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: 바이오공정 기타유용물질생산기술 미생물배양공정
손정훈

이눌로수크라제 활성이 도입된 효모 및 이를 이용한 프럭토올리고사카라이드 생산방법

특허번호: 10-2237465(클릭 시 상세 정보 연결)

기술완성도

3/9

기술완성도

TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08

시작품 인증/ 표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07

Pilot 단계 시작품 신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06

Pilot 단계 시작품 성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL05

시제품 제작/ 성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04

연구실 규모의 부품/
시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03

연구실 규모의 성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01

기초 이론/ 실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술 개요

본 발명은 이눌로수크라제 (inulosucrase)를 코딩하는 핵산 및 단백질 분비 융합 인자 (Translational fusion partner, TFP)를 코딩하는 핵산을 포함하는 이눌로수크라제 분비 발현 카세트, 상기 카세트를 포함하는 벡터, 상기 카세트 또는 벡터를 포함하는 재조합 미생물, 및 상기 재조합 미생물을 이용한 이눌로수크라제 생산 및 효모의 직접 발효를 통한 프럭토올리고사카라이드 (fructo-oligosaccharides, FOS)의 제조방법에 관한 것이다.

기술개발배경

프럭토올리고사카라이드 (fructooligosaccharides, FOS)는 자당으로부터 생성되는 과당중합체로서 장내 유익균 의 생육을 돕는 프리바이오틱 효과를 보유한 기능성 감미료이다 (European journal of clinical nutrition 2009, 63(11): 1277-1289). FOS는 과당의 중합도 (degree of polymerization, DP)에 따라, DP 3-60 혹은 그 이 상의 중합도를 갖는 프럭탄 (이눌린, 레반), DP 2-20의 중쇄 FOS (medium-chain FOS), DP 2-4의 단쇄 FOS (short-chain FOS, scFOS)로 분류 되고, 그 중합도에 따라 당도 및 프리바이오틱 효과에 차이를 갖는다.
FOS는 크게 두 가지 방법으로 생산된다. 첫째로, 달리아, 치커리, 돼지감자와 같은 식물체가 그 괴경(tuber)에 이눌린을 저장탄수화물로 축적하는 것을 이용하여, 식물체 괴경으로부터 열수추출을 통해 획득한 이눌린에 엔도 이눌리나제 (endoinulinase, EC 3.2.17)를 처리하여 FOS를 얻을 수 있다. 이 방법으로 생산되는 FOS는 DP 2-10 의 중합도를 갖는 것으로 알려져 있다. 다른 방법으로는, 자당에 이눌로수크라제 (inulosucrase, EC 2.4.1.9)를 처리하면 DP 2-4의 단쇄 FOS가 주로 생산되는 것으로 알려져 있다 (Annual review of food science and technology 2010, 1: 305-339). 해당 반응을 위해서 사용되는 이눌로수크라제는 곰팡이나 박테리아 등 다양한 미생물자원으로부터 확보할 수 있다. 이 중 박테리아 유래의 효소는 FOS 생산과정에서 10% 이상의 이눌린도 함 께 생산하기 때문에 곰팡이 유래의 이눌로수크라제가 주로 사용되고 있다.
자당으로부터 FOS를 효소적으로 생산할 경우 사용된 자당의 절반에 해당하는 포도당과 전환되지 않은 과당이 반 응액 내에 축적되고, 이는 효소의 활성을 저해하거나, 프리바이오틱 효과를 감소시키는 작용을 한다. 따라서 효 소전환 반응 후 단당류를 제거하기 위해서 흑효모 (아우레오바시디움 풀루란스, Aureobasidium pullulans)나 제 빵효모 (사카로마이세스 세레비지에, Saccharomyces cerevisiae)를 배양하여 FOS의 순도를 증가시키는 방법이 응용되고 있다 (Carbohydrate polymers 2016, 136: 274-281).
효모 사카로마이세스 세레비지에는 단세포 진핵 미생물이기 때문에, 고등세포와 전사 및 번역 시스템이 유사하 며 스플라이싱 (splicing)을 통한 인트론 (intron)의 제거 시스템과 고등세포처럼 소포체 및 골지체와 같은 분 비기관을 갖추고 있다. 따라서, 번역 후 수식 (post-translational modification)을 통해 고등세포 유래의 단 백질을 활성형으로 분비 생산할 수 있으며 재조합 단백질을 배양 배지로 분비 생산할 경우 여러 단계의 복잡한 정제과정을 거치지 않고도 쉽게 순수한 효소를 분리할 수 있는 장점이 있다. 하지만 낮은 발현 및 분비율로 인 해 현재까지 사카로마이세스 세레비지에를 이용한 이눌로수크라제 효소의 발현 및 그 응용에 대해서는 아직 보 고된 바 없다.

개발기술 특성

본 발명의 재조합 미생물은 단백질 분비 융합 인자에 의하여 재조합 이눌로수크라제를 우수한 효율로 분비 발현 할 수 있으며, 상기 미생물로부터 생산된 이눌로수크라제를 자당과 반응시키거나, 또는 상기 미생물을 자당을 포함한 배지에서 발효시켜 중쇄 FOS (DP 2~20)를 효과적으로 생산할 수 있다.

시장동향