Abstract
Specific carotenoids and astaxanthin biosynthesis power of Phaffia rhodozyma mutant 876, which was obtained after NTG a and UV treatments, was higher than those of the wild type by 40% and 50%, respectively. The mutant strain did not show t the catabolite repression even at 22% (w/v) glucose concentration. The optimum C{N ratio was 2.0, and the optimum t temperature and initial pH were $22^{\circ}C$ and 6.0, respectively. 80th cell growth and astaxanthin formation decreased drastically a as the fermentation temperature was increased over $22^{\circ}C$, whereas they were comparable in the pH range between 5.0 and 7 7.0. Inoculum size did not affect the final cell density nor the carotenoids biosynthesis, and 3%(v/v) was selected as optimal. H Higher dissolved oxygen concentration facilitated astaxanthin biosynthesis, and aeration rate of 1.0 v/0/m and agitation speed of 400 rpm were selected as optimum. The final cell dens때 of 43.3 g/L and the volumetric astaxanthin and carotenoids concentrations of 110.6 mg/L and 149.4 mg/L, respectively, were obtained. The specific carotenoids concentration was 3.45 m mg{g-yeast(dry). Yx/s and Yp/s values of 0.37 and 1.08 were obtained. The result of this study will provide basic information u useful for mass production of astaxanthin from P. rhodozyma fermentation.
Astaxanthin의 산업적인 생합성을 위하여 wild type인 P.rhodozyma B30 효모를 UV, NTG 등으로 돌연변이 처리하여 0.5 mM $\beta$-ionone이 포함된 선별배지에서 carotenoids 합성능력이 우수한 변이주 B76을 분리하였다. 변이주 B76은 wild type과 비교시 균체 생성능력은 큰 차이가 없었으나 carot-enoids 합성능력은 40% 이상, astaxanthin 합성능력은 50% 이상 향상되었다. 선별된 변이주 B76의 최적 발효배지 및 배양 조건 선정을 위한 플라스크 배양실험 결과 최적 탄소원으로 glucoserk, 최적 질소원은 CSL : (NH4)2SO4 : yeast extract = 6 : 2 : 0.1이 혼합된 배지가 선정되었다. C/N ratio는 1.7~2.0 범위에서 유사한 발효성능을 보았으며(산업적인 생산성을 고려하여 2.0을 최적으로 선정), 배양온도는 $22^{\circ}C$가 최적이었다. 초기 pH는 가장 높은 세포농도를 나타낸 6.0을 최적으로 하였다. 종균 접종량은 전반적으로 균체량과 carotenoids 합성능력에는 영향을 미치지 않았으며 산업적인 생산성을 고려하여 3%(v/v) 수준이 적절한 것으로 사료되었다. 이와 같이 플라스크 배양을 통해 확립된 최적 배지 및 배양조건을 기초로 5 L 발효조를 이용한 회분식 배양실험을 통해 탄소원의 최적 농도는 18%임을 확인하였다. 특히 B76 변이주는 22%(w/v)까지의 고농도 glucose 존재하에서는 catabolite rep-ression을 받지 않는 것으로 나타났다. 용존산소가 부족한 경우에는 균체성장 및 색소합성이 저해되었고, 따라서 통기속도 1.0 v/v/m, 교반속도 400 rpm 이상을 유지함이 필요하였다. B76 세포는 배양 3일차에 exponential phase에 진입한 후(최대 Yx/s = 0.37) 배양 4일차에 stationary phase에 도달하였다. Carotenoids 및 astaxanthin 생합성은 세포성장이 정지한 후인 배양 5일차에 급격하게 증가하는(최대 Yp/s = 1.08) 전형적인 mixed-growth-associated 형태를 나타냈다. 이는 exp-onential phase 동안 급격한 균체성장으로 용존산소가 부족하여 NADH balance에 의해 astaxanthin 생합성 경로 중 탈수소화 단계가 저해되기 때문으로 사료되었다. 최종 세포농도는 43.3 g/L, 단위부피당 carotenoids 함량은 149.4 mg/L, astaxanthin 함량은 110.6 mg/L로서 산업적인 생산성이 있는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 개발된 변이주 B76 및 이의 대량 발효를 위한 최종조건의 정립은 향후 astaxanthin의 산업적 생산공정에 필요한 기초자료로 이용될 것으로 기대된다.
