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Bacillus licheniformis SCD121067 균체 생산성 증가를 위한 통계적 생산배지 및 발효조건 최적화
Optimization of Medium and Fermentation Conditions for Mass Production of Bacillus licheniformis SCD121067 by Statistical Experimental Design 원문보기

KSBB Journal, v.25 no.6, 2010년, pp.539 - 546  

정유민 (전북대학교 식품공학과) ,  이주희 (전북대학교 식품공학과) ,  정혜종 (전북대학교 식품공학과) ,  전계택 (강원대학교 생명과학과) ,  윤순일 (전북대학교 식품공학과) ,  정용섭 (전북대학교 식품공학과)

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In this work, mass production of Bacillus licheniformis SCD121067 through medium optimization by statistical experimental method was studied. First, galactose, yeast extract and potassium phosphate dibasic were selected as carbon, nitrogen and phosphate sources for mass production of B. licheniformi...

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문제 정의

  • Bacillus licheniformis SCD121067의 균체 대량생산을 위한 생산 발효공정을 통계적 방법을 적용하여 생산배지 조성과 발효조 에서의 물리적인 조건을 최적화 하는 연구를 수행하였다. 우선 one factor at a time (OFAT) 방법을 이용하여 탄소원, 질소원 그리고 인원을 각각 galactose, yeast extract 그리고 K2HPO4로 선정하였고, plackett-Burman design을 통해 Bacillus licheniformis SCD121067 균체량 증가에 중요한 요인인 yeast extract, K2HPO4 그리고 CaCl2를 찾을수 있었다.
  • )에서는 환을 확인할 수가 없었다. 이 결과를 토대로 본 연구에서 실험한 2종의 Bacillus subtilis보다 Bacillus licheniformis SCD121067가 B. cereus에 대한 항균능력이 우수하다고 판단할 수 있었으며, 장류 제조 시 스타터로 활용하기 위하여 Bacillus licheniformis SCD121067 균주에 대하여 배지최적화와 발효조건 최적화 실험을 수행하였다.
  • 이러한 문제점을 극복하기 위해 본 연구에서는 통계적 배지 최적화 방법을 도입하였다. 즉 생산배지의 조성을 최적화 하기 위해 균체의 생산성에 큰 영향을 미치는 주요 배지성분들을 우선 찾아내고, 그 성분들의 교호작용을 확인하기 위해 다양한 통계적 방법을 순차적으로 적용한 후, 어떠한 배지 조성에서 균체량이 최대인지 반응표면분석법을 적용하여 최종 조사하였다 [14-16].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Bacillus속 세균은 전통장류에서 어떠한 역할을 수행합니까? licheniformis, B. pumilus 등)을 포함한 Bacillus속 세균이 주로 증식하면서 독특한 냄새를 발생하고 단백질 분해효소 등 각종 효소를 생성하여 메주의 주도적인 발열반응의 후기발효를 행하는데, 이들 발효균이 전통장류의 독특한 맛과 향을 좌우하는 주도적인 역할을 담당한다. 따라서 “메주의 역사는 곧 장 (醬)의 역사이다”라고 할 만큼, 우리나라 전통메주는 대대로 내려온 조선 장류 제조를 위해 중요한 발효원 (starter cake)으로 사용되어 왔으며, 그 품질이 전통 장류의 맛과 위생적인 품질지표를 결정하는 중요한 콩 발효식품 소재가 된다 [7].
Bacillus licheniformis SCD121067의 장점은 무엇입니까? Bacillus cereus는 식품에 존재할 때 독소를 생성하여 식중독을 유발하기 때문에 된장과 고추장, 춘장, 청국장, 혼합장 등 장류식품에서는 104이하로 검출되도록 기준규격이 설정되어 있다. Bacillus licheniformis SCD121067는 일반적인 Bacillus속의 특성을 가지고 있을 뿐 아니라 발효식품에서 문제가 되는 식중독균인 Bacillus cereus 성장에 대한 억제효과가 높아서 안전성이 높은 발효식품을 생산할 수 있다.
배지 조성에 대한 최적 조건을 결정하기 위해서 하나의 배지성분을 여러 수준으로 놓고 나머지 배지성분들의 농도는 고정시켜 실험하는 방법을 이용할 경우 이것의 장점 및 단점은 무엇입니까? 배지 조성에 대한 최적 조건을 결정하기 위한 지금까지의 대부분의 연구는 하나의 배지성분을 여러 수준으로 놓고 나머지 배지성분들의 농도는 고정시켜 실험하는 방법을 주로 이용해왔다 [9-13]. 이 방법은 주어진 조건에서 특정 성분의 영향을 파악할 수 있다는 장점이 있지만, 다른 성분들의 조건이 동시에 변하면 그 결과를 예측하기 어렵다. 특히 배지성분들 간의 상호작용이 존재할 경우 얻어진 결과가 요소만의 단독 효과인지, 또는 다른 요소와의 상호작용에 의한 효과인지를 구분할 수 없게 된다. 무엇보다도 이 방법의 가장 큰 문제점은 최대 생산성을 갖는 최적의 배지조성을 찾기가 매우 어렵다는 점이다.
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참고문헌 (20)

  1. Wanwisa, S., J. M. Scharer, P. L. Douglas, and M. Moo- Young (2004) Fed-batch optimization of $\alpha$ -amylase and protease-production Bacillus subtilis using markov chain method, Biotecnol. and Bioeng. 86: 706-717. 

  2. Ikram, ul-Haq, and H. Mukhtar (2006) Fuzzy logic control of bioreactor for enhanced biosynthesis of lakaline protease by an alkalophilic strain of Bacillus subtilis. Curr. Microbiol. 52: 149-152. 

  3. Dutt, K., G. K. Meghwanshi, P. Gupta, and R. K. Saxena (2008) Role of casein on induction and enhancement of production of a bacterial milk clotting protease from an indigenously isolated Bacillus subtilis. Lett. in Appl. Microbiol. 46: 513-518. 

  4. Ashis, K., H. Mukherjee, Adhikaria, and S. K. Rai (2008) Production of alkaline protease by a thermophilic Bacillus subtilis under solid-state fermentation (SSF) condition using Imperata cylindrica grass and potato peel as low-cost medium: Characterization and application of enzyme in detergent formulation. Biochem. Eng. J. 39: 353-361. 

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  6. Jeong, S. S., E. M. Han, and T. S. Lee. (1986) Effect of Meju shapes and strains on the chemical composition of soybean paste. J. Korean Soc. Food Nutr. 15: 1-9. 

  7. http://www.reportnet.co.kr/knowledge/pop_preview.ht ml?dn2077514.(2003). 

  8. Jang, Y. M., W. S. Shin, D. H. Lee, S. Y. Kim, C. H. Park, Y. S. Jeong, and G. T. Chun (2009) Statistical optimization of production medium for enhanced production of itaconic acid biosynthesized by fungal cells of Aspergills terreus. KSBB J. 24: 30-40. 

  9. Lee, S. H., S. B. Lee, H. G. Lee, and S. Y. Oh (2001) Experimental design methodology for quality improvement. Proceedings of Spring Symposium of Korean Operation Reserch and Management Science Society and Korean Institute of Industrial Engineers. 

  10. http://www.cheric.org/ippage/p/ipdata/2000/14/%BD %C7%C7%E8%B8%B9%B9 %FD.html. 

  11. Koo, J. H., I. J. Choi, H. S. Nam, H. J. Lee, Z. I. Shin, and T. K. Oh (1997) Medium optimization for production of thermostable akaline proteases from Bacillus licheniformis NS70. Kor. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 25: 207-211. 

  12. Box, G. E. P. and J. S. Hounter (1957) Multifactor experimental design for exploring response surface. Ann. Math. Stat., 28: 195-242. 

  13. Cochran, W. G. and G. M. cox. (1957) Experimental design, pp. 335-375, John Wiley & Sons Inc., New York, U.S.A. 

  14. Shweta, S., A. Malik, and S. Satya (2009) Application of response surface methodology (RSM) for optimization of nutrient supplementation for Cr (VI) removal by Aspergillus lentulus AML05. J. Hazard. Mater. 164: 1198-1204. 

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  16. Gonen, F. and Z. Aksu (2008) Use of Response Surface Methodology (RSM) in the evaluation of growth and copper (II) bioaccumulation properties of Candida utillis in molasses medium. J. Hazard. Mater. 154: 731-738. 

  17. Box, G. E. P. and J. S. Hunter (1978) Fractional factorial design at two levels. In: Statistics for experimenters. pp. 374-418, John Wiley & Sons, New York. 

  18. Kleijnen, J. P. C., D. Hertog, and E. Angun (2004) Responce surface methodology's steepest ascent and step size revisited, Eur. J. Operational Res. 159: 121-131. 

  19. Kwan K. K. H., S. Nakai, and B. J. Skura (2006) Comparison of Four Methods for Determining Protease Activity in Milk. J. of Food Sci. 48: 1418-1421. 

  20. Kimberley, A. C. and C. Taylor (1995) A modification of the phenol/sulfuric acid assay for total carbohydrates giving more comparable absorbances. Appl. Biochem. and Biotechnol. 53: 207-214. 

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