Immobilization of beta-1,3-1,4-glucanase from Bacillus sp. on porous silica for production of beta-glucooligosaccharides

Abstract

(1,3)(1,4)-β-D-glucan은 곡류에서 주로 발견되는 난소화성 다당류의 일종으로 혈중 콜레스테롤 및 혈당량 감소, 그리고 면역성 증가 등의 여러 가지 효능을 가지고 있다. 보리유래 (1,3)(1,4)-β-D-glucan의 가수 분해물인 β-glucooligosaccharides (β-GOS)는 (1,3)(1,4)-β-D-glucan이 가지는 효능의 대부분을 가지고 있으며, 사람이나 미생물이 이용하기 어려운 (1,3)(1,4)-β-D-glucan에 비해서 장내 유익균의 선택적 생장이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 β-GOS의 효율적인 생산을 위해서 Bacillus sp.의 재조합 β-1,3-1,4-glucanase (Bg1314)를 글루타르알데히드를 사용하여 다공성 실리카에 고정화시켜 고정화효소를 생산하였다. 고정화효소 생산의 최적조건 (효소 및 글루타르 알데히드의 양)과 고정화효소의 최적 반응조건 (반응온도 및 pH), 장기보관시 고정화효소 활성변화, 그리고 글루타르알데히드가 고정화효소의 활성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 효소고정화 과정에서 사용된 글루타르알데히드의 농도에 높아짐에 따라서 고정화효소의 활성이 급격하게 감소하는 결과를 보였는데, 이것은 글루타르알데히드와 효소활성에 중요한 역할을 하는 라이신 잔기간의 반응때문인 것으로 확인되었다. 생산된 고정화효소는 10회 사용시 처음 활성의 42%를 유지하는 것으로 확인되었으며 생산된 산물을 TLC와 MALDI-TOF으로 확인했을 때, 고정화 전의 Bg1314의 효소반응 산물인 β-GOS가 생산되는 것이 확인되었다. 이 연구를 통해 Bg1314를 고정화하여 β-GOS의 효율적인 생산이 가능함을 알 수 있었다.

(1,3)(1,4)-β-D-glucan has been evaluated to has various beneficial effects derived from its unique structure. β-glucooligosaccharides (β-GOS), which are hydrolysate of barley (1,3)(1,4)-β-D-glucan, are good prebiotic material for selectable growth of probiotic bacteria. In this study, the recombinant β-1, 3-1, 4-glucanase (Bg1314) of Bacillus sp. SJ-10 (KCCM 90078) was immobilized on the porous silica using glutaraldehyde as cross-link reagent to achieve efficient production of β-GOS. The effects of some factors such as amount of enzyme and glutaraldehyde, reaction temperature and pH on catalytic activity were investigated. The enzyme activity decreased sharply at high concentration of glutaraldehyde and this result is likely to be occurred due to reacting glutaraldehyde and lysine residue which is in catalytic site of Bg1314, because lysine-substituted Bg1314 retained its activity at the high concentration of glutaraldehyde. Immobilized Bg1314 protein (ImBg1314) was stable in wide range of pH and long-term storage at 4°C. The optimal temperature and pH of ImBg1314 were similar to Bg1314. But, the optimal temperature of ImBg1314 was differ from Bg1314. The products were β-GOS which were composed of 3-O-β-cellobiosyl-D-glucose and 3-O-β-cellotriosyl-D-glucose. After the ImBg1314 was reused 10 cycles, it retained 42% of its initial catalytic activity.