B. indica L3를 통한 PS-7 생산 최적화

Abstract

미생물에서 생산되는 다당류는 고유한 구조적 특징에 기인한 물성과 다양한 기능성으로 인해 식품, 의약품 및 생물 산업 등에서 널리 이용되고 있다. 이들 다당류들 중 heteropolysaccharide-7의 물성은 높은 점성과, 뛰어난 가소성, 안정능, 수분함유능, 점착능, 윤활능 등을 가지고 있어 산업적 응용이 이루어지고 있다. 포도당을 비롯한 정제된 당을 이용한 발효기법은 많은 비용이 소모되는 단점이 있어 대체할 수 있는 방법으로서 당을 함유하는 산업 폐기물을 처리하는 방법이 많이 시도되고 있다. 유청은 유가공산업에서 흔히 생산되는 산업 부산물로서 재가공시에 들어가는 비용 때문에, 이를 사료나 폐기처분을 하는 실정이다. 유청에는 많은 양의 유당이 포함되어 있으며, 가용성 단백질, 미네랄, 비타민 그리고 각종 유기성분이 존재하고 있는 고영양 배지성분이다. 따라서 유당을 분해하여 발효 기질로서 사용할 수 있는 균을 이용하여 고부가가치 산물을 생산한다면 매우 유용하게 이용할 수 있는 잠재성을 가지고 있다. Beijerinckia indcia L3 는 Beijerinckia indica ATCC 21423의 변이주로서 유당 분해효소를 가지고 있는 것으로 확인되었고 이 균주는 유당이 포함된 유청을 기질로 사용했을 때 PS-7을 생산할 수 있다. 본 연구는 유청을 본 기질로 이용하였을 때 최대의 PS-7을 생산할 수 있는 최적조건을 결정하기 위한 연구로서 수행하였다. Beijerinckia indica L3는 MSM agar plate에 배양하였으며 유청배지에 첨가되는 탄소원은 Glucose, galactose, fructose 그리고 sucrose를 사용하였다. 균체량과 PS-7의 생산량은 Wu의 방법으로 잔당 측정은 phenol sulfuric acid method를 사용하였다. 물성측정은 Brookfield programmable LVD-VIII digital viscometer를 이용했으며 고유점도는 Ubbelohde 모세관 점도계를 사용하였다. 표면 반응 분석 실험은 독립변수로서 유청, 포도당, ammnoium nitrate였으며 종속변수로서는 건조균체량(DCW, g/L), PS-7(g/L) 그리고 점도 (cP)로 정하였다. 총 실험은 17회 하였으며 중앙점은 3회 반복실험을 하였다. 유청 배지를 기본으로 첨가된 각 탄소원의 효과를 살펴보면 sucrose의 첨가가 PS-7의 생산을 다른 당에 비해 향상시킴을 알 수 있었다. 대체적으로 fructose, galactose의 경우 첨가량이 증가될수록 오히려 PS-7의 생산량이 감소되는 추세를 보이고 있었으며 glucose의 경우 첨가량이 증가될수록 PS-7의 생산량이 증가되는 것을 알 수 있었다. 비록 절대량의 비교에 있어서는 glucose의 첨가가 다른 당에 비해 PS-7 생산에 큰 효과를 보이고 있지는 않았으나 첨가량에 따라 PS-7 의 생산이 증가되는 것을 고려해 볼 때 어느 정도의 glucose 첨가량이 최대의 PS-7 생산이 가능한 것으로 보인다. 판단되었다. Glucose의 첨가효과를 실제적으로 반응기 운전을 통해 효과를 알아본 결과는 유청과 glucose를 함께 첨가한 것이 유청이나 glucose 만을 배지의 탄소원으로 사용했을 때 보다 PS-7의 생산량이 월등히 향상되는 것을 알 수 있었다. 결론적으로 본 실험의 반응 표면 분석은 통계적으로 신뢰성 있는 결과로 나타난 것을 토대로 하였을 때, 포도당의 첨가는 유청배지를 이용한 Beijerinckia indica L3의 PS-7 생산을 크게 증대시키는 것으로 나타났으며 표면 반응 분석을 통한 최적화 실험을 통하여 봤을 때, 포도당, 유청과 같은 탄소원의 증가와 함께 질소원의 증가는 PS-7의 생산을 꾸준히 증대시켰으며, 적절한 탄소원 질소원의 비율일 때 최대의 생산량을 보이는 것을 알 수 있었다.

Polysaccharide generated from microbes is widely utilized in food, medical and biological industries due to its physical nature and various functionality originated from its own structural characteristics. The hetropolysaccharide-7 (PS-7), one of polysaccharides, is being applied to relevant industries for its nature of high viscosity, plasticity, excellent suspending ability, water-absorbing ability, adhesiveness and lubricating ability. Although cheese whey is a nutrient-rich dairy byproduct from cheese production process, it contains a potential to be widely used, if it applies to the production of high value-added products by utilizing microbes separated from lactose. PS-7 can be obtained through the medium of whey maintained on B. indica L3 which contains lactose utilizing enzyme. The study was implemented to identify the optimum conditions of increasing the yields of PS-7 by using the medium composition with whey. In the examination of the effects of each carbon source contained cheese whey, sucrose addition showed to increase the production of PS-7 than that of other sugar contents. As a whole, while the increment of galactose and fructose decreased the PS-7 production during cultivation, the increment of glucose increased the PS-7 production. The increment of dextrose was identified to increase the production of PS-7 of the B. indica L3 and through the optimization with three-dimensional response surfaces, the increment of carbon sources like dextrose and whey along with the increment of nitrogen sources increased the production of PS-7 steadily, and in the case of proper combination of carbon sources and nitrogen sources, it generated the maximal production.