• KSBB Journal
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• 제24권1호
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• pp.30-40
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• 2009

Aspergillus terreus에 의한 이타콘산 생산 발효공정에서 생산균주의 성장을 어느 정도 제한시킴으로써 배양생리적 특성이 이타콘산 생합성 쪽으로 치우치도록 통계적 방법을 적용하여 itaconic acid의 생산배지 조성을 최적화하는 연구를 수행하였다. 이타콘산은 TCA회로를 거쳐 합성된 cis-aconitic acid의 디카르복실화 반응에 의해 생합성되는 고부가 화학원료물질이다. 우선 One factor at a time (OFAT) 방법을 이용하여 이타콘산의 생산성 증가에 크게 영향을 미치는 중요한 탄소원들로 sucrose, glucose, fructose와 soluble starch를 확인할 수 있었고, 질소원들로는 cottonseed flour와 soybean meal을 찾을 수 있었다. Fractional factorial design을 통하여 이들 6가지 요인들 간의 상호작용의 정도를 확인한 결과 sucrose와 cottonseed flour간의 상호작용의 정도가 가장 컸고, 나머지 요인들 간의 상호작용의 정도는 작거나 혹은 이타콘산 생산에 오히려 부정적인 결과를 나타냈다. 또한 full factorial design (FFD) 실험을 통해 생산배지에 $KH_2PO_4$와 $MgSO_4$가 과량 첨가되면 이타콘산의 생산성이 심각하게 저해됨을 알 수 있었다. FFD의 1차모델식을 근간으로 하여 최급상승법 (steepest ascent method, SAM)을 적용하여 sucrose, cottonseed flour, $KH_2PO_4$ 및 $MgSO_4$의 최적 농도로 향하는 가장 가파른 기울기를 구함으로써, 신속하고 효율적으로 최적 농도지점에 대한 정보를 얻을 수 있었다. SAM이 제시해주는 농도 부근에서 반응표면분석 (response surface method, RSM)을 적용하여 각 배지성분의 농도를 최적화시키기 위해, 2개의 중요한 요인인 sucrose와 cottonseed flour를 이용하여 중심합성계획 (central composite design, CCD) 실험을 수행하였다. 그 결과 이타콘산의 최적 배지 조건은 sucrose 90.4 g/L, cottonseed flour 53.8 g/L인 것으로 관찰되었고, 이 농도에서 이타콘산의 생산성은 초기 사용된 배지에서의 생산성에 비해 약 7배 증가한 4360 mg/l로 나타났다. 이로부터 탄소원 (C)으로 사용한 sucrose와 질소원 (N)으로 사용한 cottonseed flour 간의 C/N 비율이 이타콘산의 생산성에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할수 있었다.

• 미생물학회지
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• 제51권1호
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• pp.48-60
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• 2015

순창군에서 제조된 전통 장류로부터 612종의 다양한 미생물을 분리하였고, 612종의 미생물 중에서 생리활성 분석 및 biogenic amine 생성여부를 조사하여 최종적으로 Bacillus subtilis SCJ4를 선별하였다. 최종 선별한 균주 SCJ4의 생화학적 특성과 16S rRNA 염기서열 분석에 의해 B. subtilis SCJ4로 명명하였으며, B. subtilis SCJ4의 산업적으로 사용이 적합한 최적배지조성을 확립하기 위하여 통계학적 방법인 반응표면 분석법을 사용하였다. 실험계획법은 배지조성을 예측하기 위해 Plackett-Burman design을 사용하여 모델을 설정하였다. 실험 모델을 통하여 선별된 배지 조성으로는 tryptone, peptone, $MgSO_4$로 예측되었으며, 배지조성에 대한 농도를 설정하기 위해 중심합성계획법을 사용하여 최적화를 수행하였다. 최종 예측된 배지 조성의 농도는 tryptone 15.35 g/L, peptone 12.235 g/L, $MgSO_4$ 3.5 g/L로 예측되었다. 이때 최대 균체량은 1.07497 g/L로 예측되었으며, 모델의 검증실험을 통하여 예측된 모델과 실제 결과가 동일함을 확인하였으며, 기본배양배지와 비교하였을 때 균체량이 0.8767 g/L에서 1.1222 g/L으로 약 28%증가하였다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제44권4호
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• pp.592-601
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• 2015

복분자 와인의 제조를 위하여 복분자 과실 및 엑기스로부터 야생효모 Saccharomyces cerevisiae BA29를 분리 및 동정하였으며, 생화학적 특성 및 biogenic amine 생성 여부, 배양학적 특성 및 알코올 발효능과 알코올, 당, 아황산 저항성을 조사하였다. 또한 S. cerevisiae BA29의 산업적 공정 적용을 위한 균체량 증가를 위하여 통계학적 방법인 반응표면분석법을 사용하여 배양 배지 조성의 최적화를 수행하였다. 실험계획법은 중심합성계획을 사용하여 모델을 설정하였고, 산업적 공정 적용 시 비용 대비 효율성이 높은 molasses를 대체 탄소원으로 사용하여 실험을 수행하였다. 통계프로그램을 이용하여 분석한 결과 최대 균체 성장을 위한 배지 조성으로는 molasses 200 g/L, peptone 30 g/L, yeast extract 40 g/L로 예측되었으며, 이때의 최대 균체량은 20.6565 g/L로 예측되었다. 모델의 검증실험 결과 기본 배양 배지와 비교하였을 때 6.39 g/L에서 $20.9167{\pm}0.7925g/L$로 약 3.27배 증가하였다. 최종적으로 S. cerevisiae BA29를 사용하여 복분자 와인을 제조한 결과 20.33%의 알코올 생성능을 나타냈다. 이로써 복분자 과실로부터 분리한 효모 S. cerevisiae BA29를 이용한 우수한 복분자 와인 제조의 가능성을 확인하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권11호
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• pp.1385-1392
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• 2009

This work evaluates the effect of different amino acids on production of Cyclosporin (CyA) production in solid-state fermentation that was previously optimized for different fermentation parameters by one factor at-a-time for the maximum production of CyA by Tolypocladium inflatum MTCC557. Based on the Plackett-Burman design, glycerol, ammonium sulfate, $FeCl_3$, and inoculum size were selected for further optimization by response surface methodology (RSM). After identifying effective nutrients, RSM was used to develop mathematical model equations, study responses, and establish the optimum concentrations of the key nutrients for higher CyA production. It was observed that supplementation of medium containing (% w/w) glycerol, 1.53; ammonium sulfate, 0.95; $FeCl_3$, 0.18; and inoculum size 6.4 ml/5g yielded a maximum of 7,106 mg/kg as compared with 6,480 mg CyA/kg substrate using one factor at-a-time. In the second step, the effect of amino acids on the production of CyA was studied. Addition of $_L$-valine and $_L$-leucine in combination after 20 h of fermentation resulted in maximum production of 8,166 mg/kg.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제18권4호
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• pp.695-703
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• 2008

A locally isolated thermophile, Geobacillus sp. SAB-40, producing thermostable extracellular amylase constitutively and an induced intracellular ${\beta}$-galactosidase was characterized and identified based on 16S rRNA sequencing. A phylogenetic analysis then revealed its closeness to Geobacillus stearothermophilus. To evaluate the effect of the culture conditions on the coproduction of both enzymes by G stearothermophilus SAB-40, a Plackett-Burman fractional factorial design was applied to determine the impact of twenty variables. Among the tested variables, $CaCI_2$, the incubation time, $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, and tryptone were found to be the most significant for encouraging amylase production. Lactose was found to promote ${\beta}$-galactosidase production, whereas starch had a significantly negative effect on lactase production. Based on a statistical analysis, a preoptimized medium attained the maximum production of amylase and ${\beta}$-galactosidase at 23.29 U/ml/ min and 12,958 U/mg biomass, respectively, which was 3-and 2-fold higher than the yield of amylase and lactase obtained with the basal medium, respectively.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권4호
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• pp.496-502
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• 2015

Polyketide secondary metabolites share common precursor pools, acyl-CoA. Thus, the effects of engineering strategies for heterologous and native secondary metabolite production are often determined by the measurement of pikromycin in Streptomyces venezuelae. It is hard to compare the effectiveness of engineering targets among published data owing to the different pikromycin production media used from one study to the other. To determine the most important nutritional factor and establish optimal culture conditions, medium optimization of pikromycin from Streptomyces venezuelae ATCC 15439 was studied with a statistical method, Plackett-Burman design. Nine variables (glucose, sucrose, peptone, (NH₄)₂SO₄, K₂HPO₄, KH₂PO₄, NaCl, MgSO₄·7H₂O, and CaCO₃) were analyzed for their effects on a response, pikromycin. Glucose, K₂HPO₄, and CaCO₃ were determined to be the most significant factors. The path of the steepest ascent and response surface methodology about the three selected components were performed to study interactions among the three factors, and the fine-tune concentrations for maximized product yields. The significant variables and optimal concentrations were 139 g/1 sucrose, 5.29 g/l K₂HPO₄, and 0.081 g/l CaCO₃, with the maximal pikromycin yield of 35.5 mg/l. Increases of the antibiotics production by 1.45-fold, 1.3-fold, and 1.98-fold, compared with unoptimized medium and two other pikromycin production media SCM and SGGP, respectively, were achieved.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제17권12호
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• pp.1930-1936
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• 2007

A sequential optimization strategy based on statistical experimental designs was employed to enhance the production of cyclosporin A (CyA) by Tolypocladium inflatum DSMZ 915 in a submerged culture. A 2-level Plackett-Burman design was used to screen the bioprocess parameters significantly influencing CyA production. Among the 11 variables tested, sucrose, ammonium sulfate, and soluble starch were selected, owing to their significant positive effect on CyA production. A response surface methodology (RSM) involving a 3-level Box-Behnken design was adopted to acquire the best process conditions. Thus, a polynomial model was created to correlate the relationship between the three variables and the CyA yield, and the optimal combination of the major media constituents for cyclosporin A production, evaluated using the nonlinear optimization algorithm of EXCEL-Solver, was as follows (g/l): sucrose, 20; starch, 20; and ammonium sulfate, 10. The predicted optimum CyA yield was 113 mg/l, which was 2-fold the amount obtained with the basal medium. Experimental verification of the predicted model resulted in a CyA yield of 110 mg/l, representing 97% of the theoretically calculated yield.

• 생명과학회지
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• 제30권6호
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• pp.522-531
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• 2020

본 연구는 반응표면분석법을 이용하여 L(+)형 젖산 생산향상을 위한 배지조성을 확립하기 위해 수행되었다. L(+)형 젖산을 선택적으로 고생산하는 것으로 알려진 9종의 Lactobacillus paracasei 균주를 전국에서 수집한 김치 시료로부터 선별하였으며, 젖산 생산량과 glucose로부터의 전환률 분석을 통하여 젖산 생산 배지 최적화를 수행하기 위한 균주로 SRCM201474를 선발하였다. 선택된 11개의 배지 조성 중 젖산 생산에 가장 큰 영향을 미치는 요인을 분석하기 위한 방법으로 Plack-Burman design (PBD)을 설계하였으며, 통계분석을 통해 탄소원으로는 glucose, sucrose, molasses, 질소원으로는 peptone을 최종 선정하였다. 젖산 생산 배지 최적화를 위한 각 변수들의 농도 최적화를 수행하기 위한 방법으로 반응표면분석법 중 적은 실험수로도 최적값을 산출할 수 있는 hybrid design 설계 하였다. 실험 모델에 의한 L. paracasei SRCM201474 균주를 이용한 젖산 생산배지 조성과 최적 농도는 glucose 15.48 g/l, sucrose 16.73 g/l, molasses 39.09 g/l, peptone 34.91 g/l로 나타났으며, 이때의 젖산 생산량은 33.38 g/l로 예측되었다. ANOVA 분석을 통해 가정된 실험 모델의 적합성과 유의성을 확인하였으며, 최종적으로 분석된 최적배지에서의 반복실험을 통한 젖산 생산량을 측정하여 모델에 의해 예측된 젖산생산량과 동일함을 검증하였다. 본 연구를 통해 L(+)형 젖산을 선택적으로 고생산하는 균주를 선발하였으며, 배지 최적화를 수행하여 생분해성 플라스틱 생산을 위한 산업적 젖산 생산에 적용할 수 있는 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제18권12호
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• pp.1919-1926
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• 2008

Statistical experimental designs; involving (i) a fractional factorial design (FFD) and (ii) a central composite design (CCD) were applied to optimize the culture medium constituents for production of a unique antifreeze protein by the Antartic micro algae Chaetoceros neogracile. The results of the FFD suggested that NaCl, KCl, $MgCl_2$, and ${Na}_{2}{SiO}_{3}$ were significant variables that highly influenced the growth rate and biomass production. The optimum culture medium for the production of an antifreeze protein from C. neogracile was found to be Kalle's artificial seawater, pH of $7.0{\pm}0.5$, consisting of 28.566 g/l of NaCl, 3.887 g/l of $MgCl_2$, 1.787 g/l of $MgSO_4$, 1.308 g/l of $CaSO_4$, 0.832 g/l of ${K_2}{SO_4}$, 0.124 g/l of $CaCO_3$, 0.103 g/l of KBr, 0.0288 g/l of $SrSO_4$, and 0.0282 g/l of ${H_3}{BO_3}$. The antifreeze activity significantly increased after cells were treated with cold shock (at $-5^{\circ}C$) for 14 h. To the best of our knowledge, this is the first report demonstrating an antifreeze-like protein of C. neogracile.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권3호
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• pp.364-374
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• 2013

Monacolin K and yellow pigment, produced by Monascus sp., have each been proven to be beneficial compounds as antihypercholesterolemic and anti-inflammation agents, respectively. However, citrinin, a human toxic substance, was also synthesized in this fungus. In this research, solidstate fermentation of M. purpureus TISTR 3541 was optimized by statistical methodology to obtain a high production of monacolin K and yellow pigment along with a low level of citrinin. Fractional factorial design was applied in this study to identify the significant factors. Among the 13 variables, five parameters (i.e., glycerol, methionine, sodium nitrate, cultivation time, and temperature) influencing monacolin K, yellow pigment, and citrinin production were identified. A central composite design was further employed to investigate the optimum level of these five factors. The maximum production of monacolin K and yellow pigment of 5,900 mg/kg and 1,700 units/g, respectively, and the minimum citrinin concentration of 0.26 mg/kg were achieved in the medium containing 2% glycerol, 0.14% methionine, and 0.01% sodium nitrate at $25^{\circ}C$ for 16 days of cultivation. The yields of monacolin K and yellow pigment were about 3 and 1.5 times higher than the basal medium, respectively, whereas citrinin was dramatically reduced by 36 times.