다양한 산업에서의 β-Mannanases 응용 고찰

 

 

 

Applications of Microbial β-Mannanases

 

Aneesa Dawood1,2* and Kesen Ma3

1Department of Microbiology, Quaid-I-Azam University, Islamabad, Pakistan

2Department of Radiology and Medical Imaging, University of Virginia, Charlottesville, VA, United States

3Department of Biology, University of Waterloo, Waterloo, ON, Canada

 

 

 

 

Mannans는 침엽수 헤미셀룰로스 분획의 주요 성분이며 식물 조직에 널리 존재합니다.

β-mannanases는 주요 만나 분해 효소이며 다양한 식물, 동물, 방선균, 균류 및 박테리아에 의해 생성됩니다.

β-mannanases의 적용은 동물 사료, 식품, 생물정제, 섬유, 세제, 종이 및 펄프와 같은 다양한 산업에서 발견되었습니다.

이 리뷰는 상업적 부문의 증가하는 수요를 충족시키기 위해 주요 촉매 특성을 수정하고 최적화하기 위한 β-mannanases의 잠재적 응용 및 β-mannanases의 생물공학에 대해 보고된 가장 최근의 연구를 요약합니다.

 

 

Microbial β-Mannanases

 

Mannanases는 식물, 동물 및 미생물에서 분리되었습니다(Kim et al., 2013; Wang et al., 2015; Jana et al., 2018).

대부분의 상업용 β-mannanases는 높은 안정성, 제한된 시간과 공간 내에서의 생산, 비용 효율성 및 유전자 조작의 용이성으로 인해 미생물에서 생산되었습니다(표 1).

이는 시장 가치를 높이고 산업 응용 분야에 적합한 후보로 만듭니다.

 

 

표 1. β-mannanases의 상업적 생산 정보

 

표 2. β-만나나아제의 출처*

 

 

 

β-Mannanases의 산업적 응용

 

 

In Animal Feed Industry

 

특히 고섬유질 식이 또는 저에너지 식이에서 β-mannanase 보충은 다양한 방식으로 동물에게 혜택을 주는 것으로 보고되었습니다.

β-mannanase는 다양한 수준의 갈락토만난을 급여한 육계에서 성장 성능과 회장 소화 에너지(IDE)를 향상시키고 장 점도를 감소시킵니다(Latham et al., 2018).

β-mannanase 의 관찰된 유익한 효과는 식이 갈락토만난의 농도에 따라 좌우되는 것으로 간주됩니다.

칠면조에 대해 수행된 연구에서 β-mannanase 보충은 공장 점막 형태에 유익한 영향을 미쳤습니다(Ayoola et al., 2015).

융모 팁 너비는 36%, 융모 높이/크립트 깊이는 32%, 융모 표면적은 34%, 베이스 너비는 22.5% 증가했습니다.

장 형태를 개선하는 것 외에도 Ayoola et al. (2015) β-mannanase 보충은 회장 점액층의 얇아짐을 유발한다는 것을 관찰했습니다.

증가된 점액 분비는 장내 병원균의 증식과 관련이 있습니다.

따라서 점액 분비의 감소는 장내 병원균 증식의 위험을 줄이고 공생 장 생태계를 구축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

효소 칵테일로 보충된 β-mannanase 도 유익한 것으로 나타났습니다.

Govil et al. (2017)은 다른 탄수화물 효소와 조합된 β-mannanase 보충이 육계의 사료 전환 효율, 체중 증가 및 성능 지수에서 상당한 개선을 보여준다는 것을 관찰했습니다.

Copra 식사는 세계 여러 곳에서 쉽게 구할 수 있으며 SBM 및 옥수수와 같이 일반적으로 사용되는 사료 성분에 대한 저렴한 대안이 될 수 있습니다.

그러나 아미노산(AA) 소화율이 낮고 에너지 함량이 낮아 자주 사용하는 데 장애가 될 수 있습니다.

Kim et al. (2017) β-mannanase(800 IU)가 첨가된 코프라 가루는 성장하는 비육돈의 성장 성능과 돼지 품질에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 옥수수와 SBM을 최대 25%까지 대체할 수 있음을 보여줍니다.

El-Masryet al. (2017) 육계 사료에 5% 구아밀(GM)을 첨가하면 성장 성능에 해로운 영향을 미친다는 사실을 관찰했습니다.

그러나 보충 β-mannanase와 함께 GM은 혈액 생화학 및 성장에 부정적인 영향을 미치지 않고 5%로 사용될 수 있습니다.

 

 

 

Use in Oil Drilling : 석유 시추에 사용

석유 시추 작업에서 β-mannanase 적용이 유용할 수 있습니다.

유정에서 생성물의 흐름을 쉽게 하기 위해 고분자 용액을 희석해야 하며 고온(>80°C)에서 구아 검의 가수분해를 일으킬 수 있는 β-mannanase가 이 목적에 유용할 수 있습니다.

 

 

Fruit Juice Clarification

생과일 주스는 점성이 있고 탁하며 일반적으로 저장 중에 침전됩니다(Nagar et al., 2012).

천연 과일 주스의 점도와 탁도는 주로 펙틴, 전분, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 화합물로 인한 것입니다(Dey and Banerjee, 2014; Sharma et al., 2014).

이러한 다당류의 가공을 위해 이러한 화합물을 가수분해하는 미생물 효소가 사용되며, 이는 저장 안정성이 우수할 뿐만 아니라 소비자의 입맛에 보다 적합한 주스를 생성합니다.

β-mannanase 첨가는 과일 주스 정화의 개선과 수확량 증가를 보여주었습니다.

여러 연구에서 사과, 포도, 키위, 복숭아, 석류 및 오렌지와 같은 다양한 주스의 점도와 탁도를 줄이는 β-mannanase 효과를 조사했습니다.

 

 

Bio-Bleaching of Pulp : 펄프의 바이오 표백

표백은 셀룰로오스 섬유를 화학 물질로 처리하여 리그닌 제거 또는 리그닌 탈색(표백)을 통해 얻을 수 있는 밝기를 증가시킵니다.

Yang et al. (2017)은 β-mannanase가 자일라나아제와 결합될 때 크라프트 펄프의 밝기에서 상당한 개선이 일어난다는 것을 관찰했습니다

 

 

Hydrolysis of Coffee Extract : 커피 추출물의 가수분해

인스턴트 커피 생산 중에 생성되는 주요 잔류물은 갈락토만난 및 셀룰로오스와 같은 다당류로 주로 구성된 사용된 커피 찌꺼기(SCG)입니다(Jooste et al., 2013).

이러한 배경에서 β-mannanase의 적용은 잔류 고형물을 가용화/가수분해하여 인스턴트 커피의 가용성 고형물 수율을 높이는 유리한 전략으로 여겨진다.

SCG의 가수분해에 대해 테스트된 효소 중에서 가용성 고형물 수율의 가장 높은 증가는 β-mannanase의 사용에 의해 얻어진다.

 

 

Bioethanol Production

β-mannanase는 만난의 가수분해에 중요한 효소이다.

만나를 분해할 때 소량의 만노스와 함께 주로 올리고머를 생성합니다.

이러한 올리고머 또는 만노올리고당(MOS)은 에탄올로겐에 의해 이용될 수 있는 단량체를 생성하기 위해 만노시다제에 의해 추가로 분해될 필요가 있습니다.

Raita et al.에 의해 보고된 연구에서. (2016) 호열성 생체 공학 에탄올 생성제 Geobacillus thermoglucosidasius TM242는 PKC의 MOS 풍부한 당 가수분해물에서 직접 에탄올을 생산하는 데 사용됩니다.

 

 

Textile Industry

세제와 함께 β-mannanase는 섬유 및 셀룰로오스 가공 산업에서 섬유를 세척하거나 준비하는 데 사용할 수 있습니다.

의류 제조를 위해 준비된 재료를 준비하기 위해 셀룰로스 재료는 여러 단계를 거쳐 가공됩니다.

β-mannanase의 적용은 셀룰로오스 섬유의 바이오 정련 및 발호에 유용할 수 있으며, 따라서 후속 염색 작업에서 좋은 반응을 위한 재료를 준비합니다.

따라서 직물을 염색하기 전에 이러한 불순물을 제거하는 것이 필수적입니다.

 

 

Detergent Additives : 세제 첨가제

세제 산업에서 미생물 효소의 적용은 잘 알려져 있습니다.

최근, 세제 성분에 대한 안정성을 나타내는 알칼리성 β-mannanase가 특정 세탁 부문에서 얼룩 제거 촉진제로 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

β-mannanase는 구아검, 글루코만난, 갈락토만난 등과 같은 다양한 만나 기반 물질을 가수분해합니다(Liao et al., 2014).

증점제로 존재하고 젤 질감 때문에 바베큐 소스, 아이스크림, 샐러드 드레싱, 메이크업 및 헤어스타일링을 포함한 점점 더 많은 소비자 제품에서 구아 검이 발견됩니다(Mudgil et al., 2014).

β-mannanase는 이러한 검을 효과적으로 가수분해하여 직물에서 제거하여 먼지가 직물에 달라붙는 것을 방지합니다.

β-mannanase와 결합된 세제는 단독 사용보다 향상된 얼룩 제거 효과를 나타냅니다.

또한, 분리된 β-mannanase의 안정성과 시중에 나와 있는 다양한 세탁세제와의 상용성도 확인되었습니다.

효소는 세제와 좋은 상용성을 나타내며 β-mannanase 또는 프로테아제를 사용할 때 다양한 종류의 얼룩에 대해 세제 성능이 향상됩니다.

β-mannanase와 프로테아제를 함께 사용하면 탈색이 훨씬 더 효율적입니다.

 

 

 

Conclusion

 

β-mannanases 는 사료, 세제, 바이오리파이너리 및 섬유와 같은 광범위한 산업에서 사용되어 왔습니다.

β-mannanases의 생산 및 사용은 그 유용성에 대한 인식 증가와 효소 공학 및 유전자 조작 기술의 통합으로 인해 증가하고 있습니다.

 

Applications of Microbial β-Mannanases.pdf

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