Kim, Soo-Ki;Lee, Jun-Hyeong;Lee, Chi-Ho;Yoon, Yoh-Chang
Journal of Microbiology
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제45권2호
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pp.128-132
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2007
The red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous (previously named Phaffia rhodozyma) produces astaxanthin pigment among many carotenoids. The mutant X. dendrorhous G276 was isolated by chemical mutagenesis. The mutant produced about 2.0 mg of carotenoid per g of yeast cell dry weight and 8.0 mg/L of carotenoid after 5 days batch culture with YM media; in comparison, the parent strain produced 0.66 mg/g of yeast cell dry weight and a carotenoid concentration of 4.5 mg/L. We characterized the utilization of carbon sources by the mutant strain and screened various edible plant extracts to enhance the carotenoid production. The addition of Perilla frutescens (final concentration, 5%) or Allium fistulosum extracts (final concentration, 1%) enhanced the pigment production to about 32 mg/L. In a batch fermentor, addition of Perilla frutescens extract reduced the cultivation time by two days compared to control (no extract), which usually required five-day incubation to fully produce astaxanthin. The results suggest that plant extracts such as Perilla frutescens can effectively enhance astaxanthin production.
Mn(II)+succinate decreased the carotenoid formation of the yeast Phaffia rhodozyma, probably by scavenging $O_2$. When duroquinone (DQ), an internal and external $O_2$ generator, was added to medium, P. rhodozyma produced more amount of carotenoids. The increased carotenoid production was destroyed by oxygen radical (OR) scavengers, ascorbate+Cu(II) and dimethylsulfoxide. When sub-lethal concentrations of $H_2O_2$ , an external OR source, and antimycin, an internal OR inducer, were used, the effect of $H_2O_2$ on carotenoid formation and composition was less significant than that of antimycin. Addition of superoxide dismutase, an external OR remover, rescued cells from death caused by the high concentration of DO. In this condition, the yeast culture showed an increase in carotenoid content. Addition of DQ into P. rhodozyma culture in the stationary phase did not increase carotenoid production. Therefore, carotenoid formation was stimulated by internal ORs in the growing yeast. It was probably due to release of catabolite repression on carotenogenesis in the yeast. Aeration was important for carotenoid production but was not as effective as the internal OR producer, DQ.
The effects of nutrients and cell aggregate size on the cell growth of D. carota and the biosynthesi of carotenoid were investigated. Highest carotenoid content was obtained with sucrose as a carbon source and the equal ratio of ammonium to nitrate. High phosphate concentration stimulated the carotenoid biosynthesis in D. corota. 2,4-D inhibited the cell growth but stimulated the specific carotenoid content at high concentration. By modifying the medium composition based on these findings, three times higher specific carotenoid content and 2.5 times higher total carotenoid content were obtained as compared with the results obtained with basic MS media. Biosynthesis of carotenoid was found to be affected by cell aggregate size; high carotenoid production was obtained from the large aggregated cells resulted from high sucrose concentration.
The rising demand for carotenoids can be met by microbial biosynthesis as a promising alternative to chemical synthesis and plant extraction. Several species of lactic acid bacteria (LAB) specifically produce C30 carotenoids and offer the added probiotic benefit of improved gut health and protection against chronic conditions. In this study, the recently characterized Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum KCCP11226T produced the rare C30 carotenoid, 4,4'-diaponeurosporene, and its yield was optimized for industrial production. The one-factor-at-a-time (OFAT) method was used to screen carbon and nitrogen sources, while the abiotic stresses of temperature, pH, and salinity, were evaluated for their effects on 4,4'-diaponeurosporene production. Lactose and beef extract were ideal for optimal carotenoid production at 25℃ incubation in pH 7.0 medium with no salt. The main factors influencing 4,4'-diaponeurosporene yields, namely lactose level, beef extract concentration and initial pH, were enhanced using the Box-Behnken design under response surface methodology (RSM). Compared to commercial MRS medium, there was a 3.3-fold increase in carotenoid production in the optimized conditions of 15% lactose, 8.3% beef extract and initial pH of 6.9, producing a 4,4'-diaponeurosporene concentration of 0.033 A470/ml. To substantiate upscaling for industrial application, the optimal aeration rate in a 5 L fermentor was 0.3 vvm. This resulted in a further 3.8-fold increase in 4,4'-diaponeurosporene production, with a concentration of 0.042 A470/ml, compared to the flask-scale cultivation in commercial MRS medium. The present work confirms the optimization and scale-up feasibility of enhanced 4,4'-diaponeurosporene production by L. plantarum subsp. plantarum KCCP11226T.
다양한 배양조건을 이용하여 당근 모상근의 생장과 carotenoid 함량을 조사하였으며, 이러한 배양조건을 airlift형생물 반응기에 적용하여 모상근의 다량 배양을 시도하였다. 고형배지 배양에서의 carotenoid 함량은 광조건에서 배양된 모상근이 암조건에서 배양된 모상근보다 10배 정도 증가하였으며, 모상근의 생장은 광조건이 암조건보다 낮은 수준이었다. 공기 유출기 배양에서는 모상근이 광조건과 암조건 모두에서 매우 빠르게 생장하여 생줄량의 차이가 없었으며, 모상근의 생장과 carotenoid 함량에 있어서 빛의 조사는 모상근의 전체적인 생중량을 증가시키기 보다는 배양 후기 생장단계에서 carotenoid 함량을 증가시켜서 암조건에 비하여 10배 정도의 carotenoid(11 $\mu\textrm{g}$/g)를 생산하였다. 모상근을 생물 반응기에서 배양하였을 때, 모상근이 지수함수적으로 빠르게 생장하여 배양 25일 동안에 처음 무게의 11배를 나타내었다. 그리고 pH는 처음 5.5에서 5일후 4.9로 떨어지다가 그 이후에 일정한 수준(pH 4.8)을 보여주었으며, 광주기와 광도을 조절하지 않은 상태에서의 carotenoid 함량은 2$\mu\textrm{g}$/g으로 나타났다.
이 연구에서는 Perenniporia fraxinea를 사용하여 배지가 카르테노이드 생성 및 균사 성장에 미치는 영향을 분석했습니다. 0.1% 미만의 펩톤을 함유한 맥아추출물은 카르테노이드의 생성을 촉진했으며 0.2% 이상의 펩톤이 그 생산을 억제하는 것으로 나타났다. 맥아추출물이 없으면 Perenniporia fraxinea는 소량의 펩톤 첨가에도 불구하고 카르테노이드를 생산하지 못했다. 아카시재목버섯의 배양을 통하여 생산된 균사체를 원심분리로 배양액을 분리하여 상층액을 카르테노이드 용액으로 회수가 가능하였다. 균사체 내부에 축적된 카르테노이드는 에탄올을 사용하여 추출하였다. 배양액에서 분리 또는 추출한 카르테노이드 용액은 우수한 DPPH 라디칼 소거 활성을 나타냈다. 본 연구에서 생산된 항산화 카르테노이드는 천연물 유래 물질로 독성 및 부작용이 없으며 항산화 효과가 우수하여 활성산소에 의해 생성된 산화물을 효과적으로 제거할 수 있다.
Kim, Mibang;Seo, Dong-Ho;Park, Young-Seo;Cha, In-Tae;Seo, Myung-Ji
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제29권12호
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pp.1925-1930
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2019
Carotenoids are organic pigments with antioxidant properties and are widespread in nature. Here, we isolated five microbes, each forming yellow-colored colonies and harboring C30 carotenoid biosynthetic genes (crtM and crtN). Thereafter, Lactobacillus plantarum subsp. plantarum KCCP11226, which showed the highest carotenoid production, was finally selected and the produced pigment was identified as C30 carotenoid 4,4'-diaponeurosporene. This strain exhibited the highest survival rate under oxidative stress and its carotenoid production was also enhanced after exposure to 7 mM H2O2. Moreover, it showed the highest ability to scavenge DPPH free radical. Our results suggested that L. plantarum subsp. plantarum KCCP11226, which produces 4,4'-diaponeurosporene as a natural antioxidant, may be a functional probiotic.
The effects of light on the pigment production and chloroplast development were examined on ginseng hairy roots cultured in 1/2MS liquid medium. The chlorophyll and carotenoid production were increased from 1,000 to 3,500 lux condition, but decreased drastically in 7,000 lux condition. The anthocyanin production was significantly increased with increment light intensity(1,000∼7,000 lux). The thylakoid membrane of chloroplast was proplastid in dark condition and it began to develop into thylakoid membrane in 1,000 lux condition and then intact thylakoid membrane was developed in 3,500 lux condition. However, the development of thylakoid membrane in 7,000 lux condition was inhibited comparing to 3,500 lux condition. The total chlorophyll production in blue light condition were high comparing to other wavelength and same as 40% of total chlorophyll on white light(3,500 lux) condition. The chlorophyll and carotenoid production by sucrose concentration were high in 3% sucrose condition and anthocyanin production was high in 4% condition. The production of chlorophyll and carotenoid by light periods was high when explants were cultured in dark condition for 1 week and then transferred to light condition for 4 weeks. Our results suggest that pigment production and chloroplast development could be accelerated by light Intensity of specific wavelength in cultures of ginseng hairy root.
본 연구에서는 제주도 한라산 중산간 습지대 28개소에서 IAA 및 carotenoid 생성능이 우수한 광합성 세균 1종을 최종 선발하였으며, 16S rRNA 염기서열 분석과 생리학적 특성을 조사한 결과 Rhodopseudomonas palustris JK-1 균주로 동정하였다. JK-1 균주의 최적배양조건을 선발하기 위하여 pH, 온도, 빛 및 통기 등을 포함한 여러 가지 요인들이 균주의 생장과 IAA 및 carotenoid 등 광합성색소 생성에 미치는 영향을 조사하였다. 시험결과 JK-1 균주는 명/혐기조건에서 균생장, IAA 및 광합성색소 생성이 양호하였으며 암/혐기조건에서 균생장, IAA 및 광합성색소 형성이 모두 크게 억제되었다. 명/혐기조건에서 균생장, IAA 및 carotenoid 등 광합성색소의 생산을 위한 최적 pH, 온도 및 배양회전속도는 각각 7, $30^{\circ}C$, 150 rpm, 9, $30^{\circ}C$ 및 150 rpm, 그리고 6, $25^{\circ}C$ 및 50 rpm이었다. 그리고 명/호기조건(0.5~1 vvm)에서는 명/혐기조건(0 vvm)보다 균생장 및 IAA 합성이 양호하였으나 광합성색소 형성은 크게 억제되었다. 따라서 최적배양조건은 명/혐기조건에서 pH 7, 온도 $30^{\circ}C$ 및 회전속도 100 rpm을 선발하였으며, IAA 합성을 유도한 배양액을 생육촉진 효과검증에 이용하였다. 시험결과 R. palustris JK-1 균주를 열무에 3% (v/v) 처리 시 지상부 및 지하부 건물중이 무처리 및 배지처리구 대비 각각 20~58% 및 40-28% 증가하였다.
Solubility profiles of zein and carotenoid in aqueous ethanol were studied. Zein showed minimum turbidity at the aqueous ethanol concentration of 87-92%, indicating least aggregations between protein molecules. Solubilities of zein and carotenoid increased linearly with the content of yellow zein up to 20% in the aqueous ethanol range of 60-95% tested. At room temperature of $20^{\circ}C$, zein showed maximum solubility in broad ethanol concentration ranges of 60-95%, while that for carotenoid was somewhat narrower with ethanol concentration range of 85-95%. However, at incubation temperature of $-20^{\circ}C$, solubilities of both carotenoid and zein were lowered, with dramatic reduction being exhibited at aqueous ethanol concentration of 60% for both compounds, while substantial reduction in solubility was shown at 95% ethanol by zein only. Zein was practically insoluble in absolute ethanol, regardless of temperature range tested, while carotenoid remained largely soluble, though there was pronounced decrease in solubility at the subfreezing temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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