디프테리아는 Corynebacterium diphtheriae에 의해 발생되는 호흡기 질병으로 C. diphtheriae의 exo-toxin을 불활성화 시킨 toxoid 백신을 사용하여 예방해 왔다. 현재까지 국내에서는 정치배양 방법으로 디프테리아 toxin을 생산해 왔기 때문에 생산성과 품질에 한계가 있었으며, 이를 극복하기 위해 발효조를 이용한 발효조건 최적화에 대한 연구를 수행하였다. 디프테리아 toxin을 보다 효율적을 얻기 위한 배지로서 beef antigen이 함유되어 있지 않은 casein 유래의 NZ-Case를 선택하였다. 발효조에 의한 toxin 생성은 세포성장과 함께 증가하는 growh-associated form으로 나타났다. 최대의 세포성장과 toxin 생성은 초기 pH가 7.0인 배지에서 0.22vvm의 통기와 400rpm의 교반조건에서 얻을 수 있었다. 또한 최대의 toxin 생성을 위한 최적의 iron 이온의 농도는 0.3mg/L 이었으며, morgamcphospale의 첨가에 의한 calcium-phosphate 침전이 배지 내에 iron 이온의 농도조절을 위하여 요구되었다. 면역원성을 확인하기 위한 역가시험 결과 발효조 배양에서 얻은 toxoid는 4단위에서 모든 guinea-pigs가 생존하여 2단위인 정치배양 toxin에비해 월등히 우수한 것으로 판단되었다. 결국 발효조 배양으로 toxin을 생산할 경우 부작용이 적고 수율과 생산성 및 면역원성 이 우수한 toxid의 생산이 가능하였다.
곱게 갈아 액화시킨 음식물 찌꺼기를 기질로 생균사료를 생산하기 위한 효모의 호기적 액상발효에 있어서 효모증식에 대한 교반속도의 영향을 연구하였다. screening을 통해 선택한 효모인 Kluyvermyces marxianus를 종균으로 2liter jar fermenter를 이용하여 호기적 조건에서 곱게 분쇄해 10% 고형분 함량을 갖는 기질에 교반속도를 500rpm, 900rpm, 1200rpm를 다르게 조정하여 $35^{\circ}C$에서 증식시켰다. 효모의 증식을 촉진시키기 위하여 고분자물질을 분해하는 효소를 분비하는 곰팡이 Aspergillus oryzae와 혼합발효를 실시하여 단독발효와 비교하였다. 발효결과 교반속도가 증가할수록 생균수도 높아져 400rpm에서보다는 900rpm에서 높은 생균수를 보였으나 1200rpm에서는 오히려 감소하였다. 혼합발효는 amylase의 역가를 높여주어 증식속도를 높여 주나 발효종료단계에서 최고 생균수를 증가시켜주지는 않는 것으로 나타났다.
A continuous culture study was conducted to determine the impact of ruminal degradable soy protein (S-RDP) level and dilution rate (D) on growth of ruminal non-structural carbohydrate-fermenting microbes. Corn starch, urea and isolated soy protein (ISP) were used to formulate three diets with S-RDP levels of 0, 35 and 70% of total dietary CP. Two Ds were 0.03 and $0.06h^{-1}$ of the fermenter volume in a single-effluent continuous culture system. As S-RDP levels increased, digestibilities of dietary dry matter (DM), organic matter (OM) and crude protein (CP) linearly (p=0.001) decreased, whereas digestion of dietary starch linearly (p=0.001) increased. Increasing D from 0.03 to $0.06h^{-1}$ resulted in decreased digestibilities of dietary DM and OM, but had no effect on digestibilities of dietary starch (p=0.77) and CP (p=0.103). Fermenter pH, the concentration of volatile fatty acids (VFA) and daily VFA production were unaffected (p=0.159-0.517) by S-RDP levels. Molar percentages of acetate, propionate and butyrate were greatly affected by S-RDP levels (p=0.016-0.091), but unaffected by D (p=0.331-0.442). With increasing S-RDP levels and D, daily bacterial counts, daily microbial N production (DMNP) and microbial efficiency (MOEFF; grams of microbial N produced per kilogram of OM truly digested) were enhanced (p=0.001). The increased microbial efficiency with increasing S-RDP levels is probably the result of peptides or amino acids that served as a stimulus for optimal protein synthesis. The quantity of ruminal degradable protein from soy proteins required for optimum protein synthesis of non-structural carbohydrate-fermenting microbes appears to be equivalent to 9.5% of dietary fermented OM.
Phenylalanine 생산시 tyrosine이 부생되지 않도록 tyrA유전자 발현이 낮은 여러 가지 온도조절형 plasmid를 제작하였으며, phenylalanine 생산균주인 대장균 AT2471$[tyrA^-,\;thi^-]$은 tyrosine 영양요구 변이균주이므로 생산배지에 tyro-sine 첨가없이 phenylalanine을 생산할 수 있도록 하기 위하여 tyrosine 복귀변이균주를 분리하여 phenylalanine 생산을 검토하였다. 2.5 l jar fermenter를 사용하여 tyrosine 첨가없이 phenylalanine 생산을 검토하여 대장균 AT2471/pSY146A, 대장균 AT2471 tyrosine 복귀변이균주 5/pSY111-14를 $39^{\circ}C$에서 55시간 배양한 결과 각각 12 g/l, 15 g/l를 생산하였다.
Penicillium sp. C8-14주(株)를 계속 단포자 분리 및 변이 처리를 하여 Penicillium sp. C13-13(역가-3171u/g) 주(株)를 얻었다. 2. 고체배양에 적용하기 위하여 증식용 액체배양을 하였으며, 초발 pH $4.5{\sim}5.0$, 10% 부배지를 사용하여 48시간동안 $30^{\circ}C$, 통기량 6l/min, 교반속도 600rpm(20l-Jar fermenter)으로 배양하여 균체량이 70ml이상일 경우에 접종한 것이 $29{\sim}33^{\circ}C$, 72시간의 부배지 배양에 있어서 가장 좋은 역가를 보였다. 3. 부배지에 1.5% $CaCI_2$ 및 0.015% $MgSO_4$를 가한 것이 control 보다 높은 역가를 보였다. 끝으로 본고(本稿)작성에 많은 도움을 주신 서울 대학교 약학대학 김병각 교수님께 심심한 사의를 표합니다.
미생물셀룰로오스의 생산성을 높이기 위하여 원심(centrifugal) 임펠러와 경사원심(inclined centrifugal) 임펠러가 사용되었다. 발효조 내의 유체흐름 형태와 부피산소전달 계수가 고찰되었으며 원심 임펠러 및 경사원심 임펠러가 장착된 발효조 내에서 G. hansenii PJK 균주에 의하여 미생물 셀룰로오스가 생산되었다. 유체는 발효조 하부에서 원심 임펠러의 실린더 내부를 통과하여 발효조 벽면을 향해 순환되었다. 임펠러의 회전속도 100 rpm에서 부피산소전달계수는 터바인 임펠러 계에 비하여 경사원심 임펠러의 경우는 23%, 원심 임펠러의 경우는 15%에 불과하였다. 하지만 미생물셀룰로오스 생산 불능 돌연변이주로의 전환이 방지되어 20 rpm의 경사원심 임펠러의 회전속도에서 미생물셀룰로오스의 생산량이 터바인임펠러의 최적회전속도 300 rpm에서의 미생물셀룰로오스 생산량과 같았다.
곰팡이인 Mortierella alpina DSA-12를 이용한 arachidonic acid의 생산을 위한 유기질소원의 선정과 배양 조건의 결정에 연구를 수행하였다. Corn steep powder (CSP)를 원료의 가격과 arachidonic acid의 생산을 기준으로 유기질소원으로 선정하였다. 탄소원으로 glucose와 질소원으로 CSP를 사용한 경우에 최적의 C/N ratio는 15-17 범위이다. Arachidonic acid의 생산을 위한 최적의 배양조건은 $25^{\circ}C$에서 500 rpm의 교반과 0.5 vvm의 통기이며, 이 때 50 g/L의 glucose와 18 g/L의 CSP로부터 21.8 g/L의 균사체량에 10.2 g/L의 총 지질을 얻을 수 있었으며, arachidonic acid의 농도는 3.70 g/L이었다. 500 L의 발효조에서 0.5 vvm과 200 rpm의 교반으로 실험을 수행한 결과 19.8 g/L의 균사체량과 9.1 g/L의 총 지질 및 3.67 g/L의 arachidonic acid를 얻었다. 이러한 결과는 bench-scale의 발효조에서도 질소원으로 CSP를 이용하여 arachidonic acid의 생산이 가능함을 보여주었다.
남은 음식물을 기질로 생균사료를 생산하기위하여 고온성 세균에 의한 호기적 액체 발효가 시도되었다. 토양이나 남은 음식물들로부터 11종의 고온성 세균이 $55^{\circ}C$에서의 진탕배양에 의해 분리되었다. 이들 분리균 들의 기질분해능을 평가하기위해 배양액 중에서의 ${\alpha}-amylase$ 와 protease효소역가를 측정 비교하였다. 이 결과 6종의 세균이 선택되었고 남은 음식물 기질 적응력을 높이기 위해 반복 배양을 실시하였다. 발효말기에서의 생균농도는 대부분 $3{\sim}7{\times}10^9/ml$에 이르렀다. 이들 중 B3, B6가 가장 높은 효소역가를 나타냈다. B3, B6, 그리고 분양받은 균주인 Bacillus Stearothermophillus를 2L-jar fermenter를 이용해 혼합발효시킨 결과발효개시 8시간 내에 생균수가 $1.4{\times}10^{10}/ml$에 이르렀다.
남은 음식물을 기질로 생균효모사료를 만들기 위해 Kluyveromyces marxianus 효모의 호기적 액상발효가 $35^{\circ}C$에서 시도되었다. 먼저 액상으로 시료를 충분히 마쇄시킨 시료의 효모 생균수를 증가시키기 위한 적정발효조건이 진탕배양을 통해 연구되었다. 시료로 사용된 남은 음식물의 고형분 함량을 수분첨가로 5%, 10%와 15%로 다르게 조정하여 발효시킨 결과 고형분 함량 10%에서 생균수가 가장 높은 것으로 나타났다. 효모의 생균농도를 증가시키기 위하여 Aspersillus oryzae를 2리터용 jar fermenter를 이용하여 혼합배양한 결과 증식속도를 증가시켜 주었으나 최고 생균수는 $3.5{\times}10^9/ml$로서 단독 배양시보다 근소하게 높은 결과를 보여주었다.
길항균을 생물 농약으로 개발하기 위해서는 저렴한 산업용 배지를 이용한 대량 생산 체계를 확립하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 풋마름병 방제 효과가 뛰어난 Bacillus amyloliquefaciens SKU-78 균주의 배양조건을 확립하였다. 저가의 산업용 기질로는 콩가루와 옥수수 전분 배지가 균 생장에 가장 효과적이었고, 최초 pH 5.5, 배양 온도 $30^{\circ}C$, 교반속도 150-250 rpm의 조건으로 30 L fermenter를 이용한 배양에서 20 시간째에 최대 생균수($1.2{\times}10^{11}$ CFU/ml)에 도달하였다. 저가의 산업용 배지로 배양한 배양액을 관주 처리하였을 때 65%의 발병 억제 효과를 나타냄으로써 SKU-78 균주의 산업용 배지를 이용한 대량배양의 기초가 마련되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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