The lignocellulytic enzymes including a-amylase (EC 3.2.1.1), lignin peroxidase (EC 1.11.1.14), laccase (EC 1.10.3.2), xylanase (EC 3.2.1.8), ${\beta}$-xylosidase (EC 3.2.1.37), ${\beta}$-glucosidase (EC 3.2.1.21) and cellulase (EC 3.2.1.4) were extracted from spent mushroom co...
The lignocellulytic enzymes including a-amylase (EC 3.2.1.1), lignin peroxidase (EC 1.11.1.14), laccase (EC 1.10.3.2), xylanase (EC 3.2.1.8), ${\beta}$-xylosidase (EC 3.2.1.37), ${\beta}$-glucosidase (EC 3.2.1.21) and cellulase (EC 3.2.1.4) were extracted from spent mushroom compost (SMC) of Pleurotus eryngii. Different extraction buffers and conditions were tested for optimal recovery of the enzymes. The optimum extraction was shaking incubation (200 rpm) for 2 h at $4^{\circ}C$. ${\alpha}$-Amylase was extracted with the productivity range from 1.20 to 1.6 Unit/SMC g. Cellulase was recovered with the productivity range from 2.10 to 2.80 U/gf. ${\beta}$-glucosidase and ${\beta}$-xylosidase productivities showed lowest recovery producing 0.1 U/g and 0.02 U/g, respectively. The P. eryngii SMCs collected from three different mushroom farms showed different recovery on laccase and xylanse, cellulase. Furthermore, the water extracted SMC was compared to commercial enzymes for its industrial application in decolorization and cellulase activity.
The lignocellulytic enzymes including a-amylase (EC 3.2.1.1), lignin peroxidase (EC 1.11.1.14), laccase (EC 1.10.3.2), xylanase (EC 3.2.1.8), ${\beta}$-xylosidase (EC 3.2.1.37), ${\beta}$-glucosidase (EC 3.2.1.21) and cellulase (EC 3.2.1.4) were extracted from spent mushroom compost (SMC) of Pleurotus eryngii. Different extraction buffers and conditions were tested for optimal recovery of the enzymes. The optimum extraction was shaking incubation (200 rpm) for 2 h at $4^{\circ}C$. ${\alpha}$-Amylase was extracted with the productivity range from 1.20 to 1.6 Unit/SMC g. Cellulase was recovered with the productivity range from 2.10 to 2.80 U/gf. ${\beta}$-glucosidase and ${\beta}$-xylosidase productivities showed lowest recovery producing 0.1 U/g and 0.02 U/g, respectively. The P. eryngii SMCs collected from three different mushroom farms showed different recovery on laccase and xylanse, cellulase. Furthermore, the water extracted SMC was compared to commercial enzymes for its industrial application in decolorization and cellulase activity.
8)에 혼합하여 사용하였다. SMC효소 혼합액과 celluclast 1.5 l의 효소 혼합액 5ml씩을 Watman No. 2의 필터 페이퍼 조각이 들어 있는 유리시험관에 첨가하고 50℃에서 1시간 반응한 후 filter paper의 분해정도를 확인하였다. Filter paper의 분해는 celluclast 1.
Sigma사 laccase를 물에(165 unit/ml)로 녹이고 그 중 100 µl와 SMC 100 µl를 100 mM sodium acetate(pH 4.0) 100 µl와 혼합하고 BPB의 최종농도는 0.01%와 0.05% 하여 12시간 동안 실온에 방치하여 탈색효과를 조사하였다.
안성인근의 큰느타리 재배농가 3곳을 선택하여 SMC를 수집하고 목질분해효소들의 활성을 조사하였다. 각 버섯 농장별 배지내 수분함량이 다르게 나타나 균일한 SMC함량을 주어 주기위하여 각각의 SMC를 동결건조하고 5g의 건물량을 측정하고 증류수 25 ml를 첨가해 2시간 동안 효소추출을 시행하였다.
각 추출 buffer별 큰느타리버섯 SMC로 부터의 αamlyase, cellulase, β-glucosidase, xylanase, β-xylosidase, lignin peroxidase 및 laccase의 효소회수 효율을 효소 활성으로 조사 하였다.
안성인근의 큰느타리 재배농가 3곳을 선택하여 SMC를 수집하고 목질분해효소들의 활성을 조사하였다. 각 버섯 농장별 배지내 수분함량이 다르게 나타나 균일한 SMC함량을 주어 주기위하여 각각의 SMC를 동결건조하고 5g의 건물량을 측정하고 증류수 25 ml를 첨가해 2시간 동안 효소추출을 시행하였다.
위의 cellulase와 cylanase활성이 가장 높게 나타난 A농가의 큰느타리버섯 SMC추출용액의 필터 페이퍼 (filter paper) 분해능을 celluclast 1.5 l (Nobozyme사)와 비교하였다. 큰느타리버섯 SMC 5 g을 25 ml 증류수로 추출 하고 40%의 ammonium sulfate로 단백질을 침전하여 5ml의 물에 녹여 1ml를 4 mL 0.
추출시간에 따른 효소회수율을 조사하기 위하여 20 g의 큰느타리 SMC를 100 ml 증류수와 0.05 M sodium citrate (pH 4.8) 추출 buffer를 첨가하고 2, 4, 6시간별로 200 rpm에서 진탕하면서 추출시간에 따른 효소활성을 조사하였다. 큰느타리버섯 SMC로부터 당화효소를 대량 추출할 수 있는 조건을 확인하기 위해 방법에 따라 각각 tap water, 1% NaCl, 0.
, 2012). 큰 느타리 SMC 내에 특이적으로 다량의 laccase의 회수됨에 따라 큰느타리 SMC의 탈색효과를 bromophenol blue(BPB)로 실시하였다. 큰느타리버섯 SMC를 물로 추출하여 사용 하였으며 대조구로는 P.
큰느타리버섯 SMC 5 g에 각각의 증류수와 0.05 M sodium citrate (pH 4.8)로된 추출 buffer 25 mL을 첨가하여 4℃에서 2, 4, 6시간 동안 200 rpm진탕한 후 6,000 rpm에서 원심분리하여 상등액을 취하여 cellulase 활성을 측정 하였다.
0 U/g이상의 비교적 높은 효소회수율을 보였다. 큰느타리버섯 SMC 추출물은 상업용 laccase와 탈색효과 cellulase와는 filter paper분해활성을 비교하여 산업적 적용을 평가하였다.
8) 추출 buffer를 첨가하고 2, 4, 6시간별로 200 rpm에서 진탕하면서 추출시간에 따른 효소활성을 조사하였다. 큰느타리버섯 SMC로부터 당화효소를 대량 추출할 수 있는 조건을 확인하기 위해 방법에 따라 각각 tap water, 1% NaCl, 0.05 M Sodium citrate (pH 4.8), 0.05 M phosphate buffer (pH 7.0), 0.05 M phosphate buffer + 10% glycerol, 0.05 M phosphate buffer + 0.25% Triton X-100, 0.25% Triton X-100를 각각 달리하여 사용하였다. Table 1에서 나타난 것과 같이 추출 buffer별 단백질양은 0.
큰느타리버섯 SMC에서 laccase활성이 특징적으로 가장 높게 나타남으로서 국내주요 생산버섯인 P. ostreatus(느타리버섯), Flammulina velvtipes(팽이버섯), Lentinula edodes(표고버섯)과 잎새버섯, 만가닥버섯, 노랑느타리버섯, 버들송이버섯, 잣버섯, 노루궁텡이버섯 SMC와 laccase 효소활성을 비교 하였다. Fig.
대상 데이터
안성 인근의 큰느타리 병재배농가에서 생산되는 수확 후 배지(SMC)를 이용하였다. 큰느타리 SMC 5 g을 Fulcon 튜브에 넣고 추출 buffer 25 ml첨가 후 4℃에서 2시간 동안 실온에서 200 rpm에서 진탕하였다.
큰 느타리 SMC 내에 특이적으로 다량의 laccase의 회수됨에 따라 큰느타리 SMC의 탈색효과를 bromophenol blue(BPB)로 실시하였다. 큰느타리버섯 SMC를 물로 추출하여 사용 하였으며 대조구로는 P. ostreatus로부터 분리한 Laccase (11 Unit/mg)를 Sigma 사로 부터 구입 하여 사용하였다. Sigma사 laccase를 물에(165 unit/ml)로 녹이고 그 중 100 µl와 SMC 100 µl를 100 mM sodium acetate(pH 4.
이론/모형
(1) α-amylase: 효소추출액 20 µl와 증류수 4,480 µL를 혼합하고, 20 mM 인산 완충용액(phosphate buffer; pH 7.0)에 녹인 500 µl 녹말용액(10 mg/ml)을 기질로 첨가하여 37℃에서 5분 동안 반응시킨 후, 생성된 환원당을 540 nm 파장에서 Dinitrosalicylic acid; DNS) 방법에 따라 측정했다.
(2) Cellulase: 상기 효소추출액 50 µl에 0.2 M sodium acetate buffer; pH 5.0에 녹인 1% carboxymethyl cellulose를 기질로 첨가하여 37℃에서 30분 동안 반응시킨 후, 생성된 환원당을 540 nm 파장에서 DNS 방법에 따라 측정했다.
성능/효과
A농가 SMC는 g당 12.92 mg의 단백질량이 검출되었으며 laccase 생산이 가장 높게 나타났으며, B농가 SMC는 g당 18.85 mg의 단백질이 회수 되었으며 α-amylase, cellulase, xylanase 활성이 가장 높게 나타났으며 특히 xylanase의 경우는 3배 이상의 효소활성을 보였다.
3 U/g으로 높은 효소활성을 보였으며 다른 추출 buffer에서도 4 U/g이상의 효소활성을 보였다. Laccase효소활성의 경우는 다른 효소보다 월등히 높은 것으로 나타났으며 특히 tap water와 0.25% Triton X-100추출용액에서 8 U/g이상의 높은 효소활성을 보였다. lignin peroxidase의 경우는 큰느타리버섯 SMC 효소 중에서 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다.
SMC추출시간별 효소 활성량을 조사하기위하여 증류수와 0.05 M sodium acetate추출 buffer에서 2, 4, 6 간 동안 200 rpm의 진탕 후 효소활성을 조사한 결과 2시간 추출시간이면 충분히 높은 효소회수를 할 수 있을 것으로 나타났으며 오히려 4시간 이후에는 효소활성이 감소하였다. 이는 전에 Pleurotus sajor-caju(여름느타리) SMC로 부터의 추출시간별 효소회수율이 2-3시간 때에 최적이었다는(Singh et al.
그 보고서에서 추출 buffer별 효소 회수량은 50 mM sodium citrate buffer (pH 4.5)에서 가장 높게 나타났으며 특히 β-D-glucosidase가 27.4 U/g 의 높은 활성을 보였으나 laccase와 lignin peroxidase는 본 연구의 큰느타리 SMC보다 10배 이상의 낮은 효소회수율을 보였다.
큰느타리 재배 배지의 표준재료는 미송톱밥, 콘코브, 면실박을 구성하며 목질톱밥이 50-80%의 높은 비율을 차지한다. 그러나 본 연구에 사용된 배지조성이 농가마다 달랐으며 효소활성의 차이는 효소기질이 되는 배지 원재료 조성에 기인된 것으로 생각되었다.
35 U/g으로 laccase 활성이 매우 미약하였다. 따라서 큰느타리 SMC는 다른 버섯 SMC와 비교해서 월등히 높은 laccase 활성이 있는 것으로 나타남에 따라 큰느타리 SMC로 부터의 laccase 분리와 산업적 이용에 매우 유용할 것으로 사료 되었다.
3은 다양한 버섯 SMC 추출물을 ABTS와 반응하여 laccase 활성정도를 초록색발색 강도로 나타낸 것이다. 큰느타리버섯 SMC 추출물에서 진 초록색으로 발색되었으며 다음으로 느타리버섯은 옅은 초록색을 보였으며 팽이버섯, 잎새버섯, 만가닥버섯, 노랑느타리버섯, 버들송이버섯, 잣버섯, 노루궁텡이버섯 SMC의 경우는 초록색 변색반응이 매우 미약하게 나타났다. 효소 활성 단위로 환산하여 볼때 큰느타리 SMC는 8.
결론적으로 본 연구에서는 큰느타리버섯 SMC로부터 다량의 목질분해효소를 추출할 수 있는 방법을 정립 하였다. 특징적으로 큰느타리버섯 SMC는 팽이버섯, 느타리버섯SMC 보다 3배에서 15배까지 lignin 분해효소인 laccase가 많이 생산 되는 것으로 나타났다. 큰느타리버섯은 국내 주요 농산버섯 중에서 29%를 차지함으로서 다량의 SMC 확보에 문제가 없으며 SMC를 활용한 효소분리 시스템이 개발된다면 큰느타리 SMC 목질섬유소 분해효소의 산업적 생산과 활용이 가능 할 것으로 기대 된다.
큰느타리버섯 SMC 추출물에서 진 초록색으로 발색되었으며 다음으로 느타리버섯은 옅은 초록색을 보였으며 팽이버섯, 잎새버섯, 만가닥버섯, 노랑느타리버섯, 버들송이버섯, 잣버섯, 노루궁텡이버섯 SMC의 경우는 초록색 변색반응이 매우 미약하게 나타났다. 효소 활성 단위로 환산하여 볼때 큰느타리 SMC는 8.0 U/g의 높은 활성을 보였으며 느타리버섯 SMC 2.80 U/g보다 3배 이상의 laccase활성이 높게 나타났으며 표고버섯 SMC는 1.3 U/g로 팽이버섯은 0.35 U/g으로 laccase 활성이 매우 미약하였다. 따라서 큰느타리 SMC는 다른 버섯 SMC와 비교해서 월등히 높은 laccase 활성이 있는 것으로 나타남에 따라 큰느타리 SMC로 부터의 laccase 분리와 산업적 이용에 매우 유용할 것으로 사료 되었다.
후속연구
polychrous SMC와 비교하여 약 3배 이상의 laccase가 많이 잔존 하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 큰느타리SMC의 laccase를 정제하고 laccase에의한 활성효과로 한다면 보다 산업적 이용가능성이 있을것으로 사료 되었다.
, 2005) 매우 낮은 발현율과 phenol 분해산물에 의한 숙주미생물의 생장저해가 문제점이다. 본 연구에서 폐자원인 큰느타리버섯 SMC로부터 lignin 분해효소가 다량생산할 수 있는 것으로 나타남에 따라 후속 연구에 따른 정제시스템개발과 산업적 적용연구가 뒤따른 다면 저비용 고효율의 산업적 적용이 가능 할 수 있을 것으로 기대된다.
5 l는 Nobozyme 사가 개발한 cellulase 효소로서 바이오에너지 생산을 위한 biomass의 cellulose 당화에 가장 보편적으로 이용 되는 효소이다(Na and Kim, 2008). 큰느타리버섯 SMC는 g당 cellulase 18 cu를 함유 하는 것으로 나타나 다른 버섯 SMC의 cellulase 함량을 조사하고 보다 우수한 SMC를 선발하여 활성저해물질 등을 해결 한다면 cellulase로서의 산업적 적용이 가능 할 것으로 생각 되었다.
특징적으로 큰느타리버섯 SMC는 팽이버섯, 느타리버섯SMC 보다 3배에서 15배까지 lignin 분해효소인 laccase가 많이 생산 되는 것으로 나타났다. 큰느타리버섯은 국내 주요 농산버섯 중에서 29%를 차지함으로서 다량의 SMC 확보에 문제가 없으며 SMC를 활용한 효소분리 시스템이 개발된다면 큰느타리 SMC 목질섬유소 분해효소의 산업적 생산과 활용이 가능 할 것으로 기대 된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 논문의 방법으로 큰 느타리 버섯 SMC에서 목질분해효소를 추출한 결과 다른 버섯들과 비교했을 때 얼마나 많은 laccase를 추출할 수 있나요?
결론적으로 본 연구에서는 큰느타리버섯 SMC로부터 다량의 목질분해효소를 추출할 수 있는 방법을 정립 하였다. 특징적으로 큰느타리버섯 SMC는 팽이버섯, 느타리버섯SMC 보다 3배에서 15배까지 lignin 분해효소인 laccase가 많이 생산 되는 것으로 나타났다. 큰느타리버섯은 국내 주요 농산버섯 중에서 29%를 차지함으로서 다량의 SMC 확보에 문제가 없으며 SMC를 활용한 효소분리 시스템이 개발된다면 큰느타리 SMC 목질섬유소 분해효소의 산업적 생산과 활용이 가능 할 것으로 기대 된다.
담자균류란?
담자균류는 자연상태에서 대부분 수목에 기생하여 생활하는 균으로서 xylanase, cellulase, lignin 분해효소(lignin peroxidase, Lip, Mn peroxidase, laccase)를 다량 분비하여 고 분자량의 목질섬유소를 수용성 저분자량의 당으로 분해하여 균사의 영양 흡수과정을 거처 영양원으로 이용한다(Scarse, 1995). 버섯인공 재배시에 사용되는 원재료는 면실박, 비트펄프, 콘코브, 톱밥 등 목질계 바이오매스가 주로 이용 되고 있으며 주로 cellulose, hemicellulose, lignin 등 목질섬유소로 구성 되어 있다.
목질섬유소분해효소 시장이 가진 상업적 가치는?
수확 후 배지를 이용한 목질섬유소분해효소의 추출과 산업적 이용은 폐자원을 이요한 고 부가가치의 산업효소생산 이라는 측면에서 중요한 의미가 있다. 목질섬유소분해효소 시장은 펄프, 제지 산업이외에도 세제공업, 농산물 가공, 섬유등 다양한 산업 분야에 잠재적인 시장을 갖고 있다. 최근 바이오에너지 생산과정에 사용되는 당화 효소는 세계 산업용 효소 시장의 11%를 형성하고 있어 목질섬유소분해효소의 가치가 새롭게 대두 되고 있다.
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