Hesham, Abd El-Latif;Mostafa, Yasser S.;AlSharqi, Laila Essa Omar
Mycobiology
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제48권2호
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pp.122-132
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2020
Citric acid is a commercially valuable organic acid widely used in food, pharmaceutical, and beverage industries. In this study, 260 yeast strains were isolated from soil, bread, juices, and fruits wastes and preliminarily screened using bromocresol green agar plates for their ability to produce organic acids. Overall, 251 yeast isolates showed positive results, with yellow halos surrounding the colonies. Citric acid production by 20 promising isolates was evaluated using both free and immobilized cell techniques. Results showed that citric acid production by immobilized cells (30-40 g/L) was greater than that of freely suspended cells (8-19 g/L). Of the 20 isolates, two (KKU-L42 and KKU-L53) were selected for further analysis based on their citric acid production levels. Immobilized KKU-L42 cells had a higher citric acid production rate (62.5%), while immobilized KKU-L53 cells showed an ~52.2% increase in citric acid production compared with free cells. The two isolates were accurately identified by amplification and sequence analysis of the 26S rRNA gene D1/D2 domain, with GenBank-based sequence comparison confirming that isolates KKU-L42 and KKU-L53 were Candida tropicalis and Pichia kluyveri, respectively. Several factors, including fermentation period, pH, temperature, and carbon and nitrogen source, were optimized for enhanced production of citric acid by both isolates. Maximum production was achieved at fermentation period of 5 days at pH 5.0 with glucose as a carbon source by both isolates. The optimum incubation temperature for citric acid production by C. tropicalis was 32 ℃, with NH4Cl the best nitrogen source, while maximum citric acid by P. kluyveri was observed at 27 ℃ with (NH4)2 SO4 as the nitrogen source. Citric acid production was maintained for about four repeated batches over a period of 20 days. Our results suggest that apple and banana wastes are potential sources of novel yeast strains; C. tropicalis and P. kluyveri which could be used for commercial citric acid production.
Cheese 제조시 부산물로 생성되는 whey를 배지로 사용하여 Aspergillus niger를 이용하여 citric acid를 생산하는데 영향을 미치는 여러 가지 요인 중 중요한 요인인 온도와 pH의 영향에 대하여 고찰하였다 15일간 27, 30, 33, $36^{\circ}C$와 pH 2, 3, 4, 5에서 각각 배양하면서 소비된 lactose의 양과 생산된 citric acid의 양을 측정하였다. 생산된 citric acid의 최대 농도는 33.9 g/l(구연산 생산에 쓰여진 유당을 기준으로 할 때 68.26%)이었으며, shaking speed는 citric acid 생산에 직접 영향을 주기보다는 pellet 형성시 그 형태에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 배양 온도가 $33^{\circ}C$, pH는 3일때 가장 많은 양의 citric acid가 생산되었다.
The continuous production of citric acid from dairy wastewater was investigated using calcium-alginate immobilized Asrergillus niger ATCC 9142. The citric acid productivity and yield were strongly affected by the culture conditions. The optimal pH, temperature, and dilution rate were 3.0, 30$^{\circ}C$, and 0.025 h$\^$-1/, respectively. Under optimal culture conditions, the maximum productivity, concentration, and yield of citric acid produced by the calcium-alginate immobilized Aspergillus niger were 160 mg L$\^$-1/ h$\^$-1/, 4.5 g/L, and 70.3%, respectively, The culture was continuously perfored for 20 days without any apparent loss in citric acid productivity. Conversely, under the same conditions with a batch shake-flask culture, the maximum productivity, citric acid concentration, and yield were only 63.3 mg L$\^$-1/h$\^$-1/, 4.7 g/L and 51.4%, respectively, Therefore, the results suggest that the bioreactor used in this study could be potentially used for continuous citric acid production from dairy wastewater by applying calcium-alginate immobilized Aspergillus niger.
The effects of media composition on citric acid fermentation using surface immobilized Saccharomycopsis lipolytica were studied. The use of the standard medium for these organisms resulted in rapid decrease of citric acid production and a transformation of immobilized cell morphologies from a yeast-type to a mycelium-type. When the standard medium was enriched with vitamins, trace minerals, a growth factor and ammonium to form a Vigorous Stationary Phase (VSP) fermentation type medium, relatively stable citric acid production (10 mg/lㆍh) was obtained. Using the VSP type medium, the surface immobilized cells also retained their yeast-type form.
우유공장에서 배출되는 폐수를 Aspergillus niger ATCC 9142의 발효기질로 하여 회분식발효기에서 구연산의 생산에 관하여 연구하였다. 구연산의 생산성을 높이기 위하여 각종 금속이온, Mn$^{2+}$, Fe$^{2+}$, Cu$^{2+}$ 및 Mg$^{2+}$ 등을 첨가하여 발효시킨 결과, Mn$^{2+}$, Fe$^{2+}$, Cu$^{2+}$의 첨가시 구연산의 생산이 증가하였으나, Mg$^{2+}$를 첨가한 경우는 오히려 감소하였다. 우유폐수의 환원당 농도를 각가 50g/l 및 100g/l로 농축하여 Aspergillus niger ATCC 9142를 이용하여 생산된 구연산은 7.2g/l 및 16.5g/l 이상이었다. 실험적인 결과에 의한 세포의 성장, 구연산의 생산 및 기질의 소모속도는 수확적인 모델링에 의해 예측한 경우와 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다.
곰팡이균을 이용한 구연산 생산에 있어 액체배양의 초기 pH는 구연산 생산에 유의한 영향을 미친다고 알려져 있다. 본 연구에서는 고체배양에서 Aspergillus niger를 이용한 구연산 생산에 여러 pH의 완충용액이 구연산 생산에 미치는 영향을 밝혀 최적의 완충용액을 찾고자 연구하였다. 실험에 적용된 여러가지 완충용액은 구연산 생산에 영향을 미치며 높은 초기 pH 조건에서 구연산 생산성이 우수한 것으로 나타났다. 여러가지 완충용액 중, phosphate (pH 8.6) 완충용액과 carbonate 완충용액(pH 10.0)이 고체발효에서 구연산 생산에 가장 적합함을 알 수 있었다. Carbonate 완충용액(pH 10.0)을 사용하여 고체배지의 초기 pH를 6.8으로 하였을 경우, 최대 구연산 생산인 564.3 g/kg solid substrate 얻을 수 있었다. 또한, 염기 또는 산을 사용하여 고체 배지의 초기 pH를 4.42로 조정한 배지에 비해 phophate 완충용액을 사용한 pH 4.48의 고체배지에서 구연산 생산성이 1.5배 증가함을 알 수 있었다. 이는 완충용액의 사용이 구연산 생산에 의한 배지의 산성화를 방지해 세포성장과 생산성을 높였다고 결론지을 수 있다.
The possible use of milk factory waste water as fermentation media for the production of citric acid by cells of Aspergillus niger ATCC 9142 has been investigated. The addition of $Mn^{2+}$, $Fe^{2+}$ and $Cu^{2+}$ to a medium promoted the citric acid production steadily, but addition of another metal ion $Mg^{2+}$decreased the citric acid production. The concentrations of citric acid were marked up to 7.2g/1 and 16.5g/l in a batch bioreactor by A. niger ATCC 9142 with 50g/1 and 100g/l of reducing sugar concentration in milk factory waste water, respectively.
The effect of citric acid on rice starch gelatinization and low-temperature (4 ℃) storage was studied in order to produce rice cake with a lower retrogradation rate. A citric acid solution in the ratio of 0, 0.5, 1.0, and 1.5% (w/w) of the water used during production was utilized. The gelatinization properties, gel strength, thermal properties, and texture analysis were evaluated to determine the retrogradation rate. The result showed that acid hydrolysis occurred in samples treated with citric acid. Thus, increasing citric acid decreased gelatinization temperature (58.63±1.98 to 45.84±1.24 ℃). The moduli of elasticity increased with increasing citric acid concentration, indicating an increased gel strength. Thermal analysis of starch showed that the onset, peak, and conclusion temperatures of retrogradation were increased significantly with the storage period and decreased with citric acid concentration. After 72 h of low-temperature storage (4 ℃), the retrogradation rate was lowest in the rice cake with 1.5% citric acid solution, with an increased ratio of 12.01 to 13.60% compared to the control sample, with a ratio of 12.99 to 43.54%. This shows a high retrogradation rate in the control sample. Additionally, sensory properties and retrogradation ratio suggest that the addition of 1.0% citric acid solution during rice cake production is efficient in retarding the retrogradation without an adverse effect on the rice cake modeling and acceptance.
Aspegillus niger 세포에 의한 구연산 생산에 대한 발효 매체로서 우유공장폐수가 연구되었다. 발효매체에 $Mn^{2+},\;Fe^{2+}\;and\;Cu^{2+}$의 첨가가 구연산 생산을 일정하게 증가시켰다. 그러나 다른 금속이온인 $Mg^{2+}$의 첨가는 구연산 생산을 감소시켰다. 구연산의 농도는 우유공장폐수에서 환원당 농도의 농도가 50 g/l와 100 g/1로 Aspegillus niger ATCC 9142에 의한 batch bioreactor에서 각각 7.2 g/1과 16.5 g/l로 높게 표시되었다. 본 실험에서 적용한 수리적 모델식들이 세포성장의 예상, 구연산 생산, 기질소모 속도에 대해 잘 적용되는지를 알아보기 위해서 발효반응 모델식에 적용시켜 본 결과 실험치와 잘 부합되었다.
농산 폐자원 중에서도 감귤 가공공정에 따라 부생되는 감귤과피를 발효 기질로서의 이용을 목적으로 분리균 Asp. niger를 사용하여 구연산 발효에 미치는 배양조건 및 영향인자를 조사하였다. 그 결과 고 체 배양에서의 최적조건 즉 감귤과피와 물을 동량 혼합하고 여기에 NH$_4$NO$_3$0.2%, MgSO$_4$7$H_2O$ 0.1%, Methanol 2.5%를 첨가하여 PH4.5로 조절한 다음포자 현탁액(1x$10^8$ spore/$m\ell$) 2%를 접종하여 균체증식 초기에 35$^{\circ}C$, 20시간 배양하고 4시간 저온 처리한 다음 구연산 생성기에서 3$0^{\circ}C$로 48시간 배양했을 때 당에 대해 80.4%의 높은 수율의 구연산을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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