Kim, Bong-Gwan;Lee, Kyung-Ju;Han, Nam-Soo;Park, Kwan-Hwa;Lee, Soo-Bok
Food Science and Biotechnology
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제16권1호
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pp.127-132
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2007
[ ${\alpha},\;{\alpha}$ ]-Trehalose was efficiently modified by a transgalactosylation reaction of Escherichia coli ${\beta}-galactosidase$ using lactose as a donor to yield two galactosyl trehalose trisaccharides. The reaction products of trehalose by the enzyme were observed by thin layer chromatography (TLC) and high performance anion exchange chromatography (HPAEC) and were purified by BioGel P2 gel permeation chromatography and recycling preparative HPLC. Liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) and ^{13}C$ nuclear magnetic resonance (NMR) analyses revealed that the structures of the main products were $6^2-{\beta}-D-galactosyl$ trehalose (1) and $4^2-{\beta}-D-galactosyl$ trehalose (2). A reaction of 30%(w/v) trehalose and 15%(w/v) lactose at pH 7.5 and $45^{\circ}C$ resulted in a total yield of approximately 27-30% based on the amount of trehalose used. The galactosyl trehalose products were not hydrolyzed by trehalose. In addition the mixture of transfer products (9:1 ratio of 1 to 2) showed higher thermal stability than glucose, lactose, and maltose, but less than trehalose, against heat treatment over $100^{\circ}C$ at pH 4 and 7. It also exhibited better thermal stability than sucrose at pH 4 alone.
식품 및 화장품의 첨가제로 사용되는 기능성 올리고당인 갈락토올리고당을 생룰로스 가수분해 효소를 이용하여 생산하였다. 여섯가지의 효소 시료 가운데, P Penicillium funiculosum에서 유래한 셀룰로스 가수 분해 효소가 가장 높은 올리고당 생산 수율을 보였다. 올리고당 생산을 위한 최적온도와 pH는 각각 $50^{\circ}C$,와 5.0이었으며 유당농도와 효소농도사at의 최 적비는 lO(w/w) 이었다. 시간에 따른 올리고당 생산 반응의 경향성은 유당분해 효소 반응과 유사하였 으며 초기 유당농도가 증가함에 따라 생성되는 올리 고당의 농도가 증가하였다. 최척반응조건에서 20% (w/v)의 유당으로 부터 최고 23%(w/w)의 올리고 땅을 얻을 수 있었다. 생성된 올라고당의 성분은 고 속액체 크로마토그래프와 박층 크로마토그래프 분석 을 통하여 삼당과 사당으로 이루어져 있음을 확인하였다.
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.
락툴로오스는 식품과 제약분야에서 기능성 성분으로 알려져 있으며, 산업적으로 많이 활용되고 있어 주목을 받고 있다. 식품분야에서는 정장작용을 위한 비피더스 인자, 제약분야에서는 주로 변비, 간성뇌증, 간질환의 합병증 그리고 혈액 내 포도당(glucose)과 인슐린 수치의 유지 등을 위하여 이용되고 있다. 락툴로오스 합성은 크게 화학적, 생물학적 방법으로 분류할 수 있으며, 화학적 방법에서는 젖당(lactose)의 알칼리 이성질체화법에 의하여 합성되지만, 생성물의 분해 및 다양한 부반응에 의한 정제의 난점과 폐기물 관리 등의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하고자, 효소를 이용한 합성 방법이 최근 연구되고 있다. 베타-갈락토시다아제(${\beta}$-galactosidase)는 젖당의 가수분해물 생산이 가능하기에 유제품 산업에서 매우 중요한 효소이며, 과당(fructose)으로 갈락토실(galactosyl) 잔기의 전달반응에 의하여 젖당으로부터 락툴로오스를 합성할 수 있다. 그러나 정제된 젖당은 매우 고가의 물질로써 락툴로오스를 합성하기에는 경제적으로 적합하지 않다. 본 총설에서는 락툴로오스를 합성하기 위한 화학적, 생물학적 공정에 대한 연구 동향을 간략하게 소개하고, 저가의 기질을 활용한 경제적인 락툴로오스 생산에 대한 연구 및 전망을 제시하고자 한다.
Galactooligosaccharides (GalOS) were efficiently produced by partially purified $\beta$-galactosidase from the yeast strain Bullera singularis ATCC 24193. Ammonium sulfate precipitation and ultrafiltration methods were used to prepare the enzyme. The enzyme activity decreased at $50^{\circ}C$ and above. A maximum yield of 40% (w/w) GalOS, corresponding to 120 g of GalOS per liter, was obtained from 300 g per liter of lactose solution at $45^{\circ}C$, pH 3.7 when the lactose conversion was 70%. The yield of GalOS did not increase with increasing initial lactose concentration but the total amounts of GalOS did. Volumetric productivity was 4.8 g of GalOS per liter per hour. During this reaction, the by-products, glucose and galactose, were found to inhibit GalOS formation. Reaction products were found to be comprised of disaccharides and trisaccharides according to TLC and HPLC analyses. We propose the structure of the major product, a trisaccharide, to be ο-$\beta$-D-galactopyranosyl-(l-4)-ο-$\beta$-D-galactopyranosyl-(l-4)-$\beta$-D-glucose (4'-galactosyl lactose).
Glucose is universal and essential fuel of energy metabolism and in the synthesis pathways of all mammalian cells. Glucose is the one of the major precursors of lactose synthesis using glycolysis result in producing milk fat and protein. During the milk fat synthesis, lipoprotein lipase (LPL) and CD36 are required for glucose uptake. Various morecules such as acyl-CoA synthetase 1 (ACSL1) activity of acetyl-CoA synthetase 2 (ACSS2), ACACA, FASN AGPAT6, GPAM, LPIN1 are closely related with milk fat synthesis. Additionally, glucose plays a major role for synthesizing lactose. Activations of lactose synthesize enzymes such as membranebound enzyme, beta-1,4-galactosyl transferase (B4GALT), glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) are changed by concentration of glucose in blood resulting change of amount of lactose production. Glucose transporters are a wide group of membrane proteins that facilitate the transport of glucose over a plasma membrane. There are 2 types of glucose transporters which consisted facilitative glucose transporters (GLUT); and sodium-dependent transport, mediated by the Na+/glucose cotransporters (SGLT). Among them, GLUT1, GLUT8, GLUT12, SGLT1, SGLT2 are main glucose transporters which involved in mammary gland development and milk synthesis. However, more studies are required for revealing clear mechanism and function of other unknown genes and transporters. Therefore, understanding of the mechanisms of glucose usage and its regulation in mammary gland is very essential for enhancing the glucose utilization in the mammary gland and improving dairy productivity and efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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