발효법으로 D Tagatose를 생산하는 방법은?

d-타가토스는 6 탄소의 케토스이다그리고 d-갈락토스의 이성질체.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.

촉각등 [2]은에 대한 공정을 발명했다이성질체 d-갈락토스로부터 d-타가토스를 생성1991년에 Ca(OH)2를 사용.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) 가 3단계를 진행하고 있다제2 형 당뇨병 치료제로서의 d-타가토스의 임상 시험[5].

만약 그 재판이 성공한다면,d-타가토스는 생물 의학 분야에서 넓은 전망을 가질 것입니다그리고 또한 생물생산과정에 더욱 긴박한 수요를 창출할것이다.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 열성형은 d-갈락토스로부터 이성질화 반응에 필요한 깁스 자유 에너지가 주로 작용하기 때문에 d-타가토스의 공업적 생산에 더 적합하다고 판단된다d-타가토스는 높음 (4.96 kJ/mol), 높은 전환율을 얻기 위해 상대적으로 높은 촉매 온도가 필요합니다.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-galactose를 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.

을d-타가토스의 공업적 생산, d-갈락토오스에 대한 촉매 효율이 높은 열친화성, 내산성, 금속 이온 독립 L-AI 효소를 스크리닝할 수 있다면, 기술 발전을 크게 촉진할 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

의 효소적 특성이 개선될 여지가 있다는 점을 감안한 것이다L-AI 효소는 현재 d-타가토스 생산에 사용된다, 분자 수준에서 합리적으로 수정하려는 노력이 이루어졌습니다.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.이중 돌연변이 C450S-N475K는 d-갈락토오스에 대한 촉매 효율이 5배 증가하였으며, d-갈락토오스의 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

생산하는 데 가장 효과적인 생물학적 방법으로서D-tagatose현재까지 d-타가토스를 생산하기 위한 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 세포를에 고정시키는 방법produce d-타가토스는 오랫동안 학자들의 시야 분야에 있어왔습니다다.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 43일이고 a를 생성한다고순도 (>99%) d-타가토스이온 교환 컬럼에 의해 분리 된 후.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-갈락토스로의 전환율을 높였다d-타가토스를 정제하여 열유성 L-AI 효소를 77.4%로 사용하였다, 이는 d-타가토스를 준비하기 위해 L-AI 효소를 사용하여 얻은 가장 높은 전환율입니다.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 상업을 생산하는 포도당 isomerased-타가토스를 포함하는 혼합 시럽그리고 젖당으로부터 과당, 즉 포도당을 충분히 활용하여 제품의 부가가치를 높이기 위해서이다.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 to화학적 방법으로 합성한 d-타가토스를 정제한다, 순도 98%와 83%의 회수율로 d-타가토스를 얻음.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

이d-타가토스의 생물학적 생산은 주로 유장을 원료로 사용한다다.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,의 가장 높은 수율d-타가토스는 고정화 L-AI 효소를 사용하여 얻는다하지만 효소정화공정은 정교한 정화장비와 복잡한 공정제어가 필요해 유지비용이 많이 들고 노동집약적이며 기술적 문턱이 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)의 반응주기d-타가토스를 만드는 생물학적 방법은 비교적 길다다.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.이ma에서이후로d-타가토스의 향후 응용은 식품 및 제약 분야에 있습니다, 식품 등급 (예:GRAS인증) 미생물을 생물 촉매 벡터로 개발해야합니다.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.

① 다음을 위한 산업 프로세스의 개발d-타가토스의 생산은 큰 잠재력을 가지고 있다다.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.

참조:

[1] 오 D K.타가토스:속성, 응용, 그리고 biotechnological 프로세스 [J].Appl MicrobiolBiotechnol,2007,76:1-8.

[2] Beadle  JR,Saunder JP,Wajada T J.타가토스 제조 공정:US,500261[P].1991-3-26.

[3] Cheetham P SJ, Wootton bassett N이다.d-갈락토스의 d-타가토스로의 생물전환 [J].Enzyme Microb Technol,1993,15:105-108.

[4] Boudebbouze  S, Maguin  E, Rhimi  M.박테리아  L-arabinoseisomerases:공업용 응용 프로그램 을 D-tagatose 생산 [J]이다. 최근 P에서DNA 유전자 Seq,2011,5 (3):194-201.

[5] Lu Y, 레빈 G V, 도너 T W.타가토스, 새로운 항당뇨 및 비만 조절제 약물 [J]이다.당뇨 2008년 Obes Metab, 10 (2):

109-134다.

[6] 김 J  H, 프라 부 P, Jeya  M, et  al.Characterization 의 한 L-아라비노스 이성질체 에서 Bacillus  항생제다 [J다]한 기초  Microbiol Biotechnol,2009,85 (6):1839-1847.

[7] Chouayekh H,Bejar W,RhimiM,et al. Lactobacillus plantarum NC8로부터 L-arabinoseisomerase의 특성 변종 발음을 보여주는 안정 at  pH [J]이 산성이다.FEMS Microbiol 2007년 Lett, 277:260-267.

[8] 리 S  J,리  D W, 최 E 한, et al.Characterization 의 한 thermoacidophilic  L-arabinose  isomerase   에서  Alicyclobacillus acidocaldarius:pH 최적 [J]에서 Lys-269의 역할.Appl Environ Microbiol,2005,71:7888-7896.

[9]. 리 DW, 최 EA,김 씨는 SB,et al. 뚜렷한 금속 의존성 L-arabinoseisomerase에서 촉매 및 구조적 기능을 위해 에서 이  mesophilic Bacillus  halodurans  그리고 이 thermophilic  Geobacillus stearothermophilus다 [J다]Arch 생화학Biophys,2005, 434:333-343.

[10] 리 D W, 장 H  J, 최  E 한, et al.Characterization 의 를 L-arabinose   (d-갈락토스)  isomerase  에서   그 hyperthermophilic eubacterium Thermotoga maritima다 [J다]Appl Environ Microbiol,2004,70:1397-1404.

[11] Rhimi M, Bajic  G, Ilhammami R, et al.The acid-tolerant L-arabinoseisomerase는 mesophilic Shewanella sp. ANA-3은 낮은 온도에서 매우 활성 [J].Microb Cell Fact,2011,10:

96.도이:10.1186/1475-2859-10-96.

[12] Rhimi M, Ilhammami R, Bajic G, et al.The 산 관대 한 식품등급 유산균 sakei 23K의 l-아라비노스 이성질체는이다 매력적인 d-타가토스 생산자 [J]이다.Bioresour 테크노놀,2010, 101:9171-9177.

[13] 프라 부 P,Tiwari MK,Jeya M, 외. cloning 그리고characterization 의a 소설L-arabinoseisomerase에서Bacillus licheniformis[J]. Appl Microbiol Biotechnol,2008,81:283-290.

[14] 청나라 Xu Z, YJ,리 S, et al.lactobacillus fermentum에서 추출한 새로운 L-arabinose이성질체 CGMCC2921  대한 D-tagatose 생산:유전자 복제, 정제 및 특성.J MolCatal B:Enzy,2011,70:1-7.

[15] Cheng  L, 무왕, W, 장 T, et al.An L-arabinose isomerase 에서 Acidothermus   cellulolyticus   ATCC43068: 복제, 발현, 정화, 특성화 [J.Appl Microbiol Biotechnol, 2010,86:1089-1097.

[16] Rhimi    M, Bejar  S.복제, 정화   그리고  생화 학적 금속이온 독립적이고 열활성 L-arabinose의 특성 isomerase 에서 이 Bacillus  stearothermophilus  US100  변종 [J]다.2006,1760:191-199, Biochim Biophys Acta.

[17] Li  YJ,Zhu Y,Liu A 외 A의 식별 및 특성 novel   L-arabinose  isomerase   에서  Anoxybacillus   flavithermus  유용한   에서   D-tagatose    생산 [J]이다.Extremophiles,2011, 15:441-450.

[18]. 홍콩 Y  H,리 D W, Pyun Y  R, et al.Creation 의 금속-독립적인    hyperthermophilic    L-arabinose     isomerase    에 의해 [J] 상동 재조 합니다.J Agric 음식  2011년 화학, 59: 12939-12947다.

[19] 왕푸롱, 서홍, 리샤 등.d-타가토스 생성 균주의 스크리닝 및 동정 [J.식품발효산업, 2009, 35 (8):15-19.

[20] 서홍, 왕푸롱, 리샤 등.발효성 유산균과 그 유산균을 이용한 d-타가토스 제조방법:중국, 200910025982.9 [P]이다.2010-12-29다.

[21] 서홍, 서정, 주홍양 외.A high-temperature resistant L-arabinose isomerase및 그 응용:중국, 201010153253.4 [P]이다.2011-08-31

[22] Manjasetty B A, 찬스 M R.Escherichia콜L-arabinose isomerase(ECAI)의 결정구조,the 추정 되는 대상 의 생물학적 타가토스 생산 [J.J Mol Biol,2006,360:297-309.

[23] Rhimi  M, Aghajari N, Juy M, et al.Rational 의 설계 대장균 stearothermophilus   US100     L-arabinose      isomerase: d-타가토스 생산에 대한 잠재적 응용 [J].바이오치미,2009,91:650-653.

[24] Rhimi  M,Juy M,Aghajari N,et al. 등 필수 촉매 잔류물을 조사한다 그리고  기질  친밀감이   에서  the   thermoactive 대장균 stearothermophilus US100  L-arabinose  isomerase 에 의해 site-directed mutagenesis다 [J다]J 박테리올,2007,189:3556-3563.

[25] 프라 부 P, Jeya M,리 J  K.분자 (分子)를 조사하다 Bacillus licheniformis[J] 로부터 L-arabinose isomerase의 촉매효율 측정.Appl Environ Microbiol,2010,76:1653-1660.

[26] Kim  H. J), 김환기 (Kim J H, 오 H J, et al.Characterization 한 돌연변이 Geobacillus     stearothermophilus     L-arabinose     isomerase     그 d-타가토스 [J]의 생성속도를 증가시킨다.J Appl 마이크로바이올, 2006,101:213-221.

[27] Oh  D K,Oh H J,Kim H J,et al.Modification 의최적 pH in L-arabinose isomerase 에서  Geobacillus   sterothermophilus  을 D-갈 락 토 오 스 isomerization다 [J다]J  Mol   Cata  B:엔자임,2006,43: 108-112다.

[28] Oh  H J), 김환기 (Kim H J), 오세영 (Oh D K)에 의한 d-타가토스 생산율 증가  site-directed   mutagenesis    의  L-arabinose    isomerase   Geobacillus에서 thermodenitrificans다 [J다]Biotehnol  Lett,2006,28:145-149.

[29]. 장보, 무완맹, 청리팡.d-타가토스의 생산량이 높은 돌연변이 효소 L20A와 그 돌연변이 방법:중국, 201010112337.[P 3]다.2012-05-23다.

[30] Ryu  S  , 김 C  S, 김 H  J, et  al.Continuous a에서 고정화된 thermostableL-arabinose isomerase에 의한 D-tasgatose 생산  packed-침대   bioreactor다 [J다]Biotechnol   Prog,2003, 19:1643-1647.

[31] Kim  H J,Ryu S A,Kim P,et al.에 대한 실현 가능한 효소 공정 immobilization thermostable L-arabinose에 의한 d-타가토스 생산 페이크 베드 형태의 생물반응기 [J]에서 이성질체.Biotechnol Prog,2003, 19:400-404.

[32] Jorgensen  F, 핸 슨 O C, Stougaard P.효소 변환 of  d-갈락토오스~d-타가토스:이형질 표현 의 특성화 및 특성화 a  thermostable  L-arabinose  isomerase 에서 Thermoanaerobacter mathranii다 [J다]한 기초 Microbiol  Biotechnol, 2004,64:816-822.

[33] 임 씨 B C), 김환기 (Kim H J), 오세영 (Oh D K)에서 pH 조절을 통한 타가토스 생성 a   자극  탱크  원자로  포함하는  움직이  L-arabinose isomerase  에서   Thermotoga   neapolitana다 [J다]한 기초   Biochem 바이오테크놀,2008,149:245-253.

[34] 정 (Jung E S), 김환기 (Kim H J), 오세영 (Oh D K)Tagatose 생산 immobilize recombinant에 의해   Escherichia    coli    세포    포함하는    packed-bed 생물반응기에서 Geobacillus stearothermophilus L-arabinose isomerase돌연변이 (J.Biotechnol Prog,2005,21:1335-1340.

[35] 홍 씨는 Y H,리 D  W,리 S J, et al.Production D-tagatose의 높은  온도   사용  움직이   Escherichia    coli    세포를 표현하는 L-arabinose  isomerase Thermotoga에서 neapolitana다 [J다]Biotechnol Lett,2007,29:569-574.

[36] Fu Fenggen, Xu Zheng, Li Guixiang 외.고정화 재조합 대장균 세포를 이용한 d-타가토스의 생산 [J.중국생명공학회지, 2011, 31 (7):85-90.

[37] Xu Z, Li S, 푸 F G, et al.Production 인 D-tagatose의 감미료 기능을 활용, alginate  고정화 유산균 fermentum CGMCC2921 세포는 [J]다.한 기초  Biochem   Biotechnol,2012,166 (4):961-973.

[38] Liang  M,Chen M,Liu X, 외. d-갈락토스의 d-타가토스로의 생물전환:연속 포장 bed  반응 와 한 움직이 thermostable L-arabinose isomerase 그리고 효율적인 정화에 의해 선별적인 미생물이 저하다 [J다]한 기초  Microbid Biotechnol, 2012,93:1469-1474.

[39] Jebors S,Tauran Y,Aghajari N,et al.Supramolecular 산의 안정화 관대 한 L-arabinose   isomerase  Lactobacillus sakei [J] 로부터.Chem Commun,2011,47:12307-12309.

[40] 임 씨 B C), 김환기 (Kim H J), 오세영 (Oh D K)붕산 [J] 첨가에 의한 d-타가토스의 생산이 높다.Biotechnol Prog,2007,23:824-828.

[41] Rhimi  M, Messaoud E  B, Borgi M  한, et al.Co-expression of  L-arabinose isomerase  그리고 D-glucose isomerase  in  대장균  and  효율적인 공정 생산 개발 동시에 d-타가토스와 d-프럭토스 [J].효소 Microb Technol,2007,40: 1531-1537다.

[42] 서귀경, 펑뱌오, 장보 등.페닐보론산/4차암모늄 이온성 액체용매 추출에 의한 타가토스의 분리 [J.식품산업과학기술, 2010(8):294-297.

[43] 황원하, 무완맹, 장보.d-타가토스 [J]의 분리 및 정제.식품발효산업, 2008, 34(6):168-171.

[44] 이브라힘 O O,Spradlin J E.d-타가토스 제조 공정:미국,6057135[P].2000-05-02.

[45] Kim S  B,리 Y M), 박선영 (S W,et al.Food 등급 thermophilic arabinose    isomerase    표현    from    그라스, 그리고   tagatose  그것을 사용하여 제조 방법:미국,20080124771[P].2008년-05-29.

[46] Rhimi  M, Chouayekh H, Gouillouard I,et al.Production의 l-아라비노스를 이용한 우유 발효 중 저열량 감미료인 d-타가토스   isomerase다 [J다]Bioresour    테크놀, 2011, 102: 3309-3315다.