Ganoderma lucidum이 생산하는 polygalacturonase의 유용활용 방안을 위한 효소의 특성을 연구하기 위하여 버섯배양물로부터 효소를 생산하고 정제하여 그 특성을 검토한 결과는 다음과 같다. Endo-polygalacturonase는 배양여액으로부터 ammonium sulfate 침전, Biogel P-100, DEAE-cellulose, Sehpadex G-150 column chromatography에 의하여 순차적으로 정제되었고, Sehpadex G-150 column chromatography에서 re-gel filtration까지 실시한 결과 specific activity가 892unit/mg protein로 배양여액보다도 약 56배의 정제도를 나타냈으며, exo-polygalacturonase는 ammonium sulfate침전, Biogel P-100, DEAE-cellulose column chromatography까지 부분정제한 결과 9.2배의 정제도를 나타냈다. SDS polyacrylamide gel에서 전기영동을 실시한 결과 단일 band를 나타냈으며, 분자량은 54,000 dalton이었다. Endo-polygalacturonase와 exo-polygalacturonase는 citrus pectin이나 pectic acid보다 apple pectin에 친화도가 높았으며, Lineweaver-Burk plot로부터 계산된 apple pectin에 대한 Km 치는 각각 1.44와 10.6 mg/ml이었다. 이 두 효소의 작용 최적 pH는 4.0이었으나 pH 안정성에서는 endo-polygalacturonase는 $pH\;4.0{\sim}6.0$에서, exo-polygalacturonase는 $pH\;3.5{\sim}5.5$ 범위에서 안정하였다. 효소반응 최적 온도는 endo-polygalacturonase는 $40^{\circ}C$ 이었으나 exo-polygalacturonase는 $60^{\circ}C$에서 최대의 활성을 나타냈고 열안정성도 exo-polygalacturonase가 endo-polygalacturonase보다 더 높은 온도에서도 안정하였다. 또한 endo-polygalacturonase는 $Ca^{++}$ 과 $Mn^{++}\;ion$에, exo-polygalacturonase에는 $Ca^{++}\;ion$에 의해 효소반응이 촉진되었다.
Ganoderma lucidum이 생산하는 polygalacturoanse(endo- 및 exo-polygalacturoanse)를 이용하여 과즙청징 효과를 검토한 결과에 endo-polygalacturoanse에 의해서만 과즙청징을 이를 수 있었으며, 과즙청징을 위한 endo-polygalacturoanse의 반응 최적 온도는 $40^{\circ}C$이었고, 과즙 5 ml 당 약 4 unit의 endo-polygalacturoanse를 첨가 하였을 때 60분에 거의 청징되었다. 그리고 polygalacturoanse의 효소원으로는 영지버섯 균사체 배양 여액이나 ammonium sulfate 분획물을 이용하는 방안이 가장 효율적일 것으로 생각되었다.
Exo-polygalacturonase (exo-PG) hydrolyzes pectin acids and liberates mono-galacturonate, which plays an important role in juice extraction, and has rarely been reported. Exo-PG (AfumExoPG28A) from Aspergillus fumigatus belongs to the glycoside hydrolase 28 family. In this study, its gene was cloned and the protein was expressed and secreted in Pichia pastoris with a maximal activity of 4.44 U/ml. The optimal temperature and pH of AfumExoPG28A were 55℃ and 4.0, respectively. The enzyme exhibited activity over almost the entire acidic pH range (>20.0% activity at pH 2.5-6.5) and remained stable at pH 2.5-10.0 for 24 h. The Km and Vmax values of AfumExoPG28A were calculated by the substrate of polygalacturonic acid as 25.4 mg/ml and 23.6 U/mg, respectively. Addition of AfumExoPG28A (0.8 U/mg) increased the light transmittance and juice yield of plantain pulp by 11.7% and 9%, respectively. Combining AfumExoPG28A (0.8 U/mg) with an endo-PG (0.8 U/mg) from our laboratory, the enzymes increased the light transmittance and juice yield of plantain pulp by 45.7% and 10%, respectively. Thus, the enzyme's potential value in juice production was revealed by the remarkable acidic properties and catalytic activity in fruit pulp.
Exo-polygalacturonase (EPG) from Rhizopus sp. was applied to the extraction of alginic acid from sea mustard to increase extraction yield. EPG digestion was examined under distinct conditions within temperatures from $25^{\circ}C$ to 5$0^{\circ}C$, pH 5 to 9, and treatment times from 0 to 36 hr. The optimal conditions fur alginic acid extraction with EPG were: pH 7.0 at 3$0^{\circ}C$ for 24 hrs. The EPG hot water extraction yield was 3.4 times higher yield than hot water extraction alone. Using EPG to extract alginic acid from sea mustard should be considered a viable alternative to conventional extraction, with the advantage of reducing hazardous wastes such as strong acid and alkali solutions.
사과박에서 WAIP의 함량은 32.5%로 추출되었으며, 산처리를 통한 펙틴 추출수율은 약 8%로 나타났다. EPG는 불용성의 프로토펙틴을 수용화시켜 펙틴을 생산하는 효소로 최적조건시 높은 수율을 나타낼 수 있기 때문에 EPG를 이용하여 펙틴추출 조건을 pH, 시간, 온도, 효소 첨가량 등을 조사하였다. 먼저 최적조건을 조사한 결과 pH 7, 60시간, $45^{\circ}C$로 그 추출률은 27.1%로 측정되었다. 펙틴의 순도를 측정한 결과 산 추출 펙틴은 75.7%이었고, 효소를 이용하여 추출한 펙틴은 80.1%로 나타났다. 또한 methoxyl 함량을 측정한 결과 산 추출 펙틴은 2.44%, 효소 추출 펙틴은 6.36%로 저 methoxyl 펙틴으로 나타났다. 따라서 효소 추출물의 경우 저 methoxyl 펙틴으로 설탕을 전혀 첨가하지 않아도 2가 이상의 금속이 존재하면 겔의 망상구조를 만들 수 있으므로 저 칼로리 식품에 대한 겔화제로서 이용이 기대된다.
기주, 분리 연도 및 장소가 다른 Botryis cinerea 20개 균주를 이용하여 오이세포벽을 탄소원으로 첨가한 배지에서 배양한 뒤 병원성과 관련이 있는 것으로 알려진 polygalacturomase, Iaccase, $\beta$-glucosidase의 활성을 측정하고 병원성과의 상관관계를 조사하였다. 조사된 효소들의 활성과 병원성과의 상관관계는 상관계수가 모두 0.5 이하로 직접적인 연관성을 인정할 수 없었다. 그러나 Bovendamm 배지에서의 균사생장 정도의 병원성은 r=0.522(p=0.05)로 정의 상관관계를 보였다. 또한 병원성이 강한 3균주와 약한 3균주를 선발하여 각 기주의 세포벽을 첨가하여 배양 후 poly-galacturonase 활성정도를 비교하였으나 뚜렷한 경향을 찾을 수 없었다. Exo-PG 항체를 이용한 면역혈청 blotting 결과 병원성이 다른 거의 모든 균주가 66kDa 크기의 1 band를 보이는 유사한 효소 pattern을 보였다. 이상의 결과로 볼 때 측정된 이들 효소는 병원성과 관련된 일차적 요인이 아닐 것으로 생각한다.
Botrytis cinerea T91-1 has been shown to produce at least four different polygalacturonases into a liquid medium containing citrus pectin, a carbon sousrce. One of the enzymes, which had an apparent molecular weight of 66 kDa estimated by denatured polyacrylamide gel electrophoresis, was purified to electrophoretic homogeneity by a series of procedures including a cetone precipitation, ion exchange, heparin affinity, and reverse phase column chromatographies. The molecular weight of native enzyme was determined to be 64 kDa by gel permeation chromatography indicating the enzyme to be a single polypeptide chain. By viscometric analysis, the enzyme was revealed as exo-polygalacturonase. The enzyme activity was inhibited by divalent cations such as $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$, and Cu$^{2+}$. Km and Vmax for polygalacturonic acid hydrolysis were 0.33 mg/ml and 28.6 nM/min, respectively. The optimum temperature for enzymatic activity was 5$0^{\circ}C$. And the enzyme showed optimal pH values between 4.0 and 5.0. The enzyme was stable upto 12 hours in the range of pH 3 to 8 and at temperature below 3$0^{\circ}C$.
인삼뿌리썩음병균, Cylindrocarpon destructans(Zins.) Scholten을 접종한 인삼절편으로 부터 얻은 섬유소분해효소 및 펙틴질분해광소의 역가는 그 농도, 시간에 비례하였다. Cellulase (Cx), endo-polygalacturonase(endo-PG), endo-poiymethylgalacturonase (endo-PMG), exo-polygalacturonase (exe-PG)와 exo-polymeth-ylgalacturonase(exo-PMG)의 역가는 접종후 4 일째 최대였으며 endo-PG와 endo-PMG는 1일 및 2일째는 전혀 검출되지 않았으나 exo-PG와 exo-PMG는 검출되었다. 접종후 6 일째에는 모든 펙틴질분해효소는 활성을 완전히 잃었으나 섬유소분해효소는 높은 역가을 유지하였다. Cx, endo-PG, endo-PMG, exo-PG 및 exo-PMG의 최적 pH는 각각 6.0, 5.5, 8.0, 7.0-7.5, 8.5이였다. Cx, endo-PG, endo-PMG, 및 exo-PG의 최적온도는 각각 exo-PMG $66^{\circ}C\;53^{\circ}C\;41^{\circ}C\;37^{\circ}C\;and\;40^{\circ}C$였다. 섬유소분해효소는 공시한 16개 이온중에서 0.05M $Hg^{++}$만이 억제하였다. 펙틴질분해효소는 이온에 따라 상이하였으나 $0.05M\; Fe^{+++}$과 $0.05M\;Al^{+++}$이 가장 현저히 억제하였다. 공시한 8개 농약중에서 어느 것도 $0.1\%$ 유효성분으로는 모든 효소작용을 억제하지 못했으며 exo-PG만은 모든 농약의 의하여 상당히 억제되었다. 그 중에서 Difolatan은 모든 펙틴질분해효소를 가장 잘 억제시켰다. $0.2M\;Ca^{++}$과 $0.02M\;Fe^{+++}$은 펙틴질분해효소를 거의 억제시켰으나 섬유소분해효소는 같은 농도에서 각각 $30\%,\;70\%$에 이르렀다. Formalin은 exo-PG와 endo-PMG를 완전 억제시켰으나 다른 효소 특히 Cx는 그렇지 못했다. $0.8\%$ Difolatan은 모든 효소를 $0.8\%$이상 억제하였으나 Cx는 그 이하였다. C. destructans가 분필하는 섬유소분해효소 및 펙틴질분해효소는 인삼뿌리썩음병과 밀접한 관계를 가지고 있으며 이 병을 효과적으로 방제하기 위하여 억제되어야 하겠다.
사과 겹무늬썩음병균 Botryosphaeria dothidea에 의해 부패된 사과과실에서 pectin질 분해효소를 추출하여 그들의 활성과 pectin 성분의 변화를 조사하였다. 본 병원균은 exo-polygalacturonase(exo-PG), exo-polymethylgalacturonase(exo-PMG), polygalacturonate-trans -e1iminase(PGTE)와 pectinmethyl-trans-eliminase(PMTE)를 생산하였다. 부패된 사과 과육에서 exo-PG와 exo-PMG는 접종 후 7일째 specific activity가 각각 21.15 및 24.65 units/mg protein으로 높게 나타났다. PGTE와 PMTE의 활성은 7일째 각각 5.60과 7.90 uints/mg protein으로 나타났으나 exo-type의 효소보다는 그 활성이 낮았다. 수용성 pectin은 부패가 진행됨에 따라 14일째에 11.50 mg/100 mg-AIS이었고, versene-soluble pectin 역시 7.31 mg/100 mg-AIS로 나타나 건전과와 비교하여 각각 4.23 및 2.16 mg/100 mg-AIS 증가하였다. 부패과의 총 가용성 펙틴 함량은 총 pectin의 72.4%로서 건전과와 비교하여 24.8% 더 높았다. 불용성 pectin 함량은 부패가 진행됨에 따라 15.32 mg/100 mg-AIS에서 7.16 mg/100 mg-AIS로 현저하게 감소하였으며, 총 pectin 함량은 큰 변화가 없었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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