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Production and Characterization of β-galactosidase from Bacillus licheniformis Isolated from Doenjang

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된장에서 분리된 Bacillus licheniformis의 β-galactosidase 생산성과 효소특성

진현경, 윤기홍*

우송대학교바이오식품과학전공

Received: October 15, 2014 / Revised: November 25, 2014 / Accepted: November 25, 2014

서 론

β-galactosidase미생물을비롯하여동식물에두루 재하며 lactose glucose galactose분해하는효소이고 식품산업에 활용성이 높다. 우유, 유제품과 유장으로부터 lactose제거하거나[2] 장내유용미생물의성장을증진시키 갈락토올리고당[26]비롯한 lactulose [6], lactosucrose [16]생산에사용되며또한대장균유래의β-galactosidase 작용하지못하는재조합숙주균에서표지효소로이용되 있다[27].

효소의생산균주에따라서β-galactosidase lactose 수분해능과전이효율을비롯하여반응특성이다르므로 산업적활용에적합한효소특성과생산성을확보하기위해 내열성이나 저온성 균주를 비롯한 여러 균주로부터 β-

galactosidase연구되었다[22]. Bacillus stearothermophilus [8], B. circulans [26] B. coagulans [1] 3이상의 β- galactosidase isozymes생산하는데, 온천에서분리된 B.

coagulans RCS3 isozyme III다른 isozymes와는달리

균체외로분비되며 lactose 분해능이우수한것으로확인되

었다. 또한 B. circulans효소는 isozymes간에면역학적으

동일하나 lactose 분해능과전이에의한갈락토올리고

생산능에는 차이가 것으로 보고되었다. 한편 B.

licheniformis β-galactosidase 전이효율은 낮으나 lactose 분해에적합한효소를생산하는것으로알려졌다[12].

Bacillus균주 B. megaterium [23], B. licheniformis [12], B. stearothermophilus [5, 8] B. coagulans [1]로부 β-galactosidase 효소와유전자의특성이보고되었으며, 북극에서분리된 Alkalilactibacillus ikkense로부터저온에 활성이높은 β-galactosidase유전자도클로닝되었다 [22]. β-galactosidase활용성을증대시키기위해서단백질

구조를기반으로하여 lactose 가수분해능이향상된변이체

개발되었으며[5], 담체에고정화된 B. stearothermophilus B. circulans 유래의효소가전이반응과 lactose 분해반응 Production and Characterization of β-galactosidase from Bacillus licheniformis Isolated from Doenjang

Hyun Kyung Jin and Ki-Hong Yoon*

Food Science & Biotechnology Major, Woosong University, Daejeon 300-718, Republic of Korea

A bacterial strain was isolated from homemade doenjang (Korean fermented soybean paste) as a producer of the extracellular β-galactosidase, capable of hydrolyzing lactose to liberate galactose and glucose residues. The isolate YB-1414 has been identified as Bacillus licheniformis on the basis of its 16S rDNA sequence, morphology and biochemical properties. The pro- duction of β-galactosidase by B. licheniformis YB-1414 reached maximum levels of 6.2 U/ml in culture medium containing wheat bran (1%) and yeast extract (2.5%) as carbon and nitrogen sources, respectively. Particularly, the insoluble fraction was more effective for β-galactosidase production than the soluble extract of wheat bran. The enzyme exhibited maximum activity for hydrolysis of para-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (pNP-βGal) under reaction conditions of pH 6.0 and 55-60oC. Its hydrolyzing activity for pNP-βGal was drastically decreased by the addition of low concentrations of galactose, but only slightly decreased by glucose, with 85% of maximal activity in the presence of 400 mM glucose.

Keywords: Bacillus licheniformis, β-galactosidase, productivity, property

*Corresponding author

Tel: +82-42-630-9742, Fax: +82-42-636-2676 E-mail: [email protected]

© 2014, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology

(2)

사용되었다[3, 7]. β-galactosidase생산성을증가시키 위해서는 B. stearothermophilus 효소 유전자를 B.

subtilis [9] 또는 B. amyloliquefaciens [10]에서발현시켰다. 또한 B. subtilis [13] B. licheniformis [18]β-galactosidase 생산성에영향을미치는배지성분에대한연구도수행되었다. 최근들어청국장의기능성에관심이높아지면서생청국 장이나건조된청국장의분말또는환의형태로유유와 합하여건강식으로이용되고있다. β-galactosidase 활성이 높은청국장은우유와함께섭취할경우유당불내증을 지하는효과가예상되므로β-galactosidase생산하는미생 물을청국장발효균으로활용하기위해청국장으로부터 B.

licheniformis분리된있으며[28], 연구에서는된장 으로부터β-galactosidase생산하는 Bacillus균주 생산성이우수한미생물을분리하여반응특성을조사하 였다.

재료 및 방법

β-galactosidase 생산균의 탐색

Spizizen 최소배지[25] 탄소원인 포도당과 sodium citrate 질소원인 ammonium sulfate 대신에대두분 (1%) 첨가된변형배지(K2HPO4, 7 g; KH2PO4, 1.5 g; MgSO4· 7H2O 0.5 g; MnCl2· 4H2O, 0.04 g; CaCl2· 2H2O, 0.003 g;

FeSO4·7H2O, 0.0025 g; (NH4)6Mo7O24·4H2O, 0.002 g; water, 1 L)가정에서수집된된장을접종하여 37oC에서 3일간 진탕배양하고동일한배지에 3-4간격으로 3계대 양을실시하였다. 최종적으로계대배양액을동일한성분의 평판배지에도말하고 37oC에서 4일간배양한형성된 로니중에서서로다른모양을보이는콜로니를채취하였다. 이들분리균을 LB 액체배지에서 24시간동안진탕배양한 배양상등액을 회수하여 1 mM para-nitrophenyl-β-D- galactopyranoside (pNP-βGal; Sigma, USA) 포함한 20 mM sodium phosphate 완충액(pH 6.0) 첨가하고

45oC에서 2시간동안방치한반응액의색깔을관찰함으

로써β-galactosidase 활성을갖는균을탐색하였다. 분리균주의 동정

그람염색과포자염색을통해분리균의형태를조사하였으 , 균체현탁액을 API 20E API 50CHB (Biomereux, France) kits제조사의지침을따라접종하고 37oC에서 양하면서 1일과 2일째각각관찰하여탄수화물이용능과 화학적특성을판별하였다. 분리균의염색체 DNA 형으로하고, 세균의 16S rRNA 유전자의보존적지역의 기서열 5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3' (E. coli 16S rRNA 유전자염기서열 8-27), 5'-GGTTACCTTGTTACGACTT-

3' (E. coli 16S rRNA 유전자염기서열 1492-1510) primer

사용하여중합효소연쇄반응(PCR)실시한증폭된 PCR

산물을정제하여분리균의 16S rDNA 염기서열을분석하였다. β-galactosidase 조효소액 제조

분리균 B. licheniformis YB-1414 LB 배지에서 16시간

동안배양한배양액을 1% (v/v)되도록동일성분의

양액에접종하고 37oC에서 36시간동안진탕배양하였다. 심분리하여얻은배양상등액을 ammonium sulfate (25-75%) 처리하고침전된단백질을 10 mM sodium phosphate 완충

(pH 6.0)현탁하여동일완충액으로투석한조효소

액으로사용하였다.

β-galactosidase 반응특성 분석

β-galactosidase 활성을결정하기위해서는 1 mM pNP- βGal 50 mM sodium phosphate 완충액(pH 6.0)포함 반응액에효소를첨가하여 50oC에서 10분간반응시킨 반응액의 2부피의 1 M Na2CO3 용액을첨가하여반응을 종결시키고 405 nm에서 흡광도를 측정하였다. para- nitrophenol (pNP)표준물질로하여얻은검량곡선을 용하여효소반응에의해생성된 pNP양을결정하였다. 효소의활성도 1 unit 1동안 1 μmol pNP유리시 키는효소량으로정의하였다. 효소활성에미치는반응온도 pH영향을조사하기위하여 30-70oC pH 5.0-8.0 범위에서 각각 β-galactosidase 활성을 측정하였다. β-

galactosidase안정성을조사하기위하여조효소액을

서로다른온도에서일정시간방치한잔존활성을측정하 였다. β-galactosidase의한최종가수분해산물을조사하 위해 lactose (1%)과량의조효소액을포함한반응액을 40oC에서 5시간반응시킨반응액을열처리하여단백질을 제거하고상등액을취해 chloroform, acetic acid증류수 (4.3 : 5 : 0.7, (v/v)) 혼합용액을 전개용액으로하여 silica gel-precoated thin layer plate (Merck, Gemany)에서박층 크로마토그래피를수행하였다. 전개된물질을발색시키기 해서는 9 ml ethanol, 0.5 ml p-anisaldehyde, 0.5 ml sulfuric acid glacial acetic acid 방울을혼합한발색제용액을 뿌린, 120oC에서 10분간방치하였다. 당이효소활성에

미치는영향을분석하기위하여기질로 pNP-βGal포함한

반응액에종류와농도가다르게당을첨가한상태에서반응 수행한β-galactosidase 활성을측정하였다.

결과 및 고찰

β-galactosidase 생산균의 분리와 특성

된장으로부터고분자물질의가수분해효소를생산하는 B.

(3)

subtilis, B. licheniformis B. amyloliquefaciens분리 있으며[11, 29], 여러종류의 Bacillus이와관련 균이발효장류에다수존재하는것으로보고되었다[19].

된장을직접복합평판배지에도말하여균주를분리할경우 우점균이나한정된균종만빠르게성장할있으므로[17]

탄소원과질소원대신대두분을첨가한최소배지를사용하 계대배양과분리과정을실시하고평판배지에서형성된 콜로니의모양이서로다른균을분리하였다. 가정에서제조 된장 60시료로부터균을분리한결과된장시료당 1-4개의균주가분리되었다. 150분리균을 LB 액체배 지에배양하여얻은배양상등액의β-galactosidase 활성을 사하였으며, 결과 5분리균주를제외하고는대부분이 β-galactosidase 활성이관찰되지않거나미약한것으로 타났다. 따라서효소생산성이우수한 5분리균의배양상 등액내효소활성을비교하여최종적으로β-galactosidase 성이높은분리균 YB-1414확보하였다.

분리균 YB-1414포자를형성하는그람양성간균이며,

API 50CHB 20E kit사용하여조사한생화학적특성을 Biomeriux API web (https://apiweb.biomerieux.com/

jsp/login.jsp)에서다른균주와비교한결과 B. licheniformis

유사도가 99.9%가장높게 나타났고이용성도 B.

licheniformis동일하였다. 분리균은 arginine dihydrolase, gelatinase oxidase 활성을 보였고, nitrate 환원능과 citrate 이용능이있으며 acetoin생성하였다. 또한 lysine decarboxylase, ornithine decarboxylase, urease tryptophan deaminase활성은없고, indole황화수소를생성하지 하였다. 분리균의 16S rRNA 유전자를 PCR 증폭한 1,430 bp 크기의염기서열을결정하였으며(Genbank accession No. KM660627) 이를미국 NCBI BLAST 검색방법을 용하여세균들의상응하는염기서열과비교하였다. 결과, B. licheniformis DSM 13 (NR_118996) BCRC 11702 (NR_116025) 16S rDNA 서열과가장상동성이높았으며, 2개의염기를제외하고는동일하였다. 이상의형태적, 생화 학적특성 16S rDNA 서열의결과로분리균 YB- 1414 B. licheniformis 것으로 판단된다. 분리균 YB-

1414고분자 물질의 분해능을조사하기위해 1% skim

milk, 0.2% potato starch, 0.5% xylan 0.5% carboxymethyl

cellulose각각첨가한평판배지에서하룻밤배양하여

해환을관찰하였으며결과분리균은 xylan분해하지 하였고나머지물질을모두분해하는것으로나타났다. 한편 청국장에서도β-galactosidase생산하는 B. licheniformis 분리된있는데[28], 분리균 YB-1414청국장에서 리된β-galactosidase 생산균과는달리 acetoin생성하고, citrate, rhamnose, sorbitol, melibiose, inuline β-gentiobiose 탄소원으로이용하는차이점을보였다.

B. licheniformis YB-1414의 β-galactosidase 생산성 β-galactosidase균체내효소로존재하는경우가많으며 B. stearothermophilus [4, 8], B. megaterium ATCC 14581 [23], B. subtilis KL88 [20]에서균체내효소로보고 있다. 또한청국장에서 분리된 B. licheniformis YB- 1105배양상등액보다균체내에β-galactosidase 활성이

높은 것으로 알려졌다[28]. 한편 면양유에서 분리된 B.

subtilis [13]온천에서분리된 Bacillus sp. [21]균체외 β-galactosidase분비생산하며, B. coagulans RCS3 경우 5개의β-galactosidase isozymes 개가배양상등 액에서관찰된있다[1]. 분리균 B. licheniformis YB-1414 배양상등액에서β-galactosidase높은활성으로관찰되 므로균의성장과효소생산성과의관계를조사하기위해 LB 액체배지에서진탕배양하면서일정시간마다배양액을채취

하여 600 nm에서 흡광도와 배양상등액에 존재하는 β-

galactosidase활성을측정하였다.

B. licheniformis YB-1414배양시간이 12시간되었을 최대성장도에이르렀고이때부터 β-galactosidase 생산이 작되어정지기를지나사멸기에도달한후까지효소생산성 지속적으로증가하였으며 30시간이되었을 2.8 U/ml 최대에이르렀고이후에도배양상등액에존재하는효소 활성이감소하지않고그대로유지되었다(Fig. 1). 균체외 β- galactosidase생산하는 Bacillus sp.경우도효소생산 성이정지기이후에지속적으로증가되는현상을보여분리 균과유사하였으며, 이러한현상은균체내에서합성된효소 균체외로확산되는데걸리는시간의차이때문인것으로

Fig. 1. Growth and β-galactosidase production of B. licheni- formis YB-1414. B. licheniformis YB-1414 was grown at 37oC in LB medium. The cell growth (-●-) was determined by measuring absorbance of the cell culture at wavelength of 600 nm. β-galac- tosidase activities (-○-) were determined with the culture filtrate.

The curve for β-galactosidase production represents the average of three independent experiments within standard errors of 1.5%

between them.

(4)

추정된 있다[21]. 또한 B. stearothermophilus β- galactosidase 유전자를함유한 B. subtilis 재조합균주는 체내β-galactosidase생산하므로효소생산성이균의 장과연계된형태로정지기에이를때까지지속적으로증가 하여최대생산성이 6.3 U/ml나타났다[9].

β-galactosidase 생산성은배지내탄소원과질소원성분에 따라영향을받는다고알려져있으므로 potassium phosphate (0.01%) magnesium sulfate (0.1%)기본성분으로하고

탄소원과질소원을달리하여분리균 YB-1414효소생산

성을조사하였다. 질소원으로 peptone (0.5%)함유하는

지에서로다른탄소원을 0.5%되도록각각첨가한상태

에서분리균을접종하여 37oC에서 36시간동안진탕배양한 배양상등액의효소활성을측정한결과 Table 1보인 바와같이밀기울을비롯하여쌀기울, locust bean gum

guar gum첨가한배지에서효소생산성이증가되었으

glucose lactose비롯한단당류나이당류가첨가된 지에서는탄소원을첨가하지않은배지보다효소생산성이

감소하였거나변화가없는것으로나타났다. 이는쉽게 대사되는 glucose lactose보다귀리가루, 밀기울과쌀기울 함유된배지에서 B. subtilisβ-galactosidase 생산성이 가되거나, 왕겨를첨가한고체배지에서 B. licheniformisβ- galactosidase 생산성이증가한현상과유사하지만[13, 18], B. megaterium [23] B. stearothermophilus [9] B.

stearothermophilusβ-galactosidase 유전자가 함유된 조합 B. amyloliquefaciens [10]에서효소생산이 lactose 의해유도된다는결과와는달랐다. 또한밀기울을첨가한 지에서효소생산성이가장높았으므로밀기울의농도를 리한배지에서동일조건으로배양하였을밀기울첨가량 1%때까지는효소생산성이증가되었으나 1.5% 상의밀기울이첨가되었을때는효소생산성이약간감소하 현상을보였다(Table 1).

탄소원으로밀기울첨가량을 1%고정하고유기질소원

(0.5%)종류를달리한배지에서효소생산성을조사하였

yeast extract 또는 tryptone첨가된배지에서효소

Table 1. Effects of additional carbon sources on the β-galactosidase production from B. licheniformis YB-1414 Additional carbon sources

(0.5%)

β−galactosidase activity

(U/ml) Amount (%) of wheat bran β-galactosidase activity (U/ml)

None 0.114± 0.004 None 0.201± 0.005

Glucose 0.143± 0.002 0.3 0.692± 0.002

Sucrose 0.000± 0.000 0.5 0.878± 0.008

Lactose 0.191± 0.003 0.7 1.152± 0.006

Galactose 0.114± 0.005 1.0 1.781± 0.008

Arabinose 0.000± 0.000 1.5 1.453± 0.009

Melibiose 0.000± 0.000 2.0 1.294± 0.009

Raffinose 0.000± 0.000 2.5 1.231± 0.006

Locust bean gum 0.321± 0.003 3.0 1.252± 0.005

Guar gum 0.192± 0.002

Wheat bran 0.762± 0.008

Rice bran 0.534± 0.008

Table 2. Effects of additional nitrogen sources on the β-galactosidase production from B. licheniformis YB-1414 Additional nitrogen sources

(0.5%)

β-galactosidase activity

(U/ml) Amount (%) of yeast extract β-galactosidase activity (U/ml)

None 0.083± 0.005 0.0 0.042± 0.003

Corn steep powder 0.003± 0.002 0.5 1.485± 0.009

Soytone 0.851± 0.001 0.8 2.385± 0.010

Yeast extract 1.312± 0.004 1.0 3.092± 0.010

Tryptone 1.153± 0.009 1.5 4.793± 0.017

Peptone 0.884± 0.009 2.0 6.152± 0.001

Casein hydrolyzate 0.742± 0.005 2.5 6.205± 0.014

3.0 5.523± 0.011

(5)

생산성이높았으며, soytone, peptone 또는 casein 가수분해 물이첨가된배지에서는서로유사한수준의효소생산성을 보였고특이하게도 corn steep powder함유된배지에서는

효소가거의생산되지않았다(Table 2). 효소생산성을가장

크게 증가시킨 yeast extract 첨가량을 달리하였을

yeast extract첨가량이많아질수록β-galactosidase 생산

성이증가하여 2.5%에서최대생산성을보이고 3.0%에서는

약간감소하였다. B. subtilis분리균 YB-1414유사하게 yeast extract질소원으로사용하였을효소생산성이 높았으나, 분리균과는달리 peptone tryptone 보다는 효소생산능을증가시키는것으로보고되었다[13].

한편밀기울의불용성물질과수용성물질어느것이 효소생산성을증가시키는지확인하기위해서밀기울 1% 증류수에현탁하고원심분리불용성의침전물과수용성 상등액부분으로나누고 yeast extract (2.5%)기본 분을각각첨가하여제조된배지에서효소생산성을비교하

였다. Table 3보인바와같이밀기울의불용성물질이

가된배지에서효소생산성은밀기울이그대로첨가되었을 때보다약간낮은것으로나타났지만수용성물질이첨가된 배지에서보다높았다. 또한밀기울의수용성물질이 유된 배지에서의 효소 생산성은밀기울이 첨가되지않고 yeast extract첨가된배지에서보다 2이상높은것으 나타났다. 이로보아β-galactosidase생산성을증가시 키는물질이밀기울의불용성물질과수용성물질에모두 으며불용성물질에많이존재하는것으로판단된다. 한편 yeast extract첨가하지않고밀기울만을첨가한 지에서는효소생산성이매우낮았는데이는질소원이거의 없어균의성장이낮아진때문으로여겨진다.

B. licheniformis의 β-galactosidase의 반응특성 배양상등액을 ammonium sulfate (25-75%)처리하여 조된조효소액을사용하여반응조건에따른β-galactosidase 활성을측정하였다. 결과 pH 6.0 55-60oC에서최대활 성을나타냈으며, pH 5.5-6.5 범위에서는최대활성의 90%

이상의활성을보였다(Fig. 2). 분리균효소의최적반응온

도는 50oC에서최대 효소활성을 보이는 B. licheniformis

DSM 13 [12] B. licheniformis YB-1105 [28] 효소에 비해 높았으며, B. coagulans L4 [14] B. megaterium 2- 37-4-1 [15]효소와는유사하였고, 최적반응온도가 65oC 70oC보고된 B. coagulans RCS3 [2], B. subtilis [13]

B. stearothermophilus [4]효소보다는낮았다. 한편

극에서 분리된 A. ikkense 생산하는저온활성 효소는

20-30oC에서최대 활성을보이는것으로보고되었다[22].

또한 B. licheniformis DSM 13, B. coagulans [1] B.

stearothermophilus [4] 유래효소의최적 pH 6.0-7.0 범위 알려져분리균의효소와유사하였으며, B. megaterium 2-37-4-1 A. ikkense효소 B. stearothermophilus 변이체효소[5] pH 7.5-8범위에서최대활성을보이는 것으로보고되었다.

30-60oC 범위의온도에서조효소액을 30분과 60동안 Table 3. β-galactosidase production from B. licheniformis YB-1414 according to soluble and insoluble fraction of wheat bran

Additional sources for

β-galactosidase activity (U/ml)

Carbon (1%) Nitrogen (2.5%)

Total wheat bran None 0.075± 0.006

None Yeast extract 1.384± 0.011

Total wheat bran Yeast extract 6.223± 0.018

Soluble extract of wheat bran Yeast extract 3.205± 0.012

Insoluble fraction of wheat bran Yeast extract 5.447± 0.019

Fig. 2. Effects of reaction temperature and pH on the β-galac- tosidase activity. Temperature profile (triangles) was obtained by measuring the β-galactosidase activities at different temperatures and pH 6.0. The reactions were done at 50oC and various pHs for determining the pH profile (circles). Buffers used were as follows:

sodium citrate (-●-), sodium phosphate (-○-). Each curve rep- resents the average of three independent experiments within stan- dard errors of 2% between them.

(6)

각각열처리한잔존활성을조사한결과 Fig. 3보인 같이 40oC 이하에서는 60동안방치하여도안정하였 으나, 45oC 이상의 온도에서는 1시간 방치하였을 β- galactosidase서서히실활되기시작하였으며 60oC에서는 30방치하였을때도잔존활성이거의관찰되지않는것으 보아 60oC 이상에서는매우불안정한것으로판단된다. 그러므로분리균의β-galactosidase 55oC에서반감기가 94 시간인 Bacillus sp.효소[21], 65oC에서반감기가 2시간인 B. coagulans RCS3 효소와 반감기가 50시간인 B.

stearothermophilus ATCC 8005효소에비해열안정성이 낮으며[2, 4], 55oC에서 30분만에 70%실활된 B. coagulans L4 효소와 45oC에서 1시간만에 70% 실활된 B.

licheniformis YB-1105균체외효소보다는열안정성이 았다[14, 28].

pNP-βGal가수분해능이있는β-galactosidase 중에서 실제 lactose거의분해하지못하는경우도있으므로[24]

분리균이생산하는 β-galactosidase lactose 가수분해산물 TLC 분석하였다. 결과 Fig. 4 보인 바와 같이 lactose완전히분해되지는않았지만, 분해산물로 galactose

glucose이동도가동일한반응산물이생성된것으로

lactose분해하는것을있다. 실제β-galactosidase lactose분해산물인 galactose 또는 glucose의해 수분해활성이저해를받는것으로알려져있는데, 반응

물에상당량의 lactose분해되지못한상태인것으로보아

YB-1414β-galactosidase lactose 가수분해과정에서 응산물에의해크게저해를받은것으로여겨진다.

β-galactosidase의 가수분해 활성에 미치는 당의 영향 β-galactosidase, β-glucosidase, β-xylosidase α- galactosidase 등을포함하는여러종류의 glycosidase 수분해반응시반응산물에의해효소활성이저해되는것으 알려져있다. 따라서 YB-1414β-galactosidase 활성에 미치는당의영향을분석하기위해 1 mM pNP-βGal기질 하고 glucose, galactose, xylose, mannose첨가농도를 달리하여가수분해활성을측정하였다. 결과 galactose 의한가수분해활성의저해도가가장것으로나타났으며,

20 mM 이상이존재할경우효소활성이 50% 이상저해되었

(Fig. 5). B. coagulans RCS3 [2], B. stearothermophilus [9], B. licheniformis DSM 13 [12] B. licheniformis YB- 1105 [28]효소도 galactose의해활성이강력하게저해 받는것으로알려져있으나, B. subtilis KL88효소는 galactose 20% 존재할때도 50% 이상의β-galactosidase 활성을유지하는것으로보고되었다[16].

Glucose galactose비해분리균의효소활성을약하게 저해하였으며, 400 mM존재하에서도 85%활성을 보였다. Glucose유사한 mannose효소활성을약하게 해하였으며, 400 mM 존재하에서 91% 이상의활성을 였다. β-galactosidase의한 lactose 분해산물로 glucose galactose동시에생성되는데 glucose 보다 galactose 효소활성저해도가것은 galactose효소의활성부위

경쟁적저해제로작용하는반면에 glucose비경쟁적

해제로작용하기때문인것으로알려졌다[16]. 그러므로

부분의β-galactosidase분리균의효소와유사하게 glucose Fig. 3. Thermostability of the β-galactosidase in culrue filtrate.

Thermostability was determined by measuring the residual activi- ties of β-galactosidase after pre-incubations for 30 min (-●-) and 1 h (-○-) at the different temperatures. Each curve represents the average of three independent experiments within standard errors of 2% between them.

Fig. 4. Thin-layer chromatogram of hydrolysis product of lactose. Reactions were done using lactose as a substrate by culture filtrate (lanes 1 and 2) at 40oC for 5 h . Reaction products were analyzed from reaction mixtures before (lane 1) and after reaction (lane 2). Authentic sugar abbreviations are as follows:

Gal, galactose; Glc, glucose.

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의한활성의저해도가 galactose비해훨씬낮으나[20, 28], B. licheniformis DSM 13효소경우는 glucose 해서도효소활성이크게저해되는것으로보고되었다[12].

한편 xylose의해서는효소활성이저해를받지않았을

아니라, xylose 농도가 300 mM 이하에서는β-galactosidase 활성이미약하게증가되는현상을보였는데이와같은현상 B. licheniformis YB-1105에서생산된효소에서도보고 있다.

요 약

가정에서 제조된 된장으로부터 lactose glucose galactose가수분해하는균체외β-galactosidase생산균 분리되었다. 분리균 YB-1414형태적특성, 생화학적 16S rRNA 유전자 염기서열에 근거하여 Bacillus licheniformis 확인되었다. 탄소원과 질소원으로 밀기울 (1%) yeast extract (2.5%)사용하였을 B. licheniformis YB-1414β-galactosidase 생산성이최대 6.2 U/ml이르 렀다. 특히 밀기울의 불용성 성분이 수용성 성분보다 β- galactosidase 생산성을증가시키는것으로확인되었다. β-galactosidase para-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside 가수분해활성은 pH 6.0 55-60oC에서가장높았으며, 농도의 galactose의해서도크게저해를받았다. 그러 glucose의해서는β-galactosidase가수분해활성이

약하게저해를받으며 400 mM glucose존재하여도최대

활성의 85%해당하는가수분해활성을보였다.

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Fig. 5. Effects of sugar on the β-galactosidase activities of the culture filtrate. The relative activity was determined by measuring β-galactosidase activity of the culture filtrate for pNP-βGal (1.0 mM) in the presence of various concentrations of each sugar including glucose (-○-), mannose (-▼-), xylose (-▽-), and galac- tose (-●-), respectively. Each curve represents the average of three independent experiments within standard errors of 2%

between them.

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수치

Fig. 1. Growth and  β-galactosidase production of B. licheni- licheni-formis YB-1414. B
Table 1. Effects of additional carbon sources on the  β-galactosidase production from B
Fig. 2. Effects of reaction temperature and pH on the  β-galac- β-galac-tosidase activity
Fig. 4. Thin-layer chromatogram of hydrolysis product of lactose. Reactions were done using lactose as a substrate by culture filtrate (lanes 1 and 2) at 40 o C for 5 h
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참조

관련 문서