H. erinaceum은 식용은 물론 각종 약리효과를 나타내어 현재 산업적으로 매우 주목되고 있는 기능성 소재들 중의 하나이다. 본 연구에서는 H. erinaceum의 기능성 소재화 연구의 일환으로, 지금까지 체계적으로 연구된 바 없는 H. erinaceum의 액체배양을 시도하고. 이 버섯 액체배양의 최적화를 수행하였다. 16종 버섯 배지의 플라스크 배양을 통해 우수 기본 배지를 선발하였고, 이의 반응표면분석에 의해 배지 및 배양조건의 최적화를 수행한 결과, 최적 배지 조성은 glucose 3%, yeast extract/peptone(1:1) 0.2%, $KH_2PO_4/MgSO_4$(1:1) 0.2%이었으며, 최적 배양조건은 $22.28^{\circ}C$, pH 5.67, 접종량 13.42%에서 얻어졌다. 이러한 최적 배지 및 배양조건하에서 얻어진 균사체량은 약 9 g/L 이었으며, 이는 기본배지에서 배양 8일 후 얻어진 최대값인 5.40 g/L에 비하면 약 1.7배 향상된 결과이었다. 하지만 H. erinaceum의 액체배양시 낮은 균체량과 비교적 느린 생육이 관찰되어 보다 높은 생산성의 향상을 위해서는 이에 적합한 새로운 형태의 fermenter의 선정 및 새로운 배양 system의 적용이 필요한 것으로 나타났다.
H. erinaceum은 식용은 물론 각종 약리효과를 나타내어 현재 산업적으로 매우 주목되고 있는 기능성 소재들 중의 하나이다. 본 연구에서는 H. erinaceum의 기능성 소재화 연구의 일환으로, 지금까지 체계적으로 연구된 바 없는 H. erinaceum의 액체배양을 시도하고. 이 버섯 액체배양의 최적화를 수행하였다. 16종 버섯 배지의 플라스크 배양을 통해 우수 기본 배지를 선발하였고, 이의 반응표면분석에 의해 배지 및 배양조건의 최적화를 수행한 결과, 최적 배지 조성은 glucose 3%, yeast extract/peptone(1:1) 0.2%, $KH_2PO_4/MgSO_4$(1:1) 0.2%이었으며, 최적 배양조건은 $22.28^{\circ}C$, pH 5.67, 접종량 13.42%에서 얻어졌다. 이러한 최적 배지 및 배양조건하에서 얻어진 균사체량은 약 9 g/L 이었으며, 이는 기본배지에서 배양 8일 후 얻어진 최대값인 5.40 g/L에 비하면 약 1.7배 향상된 결과이었다. 하지만 H. erinaceum의 액체배양시 낮은 균체량과 비교적 느린 생육이 관찰되어 보다 높은 생산성의 향상을 위해서는 이에 적합한 새로운 형태의 fermenter의 선정 및 새로운 배양 system의 적용이 필요한 것으로 나타났다.
Recently, it has been known that Hericium erinaceum is a one of the very useful functional materials with great attention in mushroom processing industry. In present study, a liquid culture which was not studied systematically until now, was conducted as a method of cultivation for H. erinaceum, and...
Recently, it has been known that Hericium erinaceum is a one of the very useful functional materials with great attention in mushroom processing industry. In present study, a liquid culture which was not studied systematically until now, was conducted as a method of cultivation for H. erinaceum, and also examined the characteristics of the liquid culture and conditions of process optimization. A good basal medium was selected through the cultivation of 16 species mushroom media and the optimum condition for medium and cultivation were chosen by response surface method. From these results, the optimum condition of medium for mushroom was 3% glucose, 0.2% yeast extract/peptone(1:1) and 0.1% $KH_2PO_4/MgSO_4$(1:1) and also the optimal culture condition was obtained at inoculum of 13.42%, temperature of $22.3^{\circ}C$ and pH of 5.7. The mycelial dry weight of 9 g/I was obtained under these conditions and this amount was about 1.7 times higher than that which were cultivated in basal medium for 8 days.
Recently, it has been known that Hericium erinaceum is a one of the very useful functional materials with great attention in mushroom processing industry. In present study, a liquid culture which was not studied systematically until now, was conducted as a method of cultivation for H. erinaceum, and also examined the characteristics of the liquid culture and conditions of process optimization. A good basal medium was selected through the cultivation of 16 species mushroom media and the optimum condition for medium and cultivation were chosen by response surface method. From these results, the optimum condition of medium for mushroom was 3% glucose, 0.2% yeast extract/peptone(1:1) and 0.1% $KH_2PO_4/MgSO_4$(1:1) and also the optimal culture condition was obtained at inoculum of 13.42%, temperature of $22.3^{\circ}C$ and pH of 5.7. The mycelial dry weight of 9 g/I was obtained under these conditions and this amount was about 1.7 times higher than that which were cultivated in basal medium for 8 days.
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문제 정의
그러므로 본 연구에서는 식용은 물론 각종 약리효과를 나타내는 H. er汤의 기능성 식품의 제품화 연구 일환으로, 지금까지 체계적으로 연구된 바 없는 H. Ewce物의 액체배양을 시도하고. 이 버섯의 액체배양을 위한 최적화를 반응표면분석법으로 수행하였다.
erinaceume 식용은 물론 각종 약리 효과를 나타내어 현재 산업적으로 매우 주목되고 있는 기능성 소재들 중의 하나이다. 본 연구에서는 H. eriwcetg의 기능성 소재화연구의 일환으로, 지금까지 체계적으로 연구된 바 없는 H. en'naceiun의 액체 배양을 시도하고. 이 버섯 액체 배양의 최적화를 수행하였다.
en'naceiun의 액체 배양을 시도하고. 이 버섯 액체 배양의 최적화를 수행하였다. 16종 버섯 배지의 플라스크 배양을 통해 우수 기본 배지를 선발하였고, 이의 반응표면 분석에 의해 배지 및 배양조건의 최적화를 수행한 결과, 최적 배지 조성은 glucose 3%, yeast extract/peptone (1 : 1) 0.
제안 방법
H. erinaceum 액체배양의 최적 배지 조성의 최적화는 균 사생 육의 주요인인 탄 소원 (0~40 g/L), 질소원 (1.0-3.0 이L), 무기질 원 (0.8~2.2 g/L)을 독립변수로 하고 균사 생육 을 종속변수로 하여 Table 2와 같이 16개의 처리조합으로 이루어진 중심합성계획법(12)에 따라 실험한 다음, 반응표면분석 (response surface analysis)하여 실시하였다. 이때, 액체 배양의 균사 생육은 원심분리 (8000 rpm, 15min) 후, 70℃ 에서 12시간 건조하여 건조 균체량으로 측정하였다 (13, 14).
H. erinaceum의 액체배양을 위한 적정 배지의 선발을 목적으로 버섯의 생육 배지로 널리 쓰이는 16종의 액체배지 (Table 1)를 사용하여 플라스크 배양하면서 균사 생육을 조사하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다.
와 MgSO, 이었다. 따라서 이들 탄 소원 (X1), 질소원 02), 무기질 원 03)을 독립변수로 하고, 균사 생육을 종속변수로 하여 3 변수, 5 수준 (-2~+2) 의 중심합성법에 의한 최적화 실험을 실시하였다. 그 결과는 Table 4에서 보는 바와 같이, 16개 처리조합에 따라 2.
예비실험 결과, pH, 온도 및 접종량은 H. erinaceum 액체 배양 조건의 주요 인자이었으므로 앞서 구한 최적 배지의 조성하에서 다시 이들 3개 변수를 독립변수로 하여 중심 합성법으로 실험하고 반응표면 분석하였다다.
Ewce物의 액체배양을 시도하고. 이 버섯의 액체배양을 위한 최적화를 반응표면분석법으로 수행하였다.
한편, 액체배양의 배양조건 최적화도 배지 조성과 마찬가지의 방법으로 실시하였다. 즉, 버섯의 균사 생육에 큰 영향을 미치는 인자인 pH, 온도 (℃) 및 접종비 (%) 를 독립 변수로 하고, 균사 생육량을 종속변수로 하였으며, 실험조건은 -2~+2의 5 수준으로 하였다(Table 3).
대상 데이터
공시 균주는 본 연구실에 보관 중인 노루궁뎅이 버섯 (Hericium erinaceum)0]^, PDA (Potato-Dextrose Agar) 배지에 사면 배양하여 보존하였고, 8주마다 계대배양 하면서 실험에 사용하였다. 액체배양은 16종 배지를 사용하였으며 (Table 1), 이때 pH는 필요시 0.
공시 균주는 본 연구실에 보관 중인 노루궁뎅이 버섯 (Hericium erinaceum)0]^, PDA (Potato-Dextrose Agar) 배지에 사면 배양하여 보존하였고, 8주마다 계대배양 하면서 실험에 사용하였다. 액체배양은 16종 배지를 사용하였으며 (Table 1), 이때 pH는 필요시 0.1 N HC1 또는 0.1 N NaOH로 조절하였다.
데이터처리
각 실험 자료는 평균, 표준편차를 구하고, ANOVA(analysis of variance)로 유의적인 차이를 검정하였고, 처리 전후의 각 군 간의 비교는 Student's t-test를 이용하였다. 모든 통계처리는 SAS를 이용하였으며, 유의수준은 p < 0.
반응표면의 contour map (등고선도) 및 2차 다항 회귀 모 형의 회귀분석은 SAS program(15)을 사용하였다.
이론/모형
모든 자료는 SAS (statistical analysis system)를 응용하여 컴퓨터로 분석, 처리하였으며(15), 반응 표면 모형은 다음 식 (1) 의 2차 다항 회귀모형을 적용하였다.
성능/효과
이 버섯 액체 배양의 최적화를 수행하였다. 16종 버섯 배지의 플라스크 배양을 통해 우수 기본 배지를 선발하였고, 이의 반응표면 분석에 의해 배지 및 배양조건의 최적화를 수행한 결과, 최적 배지 조성은 glucose 3%, yeast extract/peptone (1 : 1) 0.2%, KH2PO4/MgSO4 0.1% (1 : 1) 0.2%이었으며, 최적 배양조건은 22.28℃, pH 5.67, 접종량 13.42%에서 얻어졌다. 이러한 최적 배지 및 배양조건 하에서 얻어진 균사체량은 약 9 g/L 이었으며, 이는 기본 배지에서 배양 8일 후 얻어진 최대 값 인 5.
erinaceum생육은 GPY나 GCM 배지에서는 거의 생육이 없었으나 나머지 배지에서의 생육은 배지 종에 크게 의존하여 배양 경과에 따라 서서히 생육하고 배양 6-10일 후 최대값을 보였다. Mushroom complete medium으로 알려진 MCM에서 가장 높은 균사체량의 생성을 나타내었고, 다음으로 YMPG > GP 등의 순으로 높은 균사체량을 보였다. 하지만 균사 생육이 가장 우수하였던 배지에서도 최대 균사체량은 5.
두 경우 모두 배양 8일 후 최대 생육을 보였으며, 이후 이 수준을 유지하였다. 그러나 기본 배지에서의 균사체량은 배양 8일 후 약 5.40 g/L이었으나 최적 배지 하에서는 약 9 g/L로 L7 배 향상된 결과를 보였다.
그러므로 균사 생육은 온도 02)와 pH (%) 의 변화에 큰 영향을 받았으며, 접종비의 영향은 보다 적음을 알 수 있었다. 이들 요인들에 의한 균사 생육의 영향을 고려할 때, 플라스크 배양에서의 최적 균사 생육은 다음 식의 형태로 표현할 수 있었다.
그러므로 균사체 생육은 질소원 02)과 무기질 원 (旳)의 변화에 큰 영향을 받았으며, 탄소 원의 변화에는 크게 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. 이들 요인들에 의한 균사체 생육의 영향을 고려할 때, 플라스크 배양에서의 최적 균사체 생육에 대한 반응표면 회귀 식은 다음 식의 형태로 표현할 수 있었다.
Table 6은 종속 변수와 독립 변수들의 다중 상관 계수와 잔차를 요인으로 하여 이 식의 종속변수 변량에 대한 독립변수의 영향을 검토한 분산분석 (ANOVA)의 결과이다. 다중상관 계수 (regression coefficient)의 제곱 합은 32.78, 잔 차 (residue)의 제곱 합은 0.09이었고, 회귀계수는 0.9987이었으며, 유의수준을 검정하는 F-값도 매우 양호한 값 (p > 0.99)을 나타내어 종속변수와 독립변수의 상관관계가 뛰어남을 알 수 있었다. 실제 다중 회귀분석으로 얻은 정상점의 결과를 이용하여 배양한 결과, 균사체의 양은 약 7.
95g/L이었다. 또 이들 값으로 실험한 결과, 균사 생육의 실험값과 추정값은 비교적 잘 일치하였다.
05보다 작아서 5% 이내의 수준에서 유의성이 있었다. 또, 역시 자료화하지 는 않았으나 회귀 분석한 결과, 최적 배양조건은 22.28℃, pH 5.67, 접종량 13.42%이었으며, 균사체량의 추정값은 8.95g/L이었다. 또 이들 값으로 실험한 결과, 균사 생육의 실험값과 추정값은 비교적 잘 일치하였다.
3B는 접종비 03)와 온도 02)에 따른 균사 생육 의 변화 양상으로 역시 온도의 영향이 매우 큼을 보였다. 또, 일정 온도에서 pH (Xi)와 접종비 (X» 간의 상호작용을 나타낸 Fig. 3C를 살펴보면, pH (X2) 가 균사 생육에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
35 g/L의 매우 광범위한 값을 나타내었다. 분산분석 결과, 자료로 나타내지는 않았으나 R2은 0.92이 상이었고, 전체 모형에 대한 유의수준은 0.05보다 작아서 5% 이내의 수준에서 유의성이 있었다. 또, 역시 자료화하지 는 않았으나 회귀 분석한 결과, 최적 배양조건은 22.
99)을 나타내어 종속변수와 독립변수의 상관관계가 뛰어남을 알 수 있었다. 실제 다중 회귀분석으로 얻은 정상점의 결과를 이용하여 배양한 결과, 균사체의 양은 약 7.6 g/L로 추정값과 잘 일치하는 값 범위이었다.
또, 질소원 02)과 무기질 원 (X》간의 상호작용을 보면, 무기질 원 03)보다는 질소원 (X。이 균사체 생육에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 아울러 탄 소원 (X, )과 무기질 원 (肉)에 따른 균사체 생육의 변화 양상도 탄소 원보다는 무기질 소원에 더 민감한 영향을 나타내었다.
42%에서 얻어졌다. 이러한 최적 배지 및 배양조건 하에서 얻어진 균사체량은 약 9 g/L 이었으며, 이는 기본 배지에서 배양 8일 후 얻어진 최대 값 인 5.40 g/L에 비하면 약 1.7 배 향상된 결과이었다. 하지만 H.
이와 같이 본 실험의 최대 균사체량은 보고된 결과보다 는 다소 증가하였다고 볼 수 있으나 다른 버섯과 비교하면 균사체량이 낮고 또 배양 기간도 길어 비교적 느리게 생육함을 관찰할 수 있었다. 따라서 보다 높은 생산성의 향상을 위해서는 균사체량의 증가와 더불어 이에 도달하는 기간을 더욱 단축시킬 수 있는 새로운 형태의 fermenter 를 설계 고안하고, 새로운 배양 system을 적용하는 추가 연구의 필요성이 높은 것으로 판단되었다.
3A를 보면, 균사 생육은 균사체 생산량은 pH (X。보다는 온도 (X2) 에 더 민감함을 보였다. 정상점 부근에서는 비교적 안정하였으며, 정상점에서 최대값을 나 타내어 이로부터 멀어질수록 균사 생육도 서서히 감소하였다. Fig.
erigcetim의 균사체 생산을 위한 기초연구로서 이루어진 Baek(10)의 연구 및 Cho(ll)의 식품 부산물을 이용한 노루 궁뎅이 버섯 균사체의 액체배양 연구가 보고되고 있다. 하지만 플라스크 배양 수준에서 이루어진 이들 연구의 결과는 균사체의 생산 수율이 낮고 (2.7-9.2 g/L), 배양 기간이 길어(~10 day) 균사체 생산 수율의 향상을 위한 배지나 배양의 최적화 필요성이 매우 높음을 보였다. 특히 다른 버섯류에 비해 매우 제한되어 있어 액체배양에 대한 보다 체계적인 연구검토의 필요성은 충분하다.
후속연구
7 배 향상된 결과이었다. 하지만 H. erinace"也의 액체배 양시 낮은 균체량과 비교적 느린 생육이 관찰되어 보다 높은 생산성의 향상을 위해서는 이에 적합한 새로운 형태의 fermenter의 선정 및 새로운 배양system의 적용이 필요한 것으로 나타났다.
이와 같이 본 실험의 최대 균사체량은 보고된 결과보다 는 다소 증가하였다고 볼 수 있으나 다른 버섯과 비교하면 균사체량이 낮고 또 배양 기간도 길어 비교적 느리게 생육함을 관찰할 수 있었다. 따라서 보다 높은 생산성의 향상을 위해서는 균사체량의 증가와 더불어 이에 도달하는 기간을 더욱 단축시킬 수 있는 새로운 형태의 fermenter 를 설계 고안하고, 새로운 배양 system을 적용하는 추가 연구의 필요성이 높은 것으로 판단되었다.
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