초록 ▼

본 과제가 추구하는 목표는 효소를 이용하여 새로운 탄수화물 소재를 개발하고 그 소재의 관능적 특성과 물리화학적 성질 및 식품기능성을 평가하여 식품에서의 이용도를 제고하기 위한 방안을 모색하는 것이다.

(1) 새로운 탄수화물 소재의 효소적 합성 및 구조 결정, (2) 탄수화물 소재 생산용 당전이 효소의 개발, (3) 트레할로스 합성 효소의 탐색 및 활용, (4) 새로운 탄수화물소재의 식품 기능성 구명

(1) 새로운 전이산물을 생성하기 위해 Escherichia coli $\beta$-gal

본 과제가 추구하는 목표는 효소를 이용하여 새로운 탄수화물 소재를 개발하고 그 소재의 관능적 특성과 물리화학적 성질 및 식품기능성을 평가하여 식품에서의 이용도를 제고하기 위한 방안을 모색하는 것이다.

(1) 새로운 탄수화물 소재의 효소적 합성 및 구조 결정, (2) 탄수화물 소재 생산용 당전이 효소의 개발, (3) 트레할로스 합성 효소의 탐색 및 활용, (4) 새로운 탄수화물소재의 식품 기능성 구명

(1) 새로운 전이산물을 생성하기 위해 Escherichia coli $\beta$-galactosidase(ECbG)를 이용하여 공여체로 lactose를 사용하여 비환원성 이당류인 terhalose를 변형시켰다. ECbG 유전자를 PCR을 이용하여 E. coli K-12로부터 cloning하였다. ECbG를 이용하여 trehalose의 전이 산물인 galactosyl-trehalose의 물리화학적 특성은 높은 수분 흡습성,낮은 Maillard 반응성. 산과 열에 대한 안정성을 보였다. 더군다나 이 전이 산물은 Bifidobacterium sp.의 생육촉진과 mutasucrase와 비수용성 glucan의 생성 억제에 효과가 있어 sugar 대체품으로써 응용적 가치가 기대된다. (2) Bacillus thermoalkalophilus ET2에서 maltogenic amylase (BTMA)를 cloning하였다. BTMA는 전분으로부터 $\alpha$-(1,6), $\alpha$-(1,4), 및 $\alpha$-(1,3) linkages를 갖는 전이 산물을 생산하며 용액상에서 monomer와 dimer가 54:64의 비율로 존재하는데 dimer는$\beta$-C
D를 monomer는 전분을 더 잘 분해하였다. Maltotriose를 공여체로 erythritol를 수용체로 이용하여 반응시 주 생산물이 maltosyl-erythritol이었다. (3) Sulfolobus hakonesis (JCM 8857)에서 ShMTSase/ShMTHase유전자를 분리한 후, 염기서열을 결정하여 유추한 아미노산 서열에서 이들이 $\alpha$-amylase의 일종임을 알 수 있는 4개의 보존된 영역을 확인하였다. 이미 보고된 Sulfolobus acidocaldarius에서 분리한 SaMTSase/SaMTHase와 전분을 기질로 하여 비교 실험하였을 때 trehalose로 전환되는 비율이 증가하는 것을 확인하였다. 한편, 전분을 이용하여 trehalose를 합성하는 과정에서 Thermus aquaticus 4-a-glucanotransferase의 효과를 살펴보았을 때 대조군과 비교시 trehalose의 합성 비율이 증가함을 확인하였다. (4) Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase를 이용하여 maltosyl 공여체로 maltotriose를 수용체로 erythritol, terhalose와 mannitol을 반응시켜 maltosyl-erythritol, maltosyl-trehalose 와 maltosyl-mannitol？ 생산하였다. 이러한 당전이 반응산물의 물리화학적특성은 erythritol, terhalose, mannitol에 비하여 우수하였다.

Abstract ▼

The proposed research aims at developing key enzyme technologies in production of novel oligomeric carbohydrates and investigating functional properties of these materials for application to foods.

(1) enzymatic synthesis of novel oligomeric carbohydrtes and their structural determination, (2

The proposed research aims at developing key enzyme technologies in production of novel oligomeric carbohydrates and investigating functional properties of these materials for application to foods.

(1) enzymatic synthesis of novel oligomeric carbohydrtes and their structural determination, (2) development of transglycosylating enzymes for the production of novel carbohydrate-based materials, (3) isolation and application of trehalose synthesis enzyme, and (4) characterization of the physicochemical, organoleptic and functional properties for application to foods.

(1)Trehalose, non-reducing disaccharide, was modified by employing transglycosylation activity of Escherichia coli $\beta$-galactosidase(ECbG) with lactose as donor molecule to develop a novel transfer product. The whole gene of ECbG was cloned from E. coli K-12 by PCR and the ECbG was purified. The physicochemical properties of the galactosyl-trehalose products were determined to show highly enhanced hygroscopicity, low Maillard reactivity, high acid and heat stability. Furthermore, they have the growth-promoting effect on Bifidobacterium sp. and also inhibitory effect on mutansucrase and water-insoluble glucan formation. Those results indicated that galactosyl-trehalose is suitable sugar substitute for food products with various functional properties. (2) A maltogenic amylase gene (BTMA) of Bacillus thermoalkalophilus ET2 was cloned in Escherichia coli using PCR. BTMA produced novel transfer products having $\alpha$-(1,6), $\alpha$-(1,4), and $\alpha$-(1,3) linkages. BTMA exists in equilibrium between monomer and dimer at the ratio of 54:46 in the solution, and the dimer preferred $\beta$-C
D as substrate, while the monomer showed a better activity toward starch.
Maltosyl-erythritol is mainly produced from transglycosylation reaction with maltotriose as donor, and erythritol as an acceptor. (3) Two genes encoding maltooligosyltrehalose synthase (ShMTSase) and maltooligosyltrehalose trehalohydrolase (ShMTHase) were isolated from a hyperthermophilic microorganism, Sulfolobus hakonesis (JCM 8857). There are four domains for ShMTSase and three for ShMTHase in the deduced amino acid sequences, which are conserved in $\alpha$-amylase family. Trehalose is produced from maltodextrins by ShMTSase and ShMTHase in a sequential reaction. They were active on starch and produced trehalose from it, and the efficiency increased with the treatment of 4-$\alpha$-glucanotransferase. (4) Maltosyl-erythritol, maltosyl-trehalose, and maltosyl-mannitol were produced using maltogenic amylase from Bacillus stearothermophilus through the reaction with maltotriose as the maltosyl donor and erythritol, trehalose, and mannitol as its acceptor. The physicochemical properties of these transglycosylation products were improved as compared to those of erythritol, trehalose, and mannitol.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...8
• 3. 결과 및 고찰 ...20
• 4. 결론 ...87
• 5. 연구결과 발표내용 ...87
• 6. 인용문헌 ...88