발효법으로 D Tagatose를 생산하는 방법은?

d-타가토스는 6 탄소의 케토스이며 d-갈락토스의 이성질체이다.순수한 d-타가토스는 찾기 쉽지 않은데, Sterculi한setiger한나무에서 분비되는 껌에서만 발견되기 때문이다.소량의 d-타가토스는 저온 살균 우유, 핫 초코, 치즈 및 치즈 제품에서도 발견됩니다.d-타가토스의 약 20% 만이 섭취 후 소장에서 흡수될 수 있기 때문에 기본적으로 칼로리를 생성하지 않으며 혈당 변동을 일으키지 않는다.반면 d-타가토스는 충치 형성을 막을 수 있으며 장 내 미생물에 의해 특정 프로바이오틱스 [1]의 성장을 촉진하는 데도 사용될 수 있다.최근 생활수준의 향상과 비만, 당뇨 등 질병의 유병률이 높아짐에 따라 자당을 대체할 기능성 감미료로 d-타가토스가 사용되어야 한다는 요구가 증가하고 있어 많은 관심을 끌고 있다.

촉각et al. [2]은 1991년에 Ca(OH)2를 이용하여 이성질체 d-갈락토스로부터 d-타가토스를 생산하는 공정을 발명하였다.d-갈락토스는 유당이나 좀 더 저렴한 유장 (유제품 생산에서 나오는 노폐물)을 가수분해하여 얻을 수 있으며, 공정 비용은 시장에서 수용 가능하다.그러나,이 방법은 반응 용액을 중화시키기 위해 많은 양의 강산을 사용해야하므로 폐수 오염을 일으킬 가능성이 있다;게다가 반응 부산물이 많아 하류 분리가 어렵다.Cheetham 등 [3]은 L-arabinose이성질체 효소 (L-AI 효소, EC5.3. 1. 4) d-갈락토스로부터 d-타가토스의 생성을 촉매할 수 있다.다음 20년 동안 효소 생산 스크리닝, 외인성 발현 및 다양한 유형의 미생물의 특성 분석을 통해 학자들은 D-tagatoseL-AI 효소의 산업 생산에 적합한 다양한 L-AI 효소를 발견했습니다;이들은 주로 d-갈락토스의 전환율이 높고, 효소의 열안정성이 좋으며, 효소의 최적 촉매 pH는 산업 생산에 적합한 산성 조건인 경향이 있는 것으로 밝혀졌다 [4].

반면, 분자생물학 방법을 이용한 야생형 L-AI 효소의 유전공학도 야생 효소의 산업적 응용 가능성을 효과적으로 높일 수 있다;이는 주로 컴퓨터 분자 시뮬레이션 기술을 이용한 L-AI 효소의 구조 모델 수립과 효소 내 중요한 아미노산 잔기의 합리적인 설계에 반영되어 있다.촉매 공정 측면에서는 고정화 세포/효소의 회분식 전환 기술이 성과를 거두었다;그러나 낮은 기질 전환율, 긴 반응 주기, 효소 활성의 짧은 반감기 등의 문제는이 기술에서 병목점으로 남아 있다.또한, 재조합 대장균을 대체할보다 안전한 식품등급 L-AI 효소 외인성 발현숙주 개발이라는 시급한 과제가 임박했다.현재 미국 기업인 스피릭스 (Spherix)는 제2 형 당뇨병 치료제로 d-타가토스의 임상 3 상을 진행 중이다 [5].

이 임상시험이 성공하면 d-타가토스는 생물 의학 분야에서 넓은 전망을 갖게 될 것이며 또한 생물 생산 공정에 대한 훨씬 더 시급한 수요를 창출할 것이다.저자는 최근 L-AI 효소와 d-타가토스의 생물공정 생산에 관한 연구단의 연구 결과를 종합하여 L-AI 효소의 스크리닝 및 응용, 유전공학적 변형에 관한 연구, 고정화 기술의 응용에 대한 고찰을 제공하며, d-타가토스와 같은 새로운 기능성 감미료의 친환경 생산을 위한 참고자료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

L-AI 효소의 근원 및 특성에 대한 연구 1

현재 알려진 L-AI 효소로는 대장균subtilis [6], Lactobacillus plantarum [7], Acidothermusthermophilus [8], Geobacillusstearothermophilus[9], Thermus thermophilus [10] 등이 클로닝 및 외부 발현을 통해 원핵 미생물로부터 얻어지고 있다 (표 1).

표 1에서 볼 수 있듯이, 이러한 미생물의 매우 다른 생장 환경으로 인해, 다양한 원료에서 나온 L-AI 효소의 촉매 특성 또한 장기간의 자연 진화 후 상당히 갈라졌을 가능성이 있다.

1) d-갈락토스 이성질화 반응의 최적 온도는 상이하며, 15 내지 95 °C의 범위로 보고되었다.그 중 Shewanella sp. ANA-3와 Lactobacillus sakei 23K의 L-AI 효소는 4 °C [11-12]의 저온에서 안정적으로 촉매작용을 할 수 있는 반면 Anoxybacillus는 환경이 매우 다르다.장기간의 자연 진화 후, 다양한 공급원에서 나온 L-AI 효소의 촉매 특성 또한 상당한 차이를 보였다.

1) d-갈락토스 이성질화 반응의 최적 온도는 상이하며, 15 내지 95 °C의 범위로 보고되었다.

그 중 Shewanella sp. ANA-3와 Lactobacillus sakei 23K의 L-AI 효소는 4 °C [11-12]의 저온에서도 안정적으로 촉매가 가능하며, AnoxybacillusflavithermusL-AI 효소는 95 °C [17]의 극한 온도에서도 효소 활성을 유지할 수 있다.일반적으로 L-AI 효소는 최적 반응 온도에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있다:중성 L-AI 효소, 열성 L-AI 효소 및 과열성).이들의 최적 반응 온도는 각각 60 °C 미만, 60~80 °C 사이, 80~95 °C 사이이다 [18].그 중 열변성형은 d-타가토스의 공업적 생산에 더 적합한 것으로 평가되는데, 주로 d-갈락토스로부터 d-타가토스로의 이성질화 반응에 필요한 깁스 자유 에너지가 높기 때문에 (4.96 kJ/mol), 높은 전환율을 얻기 위해서는 상대적으로 높은 촉매 온도가 요구된다.그러나 지나치게 높은 온도는 대신 갈색반응을 일으켜 제품의 품질에 영향을 미치게 됩니다.따라서 대부분의 학자들은 60~70 °C의 반응온도가 가장 적합하다고 보고 있다 [1, 4].

2) 최적 반응 pH는 다양하며, 5.0에서 10.5 까지의 범위로 보고되고 있다.대부분의 L-AI 효소는 최적 촉매 pH가 7.5~8.5 사이이지만, 산업 생산에서는 알칼리 반응 조건에 의한 비특이적인 부반응을 피하고, 유당 가수분해에 필요한 산성 pH를 맞추기 위해 산성 범위의 최적 촉매 pH가 필요하며, 반복적인 조정을 피하고 생산 공정을 단순화해야 한다 [1, 4].

3) 금속 이온에 대한 다른 요구 사항.대부분의 L-AI 효소는 효소 활성을 발휘하고 열적 안정성을 유지하기 위해 금속 이온이 필요하다.그 중에서 Mn2 +와 Co2 + 이온이 가장 흔하다.그러나 Co2 +는 식품 산업에서 사용될 수 없으므로 Co2 +에 대한 의존도가 높은 L-AI 효소는 상대적으로 산업적으로 응용이 제한적이다 [10].흥미롭게도 대장균halodurans와 대장균stearothermophilusUS100으로부터 L-AI의 효소활성은 EDTA 처리 후 감소되지 않았다.가능한 이유로는이 두 효소가 금속 이온에 의존하지 않거나, 효소의 활성 중심이 금속 이온과의 결합 능력이 강하고, 금속 이온이 쉽게 분리되지 않기 때문이다 [16].

4) 기질특이도에 유의한 차이가 있다.예를 들어, Bacillus subtilis 및 Bacillus licheniformis에서 유래한 L-AI 효소는 L-arabinose[6, 13]를 촉매하는 능력만 가지고 L-AI 효소 계열에서 매우 특별한 D-갈 락 토 오 스를 촉매할 수 없으며;이들은 L-AI 효소의 기질 선택성을 연구하는데 적합할 것이다.

4) d-갈락토오스에 대한 다양한 촉매 효율.l-아라비노스에 대한 거의 모든 L-AI 효소들의 촉매효율 (kcat/Km 값)은 d-갈락토스보다 훨씬 높으므로 d-갈락토스에 대한 L-AI 효소들의 촉매효율은 일반적으로 낮다.그러나 쳉등 [15]은 Acidothermus cellulolytics ATCC43068에서 추출한 L-AI 효소가 D-galactose에 대해 상대적으로 높은 촉매 효율 (kcat/Km = 9.3 mmol/(L·min))을 보인다는 것을 확인하였다.Rhimi등 [12]은 할 수 있는 Lactobacillus sakei 23K 균주로부터 L-AI 효소를 얻었다낮은 온도에서 d-갈락토스를 촉매한다그리고 산성 환경에서도.D-galactose에 대한 kcat/Km 값은 10.3 mmol/(L·min)에 이르며, 이는 지금까지 문헌에 보고된 가장 높은 값이다.

d-타가토스의 산업적 생산을 위해, d-갈락토스에 대한 촉매 효율이 높은 열내성ㆍ내산성의 금속이온 독립 L-AI 효소를 스크리닝할 수 있다면, 기술 발전이 크게 촉진될 것이다.내가 속한 연구 그룹은 전통 피클에서 L-AI 효소를 생산하는 Lactobacillus fermentum 균주를 스크리닝했다 [19-20].이 균주에 포함된 L-AI 효소 암호화 유전자는 외생적으로 발현되는 것으로 확인되었으며, 재조합 L-AI AI 효소는 최적온도 65 °C, 최적 pH 6.5에서 d-갈락토스를 촉매하며, 촉매 효율은 9.02 mmol/(L·min)로 산업적 응용에 대한 확실한 가능성을 입증하였다 [14, 21].

L-AI 효소의 유전공학 2

현재 d-타가토스 생산에 사용되고 있는 L-AI 효소의 효소적 특성이 개선될 여지가 있다는 점을 감안할 때, 이를 분자 수준에서 합리적으로 수정하려는 노력이 이루어지고 있다.2006년에는 대장균으로부터 L-AI 효소의 결정구조를 성공적으로 해결 (PDB database accession number:2AJT/2HXG) 하여 L-AI 효소의 유전공학을 위한 구조생물학의 토대를 마련하였다 [22].최근 컴퓨터 상동성 모델링 (computer homology modeling)에 의해 유도되는 directed evolution 기술과 site-directedmutagenesis가 L-AI 효소 변형을 위한 효과적인 수단이 되고 있다.산업 응용의 중요한 지표로서 효소 활성, 최적 반응 온도, 최적 반응 pH, 기질 선택도의 개정이 더 많은 관심을 받았다 (표 2).

주요 아미노산 잔류의 역할에 대한 연구는 주로 Bacillus stearothermophilus의 L-AI 효소에 집중되어 왔다.Rhimi등 23)은 B. stearothermophilus US100L-AI 효소의 공간구조에 대한 분자 시뮬레이션을 수행하고 175번째 아미노산을 site-directed mutation 하였다.이와 같이 돌연변이 (N175H)는 야생형 효소보다 더 넓은 최적반응온도 범위 (50~65 °C)를 얻었으며, 최적반응온도가 높은 야생형 효소 (80 °C)와 비교하여 생성 중 갈변성 부반응을 방지하는데 이로운 결과를 얻었다.오et al. [27]은 site-directed 돌연변이에 대한 추가적인 연구의 기초로서, G. sterothermophilusL-AI 효소의 408번째 아미노산이 중성 아미노산에서 극성 또는 염기성 아미노산으로 변화될 때, 돌연변이 균주의 최적 반응 pH 가 상당히 낮아진다는 것을 발견하였다 (8.5에서 7.5로).

이는이 위치가 L-AI 효소의 활성중심과 가까우므로 아미노산의 극성 변화에 따라 촉매중심의 미세환경의 전하분포가 변화하여 L-AI 효소가 산성조건에서 기질을 촉매하는 능력이 향상될 수 있기 때문으로 추측된다.오등 (28)은 아미노산 164의 벤젠 고리와 아미노산 475의 사이드 사슬의 크기가 G. thermodenitrificans L-AI 효소의 여러 중요한 아미노산 잔기의 site-directed mutagenesis에 의해 D-galactose를 촉매하는 L-AI 효소의 능력에 상당한 영향을 미친다는 것을 발견하였다.유당이다.그것의 이중 돌연변이 C450S-N475K는 D에 대한 촉매 효율이 5배 증가-galactose, 그리고 D-galactose의 전환율은 46%에서 58%로 증가하였다.2010년 P rabhu 등 [25]은 B. licheniformis L-AI 효소의 촉매 중심 및 그 근처의 아미노산 잔기를 분석하기 위해 homology modeling을 이용하여 여러 부위를 선택적으로 돌연변이시켰다.그 결과 돌연변이 (Y333A)는 L-arabinose를 촉매하는 능력을 완전히 잃어버렸다.저자는 촉매 활성 중심부의 주요 아미노산 잔기와 기질 사이의 거리가 촉매 능력을 결정한다고 생각합니다.따라서 촉매 중심 근처의 보존적 아미노산 잔기는 L-AI 효소의 기질 특이성에 중요하다.이것은 L-AI 효소의 기질 특이성을 수정하기 위한 아이디어를 제공한다.

고정화 기술을 이용한 d-타가토스 생산 3

현재까지 d-타가토스를 생산하는 가장 효과적인 생물학적 방법으로서 d-타가토스를 생산하는 고정화 세포/효소 기술이 심도 있게 연구되었으며, 다양한 생산 공정이 확립되었다 (표 3).

3.1 고정화 세포 기술을 이용한 d-타가토스 생산

알긴산나트륨을 이용하여 재조합 대장균 세포를 고정시켜 d-타가토스를 생성하는 방법은 오랫동안 학자들의 시야에 있었다.이 방식은 조작성과 신뢰성이 높고 저렴하여 산업적으로 응용할 수 있는 가능성이 있다.일반적으로, 유도성 발현 후, 재조합 대장균 세포는 알긴산나트륨으로 내장하고 CaCl2로 처리한 후 d-갈락토스의 촉매작용에 사용될 수 있다.홍 등 (35)은 나트륨 알긴산 고정화 재조합 대장균 세포를 이용한 d-타가토스 생산을 위한 안정적이고 저렴한 기술을 확립하였다.콜세포에서 d-타가토스를 생성.

반감기는 43일이며 이온교환컬럼으로 분리된 후 고순도 (>99%) d-타가토스를 생성한다.그러나 d-타가토스의 생산 균주로 대장균을 사용하는 것은 안전성의 위험성이 있다;따라서 식품급 미생물을 이용한보다 안전한 고정화 세포 생산 기술 개발은 향후 연구 방향이 될 수 있을 것이다.저자는 식품급 유산균 fermentum CGMCC2921균주를 이용하여 sodium alginate임베딩 및 글루타알데히드 교반법에 의해 D-tagatose생산을 위한 고정화 세포를 생산하였다.붕산을 첨가하는 조건에서 d-갈락토스의 d-타가토스로의 전환율은 60%에 도달할 수 있으며, 11.1 g/(L·h)의 수율을 얻을 수 있다.8개 전환 배치 (총 192 h) [37] 동안 전환율이 크게 감소하지 않았다.그러나 산업생산의 비용요건을 달성하기 위해서는 생산균주의 고밀도 재배와 효율적인 표현에 대한 심도 있는 연구가 진행되어야 한다.

고정화 효소 기술을 이용한 d-타가토스의 생산 3.2

고정화 효소 기술을 이용한 d-타가토스 생산은 높은 생산 강도를 얻을 수 있지만 번거로운 효소 정제 과정이 필요하다.김등 (31)은 알긴산나트륨을 이용하여 열경화성 L-AI 효소를 캡슐화하여 d-타가토스를 제조하였으며, 13.3 g/(L·h)의 수율을 나타내었다.류등 (30)은 sodium alginate 내장법을 이용하여 정제한 G. stearothermophilus L-AI 효소를 고정시킨 후, packed-bed생물반응기를 이용하여 d-타가토스를 제조하였다.반응 베드의 최적 고조-직경 비 등의 인자를 조사한 결과, 현재까지 문헌에 보고된 가장 높은 값인 54 g/(L·h)의 생성속도를 성공적으로 얻었다.Jung 등 34)은 고정화 효소 기술을 이용하여 얻어진 d-타가토스 수율이 높은 이유는 정제 후, L-AI 효소가 고정화 후 다른 숙주 단백질에 의해 간섭받지 않으며, 가장 이상적인 반응 경향으로 생물 분해 (biocatalysis;고정화 세포에는 많은 양의 숙주 단백질이 포함되어 있는 반면, 이러한 단백질이 있을 경우 상당한 steric 방해효과가 있어 고정화 세포를 사용할 때 d-타가토스의 수율이 훨씬 낮아진다.

또한 고정화 L-AI 효소 기술은 L-AI 효소의 특성도 효과적으로 개선할 수 있습니다.량등 [38]은 Tan에서 추출한 L-AI 효소를 내장하기 위해 sodium alginate를 사용하였다.mathranii, 그리고 내장 후 고정화 효소의 최적 반응 온도가 상당히 향상되었다 (60 °C에서 75 °C까지).5에서 8까지 등장.0은 80% 이상의 효소 활성을 유지할 수 있으며, 이러한 데이터는 자유 효소보다 훨씬 좋습니다.Jebors 등 [39]은 먼저 Noria/NoriaPG 고분자 재료를 이용하여 Lactobacillus sakei L-AI 효소를 고정시켰으며, 고온과 낮은 pH 조건에서이 효소의 안정성이 free 효소에 비해 향상되었다.

4. 화학 반응 평형을 변화시켜 d-타가토스의 수율 향상

L-AI 효소 이성질체 d-갈락토스의 반응에서 생성물 d-타가토스에 대한 친화성이 높은 일부 물질 (붕산 등)은 이와 조정하여 반응으로부터 분리시킬 수 있으며, 그 결과 용액에서 생성물이 감소하고 생성물 형성 쪽으로 화학 평형이 변화한다.임 등 (40)은 먼저 붕산을 이용하여 d-갈락토스의 d-타가토스로의 전환율을 정제된 열변성 L-AI 효소를 이용하여 d-타가토스를 제조하기 위해 얻은 전환율 중 가장 높은 77.4%로 증가시켰다.형성된 d-타가토스-붕산 복합체는 메탄올에 용해되며, 붕산은 생성물의 순도에 영향을 주지 않고 증발에 의해 제거될 수 있다.그러므로이 방법은 응용전망이 아주 큽니다.이상의 연구를 통해 기질에 대한 L-AI 효소의 촉매 효율은 붕산이 있을 때 현저히 향상됨을 알 수 있었다.리등 17은 D-galactose에 대한 Anoxybacillus flavithermus L-AI 효소의 촉매효율 (kcat/Km)이 붕산 첨가시 5.16 mmol/(L·min)에서 9.47 mmol/(L·min)으로 83.5% 증가하였다고 보고하였다.

L-AI 효소와 상용 효소의 결합 작용을 통해 d-타가토스를 함유한 희귀 당 혼합물 생산 5

락토스는 가수분해되어 포도당과 d-갈락토스의 등분 혼합물을 생성한다.포도당은 d-타가토스의 생성에 관여하지 않으므로 다른 희귀한 당을 생산하는 데 사용될 수 있다.Jorgensenet al. [32]의 사용을 첫 번 째 신고하려고 했었유당을 포함하는 혼합 시럽을 생산을 위한 원료로 사용하는 D-tagatose과 과당 움직이 thermophilicL-AI 효소, β-galactosidase 및 상업 포도당 isomerase를 포함하는 혼합 시럽 D-tagatose를 생산하고 과당에서 유당, 포도당을 충분히 활용 하기 위해 제품의 부가가치를 높 입니다.Rhimi등 41)은 알긴산 나트륨을 이용하여 열안정성 L-AI 효소와 포도당 이성질효소를 공동 발현하는 유전자 변형 세균을 캡슐화하였으며, 유당 가수분해물을 원료로 하는 생물학적 포장층을 이용하여 연속회분식으로 d-타가토스와 과당을 생산하는데 성공하였다.그러나 혼합 시럽의 성분 분리는 아직 다운스트림 기술 연구의 뒷받침이 필요하며, 현재는 탐색 단계에 불과하다.

d-타가토스의 분리 및 정제6

다운스트림 기술 연구의 목표는 d-타가토스의 분리 및 추출을 위한 효율적인 공정을 확립하는 것이다.전환 용액 중의 d-타가토스는 유기 용매로 추출하여 분리할 수 있다.서귀경 등 42)은 phenylboronic acid-4차 암모늄 이온성 액체 용매 추출법을 이용하여 d-타가토스를 분리하였으며, 추출율 65.7%, 회수율 92.3%로 나타났다.그러나 유기용제 시스템과 관련된 잠재적인 식품 안전 위험 및 환경 오염 문제를 고려할 때이 방법은 대규모 사용에는 적합하지 않을 수 있습니다.d-타가토스와 d-갈락토스는 서로 다른 형태의 알도펜토스이기 때문에 이온교환수지를 이용하여 분리할 수 있다.황원하 등 (43)은 Ca2+-형 이온교환수지를 이용하여 화학적 방법으로 합성한 d-타가토스를 정제하여 순도 98%, 회수율 83%의 d-타가토스를 얻었다.탈염된 d-타가토스를 에탄올로 결정화하여 순수한 d-타가토스를 얻을 수 있다.이 방법은 조작이 간단하고 실현 가능성이 높다.

d-타가토스의 생물학적 생산을 위한 운용 방법 및 장비 요건 7

d-타가토스의 생물학적 생산은 주로 유장을 원료로 사용한다.막 분리 장치를 이용해 단백질과 소금 등 불순물을 제거하고 유장을 농축하는 방식이다.농축된 유장을 고정화된 락타아제로 가수분해하여 d-갈락토스와 포도당의 혼합물을 얻는다.그 후 혼합물에 들어있는 포도당은 미생물 (예:brewer's 이스트), 에탄올을 증류하여 제거한다.남은 d-갈락토스는 고정화 L-AI 효소 (또는 L-AI 효소를 포함하는 유전자 조작 박테리아)에 의해 d-타가토스로 전환된다.완전히 전환되지 않은 d-갈락토스는 케이션 교환열을 이용하여 분리 및 회수할 수 있다.d-타가토스만을 함유 한 전환 용액의 증발 및 농도는 제품 결정화 및 건조에 사용할 수 있습니다.전체 공정에 관련된 장비는 막 여과 장치, 발효기, 원심분리기 (또는 플레이트 및 프레임 필터 프레스), 증류 장비, 이온 교환 수지, 결정화 장비, 건조기 등을 포함합니다.크래프트 푸드 (Kraft Foods Inc.'s d-타가토스 바이오 공정 생산 방법 일 예로 [44], 구체적인 작동 방법 및 장비 사용량을도 1에 나타내었다.

d-타가토스의 생물학적 생산의 문제점과 발전 전망 8

친환경 저탄소 생산 기술로서 d-타가토스의 생물학적 생산 공정은 주로 다음과 같은 이유로 여전히 기존의 화학 촉매 방법을 대체할 수 없습니다:

1) 높은 공정 비용 (High process cost).현재 기술 측면에서 d-타가토스는 고정화 L-AI 효소를 이용하여 가장 높은 수율을 얻고 있으나, 효소 정제 공정은 정교한 정제 장비와 복잡한 공정 제어가 요구되어 유지 비용이 많이 들고 노동 집약적이며, 기술적 한계점이 상대적으로 높다.고정화 재조합 대장균 세포를 이용한 d-타가토스의 생산은 조작이 간단하고 방법이 성숙하다.단점은 생산량이 적고, 대장균 숙주의 식품 안전성에 숨겨진 위험이 있습니다.그러나이 방법은 아직도 공업적전망이 가장 많다.

2) d-타가토스를 준비하는 생물학적 방법의 반응 주기는 비교적 길다.배치 변환을 사용하여 d-타가토스를 생산하는 데 필요한 시간은 일반적으로 24 h/batch 또는 최대 168 h/batch까지 소요되며 공정 전반에 걸쳐 고온 환경을 유지해야 합니다.간단한 화학 촉매 방법과 비교하여, 이것은 에너지 소비나 반응 주기 측면에서 이점이 없습니다.상온 L-AI 효소를 이용한 d-타가토스의 생산은 에너지 소비 측면에서 비교적 저렴하지만, 낮은 전환율 (20% 내지 30%)로 인해 제한적이며, 실용적 응용가치가 거의 없다.

3) 식품등급 L-AI 효소 발현 숙주의 개발 및 활용 부족.d-타가토스의 향후 주요 응용 분야는 식품 및 제약 분야이기 때문에, 식품 등급 (예:GRAS인증) 미생물을 생물 촉매 벡터로 개발할 필요가 있습니다.잠재적 후보군으로는 Bacillus subtilis, Gluconobacter oxydans, Saccharomyces cerevisiae 등이 있다.김등 [45]은 Geobacillussp. L-AI 효소를 GRAS-certified 미생물 숙주에서 발현시켜 d-타가토스를 생산하였으나 수율은 알려져 있지 않다.Rhimi등 [46]이 프로바이오틱스인 L. bulgaricus와 S. thermophilus 균주에서 B. stearothermophilus US100L-AI 효소를 발현하였다는 것은 언급할 가치가 있다.이 새로운 균주는 우유의 발효 중에 d-타가토스를 생성할 수 있었고, 그 결과 우유의 맛은 유지하면서도 칼로리는 줄인 요구르트를 얻을 수 있었다.

4) L-AI 효소의 촉매 메커니즘에 대한 이해가 부족하여 효소의 촉매 특성을 효과적으로 개선하기 어렵다.L-AI 효소의 매우 제한된 구조 데이터로 인해 구조 생물학을 이용하여 촉매 메커니즘을 분석하고 효소 공학적 개변을 시도하기가 어렵다;보다 정확한 수단으로 단백질 결정화 기술은 L-AI 효소의 기질 촉매 과정 연구에 매우 중요하다.따라서 L-AI 효소의 결정구조 분석은 향후 중요한 주제가 될 것이다.

물론 d-타가토스 생산을 위한 산업 공정 개발은 잠재력이 크다.화학적 생산방법에 비해 생물학적 방법의 장점으로는 제품 추출의 용이성, 높은 촉매 특이성, 사회적으로 통용되는 식품 안전성 등이 있다.d-타가토스를 효율적으로 생산할 수 있는 L-AI 효소를 찾아 d-타가토스를 효율적으로 생산할 수 있는 저렴하고 안전한 생산 공정을 확립한다는 핵심 기술 개발의 청사진도 공개됐다.관련 연구가 지속적으로 심화됨에 따라 L-AI 효소를 이용하여 d-타가토스를 준비하는 생물학적 과정이 성숙할 수 있을 것으로 생각된다.

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