G. persimonensis-KJ145를 차용하여 BC 생산과 식초생산에 미치는 에탄올의 영향을 조사하였다. 그 결과 사과쥬스배지에 에탄올을 2%(v/v) 첨가하였을 때 BC의 생산성이 가장 좋았으며, 7%(v/v)를 첨가하였을 때 총산의 함량이 가장 높았다. BC와 식초를 동시 생산하기 위해서는 에탄올을 5%(v/v) 첨가하는 것이 가장 좋을 것으로 생각되며 발효과정 중의 식초 품질 변화에 대한 보다 자세한 연구가 요구되었다. BC와 식초 생산에 가장 효과적인 질소원은 CSL인 것으로 조사되었고 최적 농도는 15%(w/v)이었다. 배양시간의 영향을 조사한 결과 14일간 배양하는 것이 가장 많은 양의 BC를 생산하였으며, 최적조건에서 생산되는 BC 생산량은 7.55 g/L이었다.
Alcohol류를 배양액 속에 첨가하면 배양 중에 생성되는 BC가 엉기는 현상이 나타났다. 생성된 BC의 엉김은 생산배지로부터의 cellulose의 분리회수를 손쉽게 할 수 있는 장점이 있다. 이 중에서 ethanol을 사용하는 경우에는 BC의 생산성과 미생물의 성장속도가 증가하였다. Ethanol 이외의 alcohol류는 BC의 엉김현상에는 효과가 있었으나 그 독성으로 인하여 미생물의 성장과 BC의 생산성을 감소시켰다. Ethanol과 다른 alcohol 모두 BC의 엉김효과는 있으나 ethanol만 진탕배양에서 $\textrm{Cel}^{-}$균주의 출현 방지에 효과가 있었다.
부패한 사과로부터 bacterial cellulose (BC)를 생산할 수 있는 균주를 분리한 후 배양조건에 따른 BC의 생산량을 조사한 결과 BC의 생산량은 진탕배양한 경우가 정치배양한 경우보다 약 1.5배 높았다. BC의 생산량을 높이고자 mutagen으로 UV와 cylcloheximide를 사용함으로써 BC 생산량을 약 3배 증가시킬 수 있었다.. 미생물에 의해 생성된 BC는 종이나 펄프와는 달리 pectin, 납, 유지, 단백질, 무기질 등의 불순물을 함유하지 않는 filter paper와 성질이 유사한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 BC를 백설기에 첨가하여 저장 중 품질특성을 조사하였다. 그 결과, bacterial cellulose 0.09%이상 첨가한 백설기가 무첨가구에 비해 저장동안 노화도가 낮게 나타났다. 또한 hardness를 측정한 결과 BC첨가를 첨가한 구간들에서 hardness가 낮게 나타나 노화억제효과가 있었다. 관능검사 결과 거의 모든 평가항목에서 시료들 간의 유의적인 차이가 없었으나, 전반적인 기호도에서 BC를 첨가한 백설기가 더 좋은 것으로 나타났다.
Gluconacetobacter hansenii PJK의 경우 배지 조성 중 탄소원보다는 질소원 및 acetic acid가 BC 생산에 더 많은 영향을 미쳤다. 또한 BC 생산능은 pH 4.1-6.0 범위에서 배지의 초기 pH 영향을 거의 받지 않았으며 BC에 둘러싸인 균주보다 배양 상등액에 존재하는 균주의 BC 생산능이 더 우수하였다. G. hansenii PJK의 BC 생산은 fructose metabolism이 아닌 glucose metabolism으로 이루어지며 배지 성분 중 fructose와 lactate는 Cel$^{-}$ mutant의 발생 및 성장을 촉진시켰으며 TCA cycle에 위치하는 succinate의 첨가는 BC 생산에 거의 영향을 미치지 않았다.
A cellulose-producing strain isolated from rotten apples was identified as Gluconacetobacter hansenii based on its physiological properties and the 16S rDNA complete sequencing method, and specifically named Gluconacetobacter hansenii PJK. The amount of bacterial cellulose (BC) produced by G. hansenii PJK in a shaking incubator was 1.5 times higher than that produced in a static culture. The addition of ethanol to the medium during cultivation enhanced the productivity of bacterial cellulose, plus the supplementation of 1% ethanol into the culture medium made the produced BC aggregate into a big lump and thus protected the bacterial-cellulose-producing G. hansenii PJK cells in the shear stress field from being converted into non-cellulose-producing (Cel) mutants. Cells subcultured three times in a medium containing ethanol retained their ability to produce BC without any loss in the production yield.
균주 JH232가 생성한 bacterial cellulose (BC)는 이온교환 막 생산을 위한 환경친화적 재료로서 잠재능이 있다는 것이 전 연구(J. of Chem. Technol. Biotechnol. 2004, 79, 79-84)를 통해 보고되었다. 본 연구를 통해 JH232를 동정하였으며 BC 생성 특성을 조사하였다. 16S rRNA 유전자의 비교분석을 통해 JH232는 Gluconacetobacter sp.인 것을 밝혀냈다. 플라스크실험 결과 이 균주는 초기 pH 5.5로 조절된 CSL 배지에서 온도가 $30^{\circ}C$인 조건하에 배양하였을 때 BC 생성량이 최대를 나타내었다. 발효조 실험을 통해서 회분식 배양보다 유가배양에 의해 JH232의 BC 생성량이 1.56배 더 높게 나타났다.
This study aimed to ex situ colorize laccase-entrapped bacterial cellulose (BC) with natural phenolic dyes, namely,madder, turmeric, and cochineal, and to determine the effect of laccase entrapment on the dyeability of BC using color strength (K/S) analysis. Results showed that laccase entrapment improved the dyeability of BC and that pre-entrapment was the most effective method, compared with meta-entrapment and post-entrapment methods. In addition, surface characterizations confirmed the successful entrapment of laccase inside the BC nanostructure and retention of the cellulosic and crystalline structures of BC. The washing durability test confirmed that the K/S value of BC had improved after laccase entrapment. Furthermore, laccase-entrapped BC colorized with cochineal dye had the highest washing durability due to the high molecular weight of cochineal dyerelative to the other dyes. This study suggests a novel method for enhancing the dyeability and washing durability of BC colorized ex situ with natural phenolic dyes by laccase entrapment.
BC 합성능이 우수하며, 진탕배양에서도 BC를 생산할 수 있는 능력이 있음이 확인된 Aectobacter sp. V6로부터 BC 생산을 위한 당밀 전처리 조건을 검토하였으며, 생산된 BC의 물리화학적 특성을 검토하였다. 당밀을 배지성분으로 사용하기 위해 전처리를 실시한 결과, 1%의 TP가 BC 생산에 가장 효율적이었다. 전처리한 당밀배지를 이용하여 정치 및 진탕배양에서 생산된 BC의 물리화학적 특성을 조사한 결과, 모든 BC는 유화능이 있었으나 유화 안정능은 낮았다. 또한 모든 BC에서 높은 수분 보유능이 나타났으며, 특히 정치배양에서 생산된 BC는 $\alpha$-cellulose보다 14배 이상 높았다. BC의 점도는 모두 $\alpha$-cellulose보다 높았으며, 점도계 회전속도의 증가에 따라 급격히 감소하였다. FT-IR을 통한 조성 분석에서 BC는 식물성 셀룰로 오스와 차이가 없었으며, XRD를 통한 결정성 분석에서는 모든 BC가 결정성을 나타내었다. BC의 미세구조를 조사한 결과, 모든 BC가 미세망상구조로 이루어져 있었는데, 이로 인해 BC는 식물성 셀룰로오스와는 달리 독특한 물성을 가지는 것으로 판단되었다. 또한 정치배양에서 생산된 BC는 진탕배양에서 생산된 것보다 셀룰로오스 미세섬유가 조밀하게 얽혀있음을 알 수 있었다.
교반배양시 배지에 첨가되는 에탄올의 농도가 증가할수록 $Cel^-$ mutant의 발생율이 증가하므로 $1.5\%$ 에탄올이 첨가된 배지의 경우 500 rpm보다 높은 교반속도를 유지해야 효과적으로 $Cel^-$ mutant의 발생이 억제되고 BC 생산량을 증가시킬 수 있다. 교반 배양과 같은 강한 shear stress의 배양환경 하에서는 진탕배양의 경우와 달리 $1.0\%$ 에탄올을 분할공급하더라도 BC 생산의 효율성을 높일 수 없었다. Phosphate ion이 첨가된 배지보다 첨가되지 않은 배지에서 BC 생산량이 더 높았다. 배지조성 중 아세트산의 농도를 $1.0\%$로 증가시키면 균체의 건조중량은 변화가 없었으나 BC 생산량이 감소되었다. 배양액의 pH 제어는 BC의 생산에는 영향을 미치지 않았으나 균체의 성장과 WSPS의 생산을 향상시켰다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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