Fermentation Kinetics for Production of Carotenoids by ${\beta}$-ionone Resistant Mutant of Xanthophyllomyces dendrorhous

Xanthophyllomyces dendrorhous 변이군주에 의한 Carotenoids 생산 발효의 특성 연구

Various ${\beta}$-ionone resistant mutants were isolated from the wild-type red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous KCTC 7704. Although the growth of X. dendrorhous KCTC 7704 was strongly inhibited at 0.025 mM ${\beta}$-ionone, one of the ${\beta}$-ionone resistant mutants isolated at 0.1 mM ${\beta}$-ionone by NTG mutagenesis showed rather 70% of relative survival at 0.15 mM ${\beta}$-ionone. Fermentation kinetics study with the mutant was carried out at $20^{\circ}C$ for 4 days in 300-mL baffled flasks. The mutant yielded up to 2.3-fold higher carotenoids content(viz. $1.2{\mu}g$ of total carotenoids per mg of dry cells) compared with the wild-type strain. The production of metabolites such as organic acids could be neglected. Studies on the kinetics with various carbon substrates revealed both an increase in final dry cell mass and a higher total carotenoids content in cell mass with glucose when compared to fructose or sucrose. As a further part of study, the effect of pH on the fermentation kinetics was investigated in glucose-limited chemostat at a dilution rate of $0.04h^{-1}$. When compared to steady-state kinetic parameters obtained at pH 4.0, a significant reduction in cell concentration at pH 3.0 and a lower carotenoids content at pH 5.2 were evident.

본 연구에서는 적효모 X. dendrorhous KCTC 7704로부터 여러 ${\beta}$-ionone 내성 변이균주를 선별하였다. 야생균 KCTC 7704는 ${\beta}$-ionone 0.021 mM 농도에서 생육이 현저히 저하되었지만, NTG처리 후 ${\beta}$-ionone 0.1 mM 농도에서 선별된 변이균주는 ${\beta}$-ionone 0.15 mM에서도 70% 이상의 상대 생육율을 나타내는 매우 강한 ${\beta}$-ionone 내성을 갖고 있었다. 여러 ${\beta}$-ionone 농도에서 선별한 변이균주들을 $20^{\circ}C$에서 4일간 회분식 발효로 배양하여 그 특성을 조사하였다. 선별된 가장 우수한 변이균주는 야생균주보다 카로티노이드 생성능이 2.3배 향상(즉 $1.2{\mu}g$ of total carotenoids per mg of dry cells)되었으며 유기산과 같은 대사산물은 거의 생성하지 않았다. 여러 탄소원 들에 대한 비교 발효특성 연구 결과 과당이나 자당을 사용했을 때봐 비교하여 포도당 배지에서 최종 균체농도 및 총 카로티노이드 생성량이 많았다. 포도당이 제한되는 연속발효(dilution rate $0.04h^{-1}$) 실험을 통하여 pH의 영향을 조사한 결과 균체농도 및 총 카로티노이드 생성은 pH 4.0 조건하에서 최적인 것을 알 수 있었다.