본문 바로가기
HOME> 논문 > 논문 검색상세

논문 상세정보

Monascus pilosus 배양을 위한 반응표면분석법에 의한 생산배지 최적화 및 발효조건 확립
Optimization of Production Medium by Response Surface Method and Development of Fermentation Condition for Monascus pilosus Culture

윤상진   (전북대학교 응용생물공학부UU0001120  ); 신우식   (강원대학교 분자생명과학과UU0000037  ); 전계택   (강원대학교 분자생명과학과UU0000037  ); 정용섭   (바이오식품소재 개발 및 산업화 연구센터UU0000037  );
  • 초록

    콜레스테롤 저하제이자 고지혈증 치료제의 하나인 모나콜린-K (lovastatin)의 생산을 높이기 위하여 플라스크 배양에서 생산배지 최적화를 위한 실험을 수행하였다. 기본생산배지에 탄소원, 무기인산염, 아미노산원과 무기원에 대한 영향을 조사하였다. 각각의 원소에 대해 모나콜린-K를 가장 많이 생산한 순서대로 3가지를 선별하여 Graeco-Latin square design에 의해 생산배지의 종류와 농도를 결정하였다. 하지만 상기 실험은 각 배지간의 교호작용을 검출할 수 없어서 모나콜린-K 생산에 대한 재현성이 떨어졌다. 따라서 탄소원, 질소원과 질소원의 농도에 대한 실험을 보완하였다. 통계학적 실험계획법인 Plackett-Burman design에 의해 배지 중 beef extract, $(NH_4)_2HSO_4$ 와 $KHSO_4$ 가 모나콜린-K 생산에 가장 영향력 있는 인자로 분석되었으며, 영향력이 있는 3가지 배지에 대해 배지 사이의 교호작용까지 분석할 수 있는 실험계획법인 중심합성계획법과 반응표면 분석법을 이용하여 생산배지를 최적화 하였다. 모나콜린-K 고생산을 위한 배지와 최적화된 농도 (g/L)는 soluble starch 96, malt extract 44.5, beef extract 30.23, yeast extract 15, $(NH_4)_2SO_4$ 4.03, $Na_2HPO_4{\cdot}12H_2O$ 0.5, L-Histidine 3.0과 $KHSO_4$ 1.0이며, 기본생산배지에서의 생산량보다 약 3배 증가한 558.96 mg/L의 생산을 보였다. 생물반응기에서 교반속도가 모나콜린-K 생산에 미치는 영향을 조사하기 위하여 기본생산배지를 이용하여 300, 350, 400과 500 rpm에서 실험을 수행하였다. 교반속도 500 rpm에서 68 mg/L으로 가장 높은 생산을 보였으며, 이 때 균의 형태구조는 300, 350과 400 rpm에서 펠??과 균사체가 공존하는 것과는 다르게 펠?? 형태로만 자라는 것이 확인 되었으며, 생물반응기를 이용하여 발효 시 펠?? 형태가 모나콜린-K 생산에 가장 좋은 형태구조임을 알 수 있었다. 확립된 최적생산배지를 이용하여 400 rpm, 1 vvm과 3% 초기 접종량에서 pH를 6.5로 조절한 경우 185 mg/L의 가장 높은 모나콜린-K가 생산 되었으며, 이때 균체량은 32 g/L를 나타내었다.


    Monascus pilosus (KCCM 60160) in submerged culture was optimized based on culture medium and fermentation conditions. Monacolin-K (Iovastatin), one of the cholesterol lowing-agent which was produced by Monascus pilosus may maintain a healthy lipid level by inhibiting the biosynthesis of cholesterol. Plackett-Burman design and response surface method were employed to study the culture medium for the desirable monacolin-K production. As a result of experimental designs, optimized production medium components and concentrations (g/L) were determined on soluble starch 96, malt extract 44.5, beef extract 30.23, yeast extract 15, $(NH_4)_2SO_4$ 4.03, $Na_2HPO_4{\cdot}12H_2O$ 0.5, L-Histidine 3.0, $KHSO_4$ 1.0, respectively. Monacolin-K production was improved about 3 times in comparison with shake flask fermentation of the basic production medium. The effect of agitation speed (300, 350, 400 and 450 rpm) on the monacolin-K production were also observed in a batch fermenter. Maximum monacolin-K production with the basic production medium was 68 mg/L when agitation speed was 500 rpm. And it was found that all spherical pellets (average diameter of $1.0{\sim}1.5mm$ ) were dominant during fermentation. Based on the results, the maximum production of 185 mg/L of monacolin-K with the optimized production medium was obtained at pH (controlled) 6.5, agitation rate 400 rpm, aeration rate 1 vvm, and inoculum size 3%.


  • 주제어

    Monascus pilosus .   monacolin-K.  

  • 참고문헌 (23)

    1. Chen, M. H. and M. R. Johns (1994), Effect of carbon source on ethanol and pigment production by Monascus purpureus, Enz: Micorb. Technol. 16, 584-590 
    2. Mak, N. K., W. F. Fong, and Y. L. Wong-Leung (1990), Improved fermentative production of Monascus pigments in roller bottle culture, Enz: Microb. Technol. 12, 965-968 
    3. Endo, A. (1979), Monacolin K, a new hypocholestemic agent produced by a Monascus species, J. Antibiotics. 32(6), 852-854 
    4. Mah, J. H., and H. J. Whang (1996), Screening of Monascus strains for antimicrobial activity and effect of change of nutrients and incubation conditions on antimicrobial activity, J. Korean Soc. Food Sri. Nurt. 25(6), 1080-1086     
    5. Broder, C. U. and P. E. Koehler (1980), Pigments produced by Monascus purpureus with regard to quality and quantity, J. Food Sci. 45, 567-569 
    6. Johanson, C. L., L.. Coolen, and J. H. Hunik (1998), Influence of morphology on product formation in Aspergillus awamori during submerged fermentations, Biotechnol. Pro. 14, 223-240 
    7. Dubios, M., K. A. Gilles, J. K. Hamilton, P. A. Rebers, and F. Smith (1956), Colotimetric method for determination of sugars and related substances, Anal. Chem. 28, 350-356 
    8. Pereira, D. G. and B. V. Kilikian (2001), Effect of yeast extract on growth kinetics of Monascus purpureus, Appl. Biochem. Biotechnol. 91/93 , 311-316 
    9. Lee, J. and S. N. Agathos (1989), Effect of amino acid on the production of Cyclosporin A by Tolypocladium inflatum, Biotechnol, Lett. 11, 77-82 
    10. Kysilka, R. and V. Kren (1993), Determination of Lovastatin (mevilolin) and mevinolinic acid in fermentation liquids, J. Chromatogr. 630, 414-417 
    11. Swift, R. J., A. Karandikar, A. M Griffen, P. J. Punt, C. A. Hondel, G. D. Robson, A. P. J. Trinci, and M. G. Wiebe (2000), The effect of organic nitrogen sources on recombinant glucoamylase production by Aspergillus niger in chemostat culture, Fungal Genetics and Biology, 31, 125-133 
    12. Su, Y. C., J. J. Wang, and T. T. Lin (2003), Production of the secondary metabolites $\gamma$-aminobutyric acid and monacolin-K by Monascus, J. Ind Microbiol, Biotechnol. 30, 41-46 
    13. Ryu, B. H., M. K. Ahn, and J. O. Park (1995), Production of cholesterol inhibitor, Monacolin Produced from Monascus pilosus M-15, J. Korean Soc. Food Nutr. 24(1), 92-97     
    14. Kim, B. G., Y. S. Jeong, G. T. Chun, and Y. H. Lee (1999), Effect of medium components on the production of lovastatin by Aspergillus terreus, Korean J. Biotechnol. Bioeng, 14(1), 36-44     
    15. Lekha, P. K., Nagin Chand and B. K. Losane (1994), Computerized study of interactions among factors and their optimization response surface methodology for the production of tannin acyl hydrolase by Aspergillus niger PKL 104 under solid state fermentation, Biopro. Eng. 11, 7-15 
    16. Placteu, R. L. and J. P. Burman (1946), The design of multifactorial experiments, Biometrika, 33, 302-325 
    17. Box, George E. P., William G. Hunter, and Stuart J. Hunter (1978), Statistics for Experimenters, John Wiley & Sons, Inc., New York 
    18. Philippe, J. B., M. O. Loret, and G. A. Goma (2001), Control of the production of metabolites by Monascus in submerged culture, 11th World Congress of Food Science and Technology 2001, Seoul, Tu04-2, pp28 
    19. Amanullah, A., B. Tuttiett, and A. W. Nienow (1998), Agitator speed and dissolved oxygen effects in xanthan fermentation, Biotechnol. Bioeng, 57, 198-210 
    20. Yoon, S. J. (2004), Optimization of production medium and development of fermentation condition for Monascus pilosus production, M. S. Thesis, Chonbuk National University 
    21. Zhang, M. L., C. X. Peng, and Y. F. Zhou (2000), US Patent, 6,046002 
    22. Endo, A., and H. Yamashita (1985), Microbial phosphorylation of compactin(ML-236B) and related compounds, J. Aintibiotics. 38(3), 328-332 
    23. Reinhard, H. and B. Zimmerli (1999), Reversed-phase liquid chromatographic behavior of mycotoxins citrinin and ochratoxin A, J. Chromatogr. 862, 147-159 

 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역

원문보기

무료다운로드
  • NDSL :
유료다운로드

유료 다운로드의 경우 해당 사이트의 정책에 따라 신규 회원가입, 로그인, 유료 구매 등이 필요할 수 있습니다. 해당 사이트에서 발생하는 귀하의 모든 정보활동은 NDSL의 서비스 정책과 무관합니다.

원문복사신청을 하시면, 일부 해외 인쇄학술지의 경우 외국학술지지원센터(FRIC)에서
무료 원문복사 서비스를 제공합니다.

NDSL에서는 해당 원문을 복사서비스하고 있습니다. 위의 원문복사신청 또는 장바구니 담기를 통하여 원문복사서비스 이용이 가능합니다.

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠
이 논문과 함께 출판된 논문 + 더보기