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김치로부터 분리된 Leuconostoc sp. strain YSK 균주에 의한 덱스트란 생산 조건의 최적화

Process Optimization of Dextran Production by Leuconostoc sp. strain YSK. Isolated from Fermented Kimchi

생명과학회지 = Journal of life science, v.18 no.10 = no.102, 2008년, pp.1377 - 1383  

황승균 (중부대학교 공과대학 한방 건강 식품학과) ,  홍준택 (중부대학교 공과대학 한방 건강 식품학과) ,  정경환 (충주대학교 식품생명공학과) ,  장병철 (계명대학교 의과대학) ,  황경숙 (목원대학교 생명산업학부) ,  신정희 (중부대학교 식품영양학과) ,  임성팔 (한국원자력 연구원) ,  유선균 (중부대학교 공과대학 한방 건강 식품학과)

초록
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본 연구는 발효 김치 액으로부터 덱스트란 생산 균주를 분리하고 생산 최적 생산 조건을 정하기 위하여 반응표면 분석법을 이용하였다. 발효 조건의 독립변수들은 배양 온도,pH, 효모 추출물의 농도, 온도, 기질의 농도로 정하고 Box- Benken 디자인를 이용하여 실험을 설계하였다. 최종 분리된 균주는 Leuconostoc sp. strain SKY로 잠정적으로 명하였다. 연구 결과 덱스트란 생산은 3.90 - 22.40 g/l이고, 균체량 생산은 0.69-2.85 g/l, 수율은 0.10-0.64, 생산 속도 0.16-0.85 g/l-hr의 범위에서 분석이 되었다. 표면반응분석 결과 덱스트란 생산에 가장 영향을 미치는 것은 배양 pH이고 다음에 효모 추출물의 농도 그리고 온도의 순으로 나타났다. 균체량 생산에 가장 영향을 미치는 것은 배양 pH이고 다음에 효모 추출물의 농도 그리고 온도의 순으로 나타났다. 생산 수율에 가장 영향을 미치는 것은 배양 pH 이고 다음에 효모 추출물의 농도 그리고 온도의 순으로 나타났다. 덱스트란 생산 속도에 가장 영향을 미치는 것은 배양 pH이고 다음에 효모 추출물의 농도 그리고 온도의 순으로 나타났다. 결론적으로 최적 생산 조건은 온도는 $27-28^{\circ}C$이고, pH는 7.0이며, 효묘 추출물은 6-7%의 범위에서 결정이 되었다. 이러한 조건에서 생산된 덱스트란 양은 22g/l이고, 생산 수율은 약 60%정도이며, 생산 속도는 0.8g/l/hr이었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A bacterium producing non- or partially digestible dextran was isolated from kimchi broth by enrichment culture technique. The bacterium was identified tentatively as Leuconostoc sp. strain SKY. We established the response surface methodology (Box-Behnken design) to optimize the principle parameters...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 최근에 고분지 형태의 텍스트란에 대한 의료, 화장품, 식품 등 응용 분야가 확대되면서 새로운 균주들에 의하여 생산이 되는 새로운 구조를 가진 덱스트란의 생산에 대한 연구가 진행하고 있다[9,10,21]. 따라서 본 연구는 발효 김치로부터 우수한 덱스트란 생산 균주를 분리하여 표면반응 분석법에 의한 덱스트란 생산 최적 발효 공정을 확립하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
덱스트란은 무엇이 생산하는가? 최근 GRAS (generally recognized for as safe)로 인정이 되고 있는 덱스트란, 잔탄, 젤란과 같은 기능성 의료 및 식품 소재들에 대한 관심이 급증하고 있다[1,13]. 이중에서 덱스트란은 Leuconostoc mesenteroides 균 계열이 생산을 한다[2]. L.
최근 GRAS로 인정 받는 기능성 의료 및 식품 소재는? 최근 GRAS (generally recognized for as safe)로 인정이 되고 있는 덱스트란, 잔탄, 젤란과 같은 기능성 의료 및 식품 소재들에 대한 관심이 급증하고 있다[1,13]. 이중에서 덱스트란은 Leuconostoc mesenteroides 균 계열이 생산을 한다[2].
Leuconostoc mesenteroides 균 계열은 어떻게 덱스트란을 생성하는가?  이중에서 덱스트란은 Leuconostoc mesenteroides 균 계열이 생산을 한다[2]. L. mesenteroides는 효소 dextransucrase를 생산하는데, 이 효소는 슈크로즈를 글루코오스와 프럭토즈로 가수분해를 한다 [5]. L. mesenteroides는 가수분해된 프럭토즈를 탄소원과 에너지원으로 사용을 하고 동시에 글루코스를 고분자 형태인 덱스트란을 합성에 이용을 한다[5,15,19]. 생산된 덱스트란의 크기와 구조는 Leuconostoc균주에 따라 다르며, 수백 개에서 천개 이상의 α-1,6 글루코오스 결합을 주사슬(back bone)로 하고 α-1,2 α-1,3 α-1,4 글루코오스 결합을 가지(branch) 형태로하는 글루코오스 고분자로 이루어진다[12,16,17].
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참고문헌 (22)

  1. Alsop, R. M. 1983. Industrial production of dextran in "Progress in industrial Microbiology", In Bushell, M. E. (ed.), Vol. 1, Elsevier Amsterdam 18, 1-44. 

  2. Cerning, J. 1990. Exocellular polysaccharides produced by lactic acid bacteria. FEMS Microbiol. Rev. 87, 113-130. 

  3. Battersby, R., W. Clark, E. Hancock, N. Puchulucampanella, D. Haggarty and D. Harding. 1996. Sustained release of recombinant human growth hormone from dextran via hydrolysis of animine bond. J. Control Rel. 42, 143-156. 

  4. Cadee, J. A., W. Groot, W. Jiskoot and W. E. Hennink. 2002. Release of recombinant human interleukin-2 from dextran-based hydrogels. J. Control Release 17, 1-13. 

  5. Dols, M., W. Chraibi, M. Remaud-Simeon, N. D. Lindley and P. F. Monsan. 1997. Growth and energetics of Leuconostoc mesenteroides NRRL B-1299 during metabolism of various sugars and their consequences for dextransucrase production. Appl. Envrion. Microbiol. 63, 2159-2165. 

  6. Hennink, W. E., O. Franssen, W. N. E. van Dijk-Wolthuis and H. Talsma. 1997. Dextran hydrogels for the controlled release of proteins. J. Control Release 48, 107-114. 

  7. Jin, F., Y. Cheng and K. Toda. 1988. Distribution model for the intact urokinase and urokinases modified by soluble macromolecules in rat and mouse bodies. Radioisotopes 27, 441-447. 

  8. Kim, D. and J. F. Robyt. 1994. Selection of Leuconostoc mesenteroides mutants constitutive for glucansucrases. Enzyme Microbiol Technol. 16, 1010-1015. 

  9. Kim, D., K. H. Park and J. F. Robyt. 1998. Acarbose effect for dextran synthesis, acceptor and disproportionation reactions of Leuconostoc mesenteroides B-512FMCM dextransucrase. J. Microbiol. Biotechnol. 8, 287-290. 

  10. Kim, D., Y. M. Kim, M. R. Park and D. H. Park. 1999. Modification of Acetobacter xylinum bacterial cellulose using dextransucrase and alternansucrase. J. Microbiol. Biotechnol. 9, 704-708. 

  11. Kim, D., Y. M. Kim, M. R. Park, H. J. Ryu, D. H. Park and J. F. Robyt. 1999. Enzymatic modification of cellulose using Leuconostoc mesenteroides B-742CBM dextransucrase. J. Microbiol. Biotechnol. 9, 529-533. 

  12. Kobayashi, M and K. Matsuda. 1974. The dextransucrase isoenzymes of Leuconostoc mesenteroides NRRL B-1299. Biochim. Biophys. Acta. 370, 441-449. 

  13. Leathers, T. D. 2005. Dextran. In biotechnology and Bioploymer. pp. 575-597, Vol. 1, Wiley-VCH. 

  14. Mikolajczyk, S. D., D. L. Meyer, R. Fagnani, M. S. Hagan, K. L. Law and J. J. Starling. 1966. Dextran modification of a Fab $\beta$ -lactamase conjugate modulated by variable pre-treatment of Fab with amine-blocking reagents. Bioconjug. Chem. 7, 150-158. 

  15. Miller, A. W and J. F. Robyt. 1986. Functional molecular size and structure of dextransucrase by radiation inactivation and gel electrophoresis. Biochimi. Biophysi. Acta. 870, 198-203. 

  16. Paul, F. D. E., Auriol and P. Monsan. 1984. Production and purification of dextransucrase from Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512 (F). In Enzyme engineering 7, A. I. Laskin, G.T. Tsao, and L. B. Wingard, pp. 267-271. New York Academy of Science, New York, NY. 

  17. Robyt, J. F. 1986. Encyclopedia of polymer science and technology, pp. 752-767, 4th eds., John Wiley & Sons, New York, USA. 

  18. Teien, A. N., R. Odegard and T. B. Christensen. 1975. Heparin coupled to albumin, dextran and ficoll: influence on blood coagulation and platelets, and in vivo duration. Thromb. Res. 7, 273-284. 

  19. Tsuchiya, H. M., H. J. Koepsell, J. Corman, J. Bryant, G. Bogard, V. H. Feger and R. W. Jackson. 1952. The effect of certain cultural factors on production of dextransucrase by Leuconostoc mesenteroides. J. Bacteriol. 64, 5241-5246. 

  20. Tsuchiya, H. M. 1960. Detxransucrase. Bull. Soc. Chim. Biol. 42, 1777-1788. 

  21. Yoo, S. K., D. O. Kim and D. F. Day. 2001. Co-production of dextran and mannitol by Leuconostoc mesenteroides. J. Microbiol. Biotechnol. 11, 880-883. 

  22. Yoo, S. K., S. S. Hur, K. M. Kim, S. H. Song and K. S. Whang. 2005. Optimization of mannitol production by Leuconostoc mesenteroides sp. strain JFY. J. Life Sci. 15, 374-381. 

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