밥의 텍스쳐에 대한 일련의 연구에서 식미와 관련성이 있는 열수 가용성 쌀 전분에 대하여 분자 구조적 측면에서 그 관련성을 구명하고자 하였다. 열수 가용성 쌀 전분의 분자 구조는 분자 크기가 작은 아밀로오스와 평균 사슬길이 $10{\sim}20$ 글루코오스 단위로 된 아밀로펙틴이 7 : 3 정도로 결합하고 있었다. 열수 가용성 쌀 전분의 용출율은 아밀로오스의 분자 크기가 작을수록, 아밀로펙틴의 초장쇄가 적을수록 높았으며, 전분의 열수 가용화는 전분의 분자 구조와 밀접한 관계가 있었다. 또한, 밥의 텍스쳐는 열수 가용성 쌀 전분의 용출율이 높을수록 경도는 낮고, 부착성은 높았다. 이러한 결과들로 볼때, 밥의 텍스쳐는 쌀 전분의 분자 구조와 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었으며 전분의 열수 가용화 되는 성질은 쌀의 식미 평가 지표로서의 가능성이 시사되었다.
Even though the notice No. 2010-11 of the Ministry of Food and Drug Safety Administration that has been applied to analyze the content of the water soluble residue eluted from multi-layer paperboard was abolished in 2011, its application for the analysis on evaporation residue is still valid. There are very high possibilities that the noticed existing method gives the misleading result on the evaporation residue due to the water soluble starch eluted from the multi-layer paperboard. The quantitative analysis on water-soluble residue with starch content correction has been carried in the study using UV/Vis spectroscopy and HPLC. The UV/Vis spectroscopy absorbance analysis showed the large amount of the oxidized starch obtained from the aqueous residue eluted out of the multi-layer paperboard after the iodine, ${\alpha}$-amylase reaction, and starch hydrolysis. The residual content decreased by the correction through the enzyme hydrolysis.
과요오드산으로 산화시킨 당을 유리아미노산과 반응시켜서 ${\alpha}-NH_2$기와 펩티딜리신의 ${\varepsilon}-NH_2$기와 반응하여 결합한 것을 확인하였다. 그래서, 제조한 과요드산-산화당은 단백질 분자 표면의 리신의 ${\varepsilon}-NH_2$기와 Schiff 염기 반응으로 공유결합하여 당단백질을 만드는 것으로 볼 수 있다. 과요드산 산화당으로 변형한 고구마 ${\beta}$-아밀라아제는 C, H는 증가, N은 감소하였다. N말단의 ${\alpha}-NH_2$기는 70% (pentamer), 73% (monomer), ${\varepsilon}-NH_2$기는 33% (pentamer), 26% (monomer)가 산화당과 반응하였다. 페놀-황산법에 의한 총당 정량과 DNP 법으로 분석한 결과, $IO_4$-산화말토헥사오스는 고구마 ${\beta}$-아밀라아제 1몰당 6몰이 결합된 것으로 나타났고, 고구마 ${\beta}$-아밀라아제에 결합된 산화가용성 전분은 효소단백질 대비 13.2% (monomer), 13.5% (pentamer), 산화말토헥사오스는 9.7% (pentamer), 9.3% (monomer)로 나타났다.
찰흑미(상해항혈나)에서 열수가용성 물질과 열수불용성 물질을 분리하여 그 전분의 겔 크로마토그래피 용출양상을 조사하였다. 열수가용성 물질은 찰흑미 전분이 16.6%,신선찰벼 전분이 13.4%였으며, 열수가용성 물질의 Sepharose CL-2B에 의한 용출양상은 두 시료 모두 void volume 부근에서 대부분 용출되었고, 열수가용성 물질에 대한 요오드복합체의 최대흡수파장은 신선찰벼 전분과 찰흑미 전분이 각각 522 nm와 520 nm로 생 전분에서의 요오드반응과 비교하여 약간의 이동이 있었다. 열수불용성 물질의 Sepharose CL-2B에 의한 용출양상은 열수가용성 물질의 용출양상과 서로 비슷하였으며 요오드복합체와의 최대흡수파장은 열수가용성 물질보다 낮았다.
본 연구에서는 식품산업에 적용 가능한 amylase의 발굴을 위하여 된장으로부터 amylase를 생산하는 균주를 분리하였고, 분리된 미생물들의 동정을 통하여 GRAS 미생물로 부터 생산되는 amylase에 대한 효소 특성을 규명하였다. 그 결과 균주 유래 16S ribosomal RNA 유전자 염기서열에서 B. subtilis로 동정되어 본 균주를B. subtilis CBD2로 명명하였다. B. subtilis CBD2 균주의 생육에 미치는 배지 성분에 대한 특성을 검토한 결과 본 균주는 pH 7.0, NaCl 3%, glucose 10%에서 가장 높은 균 생육 특성을 나타내었다. 그리고 본 균주의 amylase 생산에 미치는 탄소원의 영향을 검토한 결과, 본 균주는 soluble starch, corn starch, maize amylopectin 및 wheat starch 중에서 soluble starch를 탄소원으로 사용하였을 때 가장 높은 amylase 생산성을 나타내었다. B. subtilis CBD2유래 amylase의 활성에 미치는 반응조건을 검토한 결과 본 균주 유래 amylase는 pH 8.0 그리고 $50^{\circ}C$에서 가장 높은 효소 활성을 나타내었으며 기질특이성에 대한 검토에서는 corn starch>wheat starch>soluble starch>maize amylopectin 순으로 효소 활성을 나타내었다. B. subtilis CBD2가 생성하는 amylase 효소와 corn starch 기질 반응에 대한 전분 분해능 및 당 생성율 변화에서는 24시간에서 가장 높은 전분 분해능 및 당 생성율을 나타내어 corn starch를 이용한 효소 반응은 24시간이 가장 적절함을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 분리된 균주는 GRAS 미생물인B. subtilis이었으며 본 균주 유래의 amylase 특성을 활용한다면 향 후 식품산업에 있어서 전분 분해 관련 분야에 유용하게 이용될 것으로 기대되어진다.
과요오드산-산화가용성전분은 Aspergillus awamori a-glucosidase의 pH 안정성을 증가시켰다. 40℃에서 두시간 항온시킨 결과, 과요오드산-산화가용성전분이 존재하지 않을 때의 효소는 pH 3∼7, 존재할 때의 효소는 pH 3∼9, 50℃에서 과요오드산-산화가용성전분이 존재하지 않을 때의 효소는 pH 3∼6, 존재할 때의 효소는 pH 3∼8 범위에서 안정하였다. 60℃에서는 과요오드산-산화가용성전분의 존재여부에 관계없이 효소는 pH 3∼6 범위에서 안정하였으나 pH 5와 6에서 과요오드산-산화가용성전분이 존재하면 효소의 잔존활성은 존재하지 않을 때보다 20% 더 높았다. 과요오드산으로 변형한 효소는 pH 9에서 활성이 70% 남았으나 변형하지 않은 효소는 남지 않아서 변형으로 안정성이 증가된 것으로 나타났다. 변형효소는 50℃에서 12%, 80℃에서 7%의 활성이 남았으나 변형시키지 않은 효소는 50℃에서 8%가 남고, 70℃이상에서는 남지 않았다. HPLC 분석 결과 pH 2 이하 및 9 이상에서는 효소의 서브유니트가 분리되고, 변성 중합되었다. 변형하지 않은 효소는 산성과 알칼리성 pH에서 변성되어 단백질의 구조가 무너졌지만 과요오드산-산화가용성전분이 존재하면 변성되지 않았다.
식품의 주요성분이 항균 활성 분획물의 항균 활성에 미치는 영향을 살펴보기 위해 액체 배지에 casein, soybean oil 및 soluble starch를 일정 수준으로 첨가하여 최종 농도를 1% 및 3%로 조정한 후 항균 활성이 우수한 예덕나무 조 추출물인 hexane 분획물 및 linolenic acid를 50 ppm 및 1,000 ppm 수준으로 첨가한 액체 배지에 L. monocytogenes 2 균주를 접종, $30^{\circ}C$에서 72시간 동안 배양하면서 생균수를 계수하였다. Hexane 분획물 1,000 ppm과 3% casein이 첨가된 처리구는 초기 균수가 $10^7\;CFU/mL$ 수준이었으나 72시간에서 $10^8\;CFU/mL$ 수준으로 증식하여 hexane 분획물 1,000 ppm의 항균 활성은 3% casein에 의해 완전히 저해되었으며, linolenic acid 1,000 ppm의 항균 활성은 3% casein에 의해 활성이 부분적으로 저해되었다. Soybean oil(1%, 3%)의 경우 linolenic acid 1,000 ppm의 항균 활성은 3% soybean oil에 의해 활성이 부분적으로 저해되었으며, soluble starch(1%, 3%)와 hexane 분획물 1,000 ppm이 첨가된 처리구는 48시간 이후 균이 검출되지 않거나(1% soluble starch), 또는 5 log cycle 정도 감소하였으며(3% soluble starch), soluble starch(1%, 3%)와 linolenic acid 1,000 ppm이 첨가된 처리구는 48시간 이후 균이 검출되지 않았다. 이상의 결과로 볼 때 soluble starch(1%, 3%)는 hexane 분획물 1,000 ppm 및 linolenic acid 1,000 ppm의 항균 활성을 저해하지 않는 것으로 나타났다.
고구마 $\beta$-아밀라아제를 NaIO4-산화 가용성 전분으로 변형하여 안정성을 측정하였다. 그 결과, 치적안정 pH는 3 및 4를 나타냈고, pH 3, 5~9, 11에서 비변형 효소보다 높은 안정성을 나타냈다. 6$0^{\circ}C$에서 15분 동안 변형효소는 비변형 효소보다 안정성이 증가하였다. 변형 보리 $\beta$-아밀라아제는 전체 pH에 걸쳐서 넓은 pH 안정성을 나타냈고, $\alpha$-cyclodextrin은 이를 더욱 증가 시켰다.
가용성 전분으로부터 CGTase 효소에 의한 Cyclodextrin(CD) 동족체의 생산 실험을 dead-end형 막모듈을 설치한 막-효소 반응기에서 수행하였다. 회분 반응기에서의 CD 동족체 생산시 생산물 저해작용 및 생산된 CD의 다른 환원당으로의 분해에 의해 반응시간에 따른 전분의 CD 동족체로의 총 전환율이 최대 45%를 나타내었다가 급격히 감소하였다. 반면 분획분자량 10,000 달톤의 분리막이 설치된 막-효소 반응기에서의 CD 동족체 생산시 CD 동족체를 생산 즉시 반응기로부터 막을 통해 연속 분리할 수 있어 총 전환율이 35%로 일정하게 유지되었다. 10% 전분용액 및 2 atm 조작압력하에서 막-효소 반응기를 24시간 운전하였을 때 CD 동족체의 누적 생산량은 약 3.7 kg/m$^2$이었다.
폴리 젖산의 원료가 되는 젖산은 D-, L의 광학이성질체로 존재하는데 L젖산 폴리머와 라세미 폴리머는 결정성과 녹는점이 다르므로 플라스틱으로서의 만족할 만한 물성을 기대하기 위하여 원료로서 광학적으로 순수한 L-lactic acid가 요구된다. 이를 위하여 한 종류의 이성질체만을 선택적으로 생산하는 젖산균주를 탐색하여 분리함으로써 광학적으로 순수한 산물을 얻을 뿐만 아니라 이러한 발효법에 의한 젖산생산은 자연계에 풍부한 starch나 cellulose, 음식물쓰레기와 같은 재생 가능한 자원을 기질로 사용하여 젖산발효에서 전분의 당화 공정에 필요한 시간과 노력을 최소화하며 젖산 생산에 드는 전체적인 비용을 절감할 수 있다. 전분을 직접 이용하는 것은 젖산균의 일반적인 성질이 아니므로 전분이 풍부한 누룩을 수집하여 직접적으로 전분을 분해하여 젖산발효를 수행하는 균주를 누룩에서 분리하였다. 분리균주는 형태학적, 배양학적,생화학적 특성 및 16s rDNA 분석을 통하여 Enterococcus sp.으로 동정되어 Enterococcus sp. JA-27로 명명하였다. 생육에 따른 L-lactic acid의 최적 생산 조건을 검토한 결과, 최적 배지조건은 탄소원으로 1.5% soluble starch, 질소원으로 3.5% tryptone, 그 외의 다른 조성들은 0.1% $K_2$$HPO_4$, 0.04% $MgSO_4$$.$$7H_2$O, 0.014% $MnSO_4$$.$$4H_2$O, 0.04% $MgSO_4$$.$$7H_2$O이었고 최적 배양조건은 $30^{\circ}C$, pH 8이었다. 대량생산을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 회분배양과 유가배양을 실시하였고, 회분배양이 L-lactic acid의 생산수율(0.134 g, L-lactic acid/g, soluble starch)이 더 높게 나타나 효과적이었다. 7 L 발효조 배양시 pH를 control한 결과, L-lactic acid 생산이 삼각플라스크에 비해 1.5배 더 증가하였다. 배지 중의 젖산을 정제하기 위한 방법으로 이온교환 칼럼크로마토그라피(ion-exchange column chromatography)를 사용하였고 일련의 정제 과정을 통하여 배양액 중의 L-lactic acid 정제 수율은 약 85% 정도로 나타났으며 HPLC로 분석한 결과 99.7%의 순도를 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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