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Studies on the Production of Pullulan by Aureobasidium Pullulans : Aureobasidium pullulans에 의한 pullulan의 생산에 관한 연구 원문보기

  • 저자

    서형필

  • 학위수여기관

    東亞大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    생명자원과학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    x, 124p.

  • 키워드

    농업부산물 탄소원 Aureobasidium pullulans 질소원;

  • 언어

    eng

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10067268&outLink=K  

  • 초록

    고분자 중합체인 pullulan을 생산하는 균주인 Aureobasidium pullulans을 최적의 배양조건 하에서 회분식 배양을 실시하였고, A. pullulans의 배양특성 및 생산성 향상에 관한 연구를 수행하였다. 나아가 연속배양을 통한 최적의 pullulan 생산조건에 관한 연구도 수행하였다. 우선 UV 조사에 의해 선별한 돌연변이주인 A. pullulans HP-2001을 탄소원으로 glucose를 사용하여 미생물의 성장과 생산성에 미치는 영향을 동시에 확인하였다. Glucose농도가 15% (w/v)까지 증가함에 따라 생산성도 증가하였고, 이상적인 탄소원과 질소원의 비율은 glucose와 yeast extract의 농도가 10% (w/v), 0.25%(w/v)일 때이며, 27.14 g/l의 pullulan을 얻을 수 있었다. 7L 발효조를 이용하여 최적의 탄소원과 질소원 농도 하에 A. pullulans HP-2001을 배양한 결과, 배양 72시간째 32.12 g/l의 pullulan을 얻을 수 있었다. 그리고, 동일한 배지조건 하에 100L 발효조의 내압을 0.4 kgf/㎠로 유지하여 배양한 결과 36.87 g/l의 pullulan을 얻을 수 있었다. 100L 발효조의 내압이 증가할수록 배지내의 용존산소량이 증가하였고, A. pullulans HP-2001의 pullulan 생산성이 향상되었다. 높은 당농도 하에서 sucrose가 pullulan 생산에 가장 적합한 탄소원으로 선정되었다. 플라스크 실험에서 10% (w/v)의 sucrose와 0.25% (w/v)의 yeast extract 농도 하에서 39.95 g/l의 pullulan과 최대생산성을 얻을 수 있었다. 생산된 pullulan의 평균분자량은 질소원으로 사용된 yeast extract의 농도에 따라 좌우되는데, 6.50 × 10^(3)에서 5.87 × 10^(6)에 이르렀다. 교반속도는 발효조 내의 용존산소량에 영향을 끼쳤으며, 더욱 높은 교반속도는 pullulan의 생산을 향상시켰다. 최적화된 배지조성으로 7L 발효조의 교반속도를 600rpm으로 배양했을 경우, 72시간에 이르러 60.80 g/l의 pullulan을 얻을 수 있었다. A. pullulans HP-2001에 의한 pullulan의 생산은 식품산업의 부산물을 탄소원과 질소원으로 대체하여도 생산성이 향상되는 사실을 확인할 수 있었다. 식품산업에 있어서 간장을 담고 남는 간장박 (AIB-A)을 질소원으로, 식혜음료의 부산물인 밥당화액 (AIB-B)과 사과쥬스 제조시 발생되는 사과박(AIB-C)을 A. pullulans의 탄소원으로 사용하였다. 이러한 부산물로 배양했을 경우, 생산성과 분자량이 기존의 배지성분보다 높았다. A. pullulans HP-2001을 이용하여 7L 발효조에서 연속배양법을 수행하였다. 최적의 연속배양 조건을 찾기 위해서 첨가배지의 조성, 희석률과 첨가배지의 당농도가 생산성과 미생물의 생장 그리고 분자량에 미치는 영향을 조사하였다. 회분식 배양에서는 96시간에 57.90 g/l의 pullulan을 얻을 수 있었다. 첨가배지의 조성은 0.25% (w/v)의 sucrose와 0.25% (w/v)의 yeast extract, 그리고 무기질 성분들을 모두 포함한 경우에 pullulan의 생산성은 76.55 g/l이었다. 최적의 희석률은 0.015 h^(-1)이었고, 그 이상일 때는 정상상태에서의 미생물 농도의 세출현상과 pullulan 농도의 감소현상이 발생하였다. 연속배양을 통해 생산된 pullulan의 중량 평균 분자량은 2.98 × 10^(5)에서 5.40 × 10^(5)이었다. 첨가배지의 sucrose 농도를 다양하게 변화시켜 배양한 결과, A. pullulans HP-2001은 첨가배지의 sucrose 농도가 20% (w/v)에 이를 때까지 기질저해를 받지 않고 정상상태를 유지하는 것으로 확인되었다.


    For the production of pullulan by Aureobasidium pullulans HP-2001, the cultural characteristics of A. pullulans and to overproduce the pullulan in a batch culture using 7L and 100L bioreactors through an optimization of the fermentation process were investigated. Furthermore the optimal conditions of pullulan fermentation by continuous culture was examined. First experiment was the cell growth and production of pullulan by A. pullulan HP-2001, the UV-induced mutant of A. pullulans ATCC 42023, using glucose as a carbon source. Regarding the productivity of pullulans, the optimal concentrations of glucose and yeast extract for the mass production of pullulan were determined to be 10.0 and 0.25% (w/v), respectively, the production of pullulan and its conversion rate were 27.14 g/l and 0.27, respectively. Maximal production of pullulan with optimized concentrations of a carbon and nitrogen sources by A. pullulans HP-2001 in a 7L bioreactor was 32.12 g/l for 72 hr culture and that in a 100L bioreactor with the inner pressure of 0.4 kgf/㎠ was 36.87 g/l. Increased the inner pressure of a 100L bioreactor resulted in higher concentration of dissolved oxygen in the medium, which might enhance the production of pullulan by A. pullulans HP-2001. Among various carbon sources, sucrose was found to be the best carbon source for the production of pullulan in high concentration of sugar. The agitation speed affected dissolved oxygen in the 10% (w/v) sucrose medium of a bioreactor and higher agitation speed elaborated production of pullulan. The production of pullulan by A. pullulan HP-2001 was enhanced by yeast extract as a nitrogen source as well as soybean pomace (AIB-A). Agro-industrial by products from the rice processing industry for the traditional Korean food (AIB-B) and apple juice production (AIB-C) were used for carbon source for the production of pullulan. The productivity of pullulan with AIB-B and C as a carbon source was similar to that produced with glucose and molecular weight of pullulan produced with AIB-B and C were higher than that produced with glucose. AIB-B and C were found to be good substitute to glucose as a carbon source. Continuous culture of A. pullulans HP-2001 for the production of pullulan was investigated in a 7L bioreactor. The optimal conditions of pullulan fermentation were determined by the investigation on the effect of composition of the feed solution, dilution rate and sucrose concentration of feed solution on production of pullulan, biomass and molecular weight of products. In a batch culture of A. pullulans HP-2001, maximal production of pullulan was 57.90 g/l at 96 hr. The maximal production of pullulan with 76.55 g/l occurred when substituted solution was 10% (w/v) sucrose, 0.25%(w/v) yeast extract and mineral salts. The optimal dilution rate for the production of pullulan was 0.015 h^(-1) and higher dilution rate caused a wash out of cells and a decrease of concentration of pullulan at a steady-state. The average molecular weights of pullulans produced by a continuous culture ranged from 2.98 × 10^(5) to 5.40 × 10^(5). In the case of varying feed concentration of sucrose, A. pullulans HP-2001 seemed to overcome the catabolite repression against sucrose up to 20% (w/v) in the feed solution.


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