KR101577726B1 - - 14--- Novel Enzyme 14--D-glucan glucohydrolase having Exoglucanase and -glucosidase Activity and Method for Preparing Glucose from Cellulose using the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 갖는 신규 효소 및 이를 이용하여 셀룰로오스로부터 글루코오스를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명은 이온성액체 및 고체산 촉매를 사용하여 셀룰로오스의 중합도를 낮추어 셀로덱스트린을 생산한 다음, 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 갖는 단일 효소 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 처리하여 글루코오스를 제조한다. 본 발명은 필수적으로 필요한 3가지 형태의 효소를 필요로 하는 종래 글루코오스를 생산하는 방법과 비교하여 한 가지 효소만으로 글루코오스를 제조할 수 있기 때문에 공정이 단순하며, 비용이 절감되는 효과를 갖는다. 본 발명을 통해 제조된 글루코오스는 각종 바이오화학물질을 생산할 수 있는 당화공정 및 발효공정과 연계하여 당화발효 동시공정 또는 당화발효 연속공정으로 활용하는데 적용할 수 있다. 본 발명을 통해 제조된 글루코오스는 각종 바이오 플랫폼 화학물질 및 유도체 생산을 위한 원료로 직접 활용할 수 있다. The present invention provides a novel enzyme having the activity of exoglucanase and beta-glucosidase, and a method for producing glucose from cellulose using the same. The present invention relates to a process for producing cellulodextrin by lowering the degree of polymerization of cellulose using an ionic liquid and a solid acid catalyst to produce a cellulosic product of a single enzyme 1,4-beta-di-glucan having exoglucanase and beta-glucosidase activity Glucohydrolase is treated to produce glucose. The present invention has advantages in that the process is simple and the cost is reduced because glucose can be produced using only one enzyme as compared with a conventional method of producing glucose requiring three types of enzymes which are essentially necessary. Glucose produced by the present invention can be applied to a saccharification fermentation concurrent process or a saccharification fermentation continuous process in connection with a saccharification process and a fermentation process capable of producing various biochemical materials. Glucose prepared by the present invention can be directly used as a raw material for producing various bio-platform chemicals and derivatives.

Description

엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 동시에 갖는 신규 효소 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 및 이를 이용하여 셀룰로오스로부터 글루코오스를 제조하는 방법{Novel Enzyme 1,4-β-D-glucan glucohydrolase having Exoglucanase and β-glucosidase Activity and Method for Preparing Glucose from Cellulose using the Same}Beta -D-glucan glucohydrolase having the activity of exoglucanase and beta-glucosidase at the same time, and a method for producing glucose from cellulose using the enzyme, 1,4-beta-di- D-glucan glucohydrolase having Exoglucanase and β-glucosidase Activity and Method for Preparing Glucose from Cellulose using the Same}

본 발명은 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 동시에 갖는 신규 효소 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 및 이를 이용하여 셀룰로오스로부터 글루코오스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a novel enzyme 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase having both exoglucanase and beta-glucosidase activity, and a method for producing glucose from cellulose using the same.

자연계에 풍부히 존재하는 재생 가능한 천연 자원인 섬유소계 바이오매스에는 셀룰로오스(Cellulose)가 약 40-50%를 차지하고 있다. 특히 셀룰로오스의 활용은 실질적으로 무한 공급이 가능한 자원으로, 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 지속가능한 원료로 인식되는데 반해, 이를 효율적으로 활용하기 위해서는 몇 가지 장애요인들을 먼저 극복해야만 한다. 그 중 하나가 목질섬유소(lignocellulosic material)라 불리는 바이오매스를 생물학적 방법 또는 화학적인 공정으로 발효 가능한 상태로 전환시켜야 한다. 발효 가능한 글루코오스의 활용가치는 바이오 에너지뿐만 아니라, 제약, 섬유, 식품, 화장품 등 거의 모든 산업에 있어서 고갈 되지 않는 미래의 원료로서 그 가치가 무한하다. Cellulose accounts for about 40-50% of fiber-based biomass, a renewable natural resource abundant in nature. In particular, the use of cellulose is a virtually unlimited supply, and is recognized as a sustainable raw material that can replace conventional fossil fuels. In order to utilize it efficiently, however, several obstacles must be overcome first. One of them must convert the biomass, called lignocellulosic material, into a fermentable state by biological or chemical processes. The value of fermentable glucose is not only depleted in bio-energy, but also in almost all industries, such as pharmaceuticals, textiles, food, and cosmetics.

현재까지 알려진 셀룰로오스 가수분해 기술들은 주로 효소 혹은 액체 산을 촉매로 사용하였다. 그러나 액체 산 촉매를 사용할 경우 2차 생성물이 생성되며, 산 처리에 따른 환경적인 문제가 발생할 뿐만 아니라 연속식 공정이 불가능하다는 문제가 있다. 또한, 고온 고압의 수증기로 처리하는 방법이 알려져 있는데 처리비용이 고가이고, 손실이 크며 분해산물 중 퍼퍼랄(furfural)이나 하이드록시 메틸 퍼퍼랄(hydroxy methyl furfural; HMF)이 효소 및 발효반응에 대한 독소물질로서 작용하기 때문에 이러한 부산물을 제거하는 추가적인 공정을 필요로 한다는 문제점이 있었다. 고온에서 암모니아를 이용하는 폭쇄처리방법도 제안되었지만 유해성분의 발생, 유효성분의 손실 및 변성문제 등의 문제점이 여전히 존재하였다. 이들을 적절하게 조합하는 기술은 물론 초임계 공정 등도 소개되고 있으나 모든 방법들은 장단점을 가지고 있고, 대상으로 하는 바이오매스의 종류도 다양하기 때문에 아직까지 표준화된 방법이나 전처리의 왕도가 제시되지 못하고 있는 실정이다. 이러한 전처리 방법으로는 효소가 작용할 수 있도록 표면적으로 확대시키는 역할을 할 뿐 셀룰로오스를 해중합 시키지는 못하였다. To date, known cellulose hydrolysis techniques have mainly used enzymes or liquid acids as catalysts. However, when a liquid acid catalyst is used, a secondary product is generated, environmental problems are caused by acid treatment, and continuous process is impossible. Also, it is known that the treatment with high temperature and high pressure steam is expensive, and the loss is large. Furfural or hydroxymethyl furfural (HMF) It has a problem that an additional step of removing such by-products is required because it acts as a toxin substance. Although a decomposition treatment method using ammonia at a high temperature has been proposed, problems such as generation of harmful components, loss of effective components, and problems of denaturation still exist. Though there is a technology to combine them properly as well as a supercritical process, all methods have advantages and disadvantages, and because of the variety of biomass, the standardization method and the degree of preprocessing are not yet available . This pretreatment method has the function of enlarging the surface area so that the enzyme can act, but it can not depolymerize the cellulose.

현재까지 학계 및 연구계에 정설로 알려진 효소적 당화기술은 세 가지 효소 엔도글루카나아제(Endoglucanase, E.C. 3.2.1.4)와 엑소글루카나아제(Exoglucanase, 또는 cellobio hydrolases, E.C. 3.2.1.91), 베타글루코시다아제(β-glucosidase, E.C. 3.2.1.21)를 연속 또는 상가 적으로 작용시켜 최종적으로 글루코오스를 생산하는 것으로 되어 있다. 즉, 엔도글루카나아제는 내부 β-1,4-글리코시드 결합을 무작위로 절단하고 엑소글루카나아제는 비-환원당 말단에서(셀로비오하이드롤라아제는 환원말단에서) 글루코오스의 이당체인 셀로비오즈(cellobiose) 단위로 절단해 나간다. 생성된 셀로비오스에 세포 내 효소인 베타글루코시다아제가 작용하여 최종적으로 글루코오스를 생성하게 된다. 결과적으로 셀룰로오스를 글루코오스로 당화시키기 위해서는 3개의 효소가 반드시 필요한 것이다. 그러나 우리나라의 경우 이들 효소를 전적으로 수입에 의존하고 있을 뿐만 아니라 산업적으로 바이오매스 원료를 이용하여 바이오연료와 화학원료를 생산하는 바이오리파이너리 공정에 적용하기 위해서는 국산 당화효소의 개발을 통하여 이러한 문제점들의 해결이 필요하였다. To date, enzymatic glycation techniques, known to the academic and research community, have been linked to three enzymes, endoglucanase (EC 3.2.1.4), exoglucanase (or cellobio hydrolases, EC 3.2.1.91), beta glucoside Glucosidase (EC 3.2.1.21) in a continuous or additive manner to finally produce glucose. That is, the endoglucanase randomly cleaves the internal? -1,4-glycoside bond and the exoglucanase cleaves at the non-reducing sugar terminus (at the reducing end of the cellobiol hydrolase) It is cleaved into cellobiose units. The cell biosynthetic enzyme, beta-glucosidase, acts on the resultant cellobiose and finally produces glucose. As a result, three enzymes are necessary to saccharify cellulose into glucose. However, in Korea, not only these enzymes are wholly dependent on imports but also bio-refineries that produce biofuels and chemical raw materials by using biomass raw materials industrially, .

기존의 셀룰라아제 및 이를 생산하는 균주들이 모두 선진 개발국들에 의해서 과점 되고 있는 지적재산권을 회피 또는 타파하기 위하여 국내에서 자체개발 함은 물론 세계적으로 영역을 확대할 수 있게 하기 위하여, 신규 셀룰라아제를 개발하던 중, 신규 페니바실러스 속 균주로부터 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase)를 개발하였고, 이 효소는 글루코오스가 2개인 셀로비오스뿐만 아니라 6개가 연속되어 있는 셀로덱스트린인 셀로헥사오스(cellohexaose)까지 글루코오스로 모두 당화시키는 것을 확인함과 동시에 대량생산 시스템을 갖춤으로써 본 발명을 완성하였다. 즉, 본 발명에서는 세 가지의 서로 다른 효소를 사용하지 않고 단 하나의 효소만을 사용하여 글루코오스를 생산할 수 있는 기술을 개발하였다. 이를 위해서는 기존의 기술인 전처리방법을 융합 또는 변형하여 중합도가 낮은 셀룰로오스 올리고머로 해 중합시키는 일이 선행되어야 한다. In order to avoid the intellectual property rights that are prevalent in the developed countries and to develop the cellulase, the existing cellulase and the strains producing the cellulase are being developed in Korea and also in the world, , 1,4-β-D-glucan glucohydrolase was developed from a new strain of the genus Penny Bacillus. The enzyme was developed not only for cellobiose having two glucose units but also for 6 consecutive (Cellohexaose), which is a dextrin cell, was all saccharified with glucose, and at the same time, the present invention was completed by having a mass production system. That is, the present invention has developed a technique for producing glucose using only one enzyme without using three different enzymes. To accomplish this, it is necessary to precede polymerization of cellulose oligomer having low polymerization degree by fusion or modification of the conventional pretreatment method.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 재생 가능한 천연 셀룰로오스로부터 글루코오스를 생산하는 방법으로서 종래에 셀룰로오스로부터 글루코오스를 생산하기 위해 3가지 효소를 이용하는 방법과 비교하여 보다 효율적이고 경제적으로 글루코오스를 생산할 수 있는 단일 효소 및 이를 이용한 글루코오스 생산 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 엑소글루카나아제(exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)의 활성을 동시에 갖는 신규 효소인 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 개발하였고, 이 효소를 셀룰로오스로부터 수득한 셀로덱스트린에 처리하여 글루코오스를 생산하는 신규한 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다. As a method for producing glucose from renewable natural cellulose, the present inventors have found that a single enzyme capable of producing glucose more efficiently and economically as compared with a method using three enzymes for producing glucose from cellulose conventionally and a glucose producing method using the same In order to develop the research. As a result, 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase, which is a novel enzyme having simultaneously exoglucanase and beta-glucosidase activity, was developed and the enzyme was dissolved in cellulose To thereby produce glucose. Thus, the present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 엑소글루카나아제(exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)의 활성을 동시에 갖는 신규 효소 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase)를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel enzyme 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase (1,4-dihydroxybenzoic acid) having simultaneously exoglucanase and beta-glucosidase activity. beta-D-glucan glucohydrolase.

본 발명의 다른 목적은 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 코딩하는 핵산 분자를 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a nucleic acid molecule encoding 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase.

본 발명의 또 다른 목적은 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a recombinant vector comprising a nucleic acid molecule encoding 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase.

본 발명의 또 다른 목적은 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터에 의해 형질전환된 세포를 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a cell transformed with a recombinant vector comprising a nucleic acid molecule encoding 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase.

본 발명의 또 다른 목적은 적용되는 효소의 작용을 용이하게 하게 위한 셀로덱스트린의 전처리 방법을 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a pretreatment method of cellulosic dextrin for facilitating the action of an applied enzyme.

본 발명의 또 다른 목적은 바이오매스로부터 글루코오스를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. It is another object of the present invention to provide a method for producing glucose from biomass.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법에 의해 제조된 글루코오스를 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide glucose produced by the method of the present invention.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 서열목록 제2서열에 기재된 아미노산 서열을 가지며 엑소글루카나아제(exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)의 활성을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase)를 제공한다.
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing 1,4-D-glucosidase, which has an amino acid sequence as set forth in SEQ ID NO: 2 and simultaneously has exoglucanase activity and beta-glucosidase activity. Beta-D-glucan glucohydrolase. ≪ / RTI >

본 발명자들은 재생 가능한 천연 셀룰로오스로부터 글루코오스를 생산하는 방법으로서 종래에 셀룰로오스로부터 글루코오스를 생산하기 위해 3가지 효소를 이용하는 방법과 비교하여 보다 효율적이고 경제적으로 글루코오스를 생산할 수 있는 단일 효소 및 이를 이용한 글루코오스 생산 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였고 그 결과, 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 동시에 갖는 신규 효소인 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 개발하였고, 이 효소를 셀룰로오스로부터 수득한 셀로덱스트린에 처리하여 글루코오스를 생산하는 신규한 방법을 개발하였다. As a method for producing glucose from renewable natural cellulose, the present inventors have found that a single enzyme capable of producing glucose more efficiently and economically as compared with a method using three enzymes for producing glucose from cellulose conventionally and a glucose producing method using the same As a result, 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase, a novel enzyme having both exoglucanase activity and beta-glucosidase activity, was developed. A novel method of producing glucose by treating the resulting cellulosic dextrin has been developed.

본 발명의 신규 효소인 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 글루코오스가 2개 내지 6개 중합된 중합체에서 글루코오스 사이의 결합을 절단하는 활성을 가지며, 글루코오스 6개의 중합체인 셀로헥사오스(cellohexaose)까지 글루코오스 단량체로 가수분해시킬 수 있다.The novel enzyme of the present invention, 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase, has an activity of cleaving the bond between glucose in 2 to 6 polymerized glucose units, and is composed of 6 glucose units of cellohexaose (cellohexaose) to glucose monomers.

종래에는 셀룰로오스로부터 글루코오스를 얻기 위해서는 반드시 엔도, 엑소셀룰라아제, 글루코시다아제 등 3개의 효소가 연속적으로 가수분해를 하여야만 가능하다는 3단계 효소당화기작이 정설로 받아들여졌으나, 본 발명의 효소를 이용하면 한 가지 효소만을 사용해도 셀룰로오스로부터 글루코오스를 생산할 수 있다는 점에서 새로운 개념이 정립된 것이라 하겠다. 종래의 기술체계를 이용할 경우 엑소셀룰라아제와 글루코시다아제 등 2개의 효소만을 활용하는 방법도 있지만, 기존의 엑소셀룰라아제와 글루코시다아제의 역할을 본 발명의 글루코하이드로라아제(1,4-β-D-글루칸 글루코하이드로라아제)가 담당하기 때문에 하나의 효소로서도 글루코오스 생산이 가능하게 되었다. 또한, 형질전환체를 이용하여 이 효소를 과발현시키고 대량으로 생산할 수 있도록 하였고, 3-D 구조분석을 통하여 셀룰로오스 및 글루코오스 결합리간드를 발견할 수 있었다. 그러나 글루코오스 6개 이상의 중합도(degree of polymerization)를 가진 셀룰로오스 올리고머에 대해서는 반응하지 않는 것으로 나타났다. 글루코오스가 2개로부터 6개까지 중합된 셀로덱스트린에 대한 가수분해 실험결과 중합도에 관계없이 글루코오스를 한 개씩 절단하는 것으로 판단된다. 즉, 7개 이상의 올리고머들도 효소활성이 저해 받지 않는 용액에 용해시킬 수만 있다면 모두 글루코오스로 가수분해 할 수 있을 것으로 판단된다. 한편으로 효소의 재활용 방법으로 표면을 개질시킨 실리카 담체를 이용하여 효소를 고정화 시킬 수 있었고, 10회 재활용 시 활성감소가 일어나지 않았다. 이로 인하여 3개의 효소를 한 개로 줄이고, 이어서 고정화를 통하여 10회 이상 활용할 수 있게 하였기 때문에 효소가격을 1/30 정도로 크게 감소시킬 수 있게 되었다. Conventionally, in order to obtain glucose from cellulose, a three-step enzyme saccharification mechanism has been accepted as an orthodox method in which three enzymes such as endo, exo cellulase, and glucosidase must be hydrolyzed continuously. However, A new concept has been established in that glucose can be produced from cellulose even if only the enzymes are used. In the case of using the conventional technology system, there is a method of using only two enzymes such as exocellulase and glucosidase. However, the role of exocellulase and glucosidase in the present invention is not limited to glucohydrolase (1,4-β-D - glucan glucohydrolase), it became possible to produce glucose as an enzyme. In addition, it was possible to over-express and over-express the enzyme using a transformant, and 3-D structure analysis revealed cellulose and glucose-binding ligands. However, it did not react with cellulose oligomers having a degree of polymerization of at least 6 glucose. As a result of the hydrolysis of cellulose with two to six polymerized glucose, it was judged that glucose was cut one by one regardless of degree of polymerization. That is, it is considered that seven or more oligomers can be hydrolyzed with glucose only if they can be dissolved in a solution in which the enzyme activity is not inhibited. On the other hand, it was possible to immobilize the enzyme by using the surface - modified silica carrier as an enzyme recycling method, and the activity did not decrease during 10 times of recycling. As a result, three enzymes can be reduced to one, followed by immobilization, so that the enzyme can be utilized more than 10 times, and thus the enzyme price can be greatly reduced to about 1/30.

본 발명에 따르면, 본 발명에서 사용되는 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 서열목록 제2서열의 아미노산 서열을 갖는다. According to the present invention, the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase used in the present invention has the amino acid sequence of the second sequence of the sequence listing.

본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 상기한 아미노산 서열에 대하여 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 아미노산 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 아미노산 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 80%의 상동성, 보다 바람직하게는 최소 90%의 상동성, 가장 바람직하게는 최소 95%의 상동성을 나타내는 아미노산 서열을 의미한다.The 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention is also interpreted to include an amino acid sequence that exhibits substantial identity to the above-mentioned amino acid sequence. The above-mentioned substantial identity is determined by aligning the amino acid sequence of the present invention with any other sequence as much as possible and analyzing the aligned sequence using an algorithm commonly used in the art. Homology, more preferably at least 90% homology, and most preferably at least 95% homology.

본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제에 포함될 수 있는 생물학적 기능 균등물은 본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제와 균등한 생물학적 활성을 발휘하는 아미노산 서열의 변이에 한정될 것이라는 것은 당업자에게 명확하다.The biological functional equivalent that can be included in the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention is an amino acid equivalent to the biological activity equivalent to the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention It will be apparent to those skilled in the art that the present invention will be limited to variations of the sequence.

이러한 아미노산 변이는 아미노산 곁사슬 치환체의 상대적 유사성, 예컨대, 소수성, 친수성, 전하, 크기 등에 기초하여 이루어진다. 아미노산 곁사슬 치환체의 크기, 모양 및 종류에 대한 분석에 의하여, 아르기닌, 라이신과 히스티딘은 모두 양전하를 띤 잔기이고; 알라닌, 글라이신과 세린은 유사한 크기를 갖으며; 페닐알라닌, 트립토판과 타이로신은 유사한 모양을 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 고려 사항에 기초하여, 아르기닌, 라이신과 히스티딘; 알라닌, 글라이신과 세린; 그리고 페닐알라닌, 트립토판과 타이로신은 생물학적으로 기능 균등물이라 할 수 있다.Such amino acid variations are made based on the relative similarity of the amino acid side chain substituents, such as hydrophobicity, hydrophilicity, charge, size, and the like. By analysis of the size, shape and type of amino acid side chain substituents, arginine, lysine and histidine are both positively charged residues; Alanine, glycine and serine have similar sizes; Phenylalanine, tryptophan and tyrosine have similar shapes. Thus, based on these considerations, arginine, lysine and histidine; Alanine, glycine and serine; And phenylalanine, tryptophan and tyrosine are biologically functional equivalents.

변이를 도입하는 데 있어서, 아미노산의 소수성 인덱스(hydropathic idex)가 고려될 수 있다. 각각의 아미노산은 소수성과 전하에 따라 소수성 인덱스가 부여되어 있다: 아이소루이신(+4.5); 발린(+4.2); 루이신(+3.8); 페닐알라닌(+2.8); 시스테인/시스타인(+2.5); 메티오닌(+1.9); 알라닌(+1.8); 글라이신(-0.4); 쓰레오닌(-0.7); 세린(-0.8); 트립토판(-0.9); 타이로신(-1.3); 프롤린(-1.6); 히스티딘(-3.2); 글루타메이트(-3.5); 글루타민(-3.5); 아스파르테이트(-3.5); 아스파라긴(-3.5); 라이신(-3.9); 및 아르기닌(-4.5).In introducing the mutation, the hydrophobic index of the amino acid can be considered. Each amino acid is assigned a hydrophobic index according to its hydrophobicity and charge: isoruicin (+4.5); Valine (+4.2); Leucine (+3.8); Phenylalanine (+2.8); Cysteine / cysteine (+2.5); Methionine (+1.9); Alanine (+1.8); Glycine (-0.4); Threonine (-0.7); Serine (-0.8); Tryptophan (-0.9); Tyrosine (-1.3); Proline (-1.6); Histidine (-3.2); Glutamate (-3.5); Glutamine (-3.5); Aspartate (-3.5); Asparagine (-3.5); Lysine (-3.9); And arginine (-4.5).

단백질의 상호적인 생물학적 기능(interactive biological function)을 부여하는 데 있어서 소수성 아미노산 인덱스는 매우 중요하다. 유사한 소수성 인덱스를 가지는 아미노산으로 치환하여야 유사한 생물학적 활성을 보유할 수 있다는 것은 공지된 사실이다. 소수성 인덱스를 참조하여 변이를 도입시키는 경우, 바람직하게는 ± 2 이내, 보다 바람직하게는 ± 1 이내, 보다 더 바람직하게는 ± 0.5 이내의 소수성 인덱스 차이를 나타내는 아미노산 사이에 치환을 한다.The hydrophobic amino acid index is very important in imparting the interactive biological function of proteins. It is known that substitution with an amino acid having a similar hydrophobicity index can retain similar biological activities. When a mutation is introduced with reference to a hydrophobic index, substitution is made between amino acids showing a hydrophobic index difference preferably within ± 2, more preferably within ± 1, even more preferably within ± 0.5.

한편, 유사한 친수성 값(hydrophilicity value)을 가지는 아미노산 사이의 치환이 균등한 생물학적 활성을 갖는 단백질을 초래한다는 것도 잘 알려져 있다. 미국 특허 제4,554,101호에 개시된 바와 같이, 다음의 친수성 값이 각각의 아미노산 잔기에 부여되어 있다: 아르기닌(+3.0); 라이신(+3.0); 아스팔테이트(+3.0± 1); 글루타메이트(+3.0± 1); 세린(+0.3); 아스파라긴(+0.2); 글루타민(+0.2); 글라이신(0); 쓰레오닌(-0.4); 프롤린(-0.5 ± 1); 알라닌(-0.5); 히스티딘(-0.5); 시스테인(-1.0); 메티오닌(-1.3); 발린(-1.5); 루이신(-1.8); 아이소루이신(-1.8); 타이로신(-2.3); 페닐알라닌(-2.5); 트립토판(-3.4). On the other hand, it is also well known that the substitution between amino acids having similar hydrophilicity values leads to proteins with homogeneous biological activity. As disclosed in U.S. Patent No. 4,554,101, the following hydrophilicity values are assigned to each amino acid residue: arginine (+3.0); Lysine (+3.0); Aspartate (+ 3.0 ± 1); Glutamate (+ 3.0 ± 1); Serine (+0.3); Asparagine (+0.2); Glutamine (+0.2); Glycine (0); Threonine (-0.4); Proline (-0.5 ± 1); Alanine (-0.5); Histidine (-0.5); Cysteine (-1.0); Methionine (-1.3); Valine (-1.5); Leucine (-1.8); Isoru Isin (-1.8); Tyrosine (-2.3); Phenylalanine (-2.5); Tryptophan (-3.4).

친수성 값을 참조하여 변이를 도입시키는 경우, 바람직하게는 ± 2 이내, 보다 바람직하게는 ± 1 이내, 보다 더 바람직하게는 ± 0.5 이내의 친수성 값 차이를 나타내는 아미노산 사이에 치환을 한다.When a mutation is introduced with reference to the hydrophilicity value, the amino acid is substituted preferably within ± 2, more preferably within ± 1, even more preferably within ± 0.5.

분자의 활성을 전체적으로 변경시키지 않는 단백질에서의 아미노산 교환은 당해 분야에 공지되어 있다(H. Neurath, R.L.Hill, The Proteins, Academic Press, New York, 1979). 가장 통상적으로 일어나는 교환은 아미노산 잔기 Ala/Ser, Val/Ile, Asp/Glu, Thr/Ser, Ala/Gly, Ala/Thr, Ser/Asn, Ala/Val, Ser/Gly, Thr/Phe, Ala/Pro, Lys/Arg, Asp/Asn, Leu/Ile, Leu/Val, Ala/Glu, Asp/Gly 간의 교환이다.Amino acid exchange in proteins that do not globally alter the activity of the molecule is known in the art (H. Neurath, R. L. Hill, The Proteins, Academic Press, New York, 1979). The most commonly occurring exchanges involve amino acid residues Ala / Ser, Val / Ile, Asp / Glu, Thr / Ser, Ala / Gly, Ala / Thr, Ser / Asn, Ala / Val, Ser / Gly, Thr / Pro, Lys / Arg, Asp / Asn, Leu / Ile, Leu / Val, Ala / Glu and Asp / Gly.

상술한 생물학적 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 또는 이를 코딩하는 핵산 분자는 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 예컨대 최소 98%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 얼라인먼트에 대한 다양한 방법 및 알고리즘은 Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2:482(1981); Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3(1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16:10881-90(1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8:155-65(1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24:307-31(1994)에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST)(Altschul et al., J. Mol. Biol. 215:403-10(1990))은 NCBI(National Center for Biological Information) 등에서 접근 가능하며, 인터넷 상에서 blastp, blastm, blastx, tblastn 및 tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLSAT는 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/에서 접속 가능하다. 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html에서 확인할 수 있다.Considering the mutation having the above-mentioned biological equivalent activity, the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention or the nucleic acid molecule encoding the 1,4-beta-glucan hydrolase of the present invention has a sequence substantially identical to the sequence described in the sequence listing And the like. The above substantial identity is determined by aligning the sequence of the present invention with any other sequence as much as possible and analyzing the aligned sequence using algorithms commonly used in the art, ≪ / RTI > Alignment methods for sequence comparison are well known in the art. Various methods and algorithms for alignment are described by Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2: 482 (1981) ; Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48: 443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73: 237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5: 151-3 (1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16: 10881-90 (1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8: 155-65 (1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24: 307-31 (1994). The NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol. Biol. 215: 403-10 (1990)) is accessible from NCBI (National Center for Biological Information) It can be used in conjunction with sequencing programs such as blastx, tblastn and tblastx. BLSAT is available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/. A method for comparing sequence homology using this program can be found at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열에 의해 코딩된 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제이다. According to one embodiment of the present invention, the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention is 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase coded by the nucleotide sequence of SEQ ID No. 1 It is Ajay.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제2서열에 기재된 아미노산 서열을 가지는 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a nucleic acid molecule encoding 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.

본 명세서에서 용어 “핵산 분자”는 DNA(gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 갖으며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다(Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term " nucleic acid molecule " has the meaning inclusive of DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules. In the nucleic acid molecule, the nucleotide which is a basic constituent unit is not only a natural nucleotide, Also included are analogues (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90: 543-584 (1990)).

뉴클레오타이드에서의 변이는 단백질에서 변화를 가져오지 않는 것도 있다. 이러한 핵산은 기능적으로 균등한 코돈 또는 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈(예를 들어, 코돈의 축퇴성에 의해, 아르기닌 또는 세린에 대한 코돈은 여섯 개이다), 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 핵산분자를 포함한다. Variations in nucleotides do not cause changes in the protein. Such nucleic acids include functionally equivalent codons or codons that encode the same amino acid (e.g., by codon degeneration, six codons for arginine or serine), or codons that encode biologically equivalent amino acids ≪ / RTI >

또한, 뉴클레오타이드에서의 변이가 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 자체에 변화를 가져올 수도 있다. 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제의 아미노산에 변화를 가져오는 변이인 경우에도 본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제와 거의 동일한 활성을 나타내는 것이 얻어질 수 있다.
Also, variations in the nucleotides may result in changes in the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase itself. Beta -D-glucan glucuronidase can be obtained that exhibits almost the same activity as the 1,4-beta-di-glucan glucuronhydrolase of the present invention even in the case of a mutation that causes change in the amino acid of 1,4-beta-di- have.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising said nucleic acid molecule.

본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. The vector system of the present invention can be constructed through various methods known in the art, and specific methods for this are disclosed in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual , Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001) This document is incorporated herein by reference.

본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다.The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for cloning or as a vector for expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed using prokaryotic cells as hosts. The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for cloning or as a vector for expression.

예를 들어, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, T7 프로모터, tac 프로모터, lac 프로모터, lacUV5 프로모터, lpp 프로모터, pL λ프로모터, pR λ프로모터, rac5 프로모터, amp 프로모터, recA 프로모터, SP6 프로머터 및 trp 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주세포로서 E. coli가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158:1018-1024(1984)) 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pL λ프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있다.For example, when the vector of the present invention is an expression vector and a prokaryotic cell is used as a host, a strong promoter capable of promoting transcription (e.g., T7 promoter, tac promoter, lac promoter, lac UV5 promoter, lpp promoter, p it is common to include L λ promoter, p R λ promoter, rac 5 promoter, amp promoter, recA promoter, SP6 Pro meoteo and trp promoters and the like), Lai bojom binding site and a transcription / translation termination sequences for the initiation of the decryption. When E. coli is used as a host cell, the promoter and operator site of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway (Yanofsky, C., J. Bacteriol. , 158: 1018-1024 (1984)) and the left promoter of phage l L ? Promoter, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet. , 14: 399-445 (1980)).

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예: pIVEX, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pUC19, pET 등), 파지(예: λgt4λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.The vectors that can be used in the present invention include plasmids (for example, pIVEX, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pUC19, pET etc.), phage (for example, λgt4λB, ,?? z1, and M13) or a virus (e.g., SV40 or the like).

한편, 본 발명의 벡터는 선택표지로서, 당업계에서 통상적으로 이용되는 항생제 내성 유전자를 포함하며, 예를 들어 암피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린에 대한 내성 유전자가 있다.
On the other hand, the vector of the present invention includes, as a selection marker, an antibiotic resistance gene commonly used in the art, and includes, for example, ampicillin, gentamycin, carbinicillin, chloramphenicol, streptomycin, kanamycin, And resistance genes for tetracycline.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 재조합 벡터에 의해 형질전환된 세포를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a cell transformed with said recombinant vector.

본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주 세포는 당업계에 공지되어 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.Any host cell known in the art can be used as a host cell capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a stable manner. For example, E. coli JM109, E. coli BL21 (DE3), E. coli RR1 , E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus tulifene, and Salmonella typhimurium, Serratia marcesensus and various Pseudomonas species And enterobacteria and strains such as the species.

본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있다. Methods for delivering the vector of the present invention into a host cell can be carried out using a CaCl 2 method (Cohen, SN et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 SN et al, Proc Natl Acac Sci USA, 9: 2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol Biol, 166:....... 557-580 (1983)) and electroporation method (Dower, WJ et al., Nucleic Acids Res. , 16: 6127-6145 (1988)).

숙주세포 내로 주입된 벡터는 숙주세포 내에서 발현될 수 있으며, 이러한 경우에는 다량의 글루코시다아제를 얻게 된다. 예를 들어, 상기 발현 벡터가 lac 프로모터를 포함하는 경우에는 숙주세포에 IPTG를 처리하여 유전자 발현을 유도할 수 있다.The vector injected into the host cell may be expressed in host cells, in which case a large amount of glucosidase is obtained. For example, when the expression vector comprises a lac promoter, the host cell may be treated with IPTG to induce gene expression.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 이용한 숙주세포는 E. coli(BL21)이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the host cell used in the present invention is E. coli (BL21).

본 발명에 따르면, 본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 형질전환체를 이용하여 이 효소를 대량으로 생산할 수 있도록 하였다. 본 발명의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 글루코오스가 6개까지 중합된 셀로덱스트린을 글루코오스를 한 개씩 절단한다. 즉, 7개 이상의 올리고머들도 효소활성이 저해 받지 않는 용액에 용해시킬 수만 있다면 모두 글루코오스로 가수분해 할 수 있을 것으로 판단된다. 한편, 효소의 재활용 방법으로 표면을 개질시킨 실리카 담체를 이용하여 효소를 고정화 시킬 경우 대폭적으로 효소생산 비용을 절감시킬 수 있다.
According to the present invention, the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention can produce the enzyme in large quantities using a transformant. The 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase of the present invention cuts glucose one by one into cellulodextrin polymerized with up to six glucose. That is, it is considered that seven or more oligomers can be hydrolyzed with glucose only if they can be dissolved in a solution in which the enzyme activity is not inhibited. On the other hand, when an enzyme is immobilized using a silica carrier whose surface is modified by an enzyme recycling method, the production cost of the enzyme can be greatly reduced.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 다음의 단계를 포함하는 적용되는 효소의 작용을 용이하게 하게 위한 셀룰로오스의 전처리 방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention there is provided a pretreatment method of cellulose for facilitating the action of an applied enzyme comprising the steps of:

(a) 바이오매스로부터 수득한 셀룰로오스에 이온성 액체 및 고체산 촉매를 첨가하는 단계; 및(a) adding an ionic liquid and a solid acid catalyst to the cellulose obtained from the biomass; And

(b) 상기 단계 (a)의 결과물에 클로로포름을 처리하여 결정화를 유도하고 침전물로 셀로올리고머(cellooligomer) 및 셀로덱스트린(cellodextrin)을 수득하는 단계. (b) treating the result of step (a) with chloroform to induce crystallization and obtaining cellooligomer and cellodextrin as a precipitate.

셀룰로오스는 단량체인 글루코오스가 수소결합을 통해 강하게 연결되어 있는 초분자구조를 형성하고 있기 때문에 일반적인 유기용매나 물에는 전혀 용해되지 않는 특성을 가진다. 고분자 원료인 셀룰로오스로부터 다양한 화학제품을 생산하기 위해서는 셀룰로오스의 용해가 선결되어야 하는데 본 발명에서는 셀룰로오스 용해에 이온성 액체 및 고체산 촉매를 이용하였다. Cellulose has the property that the monomer, glucose, does not dissolve in general organic solvent or water because it forms supramolecular structure strongly connected through hydrogen bonding. In order to produce various chemical products from cellulose, which is a polymer raw material, dissolution of cellulose must be preliminarily performed. In the present invention, ionic liquid and solid acid catalyst are used for cellulose dissolution.

셀룰로오스를 전처리하여 결과물로 수득하는 셀로덱스트린은 글루코오스 생산 등 다양한 공정에 이용될 수 있는데 셀룰로오스 전처리에 사용한 용매가 남아있는 경우, 다음 단계에서 적용하고자 하는 효소의 활성이 발휘되지 못한다. 따라서, 셀룰로오스 전처리 후 사용한 용매를 완전히 제거하는 방법이 매우 중요하며 본 발명에서는 전처리물에 클로로포름을 처리하여 용해 산물을 침전시킴으로써 간단히 용매를 제거하는 방법을 개발하였다. The cellulodextrin obtained by pretreating cellulose can be used for various processes such as glucose production. When the solvent used for pretreatment of cellulose remains, the activity of the enzyme to be applied in the next step can not be exerted. Therefore, it is very important to completely remove the solvent used after the cellulose pretreatment. In the present invention, a method of simply removing the solvent by treating the pretreated product with chloroform to precipitate the dissolved product has been developed.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 클로로포름 처리를 통해 수득한 셀로덱스트린에 적용되는 효소는 활성이 저해되지 않는다.
According to one embodiment of the present invention, the enzyme applied to the cellulodextrin obtained through the treatment with chloroform does not inhibit the activity.

본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 다음의 단계를 포함하는 바이오매스로부터 글루코오스의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, there is provided a process for producing glucose from biomass comprising the steps of:

(a) 바이오매스로부터 수득한 셀룰로오스에 이온성 액체 및 고체산 촉매를 첨가하는 단계; (a) adding an ionic liquid and a solid acid catalyst to the cellulose obtained from the biomass;

(b) 상기 단계 (a)의 결과물에 클로로포름을 처리하여 결정화를 유도하고 침전물로 셀로올리고머(cellooligomer) 및 셀로덱스트린(cellodextrin)을 수득하는 단계; 및(b) treating the product of step (a) with chloroform to induce crystallization and obtaining cellooligomer and cellodextrin as a precipitate; And

(c) 상기 셀로덱스트린에 엑소글루카나아제(exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)의 활성을 갖는 단일 효소인 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase)를 처리하여 결과물로서 글루코오스를 수득하는 단계. (c) 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase (1,4-dihydroxyvitamin), which is a single enzyme having the activity of exoglucanase and beta-glucosidase in the cellulodextrin, β-D-glucan glucohydrolase) to obtain glucose as a result.

본 발명자들은 재생 가능한 천연 셀룰로오스로부터 글루코오스를 생산하는 방법으로서 엔도글루카나아제(Endoglucanase), 엑소글루카나아제(Exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)를 이용하는 종래의 방법을 근본적으로 개선하였다. 도 1에서와 같이 이온성액체를 이용하여 셀룰로오스를 용해시킨 상태에서 고체산 촉매를 처리하여 셀룰로오스의 중합도를 임의로 조절 해중합시킴으로써 다양한 셀룰로오스 올리고머를 분리할 수 있는 기술을 개발하였고, 이들 중에서 글루코오스 6개가 중합된 셀로헥사오스 이하의 셀로덱스트린과 7개 이상의 셀로올리고머를 분리 정제하는 기술을 접목시킴으로써 전체 공정을 일원화 시킬 수 있었다. 이 과정에서는 기본적으로 재활용을 강조하였는데, 그 대상으로는 이온성액체, 용매, 효소 등이다. 또한, 연속반응을 기본으로 하면서 미 반응물은 재활용할 수 있도록 하였다. 이온성 액체와 고체산 촉매에 의해 해중합된 셀룰로오스 올리고머의 분리는 클로로포름 또는 디클로로메탄과 같이 이온성액체는 잘 용해시키지만 당을 용해시키지 못하는 휘발성 용매를 선정하였고 증류를 통하여 재활용하게 하였다. 이어서 결정화된 셀룰로오스 올리고머들 중에서 글루코오스 6개가 중합된 셀로헥사오스 이하는 용해되기 때문에 효소반응의 기질로 사용하고 글루코오스 7개 이상의 셀로올리고머들은 미 반응산물로 재활용하도록 하였다. The present inventors have fundamentally improved the conventional method of using endoglucanase, exoglucanase and beta-glucosidase as a method of producing glucose from renewable natural cellulose . As shown in FIG. 1, a technique capable of separating various cellulose oligomers by modifying the degree of polymerization of cellulose by treating a solid acid catalyst in the state of dissolving cellulose using an ionic liquid has been developed. Among these, 6 glucose By combining cell dextrin with less than hexaose and oligomer with more than 7 cells, the entire process could be unified. In this process, we emphasized recycling basically, including ionic liquids, solvents, and enzymes. In addition, nonreacted materials can be recycled based on continuous reactions. The volatile solvent, which dissolves the ionic liquid well but dissolves the sugar, such as chloroform or dichloromethane, was selected for the separation of the cellulose oligomer depolymerized by the ionic liquid and the solid acid catalyst, and was recycled through distillation. Subsequently, of the crystallized cellulose oligomers, cellulose hexaose polymerized with 6 glucose was dissolved, so that it was used as a substrate of the enzyme reaction and oligomers were reused as unreacted products in glucose of 7 or more cells.

이온성 액체의 중요성은 널리 알려져 있지만 범용화 시키지 못하는 이유 중의 하나는 고가라는 것이었다. 그러나 본 공정에서는 아주 간단하게 재활용할 수 있기 때문에 비용은 문제가 되지 않는다. 이온성 액체는 다양하게 합성할 수 있기 때문에 본 연구에서 사용하였던 이온성 액체 이외의 다양한 이온성 액체를 적용시킬 수 있을 것이다. 본 기술은 셀룰로오스에만 국한되는 것이 아니고 자일로스 중합체인 자일란, 만노스의 중합체인 만난 등 바이오매스에 포함되어 있는 모든 당 중합체에 적용시킬 수 있다. The importance of ionic liquids is widely known, but one of the reasons why they can not be universally used is that they are expensive. However, the cost is not a problem because the process can be very easily recycled. Since ionic liquids can be synthesized in various ways, various ionic liquids other than the ionic liquids used in this study may be applied. This technology is not limited to cellulose but can be applied to all sugar polymers contained in mannan biomass such as xylose polymer, xylan, mannose polymer.

본 발명의 셀룰로오스로부터 글루코오스의 제조방법을 각각의 단계로 나누어 상세하게 설명하면 다음과 같다:The method for producing glucose from the cellulose of the present invention will be described in detail as follows:

단계 (a): 셀룰로오스 해중합 단계 Step (a): Cellulose depolymerization step

먼저, 바이오매스로부터 수득한 셀룰로오스를 해중합(depolymerization) 및 용해하여 셀로덱스트린을 수득한다.First, depolymerization and dissolution of the cellulose obtained from the biomass yields cellodextrin.

본 명세서에서, 용어바이오매스는 재생가능한 에너지원으로써, 살아있거나 최근에 죽은 생물로부터 얻는다. 바이오매스는 탄소, 수소 및 산소를 기본으로 구성하고, 직접 이용하거나 바이오연료(biofuel)와 같은 다른 에너지 산물로 전환하여 이용할 수 있다. 바이오매스는 식물이 광합성으로 생산하는 자원으로 그 종류와 조성이 다양하지만 옥수수, 감자 등을 포함하는 전분질계, 사탕수수, 사탕무 등을 포함하는 당질계 및 간벌재, 폐목재, 볏짚 등을 포함하는 목질계로 분류할 수 있다. 본 발명에서 셀로덱스트린을 수득하기 위해 사용하는 바이오매스는 셀룰로오스를 포함하는 전분질계, 당질계 및/또는 목질계 바이오매스이다. As used herein, the term biomass is derived from living or recently dead organisms as a renewable energy source. Biomass is based on carbon, hydrogen and oxygen and can be used directly or converted to other energy products such as biofuels. Biomass is a resource produced by photosynthesis of plants, and its variety and composition vary. However, biomass is a source of sugars and thinning materials including starch, corn, potatoes, sugarcane, sugar beet, etc., woody materials including waste wood, . The biomass used to obtain the cellodextrin in the present invention is starchy, carbohydrate and / or woody biomass including cellulose.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 단계 (a)의 셀룰로오스는 자연계에 존재하는 다양한 바이오매스로부터 생산된다. 또한 이미 신문이나 책과 같이 인쇄된 종이(paper)나 각종 포장용기 등으로 사용된 후의 폐지를 재활용할 수도 있다. According to one embodiment of the present invention, the cellulose of step (a) is produced from a variety of biomass present in nature. It is also possible to recycle used paper after it has already been used for printed paper such as a newspaper or a book or various packaging containers.

셀룰로오스를 해중합 및 용해시키는 방법은 당업계에 공지된 다양한 방법을 이용할 수 있으며 바람직하게는 바이오매스에 이온성액체, 수산화나트륨(NaOH) 및 요소(Urea), 산 용액, 염기 용액, 초임계수 및 아임계수 용액 또는 열수를 처리하여 실시할 수 있으나 본 발명에서는 이온성 액체에 용해시킨 후 고체산 촉매를 이용하여 해중합 시키며, 이온성 액체는 재활용한다. Methods for depolymerizing and dissolving cellulose can be carried out by various methods known in the art and preferably include adding an ionic liquid, sodium hydroxide (NaOH) and Urea, an acid solution, a base solution, In the present invention, after dissolving in an ionic liquid, depolymerization is carried out using a solid acid catalyst, and the ionic liquid is recycled.

본 명세서에서, 용어 이온성 액체는 이온만으로 구성된 액체를 일컬으며, 일반적으로 질소를 포함하는 거대 양이온과 보다 작은 음이온으로 이루어져 있다. 이러한 구조에 의하여 결정구조의 격자에너지가 감소하게 되고 결과적으로 낮은 녹는점을 갖는다. 상기 이온성 액체는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 1종 이상 포함할 수 있다.As used herein, the term ionic liquid refers to a liquid consisting solely of ions, generally consisting of a large cation containing nitrogen and a smaller anion. This structure reduces the lattice energy of the crystal structure and consequently has a low melting point. The ionic liquid may include one or more compounds represented by the following formula (1).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

[A]+[B]- [A] + [B] -

상기 화학식 1에서, [A]+는 표 1의 구조식을 포함하는 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이다.In the above formula (1), [A] + is at least one compound selected from the group consisting of compounds having the structural formula shown in Table 1.

Figure 112013103240884-pat00001
Figure 112013103240884-pat00001

상기 표 1의 R, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, C1-C15 알킬 및 C2-C20 알켄으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 알킬 또는 알켄은 설폰, 설폭사이드, 티오에스테르, 에테르, 아마이드, 히드록실 및 아민으로 이루어진 군에서 선택된 치환체에 의해 치환될 수 있다.R 1 , R 1 , R 2 , R 3 and R 4 in Table 1 above may each independently be selected from the group consisting of hydrogen, C 1 -C 15 alkyl and C 2 -C 20 alkene, Sulfone, sulfoxide, thioester, ether, amide, hydroxyl, and amine.

상기 화학식 1에서, [B]-는 Cl-, Br-, I-, OH-, NO3 -, SO4 -, CF3CO2 -, CF3SO3 -, BF4 -, PF6 -, (CF4SO2)2N-, AlCl4 - 및 Cl-/AlCl3로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 화합물이다. 예컨대, 이러한 화합물로는, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 테트라클로로알루미네이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 하이드로겐설페이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 하이드로겐설페이트, 메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 아세테이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 아세테이트, 트리스-2(하이드록시 에틸) 메틸암모늄 메틸설페이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 에틸설페이트, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 메탄설포네이트, 메틸-트리-n-부틸암모늄 메틸설페이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-3-메틸 이미다졸리움 티오시아네이트, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 티오시아네이트, 1-아릴-3-메틸 이미다졸리움 클로라이드, 이들의 혼합물 및 복합체가 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In Formula 1, [B] - is Cl -, Br -, I - , OH -, NO 3 -, SO 4 -, CF 3 CO 2 -, CF 3 SO 3 -, BF 4 -, PF 6 -, (CF 4 SO 2 ) 2 N - , AlCl 4 - and Cl - / AlCl 3 . For example, such compounds include 1-butyl-3-methyl imidazolium tetrachloroaluminate, 1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrachloroaluminate, 1-ethyl-3-methyl imidazolium hydrogensulfate Butylimidazolium acetate, 1-butyl-3-methylimidazolium acetate, tris-2 (hydrolyzed) Ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate, methyl-tri-n-butylammonium methylsulfate, 1-butyl-3-methylimidazolium ethylsulfate, 3-methyl imidazolium thiocyanate, 1-butyl-3-methyl imidazolium thiocyanate, 1-ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanate, Aryl-3-methyl imidazolium chloride, And the mixtures and composites, and the like.

상기 상온이온성 액체는 시판 제품을 사용할 수도 있는 바, 예컨대, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 에틸설페이트, 1,2,3-트리메틸이미다졸리움에틸설페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움설페이트, 1-아릴-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-벤질-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-메틸-3-옥틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 토실레이트, 1-에틸-1-메틸피롤리디니움 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드, 1-부틸-1-메틸피롤리디니움 클로라이드, 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드, N-부틸피리디니움 클로라이드, 3-메틸-N-푸틸피리디이움 클로라이드, 1-에틸이미다졸리움 나이트레이트, 1-메틸이미다졸리움 브로마이드, 1-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸이미다졸리움 브로마이드, 1-에틸이미다졸리움 클로라이드 및 1,2-디메틸이미다졸리움 클로라이드(표 2)등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. As the above-mentioned normal temperature ionic liquid, commercially available products may be used, for example, 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, 1-butyl- Butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-2,3-dimethylimidazolium ethylsulfate, 1,2,3-trimethylimidazolium ethylsulfate, 3-methylimidazolium chloride, 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride, 1- Methyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide, 1- Butyl-1-methylpyrrolidinium chloride, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride, N- Methylimidazolium bromide, 1-methylimidazolium chloride, 1-ethylimidazolium bromide, 1-methylimidazolium bromide, 1-methylimidazolium bromide, 1-ethylimidazolium chloride, and 1,2-dimethylimidazolium chloride (Table 2), but are not limited thereto.

본 명세서에서 용어 ‘셀룰로오스(cellulose)’는 섬유소계 바이오매스 중 약 40%를 차지하는 자연계에 풍부히 존재하는 재생 가능한 천연 자원이다. 그러나 셀룰로오스는 β-1,4-글리코시딕 결합을 갖는 결정형 물질로서 물이나 유기용매에 쉽게 용해되지 않기 때문에 연료 또는 화학물질로의 활용에 어려움이 있다.As used herein, the term "cellulose" is a renewable natural resource abundant in the natural world, which accounts for about 40% of the fibrous biomass. However, since cellulose is a crystalline substance having a? -1,4-glycosidic bond and is not easily dissolved in water or an organic solvent, it is difficult to utilize it as a fuel or a chemical substance.

상기 이온성 액체는 셀룰로오스의 하이드록실기 사이의 복잡한 수소결합을 방해하게 되고, 이온성 액체 중의 음이온은 셀룰로오스의 하이드록실기의 수소와 결합하고, 양이온은 셀룰로오스의 하이드록실기의 산소와 결합함으로써 셀룰로오스를 용해시킨다. 상기 이온성액체의 첨가량은 특별히 제한되지 않으며 고형 성분의 함량 대비 5 내지 20배로 첨가될 수 있다.The ionic liquid interferes with the complicated hydrogen bonding between the hydroxyl groups of the cellulose and the anion in the ionic liquid bonds with the hydrogen of the hydroxyl group of the cellulose and the cation binds with the oxygen of the hydroxyl group of the cellulose, . The amount of the ionic liquid added is not particularly limited and may be 5 to 20 times the amount of the solid component.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 이온성 액체에 용해시킨 셀룰로오스를 해중합 시키기 위하여 종류를 제한하지 않는 고체산 촉매를 처리하여 결과물로서 셀로덱스트린을 수득한다. 처리농도와 온도 및 압력을 조절하여 해중합 시키고자 하는 셀룰로오스의 중합도(degree of polymerization)를 조절할 수 있으며 짧은 길이의 셀로덱스트린을 제조할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in order to depolymerize the cellulose dissolved in the ionic liquid, a solid acid catalyst which does not limit the kind is treated to obtain cellulodextrin as a result. The degree of polymerization of the cellulose to be depolymerized can be controlled by adjusting the treatment concentration, temperature and pressure, and short-length cell dextrin can be prepared.

본 명세서에서 용어 ‘셀로덱스트린(cellodextrin)’은 셀룰로오스 분해산물로 글루코오스 분자가 적은 중합체로서 셀룰로오스 올리고머보다 작은 것을 지칭한다.
As used herein, the term " cellodextrin " refers to a cellulosic degradation product wherein the glucose molecule is less polymerized than the cellulose oligomer.

단계 (b): 셀로덱스트린을 수득하는 단계 Step (b): Step of obtaining cellrodextrin

단계 (a)에서 이온성 액체를 용해시키지만 당(글루코오스, 자일로오스, 만노드 등) 올리고머들은 용해시키지 못하는 휘발성 유기용매를 처리하여 셀로덱스트린을 포함하는 모든 셀룰로오스 올리고머들을 침전 분리 수득한다. 이어서 물을 첨가시킴으로써 셀로덱스트린만을 용해시킬 수 있다. 용해되지 않은 셀룰로오스 올리고머들은 모두 최초 반응조에서 재활용 된다. In step (a), the volatile organic solvent which dissolves the ionic liquid but does not dissolve the sugar (glucose, xylose, mannode, etc.) oligomers is treated to precipitate and separate all the cellulose oligomers including cellodextrin. Followed by the addition of water to dissolve only the cellodextrin. All of the undissolved cellulose oligomers are recycled in the first reaction vessel.

본 발명의 방법은 섬유소계 바이오매스의 종류에 관계없이 적용이 가능하며 분리된 셀룰로오스를 동결 건조할 경우 분말로 제조할 수 있고 장기간 보관이 가능하다. 분리된 셀룰로오스를 적절한 세기의 전처리를 통하여 셀룰로오스 해중합 산물 또는 셀로덱스트린을 효율적으로 분리할 수 있고 분리된 셀로덱스트린에 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 처리함으로써 최종산물인 글루코오스(cello-sugar)를 생산할 수 있다. The method of the present invention can be applied regardless of the kind of the fibrinolytic biomass. When the separated cellulose is freeze-dried, it can be made into powder and can be stored for a long time. The cellulosic depolymerization product or the cellulodextrin can be efficiently separated through pretreatment of the separated cellulose with appropriate strength and the final product glucose (cello) can be separated by treating 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase with the separated cellulodextrin -sugar.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)의 결과물에 클로로포름을 첨가하여 교반 시킨 다음, 침전물로서 셀룰로오스 올리고머 및 셀로덱스트린을 수득한다.
According to an embodiment of the present invention, chloroform is added to the resultant product of step (a) and stirred, and then cellulose oligomer and cellodextrin are obtained as a precipitate.

단계 (c): 글루코오스를 수득하는 단계 Step (c): Step of obtaining glucose

본 발명의 일 구현예에 따르면, 용해된 셀로덱스트린에 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 갖는 단일 효소를 처리하여 글루코오스를 수득한다. According to one embodiment of the present invention, a single enzyme having the activity of exoglucanase and beta-glucosidase in dissolved cellulodextrin is treated to obtain glucose.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 용해된 셀로덱스트린에 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 갖는 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 처리하여 글루코오스를 수득한다. According to a specific embodiment of the present invention, glucose is obtained by treating 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase with the activity of exoglucanase and beta-glucosidase in dissolved cellulodextrin.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 처리 공정의 조건은 통상적인 효소 반응 조건에서 실시한다. 예를 들어, 30-45℃, 바람직하게는 39-41℃의 반응온도에서 셀로덱스트린에 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 10-50시간, 바람직하게는 20-30시간 처리하여 글루코오스를 수득한다. 추가적으로 반응온도, 처리시간, 처리농도, 물의 양은 임의적으로 절절하게 조절할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the conditions of the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase treatment are carried out under conventional enzyme reaction conditions. For example, 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase is added to the cellodextrin at a reaction temperature of 30-45 ° C, preferably 39-41 ° C for 10-50 hours, preferably 20-30 hours To obtain glucose. In addition, the reaction temperature, the treatment time, the treatment concentration, and the amount of water can be controlled arbitrarily.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (c) 다음, 글루코오스 용액을 농축하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (c) may further include the step of concentrating the glucose solution.

상기 단계 (c)에서 수득한 글루코오스는 다시 막을 이용하여 탈수 농축함으로써 발효 당으로 직접 활용하거나 바이오 플랫폼화학물질을 생산하는 원료물질로 직접 이용할 수 있다. 셀룰로오스의 효소적 당화산물의 당 농도가 3%정도에 머무르지만 발효당으로서 활용하거나 탈수반응을 통하여 솔비톨 등 각종 바이오 플랫폼 화학물질로 촉매전환을 하기 위해서는 이를 15% 이상의 당농도로 농축하여야 하는데 이를 위해서는 기본적으로 증류법을 활용한다. 그러나 증류법을 활용할 경우 많은 에너지가 필요한데 이를 막분리법을 이용하여 1/5의 에너지를 사용하여 농축할 수 있고, 증류법을 활용할 경우 발생하는 캬라멜화 반응을 배제시킬 수 있었다. 이 장치에 활용할 수 있는 막은 해수담수화 막을 활용할 수 있고, 최대 30% 정도의 당농도를 확인할 수 있었다. The glucose obtained in the step (c) can be directly used as a fermentation sugar by direct dehydration condensation using a membrane or as a raw material for producing a bio-platform chemical substance. Although the sugar concentration of the enzymatic glycosylation product of cellulose is about 3%, it is necessary to use it as a fermentation sugar, or to convert it into a biosubstrate chemical such as sorbitol through a dehydration reaction, In principle, distillation is used. However, when the distillation method is used, a lot of energy is needed. It can be concentrated by using the energy of 1/5 by using the membrane separation method, and the caramelization reaction which occurs when the distillation method is used can be excluded. Membranes that can be used in this device can utilize seawater desalination membranes and can detect sugar concentrations up to 30%.

본 발명의 글루코오스 제조방법은 복잡한 기존의 전처리과정에서 발생할 수 있는 과분해 산물 및 불순물의 영향을 배제함은 물론 공정의 단순화, 경비절감 및 환경오염 배제, 상온에서 이루어지기 때문에 전처리공정으로 소비되는 에너지의 절약, 당화효소의 생산비용 절감 등 다양한 효과를 동시에 얻을 수 있다.
The glucose production method of the present invention excludes the effects of excessive decomposition products and impurities which may be generated in a complicated conventional pretreatment process, and also simplifies the process, reduces the cost, eliminates environmental pollution, and is performed at room temperature. And a reduction in the production cost of saccharifying enzymes.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 갖는 신규 효소 1,4-β-D-글루칸 글루코히드롤라아제 및 이를 이용하여 셀룰로오스로부터 글루코오스를 제조하는 방법을 제공한다. (a) The present invention provides a novel enzyme 1,4-β-D-glucan glucohydrolase having the activity of exoglucanase and β-glucosidase, and a method for producing glucose from cellulose using the same.

(a) 본 발명은 이온성액체 및 고체산 촉매를 사용하여 셀룰로오스의 중합도를 낮추어 셀로덱스트린을 생산한 다음, 엑소글루카나아제 및 베타-글루코시다아제의 활성을 갖는 단일 효소 1,4-β-D-글루칸 글루코히드롤라아제를 처리하여 글루코오스를 제조하며, 셀룰로오스로부터 글루코오스를 제조함에 있어서 이온성액체, 고체산촉매, 휘발성용매 등의 재활용 공정과 제조된 글루코오스의 농축기술을 제공한다. (a) The present invention relates to a process for producing cellulose by lowering the degree of polymerization of cellulose by using an ionic liquid and a solid acid catalyst, and then producing a single enzyme 1,4-β-glucosidase having exoglucanase activity and beta-glucosidase activity, D-glucan glucohydrolase to prepare glucose, and in the production of glucose from cellulose, a process for recycling an ionic liquid, a solid acid catalyst, a volatile solvent, etc., and a technique for concentrating glucose are provided.

(c) 본 발명은 필수적으로 필요한 3가지 형태의 효소를 필요로 하는 종래 글루코오스를 생산하는 방법과 비교하여 한 가지 효소만으로 글루코오스를 제조할 수 있기 때문에 공정이 단순하며, 비용이 크게 절감되는 효과를 갖는다. (c) Compared with the conventional method for producing glucose, which requires essentially three types of enzymes, the present invention can produce glucose with only one enzyme, so that the process is simple and the cost is greatly reduced. .

(d) 본 발명을 통해 제조된 글루코오스는 각종 바이오화학물질을 생산할 수 있는 당화공정 및 발효공정과 연계하여 당화발효 동시공정 또는 당화발효 연속공정으로 활용하는데 적용할 수 있다.(d) Glucose produced by the present invention can be applied to a saccharification fermentation concurrent process or a saccharification fermentation continuous process in conjunction with a saccharification process and a fermentation process capable of producing various biochemical substances.

(e) 본 발명을 통해 제조된 글루코오스는 각종 바이오 플랫폼화학물질 및 유도체 생산을 위한 원료로 직접 활용할 수 있다.
(e) Glucose prepared by the present invention can be directly used as a raw material for producing various bio-platform chemicals and derivatives.

도 1은 본 발명에서 제안하는 신개념의 전체 공정도이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 신개념의 당화기작 모식도이다.
도 3은 1,4-β-D-글루칸 글루코히드롤라아제의 3차원 구조와 셀룰로오스 및 글루코오스 리간드를 표시한 그림이다.
도 4는 이온성액체 및 고체산 촉매를 이용한 셀룰로오스 해중합 중합도이다.
도 5는 다양한 셀로덱스트린으로부터 생산된 글루코오스의 HPLC 분석결과에 대한 그래프이다.
1 is a whole process diagram of the new concept proposed in the present invention.
2 is a schematic diagram of a new concept of saccharification mechanism proposed in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the three-dimensional structure of 1,4-β-D-glucan glucohydrolase and cellulose and glucose ligands.
4 is a depolymerization diagram of cellulose using an ionic liquid and a solid acid catalyst.
5 is a graph showing the results of HPLC analysis of glucose produced from various cellodextrins.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

실시예 1: 셀룰로오스 해중합을 통한 셀로덱스트린의 생산 Example 1: Production of cellodextrin through cell depolymerization

이온성 액체 처리방법은 150 ㎖의 시험관에 32 ㎖(g) 이온성 액체(BMIMCl)(SigmaAldrich)를 넣고 95-100℃ 오일 배스(Oil bath)에서 중탕으로 이온성 액체를 용해시킨 후 셀룰로오스 1.0 g을 넣고 빠른 시간 안에 교반하여 가급적 균일하게 분산시킨 후 97℃ 에서 약 3시간 동안 Stirring bar를 이용하여 충분히 용해하였다. 셀룰로오스/이온성액체 용액에 Amberlyst 15 DRY(Aldrich) 또는 그래핀옥사이드 설포네이트(Graphene Oxide-Sulfonate, 자체합성) 등 여러 가지 형태의 고체산 촉매(solid acid catalyst)를 첨가한 셀룰로오스량의 1-10%로 넣어준 다음 교반하여 가급적 균일하게 분산시키면서 5시간동안 반응시켰다. 이 반응액에 클로로포름 100 ml를 첨가하여 교반 정치한 후 거름종이로 걸러주었다. 이 과정을 통하여 자연스럽게 용해되었던 셀룰로오스 올리고머와 셀룰로오스만 재결정체로 침전물로 남게 된다. 소량의 클로로포름으로 당 침전물을 씻은 후 재결정체의 중합도를 측정하였다. 중합도 측정방법은 Ferdi(Angewante Chemie, 2008)법을 이용하였는데, 건조된 셀룰로오스 올리고머를 이온성 액체(BMIMCl)(Sigma Aldrich) 용해시킨 후 페닐이소이안에이트(phenylisocyanate)로 치환반응을 시켜 셀룰로오스트리 카바닐레이트로 만든 후 THF에 용해시켜 GPC(gel permeation chromatography)를 이용하여 분석하였다. 분석조건은 UV-VIS 검출기 236 nm에서 측정하였고, 폴리스티렌 표준곡선을 이용하였다. 기타 처리방법은 당업계에서 얻을 수 있는 통상의 처리방법을 활용할 수 있으며, 바이오매스의 종류 및 처리방법에 따라 다양하게 진행될 수 있기 때문에 상세하게 기재하지 않았다.
The ionic liquid treatment was carried out by dissolving the ionic liquid in a bath of 95-100 ° C in a hot water bath with a 32 ml (g) ionic liquid (BMIMCl) (Sigma Aldrich) in a 150 ml test tube, adding 1.0 g of cellulose And the mixture was dispersed as uniformly as possible, and then sufficiently dissolved at 97 ° C for about 3 hours using a Stirring bar. The amount of cellulose in the cellulose / ionic liquid solution added with various types of solid acid catalysts such as Amberlyst 15 DRY (Aldrich) or Graphene Oxide-Sulfonate (self-synthesized) %, Followed by stirring for 5 hours while dispersing the mixture as uniformly as possible. 100 ml of chloroform was added to the reaction solution, stirred, and filtered with a filter paper. Through this process, only naturally dissolved cellulose oligomer and cellulose remain as a precipitate with recrystallized sieve. The sugar precipitate was washed with a small amount of chloroform and the degree of polymerization of the recrystallized product was measured. The polymerization degree was measured by Ferdi (Angewante Chemie, 2008) method. The dried cellulose oligomer was dissolved in an ionic liquid (BMIMCl) (Sigma Aldrich) and then substituted with phenylisocyanate to obtain cellulose tricalcium Rate, dissolved in THF and analyzed using GPC (gel permeation chromatography). The analysis conditions were measured at 236 nm with a UV-VIS detector and a polystyrene standard curve was used. The other treatment methods can utilize ordinary treatment methods available in the art and can not be described in detail because they can be carried out variously according to the kind and treatment method of biomass.

실시예 2: 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 생산Example 2: Production of 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase

본 발명자들은 선행연구를 통하여 분리 동정한 페니바실러스 속 HPL-001 균주로부터 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 활성을 가지는 효소 단백질을 암호화하는 유전자를 분리하였다. 이에 암호화 되어있는 ORF(open reading frame)을 대상으로 NCBI의 블라스트 프로그램을 통해 기존의 보고된 베타글루코시다아제 유전자와 비교적 유사성이 있어 효소기능이 예상되는 유전자들 7개를 분리하여 pGEM-T Easy 플라스미스 벡터에 삽입 후 E. coli JM109에 형질전환 하였다. 상기 실험을 통해 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 활성을 보이는 7개의 클론을 선별하였고, 본 발명자들은 상기 ORF중 활성을 가장 크게 보이는 ORF1(2160 bp, 719 A/a)을 pGEX(Amersham)과발현 벡터에 삽입 후 E. coli BL21에 형질전환 시켰다.The present inventors isolated a gene encoding an enzyme protein having 1,4-beta-di-glucan glucuronidase activity from a strain of Penny Bacillus HPL-001 isolated and identified through previous studies. In the open reading frame (ORF) encoded by NCBI, the blast program of the NCBI was used to isolate seven genes with similarity to the previously reported β-glucosidase gene, Transformed into E. coli JM109 after insertion into the Smith vector. Seven clones showing 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase activity were selected through the above experiment. The present inventors selected ORF1 (2160 bp, 719 A / a) (Amersham) overexpression vector and transformed into E. coli BL21.

상기 신규 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 과발현하는 형질전환체를 제작하기 위하여 유전자 염기서열을 바탕으로 시작코돈과 종결코돈을 포함하는 2,160bp 서열의 양 말단에 번역틀을 맞추어 BamH I과 Nde I 제한효소 인식부위를 도입하여 한 쌍의 올리고뉴클레오티드(5'-ACATGCCATATGATGAAAAAA CAAGGG-3', 5'- ACATGCGGATCCCTTACTCTAAAATAAACGAAG-3')를 제작하였다. 이들 올리고뉴클레오티드를 양방향 프라이머로 사용하여 1/100로 희석한 ORF2-T 이지 벡터 플라스미드 DNA를 주형으로 하여 PCR을 수행하였다. PCR 반응액과 반응조건은 앞에서와 동일하였다. 증폭된 산물을 정제하여 제한효소 BamH I(NEB)과 Nde I (NEB)으로 절단한 뒤, 단백질 과발현벡터 pGEX(Amersham)의 BamH I과 Nde I 인식부위 사이에 삽입시켜 재조합 플라스미드를 제작하였다. 제작된 재조합 플라스미드를 E. coli BL21(RBC)에 형질전환 시킴으로써 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 발현 형질전환체를 제작하였다. In order to prepare a transformant overexpressing the novel 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase, a translation frame was aligned at both ends of a 2,160 bp sequence including a start codon and a stop codon based on the gene base sequence A pair of oligonucleotides (5'-ACATGCCATATGATGAAAAAA CAAGGG-3 ', 5'-ACATGCGGATCCCTTACTCTAAAATAAACGAAG-3') were prepared by introducing BamH I and Nde I restriction enzyme recognition sites. PCR was performed using these oligonucleotides as bidirectional primers and ORF2-T ejaculatory vector plasmid DNA diluted 1/100 as a template. PCR reactions and reaction conditions were the same as above. The amplified product was purified and digested with restriction enzymes BamH I (NEB) and Nde I (NEB), and inserted between the BamH I and Nde I recognition sites of the protein overexpression vector pGEX (Amersham) to prepare a recombinant plasmid. The recombinant plasmid thus prepared was transformed into E. coli BL21 (RBC) to prepare 1,4-beta-di-glucan glucuronidase.

제작된 형질전환 대장균을 배양하여 플라스미드 DNA 추출 후 넣어준 제한효소 인식 부위를 이용하여 절단한 뒤 전기영동을 통해 벡터와 목적 DNA가 성공적으로 재조합 되었는지 확인하였고, 확인된 균체를 LB 액체 배지에서(100 암피실린/mL 첨가) 18시간 배양시킨(37℃, 250 rpm, A595=1.0) 후 새로운 LB 액체 배지에 다시 접종하여 A595 흡광도 값이 0.6일 때 1 mM의 IPTG를 처리하고 18℃, 250 rpm 조건에서 18시간 더 배양 후 균체를 수확하였다. 수확된 균체를 현탁 시켜 초음파 분쇄 후 13,000g에서 원심분리하여 상징액과 침전물로 분리하고 SDS PAGE를 통하여 분자량이 약 79 KDa임을 확인하였다.The plasmid DNA extracted from the transformed E. coli was digested with restriction enzyme recognition sites, and then the vector and the target DNA were successfully recombined through electrophoresis. After incubation for 18 h (37 ° C, 250 rpm, A 595 = 1.0), the cells were inoculated again in fresh LB liquid medium and treated with 1 mM IPTG at an absorbance value of A 595 of 0.6, Lt; / RTI > for 18 hours and harvested the cells. The harvested cells were suspended and centrifuged at 13,000 g after ultrasonication. The supernatant was separated into supernatant and precipitate, and its molecular weight was confirmed to be about 79 KDa by SDS PAGE.

신규 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 암호화하는 유전자를 포함하는 pGEX-Peani-PGDβ4 재조합 플라스미드를 대장균 BL21-Gold(DE)(Stratagene, 미국)에 형질전환 시킨 후 암피실린이 첨가(50 ㎍/㎖)된 액체배지(LB 25 g/L)에 접종하여 O.D.595 값이 0.4-0.6이 될 때까지 37℃에서 150 rpm으로 교반 배양하였다. 목표 단백질의 대장균 세포 내 발현을 유도하기 위하여, 상기 현탁액에 IPTG(isopropyl-D-thiogalactoside)를 최종 농도 1 mM이 되도록 첨가한 후에 18℃에서 150 rpm으로 18시간 교반 배양하였다. 배양액을 10,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 회수한 침전물을 완충용액(Potassium phosphate buffer solution, PBS)로 2회 세척하였다. 세척된 침전물을 다시 PBS에 재현탁 후 초음파 파쇄기(Bio rad)를 이용하여 균체를 파쇄한 후, 원심분리(12,000 rpm, 10분)하여 상징액을 회수하였다. 회수한 상징액 속의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 순수분리는 상징액을 완충용액(Washing buffer solution; 50 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl; pH 7.0)으로 평형화된 글루타치온-에스-트렌스퍼레이즈 컬럼(GST binding resin column, Novagen)에 부착 시킨 후, factor Xa protease(NEB)를 처리하고, 완충용액(Washing buffer solution; 50 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl; pH 7.0)을 이용하여 순수 분리하였다. The pGEX-Peani-PGD? 4 recombinant plasmid containing the gene encoding the novel 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase was transformed into E. coli BL21-Gold (DE) (Stratagene, USA) (LB 25 g / L), and the mixture was incubated at 37 ° C with stirring at 150 rpm until the OD 595 value became 0.4-0.6. To induce expression of the target protein in E. coli cells, IPTG (isopropyl-D-thiogalactoside) was added to the suspension to a final concentration of 1 mM, followed by 18-hour agitation at 18 ° C and 150 rpm. The culture was centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes, and the precipitate was washed twice with a potassium phosphate buffer solution (PBS). The washed precipitate was resuspended in PBS, and the cells were disrupted using an ultrasonic disrupter (Bio rad), and the supernatant was recovered by centrifugation (12,000 rpm, 10 minutes). The purified 1,4-beta-di-glucan glucuronidylhydrolase pure water in the recovered supernatant was collected by adding the supernatant to the glutathione-S-transferase (hereinafter referred to as " glutathione S-transferase ") equilibrated with a washing buffer solution (50 mM Tris-HCl, (GST binding resin column, Novagen), treated with factor Xa protease (NEB), and purified using a washing buffer solution (50 mM Tris-HCl, 100 mM NaCl; pH 7.0) Respectively.

정제 단계에서 회수한 각각의 시료로부터 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 효소 활성을 측정 하였으며, 효소 활성 분획의 정제여부를 SDS-PAGE로 확인하였다. 단백질 함량은 브래드포드 방법(Bradford, Sigma Aldrich)을 이용하여 측정하였고, 표준 단백질로는 BSA(Bovine Serum Albumin)를 사용하였다. 그 결과, 글루타치온 레진 컬럼크로마토그래피 법으로 간편하게 다량의 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 생산할 수 있었다. 또한, 레진에 결합된 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 상태로도 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제 활성이 변화되지 않는 특성을 보여주었기 때문에 효소고정화 방법을 통한 고효율 전환공정에 적용할 수 있음을 알 수 있었다. The activity of 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase was measured from each sample recovered in the purification step, and the purification of the enzyme active fraction was confirmed by SDS-PAGE. Protein content was measured using the Bradford method (Bradford, Sigma Aldrich) and BSA (Bovine Serum Albumin) was used as the standard protein. As a result, a large amount of 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase could be easily produced by glutathione resin column chromatography. In addition, since 1,4-beta-di-glucan glucuronhydrolase activity was not changed even in the state of 1,4-beta-di-glucan glucuronhydrolase bound to the resin, It can be applied to the high efficiency conversion process.

정제한 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제를 이용하여 셀로덱스트린의 종류(셀로비오스, 셀로트리오스, 셀로테트라오스, 셀로펜타오스, 셀로핵사오스 등)별로 글루코오스를 생산하는 활성을 측정하였다. 개발된 효소를 반응시켜 생성된 글루코오스는 HPLC를 이용하여 분석 확인하였다. 글루코오스 및 셀로덱스트린의 분석은 HPLC(Younglin instrument Acme9000, 한국)를 이용하였으며 분석조건은 Shodex Asahipak 컬럼 NH2P-50 4E, 용리액: H2O/CH3CN=1:3, 유속:1 ml/분, 탐지기: RI, 컬럼 온도: 30℃ 등이었다. 그 결과는 표 2 및 도 5와 같다. Using the purified 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase, the activity of producing glucose by the kind of cellodextrin (cellobiose, cellotriose, cellotetraose, cellopentose, cellulosanose, etc.) Respectively. Glucose produced by reacting the developed enzyme was analyzed and confirmed by HPLC. The analysis conditions were as follows: Shodex Asahipak column NH 2 P-50 4E, eluent: H 2 O / CH 3 CN = 1: 3, flow rate: 1 ml / Min, detector: RI, column temperature: 30 < 0 > C, and the like. The results are shown in Table 2 and FIG.

다양한 셀로덱스트린으로부터 생산된 글루코오스의 HPLC 분석결과HPLC analysis of glucose produced from various cell dextrins 반응시간
(분)
Reaction time
(minute)
기질별 검출량(면적, mV*s)Detection amount by substrate (area, mV * s)
셀로비오스Cellobiose 셀로트리오스Celrotrios 셀로테트라오스Cellotetraose 셀로펜타오스Cellopentaose 셀로핵사오스Cell nuclearaceus



Cell
in
ratio
Five
The




Posts
sack
nose
Five
The





Cell
in
The
Lee
Five
The




Cell
in
ratio
Five
The




Posts
sack
nose
Five
The






Cell
in
rim
The
la
Five
The





Cell
in
The
Lee
Five
The




Cell
in
ratio
Five
The




Posts
sack
nose
Five
The





Cell
in
pen
Get
Five
The






Cell
in
rim
The
la
Five
The





Cell
in
The
Lee
Five
The




Cell
in
ratio
Five
The




Posts
sack
nose
Five
The





Cell
in
nucleus
four
Five
The





Cell
in
pen
Get
Five
The






Cell
in
rim
The
la
Five
The





Cell
in
The
Lee
Five
The




Cell
in
ratio
Five
The




Posts
sack
nose
Five
The
00 113113 00 114114 00 00 8282 00 00 00 6868 00 00 00 00 165165 00 00 00 00 00 1010 102102 3535 7272 4646 6060 6060 3535 1212 6262 2626 3434 2020 77 5252 5555 77 88 1010 55 4444 2020 9090 5050 4141 6969 7777 3737 4343 2525 8484 2020 2828 3333 2020 9595 3333 2222 1313 1212 44 7272 3030 8383 6767 2626 8383 106106 2525 5555 4242 125125 00 1414 2727 3737 123123 1414 1515 2323 2020 44 100100 6060 7777 8989 00 7373 131131 00 1010 6161 151151 00 99 2525 5757 169169 00 00 1717 1616 1616 175175 120120 5252 106106 00 5858 148148 00 00 5555 169169 00 00 77 6969 207207 00 00 00 1010 4242 262262 180180 4141 118118 00 4343 154154 00 00 5353 180180 00 00 00 5353 227227 00 00 00 00 3737 276276 360360 1919 139139 00 2626 171171 00 00 2828 209209 00 00 00 3535 249249 00 00 00 00 3636 295295

실시예 3: 글루코오스 생산 및 농축Example 3 Production and Concentration of Glucose

셀룰로오스의 효소적 당화산물의 당 농도가 3% 정도에 머무르지만 발효당으로 활용하거나 탈수반응을 통하여 솔비톨로 촉매전환을 하기 위해서는 이를 15% 이상의 당농도로 농축하여야 하는데 이를 위해서는 기본적으로 증류법을 활용한다. 그러나 증류법을 활용할 경우 많은 에너지가 필요한데 이를 막분리법을 이용하여 1/5의 에너지를 사용하여 농축할 수 있고, 증류법을 활용할 경우 발생하는 캬라멜화 반응을 배제시킬 수 있었다. 이 장치에 활용할 수 있는 막은 해수담수화 막을 활용할 수 있고, 최대 30% 정도의 당농도를 확인할 수 있었다.
Although the sugar concentration of the enzymatic glycosylation product of cellulose is about 3%, it is necessary to use it as a fermentation sugar, or to convert it into sorbitol through dehydration reaction, it should be concentrated to a sugar concentration of 15% or more. do. However, when the distillation method is used, a lot of energy is needed. It can be concentrated by using the energy of 1/5 by using the membrane separation method, and the caramelization reaction which occurs when the distillation method is used can be excluded. Membranes that can be used in this device can utilize seawater desalination membranes and can detect sugar concentrations up to 30%.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

<110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY <120> Method for Preparing Glucose from Cellulose using Single Enzyme <130> PN130510 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 2160 <212> DNA <213> glucohydrolase nucleotide <400> 1 atggacaacc ggcagttaac cgaactgttg aatcagatga cgctggagga gaagattgcg 60 cagctgctcc agctgaccgc caattttcat gaaggcggcg aaagccaaat taccggaccg 120 cttgaggaaa tggggatcac cgaatcgatg gtgaccgcca gcggctccgt tctggggtta 180 tcgggagcgc agtcggtcat cgacgtgcag aaatcatatt taagcaaaag ccggctcggc 240 attccgctga tgtttatggc cgatgtggtg catggcttca aaacgatctt tccgatcccg 300 ctggcgatcg gatgctcctg ggatacggag ctggccgaga agagcgccga aattgccgcg 360 agagagtcgg cggtatccgg cattcatgta acgttcgcac caatggtcga tttggtgcgc 420 gatccgcggt ggggacgcgt catggagacg accggcgaag atccgtacct gaacagcctg 480 tttgcccgcg cttttgtccg cggctatcaa ggcaagagcc tgaaggatga gccggagcgg 540 ctggctgcct gcgtgaagca cttcgccgcc tatggcgctc ctgaaggagg acgcgactac 600 aacacggtca acatgtcgga acgcaatctg cgggagcagt atctgccggc 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1500 gtaatcttta atggccgccc gctggacctg cacggaatca ttgacgaagc ggacgccgtc 1560 ctggaagcct ggttcccggg cagcgaaggc ggagccgcga tcgccgacat tctgatcggg 1620 cgcgtgaatc cttcggcccg gctgacgatg tccttcccgc attcggtggg acaaattccg 1680 gtctattata accattacaa taccggccgt ccgatgaatc cggacaaaac ggaagagcgg 1740 tatgtgtcca aatatatcga cagtccgaat gatccgctgc ttccgttcgg atacggccta 1800 tcctatacga cgtttgaata cggcgagctg aaattgtccg gaaacgagat aacggccaat 1860 cagccgcttc aggtcagcgt gaacgtaacg aacaccgggg atcgcgcagg catcgaaacg 1920 gttcagctgt atatccgcga cgtggccggt gaagtggtcc gtccgatgcg cgagctgaaa 1980 ggcttcgtac gtctcgagct tgctcccggg gaaagcgcgg atgcggtctt tacgatcacg 2040 gaggaacagc ttcgttatca tcattccgac cttacgcaag ccagcgatcc gggaacgttc 2100 caggtgtttg tcggtccgaa cagccgggac acccttgctg agtcgttccg gctggtttag 2160 2160 <210> 2 <211> 719 <212> PRT <213> glucohydrolase amino acid <400> 2 Met Asp Asn Arg Gln Leu Thr Glu Leu Leu Asn Gln Met Thr Leu Glu 1 5 10 15 Glu Lys Ile Ala Gln Leu Leu Gln Leu Thr Ala Asn Phe His Glu Gly 20 25 30 Gly Glu Ser Gln Ile Thr Gly Pro Leu Glu Glu Met Gly Ile Thr Glu 35 40 45 Ser Met Val Thr Ala Ser Gly Ser Val Leu Gly Leu Ser Gly Ala Gln 50 55 60 Ser Val Ile Asp Val Gln Lys Ser Tyr Leu Ser Lys Ser Arg Leu Gly 65 70 75 80 Ile Pro Leu Met Phe Met Ala Asp Val Val His Gly Phe Lys Thr Ile 85 90 95 Phe Pro Ile Pro Leu Ala Ile Gly Cys Ser Trp Asp Thr Glu Leu Ala 100 105 110 Glu Lys Ser Ala Glu Ile Ala Ala Arg Glu Ser Ala Val Ser Gly Ile 115 120 125 His Val Thr Phe Ala Pro Met Val Asp Leu Val Arg Asp Pro Arg Trp 130 135 140 Gly Arg Val Met Glu Thr Thr Gly Glu Asp Pro Tyr Leu Asn Ser Leu 145 150 155 160 Phe Ala Arg Ala Phe Val Arg Gly Tyr Gln Gly Lys Ser Leu Lys Asp 165 170 175 Glu Pro Glu Arg Leu Ala Ala Cys Val Lys His Phe Ala Ala Tyr Gly 180 185 190 Ala Pro Glu Gly Gly Arg Asp Tyr Asn Thr Val Asn Met Ser Glu Arg 195 200 205 Asn Leu Arg Glu Gln Tyr Leu Pro Ala Tyr Lys Ala Ala Leu Asp Glu 210 215 220 Gly Cys Glu Met Val Met Thr Ser Phe Asn Thr Val Asp Gly Ile Pro 225 230 235 240 Ala Thr Gly Asn Glu Lys Leu Met Arg Gly Ile Leu Arg Asp Glu Trp 245 250 255 Gly Phe Asp Gly Val Leu Ile Ser Asp Trp Ala Ser Ile Arg Glu Met 260 265 270 Ile Ala His Gly Ala Ala Glu Asp Asp Cys Glu Ala Ala Tyr Arg Ala 275 280 285 Ile Arg Ala Gly Val Asp Ile Glu Met Met Thr Pro Cys Tyr Val Gln 290 295 300 His Leu Pro Gly Leu Ile Gln Ser Gly Arg Val Asp Glu Ala Leu Val 305 310 315 320 Asp Glu Ala Val Leu Arg Ile Leu Arg Leu Lys Asp Lys Leu Gly Leu 325 330 335 Phe Asp Asn Pro Leu Arg Gly Ala Asp Pro Glu Arg Glu Arg Glu Val 340 345 350 Leu Phe Cys Gln Asp His Arg Asn Val Ser Tyr Glu Leu Ala Ala Lys 355 360 365 Ser Ser Val Leu Leu Lys Asn Glu Gly Gly Leu Leu Pro Leu Ala Ser 370 375 380 Gly Lys Lys Val Ala Leu Ile Gly Pro Phe Ala Gln Ser Asp Asp Ile 385 390 395 400 Leu Gly Trp Trp Ser Cys Val Gly Val Lys Glu Asp Ala Val Lys Leu 405 410 415 Gly Thr Ala Leu Gln Glu Arg Leu Ala Glu Gly Gln Leu Val Ile Ala 420 425 430 Glu Gly Ser Gly Val Val Ser Val Glu Gln Ser Gln Ile Asp Ala Ala 435 440 445 Ile Ala Ala Ala Gln Asp Ala Asp Val Ile Val Leu Ala Leu Gly Glu 450 455 460 Asp Ser Ala Met Ser Gly Glu Gly Gly Ser Arg Thr Asn Ile Arg Leu 465 470 475 480 Pro Glu Ala Gln Leu Glu Leu Val Arg Gln Leu Lys Lys Ile Gly Lys 485 490 495 Pro Met Ala Ala Val Ile Phe Asn Gly Arg Pro Leu Asp Leu His Gly 500 505 510 Ile Ile Asp Glu Ala Asp Ala Val Leu Glu Ala Trp Phe Pro Gly Ser 515 520 525 Glu Gly Gly Ala Ala Ile Ala Asp Ile Leu Ile Gly Arg Val Asn Pro 530 535 540 Ser Ala Arg Leu Thr Met Ser Phe Pro His Ser Val Gly Gln Ile Pro 545 550 555 560 Val Tyr Tyr Asn His Tyr Asn Thr Gly Arg Pro Met Asn Pro Asp Lys 565 570 575 Thr Glu Glu Arg Tyr Val Ser Lys Tyr Ile Asp Ser Pro Asn Asp Pro 580 585 590 Leu Leu Pro Phe Gly Tyr Gly Leu Ser Tyr Thr Thr Phe Glu Tyr Gly 595 600 605 Glu Leu Lys Leu Ser Gly Asn Glu Ile Thr Ala Asn Gln Pro Leu Gln 610 615 620 Val Ser Val Asn Val Thr Asn Thr Gly Asp Arg Ala Gly Ile Glu Thr 625 630 635 640 Val Gln Leu Tyr Ile Arg Asp Val Ala Gly Glu Val Val Arg Pro Met 645 650 655 Arg Glu Leu Lys Gly Phe Val Arg Leu Glu Leu Ala Pro Gly Glu Ser 660 665 670 Ala Asp Ala Val Phe Thr Ile Thr Glu Glu Gln Leu Arg Tyr His His 675 680 685 Ser Asp Leu Thr Gln Ala Ser Asp Pro Gly Thr Phe Gln Val Phe Val 690 695 700 Gly Pro Asn Ser Arg Asp Thr Leu Ala Glu Ser Phe Arg Leu Val 705 710 715 <110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY <120> Method for Preparing Glucose from Cellulose using Single Enzyme <130> PN130510 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 2160 <212> DNA <213> glucohydrolase nucleotide <400> 1 atggacaacc ggcagttaac cgaactgttg aatcagatga cgctggagga gaagattgcg 60 cagctgctcc agctgaccgc caattttcat gaaggcggcg aaagccaaat taccggaccg 120 cttgaggaaa tggggatcac cgaatcgatg gtgaccgcca gcggctccgt tctggggtta 180 tcgggagcgc agtcggtcat cgacgtgcag aaatcatatt taagcaaaag ccggctcggc 240 attccgctga tgtttatggc cgatgtggtg catggcttca aaacgatctt tccgatcccg 300 ctggcgatcg gatgctcctg ggatacggag ctggccgaga agagcgccga aattgccgcg 360 agagagtcgg cggtatccgg cattcatgta acgttcgcac caatggtcga tttggtgcgc 420 ggccgcggt ggggacgcgt catggagacg accggcgaag atccgtacct gaacagcctg 480 tttgcccgcg cttttgtccg cggctatcaa ggcaagagcc tgaaggatga gccggagcgg 540 ctggctgcct gcgtgaagca cttcgccgcc tatggcgctc ctgaaggagg acgcgactac 600 aacacggtca acatgtcgga acgcaatctg cgggagcagt atctgccggc ctataaagcg 660 gcactggatg aaggctgcga gatggtcatg acgtcgttca ataccgtgga cggcattccg 720 gctaccggca atgagaagct gatgcgcggc atcctccgcg atgagtgggg ttttgacggc 780 gtcctgattt cggactgggc gtcgatccgc gaaatgatcg cgcacggcgc ggcggaggac 840 gattgcgagg ccgcttaccg ggcgatccgg gccggcgtgg atatcgagat gatgacccct 900 tgttacgtac agcatctgcc gggcctcatc cagagcggac gcgtggacga agcgttggtc 960 gacgaagcgg tgctgcggat attgcggctg aaagacaagc tcgggttgtt cgacaatccg 1020 ctgcgaggag ccgatccgga gcgtgagcgc gaagtactgt tctgtcagga ccatcgaaac 1080 gtttcttacg agctggcagc caaatcgagc gtactgctga aaaacgaagg cggcctgctg 1140 ccgcttgcgt ccgggaagaa ggttgcgctg attggaccgt tcgcccagag cgacgacatc 1200 ctcggctggt ggtcctgcgt cggcgtgaag gaagacgccg tgaagctggg aaccgccctg 1260 caggagcggc tggctgaggg acagctggtc attgccgaag gctccggcgt cgtaagcgtg 1320 gagcaatcgc agattgacgc tgccatcgcc gcggctcaag acgcggacgt gatcgtgctc 1380 gcccttggcg aagattcggc catgagcggg gaaggcgggt cccgcacgaa catccgcttg 1440 cctgaagccc agctggagct ggtgcggcag ctgaagaaga ttggcaagcc gatggctgcg 1500 gtaatcttta atggccgccc gctggacctg cacggaatca ttgacgaagc ggacgccgtc 1560 ctggaagcct ggttcccggg cagcgaaggc ggagccgcga tcgccgacat tctgatcggg 1620 cgcgtgaatc cttcggcccg gctgacgatg tccttcccgc attcggtggg acaaattccg 1680 gtctattata accattacaa taccggccgt ccgatgaatc cggacaaaac ggaagagcgg 1740 tatgtgtcca aatatatcga cagtccgaat gatccgctgc ttccgttcgg atacggccta 1800 tcctatacga cgtttgaata cggcgagctg aaattgtccg gaaacgagat aacggccaat 1860 cagccgcttc aggtcagcgt gaacgtaacg aacaccgggg atcgcgcagg catcgaaacg 1920 gttcagctgt atatccgcga cgtggccggt gaagtggtcc gtccgatgcg cgagctgaaa 1980 ggcttcgtac gtctcgagct tgctcccggg gaaagcgcgg atgcggtctt tacgatcacg 2040 gaggaacagc ttcgttatca tcattccgac cttacgcaag ccagcgatcc gggaacgttc 2100 caggtgtttg tcggtccgaa cagccgggac acccttgctg agtcgttccg gctggtttag 2160                                                                         2160 <210> 2 <211> 719 <212> PRT <213> glucohydrolase amino acid <400> 2 Met Asp Asn Arg Gln Leu Thr Glu Leu Leu Asn Gln Met Thr Leu Glu   1 5 10 15 Glu Lys Ile Ala Gln Leu Leu Gln Leu Thr Ala Asn Phe His Glu Gly              20 25 30 Gly Glu Ser Gln Ile Thr Gly Pro Leu Glu Glu Met Gly Ile Thr Glu          35 40 45 Ser Met Val Thr Ala Ser Gly Ser Val Leu Gly Leu Ser Gly Ala Gln      50 55 60 Ser Val Ile Asp Val Gln Lys Ser Tyr Leu Ser Lys Ser Arg Leu Gly  65 70 75 80 Ile Pro Leu Met Phe Met Ala Asp Val Val His Gly Phe Lys Thr Ile                  85 90 95 Phe Pro Ile Pro Leu Ala Ile Gly Cys Ser Trp Asp Thr Glu Leu Ala             100 105 110 Glu Lys Ser Ala Glu Ile Ala Ala Arg Glu Ser Ala Val Ser Gly Ile         115 120 125 His Val Thr Phe Ala Pro Met Val Asp Leu Val Arg Asp Pro Arg Trp     130 135 140 Gly Arg Val Met Glu Thr Thr Gly Glu Asp Pro Tyr Leu Asn Ser Leu 145 150 155 160 Phe Ala Arg Ala Phe Val Arg Gly Tyr Gln Gly Lys Ser Leu Lys Asp                 165 170 175 Glu Pro Glu Arg Leu Ala Cys Val Lys His Phe Ala Ala Tyr Gly             180 185 190 Ala Pro Glu Gly Gly Arg Asp Tyr Asn Thr Val Asn Met Ser Glu Arg         195 200 205 Asn Leu Arg Glu Gln Tyr Leu Pro Ala Tyr Lys Ala Ala Leu Asp Glu     210 215 220 Gly Cys Glu Met Val Met Thr Ser Phe Asn Thr Val Asp Gly Ile Pro 225 230 235 240 Ala Thr Gly Asn Glu Lys Leu Met Arg Gly Ile Leu Arg Asp Glu Trp                 245 250 255 Gly Phe Asp Gly Val Leu Ile Ser Asp Trp Ala Ser Ile Arg Glu Met             260 265 270 Ile Ala His Gly Ala Ala Glu Asp Asp Cys Glu Ala Ala Tyr Arg Ala         275 280 285 Ile Arg Ala Gly Val Asp Ile Glu Met Met Thr Pro Cys Tyr Val Gln     290 295 300 His Leu Pro Gly Leu Ile Gln Ser Gly Arg Val Asp Glu Ala Leu Val 305 310 315 320 Asp Glu Ala Val Leu Arg Ile Leu Arg Leu Lys Asp Lys Leu Gly Leu                 325 330 335 Phe Asp Pro Leu Arg Gly Ala Asp Pro Glu Arg Glu Arg Glu Val             340 345 350 Leu Phe Cys Gln Asp His Arg Asn Val Ser Tyr Glu Leu Ala Ala Lys         355 360 365 Ser Ser Val Leu Leu Lys Asn Glu Gly Gly Leu Leu Pro Leu Ala Ser     370 375 380 Gly Lys Lys Val Ala Leu Ile Gly Pro Phe Ala Gln Ser Asp Asp Ile 385 390 395 400 Leu Gly Trp Trp Ser Cys Val Gly Val Lys Glu Asp Ala Val Lys Leu                 405 410 415 Gly Thr Ala Leu Gln Glu             420 425 430 Glu Gly Ser Gly Val Val Ser Val Glu Gln Ser Gln Ile Asp Ala Ala         435 440 445 Ile Ala Ala Gln Asp Ala Asp Val Ile Val Leu Ala Leu Gly Glu     450 455 460 Asp Ser Ala Met Ser Gly Glu Gly Gly Ser Arg Thr Asn Ile Arg Leu 465 470 475 480 Pro Glu Ala Gln Leu Glu Leu Val Arg Gln Leu Lys Lys Ile Gly Lys                 485 490 495 Pro Met Ala Ala Val Ile Phe Asn Gly Arg Pro Leu Asp Leu His Gly             500 505 510 Ile Ile Asp Glu Ala Asp Ala Val Leu Glu Ala Trp Phe Pro Gly Ser         515 520 525 Glu Gly Gly Ala Ile Ala Asp Ile Leu Ile Gly Arg Val Asn Pro     530 535 540 Ser Ala Arg Leu Thr Met Ser Phe Pro His Ser Val Gly Gln Ile Pro 545 550 555 560 Val Tyr Tyr Asn His Tyr Asn Thr Gly Arg Pro Met Asn Pro Asp Lys                 565 570 575 Thr Glu Glu Arg Tyr Val Ser Lys Tyr Ile Asp Ser Pro Asn Asp Pro             580 585 590 Leu Leu Pro Phe Gly Tyr Gly Leu Ser Tyr Thr Thr Phe Glu Tyr Gly         595 600 605 Glu Leu Lys Leu Ser Gly Asn Glu Ile Thr Ala Asn Gln Pro Leu Gln     610 615 620 Val Ser Val Asn Val Thr Asn Thr Gly Asp Arg Ala Gly Ile Glu Thr 625 630 635 640 Val Gln Leu Tyr Ile Arg Asp Val Ala Gly Glu Val Val Arg Pro Met                 645 650 655 Arg Glu Leu Lys Gly Phe Val Arg Leu Glu Leu Ala Pro Gly Glu Ser             660 665 670 Ala Asp Ala Val Phe Thr Ile Thr Glu Glu Gln Leu Arg Tyr His His         675 680 685 Ser Asp Leu Thr Gln Ala Ser Asp Pro Gly Thr Phe Gln Val Phe Val     690 695 700 Gly Pro Asn Ser Arg Asp Thr Leu Ala Glu Ser Phe Arg Leu Val 705 710 715

Claims (11)

서열목록 제2서열에 기재된 아미노산 서열로 이루어진 엑소글루카나아제(exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)의 활성을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase).
Beta -D-glucan glucuronidase, which has an activity of exoglucanase and beta-glucosidase of the amino acid sequence set forth in Sequence Listing Sequence 2, (1,4-β-D-glucan glucohydrolase).
제 1 항에 있어서, 상기 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제는 글루코오스 중합체 사이의 결합을 절단하는 것을 특징으로 하는 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제.
The 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase according to claim 1, wherein the 1,4-beta-di-glucan glucohydrolase cleaves the bond between the glucose polymers.
서열목록 제2서열에 기재된 아미노산 서열로 이루어진 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase)를 코딩하는 핵산 분자.
A nucleic acid molecule encoding 1,4-beta-D-glucan glucohydrolase consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
제 3 항의 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터.
A recombinant vector comprising the nucleic acid molecule of claim 3.
제 4 항의 재조합 벡터에 의해 형질전환된 세포.
A cell transformed by the recombinant vector of claim 4.
삭제delete 다음의 단계를 포함하는 셀룰로오스로부터 글루코오스의 제조방법:
(a) 바이오매스로부터 수득한 셀룰로오스에 이온성 액체 및 고체산 촉매를 첨가하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)의 결과물에 클로로포름을 처리하여 결정화를 유도하고 침전물로 셀로올리고머(cellooligomer) 및 셀로덱스트린(cellodextrin)을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 셀로덱스트린에 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어지고 엑소글루카나아제(exoglucanase) 및 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)의 활성을 갖는 단일 효소인 1,4-베타-디-글루칸 글루코히드롤라아제(1,4-β-D-glucan glucohydrolase)를 처리하여 결과물로서 글루코오스를 수득하는 단계.
A method for producing glucose from cellulose comprising the steps of:
(a) adding an ionic liquid and a solid acid catalyst to the cellulose obtained from the biomass;
(b) treating the product of step (a) with chloroform to induce crystallization and obtaining cellooligomer and cellodextrin as a precipitate; And
(c) the cellulodextrin is a single enzyme having the activity of exoglucanase and? -glucosidase, which is composed of the amino acid sequence of the second sequence of Sequence Listing; - treating 1,4-β-D-glucan glucohydrolase to obtain glucose as a result.
삭제delete 제 7 항에 있어서, 상기 바이오매스는 당질계, 전분질계 또는 목질계 바이오 매스인 것을 특징으로 하는 방법.
8. The method of claim 7, wherein the biomass is a carbohydrate, starch, or woody biomass.
제 7 항에 있어서, 상기 단계 (c)의 결과물로서 생성된 글루코오스를 농축하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
8. The method of claim 7, further comprising concentrating the glucose produced as a result of step (c).
삭제delete
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