α의 고정화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12708(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 감자껍질 전분으로부터 이소말토올리고당을 생산하는 과정을 액화, 당화, 글루코실화의 3단계로 진행하였다. 또한, Aspergillus niger(GH31 계열)로부터 α-트랜스글루코시다제 유전자를 클로닝하여 E. coli BL21(DE3)로 형질전환시키고, 생성된 단백질을 과발현 및 정제하여 α-트랜스글루코시다제 생산을 수행한다. 생성된 α-트랜스글루코시다아제는 자성 나노입자와 결합해 60% 이상의 활성으로 최대 5사이클까지 재사용성을 향상시켰다. 모든 변형은 푸리에 변환 적외선 분석, 투과 전자 현미경, 전계 방출 주사 전자 현미경, 에너지 분산 X선 분광법, X선 회절 분광법, 열중량 분석 및 동적 광산란(DLS) 방법을 사용하여 특성화되었습니다. 분석. 또한, 트랜스글루코실화를 위한 최적 조건은 RSM에 의해 다음과 같이 결정되었습니다: 효소 대 기질 비율 6.9 U g−1, 반응 시간 9 h, 온도 45 °C 및 pH 5.5, 70 gl−1 (± 2.1 ). MALDI-TOF-MS 분석에서는 IMO의 DP가 2~10 범위인 것으로 나타났습니다. GC-MS 및 NMR에 의한 이소말토올리고당의 상세한 구조적 특성 분석은 α-(1 → 4) 및 α-(1 → 6)-D-Glcp 잔기가 소수의 α-(1 → 2) 및 α-와 함께 주요 구성 성분으로 제안되었습니다. (1 → 3) -D-Glcp 잔기.

이소말토올리고당(IMO)은 소화가 불가능하지만 발효 가능한 올리고당으로 특정 건강에 유익한 박테리아, 특히 비피도박테리아와 유산균의 성장을 증가시킵니다. 이는 장 대사에 영향을 미치고 위장 미생물 생태에 영향을 미칩니다1,2,3,4,5,6. IMO는 주로 α-(1 → 6) 및 α-(1 → 4) 글리코시드 결합으로 연결된 포도당 단위와 낮은 비율의 α-(1 → 3)(니게로스) 및 α-(1 → 2)로 구성된 프리바이오틱 올리고당입니다. ) (코지비오스) 글리코시드 결합7,8,9. 일반적으로 IMO는 이소말토오스(DP2), 이소말토트리오스(DP3), 이소파노오스, 파노오스(DP3), 이소말토테트로오스(DP4) 및 이소말토펜토오스(DP5)를 포함하는 다양한 중합도(DP)를 가지고 있습니다. IMO는 인간 효소에 의해 소화되지 않지만 프리바이오틱 효과를 발휘하는 장내 세균총에 의해 발효됩니다5,12,13. 프리바이오틱 효과 외에도 IMO는 혈당 지수가 낮고 당뇨병 환자에게 건강상의 이점을 제공하는 저칼로리 감미료 역할을 합니다10,14.

상업적으로 IMO는 다양한 공급원(고구마, 감자, 타피오카, 쌀, 바나나)에서 채취한 전분으로 생산됩니다11,15,16,17,18. 일반적으로 IMO 생산에 사용되는 전통적인 방법은 액화, 당화 및 트랜스글루코실화의 세 단계로 구성됩니다. 최근 연구에서는 IMO 생산을 위한 동시 당화 및 트랜스글루코실화(SST)가 입증되었습니다16,20. 이러한 연구는 IMO 생산 효율성을 향상시키고 반응 시간을 단축시켰습니다. 다양한 연구에서도 덱스트랜수크라제와 덱스트라나제21,22,23를 사용하여 자당에서 IMO를 효소적으로 생산하는 것으로 보고되었습니다. 또한, α-트랜스글루코시다제의 고정화를 기반으로 하는 자성 나노입자(MNP)의 개발이 효소의 재사용성을 향상시키는 가장 좋은 방법 중 하나인 것으로 보고되었습니다24,25,26.

본 연구에서는 감자껍질로부터 전분을 추출한 후 액화전분을 액화 및 당화시키는 과정을 먼저 수행하였다. Aspergillus niger(GH31 계열)의 α-transglucosidase(평균 MW ~ 110 kDa)를 코딩하는 유전자를 GenScript(Singapore)로 합성하고 pET28a 벡터에 클로닝했습니다. IMO 생산을 위한 효소의 중요성을 고려하여 E. coli BL21(DE3)에서 이종 발현을 위한 노력이 이루어졌습니다. 또한, 트랜스글루코실화 반응은 IMO의 수율을 최대화하기 위해 RSM에 의해 최적화되었습니다. 그 후, 생성된 α-트랜스글루코시다아제를 MNP로 고정화하고 다양한 분석 기술을 통해 특성화하였다. 마지막으로 MALDI-TOF-MS, GC-MS, NMR을 이용하여 정제된 IMOs 분획의 구조적 특징을 분석하였다.