절간고구마원료주정폐액을 이용하여 단세포단백질을 생산함과 동시에 폐액의 BOD를 제거할 목적으로 우수효모를 선발하고, 선발된 효모의 배양조건을 검토한 후 3$\ell$ -jar fermenter에 의한 통기 배양을 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 폐액을 여과한 여액의 조성은 BOD$_{5}$ 15700ppm, COD 36800ppm, 환원당 3300ppm, 총질소 710ppm, 고형물51800ppm, 조회분390ppm이었다. 우수효모로 선발된 Torulopsis candida FRI YA-15를 $25^{\circ}C$에서 48시간 진탕배양하였을 때, 배양폐액에 대한 균체수율은 3.38g/$\ell$, BOD$_{5}$ 및 COD제거율은 각각 38.9%, 31.8%이었다. T. candida의 최적생육초기 pH는 4.0이었으며, 최적배양온도는 35$^{\circ}C$였다. 설정된 초기PH 및 온도하에서 3$\ell$-jar fermenter를 사용하여 통기량 2vvm, 교반속도 100rpm으로 배양하였을 때, 배양 28시간후에 최대로 생육하였으며, 그 때 배양액에 대한 균체수율은 3.2g/$\ell$였다. 건조균체의 조단백질함량은 47.98%였다.
주유소, 공장주변의 하수 및 토양으로부터 Methanol 자화성 효모 7주를 분리하고 그중 생육이 왕성한 균주 2주에 대하여 동정을 행한즉 양주, 모두 Candida속에 속하는 것으로 추정되었다. 양주는 모두 ethanol 자화성을 가지고 생육에는 Biotin을 요구하였다. 배양특성은 최적온도 $28^{\circ}C,$ 최적 pH4~5이고 methanol 농도 1% v/v에서 증식이 양호하였고, 균체수율은 대소비 methanol에 대하여 30~40%에 달하였다.
PDP 전자 계산기를 발효소에 연결하여 자동 제어하의 효모 유가 배양을 수행하였다. 필요한 부대 장치들을 만들어 성공적으로 사용하고 feed-back자동 제어를 수행할 수 있게 발효도중 임의의 시간에 발효 조건을 모니터하도록 하였다. 연속 세포 농도 측정을 위한 플로우ㆍ셀을 자체 제작하여 사용함과 동시에 기포 제거를 따로 할 필요가 없도록 하였다. 측정 시그날을 위한 증푹기도 자체 제작하였던 바 우수한 성능을 보여 주었다. 이 경험으로 다른 모든 측정 장치의 개발과 전자 계산기에의 연결에 값진 경험을 주었다.
본 연구에서는 GALl, GALl, GALlO 및 GAP promoter 하류에 reporter 유전자인 K. marxianus의 inulinase 유전자(lNUl)를 연결하여 각각의 재조합 plasmid들을 구축하고, 이들로 형질전환된 S. cerevrswe를 회분배양(YPOG 배지 )하여 외래 유전자 발현에 미치는 promoter의 영향을 비교.검토하 였다. 재조합 효모의 최종 균체농도는 36-39 00600 값을 보여 promoter에 따른 큰 차이를 보이지 않았으나, 포도당 소모기간 동안 비증식속도는 평균 $0.24 h^{-1}$로 유지되다가 galactose 소모기간 동안에 GAL promoter 함유 효모배양의 경우 $0.04-0.06 h^{-1}$, pYIGP 함유 재조합 효모배양은 $0.10 h^{-1}$로 감소하였다. 포도당 고갈 후 inulinase 발현은 시작되었고 균체외 inulinase의 발현 수준은 배양 72시간에 4.3 (GALl promoter), 4.0 (GAL7 promoter), 3.8 (GAL10 promoter) 및 1.6 (GAP promoter) unit/mL에 도달하였다. 평판배지상에서의 활성염색과 회분배양의 결과(최종발현양 및 초기 inulinase 말현속도), inulinase 발현에 미치는 promoter 세기 는 GALl > GALlO > GAL7 > GAP 순임을 알 수 있었다. GAL promoter가 배양말기까지 78 % 이상의 높은 plasmid 안정성을 보인 반면에, GAP promoter의 경우 55%의 낮은 plasmid 안정성을 보였다. 또한, 재조합 inulinase는 promoter 종류에 상관없이 98% 이상 배양액으로 분비되였다.
효모의 항산화작용을 알아보기 위하여 IFO 효모, 간장에서 분리한 효모, 막걸리에서 분리한 효모 및 당밀에서 분리한 효모를 각각 $1{\times}10^6/ml$로 증식시켜 어유에 접종하여 $30^{\circ}C$에서 배양하면서 POV, TBA-V의 변화를 조사하여 그 항산화력을 검토하였다. 항산화활성은 Saccharomyces rouxii와 Torulopsis etchellsii가 가장 높았고, 막걸리에서 분리한 효모 중에서는 Pichia ohmerii가 가장 높았다. 그리고 당밀에서 분리한 효모중에서는 Candida versatilis가 항산화작용이 높았다.
남은 음식물을 갈아 액상으로 만든 기질을 이용하여 생효모를 함유한 생균제제사료(probiotics)를 생산하기 위해 효모의 호기적 액상발효를 시도하였다. 기질의 영양조성의 최적화를 위해 미리 진탕배양한 결과를 토대로 액상의 남은 음식물 기질에 우레아($0.5g/{\ell}$), 당밀($4g/{\ell}$), O-phosphate($0.4g/{\ell}$), yeast extract($1g/{\ell}$)를 첨가하여 2리터 용량의 발효기를 이용하여 Kluyveromyces marxianus와 Aspersillus. oryzae를 접종하여 통기발효 시킨 결과 12시간 내에 $1.4{\times}10^{10}/liter$의 생균효모농도를 얻을 수 있었다.
효모의 성장 및 에탄을 생산에 미치는 온도의 영향에 대해서 회분식 배양을 실시한 결과 최대의 비효모 성장속도를 나타내는 온도는 36$^{\circ}C$였고 최대의 비에탄을 생산속도를 나타내는 온도는 33$^{\circ}C$임을 알 수 있었다. 온도의 영향에 대한 실험을 토대로 수학적 모델식을 선정했으며 매개변수를 추정하여 모사를 해 본 결과 배양 초기에는 36$^{\circ}C$ 정도의 온도에서 배양하다가 점차로 온도를 낮추어 3$0^{\circ}C$ 정도로 배양하는 것이 최적의 발효공정임을 알 수 있었다.
본 연구에서는 산업폐수중 유기성분이 많은 식품, 펄프 공장폐수에 대하여 유기들을 영양원으로 하는 미생물을 배양시켜 유기성분을 경감시켜 폐수 정화를 목격으로 하였다. 한편 폐수정화에서 회수되는 균체는 단백질자원으로서의 사료화를 또 다른 목적으로 하고 일련의 실험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 펄프, 맥주, 빵효모, 주정공장폐수의 총당은 $1.4{\sim}1.54%$, 총 질소는 $0.25{\sim}0.35%$, BOD는 $400{\sim}25,000$, COD는 $500{\sim}28,000$, pH는 $3.8{\sim}7.0$이었고 주정공장 폐수가 BOD, COD는 가장 높았다. 2. 각 폐수중 세균총수는 $4{\times}10^4{\sim}1{\times}10^9$, 효모총수는 $2{\times}10^2{\sim}7{\times}10^4$이었다. 3. 폐수별로가 생장속도 우수한 균주로는 펄프공장폐수에서는 세균을, 맥주, 빵효모, 주정공장폐수에서는 효모를 선정 하였다. 4. 주정공장폐수정화에 최적인균주로서는 Candida curvata SAFM 70, Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008을 선정하였다. 5. 주정중류폐액 및 중류잔사에 미생물성 cellulase, xylanase, pectinase를 처리함으로서 처리전보다 잔사량을 36% 감소시키면서 가용성화를 높여서 환원당량을 1.3배 증가시켰으므로 효모배양에 좋은 조건임을 확인하였다. 6. 효소처리한 주정증류제액에 선정된 효모를 배양하면서 배양최적조건을 확인하였다. a. Candida curvata SAFM 70 및 Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008 2균주 모두 최적 pH는 5.0이었다. b. 2균주 모두 질소원으로는 요소, 질소농도로는 0.2%가 최적조건이었고 인삼염으로서는 $KH_2PO_4$, 그의 농도는 0,1% 그러고 Mg원으로서는 $MgSO_4$, 그의 농도는 0.02% 이었다. c. 2균주 모두 최적온도는 $30^{\circ}C$이었고 통기, 교반효과는 증식도에 크게 영향끼침을 알었다. 7. 종효모의 생포수는 적어도 $1.8{\times}f10^5/ml$ 이상이어야 증식이 순조로움을 알었다. 8. 미생들 효소를 처리한 주정증류폐액에 선정효모를 배양하여 건조균체를 생산하는데는 Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008 보다 Candida curvata SAFM 70이 우수하였다. 9. 미생물성효소를 처리한 주정증류폐액 1000ml 당 Saccharomyces cerevisiae SAFM 1008은 16g, Candida curvata SAFM 70은 17.6g의 건조균체를 해수할 수 있었다. 주정증류공장폐수의 BOD 제거율은 전자의 효모에서 46a, 후자의 효모에서 52%이었다. 10. 주정증류공장폐수에서 생산된 효모균체는 단백질 함량이 $46{\sim}$52%임으로 사료용효모로서 적당함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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