Candida magnoliae에 의한 erythritol 생산을 위한 유가식 공정의 개발

Two-stage fed-batch culture was peformed to improve the volumetric productivity of erythritol. In the growth phase dissolved oxygen was maintained to 20% and the feed medium was automatically supplied to the fermenter by pH-stat mode. The cell yield was 0.76 g-cell/g-glucose. In two-stage fed-batch culture, 41% of total erythritol conversion yield with 187 g/L of erythritol concentration and 2.79 g/L-h of maximum erythritol Productivity were obtained when 400 g/L of glucose was directly added in the form of non-sterile powder at production phase. The erythritol productivity increased in parallel with cell mass. The metabolic shift in the biosynthetic pathway of erythritol was caused by dissolved oxygen concentration. The production of gluconic acid was observed when the dissolved oxygen in the medium was maintained over 40% during the production phase, whereas the dissolved oxygen concentration lower than 40% caused the production of citric acid. But the butyric acid was produced independently with dissolved oxygen concentration in the medium. The production of organic acids such as gluconic acid, citric acid, and butyric acid was decreased by addition of mineral salts.

효모를 이용하여 높은 생산성으로 고농도의 erythritol을 생산하기 위하여 ‘세포 성장단계’와 ‘erythritol 생성단계’로 나누어 2 단계 유가식 배양을 수행하였다. 세포 성장 단계에서는 pH-stat 유가식 배양을 수행하여 3.62 g/L-H의 생산성으로 76 g/L의 균체 농도를 얻을 수 있었다. pH-stat 유가식 배양을 수행하여 고농도의 균체 농도를 얻은 후에 멸균되지 않은 분말형태의 glucose를 발효조에 400 g/L가 되도록 공급하여 세포에 osmotic stress를 가해준 결과 41%의 수율로 187 g/L의 erythritol을 생산할 수 있었으며, 이때의 생산성은 2.79 g/L-h로서 기존에 보고된 어느 결과보다도 높은 값을 얻을 수 있었다. Production phase에서 erythritol 생산에 대한 삼투압의 영향을 알아 본 결과 glucose의 농도가 증가할 수록 생성되는 erythritol 농도가 증가하였으며 세포 농도에 따른 erythritol 생산 수율은 큰 차이는 없었으나 세포 농도가 증가할수록 이에 비례하여 erythritol 생산성이 크게 증가하였다. Erythritol 생산에서 용존 산소량에 관계없이 butyric acid가 생성되었으며 40%의 DO 미만에서는 citric acid가 생성되고, 40% 이상의 DO에서는 gluconic acid가 생성되어 용존 산소량에 의하여 metabolic shift가 유도되었다. 고 농도의 glucose 첨가 후 용존 산소량을 20%로 조절하면서 pH를 3.0으로 낮춘 결과 citrate synthetase의 활성이 억제되어 citric acid가 생성되지 않았으며 gluconic acid 농도는 $KH_2PO_4$에 의하여 증가하고 $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ 또는 $(NH_4)_2SO_4$에 의하여 감소되었다. Butyric acid 농도는 $KH_2PO_4$ 또는 $(NH_4)_2SO_4$에 의하여 감소되었으며 synergic effect에 의하여 억제되었다