본 연구에서는 Rhizomucor miehei 유래 리파제(Rhm)를 올레인산으로 전처리한 이온교환수지에 고정화하는 방법 및 그의 응용성에 관하여 연구하였다. 수지로는 약염기성 이온교환수지인 Duolite A-568을 사용했을 때 최상의 고정화 효율(82%)을 나타냈으며, 고정화 Rhm은 물, 헥산, 클로로포름 등에는 안정하나, 에탄올 및 메탄올 등과 같은 유기용매에는 불안정하였다. 또한, 고정화 Rhm를 디글리세리드(DG)의 선택적 합성 반응에 적용한 결과, 글리세롤과 지방산의 에스테르화 반응에 있어서 DG의 함량이 80 mol%, DG 중의 1,3-DG 함량이 98% 정도로 매우 높은 선택성을 나타내었다.
Tako, Miklos;Kotogan, Alexandra;Papp, Tamas;Kadaikunnan, Shine;Alharbi, Naiyf S.;Vagvolgyi, Csaba
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제27권2호
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pp.277-288
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2017
Rhizomucor miehei NRRL 5282 and Rhizopus oryzae NRRL 1526 can produce lipases with high synthetic activities in wheat bran-based solid-state culture. In this study, the purification and biochemical characterization of the lipolytic activities of these lipases are presented. SDS-PAGE indicated a molecular mass of about 55 and 35 kDa for the purified R. miehei and Rh. oryzae enzymes, respectively. p-Nitrophenyl palmitate (pNPP) hydrolysis was maximal at $40^{\circ}C$ and pH 7.0 for the R. miehei lipase, and at $30^{\circ}C$ and pH 5.2 for the Rh. oryzae enzyme. The enzymes showed almost equal affinity to pNPP, but the $V_{max}$ of the Rh. oryzae lipase was about 1.13 times higher than that determined for R. miehei using the same substrate. For both enzymes, a dramatic loss of activity was observed in the presence of 5 mM $Hg^{2+}$, $Zn^{2+}$, or $Mn^{2+}$, 10 mM N-bromosuccinimide or sodium dodecyl sulfate, and 5-10% (v/v) of hexanol or butanol. At the same time, they proved to be extraordinarily stable in the presence of n-hexane, cyclohexane, n-heptane, and isooctane. Moreover, isopentanol up to 10% (v/v) and propionic acid in 1 mM concentrations increased the pNPP hydrolyzing activity of R. miehei lipase. Both enzymes had 1,3-regioselectivity, and efficiently hydrolyzed p-nitrophenyl (pNP) esters with C8-C16 acids, exhibiting maximum activity towards pNP-caprylate (R. miehei) and pNP-dodecanoate (Rh. oryzae). The purified lipases are promising candidates for various biotechnological applications.
Lipids were extracted from marine rotifer, Brachionus rotundiformis in order to examine the functionality of lipid enzymatic modification. The fatty acids, palmitic, linoleic, oleic and stearic acids were the dominant forms accounting for approximately 35.8%, 21.5%, 15.9% and 7.7% of the total lipid content, respectively. Lipid fractions were categorized as neutral lipids (38.5%), glycolipids (45.9%) and phospholipids (17.6%), and after extraction from the rotifer were isolated by thin-layer chromatography (TLC) as free fatty acids (FFA), monoacylglycerol (MAG), diacylglycerol (DAG) and triacylglycerol (TAG). The production of polyunsaturated fatty acid (PUFA) concentrate from rotifer lipids was studied using lipase-catalyzed hydrolysis. In addition, rotifer lipids were modified by hydrolysis using lipases such as porcine pancreas, Candida rugosa and Rhizomucor miehei. The lipase from Rhizomucor miehei was effective in extracting linoleic acid (C 18:2), while the lipase from Candida rugosa was effective in palmitic acid (C16:0) extraction.
미세조류(microalgae)인 Schizochytrium sp.로부터 유래된 조류유(250 g)와 식물성 유지인 대두유(250 g)의 혼합 유지를 기질로 하고, sn-1,3 위치에 특이적으로 작용하는 Lipozyme RM IM(Rhizomucor miehei, EC 3.1.1.3)을 이용한 interesterification에 의해 회분식 반응기$(65^{\circ}C,\;300 rpm,\;15hr)$에서 재구성 지질을 합성하였다. 합성 된 재구성 지질의 주요 지방산 조성은 DHA$(15.7\;mol\%)$와 linoleic acid$(31.1\;mol\%)$, palmitic acid$(20.2\;mol\%)$, oleic acid$(13.5\;mol\%)$ 및 $EPA(6.6\;mol\%)$로 분석되었으며, linoleic aicd와 DHA가 sn-2 위치에서 높은 함량을 차지하였다. Normal-phase HPLC 분석결과 재구성지질은 $87.1\;area\%$의 TAG와 $12.1\;area\%$의 DAG 형태와 같은 중성지질로 구성되어 있었다. Reversed-phase HPLC 분석 결과 재구성 지질의 $PN=20\~22(10.3\;area\%),\;PN=24\~32(53.1\;area\%)$ 및 $PN=36\~48(36.6\;area\%)$ peaks내에 각각 PN=20, PN=22, PN=28, PN=30, PN=34, PN=38, PN=42를 가지고 재구성 지 질 함량의 약 $50.5\;area\%$를 차지하며 반응기질과 구별된 새로운 peaks가 합성에 의해 생성되었음을 확인하였다 재구성지질의 요오드가는 고도의 불포화도를 가지는 조류유(274.0)보다 약 $25\%$ 낮아진 206.7을 나타내었으며, 분자량을 설명하는 비누화 값이 183.8, 산가는 반응기질과 같은 0.3 이하의 측정값을 나타내었다. 재구성지질의 Hunter color $L^{\ast}(\pm\;lightness/darkness)$ 값은 13.8로 측정되었으며, $b^{\ast}(\pm,\;yellowness/blueness)$ 값은 13.8로 측정되었으며, $b^{\ast}(\pm,\;yellowness/blueness)$ 값은 반응기질보다 유의적으로 가장 높은 55.1을 나타내었다(p<0.05).
식물성 유지자원 중 옥수수와 땅콩을 원료로 하여 35$^{\circ}C$, 100 rpm의 항온교반수조와 8$0^{\circ}C$의 soxhlet extractor에서 1, 3, 6시간에 따라 유지를 추출한 후, sn-1,3 위치 특이성을 가지는 IM 60(Rhizomucor miehei, EC 3.1.1.3)를 사용하여 acidolysis 방법을 통해 CLA를 함유하는 재구성지질을 합성하였다. 추출된 옥수수유와 땅콩유 모두 35$^{\circ}C$, 6시간에서 각각 3.59, 47.98%로 여러 추출 조건 중 가장 높은 수율을 보였고, 추출된 유지 모두 phytosterol 이성질체(campesterol, stigmasterol, $\beta$-sitosterol) 중 $\beta$-sitosterol의 함량이 가장 높은 수치를 나타내었으며, oleic acid와 linoleic acid가 추출된 유지의 주요 지방산으로 조사되었다. 추출된 유지와 재구성 지질(추출유-CLA)의 tocopherol 함량 분석 결과 추출된 유지와 합성한 유지의 총 tocopherol 함량이 지정된 온도의 추출시간과 반응(합성)시간에 따라 감소되는 경향을 보였다. 한편, 재구성 지질의 지방산 조성 분석 결과 CLA 총 함량이 반응시간에 따라 증가하는 경향을 보였고 24시간 반응에서 옥수수유와 땅콩유에 결합된 CLA 총 함량이 각각 9.25, 7.48mol%로 여러 반응시간 중 가장 높게 나타났다. 또한 CLA의 주요 이성질체 중 생리활성이 높다고 알려진 cis 9, trans 11-CLA와 trans 10,cis 12-CLA의 재구성 지질 내 함량은 옥수수유와 땅콩유 각각 7.50, 6.30 ㏖%이었다.
연속식 반응기에서 sn-1,3위치 특이성을 가지는 Rhizomucor miehei lipase(Lipozyme RM IM)를 사용하여 CLA를 함유한 재구성지질을 합성하였다. 옥수수유에 CLA를 transesterification 하기 위한 반응 조건은 연동 펌프의 유속, 반응온도 및 기질의 몰 비율이었다. 연동 펌프의 유속을 변수로 한 실험에서는 유속 1 mL/min, 반응온도 55$^{\circ}C$ 및 1:3 기질몰 비율일 때 재구성지질 중 최대 CLA함량이 10.26 ㏖%을 보였으며, 반응온도를 변수로 한 반응에서는 반응온도가 $65^{\circ}C$일 때 최대 CLA함량 17.33 ㏖%을 나타냈다. 또한 반응 기질의 몰 비율을 변수로 한 재구성지질 합성에서는 1:5몰 비율에서 최대 CLA 함량 17.50 ㏖%을 보였다. Pancreatic lipase analysis 통하여 재구성 지질의 sn-1,3과 sn-2 위치 지방산 조성을 분석하였고 재구성지질의 불포화도를 측정하기 위하여 요오드 값을 측정한 결과 유속 1 mL/min, 반응 온도 55$^{\circ}C$, 몰 비율 1:5 조건에서 120의 실험 조건 내에서 가장 큰 요오드 값을 나타내었다. 한편 각각의 재구성지질 HPLC 분석 결과 99%의 TAG와 1% 이내의 DAG와 MAG가 분석되었다.
Using 20 lipases from various microbial origins medium chain glycerides, namely, mono-, di-, and tri-carproyl glycerols from glycerol and acid were synthesized in isooctane. Enzyme reaction was performed at 0.35 M of capric acid, 0.025M of glycerol and the same mass of silica gel to remove water in 5ml of isooctane with 30mg of lyophilized lipase. Among 20 lipases, eleven lipases showed good synthetic activities, especially lipase from Pseudomonas aeruginosa (Lipase PS), Rhizomucor miehei origined lipase and Chromobacterium viscosum lipase (Lipase CV) showed good activities for production of tricaproylglycerol, while Lipase OF-360 (origined from Candida rugosa) and Lipase D (Rhizopus delemar) were good for production of dicaprolyglycerol. The lipases, especially Lipase PS, have high thermal stability at $ 60^{circ}C$, and optimum pH of lyophilization for dehydrating the lipase was pH 6.5.
Structured lipids (SLs) are defined as triacylglycerols to change the fatty acid composition in the glycerol backbone and lipases are known as a powerful tool for the syntheses of SLs. Structured lipid from corn oil, capric acid, and conjugated linoleic acid (CLA) by transesterification reaction and using several amounts of immobilized lipase RM IM (from Rhizomucor miehei) was studied, and 4% of lipase amount was selected for further study as the optimal amount. Comparison the chemical properties (free fatty acid value, iodine value, saponification value, tocopherols, and color analysis), solidification behavior, and volatile fractions (from headspace SPME GC-MS) between com oil and SL com oil was obtained.
팜유와 아보카도유를 이용하여 효소적 방법을 통해 trans free margarine stock(TFMS)을 제조하였다. 회분식 반응기(stirred batch type reactor)를 통한 본 반응은 sn-1,3 위치 특이성을 가진 lipozyme RM IM(from Rhizomucor miehei)을 사용하였다. 반응기질 대두극도경화유와 아보카도유 및 팜유는 30:150:120(g)의 비율로 230 rpm, $65^{\circ}C$에서 합성하였으며 이를 통해 이화학적 특성을 분석하였다. 재구성 지질의 DSC 분석 결과 TFMS의 solid fat content(SFC)는 $5^{\circ}C$에서 58.6%, $35^{\circ}C$에서의 약 8.5%로 확인 되었으며 7.3, 23.6, $35.3^{\circ}C$의 DSC 상의 melting point 특성을 나타내었다. TFMS는 C16:0(약 29%)과 C18:1(약 45%)이 주요 지방산으로 확인되었고 ${\Sigma}SFA$는 40.7%이었으며 trans 지방산은 검출되지 않았다. Sn-2 위치에는 주요적으로 C16:0(21.6%)과 C18:1(50.2%)의 지방산 조성이 확인되었다. RP-HPLC를 통해 TFMS를 이루고 있는 TAG의 PN을 확인 하였다. 주요적으로 PN=48이 대부분을 차지하였고 PN=46, PN=50으로 분리되었으며 TFMS의 반응 전과 비교 시 차별적인 TAG peak를 확인할 수 있었다. 한편, ${\alpha}-$, ${\gamma}-$ 및 ${\delta}$-tocopherol이 각각 5.7, 2.1, 1.7 mg/100 g을 나타냈으며 산가, 요오드가, 비누화가를 통해 TFMS의 이화학적 특성을 확인 할 수 있었다. TFMS를 통해 마가린 제조 시 물성 변화를 고려하여 마가린의 적합한 물성을 지닐 수 있을 것이라 사료된다.
지방산 TAG 분자의 sn-1,3 위치에서 특이적으로 반응하는 Lipozyme RM IM(from Rhizomucor meihei)을 촉매로 이용, 비용매계(solvent-free system)조건에서 glycerolysis를 통하여 조류유(from Schizochytrium sp.)와 대두유로부터 DAG, MAG 함유 기능성 유지를 합성하였다. 합성된 유지는 DHA(16.0mol%)와 linoleic acid(32.4mol%), palmitic acid(18.2 mol%), oleic acid (14.0mol%), EPA(6.7mol%) 및 myristic acid(4.9mol%) 등을 함유하고 있었으며, 유지 내 TAG 분자의 sn-2 위치에는 DHA(21.0 mol%)와 linoleic acid(29.2 mol%)가 높은 분포로 함유되어 있었다. 48시간의 효소 반응 후 DAG의 지방산 조성은 DHA(13.3mol%)와 linoleic acid(34.3 mol%), palmitic acid(20.0 mol%), oleic acid(13.2mol%), myristic acid(5.8mol%) 및 EPA(5.5 mol%) 등으로 조사되었고, MAG의 경우는 DHA(8.6mol%)와 linoleic acid(34.0mol%), palmitic acid(23.9mol%), oleic acid (15.1mol%) 및 EPA(4.1mol%) 등으로 분석되었다. 효소적 glycerolysis 반응 완료(48hr) 후 총 지질 내 약 60%의 DAG 및 MAG 함유하는 기능성 유지는 19.2area%의 1,3-DAG와 22.2 area%의 1,2-DAG, 16.0area%의 MAG 및 TAG(42.3area%), FFA(0.2area%)와 같은 중성 지질로 구성되어 있었다. 이러한 기능성 유지의 요오드가는 208.8, 비누화가는 179.6으로 측정되었으며, 산가(조류유, 대두유; <0.3)는 3.4이하를 나타내어 합성 중 생성, 잔류 가능한 유리 지방산 제거(산가 저하)를 위한 정제 과정이 필요할 것으로 사료된다. 또한, 기능성 유지는 Hunter $L^*(+/-,\;lightness/darkness;\;77.9),\;a^*(+/-,\;redness/greenness;\;15.9)$ 및 $b^*(+/-,\;yellowness/blueness;\;54.6)$와 같은 색도를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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