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미생물이야기 효소는 비선택적으로 촉매작용을 하는 것이 아니라, 한 가지 효소는 한가지 반응 또는 극히 유사한 몇 가지 반응만을 선택적으로 촉매작용을 하는 기질 특이성(Substrate Spec
2013-08-09 10:35:12
이엠생명과학연구원

효소(酵素:Enzyme)란 생물체 내에서 각종 화학반응을 촉매하는 단백질로서 세포 내외에서 특수한 촉매작용을 하지만 효소 그 자체는 살아있거나 어떤 형태를 가진 생명체는 아닙니다.
대부분의 효소는 단백질로 이루어졌기 때문에 무기 촉매와는 달리 온도나 pH 등 환경 요인에 의해 그 기능이 크게 영향을 받습니다. 이것은 단백질의 구조가 그 주변 용액의 수소이온 농도에 따라 달라지고, 효소 작용은 특정 구조를 유지하고 있을 때만 나타나기 때문입니다. 효소는 비선택적으로 촉매작용을 하는 것이 아니라, 한 가지 효소는 한가지 반응 또는 극히 유사한 몇 가지 반응만을 선택적으로 촉매작용을 하는 기질 특이성(Substrate Specificity, 基質特異性)을 가지고 있습니다.
기질의 종류만큼 효소의 종류도 많기 때문에 많은 효소들을 구별하기 위해 각 효소에 일반 명칭을 붙이는데, 대체로 그 효소가 작용하는 기질의 명칭의 어미를 -아제(-ase)로 바꾸어 명명합니다.
예를 들어서 단백질을 분해하는 효소일 경우 기질인 Protein에 -ase를 붙여 Proteinase로 명명되었고 Cellulase 효소는 이와 같은 원칙에 따라 Cellulose를 분해하는 효소임을 알 수 있습니다. 효소는 식물, 미생물(Yeast, Bacteria & Fungi) 및 동물로부터 생산되지만 산업적으로 이용되는 많은 효소는 대부분 미생물을 배양하여 생산합니다.

 
효소는 아래와 같이 6가지로 대별됩니다.
1. Oxidoreductase(산화환원효소)

Glucose oxidase, Catalase, Peroxidase, Lipoxygenase,Polyphenol oxidase, laccase

2. Transferase(전이효소)

CGTase, Transglutaminase

3. Hydrolase(가수분해효소)

α-Amylase, β-Amylase, Glucoamylase, Pullulanase, Chitosanase, Mannanase, Cellulase, Xylanase, β-glucanase, Pectinase, Lysozyme, Lactase, Invertase,Tannase, Inulinase, Proteases, Trypsin, Papain, Bromelain, Pepsin, Renin, Nucleases, Phosphatase, Lipase, Lecithinases, Phospholipase A2,

4. Lyase(탈리효소)

lyase, Pectate lyase

5. Isomerase(이성화효소)

Glucose Isomerase

6. Ligase(Sythetase, 합성효소)

DNA ligase, Aminoacyl tRNA synthetase, Glutamine synthetase, Glutathione synthetase

 
효소는 각종 산업분야에서 매우 중요한 역할을 하며 무기촉매반응과 비교하여 다음과 같은 여러 가지의 장점이 있습니다.
  • 생산성을 높힌다
  • 수율을 높힌다
  • By-product & 폐기물을 줄인다
  • 온화한 조건에서 반응시킬 수 있고 생산설비를 줄일 수 있다
 

식품, 사료, 의약, 섬유, 피혁, 세제공업, 정밀화학제품의 제조 등 다양한 산업에서 활용되고 있으며 대표적인 이용분야는 다음과 같습니다.

  1. <ol><ul>
    • 양조(맥주, 막걸리, 약주, 청주, 과실주 등) 및 주정 발효
    • 과일, 야채, 인삼 등 각종 식물성 원료의 가공 및 유효성분의 추출
    • 단백질 가공; 동식물 단백질 분해물의 제조, 기능성peptide제조, 장류 가공, 연육소
    • 제분 공업, 제과, 제빵, 떡, 면 등의 가공; Texture개선, 노화방지, 유화제 등 화학적 합성품 대체
    • 전분가공; 포도당, 과당, 물엿, cyclodextrin 등
    • 유가공; 유당분해, Cheese, EMC(Enzyme Modified Cheese)제조
    • 감미료; Aspartame 제조, Stevioside 감미질 개선
    • 유지 가공; Interesterification & Transesterification, Lysolecithin제조, Oil degumming, Flavor 제조
    • 식품(마요네즈, 주스, 액상식품 류)의 유통기한 연장
    • 사료; 소화효소(NSP Degrading Enzymes), Phytase
    • 폐기물의 재활용 & 폐수처리
    • 의약품 및 정밀화학; 소화효소제, 진단시약, chiral compound생산, Peptide & Antibiotics 합성
    • 섬유; 호발제(Amylase), 정련제(Pectinase), 면섬유 & Tencel가공(Cellulase), Garment Washing(Cellulase), 과산화수소 중화(Catalase), Silk degumming 등
    • 피혁; 탈회제(bating agent, Protease), 탈모제(Dehairing)
    • 세제; Protease, Amylase, Cellulase, Lipase등.
    • 건강기능식품; 소화보조제
    • </ul>
 

현재 식품첨가물로 국내에서 사용이 허가된 효소의 종류는 아래와 같습니다. 효소에 대하여 새로운 용도 개발을 하고 특성을 개량하여 산업적으로 이용할 수 있는 효소는 점진적으로 늘어날 것 입니다.

 

종류

작 용

기원 (식품첨가물 공전 등재 기준)

주요 이용 분야

Bacterial α-Amylase 전분의 α-1.4 글리코시드 결합을 endo type으로 가수분해하여 주로 덱스트린을 생산 Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus

주정, 물엿, 포도당 등의 생산, 섬유공업 호발제

Fungal α-Amylase 전분의 α-1.4 글리코시드 결합을 endo type으로 가수분해한다. 이당류(Maltose)의 생성이 비교적 많음 Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Rhizopus oryzae

양조산업, 주정 및 물엿 등의 생산

β-Amylase 전분의 α-1,4 글리코시드 결합을 비환원성말단에서 exo type으로 maltose단위로 가수분해 맥아, 보리, 밀, 대두

High Maltose Syrup, 물엿, 식혜 등의 제조

Glucoamylase 전분의 α-1,4 글리코시드 결합을 비환원성말단에서 exo type으로 maltose단위로 가수분해 Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Rhizopus oryzae

주정발효, 포도당 생산

Pullulanase 전분 또는 pullulan의 α-1,6 글리코시드 결합을 가수분해 Bacillus acidopullulyticus, Klebsiella aerogenes

포도당, High Maltose Syrup 제조

Transglucosidase 올리고당의 α-1,4 결합을 끊고 α-1,6 으로 연결하여 이소말토올리고당을 합성 Aspergillus niger, Bacillus속

이소말토올리고당 생산

Glucose Isomerase 포도당을 과당으로 이성화 Actinoplanes missouriensis, Bacillus coagulans, Microbacterium arborescens, Streptomyces olivaceus, Streptomyces olivochromogenes, Streptomyces rubiginosus, Streptomyces murinus

포도당의 이성화(과당 생산)

Papain 단백질의 펩타이드 결합을 endo type으로 가수분해하여 Peptide, Amino acid 생산 파파야 줄기

각종 단백질 원료의 분해, 연육소, 음료의 단백질 침전 방지, 소화 보조제, 소염제 등

Bromelain 단백질의 펩타이드 결합을 endo type으로 가수분해하여 Peptide, Amino acid 생산 파인애플 괴경

각종 단백질 원료의 분해, 연육소, 소화보조제, 소염제 등

Pepsin 단백질의 펩타이드 결합을 endo type으로 가수분해하여 Peptide, Amino acid 생산 돼지 또는 기타 동물 위장의 추출물

산성 조건에서 각종 단백질 원료의 분해

Bacterial Protease

단백질의 펩타이드 결합을 가수분해

Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus stearothermophilus

동식물 단백질 원료의 분해에 의한 조미원료 제조, Fish Boiling Juice 점도저하및 농축효율 제고, 액젓제조, 소화효소제, 박피 및 탈모제, 세제 등

Fungal Protease 단백질의 펩타이드 결합을 가수분해 Aspergillus niger, Aspergillus oryzae

된장, 간장의 국보강, 액젓제조, 동식물 단백질 원료의 분해에 의한 조미원료 제조, 단백분해물의 쓴맛 제거, 소화효소제 등

Pancreatin 단백질의 펩타이드 결합을 가수분해, Amylase & Lipase 함유 소나 돼지의 췌장

동식물 단백질 원료의 분해, 소화효소제, 탈회제(피혁공업) 등

Transglutaminase 글루타민의 carboxamide와 amine기와의 공유결합을 형성 Streptoverticillium mobaraense

육류, 어육, 면류에 견고성 및 탄성 부여, 요구르트 등의 syneresis 방지

Cellulase 셀룰로오스 및 기타 베타 글루칸의 β-1,4 글리코시드 결합을 가수분해 Aspergillus niger, Trichoderma reesei, Humicola insolen

식물원료로부터 유효성분 추출, 물성개선, 주스가공

Hemicellulase 식물 세포벽의 여러 구성성분 -자일란(xylan), 아라비노자일란(arabinoxylan), 만난(mannan) 등- 을 가수분해 Aspergillus niger

식물원료로부터 유효성분 추출, 물성개선, 주스가공

Pectinase 세가지 효소의 복합물로서 1)galacturonic acid의 α-1,4 글리코시드 결합을 가수분해하는 polygalacturonase, 2)methyl ester화 된 galacturonic acid의 α-1,4 결합을 분해하는 pectin lyase, 3)methy ester 결합을 가수분해하는 pectin esterase가 있습니다. Aspergillus niger

과실 가공시 점도저하 및 청징. pectin methyl esterase의 경우 과실조직의 경화(firming)

β-glucanase 베타 글루칸의 β-1,3 또는 1,4 글리코시드 결합을 가수분해 Aspergillus niger, Bacillus subtilis, Humicola insolens

식물원료로부터 유효성분 추출, 물성개선, Yeast Cell Wall Lysis, 음료의 β-glucan침전방지, 맥즙여과성 개선

Lipase 지방의 ester결합을 가수분해하여 지방산과 글리세롤 유리 Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Candida rugosa, Rhizopus oryzae,
소 또는 돼지의 췌장

동.식물성 지방의 분해, EMC제조, Dairy flavor 제조

α-galactosidase 올리고당, 당지질 및 당단백질 말단에 α-1,4 결합되어있는 galactose를 유리 Aspergillus niger

식품 및 사료 이용률 향상

β-galacosidase (Lactase) 유당 등 β-galactoside를 가수분해하여 galactose를 유리 Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus circulans, Saccharomyces

lactose free milk제조

Phytase 피틴산(phytic acid)의 ester 결합을 가수분해하여 인산 유리 Trichoderma reesei

식품 및 사료에서 무기이온 및 인산 흡수율 증대

Invertase(Sucrase) 설탕(sucrose)을 포도당과 과당으로 분해 Saccharomyces cerevisie

전화당 제조

Phospholipase A2 레시틴의 A2 ester결합을 분해하여 지방산과 라이소레시틴 유리 돼지 췌장

라이소레시틴 제조(유화력 및 유화안정성 증가)

Catalase 과산화수소 분해 Aspergillus niger, Micrococcus lysodeikticus, 소의 간

섬유, 제지, 반도체 및 식품산업에서 사용하는 과산화수소 분해

Glucose Oxidase 포도당을 글루콘산(gluconic acid)으로 산화시켜 산소를 제거. Aspergillus niger

산소제거에 의한 식품의 산화 방지

Tannase digallate 를 gallate로 가수분해 Aspergillus oryzae

녹차, 감 등 식품의 떫은 맛 제거, 카테킨 흡수율 증가

Chitosanase 키토산의 glucosamin과 acetyl glucosamin의 β-1,4 결합을 가수분해 Aeromonas, Bacillus, Trichoderma viride

키토올리고당 제조

Asparaginase asparagine을 aspartic acid로 가수분해 Aspergillus oryzae

식품 공정에서의 acrylamide 생성 방지

α-Acetolactate decarboxylase Acetolactic acid의 carboxyl기를 제거하여 acetoin 유리 Bacillus brevis의 유전자가 삽입된 Bacillus subtilis

주류 발효 중 생산되는 alpha-diacetyl off-flavor제거




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