효소 생산
최근 효소가 건강과 다이어트에 인기를 끌면서 주변에서도 많은 효소관련 제품들이 나타나고 있습니다.
그렇다면 이 효소는 무엇이며, 어떻게 생산되는지 알아보도록 하겠습니다.
1. 효소 생산의 산업적 이용
생체촉매(biocatalyst)로 작용하는 효소는 세포, 조직, 기관, 개체 내에서의 모든 화학 반응을 촉매합니다.
1877년부터 공식적으로 사용하기 시작한 효소(enzmye)라는 명명은 "in yeast"라는 의미에서 기원하고 있습니다.
효소는 효모의 발효력에서 유래하여 초창기에는 "ferment'로, 나중에는 "효소(enzyme)" 로 명명 되었습니다.
모든 효소는 단백질로 구성되어 있고 활성에 따라 요구되는 조효소는 효소마다의 기질 특이성에 따라 매우 다양합니다.
미생물은 특정 효소를 세토 내 요구에 의하여 생성하기 때문에 미생물을 이용하여 특정 효소 단백질을 식품공학적으로 대량생산을 하기 위해서는 목적 효소 단백질을 경제적·효율적으로 생산이 가능한 미생물 균주의 스트리닝 조건과 유전체 확보가 선행되어야 합니다.
효소 단백질의 활성과 특성은 동종의 효소라 하더라도 미생물의 종류에 따라 다르고, 특히 배양조건에 따라서도 차이가 큽니다.
미생물 배양을 통한 효소 단백질을 확보하기 위해서는 고려해야할 배양조건을 신중하게 확인하여야 합니다.
온도, pH, 산소공급의 유무, 배양의 전체적인 양 등이 중요하며, 특히 효소 단백질의 생산성이 최고치인 배양 조건을 반복적으로 확인하여 표준화하여야 합니다.
- 효소 확보를 위한 미생물 배양법은? 고체배양법과 액체배양법이 있습니다.
1)고체배양법 : 외부 환경에서의 균 오염과 노동력이 많이 드는 단점이 있으나, 고농도 효소액을 수득할 수 있습니다.
2)액체배양법 : 배양조 등을 이용하여, 잡균의 오염이 상대적으로 적고 배양조건 조절이 자동화 시스템에 의해 가능합니다
또한 장소와 노동력이 절약될 수 있고 원료에 대한 생산성도 높음, 식품 공업적 효소 단백질의 생산에는 이
러한 배양조를 이용한 탱크배양법을 이용합니다.
2. 효소의 추출과 정제
1) 효소 추출
효소의 추출은 균체 외 효소와 균체 내 효소로 구분하여 실시할 수 있다. 균체외 효소는 배양액과 균체를 분리하여 균체를 제거해, 주로 균체 외 배지를 주재료로 획득하는 과정과 효소 추출과정을 추가로 수행하여 얻을 수 있습니다.
균체내 효소의 경우 균체를 파쇄하고 목적 효소 단백질을 추출할 수 있는 과정을 수행해야 합니다.
균체 외 효소와 균체 내 효소 모두 공통적으로 효소마다의 특성에 따라 추출과정이 다양하다. 예를 들면, 미생물 균체마다 균체 내 효소를 추출하기 위한 방법으로 모르타르(mortar)나 볼밀(ball mill)등을 이용한 기계적 마쇄법, 초음파 파쇄장치(ultrasonic oscillator)로 10~60Hz의 초음파를 발생시켜 파쇄하는 초음파 마쇄법, 미생물 균체가 보유하고 있는 자기 효소를 활성화시켜 균체를 파쇄하는 자기소화법, 세포벽을 파괴하기 위하여 난백을 수지 정제하여 얻어진 효소제인 리소자임(lysoayme)처리법, 드라이아이스나 동결기를 이용한 동결융해법 등을 이용합니다.
2) 효소의 정제
효소 단백질의 모든 정제과정은 일반적인 다른 단백질의 정제과정과 동일합니다.
효소의 정제에는 효소 용액에 황산암모늄 등의 염류를 첨가하는 염석(saltingout), 효소 중의 염류를 제거하는 투석(dialysis), 효소 용액에 알코올이나 아세통을 첨가하여 효소를 분별침전시키는 유기 용매 침전법, 인산 칼슘겔인 수산 인회석(hydroapatite) 혹은 알루미나(aluminium oxide) 등에 흡착시켜 중성 혹은 알카리액으로 추출하는 흡착법, 칼럼을 사용해 분리분석하는 칼럼크로마토그래피(column chromatography)에 의해서 이온교환체의 특성으로 분리하는 이온교환법, 겔(gel)을 채운 칼럼 지지체를 사용하여 단백질의 분자량 차이를 이용하는 겔 여과법, 수득한 효소 단백질의 순도를 높이기 위하여 효소액에 황산암모늄이나 아세톤 등을 가하여 재결정하는 결정화법 등이 이용됩니다.
이번편은
식품산업에서 다양하게 쓰이는 단백질체로서의 효소 포스팅이였습니다.
다음 편은 상업적으로 이용되는 미생물 효소 종류에 대해 이야기 해보도록 하겠습니다.