加壓 バイオリアク-に よる グルコン 酸 の 生産

국문 초록 (Abstract)

글루콘산 발효는 산화발효로써, 그 발효에 산소의 영향이 강하게 작용한다 는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실이다. 이러한 사실을 바탕으로 종래의 글 루콘산 발효는 가압을 통해 산소공급을 증가시켜, 생산속도와 수율을 증가시 킨 예가 몇가지 있으나, 이들이 행한 DO농도(Dissolved Oxygen)는 A.niger에 의한 발효에서의 농도는 20ppm정도이고 Gluconobacter oxydans에 의한 농도는40ppm정도까지가 대부분이며 그 이상의 DO농도하에서 행한 연구는 찾아 볼 수없다. 또 종래의 연구에서는 균체의 생육과 글루콘산 생산을 동시에 배양, 생산하는 시스템에서 행하여져 있는 바, 글루콘산이라고 하는 산화반응 그 자체에 대한 DO농도의 영향은 명확히 밝혀져 있지 않다. 즉, 균체의 증식과 글루콘 산 생산을 별개의 시스템에서 행한다면 균체생육에 장해적으로 알려져 있는 고 DO농도하에 있어서도 글루콘산의 생산성이 충분히 향상될 가능성은 높은 것으로 생각된다. 글루콘산의 생산활성은 DO농도의 증가와 더불어 높아지고, 생육에 대해 저 해농도였던 50ppm를 훨씬 넘은 150ppm이라는 고 DO농도에서도 전혀 저하하지 않았으며 오히려 약간 증가하는 추세가 보였다. 한편, 균체생육시의 DO농도 는 생산활성에 영향을 주어 고 DO농도에서 생육한 균체는 높은 생산활성을 나타내고 있다. 즉, DO 36ppm(산소가스공급, 상압)에서 생육한 균체를 가지고 DO 150(산소가스공급, 4atm)ppm에서 글루콘산 생산을 행한 경우의 생산활성은, 일반적으로 호기 배양에서 DO농도의 조건인 7.5ppm에서 글루콘산 생산을 행한 경우의 생산활성과 비교하면 약 4배의 높은 활성을 나타내고 있다. 이와 같이 글루콘산 생산에 있어서의 DO농도는 생산활성에 중대한 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 그러나, DO농도와 생산활성과의 관계를 명확히 하 기 위해 Lineweaver-Burk plot를 행한 결과, 양자의 관계는 Michaelis-Menten형의 Model이 적용된다는 것이 밝혀졌다. 여러 가지 DO농도에서 생육한 균체에 대해서 Michaelis정수(Km) 및 최대 생산속도(Vmax)를 구한 결과, Km치는 균체생육시의 DO농도가 높은 쪽이 크게 나타나며, 36ppm의 경우는 7.5ppm의 경우에 비해 20%의 증가가 확인 되었다. 이 결과로부터, 글루콘산 생산에 관여하는 Glucose oxydase계는 생육시의 DO 농도가 높아짐에 따라 증강되어지는 것을 의미하며 그 원인으로써 효소계의 산소에 대한 친화성의 증가에 기인하는 것이 아니라 효소생성량의 증대에 의 한 것이라 볼 수 있다. 글루콘산을 효율적으로 생산하기 위해서는 높은 생산수율로 고농도로 축척 시키는 것이 분리정제시의 공정 cost를 절감시킬 수 있으며, 또 연속적으로 장기간 안정된 생산계를 유지하는 것이 중요한 요소이다. 고 농도축적은 기 질이 소비되었을 때 분말상의 기질을 재 첨가하는 것을 되풀이 하는 방법으로행하였다. 그 결과, 최초의 생산이 끝난 상태에서 글루코오스 15%분말을 한 번 첨가해서 얻을 수 있는 300g/L까지는 생산속도의 저하는 보이지 않았지만 한 번 더 첨가한 상태에서 축척농도를 증가시키면 생산속도의 저하가 보였으 며 550g/L에서 글루콘산 생산은 멈추게 됨에 따라 생산성을 저하시키지 않고 축척 가능한 최대 농도는 300g/L이라는 것이 밝혀 졌다. 다음으로 고정화 균체에 의한 Bioreactor에서의 응용성을 검토한 결과, 글 루콘산 생산에 있어서는 산소분압을 높임으로써 생산속도가 증가하며, 액상생육의 free의 균체를 가지고 고농도생산의 가능성을 확립하였다. 하지만 장기간의 반복생산에는 부적합함에 따라 장기간 생산에서의 안정성을 개선시킬 목적으로 새롭게 개발된 기상생육 고정화 균체를 이용하여 가압 Bioreactor에서의 글루콘산 고농도 생산을 검토하였다. 고정화 균체의 특징으로는 곰팡이 특유의 공기 접촉면에서 양호하게 생육하는 성질에 착안하여 산소가스중에 담체표면에 생육시켜 고정화시킨 것으로 이는 산소이동에 대한 저항이 매우 적 다. 본 고정화 균체에 의한 고농도 생산은 분말상의 10%글루코오스를 2회 첨가하는 방식으로 고농도 생산을 행한 결과, 반복 15회, 1100시간에 걸쳐 생산속도의 저하없이 220g/L의 고농도 글루콘산을 생산가능케 하였다.