Optimizing Conditions for Streptomyces chibaensis J-59 Glucose Isomerase Production Using Response Surface Methodology

반응표면분석에 의한 방선균 Streptomyces chibaensis J-59 포도당 이성화효소의 생산 최적화

Using response surface methodology(RSM), the various conditions(agitation speed, air flow, glucose concentration) in jar fermentor culture were investigated to find the optimum conditions for maximum enzyme production. Central-composite-design was used to control the variable constant in the experiment. The glucose isomerase production of Steptomyces chibaensis J-59 was mostly affected by the air flow rate and glucose concentration. The estimated optimum conditions were as follows: 1% birchwood xylan, 1.5% CSL, 0.1% $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, 0.012% $CoCl_2{\cdot}6H_2O$, pH 7.0; air flow, 2.2vvm; agitation speed, 587rpm; glucose concentration, 0.586%. Experimental values(7.43GIU/ml) for the enzyme production obtained from the given optimum conditions had a almost resemblane to response values(7.67GIU/ml) predicted by the RSM. The jar fermentor culture by the RSM produced xylose isomerase about 2.7 times as much as the baffled flask culture.

Jar fermentor 배양에서 S. chibaensis J-59로 부터 포도당 이성화효소의 최적 생산조건을 확립하기 위하여 반응표면분석을 이용하였다. 실험계획은 중심계획합성법을 이용하였고, 3가지 실험요인으로는 공기주입량(vvm), 교반속도(rpm), 포도당의 농도(%)로 선별하였다. 요인실험의 결과로 회귀계수를 산출한 후 반응표면 회귀식을 구하였다. 효소 생산량의 변화에 대한 회귀식의 결정계수(R2)는 0.9776이였고, 분산분석의 F-ratio가 12.487이었으며, 이때 유의성(Prob>F)은 5% 이내로 인정되었다. 능선분석 결과, 효소생산 최대값은 공기주입량 2.227vvm, 교반속도 587.5rpm, glucose 농도 0.586%로 나타났으며 이때 반응표면 회귀식에 의해 추정하는 예상 효소활성은 7.67 단위로 나타났다. Jar fermentor 배양에서의 최적화 회귀식에 따라 1% birchwood xylan, 1.5% CSL, 0.1% $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, 0.012% $CoCl_2{\cdot}6H_2O$, (pH 7.0)로 구성된 배지에 초기 pH를 7.0으로 조정하여 배양 종료까지 7.0을 유지하면서 공기주입량을 2.2vvm, 교반속도를 580rpm, glucose 농도를 0.586%로 하여 $30^{\circ}C$에서 42 시간 배양하였을때, 실제 효소생산량은 7.43 단위로 상기 분석법에서 예상한 효소 생산량의 97%에 달하였고, 플라스크배양의 효소생산량 (2.78 GIU/ml)보다 약 2.7배 가량 효소생산이 증가되었다.