Optimization of Culture Conditions for D-Tagatose Production from D-Galactose by Enterobacter agglomerans.

Entrobacter agglomerans에 의한 D-Galactose로부터 D-Tagatose 생산조건의 최적화

D-Tagatose production from D-galactose was investigated using 35 type strains of American Culture Type Collection (ATCC) and Korean Collection for Type Cultures (KCTC) which have potential to produce D-tagatose. Enterobacter agglomerans ATCC 27987 was selected as a D-tagatose producing strain due to its short fermentation time and high production of D-tagatose. Optimization of the culture conditions for D-tagatose production by E. agglomerans ATCC 27987 was performed. Among various carbon sources, D-galactose was the most effective carbon source for D-tagatose production. As the D-galactose concentration was increased, cell growth and D-tagatose production increased. Effect of nitrogen sources on D-tagatose production was studied. Of inorganic nitrogen sources, ammonium sulfate was effective one for D-tagatose production and yeast extract was the most suitable organic nitrogen nutrient. The concentrations of inorganic compounds such as KH$_2$PO$_4$, K$_2$HPO$_4$, and MgSO$_4$$.$7H$_2$O were also optimized for D-tagatose production. The optimal medium was determined to contain D-galactose of 20 g/l, yeast extract of 5.0 g/l, (NH$_4$)$_2$SO$_4$ of 2.0 g/l, KH$_2$PO$_4$ of 5.0 g/l, K$_2$HPO of 5.0 g/l, and MgSO$_4$$.$7H$_2$O of 5 mg/l. The optimal environmental conditions in a 250-$m\ell$ flask were found to be pH of 6.0, temperature of 30$^{\circ}C$, and agitation speed of 150 rpm. D-tagatose of 0.41 g/l could be obtained in 24 h from 20 g/l D-galactose at the optimal culture condition without induction and cell concentration.

D-Tagatose의 생산 가능성이 있는 미국 종균협회(ATCC)와 한국 유전자은행(KCTC)에서 구입한 균주 35 종류를 사용하여 D-galactose로부터 D-tagatose의 생산을 조사하였다. 여러 균주 중에 발효시간이 짧고 D-tagatose의 생산량이 높은 Enterobactor agglomerans ATCC 27987을 D-tagatose 생산 균주로 선정하였다. 선정된 균을 사용하여 D-tagatose의 생산에 영향을 주는 배양 조건을 최적화 하였다. 여러 가지 탄소원 중에서 D-galactose가 D-tagatose의 생산량이 가장 높게 나타났고 그 농도를 달리하였을 때 D-galactose의 농도가 증가할수록 D-tagatose의 생산량과 균체농도가 증가하였다. 20 g/l의 D-galactose 배지에서 여러 가지 질소원이 D-tagatose의 생산에 미치는 영향을 살펴본 결과 D-tagatose의 생산량은 유기 질소원의 경우 yeast extract가 가장 높았고 무기 질소원의 경우 (NH$_4$)$_2$SO$_4$가 높게 나타났다. D-Tagatose의 생산량이 가장 높게 나타난 질소원인 yeast extract를 선택하여 농도별 실험을 수행하여 최적 yeast extract의 농도를 5.0 g/l로 결정하였다. (NH$_4$)$_2$SO$_4$를 yeast extract 5.0 g/l가 함유된 배지에 농도별로 첨가하여 2.0 g/l에서 최대 D-tagatose의 생산량을 얻었다. 또한, 무기염의 영향을 조사하여 KH$_2$PO$_4$ 5.0 g/l, $K_2$HPO 5.0 g/l, MgSO$_4$.7$H_2O$ 5.0 mg/l의 최적 D-tagatose 생산 조건을 결정하였다. 배지최적화를 통하여 최적 배지로 D-galactose 20 g/l, yeast extract 5.0 g/l, (NH$_4$)$_2$SO$_4$ 2.0 g/l, KH$_2$PO$_4$ 5.0 g/l, $K_2$HPO$_4$ 5.0 g/l, MgSO$_4$.7$H_2O$ 5 mg/l를 선정하였다. 최적 배지에서 배양 환경이 D-tagatose의 생산에 미치는 영향을 조사하여 초기 pH 6.0, 배양 온도 3$0^{\circ}C$, 교반속도 150 rpm의 최적 배양 조건을 결정하였고 이 조건에서 배양시간 24시간에 D-galactose 20 g/l로부터 D-tagatose의 0.41 g/l를 얻을 수 있었다.