Xylan은 hemicellulose의 주요 구성 성분이다. Xylan의 화학적 분해는 쉽고 빠르게 분해할 수 있다는 장점이 있어 산업적으로 널리 사용되지만, 반친환경적이고 공정과정에서 생기는 독성물질의 중화에 비용이 소모된다는 단점이 있다. 화학적 분해를 대체할 차세대 공정으로 선택적이며 특이적 가수분해가 가능하고 친환경적인 방법인 xylanase를 이용한 xylan의 효소적 가수분해가 주목받고 있다.
<h1>서 론</h1> <p>Xylan은 식물체 세포벽의 약 \( 20-40 \% \) 를 차지하는 hemicellulose의 주요 구성 성분이며, 주로 arabinosyl기, acetyl기, glucuronosyl기 등으로 치환된 xylose 단위체가 \( \beta-1,4 \) 결합으로 연결된 복잡한 구조를 형성한다. 자연계에 존재하는 xylan은 활엽수에서 acetylated xylan으로 존재하고, 침엽수에서는 arabinoxylan으로 존재한다. Hemicellulose의 구성성분 중에서 xylan의 비중은 떡갈나무에서 약 \( 60-80 \% \), 보릿짚 및 볏짚에서 \( 30-35 \% \) 정도가 존재한다고 보고되어 있다. 따라서 식물체 유래 바이오매스의 가수분해는, 자연계에 거대한 양으로 존재하는 hemicelluloses 계 물질을 유용하게 사용하기 위한 가장 중요한 공정이다. Xylan의 화학적 분해 는 쉽고 빠르게 분해할 수 있는 장점으로 산업적으로 널리 사용되고 있으나, 이 방법은 반친환경적이고 공정에서 발생한 독성물질의 중화에 소비되는 비용적 부담이 단점이다. 이에 비해, xylanase에 의한 xylan의 효소적 가수분해는 보다 선택적이며 특이적으로 가수분해가 가능하고 친환경적인 방법이기 때문에 화학적 처리법을 대체할 수 있는 차세대 공정으로 주목받고 있다.</p> <p>Xylan은 \( \beta \)-1,4-endoxylanases (EC 3.2.1.8)와 \( \beta \)-xylosidase (EC 3.2.1.37)에 의해서 기본 골격이 충분히 분해되지만, 완전한 가수분해를 위해서는 다양한 side chain 방출 효소인 \( \beta \)-arabinofuranosidase (EC 3.2.1.55), \( \beta \)-D-glucuronidase (EC 3.2.1.1), acetyl xylan esterase (EC 3.2.11.6) 등과의 공동 작용이 필요하다. Xylanase는 펄프에 붙어 있는 hemicellulose를 제거하기 위한 pulp-prebleaching 과정, 가축사료의 소화 촉진 개선, 식품 및 제빵 첨가물, 과일 및 채소 가공 과정, 에탄올 및 자일리톨 생산, 제지 분야 등의 다양한 분야에 이용되고 있는데, 각 분야에 적합한 xylanase의 특성에 관한 연구가 요구되고 있다.</p> <p>본 연구에서는, 산업적으로 유용한 미생물 유래 xylanase를 탐색하기 위해 토양으로부터 높은 xylanase 활성을 갖는 미생물을 분리·동정하였고 분리한 미생물이 생산하는 xylanase의 효소적 특성을 조사하였다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>Xylanase 생산 미생물의 분리</h2> <p>제주도 송악산에서 썩은 나무조각들이 섞여 있는 토양샘플을 수집하여 멸균수에 \( 10 ^ { -1 } -10 ^ { -5 } \) 으로 희석하였다. 희석액을 각각 \( 100 \mu \mathrm { l } \) 씩 \( 0.2 \% \) Azurine-crosslinked (AZCL) xylan (Sigma, USA)이 함유된 Luria-Bertani (LB) 고체배지에 도말 한 후 \( 40 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 에서 48 시간 배양하였다. 콜로니 주변에 푸른 색을 형성하는 균을 회수하여 \( 0.2 \% \) beechwood xylan이 함유된 새로운 LB 배지에 계대한 후 \( 40 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 에서 배양하였다. AZCL-xylan은 \( \beta \)-1,4-endoxylanase에 의해서 분해되면 푸른 색을 나타내는 성질이 있다. \( 0.2 \% \) beechwood xylan이 함유된 LB 배지에서 효소활성은 congo red 용액(Sigma, USA)으로 염색하여 관찰하였다. 최종적으로 xylanase 활성이 가장 강한 균주를 선택하여 본 연구에 사용하였다. 선택된 균주는 WJ-1로 명명하였다.</p>