초록 ▼

1. 연구개발사업의 목적
기능성 감미료인 타가토스는 설탕과 유사한 감미질을 가지며, 체내 흡수시 거의 대사가 되지 않으므로 저칼로리의 감미료이며, 설탕대체 감미료로서 시장 잠재력이 큰 물질이다.이러한 기능성 식품소재 개발을 통해 기능성 신감미료의 생산기술을 확보하고 타가토스를 이용한 저칼로리 식품, 다른 감미료와의 혼용을 통한 다양한 기능성 신제품 등을 개발하여 국민 보건에 기여하는 것이 본 사업의 목적이다.
2. 연구방법 및 결과
1) 제1세부과제
갈락토스-타가토스 전환 효소인 갈락토스 이성화효스를 인

1. 연구개발사업의 목적
기능성 감미료인 타가토스는 설탕과 유사한 감미질을 가지며, 체내 흡수시 거의 대사가 되지 않으므로 저칼로리의 감미료이며, 설탕대체 감미료로서 시장 잠재력이 큰 물질이다.이러한 기능성 식품소재 개발을 통해 기능성 신감미료의 생산기술을 확보하고 타가토스를 이용한 저칼로리 식품, 다른 감미료와의 혼용을 통한 다양한 기능성 신제품 등을 개발하여 국민 보건에 기여하는 것이 본 사업의 목적이다.
2. 연구방법 및 결과
1) 제1세부과제
갈락토스-타가토스 전환 효소인 갈락토스 이성화효스를 인위적인 유전자 진화를 통해 반응속도 등을 개량하였다. 보다 구체적으로는 대장균 유래의 갈락토스 이성화효소보다 반응속도나 수율 또는 평형이 증대된 새로운 이성화효소를 탐색하고, 탐색된 이성화효소를 바탕으로 유전적 진화를 통해 산업적 요구에 맞는 수준까지 개량된 효소를 확보하였다.
유전적 진화로는 error-prone PCR법을 이용하여 유전자 라이브러리를 제작하고. 그로부터 반응속도 및 평형 상수가 증가한 효소를 탐색하였으며, 이때 다중 평판판독기를 사용하여 단시간내에 다량의 타가토스를 생물전환하는 효소를 선별하였다. 또한 1차로 선별된 효소의 유전자를 기본으로 새로운 유전자 라이브러리를 제작하고 탐색하는 과정을 반복하였다.
최종적으로 선별된 효소와 시초의 효소간의 특성을 비교하였다.
타가토스 제품을 이용하여 제과제품에 설탕 대체물로 첨가한 응용 및 신 개념의 기능성 제과 제품 시제품을 제작하였다.
2) 제2세부과제
1. 효소 고정화 방법 개발 및 최적 반응조건 확립
- 여러 가지 고정화 방법중 sodium alginate 물질에 glutaraldehyde로 가교시킨 가교법을 사용하여 arabinose isomerase를 고정화 방법으로 선정하였다.
- 유리 효소 및 고정화 효소의 온도, pH, 무기염의 최적반응 조건을 확립하였다.
2. 생물반응기 개발 및 작동법의 확립
- packed-bed bioreactor(XK26, XK16, Pharmacia Biotech)로 500 g/L galactose로부터 생산성 9.58 g/L-h, 생산농도 230 g/L로 (전환수율 46％) 타가토스를 생산하였다. 100 g/1 galactose로부터 58 g/L가 생산되어 전환수율 58%. 평균 생산성 15.4 g/l-h로 30일간 역가 감소 없이 생산하였다.
3. Tagatose 정제 연구
- Dowex 50W-X2(H')와 Dowex($CO_{3}^{-2}$)의 column을 통과시켜 이온 성분을 제거하였고 이온이 제거된 용액을 $50^{\circ}C$에서 진공 농축하여 점액성 물질을 얻었고 이것을 99.9%의 에탄올을 첨가하여 D-tagatose 흰색의 결정을 80% 수율로 얻었다.
4. 2 단계 생물반응기를 이용한 lactose로부터 tagatose의 생산
- ${\beta}$-galactosidase와 thermostable galactose isomerase를 2단 packed-bed 반응기(XK-16)에서 연속적으로 tagatose를 생산하였다. 200 g/L lactose로부터 전환수율 48%, 96 g/L tagatose가 생산되었고 평균 생산성 19.2 g/L-h이었다.
5. 제품화 연구 및 경제성 분석
- 제품화 연구는 생물반응기(XK26)를 사용하여 12.5 ml/h로 50% galactose를 연속적으로 첨가하여 7일간 작동시켜 2L의 타가토스 함유 용액을 얻었다. 생산농도는 240 g/L로 전환수율 48%이었고 타가토스의 생산성은 10 g/L-h이었다. 이 용액은 타가토스가 480 g이 존재하였다.Dowex 50W-X2(H')와 Dowex($CO_{3}^{-2}$)의 column을 통과시켜 이온 성분을 제거하였다. 이온이 제거된 용액의 D-tagatose는 431 g이었다 이온이 제거된 용액을 $50^{\circ}C에서 진공 농축하여 점액성 물질을 얻었고 이것을 99.9%의 에탄올을 첨가하여 385 g D-tagatose 흰색의 결정을 얻었다.

Abstract ▼

1. The Object of Project.
D-tagatose, an isomer of D-galactose, is a rare natural ketose. It is of interest commercially because it shows similar sweetness(0.92) and taste to sucrose. In addition, D-tagatose has low caloric value and low laxative effect. The object of project was that the biolog

1. The Object of Project.
D-tagatose, an isomer of D-galactose, is a rare natural ketose. It is of interest commercially because it shows similar sweetness(0.92) and taste to sucrose. In addition, D-tagatose has low caloric value and low laxative effect. The object of project was that the biological method for D-tagatose manufacture and the products by using this sweetener was developed.
2. Method and Results of study
- The development of galactose isomerase, the enzyme of bioconversion galactose to tagatose, by artificial genetic evolution.
- The selection of enzyme which was increased reaction time and equilibrium constant in prepared genetic library by error-prone PCR
- Making a comparative study of characterization between the finally selected enzyme and the initial enzyme.
- Development of immobilization method and optimization of enzyme reaction: An immobilization method: entrapment of sodium alginate treated with glutaraldehyde.The optimal pH, temperature, and metal ion of free and Immobilized enzymes was determined.
- Development of bioreactor230 g/L tagatose was produced from 500 g/L galactose with a productivity of 9.58 g/L-h, conversion rate 46%.58 g/L tagatose was produced from 100 g/L galactose for 30 days with a productivity of 15.4 g/L-h, conversion rate of 58%.
- Recovery of tagatoseIon was remove by Dowex 50W-X2(H') and Dowex($CO_{3}^{-2}$) column and this solution was evaporated with vacuum at 50℃ and then the white crystal of D-tagatose was obtained by adding 99.9% ethanol with 80% recovery yield.
- Tagatose production from lactose by 2 step bioreactors- Tagatose of 96 g/L in 2 step bioreactors(XK-16) withβ-galactosidase and thermostable galactose isomerase was produced continuously from 200 g/L lactose with a productivity of 19.2 g/L-h, conversion rate of 48%.
- Making of product and economic analysis of production:240 g/L tagatose in a bioreactor(XK26) was continously produced for 7 day from 500 g/L galactose with a feeding rate of 12.5 ml/h, conversion rate of 46%. Tagatose was obtained 2L containing 480 g, Ion was remove by Dower 50W-X2(H') and Dowex($CO_{3}^{-2}$) column and this solution of 431 g was evaporated with vacuum at $50^{\circ}C$ and then the white crystal of 358 g D-tagatose was obtained by adding 99.9% ethan01 with 80% recovery yield.

목차 Contents

• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과...7
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표...7
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과...10
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...14
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...16
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획...18
• 6. 첨부서류...19
• Ⅲ. 제1세부연구개발과제 연구결과...36
• 1. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표...37
• 2. 제1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...38
• 3. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발결과...39
• 4. 제1세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...53
• 5. 제1세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...54
• 6. 제1세부연구개발과제의 활용계획...55
• 7. 참고문헌...56
• Ⅳ. 제2세부연구개발과제 연구결과...57
• 1. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표...58
• 2. 제2세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...59
• 3. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발결과...62
• 4. 제2세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...81
• 5. 제2세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도...83
• 6. 제2세부연구개발과제의 활용계획...84
• 7. 참고문헌...85