수성이상계를 이용한 추출 생전환

Abstract

본 연구는 수성이상계에서 추출 생전환을 시행한 것이다. 수성이상계는 기질과 생산물에 의한 저해가 심한 효소반응에서 그 물질들의 분리효과로 저해를 줄일 수 있으며, 수성이상계를 구성하는 PEG가 효소자체에 작용하여 안정성을 높이는데 기여하는 효과를 볼 수 있다. 또한 pH의 변화가 반응평형에 영향을 주는 penicillin acylase에 의한 6-APA의 생산에서 potassium phosphate가 많은 아래쪽 상에서의 완충효과로 반응도중 생기는 산에 의한 pH의 변화를 줄여주어 생산물쪽으로 평형을 유지할 수 있었다. PEG/potassium phosphate의 수성이상계를 이용한 효소반응에서 whole cell enzyme으로 사용된 Brevibacterium 과 E.coli 의 분배는 아래쪽상의 potassium phosphate의 농도가 증가할수록 salting out현상에 의하여 위쪽상으로 많이 되었다. Brevibacterium 과 E.coli에 대한 salting out constant는 각각-5,97, -1.81(1/M)으로 potassium phosphate에 대한 분배의 변화는 brevibacterium의 경우가 더 민감하였다. 효소원인 Brevibacterium 과 E.coli가 아래쪽 상에 분리되도록 phase system을 정하여 한회분의 효소반응이 끝난 후 상을 분리시켜 생긴 위쪽상을 제거하고 기질이 있는 새로운 위쪽상을 넣어주는 방식으로 반연속회분 실험을 하여 생산성을 높일 수 있었다. 또한 분리기를 달아 효소반응과 분리를 동시에 하는 연속시스템에서 6-APA를 생산하였다. Space velocity 0.1-0.2 h$^{-1}$ 에서 95\%의 전환을 얻었으나 0.3 h$^{-1}$이상에서는 수성이상계의 분리시간 때문에 조업에 어려움이 수반되었다. 수성이상계에서의 추출 생전환의 또하나의 응용으로 추출발효를 실시하였다. PEG/dextran의 수성이상계에서 Bacillus licheniformis를 배양하여 protease를 생산 하였다. PEG는 균체의 세포벽에 영향을 주어 protease의 생산을 촉진시켰으며 고농도의 PEG나 dextran은 균자체 보다는 생산물인 protease의 안정성을 증가시키는데 기여한 것 같다. Catabolite repression을 받는 Bacillus licheniformis는 반연속 발효에서 새로 넣어주는 위쪽상에서 glucose 및 soy-bean meal의 농도를 catabolite repression을 줄이도록 조절하여 protease의 생산을 높일 수 있었다.