Effect of Agitation on Production of Methylan and Rheological Characteristics of Methylan Fermentation Broth

다당류, 메틸란, 발효밴잉액의 점성특성과 메틸란 생산에 미치는 교반속도의 영향

Production of a high viscosity exoploysaccharide, methylan, by Methylobacterium organophilum from methanol was carried out in fed-batch cultures and the rheological properties of methylan fermentation broth were studied. Bacterial biomass showed little influence on viscosity, but the accumulation of methylan caused the increase of viscosity. With proceeding fermention, the viscosity at the same concentration of methylan was significantly increased and methylan solution showed slightly higher pseudoplasticity. The composition changes of methylan were investigated at various fermentation times. Contents of total sugar, reducing sugar and methylan were decreased but contents of acids(pyruvic acid, uronic acid and acetic acid) were increased with the culture time. It was considered that the increased content of acids resulted in the increase of the hyrodynamic domain in the solution due to charge repulsion. Consequently, the solution viscosity increased in propotion to the acids contents of methylan. Cell growth and methylan production were severely decreased by the limitation of dissolved oxygen. However, the cellular activity for methylan production was almost constant regardless of the level of dissolved oxygen. As a result, the high speed of agitation increased the methylan production, the specific production rate of methylan, and the methylan yield of the cell.

Methylobacterium organophilum을 이용하여 메탄올로부터 유가식 배양법으로 고점도 다당류인 메틸란(methylan)의 생산시, 메틸란 배양액의 점성특성과 산소전달속도와 메틸란 생산 수율과의 관계를 조사하였다. 균체 농도의 증가는 배양액의 점성에 거의 영향을 주지 않았으나 배양시간의 경과에 따른 메틸란의 축적은 배양액의 점성특성을 비뉴톤성으로 변화시키며 동시에 급격한 점도 증가를 보였다. 배양시간의 경과에 따른 같은 농도하에서 메틸란의 점도를 측정한 결과 배양시간이 증가함에 따라, 점도가 현저하게 증가 하였고 pseudoplasticity 정도는 약간 증가하였다. 그 원인을 조사하기 위하여 메틸란 구성 성분의 화학조성을 분석 하였다. 구성성분 중의 유기산(pyruvic acid, uronic acid, acetic acid)의 함량이 메틸란 생성 초기인 34시간에 10%에서 배양말기인 72시간에서는 17%로 증가하였다. 즉, (-)전하를 띠는 산의 함량이 증가함으로 인하여 메틸란 분자네 chain간의 전기적 반발로 인하여 수용액 상태에서 메틸란 분자의 hydrodynamic domain의 증가로 추측되었다. 이와같이 메틸란의 농도 증가에 따른 점도의 증가는 배양도중 산소전달속도($k_La$)의 급격한 감소를 초래하여 균체증식과 메틸란의 생산을 감소시켰다. 그러나 균체의 메틸란 생산능력에는 큰변화가 없어 단위 균체당 메틸란 수율(P/X)은 큰 차이가 없었다. 산소전달속도를 증가시키기 위하여 교반속도를 증가시킨 결과 메틸란의 농도, 비생산 속도 및 생산 수율이 거의 비례적으로 증가됨을 확인하였다.