스테비오사이드(C18-O-β-sophorosyl-C19-O-β-D-glucosylsteviol)는 남미의 파라과이가 원산지이며, stevia rebaudiana Bertoni ,Compositae(국화과) 식물로부터 유래된 배당체이다. 스테비오사이드는 3개의 포도당과 결합된 배당체로서 ...
스테비오사이드(C18-O-β-sophorosyl-C19-O-β-D-glucosylsteviol)는 남미의 파라과이가 원산지이며, stevia rebaudiana Bertoni ,Compositae(국화과) 식물로부터 유래된 배당체이다. 스테비오사이드는 3개의 포도당과 결합된 배당체로서 aglycone 부분을 스테비올(Steviol)이라 한다. 스테비아의 줄기와 잎에는 설탕의 약 100~300배의 감미물질인 스테비오사이드(Stevioside)와 레바우디오사이드(Rebaudiosides A–F)가 함유되어 있으며, 칼로리가 낮아 술, 청량음료, 건강보조식품의 고감미소재로 이용되고 있다. 게다가 스테비아는 강력한 항산화 작용과 스테비올이 지베렐린의 화학적 유사구조로 인한 식물생장호르몬의 효과가 보고되어 친환경농자재로도 이용되고 있으며, 스테비아 추출물 발효액은 또한 human rotavirus (HRV)의 복제에 대한 억제활성을 나타낸다는 것이 보고 되어있다. 현재 스테비오사이드는 고감미의 천연감미료이나 쓴맛과 좋지 않은 뒷맛으로 인해 이를 개선하고 동시에 감미질을 향상시키려는 당전이 활성이 있는 효소를 이용하는 효소공학적 연구가 주로 보고되고 있다. 최근 스테비오사이드 유도체들 중 2개의 포도당이 결합된 루부소사이드(Rubusoside)가 뛰어난 가용화제(Solubilizer)의 효과에 대한 보고된 바 있지만, 아직까지 루부소사이드 이외의 다양한 스테비오사이드 유도체와 유용한 난용성소재를 접목한 가용화연구가 전혀 밝혀져 있지 않다. 특히 식품산업을 비롯한 의약학 분야에서 유용한 항바이러스 소재임에도 낮은 수용성을 인해 산업적으로 사용적 제약이 있는 메밀에 함유된 루틴(Rrutin), 귤 껍질에 함유된 헤스파라딘(Hesparadin), 주목나무에서 추출한 항암제인 탁솔(Taxol), 호장근에 함유된 레스베라트롤(Resveratrol), 칡에 함유된 퓨라린(Puerarin), 울금에 함유된 커큐민(Curcumin)등의 가용화연구가 필수적이다. 본 연구에서는 유산균 및 진균 유래의 탄수화물 변형효소를 이용하여 다양한 구조의 스테비올 글루코사이드 변형체를 합성하였다. 이를 활용하여 11 mg/L의 낮은 수용성을 가진 커큐민을 17 g/L까지 가용화하는데 성공한 최초의 보고이다. 가용화제로서의 평가를 위한 스테비올 글루코사이드 변형체를 얻기 위해서 유산균 유래의 효소 2종과 진균 유래의 효소 2종을 선별하였다. 그 중 유산균 유래의 덱스트란수크레이즈(Dextransucrase, LlDexT)는 Leuconostoc citreum KM20에서 유래된 효소로 160 kDa의 비교적 큰 크기로 인해서 낮은 효소적 활성의 결과를 보였다. 본 연구에서는 이를 해결하고자 7종의 E. coli 과발현 균주개발과 기존의 고가의 과발현 유도제인 IPTG 대신 비용절감을 할 수 있는 효과적인 유도제인 락토오즈를 이용하였다. 마침내 스테비올 글루코사이드의 합성을 위한 LcDexT는 세포밀도 0.95 (OD600), 락토오즈 농도 7.5 mM, 과발현 유도 온도 17°C의 최적조건을 확인하여 효소의 활성을 12배 이상 증가시키는데 성공하였다. 또한 Thermoanaerobacter pseudethanolicus에서 유래된 70 kDa의 덱스트라네이즈(Thermostable dextranase, TPDex)의 경우 기존의 보고된 상업용 Chaetominum dextranase (CEDex)에 비해 열 안정성이 뛰어난 효소를 개발함에 따라 식품산업현장에 적용이 용이할 것으로 사료된다. 이를 바탕으로 확보된 스테비올 클루코사이드의 변형체들 중에서 Glucosyl stevioside와 Glucosyl rubusoside는 스테비오사이드의 쓴맛과 좋지 않은 뒷맛을 개선하고 동시에 감미질을 향상하는 결과를 얻어 설탕대체 고감미제 개발에 중요한 자료가 될 것이다. 또한 진균 유래의 상업용 식품효소에서 선별된 Aspergillus aculeatus Viscozyme L.과 Penicillium decumbens Naringinase로부터 루부소사이드와 스테비올의 최적생산조건을 확인하여 다양한 가용화제를 확보할 수 있었다. 선별된 유산균 유래의 효소최적생산 조건을 적용하여 포도당의 합성 개수에 따라 퓨라린은 15–200배, 스테비오사이드는 4–110배의 수용성이 증대되는 것을 확인할 수 있었지만, 커큐민의 경우에는 포도당 합성을 통한 수용성 증대에 실패하였다. 그 이유는 커큐민의 화학적 구조의 특성으로 인해 효소적 합성에 악영향을 주었을 것으로 추측된다. 이 결과로 난용성 물질에 따라 효소적 합성으로 해결하지 못하는 문제점을 발견하게 되었으며, 실패한 커큐민의 수용성 증대를 위해 효소적 합성을 통해 얻어진 스테비올 클루코사이드의 변형체를 9종를 가용화제로서 활용하여 이 문제점을 극복하고자 하였다. 이 중 루부소사이드가 가장 뛰어난 가용화제로 확인되었지만, 상업화하기 위해 비용적•시간적으로 효율적인 스테비오사이드로 선정하여 커큐민의 가용화를 수행한 결과 1,320 mg/L(110배) 이상의 수용성을 증대를 확인하였다. 게다가 마이크로웨이브를 가미하여 가용화 능력을 5,400 mg/L(490배)까지 극대화하는데 성공하였다. 이를 바탕으로 커큐민, 가용화제(스테비오사이드), 마이크로웨이브간의 상관관계 알아보고자 알아보고자 하였다. 그 결과 스테비오사이드 195 g/L, 커큐민 183 g/L, 마이크로웨이브 189 Watt 에서 9분간 반응하여 17,000 mg/L (1,545배)까지 가용화된 커큐민의 최적화 조건을 확인하였으며, 이는 전 세계적으로 가장 많은 양의 커큐민을 가용화한 결과이다. 본 연구 결과를 바탕으로 기존의 낮은 수용성으로 인해 사용이 제한되었던 항바이러스 소재의 활용도를 높일수 있을 것으로 사료된다. 게다가 유산균 및 진균 유래의 탄수화물 변형효소를 이용하여 다양한 구조의 스테비올 글루코사이드 변형체는 식품산업에서는 기존의 사용하던 화학적 합성품인 유화제을 대체하여 사용할 수 있으며, 설탕대체 고감미소재로 활용하여 세계인의 건강에 이바지 할 것으로 예상된다.
스테비오사이드(C18-O-β-sophorosyl-C19-O-β-D-glucosylsteviol)는 남미의 파라과이가 원산지이며, stevia rebaudiana Bertoni ,Compositae(국화과) 식물로부터 유래된 배당체이다. 스테비오사이드는 3개의 포도당과 결합된 배당체로서 aglycone 부분을 스테비올(Steviol)이라 한다. 스테비아의 줄기와 잎에는 설탕의 약 100~300배의 감미물질인 스테비오사이드(Stevioside)와 레바우디오사이드(Rebaudiosides A–F)가 함유되어 있으며, 칼로리가 낮아 술, 청량음료, 건강보조식품의 고감미소재로 이용되고 있다. 게다가 스테비아는 강력한 항산화 작용과 스테비올이 지베렐린의 화학적 유사구조로 인한 식물생장호르몬의 효과가 보고되어 친환경농자재로도 이용되고 있으며, 스테비아 추출물 발효액은 또한 human rotavirus (HRV)의 복제에 대한 억제활성을 나타낸다는 것이 보고 되어있다. 현재 스테비오사이드는 고감미의 천연감미료이나 쓴맛과 좋지 않은 뒷맛으로 인해 이를 개선하고 동시에 감미질을 향상시키려는 당전이 활성이 있는 효소를 이용하는 효소공학적 연구가 주로 보고되고 있다. 최근 스테비오사이드 유도체들 중 2개의 포도당이 결합된 루부소사이드(Rubusoside)가 뛰어난 가용화제(Solubilizer)의 효과에 대한 보고된 바 있지만, 아직까지 루부소사이드 이외의 다양한 스테비오사이드 유도체와 유용한 난용성소재를 접목한 가용화연구가 전혀 밝혀져 있지 않다. 특히 식품산업을 비롯한 의약학 분야에서 유용한 항바이러스 소재임에도 낮은 수용성을 인해 산업적으로 사용적 제약이 있는 메밀에 함유된 루틴(Rrutin), 귤 껍질에 함유된 헤스파라딘(Hesparadin), 주목나무에서 추출한 항암제인 탁솔(Taxol), 호장근에 함유된 레스베라트롤(Resveratrol), 칡에 함유된 퓨라린(Puerarin), 울금에 함유된 커큐민(Curcumin)등의 가용화연구가 필수적이다. 본 연구에서는 유산균 및 진균 유래의 탄수화물 변형효소를 이용하여 다양한 구조의 스테비올 글루코사이드 변형체를 합성하였다. 이를 활용하여 11 mg/L의 낮은 수용성을 가진 커큐민을 17 g/L까지 가용화하는데 성공한 최초의 보고이다. 가용화제로서의 평가를 위한 스테비올 글루코사이드 변형체를 얻기 위해서 유산균 유래의 효소 2종과 진균 유래의 효소 2종을 선별하였다. 그 중 유산균 유래의 덱스트란수크레이즈(Dextransucrase, LlDexT)는 Leuconostoc citreum KM20에서 유래된 효소로 160 kDa의 비교적 큰 크기로 인해서 낮은 효소적 활성의 결과를 보였다. 본 연구에서는 이를 해결하고자 7종의 E. coli 과발현 균주개발과 기존의 고가의 과발현 유도제인 IPTG 대신 비용절감을 할 수 있는 효과적인 유도제인 락토오즈를 이용하였다. 마침내 스테비올 글루코사이드의 합성을 위한 LcDexT는 세포밀도 0.95 (OD600), 락토오즈 농도 7.5 mM, 과발현 유도 온도 17°C의 최적조건을 확인하여 효소의 활성을 12배 이상 증가시키는데 성공하였다. 또한 Thermoanaerobacter pseudethanolicus에서 유래된 70 kDa의 덱스트라네이즈(Thermostable dextranase, TPDex)의 경우 기존의 보고된 상업용 Chaetominum dextranase (CEDex)에 비해 열 안정성이 뛰어난 효소를 개발함에 따라 식품산업현장에 적용이 용이할 것으로 사료된다. 이를 바탕으로 확보된 스테비올 클루코사이드의 변형체들 중에서 Glucosyl stevioside와 Glucosyl rubusoside는 스테비오사이드의 쓴맛과 좋지 않은 뒷맛을 개선하고 동시에 감미질을 향상하는 결과를 얻어 설탕대체 고감미제 개발에 중요한 자료가 될 것이다. 또한 진균 유래의 상업용 식품효소에서 선별된 Aspergillus aculeatus Viscozyme L.과 Penicillium decumbens Naringinase로부터 루부소사이드와 스테비올의 최적생산조건을 확인하여 다양한 가용화제를 확보할 수 있었다. 선별된 유산균 유래의 효소최적생산 조건을 적용하여 포도당의 합성 개수에 따라 퓨라린은 15–200배, 스테비오사이드는 4–110배의 수용성이 증대되는 것을 확인할 수 있었지만, 커큐민의 경우에는 포도당 합성을 통한 수용성 증대에 실패하였다. 그 이유는 커큐민의 화학적 구조의 특성으로 인해 효소적 합성에 악영향을 주었을 것으로 추측된다. 이 결과로 난용성 물질에 따라 효소적 합성으로 해결하지 못하는 문제점을 발견하게 되었으며, 실패한 커큐민의 수용성 증대를 위해 효소적 합성을 통해 얻어진 스테비올 클루코사이드의 변형체를 9종를 가용화제로서 활용하여 이 문제점을 극복하고자 하였다. 이 중 루부소사이드가 가장 뛰어난 가용화제로 확인되었지만, 상업화하기 위해 비용적•시간적으로 효율적인 스테비오사이드로 선정하여 커큐민의 가용화를 수행한 결과 1,320 mg/L(110배) 이상의 수용성을 증대를 확인하였다. 게다가 마이크로웨이브를 가미하여 가용화 능력을 5,400 mg/L(490배)까지 극대화하는데 성공하였다. 이를 바탕으로 커큐민, 가용화제(스테비오사이드), 마이크로웨이브간의 상관관계 알아보고자 알아보고자 하였다. 그 결과 스테비오사이드 195 g/L, 커큐민 183 g/L, 마이크로웨이브 189 Watt 에서 9분간 반응하여 17,000 mg/L (1,545배)까지 가용화된 커큐민의 최적화 조건을 확인하였으며, 이는 전 세계적으로 가장 많은 양의 커큐민을 가용화한 결과이다. 본 연구 결과를 바탕으로 기존의 낮은 수용성으로 인해 사용이 제한되었던 항바이러스 소재의 활용도를 높일수 있을 것으로 사료된다. 게다가 유산균 및 진균 유래의 탄수화물 변형효소를 이용하여 다양한 구조의 스테비올 글루코사이드 변형체는 식품산업에서는 기존의 사용하던 화학적 합성품인 유화제을 대체하여 사용할 수 있으며, 설탕대체 고감미소재로 활용하여 세계인의 건강에 이바지 할 것으로 예상된다.
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