted a continuous study to isolate strains having excellent alginate degrading enzyme activity from seaweed, and isolated new marine microorganisms having excellent alginate degrading enzyme productivity from brown algae. A method for producing alginate degrading enzyme with high efficiency by culturing under optimum conditions was developed. Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1 : 알긴산 분해효소 생산 미생물의 분리 및 동정Example 1 Isolation and Identification of Alginate Degrading Enzyme Producing Microorganisms

전남 신안군 압해도의 갯뻘에서 갈조류의 일종인 톳을 채취하여 알긴산 분해효소를 생합성하는 미생물을 분리하기 위하여 121℃에서 15분간 멸균한 알긴산 분해 미생물 분리용 액체배지(Na-alginate 10 g/L, Yeast extract 2 g/L, NaCl 2 g/L, K2HPO42 g/L, MgSO4·7H2O 1 g/L, KCl 1 g/L, CaCl2·2H2O 0.05 g/L) 50mL이 들어있는 250mL 삼각플라스크에 생물 톳 0.5 g을 접종하여 30℃, 200rpm으로 유지되는 진탕배양기(VS-8480SF, Vision Scientific Co., Korea)에서 탄소원으로 알긴산을 분해하여 대사할 수 있는 미생물만 생존할 수 있도록 48시간씩 3회 배양하였다.A liquid medium (Na-alginate 10 g / L, Yeast extract) that was sterilized at 121 ° C for 15 minutes in order to separate microorganisms that biosynthesize alginate degrading enzymes by extracting the brown algae from the tidal flats in Sinan-gun, Jeollanam-do 2 g / L, NaCl 2 g / L, K 2 HPO 4 2 g / L, MgSO 4 7H 2 O 1 g / L, KCl 1 g / L, CaCl 2 · 2H 2 O 0.05 g / L) Only microorganisms that can metabolize alginic acid as carbon source can be survived by shaking incubator (VS-8480SF, Vision Scientific Co., Korea) maintained at 30 ° C and 200rpm by inoculating 0.5g of biomass into a 250mL Erlenmeyer flask. Incubate three times for 48 hours.

상기 배양액을 연속적으로 102부터 109까지 희석하여 알긴산 분해 미생물 분리용 고체배지(Na-alginate 10 g/L, Yeast extract 2 g/L, NaCl 2 g/L, K2HPO42 g/L, MgSO4·7H2O 1 g/L, KCl 1 g/L, CaCl2·2H2O 0.05 g/L, Agar 18 g/L)에 각각 30㎕를 접종하여 유리막대로 잘 분산시켜 30℃ 항온배양기(IB-25G, Jeio tech Co., Korea)에서 24시간 배양 후 107희석액을 접종한 고체배지에서 알긴산 용해 능력이 있는 콜로니 3개를 분리하였다. 이 들 콜로니를 상기 알긴산 분해 미생물 분리용 액체배지에 접종하여 진탕배양기에서 24시간 동안 배양하여 알긴산 분해효소 활성이 가장 우수한 BH-1 균주를 선발하였다.By diluting the culture medium from 10 2 to 10 9 continuously (Na-alginate 10 g / L, Yeast extract 2 g / L, NaCl 2 g / L, K 2 HPO 4 2 g / L) , MgSO 4 · 7H 2 O 1 g / L, KCl 1 g / L, CaCl 2 · 2H 2 O 0.05 g / L, Agar 18 g / L), 30 μl each was inoculated and dispersed well with a glass rod. After incubation for 24 hours in an incubator (IB-25G, Jeio tech Co., Korea), three colonies with alginic acid dissolving ability were isolated from solid medium inoculated with 10 7 dilutions. These colonies were inoculated in the liquid medium for separating the alginic acid-decomposing microorganisms and cultured in a shaker for 24 hours to select the BH-1 strain having the best alginate-degrading enzyme activity.

상기에서 신규로 분리한 BH-1균주의 정확한 계통학적 분류를 위하여 16S rDNA 유전자를 분리하여 아래 그림과 같은 1,447개의 염기서열을 분석하여PHYLIP(Phylogency Inference Package) 데이타베이스의 다양한 미생물의 염기서열과 비교한 결과Xanthomonas, Pseudomonas, Stenotrphomonas 미생물과 97%이상 유사한 염기서열을 보여 해조류 톳에서 신규로 분리한 BH-1 균주를Xanthomonassp. BH-1이라 명명하고, 2004년 8월 11일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)에 기탁하여 수탁번호 KCTC 10677BP를 부여받았다.For accurate phylogenetic classification of the newly isolated BH-1 strain, 16S rDNA genes were isolated and analyzed for 1,447 nucleotide sequences as shown in the following figure. ResultXanthomonasgenus, Pseudomonasgenus, Stenotrphomonasgenus BH-1 strain isolated from seaweeds showed more than 97% similar sequenceXanthomonassp. It was named BH-1, and it was deposited on August 11, 2004 at KCTC and was assigned accession number KCTC 10677BP.

실시예 2 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 탄소원의 영향Example 2 Influence of Carbon Sources on Alginate Degrading Enzyme Production

실시예 1의 알긴산 분해 미생물 분리용 기본배지에서 탄소원으로 알긴산을 설탕으로 대체한 알긴산 분해효소 생산용 기본배지(Sucrose 10 g/L, Yeast extract 2 g/L, NaCl 2 g/L, K2HPO42 g/L, MgSO4·7H2O 1 g/L, KCl 1 g/L, CaCl2·2H2O 0.05 g/L) 100mL이 들어있는 250mL 삼각플라스크에 상기 톳에서 분리/동정한 알긴산 분해효소 생합성 균주Xanthomonassp. BH-1 한 백금이를 옮겨 30℃, 250rpm을 유지되는 진탕배양기(KMC-8480SF, Vision Scientific Co., Korea)에서 20시간 동안 배양하여 접종균으로 이용하였다. 알긴산 분해효소 생산용 기본배지 중 탄소원으로서 초기 설탕 농도를 달리하여 위와 동일한 조건으로 20시간 동안 배양하였다. 세포성장은 흡광도가 0.7이하가 되도록 배양액을 희석한 후 분광광도계(UV/VIS 1601, Shimadzu Co., Japan)를 이용하여 660nm에서 흡광도를 측정하였다. 알긴산 분해효소 활성은 기질로써 0.5% sodium alginate 0.95ml에 배양액 0.05ml을 첨가하여, 50℃에서 15분간 반응시킨 후 DNSA법에 의해 흡광도(520nm)를 측정하여 우론산으로서 D-glucuronic acid 생성량을 측정하였다. 알긴산 분해효소 1 Unit은 효소반응 1분 동안 1μmole의 우론산을 생산하는데 필요한 효소량으로 정의하였다. 표 1은 설탕 농도의 영향을 살펴보기 위하여 설탕 농도를 0~40 g/L로 농도를 달리하여 배양한 결과로서 배양초기에 설탕 5~30 g/L를 첨가할 경우 알긴산 분해효소 활성이 거의 유사한 결과를 보였다. 따라서Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위한 최적 설탕 농도는 5 g/L임을 알 수 있었다.Basic medium for alginate degrading enzyme production in which alginic acid is replaced with sugar as a carbon source in the basic medium for separating alginate-degrading microorganism of Example 1 (Sucrose 10 g / L, Yeast extract 2 g / L, NaCl 2 g / L, K 2 HPO 4 2 g / L, MgSO 4 · 7H 2 O 1 g / L, KCl 1 g / L, CaCl 2 · 2H 2 O 0.05 g / L) Alginic acid isolated / identified in a 250 mL Erlenmeyer flask containing 100 mL Degrading enzyme biosynthetic strain Xanthomonas sp. BH-1 was transferred to platinum and incubated for 20 hours in a shaker (KMC-8480SF, Vision Scientific Co., Korea) maintained at 30 ℃, 250rpm was used as inoculum. The initial sugar concentration as a carbon source in the alginate degrading enzyme production medium was incubated for 20 hours under the same conditions. Cell growth was measured by absorbance at 660nm using a spectrophotometer (UV / VIS 1601, Shimadzu Co., Japan) after diluting the culture so that the absorbance is less than 0.7. Alginate degrading enzyme activity was measured by adding 0.05ml of culture solution to 0.55% sodium alginate as a substrate and reacting at 50 ° C for 15 minutes, and then measuring absorbance (520nm) by DNSA method to measure the amount of D-glucuronic acid produced as uronic acid. It was. One unit of alginic acid degrading enzyme was defined as the amount of enzyme required to produce 1 μmole of uronic acid for 1 minute of enzymatic reaction. Table 1 shows the results of culturing the sugar concentration from 0 to 40 g / L to examine the effect of sugar concentration. The results were shown. Therefore, Xanthomonas sp. The optimal sugar concentration for alginate degrading enzyme production using BH-1 was found to be 5 g / L.

[표 1]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 탄소원으로서 설탕 농도의 영향TABLE 1 Xanthomonas sp. Effect of Sugar Concentration as a Carbon Source on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

설 탕 농 도[g/L]Sugar Concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 00 3.813.81 0.100.10 55 6.666.66 0.380.38 1010 4.564.56 0.320.32 1515 4.174.17 0.360.36 2020 4.024.02 0.400.40 2525 3.873.87 0.410.41 3030 3.813.81 0.450.45 3535 3.453.45 0.270.27 4040 3.483.48 0.190.19

실시예 3 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 질소원의 영향Example 3 Influence of Nitrogen Sources on Alginate Degrading Enzyme Production

실시예 2의 기본배지에서 탄소원을 설탕 5 g/L로 대체하고Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 질소원의 영향을 살펴보기 위하여 여러 종류의 질소원을 각각 10 g/L로 첨가하여 실시예 2와 동일한 조건으로 배양한 결과 표 2와 같은 결과를 얻었으며, 암모늄 설페이트 10 g/L를 질소원으로 이용할 경우 알긴산 분해효소 활성이 0.48 U/ml을 얻었다.Replace the carbon source with 5 g / L of sugar in the basal medium of Example 2 and replace Xanthomonas sp. In order to examine the effect of the nitrogen source on the production of alginate degrading enzyme using BH-1, 10 g / L of various kinds of nitrogen sources were added to each other and cultured under the same conditions as in Example 2, and the results shown in Table 2 were obtained. When 10 g / L of ammonium sulfate was used as the nitrogen source, the alginic acid degrading enzyme activity was 0.48 U / ml.

최적 질소원으로 암모늄 설페이트 농도의 영향을 살펴보기 위하여 암모늄 설페이트 농도를 0~21 g/L로 달리하여 배양한 결과 표 3과 같은 결과를 얻었으며,Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위한 최적 질소원은 암모늄 설페이트 9 g/L임을 알 수 있었다.In order to examine the effect of ammonium sulphate concentration as the optimal nitrogen source, the result of culturing with ammonium sulphate concentration of 0 ~ 21 g / L was obtained as shown in Table 3. Xanthomonas sp. The optimum nitrogen source for the preparation of alginic acid degrading enzyme using BH-1 was found to be 9 g / L ammonium sulfate.

[표 2]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한질소원 종류의 영향TABLE 2 Xanthomonas sp. Effect of Nitrogen Sources on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

질 소 원[10 g/L]Nitrogen source [10 g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 대 조 구Control 0.210.21 0.190.19 암모늄 클로라이드Ammonium chloride 0.300.30 0.200.20 암모늄 설페이트Ammonium sulfate 4.054.05 0.480.48 쇠고기 추출물Beef extract 4.354.35 0.380.38 옥수수 침지액Corn Soak 0.300.30 0.240.24 소디움 글루타메이트Sodium Glutamate 0.720.72 0.220.22 맥아 추출물Malt Extract 0.630.63 0.020.02 박토펩톤Bactopeptone 4.354.35 0.200.20 폴리펩톤Polypeptone 4.804.80 0.320.32 효모 추출물Yeast extract 5.225.22 0.330.33

[표 3]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 최적 질소원으로서 암모늄 설페이트 농도의 영향TABLE 3 Xanthomonas sp. Effect of Ammonium Sulfate Concentration as an Optimal Nitrogen Source on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

암모늄 설페이트 농도[g/L]Ammonium Sulfate Concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 00 0.210.21 0.190.19 33 1.291.29 0.300.30 66 2.642.64 0.340.34 99 4.414.41 0.440.44 1212 5.195.19 0.370.37 1515 5.435.43 0.370.37 1818 5.795.79 0.350.35 2121 6.156.15 0.290.29

실시예 4 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 인산염의 영향Example 4 Influence of Phosphate on Alginate Degrading Enzyme Production

실시예 2의 알긴산 분해효소 생산용 기본배지에서 탄소원으로 설탕 5 g/L와 질소원으로 암모늄 설페이트 9 g/L로 대체하고Xanthomonassp. BH-1을 이용하여 알긴산 분해효소 생산에 대한 인산염 종류의 영향을 살펴보기 위하여 여러 종류의 인산염을 각각 2 g/L로 첨가하여 실시예 2와 동일한 조건으로 배양한 결과 표 4와 같은 결과를 얻었으며, 제2인산 나트륨에서 0.40 U/ml과 제2인산 암모늄에서 0.51U/ml을 생산하여 최적 인산염 종류는 제2인산 나트륨과 제2인산 암모늄이었다.In the basic medium for producing the alginate degrading enzyme of Example 2, 5 g / L of sugar was used as the carbon source and 9 g / L of ammonium sulfate as the nitrogen source, and Xanthomonas sp. In order to examine the effect of phosphate type on alginate degrading enzyme production using BH-1, 2 g / L of various kinds of phosphate were added and cultured under the same conditions as in Example 2, and the results as shown in Table 4 were obtained. The optimum phosphate types were sodium diphosphate and ammonium diphosphate, producing 0.40 U / ml in sodium diphosphate and 0.51 U / ml in ammonium diphosphate.

최적 인산염으로 제2인산 나트륨과 제2인산 암모늄 농도의 영향을 살펴보기 위하여 제2인산 나트륨과 제2인산 암모늄 농도를 각각 1~5 g/L로 달리하여 배양한 결과 표 5와 같은 결과를 얻었으며,Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위한 최적 인산염은 제2인산 암모늄 3 g/L임을 알 수 있었다.In order to examine the effects of sodium diphosphate and ammonium diphosphate as the optimal phosphate, the results were incubated with different concentrations of sodium diphosphate and ammonium diphosphate at 1 to 5 g / L, respectively. Xanthomonas sp. The optimal phosphate for alginate degrading enzyme production using BH-1 was found to be 3 g / L of diammonium diphosphate.

[표 4]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 인산염 종류의 영향TABLE 4 Xanthomonas sp. Effect of Phosphate Types on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

인 산 염[2 g/L]Phosphate [2 g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 제1인산 칼 륨Monobasic Phosphate 0.750.75 0.210.21 제2인산 칼 륨Dibasic calcium phosphate 0.750.75 0.200.20 제1인산 나트륨Sodium monophosphate 0.750.75 0.270.27 제2인산 나트륨Dibasic Sodium Phosphate 3.753.75 0.400.40 제1인산 암모늄Ammonium monophosphate 0.780.78 0.240.24 제2인산 암모늄Ammonium Diphosphate 3.993.99 0.510.51

[표 5]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 최적 인산염으로서 제2인산 나트륨 및 제2인산 암모늄 농도의 영향TABLE 5 Xanthomonas sp. Effect of Sodium Diphosphate and Ammonium Diphosphate As Optimal Phosphate on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

인 산 염 농 도[g/L]Phosphate Concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 제2인산나트륨Dibasic Sodium Phosphate 1One 3.783.78 0.430.43 22 4.264.26 0.520.52 33 3.783.78 0.480.48 44 3.813.81 0.490.49 55 4.114.11 0.530.53 제2인산암모늄Ammonium Diphosphate 1One 4.444.44 0.460.46 22 4.204.20 0.580.58 33 4.504.50 0.590.59 44 4.384.38 0.570.57 55 4.414.41 0.570.57

실시예 5 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 소디움 클로라이드 농도의 영향Example 5 Effect of Sodium Chloride Concentration on Alginic Acid Degrading Enzyme Production

Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 소디움 클로라이드 농도의 영향을 살펴보기 위하여 상기 실시예 4까지의 결과로부터 얻은 최적배지에서 소디움 클로라이드 농도를 0~30 g/L까지 달리하여 실시예 2와 동일한 조건으로 배양한 결과 표 6과 같은 결과를 얻었으며,Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위한 최적 소디움 클로라이드 농도는 10 g/L임을 알 수 있었다. Xanthomonas sp. In order to examine the effect of sodium chloride concentration on alginic acid degrading enzyme production using BH-1, the sodium chloride concentration was varied from 0 to 30 g / L in the optimum medium obtained from the results of Example 4, and the same as that of Example 2. Incubated under the conditions obtained as shown in Table 6, Xanthomonas sp. The optimal sodium chloride concentration for alginate degrading enzyme production using BH-1 was found to be 10 g / L.

[표 6]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 소디움 클로라이드 농도의 영향TABLE 6 Xanthomonas sp. Effect of Sodium Chloride Concentration on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

소디움 클로라이드 농도[g/L]Sodium Chloride Concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 00 4.834.83 0.580.58 22 4.984.98 0.590.59 44 4.984.98 0.640.64 66 4.804.80 0.640.64 88 4.744.74 0.700.70 1010 4.594.59 0.760.76 1515 4.354.35 0.760.76 2020 4.114.11 0.580.58 3030 3.963.96 0.420.42

실시예 6 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 마그네슘 설페이트 농도의 영향Example 6 Effect of Magnesium Sulfate Concentration on Alginic Acid Degrading Enzyme Production

Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 마그네슘 설페이트 농도의 영향을 살펴보기 위하여 상기 실시예 5까지의 결과로부터 얻은 최적배지에서 마그네슘 설페이트 농도를 0~9 g/L까지 달리하여 실시예 2와 동일한 조건으로 배양한 결과 표 7과 같은 결과를 얻었으며,Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위해서는 마그네슘 설페이트를 첨가하지 않는 것이 유리함을 알 수 있었다. Xanthomonas sp. In order to examine the effect of magnesium sulfate concentration on the production of alginic acid degrading enzyme using BH-1, the magnesium sulfate concentration in the optimum medium obtained from the results up to Example 5 was changed from 0 to 9 g / L, which was the same as that of Example 2. Incubated under the conditions, the results are shown in Table 7. Xanthomonas sp. For the production of alginate degrading enzyme using BH-1, it was found that magnesium sulfate was not added.

[표 7]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 마그네슘 설페이트 농도의 영향TABLE 7 Xanthomonas sp. Effect of Magnesium Sulfate Concentration on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

마그네슘 설페이트 농도[g/L]Magnesium Sulfate Concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 00 4.114.11 0.950.95 1One 4.624.62 0.790.79 22 4.594.59 0.690.69 33 4.714.71 0.700.70 44 4.774.77 0.710.71 55 4.684.68 0.680.68 66 4.684.68 0.650.65 77 4.654.65 0.560.56 88 4.504.50 0.540.54 99 4.654.65 0.550.55

실시예 7 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 포타시움 클로라이드 농도의 영향Example 7: Effect of Potassium Chloride Concentration on Alginic Acid Degrading Enzyme Production

Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 포타시움 클로라이드 농도의 영향을 살펴보기 위하여 상기 실시예 6까지의 결과로부터 얻은 최적배지에서 포타시움 클로라이드 농도를 0~4.5 g/L까지 달리하여 실시예 2와 동일한 조건으로 배양한 결과 표 8과 같은 결과를 얻었으며,Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위한 최적 포타시움 클로라이드 농도는 3 g/L임을 알 수 있었다. Xanthomonas sp. In order to examine the effect of potassium concentration on alginate degrading enzyme production using BH-1, the concentration of potassium concentration in the optimum medium obtained from the results of Example 6 up to 0-4.5 g / L was the same as that of Example 2. Incubated with the conditions obtained as shown in Table 8, Xanthomonas sp. The optimum potassium chloride concentration for the preparation of alginic acid degrading enzyme using BH-1 was found to be 3 g / L.

[표 8]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 포타시움 클로라이드 농도의 영향TABLE 8 Xanthomonas sp. Effect of Potassium Chloride Concentration on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

포타시움 클로라이드 농도[g/L]Potassium chloride concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 0.00.0 4.174.17 0.820.82 0.50.5 4.204.20 0.850.85 1.01.0 4.264.26 0.850.85 1.51.5 4.354.35 0.870.87 2.02.0 4.294.29 0.900.90 2.52.5 4.264.26 0.900.90 3.03.0 4.294.29 0.910.91 3.53.5 4.294.29 0.910.91 4.04.0 4.294.29 0.910.91 4.54.5 4.324.32 0.910.91

실시예 8 : 알긴산 분해효소 생산에 대한 칼슘 클로라이드 농도의 영향Example 8 Effect of Calcium Chloride Concentration on Alginic Acid Degrading Enzyme Production

Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 칼슘 클로라이드 농도의 영향을 살펴보기 위하여 상기 실시예 7까지의 결과로부터 얻은 최적배지에서 칼슘 클로라이드 농도를 0~1.0 g/L까지 달리하여 실시예 2와 동일한 조건으로 배양한 결과 표 9와 같은 결과를 얻었으며,Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 제조를 위한 최적 칼슘 클로라이드 농도는 0.05 g/L임을 알 수 있었다. Xanthomonas sp. In order to examine the effect of calcium chloride concentration on the production of alginate degrading enzyme using BH-1, calcium chloride concentration was varied from 0 to 1.0 g / L in the optimum medium obtained from the results of Example 7, and the same as that of Example 2. The cultured under the conditions obtained as shown in Table 9, Xanthomonas sp. The optimal calcium chloride concentration for preparing alginic acid degrading enzyme using BH-1 was 0.05 g / L.

[표 9]Xanthomonassp. BH-1 배양시 세포성장 및 알긴산 분해효소 생산에 대한 칼슘 클로라이드 농도의 영향TABLE 9 Xanthomonas sp. Effect of Calcium Chloride Concentration on Cell Growth and Alginate Degrading Enzyme Production in BH-1 Cultures

칼슘 클로라이드 농도[g/L]Calcium chloride concentration [g / L] 세 포 성 장[OD660]Cell Growth [OD 660 ] 알긴산 분해효소 활성[U/ml]Alginate Enzyme Activity [U / ml] 0.00.0 3.993.99 0.750.75 0.050.05 4.174.17 0.870.87 0.10.1 4.264.26 0.870.87 0.20.2 4.324.32 0.850.85 0.40.4 4.354.35 0.860.86 0.60.6 4.444.44 0.880.88 0.80.8 4.474.47 0.880.88 1.01.0 4.534.53 0.850.85

실시예 9 : 발효조 배양에 의한 알긴산 분해효소 제조Example 9 Preparation of Alginate Degrading Enzyme by Fermentor Culture

상기 플라스크 배양으로부터 얻은Xanthomonassp. BH-1을 이용한 알긴산 분해효소 생산에 대한 최적배지(Sucrose 5 g/L, (NH4)2SO49 g/L, (NH4)2HPO43 g/L, NaCl 10 g/L, KCl 3 g/L, CaCl20.05 g/L) 8L가 들어있는 10L 발효조(KF-10L, KoBioTech Co., Korea)를 이용하여 대량배양을 실시하였다. 호기성 미생물이므로 400rpm으로 교반하면서 공기를 0.1vvm으로 공급하고 2N 하이드로 클로라이드 수용액과 2N 소디움 하이드록사이드 수용액을 이용하여 발효조 내의 pH를 8.0으로 자동제어하고 배양온도를 30℃로 유지하면서 54시간 동안Xanthomonassp. BH-1을 배양한 결과 도 1에 보인 바와 같이 배양 48시간 후에 알긴산 분해효소 4.91 U/ml(약 40,000 Unit)을 제조 할 수 있었다. Xanthomonas sp. Obtained from the flask culture. Optimal medium for alginate degrading enzyme production using BH-1 (Sucrose 5 g / L, (NH 4 ) 2 SO 4 9 g / L, (NH 4 ) 2 HPO 4 3 g / L, NaCl 10 g / L, Bulk culture was carried out using a 10 L fermenter (KF-10L, KoBioTech Co., Korea) containing 8 g of KCl 3 g / L, CaCl 2 0.05 g / L). Since it is an aerobic microorganism, the air is supplied at 0.1vvm while stirring at 400rpm, and the pH in the fermenter is automatically controlled to 8.0 using 2N aqueous hydrochloride solution and 2N sodium hydroxide aqueous solution, and the incubation temperature is maintained at 30 ° C. for 54 hours with Xanthomonas sp. . As a result of culturing BH-1, as shown in FIG. 1, 4.91 U / ml (about 40,000 units) of alginic acid degrading enzyme was prepared after 48 hours of culture.

실시예 10 :Example 10 XanthomonasXanthomonas sp. BH-1 알긴산 분해효소의 생화학적 특성 조사sp. Biochemical Characterization of BH-1 Alginate Degrading Enzyme

상기 발효조 배양으로부터 얻은Xanthomonassp. BH-1 배양액을 15,000rpm으로 30분간 원심분리(CR21G, HITACHI Co., Japan)하여 균체를 제거하고, 배제 분자량 100,000Da의 중공사막 카트리지를 장착한 한외여과장치(U/F system, ChemiCore Inc., Korea)에 균체가 제거된 상등액 3L(약 15,000 Unit)를 70ml/min의 유속으로 여과하여 고분자 물질을 제거하여 2.7L의 배양액을 얻었다. 상기 배양액을 배제 분자량 10,000Da의 중공사막 카트리지가 장착된 한외여과장치에서 저분자 물질을 제거하여 0.75L(약 12,300 Unit)로 농축하였다. 이 농축액에 2.25L의 0.2M 포타시움 포스페이트 완충액(pH 7.0)을 3회로 나누어 첨가하면서 배제 분자량 10,000Da의 중공사막 카트리지가 장착된 한외여과장치에서 70ml/min의 유속으로 여과하여 탈염을 한 후 0.44L(약 9,200 Unit)의 탈염 알긴산 분해효소 수용액을 얻었다. 이를 48시간 동안 동결건조(SFDSM24, Samwon Freezing Eng. Co., Korea)하여 분말형태의 동결건조 알긴산 분해효소 1.83g(약 7,100 Unit)을 수득하였으며 이를 이용하여 효소의 생화학적 특성을 조사하였다. Xanthomonas sp. BH-1 culture was centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes (CR21G, HITACHI Co., Japan) to remove the cells, and ultrafiltration device equipped with a hollow fiber membrane cartridge with an exclusion molecular weight of 100,000 Da (U / F system, ChemiCore Inc. , Korea) and 3L (about 15,000 Unit) of the supernatant from which the cells were removed were filtered at a flow rate of 70ml / min to remove the polymer material to obtain a culture solution of 2.7L. The culture medium was concentrated to 0.75L (about 12,300 Units) by removing the low molecular weight material from the ultrafiltration device equipped with a hollow fiber membrane cartridge with an exclusion molecular weight of 10,000 Da. 2.25 L of 0.2M Potassium Phosphate Buffer (pH 7.0) was added to the concentrate in three portions, and filtered through an ultrafiltration device equipped with a hollow fiber membrane cartridge with an exclusion molecular weight of 10,000 Da, at a flow rate of 70 ml / min, followed by desalting, followed by 0.44 L. An aqueous solution of demineralized alginate degrading enzyme (about 9,200 Units) was obtained. This was lyophilized (SFDSM24, Samwon Freezing Eng. Co., Korea) for 48 hours to obtain 1.83 g (about 7,100 Units) of lyophilized alginate degrading enzyme in powder form, and the biochemical properties of the enzyme were investigated.

Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 최적 효소반응 온도를 결정하기 위하여 상기 동결건조 알긴산 분해효소 0.5g을 0.2M 포타시움 포스페이트 완충액(pH 7.0) 100ml에 용해(2 U/ml 알긴산 분해효소 표준용액)하여 20~70℃까지 효소반응 온도를 달리하여 실시예 2와 동일한 조건으로 효소반응을 실시한 결과 도 2-A에 나타낸 바와 같이Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 최적 효소반응 온도는 55℃이었다.Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 최적 효소반응 pH를 결정하기 위하여 55℃에서 pH를 3~12까지 효소반응 pH를 달리하여 실시예 2와 동일한 조건으로 효소반응을 실시한 결과 도 2-B에 나타낸 바와 같이Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 최적 효소반응 pH는 6~11이었다. Xanthomonas sp. To determine the optimum enzymatic reaction temperature of alginate degrading enzyme produced by BH-1, 0.5 g of the lyophilized alginic acid degrading enzyme was dissolved in 100 ml of 0.2 M potassium phosphate buffer (pH 7.0) (2 U / ml alginate degrading enzyme standard solution). As a result of the enzymatic reaction under the same conditions as in Example 2 by varying the enzyme reaction temperature to 20 ~ 70 ℃ as shown in Figure 2-A Xanthomonas sp. The optimum enzymatic reaction temperature of alginic acid degrading enzyme produced by BH-1 was 55 ° C. Xanthomonas sp. In order to determine the optimum enzyme reaction pH of the alginic acid degrading enzyme produced by BH-1, the enzyme reaction was carried out under the same conditions as in Example 2 by varying the pH from 3 to 12 at 55 ° C. As shown, Xanthomonas sp. The optimum pH of the alginate degrading enzyme produced by BH-1 was 6-11.

Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 열 안정성을 결정하기 위하여 효소 희석액을 10~70℃까지 온도를 달리하여 30분 내지 60분 동안 방치한 후 실시예 2와 동일한 조건의 효소반응으로 잔여활성을 분석한 결과 도 3-A에 나타낸 바와 같이Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소는 10~55℃ 범위에서 열 안정성을 가지고 있었으며 최적 열 안정성은 40℃이었다. Xanthomonas sp. In order to determine the thermal stability of the alginate degrading enzyme produced by BH-1, the enzyme dilution was left for 30 minutes to 60 minutes at different temperatures up to 10-70 ° C., followed by enzymatic reaction under the same conditions as in Example 2. As a result of analysis, Xanthomonas sp. Alginate degrading enzyme produced by BH-1 had thermal stability in the range of 10 ~ 55 ℃ and the optimum thermal stability was 40 ℃.

Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 pH 안정성을 결정하기 위하여 pH를 3~12까지 달리하여 30분 내지 60분 동안 방치한 후 실시예 2와 동일한 조건의 효소반응으로 잔여활성을 분석한 결과 도 3-B에 나타낸 바와 같이Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소는 pH 7~10 범위 내에서 pH 안정성을 가지고 있었으며 최적 pH 안정성은 pH 9.0이었다. Xanthomonas sp. In order to determine the pH stability of the alginate degrading enzyme produced by BH-1, the pH was changed from 3 to 12, and left for 30 to 60 minutes, and the residual activity was analyzed by the enzyme reaction under the same conditions as in Example 2. As shown in 3-B, Xanthomonas sp. Alginate degrading enzyme produced by BH-1 had pH stability within the pH range of 7 to 10, and the optimum pH stability was pH 9.0.

따라서,Xanthomonassp. BH-1이 생산한 알긴산 분해효소의 열 안정성과 pH 안정성을 고려해 볼 때 해조류 유래 알긴산을 가수분해하여 알긴산 올리고당 제조를 위한 효소반응공정의 최적 온도는 40℃이고 최적 pH는 9.0임을 알 수 있었다.Thus, Xanthomonas sp. Considering the thermal and pH stability of alginic acid degrading enzyme produced by BH-1, it was found that the optimum temperature of the enzymatic reaction process for producing alginic acid oligosaccharides by hydrolysis of alginic acid derived from algae was 40 ° C. and the optimum pH was 9.0.

상기 실시예에서 상세히 설명하였듯이, 본 발명은 갈조류의 일종인 톳으로부터 분리한 신규 해양 미생물Xanthomonassp. BH-1 KCTC 10677BP를 최적화 배지(Sucrose 5 g/L, (NH4)2SO49 g/L, (NH4)2HPO43 g/L, NaCl 10 g/L, KCl 3 g/L, CaCl20.05 g/L)에서 배양한 결과Xanthomonassp. BH-1 배양 48시간 후에 세포외 알긴산 분해효소 4.91 U/ml을 생산할 수 있었다. 따라서 본 발명은 미역, 톳, 다시마 등과 같은 해조류 유래 천연 다당류인 알긴산을 효소공학적 가수분해에 의해 알긴산 올리고당을 경제적으로 대량생산할 수 있는 고효율 알긴산 분해효소를 제공한다.As described in detail in the above embodiment, the present invention is a novel marine microorganism Xanthomonas sp. Optimized BH-1 KCTC 10677BP with medium (Sucrose 5 g / L, (NH 4 ) 2 SO 4 9 g / L, (NH 4 ) 2 HPO 4 3 g / L, NaCl 10 g / L, KCl 3 g / L , CaCl 2 0.05 g / L). Xanthomonas sp. After 48 hours of BH-1 incubation, 4.91 U / ml of the extracellular alginate degrading enzyme could be produced. Accordingly, the present invention provides a high-efficiency alginate degrading enzyme capable of economically mass-producing alginic acid oligosaccharides by enzymatic engineering of alginic acid, a natural polysaccharide of algae such as seaweed, mussels, and kelp.

Claims (1)

신규한 해양 미생물 잔토모나스 에스피. 비에이치-1 케이씨티씨 10677비피(Xanthomonassp. BH-1 KCTC 10677BP)를 이용하는 것을 특징으로 하는 알긴산 분해효소의 제조방법.Novel Marine Microbial Xanthomonas sp. A method of producing alginate degrading enzyme, characterized by using BH-1KCTC 10677 BP ( Xanthomonas sp. BH-1 KCTC 10677BP).
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