KR100893202B1 - Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same - Google Patents

Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same Download PDF

Info

Publication number
KR100893202B1
KR100893202B1 KR1020020015439A KR20020015439A KR100893202B1 KR 100893202 B1 KR100893202 B1 KR 100893202B1 KR 1020020015439 A KR1020020015439 A KR 1020020015439A KR 20020015439 A KR20020015439 A KR 20020015439A KR 100893202 B1 KR100893202 B1 KR 100893202B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
resistant
glucosidase
glucose
thermomoto
Prior art date
Application number
KR1020020015439A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20030076776A (en
Inventor
박관화
문태화
이명희
김영완
김묘정
김태집
박천석
Original Assignee
재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인서울대학교산학협력재단 filed Critical 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority to KR1020020015439A priority Critical patent/KR100893202B1/en
Publication of KR20030076776A publication Critical patent/KR20030076776A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100893202B1 publication Critical patent/KR100893202B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405Glucanases
    • C12N9/2408Glucanases acting on alpha -1,4-glucosidic bonds
    • C12N9/2411Amylases
    • C12N9/2428Glucan 1,4-alpha-glucosidase (3.2.1.3), i.e. glucoamylase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02Monosaccharides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/16Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an alpha-1, 6-glucosidase, e.g. amylose, debranched amylopectin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/20Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an exo-1,4 alpha-glucosidase, e.g. dextrose

Abstract

본 발명은 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 및 이를 이용한 포도당 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 내열성 효소인 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 내열성이므로 고온에서 사용가능하다는 장점이 있고, 이를 이용하여 전분으로부터 포도당을 제조하면 유해한 염이 생성되지 않고 고온에서 pH 변화없이 안전하게 전분으로부터 포도당을 제조할 수 있다.The present invention relates to a heat-resistant thermomoto maritima glucosidase, and a method for preparing glucose using the same, wherein the heat-resistant thermogram, the heat-resistant enzyme of the present invention, can be used at high temperature because it is heat-resistant, By using this to prepare glucose from starch, no harmful salts are produced and glucose can be prepared safely from starch without changing pH at high temperatures.

내열성 효소, 전분, 포도당Heat Resistant Enzyme, Starch, Glucose

Description

내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 및 이를 이용한 포도당의 제조방법{HEAT-RESISTANT THERMOTOGA MARITIMA GLUCOSIDASE AND PREPARATION METHOD OF GLUCOSE WITH THE SAME}Heat-Resistant THERMOTOGA MARITIMA GLUCOSIDASE AND PREPARATION METHOD OF GLUCOSE WITH THE SAME}

도 1은 종래기술에 따라 효소반응을 이용하여 전분으로부터 포도당을 제조하는 공정도이다. 1 is a process chart for preparing glucose from starch using an enzymatic reaction according to the prior art.

도 2는 본 발명의 내열성 효소를 이용하여 전분으로부터 포도당을 제조하는 공정도이다.2 is a process chart for preparing glucose from starch using the heat resistant enzyme of the present invention.

도 3은 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 SDS-PAGE 분석 결과이다. 3 is a result of SDS-PAGE analysis of heat-resistant thermomoto Maritrima glucosidase.

도 4는 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈에 의한 여러가지 기질 분해 결과를 나타내는 박막크로마토그라피 분석 결과이다.4 is a thin-film chromatography analysis showing the results of various substrate decomposition by heat-resistant thermomoto maritima glucosidase.

도 5는 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 기질 분해작용을 보여주는 반응도이다. Figure 5 is a reaction chart showing the thermal degradation of the substrate thermolysis of maritrima glucosidase.

도 6은 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 여러 가지 완충용액에 대한 안정성을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the stability of various buffer solutions of heat-resistant thermomoto maritima glucosidase.

도 7a 내지 7b는 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 작용 pH 및 작용 온도를 나타낸 그래프이다. 7A to 7B are graphs showing the operating pH and operating temperature of the heat resistant thermomoto maritrima glucosidase.                 

도 8a 내지 8b는 내열성 풀루라네이즈의 작용 pH 및 작용 온도를 나타낸 그래프이다.8A to 8B are graphs showing the working pH and working temperature of the heat resistant pullulanase.

도 9a 내지 9b는 내열성 α-글루코시데이즈의 작용 pH와 작용 온도를 나타낸 그래프이다.9A to 9B are graphs showing the working pH and working temperature of the heat resistant α-glucosidase.

도 10a는 말토헥사오스에 내열성 α-글루코시데이즈를 처리한 반응액의 HPIC 결과이고, 도 10b는 말토헥사오스에 내열성 α-글루코시데이즈 및 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈를 처리한 반응액의 HPIC 결과이다.Figure 10a is the HPIC results of the reaction solution treated with maltohexaose heat-resistant α- glucosidase, Figure 10b is a reaction of heat-resistant α-glucosidase and heat-resistant thermomoto treated maliti glucosidase to maltohexaose HPIC result of the solution.

도 11은 실시예 5-1의 반응액을 고성능 이온 크로마토그라피를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 도면이다.11 is a diagram showing the results of analyzing the reaction solution of Example 5-1 using high performance ion chromatography.

도 12는 실시예 5-1에서 얻은 반응액을 박막크로마토그라피를 이용하여 분석한 결과를 나타낸 도면이다.12 is a diagram showing the results of analyzing the reaction solution obtained in Example 5-1 using thin layer chromatography.

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 및 이를 이용한 전분으로부터 포도당을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내열성이므로 고온에서 사용가능하다는 장점이 있고, 이를 이용하여 전분으로부터 포도당을 제조하면 유해한 염이 생성되지 않고 고온에서 pH 변화없이 안전하게 전분으로부터 포도당을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing glucose from marithima glucosidase, and starch using the same, and more particularly, because it is heat-resistant and can be used at high temperatures, thereby preparing glucose from starch. The present invention relates to a method for producing glucose from starch safely without generating harmful salts and without changing pH at high temperatures.                         

[종래 기술][Prior art]

전분으로부터 포도당을 생산하는 방법으로는 화학적 방법과 효소를 이용한 생물학적 방법이 있다. 종래의 생물학적 방법으로는 도 1에 나타난 바와 같이, 30%의 전분 슬러리에 가성소다(NaOH)를 첨가하여 pH를 6.0 내지 6.2로 조절하고 내열성 α-아밀레이즈를 가한 후, 105 ℃의 젯쿠커(jet cooker)를 통과시켜 약 5 내지 10 분 동안 호화시킨 후, 95 ℃에서 1 내지 2 시간 동안 반응시켜 액화를 완료한다. 이 때 염산을 첨가하여 액화 전분 용액의 pH를 다시 4.2 내지 4.8로 조절한 후, α-1,6 글루코시드 결합 절단 효소인 내열성 플루라네이즈(pullulanase)와 당화 효소인 글루코아밀레이즈를 첨가하여 58 ℃에서 72 시간 동안 반응시켜 포도당을 제조하는 방법이 주로 사용되었다. Glucose production from starch includes a chemical method and a biological method using an enzyme. In the conventional biological method, as shown in FIG. 1, caustic soda (NaOH) was added to 30% of starch slurry to adjust the pH to 6.0 to 6.2, and heat resistant α-amylase was added thereto. After jetting through a jet cooker for about 5 to 10 minutes, the solution is reacted at 95 ° C. for 1 to 2 hours to complete liquefaction. At this time, hydrochloric acid was added to adjust the pH of the liquefied starch solution back to 4.2 to 4.8, followed by addition of heat-resistant pullulanase, an α-1,6 glucoside bond cleavage enzyme, and glucoamylase, a glycosylating enzyme. The method of preparing glucose by reacting at 72 DEG C for 72 hours was mainly used.

그러나 상기 방법에 의하여 전분으로부터 포도당을 제조하면 제조공정 중에 산, 알카리를 반복 사용하므로 유해한 염이 생성된다는 문제점이 있다. 또한, 각 효소의 최적 온도가 서로 달라서 용액을 냉각시켜야 하며 따라서 반응온도가 낮아 미생물의 오염위험이 따르고 72 시간 이상의 긴 반응시간이 필요하다는 문제점이 있었다.However, when glucose is prepared from starch by the above method, acid and alkali are repeatedly used during the manufacturing process, and thus, harmful salts are generated. In addition, the optimum temperature of each enzyme is different from each other to cool the solution, so there is a problem that the reaction temperature is low, there is a risk of contamination of microorganisms and a long reaction time of 72 hours or more is required.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 서모토가 마리티마(Thermotoga maritima)가 생산하며, 최적 작용 pH가 6.0 내지 7.0이고 최적 작용 온도가 80 내지 90 ℃이고, α-1,4 글루코시드 결합 및 α-1,6 글루코시드 결합을 분해하는 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is produced by Thermotoga maritima , the optimum operating pH is 6.0 to 7.0 and the optimum operating temperature is 80 to 90 ℃ To provide maritrima glucosidase, a thermostable thermogram that degrades α-1,4 glucoside bonds and α-1,6 glucoside bonds.

본 발명의 또다른 목적은 전분을 α-아밀레이즈로 처리한 액화 반응액을 얻고, 상기 액화 반응액을 상기의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 내열성 플루라네이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈를 처리하여 당화시키는 단계를 포함하는 전분으로부터 포도당을 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.It is still another object of the present invention to obtain a liquefied reaction solution obtained by treating starch with α-amylase, and the liquefied reaction solution is subjected to the above-mentioned heat-resistant thermomoto glucosidase, heat-resistant fluranase and heat-resistant α-glucosidase. To provide a method for producing glucose from starch comprising the step of treating and saccharifying.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 의하여 제조된 포도당을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a glucose produced by the above method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서모토가 마리티마가 생산하며, 최적 작용 pH가 6.0 내지 7.0이고 최적 작용 온도가 80 내지 90 ℃이고, α-1,4 글루코시드 및 α-1,6 글루코시드 결합을 분해하는 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is produced by the Motomoto Marittima, the optimum operating pH is 6.0 to 7.0 and the optimum operating temperature is 80 to 90 ℃, α-1,4 glucoside and α-1,6 Heat-resistant thermomotors that break down glucoside bonds provide maritima glucosidase.

본 발명은 또한, 전분을 α-아밀레이즈로 처리한 액화 반응액을 얻고, 상기 액화 반응액을 상기의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 내열성 플루라네이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈를 처리하여 당화시키는 단계를 포함하는 전분으로부터 포도당을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also obtains a liquefied reaction solution in which starch is treated with α-amylase, and the liquefied reaction solution is treated with the above-mentioned heat-resistant thermomoto maritrima glucosidase, heat-resistant fluranease and heat-resistant α-glucosidase. It provides a method for producing glucose from starch comprising the step of saccharification.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의하여 제조된 포도당을 제공한다.The present invention also provides glucose prepared by the above method.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

도 6은 본 발명의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈(Thermotoga maritima glucosidase)의 여러 가지 완충용액에 대한 안정성을 나타낸 그래프이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 포타슘-파스페이스의 완충용액에서 비교적 안정성을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 6 is a graph showing the stability of various heat buffers of thermotoga maritima glucosidase of the present invention. As shown in FIG. 6, it can be seen that the heat-resistant thermogram of the present invention maritrima glucosidase is relatively stable in a buffer solution of potassium-faspace.

또한, 도 7a 내지 7b는 본 발명의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 작용 pH 및 작용 온도를 나타낸 그래프이다. 도 7a에 나타난 바와 같이 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 작용 pH는 6.0 내지 8.0이고, 최적 작용 pH는 6.0 내지 7.0이고, 또한 도 7b에 나타난 바와 같이 본 발명의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 작용 온도는 70 내지 90 ℃이고 최적 작용 온도는 80 내지 90 ℃이다. 7A to 7B are graphs showing the operating pH and operating temperature of the heat-resistant thermomoto of the present invention maritima glucosidase. As shown in FIG. 7A, the working pH of the heat-resistant thermomotor is maritima glucosidase is 6.0 to 8.0, the optimum working pH is 6.0 to 7.0, and as shown in FIG. The operating temperature of seades is 70 to 90 ° C. and the optimum operating temperature is 80 to 90 ° C.

따라서, 내열성이 높아 고온에서 사용가능하며 최적 작용 pH도 α-아밀레이즈나 내열성 α-글루코시데이즈와 유사하여 이들 효소와 함께 사용하는 경우에 반응조건의 조절이 용이하다. Therefore, it can be used at high temperatures due to its high heat resistance and its optimum working pH is similar to that of α-amylase or heat-resistant α-glucosidase, so that the reaction conditions can be easily controlled when used with these enzymes.

또한 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 기존의 α-글루코시데이즈와는 달리 말토오스를 가수분해 하지 못하며, 환원성 말단에 존재하는 물질을 특이적으로 인식하여 글루코오스단위로 가수분해하여 최종적으로 글루코오스와 말토오스를 생산한다. Unlike the existing α-glucosidase, thermomoto maritima glucosidase does not hydrolyze maltose, and specifically recognizes substances present at the reducing end and hydrolyzes them into glucose units to finally form glucose and maltose. To produce.

또한 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 α-아밀레이즈의 강력한 저해제인 아카보오스와 기질의 환원성 말단에 존재하는 글루코오스의 α-1,4 글루코시드 결합 및 α-1,6 글루코시드 결합을 가수분해 할 수 있다.In addition, Thermomoto Maritrima Glucosidase hydrolyzes α-1,4 glucosidic and α-1,6 glucosidic bonds of acarbose, a potent inhibitor of α-amylase, and glucose present at the reducing end of the substrate. can do.

내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 작용 기질은 말토트라이오스(maltotriose), 말토테트라오스(maltotetraose), 말토펜타오스(maltopentaose), 말토헥사오스(maltohexaose), 말토헵타오스(maltoheptaose), 파라나이트로페닐펜타글루코사이드(p-nitrophenylpentaglucoside), 베타-사이클로덱스트린(β- cyclodextrin), 아카보오스(acarbose) 및 이소아카보오스를 포함한다. The working substrates of heat-resistant thermomoto-maritimar glucosidase are maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose, maltoheptaose, paranite P- nitrophenylpentaglucoside, beta-cyclodextrin, acarbose and isocarbose.

도 4는 상기 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈에 의한 여러 가지 기질 분해 결과는 나타내는 박막크로마토그래피 분석 결과이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 파라나이트로페닐 펜타글루코사이드(pNPG5), 말토펜타오스 및 사이클로덱스트린를 가수 분해할 수 있음을 알 수 있다. 최종 가수분해 산물은 글루코오스와 말토오스이고 말토오스는 상기 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈에 의하여 자수분해되지 않음을 알 수 있다. 또한 상기 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 아카보오스(acarbose)와 이소아카보오스(isoacarbose)를 가수 분해하여 글루코오스와 유사삼탄당(PTS)를 생성함을 알 수 있다.4 is a thin-film chromatography analysis showing the results of various substrate decomposition by the heat-resistant thermomoto maritima glucosidase. As shown in FIG. 4, it can be seen that the heat-resistant thermomoto maritima glucosidase can hydrolyze paranitrophenyl pentaglucoside (pNPG5), maltopentaose and cyclodextrin. The final hydrolysis products are glucose and maltose and it can be seen that maltose is not susceptible to degradation by Marittima Glucosidase. In addition, it can be seen that the heat-resistant thermomoto maritima glucosidase produces glucose and pseudo-samtan sugar (PTS) by hydrolyzing acarbose and acaocarbose.

따라서 본 효소는 환원성 말단 글루코오스의 α-1,4 글루코시드 결합 및 α-1,6 글루코시드 결합을 가수 분해함을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the enzyme hydrolyzes α-1,4 glucoside bond and α-1,6 glucoside bond of reducing terminal glucose.

상기 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 여러 가지 기질에 대한 반응속도를 표 1에 나타내었다. 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 기질에 대한 가수분해 속도는 말토펜타오스> 말토테트라오스>말토트리오스 순서이었다. Table 1 shows the reaction rate for the various substrates of the heat-resistant thermomoto maritima glucosidase. The rate of hydrolysis of the thermostable thermomoto on the substrate of Marittima glucosidase was in order of maltopentaose> maltotetraose> maltotriose.                     

기질temperament kcat(S-1)k cat (S -1 ) Km(mM)Km (mM) kcat/Km(S-1mM-1)k cat / Km (S -1 mM -1 ) 말토트라이오스Malto trios 3.196 ±0.2563.196 ± 0.256 20.639 ±3.33320.639 ± 3.333 0.155 ±0.0280.155 ± 0.028 말토테트라오스Maltotetraos 4.336 ±0.5594.336 ± 0.559 11.835 ±1.03511.835 ± 1.035 0.366 ±0.0570.366 ± 0.057 말토펜타오스Maltopentaos 5.182 ±0.2325.182 ± 0.232 9.947 ±0.7749.947 ± 0.774 0.521 ±0.0470.521 ± 0.047 말토헥사오스Maltohexaos 4.562 ±0.5464.562 ± 0.546 7.773 ±1.6177.773 ± 1.617 0.587 ±0.1410.587 ± 0.141 말토헵타오스Maltoheptaos 4.090 ±0.2504.090 ± 0.250 7.410 ±0.7627.410 ± 0.762 0.552 ±0.0660.552 ± 0.066 파라나이트로페닐 펜타글루코사이드Paranitrophenyl pentaglucoside 16.283 ±0.41016.283 ± 0.410 2.261 ±0.1642.261 ± 0.164 7.201 ±0.5517.201 ± 0.551 베타-사이클로 덱스트린Beta-cyclodextrin 1.373 ±0.1781.373 ± 0.178 14.531 ±2.20614.531 ± 2.206 0.094 ±0.0190.094 ± 0.019

도 5에는 각종 기질에 대한 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 기질 분해작용을 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 파라나이트로페닐펜타글루코사이드(p-nitrophenylpentaglucoside), 베타-사이클로덱스트린(β- cyclodextrin), 아카보오스(acarbose) 및 이소아카보오스를 가수분해 할 수 있는데, 이때 각 기질의 환원성말단에 존재하는 글루코오스 뿐만 아니라, 파라 나이트로페놀을 인식하여 가수분해한다.In Figure 5, the heat-resistant thermomoto for various substrates showed the substrate degradation of Maritrima glucosidase. As shown in FIG. 5, Thermomoto Maritrima glucosidase is composed of paranitrophenylpentaglucoside ( p- nitrophenylpentaglucoside), beta-cyclodextrin, acarbose and isocarbose. Hydrolysis can be performed, whereby paranitrophenol is recognized and hydrolyzed as well as glucose present at the reducing end of each substrate.

또한, 본 발명은 전분을 α-아밀레이즈로 처리한 액화 반응액을 얻고, 상기 액화 반응액을 상기의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 내열성 플루라네이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈를 처리하여 당화시키는 단계를 포함하는 전분으로부터 포도당을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 반응에 바람직한 pH는 5.5 내지 6.5이고 반응온도는 70 내지 85 ℃이다.The present invention also provides a liquefaction reaction solution obtained by treating starch with α-amylase, and the liquefaction reaction solution is treated with the above heat-resistant thermomoto maritrima glucosidase, heat-resistant fluranease and heat-resistant α-glucosidase. It provides a method for producing glucose from starch comprising the step of saccharification. Preferred pH for the reaction is 5.5 to 6.5 and the reaction temperature is 70 to 85 ℃.

상기 세가지의 효소를 상기 전분용액에 첨가한 경우 전분이 포도당으로 제조되는 반응메카니즘은 하기 반응식 1과 같다. When the three enzymes are added to the starch solution, the reaction mechanism for preparing starch into glucose is shown in Scheme 1 below.                     

Figure 112002008318376-pat00001
Figure 112002008318376-pat00001

상기 반응식 1에 나타난 바와 같이, α-아밀레이즈는 전분을 올리고당인 말토덱스트린으로 전환시켜주는 효소이다. 또한 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈는 말토덱스트린을 포도당으로 전환시켜주는 효소이다. As shown in Scheme 1, α-amylase is an enzyme that converts starch into maltodextrin, an oligosaccharide. In addition, heat-resistant thermomoto maritima glucosidase and heat-resistant α-glucosidase are enzymes that convert maltodextrin to glucose.

이 중 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 상대적으로 글루코스 사슬이 긴 올리고당(G6 ~ G7)을 분해하는 속도가 크고, 내열성 α-글루코시데이즈는 상대적으로 글루코스 사슬이 짧은 말토스에 대한 분해 속도가 크다. 이처럼 본 발명에서는 상기 두 당화효소를 동시에 전분용액에 첨가하여 반응을 진행할 수 있어 포도당 제조 시간을 단축할 수 있어 효율적으로 포도당을 제조할 수 있다.Among them, heat-resistant thermomoto is a high rate of decomposition of oligosaccharides (G6 ~ G7) with a relatively long glucose chain, while heat-resistant α-glucosidase is a decomposition rate for maltose with a relatively short glucose chain Is large. As described above, in the present invention, the two glycosylases can be added to the starch solution at the same time so that the reaction can be progressed to shorten the glucose production time, thereby efficiently preparing glucose.

상기 반응식 1에 사용된 세가지 효소인 내열성 플루라네이즈, 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈는 모두 내열성이 강한 효소로서 반응액의 온도를 70 내지 85 ℃ 이하로 저하시키지 않아도 된다. 따라서 종래와 달리 반응액의 온도를 조절하지 않아도 되므로 반응조건이 간단하다. 또한, 상기 내열성 효소를 사용하여 반응액의 온도를 고온으로 유지할 수 있어 반응 중 미생물의 오염을 방지할 수 있는 장점이 있다. The three enzymes used in Scheme 1, heat-resistant fluranase, heat-resistant thermomoto, and maritrima glucosidase and heat-resistant α-glucosidase are all heat-resistant enzymes and do not lower the temperature of the reaction solution to 70 to 85 ° C. or lower. You don't have to. Therefore, the reaction conditions are simple because the temperature of the reaction solution does not need to be adjusted. In addition, it is possible to maintain the temperature of the reaction solution at a high temperature by using the heat resistant enzyme, which has the advantage of preventing contamination of microorganisms during the reaction.                     

본 발명에 사용되는 내열성 풀루라네이즈는 전분을 말토덱스트린으로 전환시켜주는 효소이다. 이 내열성 풀루라네이즈의 작용 pH 및 작용 온도를 도 8a 내지 8b에 나타내었다. 도 8a는 내열성 풀루라네이즈의 여러 가지 완충용액에 대한 pH에 따른 효소역가를 나타낸다. 도 8a에 나타난 바와 같이, 이 내열성 플루라네이즈는 작용 pH가 4.0 내지 7.0이다. 또한 여러 가지 완충용액 중 소디움-파스페이트 완충용액에 대한 pH 변화에 따른 효소역가가 가중 높게 나타남을 알 수 있다.The heat resistant pullulanase used in the present invention is an enzyme that converts starch into maltodextrin. The working pH and working temperature of this heat resistant pullulanase are shown in Figs. 8A to 8B. FIG. 8a shows enzyme titers according to pH for various buffer solutions of heat resistant pullulanase. As shown in FIG. 8A, this heat resistant flulanase has a working pH of 4.0 to 7.0. In addition, it can be seen that the enzyme titer according to the pH change with respect to sodium-phosphate buffer among the various buffer solutions is weighted higher.

또한, 도 7b에 나타난 바와 같이, 작용 온도가 70 내지 85 ℃이다. 이 내열성 플루라네이즈는 서모토가 마리티마 MRS8 균주를 사용하여 실험실에서 제조하여 사용할 수도 있고 시중에 시판되는 Promozyme 400L(Novozymes)을 구입하여 사용할 수도 있다.In addition, as shown in Figure 7b, the operating temperature is 70 to 85 ℃. This heat resistant fluranease may be prepared and used in the laboratory using the strain of Marimotoma MRS8, or commercially available Promozyme 400L (Novozymes).

또한, 본 발명에 사용되는 내열성 α-글루코시데이즈는 전분을 말토덱스트린으로 전환시켜주는 효소이다. 이 내열성 α-글루코시데이즈의 작용 pH 및 작용 온도를 도 8a 내지 8b에 나타내었다. 도 9a에 나타난 바와 같이, α-글루코시데이즈의 작용 pH는 4.0 내지 7.0이고, 도 8b에 나타난 바와 같이 작용 온도는 70 내지 110 ℃이다. In addition, the heat resistant α-glucosidase used in the present invention is an enzyme that converts starch into maltodextrin. The working pH and working temperature of this heat resistant α-glucosidase are shown in Figs. 8A to 8B. As shown in FIG. 9A, the working pH of α-glucosidase is 4.0 to 7.0, and the working temperature is 70 to 110 ° C. as shown in FIG. 8B.

이 내열성 α-글루코시데이즈는 설펄로버스 설파타리쿠스 ATCC 35092 균주를 이용하여 제조하여 사용할 수도 있고 Novozymes가 생산하는 AMG E를 시중에서 구입하여 사용할 수도 있다.The heat-resistant α-glucosidase can be prepared and used using the Sulfarobus Sulfataricus ATCC 35092 strain, or commercially available AMG E produced by Novozymes.

이하 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 전분으로부터 포도당의 제조 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of preparing glucose from starch of the present invention will be described with reference to FIG. 2.                     

30% 농도의 전분 슬러리를 pH 6.0 내지 6.2로 조절한다. 그 다음 이 전분 슬러리를 105 ℃의 젯쿠커에 통과시켜 5 내지 10 분간 호화시킨다. 그 다음 이 쿠커에 α-아밀레이즈(α-amylase)를 첨가하여 95 ℃에서 1 내지 2 시간 반응시켜 전분 슬러리를 액화시킨다. The starch slurry at 30% concentration is adjusted to pH 6.0-6.2. This starch slurry is then passed through a 105 ° C. jet cooker for 5 to 10 minutes to gelatinize. Next, α-amylase is added to the cooker and reacted at 95 ° C. for 1 to 2 hours to liquefy the starch slurry.

그 다음 액화된 이 전분용액에 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 내열성 플루라네이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈를 첨가하여 당화반응시킨다. The liquefied starch solution is then saccharified by the addition of heat-resistant thermomoto glucoma marimarima glucosidase, heat-resistant fluranase and heat-resistant α-glucosidase.

상기 당화반응은 80 ℃ 내지 90 ℃, 바람직하게는 80 ℃ 내지 85 ℃에서 24 내지 48 시간동안 진행하는 것이 바람직하다.The saccharification reaction is preferably performed for 24 to 48 hours at 80 ℃ to 90 ℃, preferably 80 ℃ to 85 ℃.

본 발명은 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 및 이를 이용한 포도당 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 내열성 효소인 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 내열성이므로 고온에서 사용가능하다는 장점이 있고, 이를 이용하여 전분으로부터 포도당을 제조하면 유해한 염이 생성되지 않고 고온에서 pH 변화없이 안전하게 전분으로부터 포도당을 제조할 수 있다.The present invention relates to a heat-resistant thermomoto maritima glucosidase, and a method for preparing glucose using the same, wherein the heat-resistant thermogram, the heat-resistant enzyme of the present invention, can be used at high temperature because it is heat-resistant, By using this to prepare glucose from starch, no harmful salts are produced and glucose can be prepared safely from starch without changing pH at high temperatures.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 보다 명확하게 표현하기 위한 목적으로 기재될 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. The following examples and comparative examples are described for the purpose of more clearly expressing the present invention, but the contents of the present invention are not limited to the following examples.

[실시예 1]Example 1

실시예 1: 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈Example 1 Heat Resistant Thermomoto Maritrima Glucosidase

(1-1) 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 클로닝 및 발현(1-1) Cloning and Expression of Heat-Resistant Thermomotor Marittima Glucosidase

서모토가 마리티마 MRS8 배양액을 Japanese Collection of Microorganisms을 통하여 얻은 다음, 원심 분리하여 균체를 회수하고 QIAmp Tissue Kit (QIAGEN Co., USA)를 이용하여 염색체 DNA를 분리하였다. After obtaining a culture medium of MARIMATIC MRS8 through the Japanese Collection of Microorganisms, the cells were collected by centrifugation and chromosomal DNA was isolated using a QIAmp Tissue Kit (QIAGEN Co., USA).

내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 유전자를 분리하기 위하여 TMBspHI, 5-CGGTGAAATCATGAT GTACCCGATGC-3, 및 TMC, 5-TTCGTCGACGTCAGAATAGCGCG-3 프라이머를 제조하고 서모토가 마리티마 MRS8의 염색체 DNA에 대하여 중합효소연쇄반응을 실시하여 약 2.0 kb의 생성물을 얻었다. Thermostable Thermomoto prepared TMBspHI, 5-CGGTGAAATCATGAT GTACCCGATGC-3, and TMC, 5-TTCGTCGACGTCAGAATAGCGCG-3 primers to isolate genes of Marittima glucosidase, and Thermomoto polymerase chained to the chromosomal DNA of Marittima MRS8. The reaction was carried out to obtain a product of about 2.0 kb.

증폭된 유전자 절편을 BspHII과 SalI로 처리하고, 이를 BspHII과 SalI로 처리한 p6xHis119 벡터와 라이게이션시켰다. 형질전환을 위하여, LB 배지 5 ml에 숙주세포인 E.coli MC1061을 접종하여 37 ℃에서 12 시간 배양한 다음 배양액 1.0 ml을 새로운 LB 배지 50 ml에 접종하고 600 nm에서 흡광도가 0.5가 될 때까지 배양하였다. 배양액 1.5 ml를 4 ℃에서 7000 x g로 5 분간 원심 분리하여 균체를 회수한 뒤 0.75 ml의 형질전환용액 1을 넣고 균체를 현탁하여 얼음 속에서 30분간 방치하였다. 4 ℃에서 6000 x g로 2 분간 원심 분리하여 균체를 다시 회수하였다. 회수된 균체에 0.15 ml의 형질전환용액 2를 넣고 균체를 현탁시킨 다음 얼음 속에서 30 분간 방치하였다. 현탁액 0.15 ml와 500 ng의 상기 라이게이션한 용액을 혼합하고 얼음 속에서 1 시간 방치한 후 42 ℃에서 2 분간 열충격을 주었다. 여기에 1 ml의 LB 배지를 넣고 37 ℃에서 1 시간 배양시킨 다음 1.5%의 한천이 함유된 LBA 고체 배지에 도말하여 엠피실린에 대해 내성을 보이는 균주를 선별하여 형질전환체를 1차 선별하였다. The amplified gene fragments were treated with BspHII and SalI and ligated with p6xHis119 vector treated with BspHII and SalI. For transformation, 5 ml of LB medium was inoculated with E. coli MC1061, a host cell, incubated at 37 ° C for 12 hours, and then 1.0 ml of the culture was inoculated in 50 ml of fresh LB medium and the absorbance was 0.5 at 600 nm. Incubated. The cells were recovered by centrifuging 1.5 ml of the culture solution at 7000 x g for 5 minutes at 4 ° C., and then, 0.75 ml of the transformed solution 1 was added thereto, and the cells were suspended for 30 minutes in ice. The cells were recovered again by centrifugation at 6000 x g for 2 minutes at 4 ° C. 0.15 ml of the transformed solution 2 was added to the recovered cells, and the cells were suspended and left in ice for 30 minutes. 0.15 ml of the suspension and 500 ng of the ligated solution were mixed and left to stand in ice for 1 hour and then subjected to thermal shock at 42 ° C. for 2 minutes. 1 ml of LB medium was added thereto, followed by incubation at 37 ° C for 1 hour, and then plated on 1.5% agar-containing LBA solid medium to select strains resistant to empicillin.

1차 선별된 형질전환체를 LB 배지 5 ml에 접종하여 37 ℃에서 12 시간 배양 한 다음 원심 분리하여 균체를 얻었다. 회수한 균체를 pH 7.0의 50 mM 포스페이트 완충용액으로 현탁시킨 다음 초음파로 파괴한 뒤 원심분리하여 상등액을 취하였다. 상등액의 효소역가를 측정하여 활성을 보이는 균주를 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 생산균주 (Escherichia coli MC1061/pBLTMG)로 최종 선발하였다.The first selected transformants were inoculated in 5 ml of LB medium and incubated at 37 ° C. for 12 hours, followed by centrifugation to obtain cells. The recovered cells were suspended in 50 mM phosphate buffer at pH 7.0, then disrupted by ultrasound and centrifuged to obtain supernatant. The strain showing the activity by measuring the enzyme titer of the supernatant was finally selected as a heat-resistant thermomotogamaritia glucosidase producing strain (Escherichia coli MC1061 / pBLTMG).

(1-2) (1-2) 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈의 정제Tablet of heat resistance thermomotoga Marittima glucosidase

내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 생산균주(Escherichia coli MC1061/pBLTMG)를 LBA 배지에 접종하여 37 ℃에서 10시간 배양하고 원심분리하여 균체를 얻었다. 회수한 균체를 pH 7.0의 50 mM 포스페이트 완충용액으로 현탁시킨 다음 초음파로 파괴한 뒤 원심 분리하여 상등액을 취하였다. 발현된 덱스트린 글루코시데이즈를 이온교환수지를 이용한 크로마토그라피를 이용하여 정제하였다. Heat-resistant thermomoto was inoculated with Maritrima glucosidase producing strain (Escherichia coli MC1061 / pBLTMG) in LBA medium, incubated at 37 ° C. for 10 hours, and centrifuged to obtain cells. The recovered cells were suspended in 50 mM phosphate buffer at pH 7.0, then disrupted by ultrasound and centrifuged to obtain supernatant. The expressed dextrin glucosidase was purified by chromatography using ion exchange resin.

(1-3) 효소역가 측정(1-3) Enzyme Activity Measurement

효소역가는 효소액 0.05 ml에 pH 8.0의 50 mM 포스페이트 완충용액 0.2 ml와 1%(w/v)의 말토트라이오스 용액 0.25 ml를 넣은 후 85 ℃에서 10 분간 반응시키고 5 분간 끓여 반응을 정지시킨 다음, 반응액 0.1 ml과 포도당 정량 용액(Glucose E kit, 영동제약) 0.9 ml을 넣어 37 ℃에서 30 분간 반응시켜 발색시킨 다음, 505 nm에서 흡광도를 측정하여 결정하였다. 효소역가는 분당 1 mmole의 포도당을 생산하는 효소량을 1단위로 정한다.Enzyme titer was added to 0.2 ml of 50 mM phosphate buffer solution of pH 8.0 and 0.25 ml of 1% (w / v) maltotriose solution in 0.05 ml of enzyme solution, and then reacted at 85 ° C for 10 minutes and boiled for 5 minutes to stop the reaction. In addition, 0.1 ml of the reaction solution and 0.9 ml of a glucose solution (Glucose E kit, Yeongdong Pharm.) Were added and reacted for 30 minutes at 37 ° C. for color development. The absorbance was measured at 505 nm. The enzyme titer determines the amount of enzyme that produces 1 mmole of glucose per minute in 1 unit.

(1-4) 분자량 측정(1-4) Molecular Weight Measurement

SDS-PAGE를 이용하여 상기에서 제조된 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈를 분석한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 내열성 서모 토가 마리티마 글루코시데이즈의 분자량은 약 55,900 내지 56,300 달톤이었다.Figure 3 shows the results of the analysis of the heat-resistant thermomoto prepared by using the SDS-PAGE maritimea glucosidase. As shown in FIG. 3, the molecular weight of the heat resistant thermotoga marittima glucosidase was about 55,900 to 56,300 daltons.

실시예 2: 내열성 α-글루코시데이즈       Example 2: Heat Resistance α-Glucosidase

내열성 α-글루코시데이즈 유전자를 분리하기 위하여 하기 프라이머를 제조하였다. The following primers were prepared to isolate heat resistant α-glucosidase genes.

SSAgl-N(정방향 프라이머) 5'-ATACGGTGATAACATATGCAGACAATAAAA-3', SSAgl-N (Forward Primer) 5'-ATACGGTGATAACATATGCAGACAATAAAA-3 ',

SSAgl-C(역방항 프라이머) 5'-AGATGTGAGTCGACTTGTAGGCAAGG-3' SSAgl-C (Reverse Antistatic Primer) 5'-AGATGTGAGTCGACTTGTAGGCAAGG-3 '

상기 프라이머쌍을 이용하여 설펄로버스 설파타리쿠스 ATCC 35092 의 주염색체에 대하여 중합효소연쇄반응을 실시하여 약 2.0 kb의 생성물을 얻었다. 증폭된 유전자 절편을 NdeI과 SalI로 처리하고, 이를 동일효소로 완전히 절단한 p6xHis119 벡터와 라이게이션시켰다. 상기 실시예 1과 동일하게 형질전환하였으며 엠피실린에 대해 내성을 보이는 균주를 1차 선발하였다.The primer pair was used to perform a polymerase chain reaction on the main chromosome of sulfolabus sulfataricus ATCC 35092 to obtain a product of about 2.0 kb. The amplified gene fragments were treated with NdeI and SalI and ligated with the p6xHis119 vector completely digested with the same enzyme. The strain was transformed in the same manner as in Example 1 and first selected a strain showing resistance to empicillin.

1차 선별된 형질전환체를 가용성 전분이 1% 함유된 LBA 고체배지에 접종하여 37 ℃에서 약 12 시간 배양하고, 여기에 디-사이클로세린(D-cycloserine) 3 mg을 포함하는 0.6% 한천배지를 5 ml씩 형질전환체가 배양된 고체배지 위에 부은 후 37 ℃에서 12 시간 다시 배양하였다. 이 고체배지에 요오드 용액을 부어 균주 위에 투명한 환을 보이는 균주를 내열성 α-글루코시데이즈 생산균주(Escherichia coli MC1061/p6xHSSAgl119)로 최종 선발하였다.The first selected transformants were inoculated in LBA solid medium containing 1% soluble starch and incubated at 37 ° C. for about 12 hours, and 0.6% agar medium containing 3 mg of D-cycloserine was added thereto. 5 ml of the transformant was poured onto the cultured solid medium and incubated again at 37 ° C. for 12 hours. Iodine solution was poured into the solid medium, and a strain showing a transparent ring on the strain was finally selected as a heat resistant α-glucosidase producing strain (Escherichia coli MC1061 / p6xHSSAgl119).

내열성 α-글루코시데이즈 생산균주(Escherichia coli MC1061/p6xHSSAgl119)를 LBA 배지에 접종하여 37 ℃에서 10 시간 배양하고 원심분리하여 균체를 얻었다. 회수한 균체를 pH 7.5의 50 mM 트리스 완충용액으로 현탁시킨 다음 초음파로 파괴 한 뒤 원심분리하여 상등액을 취하였다.Heat-resistant α-glucosidase producing strain (Escherichia coli MC1061 / p6xHSSAgl119) was inoculated in LBA medium, incubated at 37 ° C. for 10 hours, and centrifuged to obtain cells. The recovered cells were suspended in 50 mM Tris buffer solution at pH 7.5, then disrupted by ultrasonication, and centrifuged to obtain supernatant.

p6xHBTMA로부터 발현된 아밀레이즈의 아미노 말단에는 6개의 히스티딘 잔기가 결합되어 있으므로, 이 상등액을 Ni-NTA컬럼(QIAGEN Co., USA)을 통과시켜 정제하였고 효소역가를 측정하였다. 완충용액으로 pH 4.5의 50 mM 소디움 아세테이트를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 효소역가를 결정하였다.Since six histidine residues were bound to the amino terminus of amylase expressed from p6xHBTMA, the supernatant was purified by passing through a Ni-NTA column (QIAGEN Co., USA) and the enzyme titer was measured. The enzyme titer was determined in the same manner as in Example 2, except that 50 mM sodium acetate having a pH of 4.5 was used as the buffer solution.

실시예 3: 내열성 플루라네이즈Example 3: Heat-Resistant Plulanase

내열성 플루라네이즈 유전자를 분리하기 위하여, 하기의 PCR 증폭용 프라이머쌍을 제조하였다. In order to isolate the heat resistant fluranease gene, a primer pair for PCR amplification was prepared.

TmPUL-N(정방향 프라이머) 5'-TCCGCTTTGATACATATGGAAACCACCATC-3',TmPUL-N (Forward Primer) 5'-TCCGCTTTGATACATATGGAAACCACCATC-3 ',

TmPUL-C(역방향 프라이머) 5'-GATCGATACGTCGACTAAAACCAGTGTCAG-3' TmPUL-C (Reverse Primer) 5'-GATCGATACGTCGACTAAAACCAGTGTCAG-3 '

상기 프라이머쌍을 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 서모토가 마리티마 MRS8의 주염색체에 대하여 중합효소연쇄반응을 실시하여 약 2.0 kb의 생성물을 얻었다. 증폭된 유전자 절편을 NdeI과 SalI로 처리하고, 이를 동일효소로 완전히 절단한 p6xHis119 벡터와 라이게이션시켰다. 상기 실시예 1과 동일하게 형질전환하였으며 엠피실린에 대해 내성을 보이는 균주를 1차 선발하였다. In the same manner as in Example 1 using the primer pairs, Thermomoto polymerase chain reaction was carried out on the main chromosome of Maritrima MRS8 to obtain a product of about 2.0 kb. The amplified gene fragments were treated with NdeI and SalI and ligated with the p6xHis119 vector completely digested with the same enzyme. The strain was transformed in the same manner as in Example 1 and first selected a strain showing resistance to empicillin.

1차 선별된 형질전환체를 레드 플루란이 0.5% 포함된 LBA 고체배지에 접종하여 37 ℃에서 약 12 시간 배양하고, 여기에 디-사이클로세린(D-cycloserine) 3 mg을 포함하는 0.6% 한천배지를 5 ml씩 형질전환체가 배양된 고체배지 위에 부은 후 37 ℃에서 12 시간 다시 배양하였다. 균주 위에 노란색 환을 보이는 균주를 내열성 플루라네이즈 생산균주(Escherichia coli MC1061/p6xHTMPULl119)로 최종 선발하 였다.The primary screened transformants were inoculated in LBA solid medium containing 0.5% red flurane and incubated at 37 ° C. for about 12 hours, and 0.6% agar containing 3 mg of D-cycloserine. 5 ml of the medium was poured onto the solid medium in which the transformants were cultured, and then cultured again at 37 ° C. for 12 hours. The strain showing the yellow ring on the strain was finally selected as a heat resistant fluranease producing strain (Escherichia coli MC1061 / p6xHTMPULl119).

내열성 플루라네이즈 생산균주(Escherichia coli MC1061/p6xHTMPULl119)는 상기 실시예 2와 동일한 과정으로 정제하였다. Heat resistant fluoranese producing strain (Escherichia coli MC1061 / p6xHTMPULl119) was purified in the same manner as in Example 2.

효소역가는 효소액 0.05 ml에 pH 6.0의 50 mM 소디움 아세테이트 완충용액 0.2 ml와 1%(w/v)의 플루란 용액 0.25 ml를 넣은 후 85 ℃에서 10 분간 반응시키고 DNS 용액을 넣어 반응을 중단시킨 뒤 5 분간 끓여 발색시켜 575 nm에서 흡광도를 측정하여 결정하였다. 얻어진 흡광도를 말토트라이오스 표준 곡선과 비교하여 분당 1 mmole의 말토트라이오스를 생산하는 효소량을 1 단위로 정하였다. Enzyme titer was added to 0.2 ml of 50 mM sodium acetate buffer solution at pH 6.0 and 0.25 ml of 1% (w / v) Pulran solution at 0.05 ml of enzyme solution. After boiling for 5 minutes to develop the color was determined by measuring the absorbance at 575 nm. The absorbance obtained was compared with a maltotriose standard curve to determine the amount of enzyme that produces 1 mmole of maltotriose per minute in 1 unit.

실시예 4: 말토헥사오스로부터 포도당제조Example 4 Preparation of Glucose from Maltohexaose

(4-1) 포도당 제조(4-1) glucose production

50 mM 완충용액(pH 6.0)에 5% 말토헥사오스를 가하여 현탁액을 제조한 후 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈를 첨가하고 75 ℃에서 반응시켰다. 반응시간에 따른 반응액의 조성을 고성능 이온 크로마토그라피를 이용하여 분석하였다. 5% maltohexaose was added to 50 mM buffer solution (pH 6.0) to prepare a suspension, followed by addition of heat-resistant thermomoto maritrima glucosidase and heat-resistant α-glucosidase and reacted at 75 ° C. The composition of the reaction solution according to the reaction time was analyzed using high performance ion chromatography.

대조구로는 내열성 α-글루코시데이즈만을 첨가하여 상기와 동일한 방법으로 반응시켰다. As a control, only heat-resistant α-glucosidase was added and reacted in the same manner as above.

(4-2) 반응액의 HPIC 분석(4-2) HPIC analysis of the reaction solution

카보팩-컬럼(Carbopak-column, Dionex, USA)과 디텍터로서 패드(pulsed ampherometric detector, Dionex, USA)를 사용하여 반응액을 분석하였다. A 용출액으로는 150 mM의 가성소다액을 사용하였으며, A 용출액에 600 mM 소오디움 아세 테이트를 녹인 것을 B 용출액로 하여 40 분 후에 B 버퍼가 0에서 40%가 되도록 직선적으로 농도구배를 걸어, 반응액을 분석하였다.The reaction solution was analyzed using a Carbopak-column (Dionex, USA) and a pad (pulsed ampherometric detector, Dionex, USA) as a detector. A 150 mM caustic soda solution was used as the eluate A. The solution was dissolved in 600 mM sodium acetate in the eluate A as a B eluent. After 40 minutes, the concentration was linearly adjusted so that the B buffer became 0 to 40%. The solution was analyzed.

도 10a 및 10b는 상기 반응액 및 대조구에 대하여 고성능 이온 크로마토그라피를 이용하여 분석한 결과를 나타냈다. 10A and 10B show the results of analyzing the reaction solution and the control using high performance ion chromatography.

도 10a에 나타난 바와 같이, 대조구인 내열성 α-글루코시데이즈만을 첨가한 구에서는 반응 2 시간 및 6.5 시간 후에 말토헥사오스(G6)가 다량으로 남아있고 분해산물인 말토펜타오스(G5), 말토테트라오스(G4), 말토트라이오스(G3)등이 잔존하고 있으며, 반응시간 14.5 시간 및 24 시간 후에도 G6, G5, G4 및 G3가 분해되지 않고 남아 있어 포도당으로 전환되지 않았다. As shown in Figure 10a, in the control group added only heat-resistant α-glucosidase, maltohexaose (G6) remained in large amounts after 2 and 6.5 hours of reaction, and the decomposition products maltopentaose (G5) and maltotetra Os (G4), maltotriose (G3), etc. remain, and after 6 hours and 24 hours of reaction time, G6, G5, G4 and G3 remained undecomposed and were not converted to glucose.

그러나 도 10b에 나타난 바와 같이, 2 단위 내열성 α-글루코시데이즈에 0.5 단위의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈를 첨가한 실험구에서는 반응 2 시간 후에 G6, G5는 거의 분해되었고 소량의 G4, G3 및 G2가 남아있다. 반응 6.5 시간 후에는 소량의 G2만이 남아있고, 반응 14.5 시간 후에는 거의 모든 말토올리고당이 분해되어 포도당으로 전환된 것을 알 수 있다.However, as shown in FIG. 10B, in the experimental group in which 0.5 unit of heat resistant thermomoto was added maritrima glucosidase to 2 units of heat resistant α-glucosidase, G6 and G5 were almost decomposed after 2 hours of reaction, and a small amount of G4, G3 and G2 remain. After 6.5 hours, only a small amount of G2 remained, and after 14.5 hours, almost all maltooligosaccharides were decomposed and converted into glucose.

따라서 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈와 내열성 α-글루코시데이즈를 동시에 처리했을 때, 포도당의 수율은 95% 이상이었으며 또한 제조공정시간을 2 배 이상 단축할 수 있음을 확인하였다.Therefore, when heat-resistant thermomoto treated Maritrima glucosidase and heat-resistant α-glucosidase at the same time, the yield of glucose was more than 95%, and it was confirmed that the manufacturing process time could be more than doubled.

또한 상기 도 10a 및 10b에 나타난 바와 같이, 내열성 α-글루코시데이즈만을 처리했을 때에는 반응액에 G6, G5 및 G4 등 말토올리고당이 남아있을 뿐만 아니라 구조가 확인되지 않은 다수의 생성물이 소량 생성되었다. 이에 반해 두 효소를 동시에 처리한 실험구의 경우에는 당전이 반응에 의한 이물질의 생성이 없어 포도당의 수율을 높이는 효과가 있음을 알 수 있다. 이는 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈가 말토올리고당의 환원성 말단으로부터 글루코스를 가수분해시키는데 기인한 것으로 추정할 수 있다.10A and 10B, when only heat-resistant α-glucosidase was treated, malto-oligosaccharides such as G6, G5, and G4 remained in the reaction solution, and a small amount of a large number of products having no structure was identified. On the contrary, in the experimental group treated with both enzymes at the same time, there was no generation of foreign substances by the sugar transfer reaction, and thus it was found that there was an effect of increasing the yield of glucose. This can be presumed to be due to the heat-resistant thermomoto hydrolysis of glucose from the reducing end of maltooligosaccharides by marittima glucosidase.

실시예 5: 글루시덱스(Glucydex 12)로부터 포도당 제조Example 5 Preparation of Glucose from Glucydex 12

(5-1) 포도당 제조(5-1) glucose production

분지된 올리고당으로부터 포도당을 제조하는 실험을 수행하기 위하여, 50 mM 완충용액(pH6.0)에 5% 글루시덱스 12를 가하여 현탁액을 제조한 후, 내열성 플루라네이즈 1 단위와 내열성 α-글루코시데이즈 2 단위, 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 0.5 단위를 첨가하고 75 ℃에서 반응시켰다. 반응시간에 따른 반응액의 조성을 고성능 이온 크로마토그라피를 이용하여 분석하였다.In order to perform an experiment for preparing glucose from branched oligosaccharides, a suspension was prepared by adding 5% Gludexex 12 to 50 mM buffer solution (pH 6.0), and then 1 unit of heat resistant flulanase and heat resistant α-glucose. Two units of Days and 0.5 unit of heat resistant Thermomoto were added and reacted at 75 ° C. The composition of the reaction solution according to the reaction time was analyzed using high performance ion chromatography.

대조구로는 내열성 α-글루코시데이즈 2 단위 및 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈 0.5 단위만을 첨가하여 동일조건에서 반응시켰다.As a control, 2 units of heat resistant α-glucosidase and 0.5 units of heat resistant thermomoto were added and reacted under the same conditions.

(5-2) 반응액의 HPIC 분석(5-2) HPIC analysis of the reaction solution

상기 5-1에서 얻은 반응액을 고성능 이온 크로마토그라피를 이용하여 분석하여 그 결과를 도 11에 나타내었다. 내열성 플루라네이즈를 첨가한 구에서 반응 12 시간 후에는 대부분의 올리고당이 가수분해되어 포도당으로 전환되었음을 알 수 있다. 위의 실험 결과로 내열성 플루라네이즈는 α-1,6 글루코시드 결합으로 분지된 올리고당에 작용하여 α-1,6 글루코시드 결합을 가수분해하고, 직쇄의 α-1,4 글루코시드 결합으로 이루어진 올리고당으로 전환시키는 작용을 하는 것으로 추측된다. The reaction solution obtained in 5-1 was analyzed using high performance ion chromatography, and the results are shown in FIG. 11. It was found that most of the oligosaccharides were hydrolyzed and converted to glucose after 12 hours of reaction in the spheres to which heat-resistant fluoranese was added. As a result of the above experiment, the heat resistant fluranease acts on the oligosaccharide branched by the α-1,6 glucoside bond to hydrolyze the α-1,6 glucoside bond, and consists of a linear α-1,4 glucoside bond. It is assumed to act to convert to oligosaccharides.                     

반응액의 조성은 전체 용액내에 존재하는 화합물들의 질량비를 환산하였으며, 분석한 결과 내열성 플루라네이즈, 내열성 α-글루코시데이즈 및 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈를 24 시간 작용시킨 용액의 포도당 함량은 95.3%이었다.The composition of the reaction solution was calculated by converting the mass ratios of the compounds present in the total solution, and the analysis showed that the glucose content of the solution in which the heat-resistant fluerase, the heat-resistant α-glucosidase, and the heat-resistant thermomoto were acted on the maritima glucosidase for 24 hours. Was 95.3%.

(5-3) 반응액의 TLC 분석(5-3) TLC analysis of the reaction solution

상기 5-1의 효소반응액을 박막크로마토그라피(Thin Layer Chromatoghy, TLC)를 이용하여 반응산물을 분석하였다. 각 시료를 Whatman K5F TLC 플레이트(20cmX20cm)에 1 mL씩 로딩하여 아이소프로필 알코올, 에틸 아세테이트, 증류수의 비가 3:1:1 (v/v/v)인 전개액에서 1회 전개시켰다. 전개 후에 플레이트를 잘 건조시켜 메탄올에 0.3% (w/v) N-(1-나프틸)-에틸렌다이아민과 5% (v/v) 황산을 용해시킨 발색액에 담갔다 꺼낸 후 110 ℃ 오븐에서 10 분동안 발색시켰다.The reaction product of 5-1 was analyzed using thin layer chromatography (Thin Layer Chromatoghy, TLC). Each sample was loaded in a Whatman K5F TLC plate (20 cm × 20 cm) by 1 mL and developed once in a developing solution with a 3: 1: 1 (v / v / v) ratio of isopropyl alcohol, ethyl acetate, and distilled water. After development, the plate was well dried, immersed in a coloring solution in which 0.3% (w / v) N- (1-naphthyl) -ethylenediamine and 5% (v / v) sulfuric acid was dissolved in methanol, and then taken out in a 110 ° C oven. 10 minutes of color development.

실시예 5-1에서 얻은 반응액을 박막크로마토그라피를 이용하여 분석하여 도 11에 나타내었다.The reaction solution obtained in Example 5-1 was analyzed by thin film chromatography and is shown in FIG. 11.

내열성 플루라네이즈를 첨가하지 않은 대조구에서는 반응 6 시간 및 24 시간 후에 분자량이 크며 α-1,6 글루코시드 결합이 포함된 것으로 예상되는 올리고당이 분해되지 않고 출발선에 존재하고 있음을 볼 수 있다. In the control group without the addition of heat-resistant fluranease, it can be seen that oligosaccharides having a high molecular weight and expected to include α-1,6 glucoside bond after 6 and 24 hours of reaction are present at the starting line without degradation.

반면에 내열성 플루라네이즈를 첨가한 구에서는 반응 12 시간이 지난 후 분자량이 큰 올리고당이 분해되어 출발선에서 사라진 것을 볼 수 있다. 이는 α-1,6 글루코시드 결합을 포함한 분자량이 큰 올리고당이 내열성 플루라네이즈의 가수분해 작용에 의해 직쇄의 올리고당으로 분해되고 이어 α-글루코시데이즈와 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈에 의해 가수분해되어 포도당이 생성되었음을 보여 주는 것이다.On the other hand, in the spheres to which heat-resistant fluoranese was added, it was found that after 12 hours of reaction, the oligosaccharide having a large molecular weight was decomposed and disappeared from the starting line. The molecular weight oligosaccharides including α-1,6 glucoside bonds are decomposed into linear oligosaccharides by the hydrolysis action of the heat-resistant fluoranese, followed by α-glucosidase and heat-resistant thermomoto by maritima glucosidase. Hydrolysis shows that glucose was produced.

본 발명의 내열성 효소인 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈는 내열성이므로 고온에서 사용가능하다는 장점이 있고, 이를 이용하여 전분으로부터 포도당을 제조하면 유해한 염이 생성되지 않고 고온에서 pH 변화없이 안전하게 전분으로부터 포도당을 얻을 수 있는 장점이 있다.The heat-resistant thermogram of the present invention, heat-resistant thermogram, maritima glucosidase, has the advantage that it can be used at high temperatures because it is heat resistant. There is an advantage to getting glucose.

Claims (8)

서모토가 마리티마(Thermotoga maritima)가 생산하며, 최적 작용 pH가 6.0 내지 7.0 이고 최적 작용 온도가 80 내지 90 ℃이고, 환원성 말단부터 α-1,4 글루코시드 결합 및 α-1,6 글루코시드 결합을 분해하며, 말토오스를 가수분해하지 않는 것인 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈. Produced by Thermotoga maritima , the optimum working pH is 6.0 to 7.0 and the optimum working temperature is 80 to 90 ° C, and α-1,4 glucoside bonds and α-1,6 glucosides from the reducing end The heat-resistant thermomotor maritima glucosidase which breaks a bond and does not hydrolyze maltose. 제 1 항에 있어서, 상기 효소의 기질이 말토트라이오스, 말토테트라오스, 말토펜타오스, 말토헥사오스, 말토헵타오스 및 베타-사이클로덱스트린으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈.2. The heat resistant thermomoto according to claim 1, wherein the substrate of the enzyme is selected from the group consisting of maltotriose, maltotetraose, maltopentose, maltohexaose, maltoheptaose and beta-cyclodextrin. Seadays. 전분을 α-아밀레이즈로 처리한 액화 반응액을 얻고, To obtain a liquefaction reaction solution in which starch is treated with α-amylase, 상기 액화 반응액을 제 1항의 내열성 서모토가 마리티마 글루코시데이즈, 내열성 플루라네이즈 및 내열성 α-글루코시데이즈를 처리하여 당화시키는 단계를 포함하는 전분으로부터 포도당을 제조하는 방법.The method of producing glucose from starch comprising the step of saccharifying the liquefied reaction solution by the heat-resistant thermomoto of claim 1 in the treatment of maritrima glucosidase, heat resistant fluranase and heat resistant α-glucosidase. 제 3 항에 있어서, 상기 반응조건이 pH 5.5 내지 6.5이고 반응온도가 70 내지 85 ℃인 전분으로부터 포도당을 제조하는 방법. The method of claim 3, wherein the reaction conditions are pH 5.5 to 6.5 and the method for producing glucose from the starch of the reaction temperature is 70 to 85 ℃. 제 3 항에 있어서, 상기 내열성 α-글루코시데이즈는 설펄로버스 설파타리쿠 스 ATCC 35092가 생산하는 내열성 α-글루코시데이즈인 방법. 4. The method of claim 3, wherein the heat resistant α-glucosidase is heat resistant α-glucosidase produced by Sulfurobus sulfataricus ATCC 35092. 제 3 항에 있어서, 상기 내열성 플루라네이즈는 서모토가 마리티마가 생산하는 것인 방법. 4. The method of claim 3, wherein the heat resistant fluranease is produced by Thermomoto Marittima. 제 3 항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 포도당.Glucose prepared according to the method of any one of claims 3 to 6. 삭제delete
KR1020020015439A 2002-03-21 2002-03-21 Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same KR100893202B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020015439A KR100893202B1 (en) 2002-03-21 2002-03-21 Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020015439A KR100893202B1 (en) 2002-03-21 2002-03-21 Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030076776A KR20030076776A (en) 2003-09-29
KR100893202B1 true KR100893202B1 (en) 2009-04-16

Family

ID=32225747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020015439A KR100893202B1 (en) 2002-03-21 2002-03-21 Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100893202B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0199401A (en) * 1987-10-09 1989-04-18 Mitsubishi Electric Corp Fault diagnosis of controller
KR100231247B1 (en) 1991-03-15 1999-11-15 안네 제케르 Thermostable pullulanase
US6506592B1 (en) 1998-08-18 2003-01-14 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Hyperthermophilic alpha-glucosidase gene and its use

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0199401A (en) * 1987-10-09 1989-04-18 Mitsubishi Electric Corp Fault diagnosis of controller
KR100231247B1 (en) 1991-03-15 1999-11-15 안네 제케르 Thermostable pullulanase
US6506592B1 (en) 1998-08-18 2003-01-14 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Hyperthermophilic alpha-glucosidase gene and its use

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문 1994.01
논문 1998.01.01*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030076776A (en) 2003-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0464095B1 (en) Novel hyperthermostable alpha - amylase
Nakada et al. Purification and properties of a novel enzyme, maltooligosyl trehalose synthase, from Arthrobacter sp. Q36
DK167029B2 (en) Enzyme product and its use in saccharification of starch
EP1092014B1 (en) Starch debranching enzymes
JP3557289B2 (en) Recombinant thermostable enzyme that releases trehalose from non-reducing carbohydrates
EP0541676A1 (en) Novel thermostable pullulanases
KR20080072244A (en) A method for preparing enzymatically highly branched-amylose and amylopectin cluster
JP3557288B2 (en) Recombinant thermostable enzyme that produces non-reducing carbohydrates with terminal trehalose structure from reducing starch sugars
EP0578672B1 (en) Thermostable pullulanase
Kato Trehalose production with a new enzymatic system from Sulfolobus solfataricus KM1
Park et al. TreX from Sulfolobus solfataricus ATCC 35092 displays isoamylase and 4-α-glucanotransferase activities
Jordan et al. Variation in relative substrate specificity of bifunctional β-d-xylosidase/α-l-arabinofuranosidase by single-site mutations: roles of substrate distortion and recognition
Zhou et al. Recombinant Expression and Characterization of Thermoanaerobacter tengcongensis Thermostable $\alpha $-Glucosidase with Regioselectivity for High-Yield Isomaltooligosaccharides Synthesis
JP3559609B2 (en) Recombinant enzyme, its production method and use
Toor et al. TK-PUL, a pullulan hydrolase type III from Thermococcus kodakarensis, a potential candidate for simultaneous liquefaction and saccharification of starch
US9340778B2 (en) Single step liquefaction and saccharification of corn starch using an acidophilic, calcium independent and hyperthermophilic pullulanase
KR100893202B1 (en) Heat-resistant thermotoga maritima glucosidase and preparation method of glucose with the same
JPH11318441A (en) Ultra heat-resistant and ultra acid-resistant amylopullulanase
Kitahata et al. Purification and some properties of amylomaltase from Escherichia coli IFO 3806
KR100735819B1 (en) Enzymatic preparation of highly purified maltooligosaccharide
KR100478218B1 (en) Heat-resistant sulfolobus sulfataricus glucoamylase and preparation method of glucose with the same
KR100898384B1 (en) Thermostable sulfolobus sulfataricus-derived ?-glycosyl transferase and preparation method of branched cyclodextrin with the same
Mase et al. Purification and characterization of a novel glucoamylase from Acremonium sp. YT-78
Ji et al. A novel amylolytic enzyme from Palaeococcus ferrophilus with malto-oligosaccharide forming ability belonging to subfamily GH13_20
CN115087741A (en) Fructose made from oligosaccharide and/or polysaccharide

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120406

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130408

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150226

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee