농업폐기물 (볏짚 등)과 같은 값싼 기질을 이용하여 섬유소 가수분해 효소를 효율적으로 생산하기 위하여 다음 연구를 수행하였다. 섬유소 가수분해 효소를 생산하는 우수균주인 Aspergillus niger KKS로부터 접종량, 온도, pH, 배지의 성분과 같은 배양조건들이 cellulase와 xylanase의 생산에 미치는 영향을 플라스크 배양에서 연구하였고, 효소의 생산을 증대시키기 위해 고정화 방법 및 다양한 ...
농업폐기물 (볏짚 등)과 같은 값싼 기질을 이용하여 섬유소 가수분해 효소를 효율적으로 생산하기 위하여 다음 연구를 수행하였다. 섬유소 가수분해 효소를 생산하는 우수균주인 Aspergillus niger KKS로부터 접종량, 온도, pH, 배지의 성분과 같은 배양조건들이 cellulase와 xylanase의 생산에 미치는 영향을 플라스크 배양에서 연구하였고, 효소의 생산을 증대시키기 위해 고정화 방법 및 다양한 생물반응기의 영향을 연구하였다. 이 균주에 의한 효율적인 효소생산을 위한 최적온도는 30℃이었고 초기 pH는 7.0이었다. 최적회된 배지의 성분은 2%(w/v) ground rice straw, 0.5% (w/v) proteose peptone, 0.05% (w/v) yeast extract, 0.5% (w/v) KH₂PO₄, 0.01% (w/v) CoSO₄·7H₂O와 0.05% (w/v) CuSO₄·5H₂O이었다. 여러 종류의 첨가제를 첨가했을 때 각각의 효소의 생산에 미치는 영향은 달랐고, 사용된 첨가제 중 1.0% (v/v) corn steep liquor를 첨가했을 때 전반적으로 효소의 활성이 증가함을 보여준다. 0.25-0.5% (w/v) 당을 첨가했을 때 효소생산이 억제되었다. 또한 탄소원으로서 2% (w/v) ground rice straw에 0.5-1.0% (w/v)의 rice bran 또는 wheat bran를 첨가했을 때 효소의 생산이 증가하였다. 최적화된 배지에서 생산된 endoglucanase, exoglucanase, FPA, beta-glucosidase, xylanase와 beta-xylosidase 효소의 최적온도와 pH는 각각 60℃와 pH 4.0, 40℃와 pH 4.8, 60℃와 pH 4.8, 60℃와 pH 4.8, 50℃와 pH 4.8 그리고 70℃와 pH 4.8이었다. 고정화 담체로서 celite R-633과 polyurethane foam이 사용되었는데, celite의 경우 최적화된 배지 100ml에 4g을 이용했을 때 모든 효소의 생산이 가장 높게 나타났고, polyurethane foam의 경우는 전반적으로 낮은 생산량을 보였다. 교반식 반응기 (Stirred tank reactor)에서 회분식 배양했을 때 최대활성이 플라스크 배양보다 빠른 시일에 나타났으며 효소활성은 비슷하였다. 유가식 배양에서는 CMCase, FP 그리고 cotton 활성이 회분식 배양보다도 1.5-2.0배 증가되었다. Airlift 반응기에서 회분식 배양했을 때 두드러진 특징은 FP, xylanase 그리고 cotton 활성이 3-4일 만에 최대값에 이르렀다는 것이다. 그리고 효소의 활성은 플라스크 배양에서 얻어진 결과와 비슷하였다. 유가식 배양에서는 효소생산의 일반적인 경향이 교반식 반응기에서 얻어진 결과와 비슷하였다. Bubble column 반응기 I에서 회분식 배양했을 때 효소활성이 플라스크 배양보다도 약간 증가하였으며, 효소의 최대활성은 5-7일 사이에 나타났다. 유가식 배양에서는 CMCase가 교반식 반응기와 Airlift 반응기에서 얻어진 효소활성보다 40% 증가되었다. 그리고 FP활성이 플라스크 배양보다 50% 증가되었다. Celite 고정화를 이용하여 Bubble column 반응기 II에서 회분식 배양했을 때 효소의 최대활성이 5-6일에 나타났다. 그리고 플라스크 배양과 비교했을 때 CMCase와 FP활성이 각각 50과 100% 증가되었으며, 다른 효소활성도 증가되었다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 섬유소 가수분해 효소의 생산은 배지의 조성과 반응기의 형태에 따라 크게 좌우되었으며, 특히 생물반응기에서는 shear stress를 주는 교반식 반응기보다도 낮은 기질농도 (1.0% (w/v))에서 사용되었던 Bubble column I과 Airlift 반응기가 좋았고 회분식 배양보다도 유가식 배양에 의해서 효소의 생산이 크게 증대되었다. 또한 고정화를 이용한 반응기에서의 효소생산은 산업적인 당화를 위한 효소공급에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Grain husk와 같은 농업폐기물을 기질로 이용했을 때 A.niger KKS는 T.reesei QM9414의 여러 mutant (Rut C30, SVG17, CC4/30, CC5/30)보다 endoglucanase와 exoglucanase의 활성이 2-3배 높았으며, 특히 beta-glucosidase는 20-25배 높았다. 또한 xylanase 활성도 높았으며 beta-xylosidase 활성도 beta-glucosidase 활성 만큼이나 높았다. 이것은 A.niger KKS가 광범위한 효소활성을 갖고있는 잠재력있는 미생물임을 보여주었다.
농업폐기물 (볏짚 등)과 같은 값싼 기질을 이용하여 섬유소 가수분해 효소를 효율적으로 생산하기 위하여 다음 연구를 수행하였다. 섬유소 가수분해 효소를 생산하는 우수균주인 Aspergillus niger KKS로부터 접종량, 온도, pH, 배지의 성분과 같은 배양조건들이 cellulase와 xylanase의 생산에 미치는 영향을 플라스크 배양에서 연구하였고, 효소의 생산을 증대시키기 위해 고정화 방법 및 다양한 생물반응기의 영향을 연구하였다. 이 균주에 의한 효율적인 효소생산을 위한 최적온도는 30℃이었고 초기 pH는 7.0이었다. 최적회된 배지의 성분은 2%(w/v) ground rice straw, 0.5% (w/v) proteose peptone, 0.05% (w/v) yeast extract, 0.5% (w/v) KH₂PO₄, 0.01% (w/v) CoSO₄·7H₂O와 0.05% (w/v) CuSO₄·5H₂O이었다. 여러 종류의 첨가제를 첨가했을 때 각각의 효소의 생산에 미치는 영향은 달랐고, 사용된 첨가제 중 1.0% (v/v) corn steep liquor를 첨가했을 때 전반적으로 효소의 활성이 증가함을 보여준다. 0.25-0.5% (w/v) 당을 첨가했을 때 효소생산이 억제되었다. 또한 탄소원으로서 2% (w/v) ground rice straw에 0.5-1.0% (w/v)의 rice bran 또는 wheat bran를 첨가했을 때 효소의 생산이 증가하였다. 최적화된 배지에서 생산된 endoglucanase, exoglucanase, FPA, beta-glucosidase, xylanase와 beta-xylosidase 효소의 최적온도와 pH는 각각 60℃와 pH 4.0, 40℃와 pH 4.8, 60℃와 pH 4.8, 60℃와 pH 4.8, 50℃와 pH 4.8 그리고 70℃와 pH 4.8이었다. 고정화 담체로서 celite R-633과 polyurethane foam이 사용되었는데, celite의 경우 최적화된 배지 100ml에 4g을 이용했을 때 모든 효소의 생산이 가장 높게 나타났고, polyurethane foam의 경우는 전반적으로 낮은 생산량을 보였다. 교반식 반응기 (Stirred tank reactor)에서 회분식 배양했을 때 최대활성이 플라스크 배양보다 빠른 시일에 나타났으며 효소활성은 비슷하였다. 유가식 배양에서는 CMCase, FP 그리고 cotton 활성이 회분식 배양보다도 1.5-2.0배 증가되었다. Airlift 반응기에서 회분식 배양했을 때 두드러진 특징은 FP, xylanase 그리고 cotton 활성이 3-4일 만에 최대값에 이르렀다는 것이다. 그리고 효소의 활성은 플라스크 배양에서 얻어진 결과와 비슷하였다. 유가식 배양에서는 효소생산의 일반적인 경향이 교반식 반응기에서 얻어진 결과와 비슷하였다. Bubble column 반응기 I에서 회분식 배양했을 때 효소활성이 플라스크 배양보다도 약간 증가하였으며, 효소의 최대활성은 5-7일 사이에 나타났다. 유가식 배양에서는 CMCase가 교반식 반응기와 Airlift 반응기에서 얻어진 효소활성보다 40% 증가되었다. 그리고 FP활성이 플라스크 배양보다 50% 증가되었다. Celite 고정화를 이용하여 Bubble column 반응기 II에서 회분식 배양했을 때 효소의 최대활성이 5-6일에 나타났다. 그리고 플라스크 배양과 비교했을 때 CMCase와 FP활성이 각각 50과 100% 증가되었으며, 다른 효소활성도 증가되었다. 이러한 결과들을 종합해 볼 때 섬유소 가수분해 효소의 생산은 배지의 조성과 반응기의 형태에 따라 크게 좌우되었으며, 특히 생물반응기에서는 shear stress를 주는 교반식 반응기보다도 낮은 기질농도 (1.0% (w/v))에서 사용되었던 Bubble column I과 Airlift 반응기가 좋았고 회분식 배양보다도 유가식 배양에 의해서 효소의 생산이 크게 증대되었다. 또한 고정화를 이용한 반응기에서의 효소생산은 산업적인 당화를 위한 효소공급에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Grain husk와 같은 농업폐기물을 기질로 이용했을 때 A.niger KKS는 T.reesei QM9414의 여러 mutant (Rut C30, SVG17, CC4/30, CC5/30)보다 endoglucanase와 exoglucanase의 활성이 2-3배 높았으며, 특히 beta-glucosidase는 20-25배 높았다. 또한 xylanase 활성도 높았으며 beta-xylosidase 활성도 beta-glucosidase 활성 만큼이나 높았다. 이것은 A.niger KKS가 광범위한 효소활성을 갖고있는 잠재력있는 미생물임을 보여주었다.
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