수용성 이상계에서의 젖산과 Lactobacillus helveticus세포의 분배특성

Partitioning of Lactobacillus helveticus Cells and Lactic Acid in Aqueous PEI/HEC Two-Phase Systems.

수용성 이상계에서 효율적인 추출발효를 수행하기 위해서는 생체촉매와 생성물이 서로 반대 상에 우세하게 분배되어아 한다. 일반적으로 분자량이 낮은 생성물은 양쪽상에 비슷하게 분배되므로, 상의 조성 등을 조절하여 한쪽상의 체적을 증가시켜 최대한으로 생성물을 추출하여야 한다. 본 연구에서는 PEI와 HEC으로 구성된 수용성 이상계에서 L. helveticus와 젖산의 분배에 미치는 다가 음이온의 농도, pH, 배지의 농도 및 생육배지 농도 등의 영향을 검토하였다. PEI의 상대 이온으로 작용하는 phosphate, sulfate 음이온수의 증가는 PEI 상의 체적을 감소시켜 하부상에 분배되는 세포의 양(Cb)을 감소시켰으며, sulfate 농도의 영향은 phosphate에 비해 적었다. 검토한 범위에서 대략 93%이상의 세포가 HEC-rich상부상에 분배되었다. 이상계에 생육배지 농도를 달리하여 첨가했을 때 배지 중에 존재하는 phosphate와 sulfate 농도에 따라 비슷한 경향을 나타냈지만 낮은 농도로 인하여 그 영향은 크지 않았다. Phosphate 농도에 따른 젖산분배를 검토한 결과 농도가 증가할수록 분배계수는 감소하였으며, 대략 85%가량의 젖산이 PEI의 하부상에 분배되었다. 이 결과로부터 수용성 이상계에서 전하를 띤 저 분자량의 생성물의 추출은 반대 전하를 띠는 폴리머를 하나의 상형성 풀리머로 사용함으로써 증진되었음을 알 수 있었다. 따라서 L. helveticus 세포는 95% 정도가 상부상에 분배되고 젖산은 85%정도가 하부상에 우세하게 분배되므로 PEI/HEC 이상계는 치즈유청으로 부터의 젖산의 추출발효에 가능성이 높은 시스템으로 응용될 수 있는 것으로 생각된다.

For an ideal extractive bioconversion in aqueous two-phase systems, the product has to be preferentially partitioned into the phase opposite to the one in which the biocatalyst is located. Partitioning behaviors of Lactobacillus helveticus IAM 11090 and lactic acid in aqueous two-phase systems composed a polycation, poly(ethylenimine) (PEI), and an uncharged polymer (hydroxyethyl)cellulose (HEC) were investigated. L. helveticus cells were preferentially partitioned to the HEC-rich top phase while about 85% of lactic acid was partitioned to the PEI-rich bottom phase. These results indicate that extraction of charged, low molecular weight products in an aqueous two-phase systems can be promoted by using an oppositely charged polymer as one of the phase-forming polymer. By the ideal partitioning of the cells and lactic acid, an aqueous PEI/HEC two-phase system can be used as a potential system for the extractive lactic acid fermentation of cheese whey.