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효소enzyme 미생물에 의한 효소 생산
2013-08-22 15:05:06
이엠생명과학연구원

미생물에 의한 효소 생산

 

1.- 균주를 분리하기 위해선 분석법이 확립되어야 하고, 정확 간편 신속하게 자동분석이 가능한 방법을 개발해 내는 것이 중요하다. 여기서 균주란(1) 유전자 구성이 같은 세포 집단.(2) 순수하게 분리하여 배양한 세균이나 균류 를 뜻한다.

 

2- 그 다음 공정인 고체배양법은 미생물의 종류와 목적하는 효소에 따라서 배지 안에 영양분과 수분, PH, 요구산소량, 온도 등 원하는 조건이 다르므로 목적하는 효소의 적합한 배지와 환경을 선택하는 것이 중요하다.

심부배양법은 고체 배양법과는 달리 배지 중 영양분과 생육환경을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있는데 특정한 목적의 효소만을 생산하고 다른 불필요한 효소의 생산을 억제하고자 할 경우 배지와 배양조건을 조절해야 하는데 이러한 조절은 고체배양법은 힘들지만 심부배양법은 가능하다.

 

3.- 이 후 효소를 분리하고 목적하는 효소의 따라 침전, 여과, 원심분리, chromatograhy, 농축, 건조, 분쇄 등을 선정하여 정제하는데, 정제생산공정에서 효소 활성이 저하되는 경우가 있으므로 변성 방지에 유념하여야 하고, 저온과 안정한 pH에서 가능한 신속하게 조작한다. 불필요한 단백질분해효소(protease)가 혼입되어 목적하는 효소를 분해하는 경우가 있으므로 단백질분해효소억제제(protease inhibitor)를 사용하는 것도 효과가 있다.

 

4.- 생산된 효소에는 균체 내에 축척되는 균체 내 효소와 균체의 밖으로 분비되는 균체 외 효소가 있는데 일반적으로 균체 외에 생산되는 경우가 많은 가수분해효소는 배양액으로부터 균체와 고형분을 제거한 후 색 또는 냄새, 불필요한 단백질의 불순물을 많아 제거할 필요가 있습니다.

 

5.- 여기서 얻어진 효소를 농축하는 방법은 한외여과법과 유기용매침전법, 염석법이 있는데 한외여과법은 효소의 농축을 위하여 일반적으로 사용되는 방법으로 저분자 물질을 제거하는 효과만 있고, 유기용매침전법은 알코올 또는 isopropanol 등의 유기용매를 사용하며, 당화 액에 에탄올 또는 메탄올을 가하여 덱스트린을 침전시킨 후 단백질(효소)과 다당류를 분리하는 역할을 하며 유기용매에 의하여 침전되어 분리된 무기염의 함량이 많을 경우는 효소의 변성을 일으킬 수 있으니 유의해야 된다.

염석법은 수용성 염기염(황산암모늄,식염 등)을 가하여 이온강도를 증가시켜 효소를 침전시키는 효소의 변성을 최소화하여 농축할 수 있는 방법으로서 공장에서 사용해 왔다. 현재는 한외여과법으로 여과한 효소를 활용하여 탈염한 다음 필요하다면 다시 이온교환수지 등으로 정제 농축한다. 이것이 균체 외 효소를 목적으로 한 경우이며, 균체 내의 효소를 목적으로 할 경우는 세포를 파괴해야 하는데 bacillus 등과 같이 lysozyme을 작용시키면 쉽게 용균(세균의 세포벽이 파괴되어 내용물이 용액으로 방출된 세균의 용해현상) 된다. 균체 내 효소의 분리는 효모의 자기소화에서 출발하는 것보다 물리적 처리에 의한 효모의 파쇄액 으로부터 출발하는 것이 보다 좋은 수율을 기대할 수 있다고 한다.

 

결론적으로 정리를 간단히 해보면

효소 생산에는 효소를 생산하는 균주를 분리 → 밀기울 or 콩류의 분쇄물을 배지로 하여 배양하는 고체배양법. 발효장치를 이용해 액체배지에서 통기발효를 하는 심부배양법 → 배양 후 효소를 분리하여 효소액을 생산하고 정제생산공정을 거침 → 생산된 균체 내 효소, 균체 외 효소의 불필요 물질 제거 → 한외여과법과 유기용매침전법, 염석법을 이용해 농축 → 효소 대량 생산가능

 

효소 제품과 저장

농축한 효소는 액상제품과 분말제품으로 나뉘는데 액상제품은 경제적인 면에서 유리하지만 일반효소는 수용액 상태에서 불안전하다. 이것은 단백질의 변성 또는 잡균의 오염에 의한 부패가 일어나기 때문인데 그러므로 농축한 효소액에 솔비톨, 알코올, 당류, 글리세린, 식염 등의 친수성 물질을 가하여 수분활성도를 저하시키는 원리로 효소의 변성과 오염을 방지해 저장하고 있으며 분말제품의 제조에는 동결진공건조법 또는 저온분무건조법을 사용하는데 동결진공건조법으로 생산한 효소는 활성과 용해면 에서 유리하나 생산원가가 높은 게 단점이며. 저온분무건조법은 효소의 변성을 일으킬 가능성이 있고, 효소의 용해성은 동결진공건조의 효소보다 우수하지 못하기 때문에 좋은 효소생산을 위해선 동결진공건조법이 유리하다고 한다.




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