Abstract
Glucose fed-batch culture was studied to improve cellulose productivity by Acetobacter xylinum BRC5. When initial glucose concentrations in batch cultures were less than 20 g/L, yield coefficients of cellulose (Yp/s) remained a constant value of 0.21 g cellulose/g glucose. But a low yield coefficient, Yp/s=0.13 was obtained from an initial glucose concentration of 40 g/L. Since initial high glucose concentrations in batch culture resulted in low yields of cellulose, constant fed-batch cultures were carried out. The optimal feed rate for fed-batch culture was 2.22 g glucose/L.h. In constant fed-batch culture without DO control, 10 g/L of cellulose was obtained from 40 g/L of glucose with this feed rate, which was approximately two fold higher than that of the batch culture with the same initial glucose concentration. In DO stat plus fed-batch culture, the highest cellulose productivity could be obtained when dissolved oxygen level was controlled at 10% of air saturation, and cellulose productivity increased about 1.5 times compared with that of the culture without DO control.
우수한 셀룰로오스 생산 균주인 Acetobacter xylinum BRC5의 교반배양에 의한 셀룰로오스 생산성을 향상시키기 위하여 fed-batch 배양을 하였으며, 기질공급속도, 기질 공급량 및 용존 산소의 영향을 검토하였다. 초기 glucose 양을 변화시켜 회분배양하였을 때 glucose 농도가 10 및 20 g/L인 경우 셀룰로오스 생산량은 각각 2.05와 4.10 g/L이였으며 glucose에 대한 셀룰로오스 수율 (Yp/s)은 0.21이었다. 초기 glucose 농도 40g/L일 때 셀룰로오스 수율을 향상시키기 위해서 초기 glucose 농도 20 g/L에서 회분배양을 시작하여 glucose가 gluconic acid로 완전히 전환된 시점부터 추가적으로 glucose를 공급하여 fed-batch 배양기간에 glucose 공급속도는 셀룰로오스 생산성에 큰 영향을 미쳐 20g/L의 glucose를 2.22 g/L.h의 속도로 9시간 첨가하여 fed-batch 배양한 결과 셀룰로오스 생성량이 10 g/L로 가장 우수하여 초기 glucose 농도 20 g/L로 회분배양하였을 때 비하여 약 2배 증가하였으며, $Y_{P/S}$도 0.26으로 현저히 향상되었다. 또한 동일조건으로 fed-batch 배양하면서 glucose 공급량을 증가시켜 40g/L의 glucose를 추가적으로 첨가한 경우 셀룰로오스 생산량은 10.7g/L는 거의 증가되지 않았으며, $Y_{P/S}$가 0.18로 감소하였다. 이는 셀룰로오스 농도가 증가함에 따라 산소 공급이 부족하기 때문이므로 용존산소(DOT)를 2~15% 포화범위에서 조절하여 fed-batch 배양했을 때 DOT를 10% 수준으로 유지하면서 fed-batch 배양기간에 40g/L의 glucose를 추가공급 했을 때 셀룰로오스 생성량은 15.3 g/L로 증가되었고 이때 $Y_{P/S}$는 0.26로 향상되었다. 이는 DO를 제어하지 않는 경우에 비하여 셀룰로오스 생성량이 1.5배 증가한 결과이다.
