Effect of Cell Density on Xylitol Fermentation by Candida parapsilosis

Candida parapsilosis에 의한 Xylitol 생산시 균체농도가 미치는 영향

Effect of cell density on the xylitol production from xylose by Candida parapsilosis KFCC 10875 was investigated. The concentrated cells were obtained by centrifugation of culture broth. The xylitol production rate was maximum at the cell concentration of 20 g/l and the specific xylitol production rate decreased when the cell concentration was increased due to oxygen limitation. Effect of the initial concentration of xylose on the xylitol production was also examined using the concentrated cells of 20 g/l. The xylitol production rate, specific xylitol production rate, and xylitol yield from xylose were maximum at 170 g/l xylose. Above 170 g/l xylose, the xylitol production rate was remarkably decreased. The concentrated cells could also be obtained by adjusting the dissolved oxygen (DO) during fermentation. The rapid accumulation of cells up to 20 g/l was achieved by maintaining an increased level of DO during the exponential growth phase and then, for the efficient xylitol production, the DO was changed to a low level in the range of 0.7-1.5%. A fed-batch fermentation of xylose by adjusting the DO level was carried out in a fermentor and the final xylitol concentration of 140 g/l from xylose of 200 g/l could be obtained for 56 h fermentation.

Candida parapsilosis KFCC-10875를 사용하여 균체농도가 xylose로부터 xylitol의 생산에 미치는 영향을 조사하였다. Xylitol 생산속도는 균체농도 20 g/l에서 최대값 2.8 g/l-h를 보여주었으며 비 xylitol 생산속도는 농축된 균제에 의한 산소제한으로 균체농도가 증가할수록 감소하였다. 약 20 g/l로 농축된 균체를 사용하여 초기 xylose농도가 xylitol 생산에 미치는 영향을 살펴본 결과 xylitol 생산속도, 비 xylitol 생산속도 및 xylose에 대한 xylitol의 수율은 xylose의 농도 170 g/l에서 최대값을 보여주었다. 고농도의 균체를 사용하려면 xylose의 배지에서 배양된 균체를 다시 농축하여야 한다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 발효과정 중에 균체를 농축하는 방법을 시도하였다. 고농도 균체를 얻기위하여 지수증식기인 배양 초기에는 용존산소의 농노를 충분히 유지시켜 18시간 배양하여 약 20 g/l의 고농도 균체를 얻을 수 있었다. 고농도 균체를 이용하여 xylitol을 생산하기 위하여 용존산소의 농도를 0.7-1.5%로 낮추어 유지하였다. 이때, 기질의 농도는 xylose 농도가 170 g/l 이상에서는 xylitol 생산성이 비교적 크게 감소하므로 xylitol 생산성의 향상을 위하여 고농도의 xylose를 피하는 유가식 배양을 수행하였다. 그 결과 56시간 배양하여 200 g/l xylose로부터 약 140 g/l의 xylitol을 생산할 수 있었다.