Study on Fermentation, Cell Disruption and Extraction for the Production of β-Glucan by Saccharomyces cerevisiae JUL3
β-glucan 은 세포벽에 풍부하게 존재하는 다당류의 하나이며, 면역 체계에 여러 가지 효과가 있는 것으로 알려져 있다. Yeast 속에 존재하는 β-glcan은 주로 yeast 세포벽을 구성하고 있기 때문에 이것의 생산을 위해서는 고밀도의 세포의 배양 공정이 매우 중요하다. 세포배양에 있어서 배지조성의 최적화를 위해 표면 반응 분석 (RSM)을 사용하였다. 이 실험에서는 molasses 와 corn steep liquor (CSL)의 최적조성은 각각 6.4 % (v/v) 와 17 % (v/v)로 결정하였다. 통계학적 분석을 통해 예상된 세포량은 20시간에 9.76 g/L 이었다. 2.5 L 교반 반응기에서의 세포량은 batch 방식으로 36.5 ~ 39.3 g/L 이었다. Fed-batch 방식으로 Saccharomyces cerevisiae JUL3의 최대 세포량은 50% molasses 배지와 10mL/h의 주입속도로 95.7 g/L 이었다. Fed-batch 상태에서 얻어진 세포의 양은 batch 방식의 배양보다 2.4배 정도 더 높았다.
세포의 파쇄와 추출에서 가장 효과적인 방법은 각각 French press 와 Dimethyl-sulfoxide 로 확인되었다. French press 공정에서 세포 파쇄 최적화 조건은 18,000 psi, 2 pass, 1분 이었으며, 이때의 단백질 양은 5.78 mg/mL 였다. French press의 파쇄 효과는 Ultra-sonication 과 Bead-beater 방법보다 9.17배 더 높은 수치 였다. Dimethyl-sulfoxide 추출법은 Manners 추출법보다 높은 glucan 함량을 보였다.
β-Glucan is a cell wall component, and one of the most plentiful cell polysaccharides. Moreover, it has been found to have several beneficial effects on the immune system. In yeast β-glucan is mainly contained in the yeast cell wall, and thus it is important to produce high levels of cell mass for the mass production of yeast β-glucan. Response surface methodology (RSM) offers a potential means of optimizing process factor and medium components, and has been used to estimate the effects of medium components on cell mass production.
In the present study, optimal concentrations of molasses and corn steep liquor (CSL) in medium were determined to be 6.4 % (v/v) and 17 % (v/v). Cell mass predicted by statistical analysis was 9.76 g/L after 20 h of cultivation. In a 2.5 L stirred tank reactor (STR), the cell mass produced in batch culture was 36.5 ∼39.3 g/L. Maximum cell mass in the fed-batch cultures of Saccharomyces cerevisiae JUL3 was 95.7 g/L using 50 % molasses solution and a feed rate of 10 mL/h. Cell mass obtained in fed-batch cultures was 2.4-fold that obtained in batch culture.
The most efficient method of cell disruption and extraction was found to be French press and dimethyl-sulfoxide. Optimized conditions of cell disruption with French press process was 18,000 psi, 2 pass and 1min and then released protein concentration was 5.78 mg/mL. The disruption efficiency of French press was 9.17 times higher than that of other disruption methods such as ultrasonication, bead beater. Dimethyl-sulfoxide extraction showed the higer glucan contents better than Manners extraction after extraction.
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