Two-Stage Fed-Batch Culture of Candida magnoliae for the Production of Erythritol using an Industrial Medium

Experiments were carried out to select an industrial nitrogen source and optimize erythritol production by Candida magnoliae in fed-batch culture. Among the industrial nitrogen sources tested, light steep water (LSW) was found to be the best nitrogen source for producing erythritol, based on erythritol yield and raw material price. The maximum erythritol concentration obtained a 131.6 g/L, with a 52.6％ yield and 0.52 g/L-hr productivity from a 250 g/L glucose and 43.3 mL/L LSW in batch culture. Two-stage fed-batch culture was chosen to improve the volumetric productivity and the yield of erythritol. High cell density culture in cell growth stage was achieved by batch type culture containing 100 g/L glucose and 500 mL/L LSW. The cell concentration was 71.0 g/L after 23 hours of culture. Erythritol productivity was decreased by increasing glucose concentration in the production stage. But 37.3％ of the maximum erythritol yield was obtained with 185.5 g/L of erythritol and 1.66 g/L-hr of productivity when 820 g of glucose powder was directly added to a concentration of 450 g/L glucose in production stage.

산업용 배지를 이용한 Candida magnoliae의 2단계 유가식 배양에서 에리스리톨의 생산

Candida magnoliae M26에 의한 erythritol의 산업적 생산을 위한 산업용 질소원의 선정과 이를 이용한 유가식 배양에서의 erythritol 생산을 위한 최적 조건의 결정에 대한 실험을 수행하였다. 실험결과에서 산업용 질소원으로 가격이 가장 저렴하면서 erythritol의 수율과 생산성이 거의 yeast extract와 유사한 light steep water (LSW)를 선정하였다. 즉 선정한 LSW 43.3 mL/L과 glucose 250 g/L을 이용한 회분식 발효에서 52.6％의 수율과 0.52 g/L-hr의 생산성으로 131.6 g/L의 erythritol을 생산하였다. 생산성 향상을 위한 2단계 유가식 배양에서 고농도 균체를 얻기 위한 최적이 C/N ratio는 1.7으로서 glucose 100 g/L와 LSW 500 mL/L를 이용한 회분식 배양에서 71.0 g/L의 세포농도를 얻을 수 있었다. 배지의 초기 pH 조절방법에 대한 연구에서는 28％ 암모니아 용액으로 pH 6.5로 조절할 경우 erythritol의 수율은 감소하였으나 높은 생산성으로 erythritol을 얻을 수 있었다. 따라서 erythritol의 수율 향상을 위한 생산단계에서의 최적 glucose 농도는 450 g/L이 되도록 하는 경우이며, 이때에 37.3％의 수율과 1.66 g/L-hr의 생산성으로 185.5 g/L의 erythritol을 생산할 수 있었다. 따라서 산업용 질소원으로 선정된 LSW를 이용한 2단계 유가식 발효 공정을 통하여 회분식 배양과 비교해 볼 때 수율은 1.4배 정도 감소되었지만 erythritol의 생산성은 3.2배로 향상시킬 수 있었다.