Aspergillus niger를 이용한 글루콘산 나트륨 생산 생변환 공정의 최적화

Abstract

Aspergillus niger를 이용하여 글루콘산 나트륨을 생산하는데 있어서 발효조건을 최적화하기 위해 포도당 농도의 영향을 조사한 결과 포도다으이 농도를 30-50 g/L로 유지시키는 유가식 발효를 통해 92.2%의 수율과 6.0 g/L/hr의 생산성을 얻을 수 있었다. 반면, 30g/L이하로 유지시킨 경우 발효수율이 25% 낮아졌으며 이는 탄소원인 포도당을 글루콘산 나트륨의 생산이 아닌 세포성장에 사용하기 때문인 것으로 생각된다. 균체의 접종농도에 따른 영향에 있어서는 20%의 접종농도에서 유도기를 6시간 가량 단축시키는 효과가 있었으나 발효 후반에는 과도한 균체농도로 인해 포도당이 더 이상 소비되지 않아 상당량이 배재 내에 남게 되는 등의 문제점이 관찰되었다. 이러한 현상은 과도한 균체의 성장으로 인한 산소전달이 저해 받기 때문이라 생각된다. 용존산소의 영향에서는 60~70%로 조절하여 주었을 때가 30%로 조절하였을 때보다 75%정도 높은 생산성을 나타내었다. 즉, 고농도의 산소수준을 유지하는 것이 글루콘산 생산에 도움이 되는 것을 알 수 있었다. 배양 중 포도당의 농도를 유지하기 위해 다양한 포도당 주입방법을 사용하였으나 기질로 사용되는 산소의 소모속도를 측정하여 이를 당소모속도로 환산한 후 당을 공급하여 주는 것이 매우 효과적이고 간편하여 실패가 적은 방법임을 증명할 수 있었다. 이와 같은 포도당 제어 방법은 산소를 반응기질로 사용하는 미생물 생물전환 공정에 일반적으로 유용하게 사용될 수 있을 것이라 사료된다. 상기한 조건에서 포도당을 사용하여 본 A niger ACM53을 통해 글루콘산 나트륨을 생산할 경우 글루콘산 나트륨 농도 255g/L, 최대 생산성 120g/L/hr 및 당전환수율 95%를 달성할 수 있었다.

영문 In order to produce high concentration of sodium gluconate, optimization of the fermentation conditions, such as glucose concentration, inoculum size, dissolved oxygen concentration and glucose feeding method, was examined. When the glucose concentration was maintained in the range of 30∼50 g/L during the batch fermentation, glucose conversion yield and productivity were 92.2% and 6.0 g/L/hr, respectively. In the case of the low concentration below 30 g/L, the yield decreased by about 25%. As the inoculum size increased above 20%(w/v), lag phase was shortened but the productivity decreased. The dissolved oxygen level of 60∼70% was shown to be the threshold point for 75% of increase in the productivity of sodium gluconate. Finally, optimal glucose feeding rate was determined using various feeding methods such as exponential feeding, feeding based on the average glucose consumption rate and was determined using various feeding methods such as exponential feeding, feeding based on the average glucose consumption rate and on the oxygen uptake rate and etc. Our result shows that glucose feeding, based on the oxygen uptake rate is a very simple, efficient and robust method, especially when oxygen is consumed as a substrate for the bioconversion. Using the above glucose feeding strategy under the optimized condition, 255 g/L of sodium gluconate concentration, 12 g/L/hr of productivity and 95% of glucose conversion yield were achieved with A. niger ACM53.