In this study, we separated and purified lipase inhibitory peptide from fermented milk by Lactobacillus plantarum Q180 with the aim of developing a new functional anti-lipase activity yogurt product. L. plantarum 180 was inoculated into 10% reconstituted skimmed milk and incubated at 37℃ until the pH of the culture reached pH 4.4. The lipase activity was measured using porcine pancreatic lipase. The lipase inhibitory peptides were gradually isolated by ultrafiltration, reversed phase column chromatography (RPC), reversed phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC), and gel permeation high-performance liquid chromatography (GP-HPLC) from the fermented milk by L. plantarum Q180. An ODS-AQ column was used for the RPC, a Vydac C18 column for the RP-HPLC, and a Superdex Peptide HR column for the GP-HPLC. The peptide was composed of Asp, Thr, Ile, Ser, Ala, and Gln, and the anti-lipase activity (IC50) was 2,817 ㎍/mL.
미생물에서 추출된 lipase를 유지방분해에 이용하기 위한 기초연구로서 Rhizopus delemar, Mucor sp. 및 Candida cylindracea에서 추출된 3중의 lipases를 유지방분해에 적합한 반응조건을 설정하고, 이들의 반응 특이성을 연구한 결과는 다음과 같다. 최적온도 및 최적pH는 Rhizopus delemar lipases가 $45^{\circ}C$, pH5.6 Mucor sp. lipases가 $35^{\circ}C$, pH7.5였으며, Candida cylindracea lipase는 $35^{\circ}C$, pH 7.0 이었다. 유지방에 대한 적정효소농도는 3종의 lipase 모두 $600{\sim}800\;units/ml$였다. 적정기질농도는 효소의 종류에 관계없이 유지방함량 20%였으며, 이들의 Km값은 R. delemar lipase가 6.06%, M sp. lipase가 7.69%, Can. cylindracea lipase가 7.99%였다. 반응시간에 따른 반응율을 조사한 결과 R. delemar lipase, M. sp. lipase, Can. cylindracea lipase순으로 높았으며 반응시간이 진행됨에 따라 저급지방산의 분해율이 높아졌으며, 반응 8시간에서는 R. delemar lipase는 butylic acid, M. sp. lipase는 palmitic acid, Can. cylindracea lipase는 Capric acid의 함량이 높았다.
우유의 지방분해 효소인 리파제를 분리 연구하기 위하여 홀몬처리 되지 않은 정상유와 홀몬 처리된 비정상유에서 리파제를 Heparin-Sepharose-CL-6B를 이용하여 분리 정제하였다. Heparin-Sepharose에 친화력을 조사한 결과 두 개의 효소활성이 있는 성분이 구분되었으며 한 성분은 Heparin-Sepharose-CL-6B에 결합되었고 다른 한 성분은 결합되지 않은 채 분리되었다. 친화성 크로마토그램에 결합되어 분리 정제된 리파제의 최적 온도, 최적 pH, 기질 특이성, 분자량 및 BSA의 활성제로서의 작용등 여러 가지 효소특성은 모두 동일한 것으로 나타났다. 그러나 홀몬처리된 소에서 얻은 우유의 경우에는 또 다른 호소활성 성분이 나타나 있음을 알았다. 이 lipolytic activity가 있는 성분은 Heparin-Sepharose-CL-6B에 친화력을 보이지 않았으므로 정상적인 milk lipase와는 구별된다. 따라서 홀몬처리된 소에서 얻은 우유에 함유된 성분중 Heparin-Sepharose에 결합된 효소는 유지방 자동산화에 영향을 끼치지 않으며 Heparin-Sepharose에 결합되자 않은 활성이 있는 성분은 자동산패에 영향을 크게 미친다고 볼 수 있다. 그 이유는 hormone의 불균형 상태로 인하여 생유에 자동산패가 일어날 수 있으며 이것은 비정상적으로 분비된 리파제 출현 사이에 연관관계가 있음을 의미한다.
유지방구로부터 분리 정제한 lipase의 활성과 안정성에 미치는 pH의 영향을 야자유와 균질유를 기질로 하여 조사하였다. 효소원으로 buttermilk를 사용하였을 경우는 반응온도 $37^{\circ}C$에서 야자유, 균질유 모두 pH 9.5에서 최대 활성을 나타내었으며, 전형적인 종형의 pH의 존곡선을 나타내었다. 그러나 반응온도 $0^{\circ}C$에서는 pH 10.0까지 활성이 증가하였다. 정제 lipase를 사용한 경우는 반응응도 $37^{\circ}C$에서 균질유를 기질로 사용하였을 때 종 모양의 곡선을 나타내었으며, 최대 활성은 pH 9.0에서 나타났다. 반응온도 $0^{\circ}C$에서는 pH 10.0까지 활성이 계속 증가하였다. BSA를 첨가한 야자유를 기질로 사용한 경우는 반응온도 $37^{\circ}C$, $0^{\circ}C$ 모두 최대 활성이 pH 9.5에 나타났으며, pH 10.0에서는 활성이 현저하게 저하하였다. 정제 lipase의 안정성에 미치는 pH의 증가에 따라 현저하게 저하하였다. pH 10.0에서 $37^{\circ}C$로 20분간 효소를 유지하였을 경우 lipase의 활성은 pH 8.5 때의 활성에 비하여 13%로 감소하였다. 그러나, $4^{\circ}C$에서 60분간 효소를 유지하였을 경우는 lipase 활성이 pH 7.5∼10.0의 범위에서 안정하였다.
산양유의 비유기간 중 연평균 유지방 함량이 3.88% 이었으며, 동절기(4.2%) 보다 하절기 (3.8%)에 낮았다. 유지방 함유율이 높을수록 총고형분 함량도 비례하여 증가하였다. 산양유 원유를 24시간 냉장저장 하는 동안에 저급 유리지방산(C4:0~C10:0)은 106% 증가하였으며 중급 및 고급 유리지방산(C12:0~C18:1)은 203%로 높은 증가율을 보였다. 균질한 시유에 원유를 첨가하여 반응할 때에 저급 유리지방산은 22% 증가되었으며 중급 및 고급 유리지방산은 199% 증가되었다. Lipase의 종류에 따른 지방분해실험에서 calf lipase는 중급 및 고급지방산 9배 보다 저급지방산은 5.6배로 증가시켰다. 그러나 Candida rugosa lipase와 Pseudomonas fluorescens lipase는 저급 유리지방산이 각각 6배와 14배 증가하고, 중급 및 고급 유리지방산은 각각 34배와 162배 증가하여 중급 및 고급지방산을 더 잘 분해하는 것으로 나타났다. 산양유의 LPL 활성이 높을수록 유리지방산 생성량도 증가되어 유의적 상관관계(r=0.5635)를 보였으며 또한 산양유 이취가 높아지는 상관관계(r=0.5777)를 보였다. 유지방 함량이 낮을수록 LPL 활성은 높아지는 유의적 역 상관관계(r=-0.4627)를 보였다. 산양유의 palmitic acid 함량이 높을 경우 산양유 이취 강도가 증가하는 유의적 상관관계(r=0.7226)를 보였다.
Obesity, a condition in which an abnormally large amount of fat is stored in adipose tissue, causing an increase in body weight, has become a major public health concern worldwide. The purpose of this study was to optimize the process for fermented milk for the production of a functional product with an anti-obesity effect by using Lactobacillus plantarum Q180 isolated from human feces. We used a 3-factor, 3-level central composite design (CCD) combined with the response surface methodology (RSM). Concentration of skim milk powder (%, $X_1$), incubation temperature ($^{\circ}C$, $X_2$), and incubation time (h, $X_3$) were used as the independent factors, whereas pH (pH, $Y_1$), anti-lipase activity (%, $Y_2$) and anti-adipogenetic activity (%, $Y_3$) were used as the dependent factors. The optimal conditions of fermented milk for the highest anti-lipase and anti-adipogenetic activity with pH 4.4 were the 9.5% of skim milk powder, $37^{\circ}C$ of incubation temperature, 28 h of incubation time. In the fermentation condition, the predicted values of pH, anti-lipase activity and anti-adipogenetic activity were 4.47, 55.55, and 20.48%, respectively. However, the actual values of pH, anti-lipase activity and anti-adipogenetic activity were 4.50, 52.86, and 19.25%, respectively. These results demonstrate that 9.5% of skim milk powder and incubation at $37^{\circ}C$ for 28 h were the optimum conditions for producing functional fermented milk with an anti-obesity effect.
Lipase를 유지분해에 이용하기 위한 기초연구로서 Candida cylindracea에서 추출된 lipase를 흡착법에 의해 고정화하고 그의 반응특이성을 본 결과는 다음과 같다. Lipase 흡착에 적합한 흡착제로는 silica gel이 선정되었으며, Silica gel 1.6g에 lipase 47.5 units를 $5^{\circ}C$, PH 7.0에서 100분간 흡착시키는 것이 좋았다. Silica gel에 고정화 시킨 lipase를 유지방과 olive oil의 분해에 적합한 최적온도 및 최적pH는 가용성효소와 비교시 $37^{\circ}C$, pH 7.0으로 변하지는 않았으나 활성의 범위는 넓어졌다. 또한 열안정성 및 pH안정성도 가용성 효소에 비하여 활성의 범위가 넓어졌다. 유지의 분해에 적합한 고정화 효소의 최적효소농도는 유지방의 경우 30g이었으며 올리브유의 경우 80g으로 선정하였다. 이 때 최적기질농도는 유지방 및 올리브유 모두 20%였다. 반응시간에 따른 반응률은 유지방을 이용하여 조사한 결과 가용성 효소는 반응 4시간까지는 급격한 분해를 나타냈으나 고정화 효소는 8시간 까지 급격한 증가를 나타내고 그 이상은 거의 일정하였다. 또한 유리되는 지방산의 profile은 가용성 효소와 비교시 capric acid의 생성은 모두 높았으며, myristic acid의 함량은 높고 butyic acid의 함량은 적었다.
Heat treatment is the most popular processing technique in the dairy industry. Its main purpose is to destroy the pathogenic and spoilage bacteria in order to ensure that the milk is safe throughout its shelf life. The protease and lipase that are present in raw milk might reduce the quality of milk. Plasmin and protease, which are produced by psychrotrophic bacteria, are recognized as the main causes of the deterioration in milk flavor and taste during storage. The enzymes in raw milk can be inactivated by heat treatment. However, the temperature of inactivation varies according to the type of enzyme. For example, some Pseudomonas spp. produce heat-resistant proteolytic and lipolytic enzymes that may not be fully inactivated by the low temperature and long time (LTLT) treatment. These types of enzymes are inhibited only by the high temperature and short time (HTST) or ultra-high temperature (UHT) treatment of milk.
Geotrichum candidum이 분비한 lipase를 인산완충용액 중에서 열처리하여 열불활성 곡선을 얻었다. $50^{\circ}C$에서 lipase의 열 불활성 곡선은 고온의 경우와는 달리 일차 반응 속도법칙을 따르지 않았고 고온의 경우에는 일차 반응을 따랐다. $60^{\circ}C$에서의 엔탈피, 엔트로피 및 깁스 자유 에너지의 변화는 각각 120.4 kJ/mol, 73.0 J/mol.K 및 96.9 kJ/mol이었다. 열 불활성 곡선에서 얻은 Geotric hum candidum lipase의 z-value는 $19^{\circ}C$로 pancreas나 우유 중에 존재하는 lipase의 z-value보다 훨씬 큰 값을 나타낸다. 환경인자의 영향으로는 lecithin과 linoleic ac를 첨가하여 열처리 하였는데 실험에 사용한 계면활성제의 농도에서는 별다른 큰 영향을 미치지 않았다.
Cheese milk를 기질로 하여 pronase 등 protease와 palanatase ML 등 lipase를 이용하여 EMC를 제조하였다. Cheese milk 가수분해에 관여하는 각 protease의 반응 조건을 살펴본 결과, pronase-3$0^{\circ}C$, pH 7.0, PANCREATIO-4$0^{\circ}C$, pH 8.0, pacific protease-3$0^{\circ}C$, pH 7.0과 Asp. Sp. 기원 protease-5$0^{\circ}C$, pH 8.0에서 최대의 활성을 보였으며, lipase의 반응 조건은 pancreatic lipase-5$0^{\circ}C$, pH 8.0, palatase ML-5$0^{\circ}C$, pH 7.0과 Candida cylindracea 기원 lipase-4$0^{\circ}C$, pH 6.0 이었다. 최적 반응 조건에서 가수분해를 행한 결과 반응 시간이 증가할수록 유리아미노산의 양과 유리지방산의 양이 증가하는 경향을 보였다. Pacific protease와 pronase에 의해 가수분해시 0.67mg/ml과 0.74 mg/ml의 유리 아미노산을 생성하였으며, 유리 아미노산 중 glutamic acid와 leucine이 가장 많은 함량을 보였다. Candida cylidracea 기원 lipase를 이용하여 가수분해시 가장 많은 유리 지방산 생성량을 보였다. 각 EMC의 지방산 조성을 살펴본 결과 butyric acid, palmitic acid, stearic acid와 oleic acid의 함량이 보였다. Pancreatin에 의해 가수분해 후 각 lipase를 사용하여 제조한 EMC의 관능검사 결과, pancreatic lipase를 이용한 EMC가 가장 쓴맛이 강하였고, palatase에 의한 EMC는 가장 바람직한 cheese 향기를 가지고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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