Cycloamylose

Cycloamylose (large-ring cyclodextrin) is a mixture of cyclic α-1,4 glucans with a wide range of DP(abbreviation for "degree of polymerization") from 17 or higher. It is currently being produced by modifying amylose with disproportioning enzymes such as potato D-enzyme, glucanotransferase and amylomaltase. Cycloamylose is highly soluble in cold water, and therefore capable of forming a more stable colloid in aqueous solution due to weaker intramolecular interactions compared to cyclodextrin. This allows CA to form stable inclusion complex, making it suitable as the next generation nano-carrier. Encapsulating functional materials in CA is expected to improve physicochemical properties of not only the colloid system but also that of the core material by increasing solubility, stability and handling convinience and by reducing off-odor.

Fig 1. Structure of Cycloamylose (left) and α-, β-, γ-Cyclodextrin (right)

Our research interest on CA mainly focuses on optimizing production process and increasing bioaccesibility and stability of the CA inclusion complex. To produce enzyme from microorganisms, gene engineering technologies such as genomic prep, PCR, transformation are used and enzyme is purified and optimized by affinity chromatography. Analysis is done for both physicochemical properties and bioaccesibility; the former is done by HPAEC, HPLC, MALDI-TOF, SEM, rheometer are used while the latter is done with an in vitro model system resembling the human metabolic pathway.

Fig 2. Scanning electron microscopy (SEM) images of Cycloamylose (left) and Cycloamylose-Rosemary complex (right)

Our main goal on cycloamylose research is to

1. produce and analyze cycloamylose, produced through modification of starch by a thermostable enzyme

2. increase the stability of the core material by encapsulating them in cycloamylose

3. analyze and enhance the properties of cycloamylose and its complexes.

Cycloamylose(환형 아밀로오스, large-ring cyclodextrin)는 DP17 이상의 중합도를 갖는 cyclic-α-1,4 glucan이다. CA는 일반적인 직쇄형 amylose에 potato D-enzyme, glucanotransferase, amylomaltase와 같은 disproportionating enzyme를 처리하는 방식으로 생산되고 있다. Cycloamylose는 cyclodextrin보다 수용액 중에서 분자들 간의 회합으로 인한 침전이 적어 안정적인 colloid를 형성하여 매우 높은 용해도를 지니며, 따라서 보다 안정적인 복합체 형성능을 지닌 새로운 nano-carrier이다. 이 경우 colloid 자체의 물성만 좋아지는 것이 아니라, CA 내에 포접하는 기능성 물질의 용해도 증가, 안정성 증가, 취급의 편리성 증가, 이취 감소 등 그 물리화학적인 특성 또한 월등히 개선된 기능성 소재를 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

본 연구실에서는 CA를 생성하는 공정을 최적화하고 CA 의 내부에 기능성 물질을 포접시켜 생체이용률 및 안정성을 증가시키기 위해 폭넓은 연구를 진행하고 있다. 생산 공정의 최적화를 위해 미생물로부터 CA를 생성하는 효소를 얻기 위해 먼저 genomic prep, PCR, transformation 등의 유전공학 기술을 이용하며, 이를 affinity chromatography로 정제하고 활성을 최적화시킨다. 효소 처리를 통해 완성된 CA와 복합체의 물리화학적 특성은 HPAEC, HPLC, MALDI-TOF, SEM, rheometer 등을 통해, 생체이용률은 생체 내 소화, 흡수 거동을 모방한 입, 위, 소장의 모델 시스템을 통해 in vitro 상으로 분석한다.

Cycloamylose 연구에 대한 우리의 주된 목표는

1. 내열성 균주가 갖는 효소로 전분을 처리해 cycloamylose를 생산하는 공정을 최적화한다

2. 생리활성물질을 cycloamylose 내에 포접시켜 물질의 안정성을 증진시킨다

3. Cycloamylose와 그 복합체의 물리화학적, 생체적 특성을 강화하고 분석한다