• Food Science and Biotechnology
• /
• 제17권3호
• /
• pp.514-518
• /
• 2008

After overproduction of a recombinant $\beta$-galactosidase of Bifidobacterium infantis in Pichia pastoris, a synthesis of galacto-oligosaccharides (GOS) from 36% lactose using the enzyme (170.74 U/mg) was investigated. The transgalactosylation ratio reached up to 25.2% with 83.1% conversion of initial lactose and the maximum yield of GOS was 40.6%. The GOS syrup was composed of a 13.43% galacto-oligosaccharides, 5.06% lactose, and 8.76% monosaccharides. The prebiotic effect of GOS on the growth of bifidobacteria and lactobacilli strains was investigated in vitro. The maximum growth rate of Bifidobacterium breve and Lactobacillus acidophillus in GOS syrup (5%, v/v) media were 0.49 and 0.96/hr that are higher than those in 1%(w/v) galactose and 1%(w/v) lactose containing media. However, there was no significant difference between the specific growth rates of L. acidophillus in 1%(w/v) glucose and 5%(v/v) GOS syrup. Our data showed that GOS definitely promoted the growth of B. breve ATCC $15700^T$ and L. acidophilus ATCC 33323.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제21권11호
• /
• pp.1151-1158
• /
• 2011

In this study, a galactooligosaccharide (GOS) was synthesized using active ${\beta}$-galactosidase (${\beta}$-gal) inclusion bodies (IBs)-containing Escherichia coli (E. coli) cells. Analysis by MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight) mass spectrometry revealed that a trisaccharide was the major constituent of the synthesized GOS mixture. Additionally, the optimal pH, lactose concentration, amounts of E. coli ${\beta}$-gal IBs, and temperature for GOS synthesis were 7.5, 500 g/l, 3.2 U/ml, and $37^{\circ}C$, respectively. The total GOS yield from 500 g/l of lactose under these optimal conditions was about 32%, which corresponded to 160.4 g/l of GOS. Western blot analyses revealed that ${\beta}$-gal IBs were gradually destroyed during the reaction. In addition, when both the reaction mixture and E. coli ${\beta}$-gal hydrolysate were analyzed by high-performance thin-layer chromatography (HP-TLC), the trisaccharide was determined to be galactosyl lactose, indicating that a galactose moiety was most likely transferred to a lactose molecule during GOS synthesis. This GOS synthesis system might be useful for the synthesis of galactosylated drugs, which have recently received significant attention owing to the ability of the galactose molecules to improve the drugs solubility while decreasing their toxicity. ${\beta}$-Gal IB utilization is potentially a more convenient and economic approach to enzymatic GOS synthesis, since no enzyme purification steps after the transgalactosylation reaction would be required.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제31권4호
• /
• pp.550-558
• /
• 2021

Lactobacillus kefiranofaciens contains two types of β-galactosidase, LacLM and LacZ, belonging to different glycoside hydrolase families. The difference in function between them has been unclear so far for practical application. In this study, LacLM and LacZ from L. kefiranofaciens ATCC51647 were cloned into constitutive lactobacillal expression vector pMG36e, respectively. Furtherly, pMG36n-lacs was constructed from pMG36e-lacs by replacing erythromycin with nisin as selective marker for food-grade expressing systems in Lactobacillus plantarum WCFS1, designated recombinant LacLM and LacZ respectively. The results from hydrolysis of o-nitrophenyl-β-galactopyranoside (ONPG) showed that the β-galactosidases activity of the recombinant LacLM and LacZ was 1460% and 670% higher than that of the original L. kefiranofaciens. Moreover, the lactose hydrolytic activity of recombinant LacLM was higher than that of LacZ in milk. Nevertheless, compare to LacZ, in 25% lactose solution the galacto-oligosaccharides (GOS) production of recombinant LacLM was lower. Therefore, two β-galactopyranosides could play different roles in carbohydrate metabolism of L. kefiranofaciens. In addition, the maximal growth rate of two recombinant strains were evaluated with different temperature level and nisin concentration in fermentation assay for practical purpose. The results displayed that 37℃ and 20-40 U/ml nisin were the optimal fermentation conditions for the growth of recombinant β-galactosidase strains. Altogether the food-grade Expression system of recombinant β-galactosidase was feasible for applications in the food and dairy industry.

• 한국식품과학회지
• /
• 제27권3호
• /
• pp.271-280
• /
• 1995

30%(w/v)의 lactose 용액에 A. oryzae 유래의 ${\beta}-galactosidase$를 전이반응시 최적 조건 하에서의 TOS의 최적 생산량을 산출한 결과는 26.9%이었고, K. fragilus 유래의 ${\beta}-galactosidase$를 전이 반응시켰을 때는 37.0%이었으나 40%(w/v)의 lactose 용액에서 두 효소를 혼합 사용하여 비교 반응시켰을 때는 27.2%의 수율을 보였다. TOS의 생성경향은 단당류의 생성비로 보아 SOS에서는 초기에 lactose 가수분해력이 강하게 나타났으며 LOS에서는 반응초기에서 말기까지 지속적으로 생성되었다. 또한 SLOS에서는 반응 초기에서 중기까지 oligo당의 생성이 지속적으로 증가하다가 반응 중기 이후에는 급속히 감소되는 것으로 보아 역분해 현상이 쉽게 일어나는 것으로 관찰되었다. 열과 산에 대한 안정성에 있어서 TOS의 30% EtOH 획분과 40% EtOH 획분은 높은 내열성과 내산성을 가지며 ${\beta}-galactosidase$의 기원에 따른 30%(w/v) lactose 가수분해물의 열안정성과 내산성 시험에서는 LOS보다 SOS가 우수한 것으로 나타났다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제36권1호
• /
• pp.84-89
• /
• 2019

대장균 효소 ${\beta}$-gal를 이용하여 합성된 BzO-gal의 분자구조를 NMR ($^1H$-와 $^{13}C$-)과 고성능 mass spectrometry를 이용하여 분석하였다. BzO-gal은 $^1H$ NMR에서 14개의 proton으로부터 12개의 피크를 나타내었다. 방향족 고리에서 오는 5개의 proton 피크와 벤질기의 $CH_2$에서 오는 2개의 proton 피크는 벤질알코올이 존재함을 나타낸다. 지방족 사슬 영역인 ${\delta}_H$ 4.32 ~ 3.46 ppm에서 나타나는 7개의 proton 피크로부터 단당류가 도입되었음을 확인할 수 있었다. $^{13}C$ NMR 스팩트럼에서 나타난 11개의 carbon 피크도 또한 벤질알코올에 단당이 도입되었음을 나타낸다. BzO-gal의 분자량을 확인하기 위하여 mass spectrometry 로 분석한 결과 m/z가 293.0994인 BzO-gal의 sodium adduct ion($[M+Na]^+$)을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 세포독성이 감소된 첨가물 개발을 기대하고 있으며, 추가적인 후속연구를 진행할 예정이다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제38권1호
• /
• pp.99-106
• /
• 2021

Phenylethanol (PhE)에서 야기되는 피부 부작용 문제를 극복하기 위한 대안으로 phenylethanol galactoside (PhE-gal)에 대하여 연구하였다. 그 중에서도 대장균 효소 β-galalactosidase(β-gal)을 이용하여 PhE로부터 PhE-gal를 합성하는 반응의 최적 조건에 대하여 조사하였다. 그리고, 용매 분획연구를 수행하여 PhE-gal의 특성도 조사하였다. 반응조건 중에서 반응액의 β-gal 농도, PhE 농도, 반응액의 pH, 그리고 온도에 대하여 조사한 결과, 최적 β-gal의 농도는 0.45 U/ml, 최적 반응물 PhE의 농도는 1.0%, 최적 반응액의 pH는 8.0, 최적 반응온도는 40℃ 였다. 그리고, 최적 반응조건에서 48 시간까지의 반응을 관찰하였는데, 약 81.9 mM의 PhE로부터 약 47.4 mM의 PhE-gal이 합성되었고, PhE로부터 PhE-gal로의 전환수율은 약 57.9% 정도였다. 또한, PhE와 PhE-gal이 포함된 반응물을 용매 EA와 MC로 분획한 결과, 물 층으로 대부분의 PhE-gal이 분획 되었고, 용매 층으로는 PhE가 분획 되었다. 그러나, 물 층으로의 PhE-gal의 분획이 용매 MC를 사용할 때, 더 분명하고 명확하게 나타났으며, 용매 EA를 이용한 분획에서는 명확히 물 층으로 PhE-gal이 분획 되지 않았다. 앞으로, PhE-gal을 화장품에 사용할 수 있는 첨가물(방부제)로 개발하기 위한 후속연구를 계속 진행할 예정이다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제33권2호
• /
• pp.286-292
• /
• 2016

화장품용 방부제로 사용하고 있는 1, 2-hexanediol (HD)에 높은 농도의 lactose (300 g/l)를 넣고, 재조합 대장균 ${\beta}$-galactosidase (${\beta}$-gal)를 이용하여 galactose 한 분자를 결합시키는 transgalactosylation 반응을 시켜서, 1, 2-hexanediol galactoside (HD-gal)을 합성하였다. 그리고, 합성된 HD-gal 분자를 확인하기 위하여, HD-gal에 대한 NMR ($^1H$- and $^{13}C$-) 스펙트럼 분석과 mass 스펙트럼 분석을 실시하였다. HD-gal의 $^1H$ NMR 스펙트럼에서 HD에 갈락토실화가 되었음을 보여주는 다양한 피크를 확인하였다. $^1H$ NMR 스펙트럼의 다운필드인 ${\delta}_H$ 4.44 ppm과 ${\delta}_H$ 3.96~3.58 ppm에서 나타나는 다양한 피크들은 HD에 갈락토실화가 되었다는 것을 잘 암시하고 있으며, 또한 $^1H$ NMR 스펙트럼의 업필드에서 나타나는 ${\delta}_H$ 1.60~1.35 ppm과 0.92 ppm의 피크는 HD의 $CH_2$와 $CH_3$ 작용기로부터 나타나는 피크로써 HD가 본 물질에 존재한다는 것을 나타내고 있다. $^{13}C$ NMR 스펙트럼에서는 HD-gal의 알파-아노머와 베타-아노머의 구조에서 기인하는 총 21의 카본피크가 나타났고, 각 아노머마다 12개의 카본이 존재하는데 이중 ${\delta}_C$ 68.6, 60.9 and 13.2 ppm에 보이는 3개의 카본은 겹쳐서 나타나 총 24개의 피크 중 21개가 나타났다. 또한, 질량스펙트럼 분석에서는 protonated HD-gal인 281.1601 (m/z)의 peak를 확인할 수 있었다. 이를 종합하면, NMR ($^1H$- and $^{13}C$-) 스펙트럼 분석 결과와 질량분석 결과들은 우리가 기대했던 HD-gal의 구조와 매우 잘 일치하고 있다는 것을 알 수 있었다. 앞으로 추가적으로, 세균에 대한 minimum inhibitory concentrations (MICs) 조사와 human skin cell에 대한 독성연구를 추가적으로 진행할 예정이며, 이러한 결과를 근거로 항균력을 유지하면서 피부세포에 대한 독성이 감소된 화장품용 방부제의 연구/개발이 계속되기를 기대하고 있다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제37권5호
• /
• pp.1323-1329
• /
• 2020

대장균 효소 𝛽-gal를 이용하여 합성된 phenylethanol galactoside (PhE-gal)의 분자구조를 NMR (¹H-와 ¹³C-)과 고성능 mass spectrometry를 이용하여 분석하였다. 그 결과 PhE-gal은 ¹H NMR에서 2-phenylethanol (PhE)에 갈락토실기가 도입되었음을 나타내는 피크가 나타났다. 방향족 고리에서 오는 𝛿_H 7.30~7.21 ppm의 피크와 𝛿_H 2.88 ppm에 나타난 벤질기 위치의 CH₂에서 오는 피크는 PhE가 존재함을 나타낸다. 지방족 사슬 영역인 𝛿_H 4.31 ppm, 4.07 ppm과 𝛿_H 3.86~3.38 ppm에서 나타나는 7개의 proton 피크로부터 단당류가 도입되었음을 확인할 수 있었다. ¹³C NMR 스펙트럼에서 나타난 12개의 탄소 피크 중 4개의 피크는 방향족 고리인 페닐기로부터, 또한 단당류에서 기인한 6개의 탄소피크가 존재하므로 PhE에 단당이 도입되었음을 알 수 있다. PhE-gal의 분자량을 확인하기 위하여 질량분석기로 분석한 결과 m/z가 307.1181인 PhE-gal의 sodium adduct ion ([M+Na]⁺)이 나타나 생성물이 PhE-gal임을 알 수 있었다. 따라서 본 연구결과 E. coli 𝛽-galactosidase에 의한 촉매반응으로 PhE에 갈락토즈가 첨가된 생성물인 PhE-gal이 성공적으로 생합성 되었음을 확인하였다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제38권3호
• /
• pp.824-831
• /
• 2021

안전한 화장품용 방부제에 대한 연구를 위하여 1, 2-octanediol (OD)에 galactose 한 분자가 결합된 1, 2-octanediol galactoside (OD-gal)의 합성을 시도하였다. 이를 위하여, 재조합 대장균의 β-galactosidase (β-gal)를 이용하여 transgalactosylation 반응을 수행하였으며, OD-gal 합성을 확인하기 위하여 mass spectrometry 분석과 NMR (¹H- and ¹³C-) spectroscopy 분석을 실시하였다. 합성반응물에서 m/z=331.1732의 sodium adduct ion 형태로 OD-gal 분자의 합성을 확인하였고, 정제된 OD-gal의 NMR 분석을 통하여 OD-gal의 ¹H NMR 스펙트럼에서 OD에 갈락토실화가 되었음을 보여주는 다양한 피크를 확인하였다. ¹H NMR 스펙트럼의 다운필드인 δ_H 4.39 ppm과 δ_H 3.98~3.55 ppm에서 나타나는 다양한 피크들은 이들이 OD에 갈락토실화가 되었다는 것을 잘 암시하고 있으며, 또한 ¹H NMR 스펙트럼의 업필드에서 나타나는 δ_H 1.52~1.26 ppm과 0.89 ppm의 피크는 OD의 CH₂ 와 CH₃ 작용기로 부터 나타나는 피크로써 OD가 본 물질에 존재함을 알 수 있었다. ¹³C NMR 스펙트럼에서는 OD-gal의 알파-아노머와 베타-아노머의 구조에서 기인하는 총 24개의 탄소피크가 나타났고, 각 아노머 마다 14개의 탄소가 존재하는데 이중 δ_c 31.4, 29.0, 22.3 그리고 13.7 ppm에 보이는 OD 4개의 탄소는 지방족 사슬의 끝부분에 해당하며 화학적 구조의 유사성으로 인하여 탄소 피크가 겹쳐서 나타난 것으로 보인다. 따라서 총 28개의 탄소 피크 중 24개가 나타났다. 마지막으로, 합성된 OD-gal의 β-gal을 이용한 가수분해 반응을 통하여 OD-gal에 gal이 결합되어 있다는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 세포독성이 감소된 첨가물 개발을 기대하고 있으며, 추가적인 후속연구를 진행할 예정이다.