Monascus pilosus 생산을 위한 생산배지 최적화 및 발효조건 확립 = Optimization of production medium and development of fermentation condition for Monascus pilosus production
저자
발행사항
전주 : 全北大學校 大學院, 2004
학위논문사항
학위논문(석사)-- 전북대학교 대학원: 식품공학과 2004. 2
발행연도
2004
작성언어
한국어
주제어
KDC
574.024 판사항(4)
발행국(도시)
전북특별자치도
형태사항
82p. : 삽도 ; 27cm
일반주기명
참고문헌: p. 72-76
소장기관
콜레스테롤 저하제이자 고지혈증 치료제의 하나인 Monacolin-K (lovastatin)의 생산을 높이기 위하여 플라스크 배양에서 생산배지 최적화를 위한 실험을 수행하였다.
기본생산배지에 탄소원, 무기인산염, 아미노산원과 무기원에 대한 영향을 조사하였다. 각각의 원소에 대해 monacolin-K를 가장 많이 생산한 순서대로 3가지를 선별하여 Graeco-Latin square design에 의해 생산배지의 종류와 농도를 결정하였다. 하지만 상기 실험은 각 배지간의 교호작용을 검출할 수 없어서 monacolin-K 생산에 대한 재현성이 떨어졌다. 따라서 탄소원, 질소원과 질소원의 농도에 대한 실험을 보완 하였다.
통계학적 실험계획법인 Plackett-Burman design에 의해 배지 중 malt extract, beef extract, (NH_(4))_(2)HSO_(4)와 KHSO_(4)가 monacolin-K 생산에 가장 영향력 있는 인자로 분석되었으며, 영향력이 있는 4 가지 배지에 대해 배지사이의 교호작용까지 분석할 수 있는 실험계획법인 중심합성계획법과 반응표면분석법을 이용하여 생산배지를 최적화 하였다. Monacolin-K 고생산을 위한 배지와 최적화된 농도(g/L)는 soluble starch 96, Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O 0.5, L-Histidine 0.3, KHSO_(4) 1.94, malt extract 44.5, beef extract 29.6, yeast extract 15과 (NH_(4))_(2)HSO_(4) 5.36이며, 기본생산배지에서의 생산량보다 약 70배 증가한 573 mg/L의 생산을 보였다.
기타첨가물질이 monacolin-K 생산에 미치는 영향을 조사하였는데, 세포주기 제어인자로 쓰이는 butyrolactone을 1 mM 첨가시 대조구(387 mg/L)에 비해 약 70 mg/L 증가하였으며, 가금류 사료 첨가제로 쓰이는 zeolite의 첨가시에도 대조구(467 mg/L)보다 약 65 mg/L 높은 생산을 보였다.
생물반응기에서 교반속도가 monacolin-K 생산에 미치는 영향을 조사하기 위하여 기본생산배지에서 300, 350, 400과 500 rpm에서 실험을 수행하였다. 교반속도 500 rpm에서 68 mg/L으로 가장 높은 생산을 보였으며, 이 때 균의 형태구조는 300, 350과 400 rpm에서 펠��과 균사체가 공존하는 것과는 다르게 펠�� 형태로만 자라는 것이 확인 되었으며, 생물반응기 발효시 펠�� 형태가 monacolin-K 생산에 가장 좋은 형태구조임을 알 수 있었다.
생물 반응기에서 최적생산배지의 경우 400 rpm, 1 vvm과 3% 초기 접종량에서 pH를 6.5로 조절한 경우 285 mg/L의 가장 높은 monacolin-K가 생산 되었으며, 이때 균체량은 32 g/L를 나타내었다. 생물반응기에서 발효조건은 pH의 조절여부가 가장 큰 효과를 주는 것으로 판단되었다.
Monacolin-K(lovastatin), one of the cholesterol lowing-agent was produced by Monascus pilosus(KCCM 60160). For the improvement of the monacolin-K, was investigated optimization of the production medium in shake flask fermentation.
The effect of various components in the basic production medium, like carbon, nitrogen, phosphorus, amino acid and inorganic source, were examined. And, the components of basic production medium and concentration were determined by Graeco-Latin square design. But, Greaco-Latin square design not be able to interaction on the each medium. Therefore, experimentation of carbon sources, nitrogen sources and nitrogen concentration were supplemented.
The medium components were selected by traditional experimental design and consisted of soluble starch, malt extract, beef extract, yeast extract, (NH_(4))_(2)SO_(4), Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O, L-Histidine, KHSO_(4) and twin 80. The relative importance of medium components for monacolin-K production were evaluated by using the Plackett-Burman experimental design. It was found that malt extract, beef extract, (NH_(4))_(2)SO_(4) and KHSO_(4) were only significant for the monacolin-K production.
Response surface methodology(RSM) was employed study the effects of medium components and optimum conditions for desirable responses. As a result of RSM, optimum production medium components and concentration(g/L) were determined on soluble starch 96, malt extract 44.5, beef extract 30.5, yeast extract 15, (NH_(4))_(2)SO_(4) 3.08, Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O 0.5, L-Histidine 3.0, KHSO_(4) 1.04. Monacolin-K production was improved about 71 times in comparison with the basic production medium in shake flask fermentation.
The effect of added materials in the optimum production medium, like butyrolactone Ⅰ, zeolite, chitosan and vermiculite, were examined. butyrolactone Ⅰ, use of cell cycle inducer, and zeolite, use of a feed additive of fowls were effected on the monacolin-K production in shake flask fermentation.
The effect of agitation speed(300, 350, 400 and 450 rpm) on the monacolin-K production were also observed in a batch fermenter at a bench-top scale. Maximum monacolin-K production on the basic production medium was 68 mg/L when agitation speed was 500 rpm, it was found that morphology was all pellet type.
Culture in a fermenter by pH control on the optimum production medium was carried out for the monacolin-K production at 400 rpm, 1 vvm and 3% inoculum. The maximum concentration of monacolin-K obtained was about 185 mg/L after 216 hrs of fermentation.
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