Covalent cross-links between a number of proteins and peptides explain why transglutaminase may be widely used by food processing industries. The objective of this work was optimization of the fermentation process to produce transglutaminase from a new microbial source, the Streptomyces sp. P20. The strategy adopted to modify the usual literature media was: (1) fractional factorial design (FFD) to elucidate the key medium ingredients, (2) central composite design (CCD) to optimise the concentration of the key components. Optimization of the medium resulted in not only an 86% increase in microbial transglutaminase activity as compared to the media cited in the literature, but also a reduction in the production cost. Optimal fermentation conditions - namely temperature and agitation rate - were also studied, using CCD methodology. Usual conditions of $30^{\circ}C$ and 100 rpm were within the optimal area. All other parameters for enzyme production were experimentally proven to be optimum fermentation conditions.
키토산분해효소를 분비하는 세균 Bacillus sp. P16의 최적배양조건을 조사하였다. 키토산분해효소 생산을 위한 최적 탄소원은 0.5%분말 키토산이었으며, 최적 질소원은 1% tryptone이었다. 최적온도는 $37^{\circ}C$였으며, 최적 초기 pH는 7.0이었다. 이 조건에서 $60{\sim}$72시간 배양하였을 때 효소 생산이 최고에 도달하였으며, 효소활성은 약 30% 증가하였다. 이를 발효조에서 배양하면 $6{\sim}$12시간 배양으로 최대활성에 도달하였으며, 효소 생산은 약 100% 증가하였다.
In the present study, we isolated a new bacterial strain producing invertase (EC 3.2.1.26) and determined optimized culture condition in flask culture. The strain was identified as Bacilus flexus determined by the 16S rDNA sequencing method. The invertase was produced only in the sucrose medium as the sole carbon source. Potassium nitrate was an adequate nitrogen source for enzyme production, whereas meat peptone showed the highest bacterial growth. Enzyme production was increased about 2-fold when $MgSO_4\cdot7H_2O$ was supplemented to the growth media. The optimum temperature was found to be $30^{\circ}C$ for both enzyme production and bacterial growth. Invertase exhibited pH optima in the range 5.0-6.0 and have a temperature optimum at $40^{\circ}C$, similarly to other invertases found from different microbial sources. Several mineral ions (K and Fe) stimulated the invertase activity, whereas some bioelements (Ag, Mg, and Mn) inhibited enzyme activity. Under the optimized culture condition, the maximum enzyme production (over 250 units/mL) was achieved at 20 h. To the best of our knowledge, this is the first time to report on invertase production by Bacilus flexus.
Lipase is a well-known and highly in-demand enzyme. During the last decade, several lipase optimization studies have been reported. However, production costs have always been a bottleneck for commercial-scale microbial enzyme production. This research aimed to optimize the conditions for lipase production by Limtongozyma siamensis DMKU-WBL1-3 via a One-Factor-At-a-Time (OFAT) approach combined with statistical methods while using a low-cost substrate. Results suggest that low-cost substrates can be substituted for all media components. An optimal medium was found, using response surface methodology (RSM) and central composite design (CCD), to consist of 0.50% (w/v) sweet whey, 0.40% (w/v) yeast extract (food grade), and 2.50% (v/v) palm oil with the medium pH adjusted to 4 under shaking flask cultivation. From an economic point of view, this work was successful in reducing production costs while increasing lipase productivity. The medium costs were reduced by 87.5% of the original cost while lipase activity was increased by nearly 6-fold. Moreover, lipase production was further studied in a 2-L stirred-tank fermentor. Its activity was 1,055.6 ± 0.0 U/ml when aeration and agitation rates were adjusted to 1 vvm and 170 rpm, respectively. Interestingly, under this optimal lipase production, the yeast showed accumulated lipids inside the cells. The primary fatty acid is a monounsaturated fatty acid (MUFA) that is typically linked to health benefits. This study hence reveals promising lipase production and lipid accumulation by L. siamensis DMKU-WBL1-3 that are worthy of further study.
In this study Bacillus subtilis PTCC 1023 was used for the production of protopectinase using soybean based media. The use of isolated soybean protein (ISP) and soybean flour resulted in similar protopectinase production and growth rates. The effect of medium composition on protopectinase production was studied using central composite design (CCD) methodology. The change in the concentration of ISP (1-7%), glucose (0-10%), and phosphate (0.1-0.3 M) was found to affect the protopectinase activity (response variable) after 24 hr of cultivation. In the range studied, ISP and glucose had a negative effect on the response variable, whereas phosphate had a positive effect. A statistically significant interaction was identified between phosphate and ISP, suggesting that correct optimization of medium formulation in this case can only be obtained using factorial design of experiments. Protopectinase activity exceeding 215 U/mL was obtained in a medium containing 4% ISP, 0.3M phosphate, and no added sugar.
Ethanol production by the simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of low-value rice wine cake (RWC) without cooking was investigated. RWC is the filtered solid waste of fermented rice wine mash and contains 53% raw starch. For the SSF, the RWC slurry was mixed with the raw-starch-digesting enzyme of Rhizopus sp. and yeast, where the yeast strain was selected from 300 strains and identified as Saccharomyces cerevisiae KV25. The highest efficiency (94%) of ethanol production was achieved when the uncooked RWC slurry contained 23.03% starch. The optimal SSF conditions were determined as 1.125 units of the raw-starch-digesting enzyme per gram of RWC, a fermentation temperature of $30^{\circ}C$, slurry pH of 4.5, 36-h-old seeding culture, initial yeast cell number of $2{\times}10^7$ per ml of slurry, 17 mM of urea as the nitrogen additive, 0.25 mM of $Cu^{2+}$ as the metal ion additive, and a fermentation time of 90 h. Under these optimal conditions, the ethanol production resulting from the SSF of the uncooked RWC slurry was improved to 16.8% (v/v) from 15.1% (v/v) of pre-optimization.
The cloning and expression of $\beta-glucosidase$ II, encoded by the gene ${\beta}glu2$, from thermotolerant yeast Pichia etchellsii into Escherichia coli is described. Cloning of the 7.3 kb BamHI/SalI yeast insert containing ${\beta}glu2$ in pUC18, which allowed for reverse orientation of the insert, resulted in better enzyme expression. Transformation of this plasmid into E. coli JM109 resulted in accumulation of the enzyme in periplasmic space. At $50^{\circ}C$, the highest hydrolytic activity of 1686 IU/g protein was obtained on sophorose. Batch and fed-batch techniques were employed for enzyme production in a 14 L bioreactor. Exponential feeding rates were determined from mass balance equations and these were employed to control specific growth rate and in turn maximize cell growth and enzyme production. Media optimization coupled with this strategy resulted in increased enzyme units of 1.2 kU/L at a stabilized growth rate of $0.14\;h^{-l}$. Increased enzyme production in bioreactor was accompanied by formation of inclusion bodies.
Purpose: Since 2013, marine dumping of wastewater has been banned, and research on eco-friendly and efficient land treatment has emerged. This study compared and tested changes in biogas production and anaerobic process efficiency depending on whether or not enzyme pretreatment was performed during anaerobic digestion from single-phase and two-phase to medium-temperature. Research design, data and methodology: The total sugar, direct sugar, pH, and acidity before and after fermentation were analyzed by G/C by anaerobic fermentation of the liquor wastewater, food wastewater 1, and food wastewater 2 at 30℃ for 67 hours, and the amount of methane gas generated was analyzed by balloon volume. Results: It was found that stable organic acid concentration and pH were found in the enzyme-treated food wastewater 2, and the amount of methane gas generated was also increased. Conclusions: When anaerobic digestion of the liquor wastewater and the food wastewater together, the performance of enzyme pretreatment resulted in increased digestive efficiency. It will be the basic data that can contribute to carbon neutrality and greenhouse gas reduction by increasing the production of biogas.
연산오계는 오래전부터 건강기능 증진 및 치료 효능이 높은 것으로 알려져 왔다. 최근 건강기능식품 소재로 기능성 펩타이드 효능이 알려짐에 따라, 연산오계 다리육으로부 올리고 펩타이드 최적 생산 공정 및 생성물 특성에 대하여 연구를 수행하였다. 최적 효소가수 분해 공정 표면반응 분석을 이용하여 수행하였다. 최적 공정 조건을 확립하기 위해서 온도 (40, 50, $60^{\circ}C$), pH (pH 6.0, 7.0, 8.0), 효소 (1, 2, 3%) 범위에서 수행을 하였다. 생성물에 대한 가수분해도, 유리아미노산, 분자량 분포를 분석하였다. 효소 가수분해 최적 온도는 $58^{\circ}C$, pH 7.5, 효소의 농도는 3% 이었다. 최적 조건에서 2 시간 효소 가수분해를 한 결과 75-80% 이었다. 유리 아미노산 총량은 168.131 mg/100 g 이었다. 분자량를 MALDI-TOF 으로 분석을 한 결과 90% 이상이 300-1,000 Da 분포를 보여주었다.
가금류 중에서 연산오계는 예로부터 다양한 효능 지닌 건강기능식품으로 알려져 있다. 최근 육질 단백질로부터 유래한 기능성 펩타이드에 대한 연구가 활발하게 진행 되어 본 연구는 오계 다리육으로부터 표면 반응 분석을 이용하여 최적 공정을 수행하였다. 상업용 단백질 가수분해 효소 bromelain 1200을 이용하여 오계 다리육 단백질로부터 펩타이드 분자량을 가지는 단백질 가수 분해물 최적 제조 공정 조건을 표면반응 분석법을 이용하여 수행을 하였다. 제조 공정 변수들은 범위는 압력(30-100 MPa), 반응시간(1-3시간), 반응 기질 양(10-30%) 이었다. 가수분해도 최적 조건은 압력은 높을수록 증가를 하였고, 반응 시간은 시간은 3시간, 기질의 농도는 20%에서 결정이 되었다. 이때 최대 가수분해도가 34.10%이였다. 단백질 가수분해물은 대부분 펩타이드의 분자량인 1,000이하의 분자량 분포를 보여 주었다. 펩타이드의 유리 아미노산들의 함량은 leucine, lysine, alanine, glutamic acid, phenylalanine 순으로 존재하였고, 구성아미노산을 제외한 아미노산에서는 taurine(4.9%), ornitine(1.8%), anserine(1.6%), hydroxylysine(1.4%) 등의 순으로 존재하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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