• 한국축산식품학회지
• /
• 제38권3호
• /
• pp.580-592
• /
• 2018

The formulation of an oil/water (o/w) emulsion made up of a mixture of perilla oil and canola oil (30/70 w/w) was optimized using a response surface methodology to find a replacement for animal fat in an emulsion-type meat product. A 12 run Plackett-Burman design (PBD) was applied to screen the effect of potential ingredients in the (o/w) emulsion, including polyglycerol polyricinoleate (PGPR), fish gelatin, soy protein isolate (SPI), sodium caseinate, carrageenan (CR), inulin (IN) and sodium tripolyphosphate. The PBD showed that SPI, CR and IN showed promise but required further optimization, and other ingredients did not affect the technological properties of the (o/w) emulsion. The PBD also showed that PGPR played a critical role in inhibiting an emulsion break. The level of PGPR was then fixed at 3.2% (w/w total emulsion) for an optimization study. A central composite design (CCD) was applied to optimize the addition levels of SPI, CR or IN in an (o/w) emulsion and to observe their effects on emulsion stability, cooking loss and the textural properties of a cooked meat emulsion. Significant interactions between SPI and CR increased the cooking loss in the meat emulsion. In contrast, IN showed interactions with SPI leading to a reduction in cooking loss. Thus, CR was also removed from the formulation. After optimization, the level of SPI (4.48% w/w) and IN (14% w/w) was validated, leading to a perilla-canola oil (o/w) emulsion with the ability to replace animal fat in an emulsion-type meat products.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제47권1호
• /
• pp.87-95
• /
• 2019

Esterase produced by Acinetobacter sp. B1 (strain B1) was optimized by means of one-variable-at-a-time and response surface methodologies. Results of the one-variable-at-a-time experiment showed that Tween 80 significantly increased esterase production of strain B1. The addition of Tween 80 to the culture medium increased the biomass and esterase activity of strain B1, stimulated content of total extracellular protein, and enhanced the oleic acid (C18:1) composition in the cell membrane of strain B1. The influence of eight culture variables on esterase production was evaluated by Plackett-Burman design. Results showed that Tween 80, pH, and $K_2HPO_4$ significantly affected the esterase production of strain B1. Tween 80, pH, and $K_2HPO_4$ were further optimized by central composite design. Under the optimized conditions (w/v, soluble starch 2.5%, tryptone 1.5%, Tween 80 0.8%, $K_2HPO_4$ 0.5%, NaCl 0.5%, pH 8.0, inoculum size 1%, and inoculum age 24 h), the maximum esterase activity of strain B1 was 152.13 U/ml, which was 10-fold higher than that of non-optimization after 36 h cultivation.

• ALGAE
• /
• 제37권2호
• /
• pp.175-183
• /
• 2022

Polar microorganisms produce physiologically active substances to adapt to harsh environments, and these substances can be used as biomedical compounds. The green microalga Micractinium variabile KSF0031, which was isolated from Antarctica, produced phytol, a natural antimicrobial agent. Furthermore, several polyunsaturated fatty acids (PUFAs), including omega-3, exhibit antioxidant properties. Here statistical methods (Plackett-Burman design and Box-Behnken design) were used to optimize the culture medium of KSF0031 to improve biomass production, and K₂HPO₄, MgSO₄·7H ₂O, and ammonium ferric citrate green (AFCg) were selected as significant components of the culture medium. Changes in the concentration of K₂HPO₄ and MgSO₄·7H ₂O as positive factors and AFCg as a negative factor affected cell growth to a remarkable degree. The biomass production in a 100 L culture using the optimized medium for 24 d at 18℃ was improved by 37.5% compared to that obtained using the original BG-11 medium. The quantities of PUFAs and phytol obtained were 13 mg g^-1 dry cell weight (DCW) and 10.98 mg g^-1 DCW, which represent improved yields of 11.70% and 48.78%, respectively. The results of this study could contribute to an improved production of phytol and fatty acids from Antarctic microalgae in the biomedical industry.

• 생명과학회지
• /
• 제28권5호
• /
• pp.577-586
• /
• 2018

본 연구는 전보의 블루베리로부터 분리하여 프로바이오틱스 특성이 우수한 Lactobacillus brevis SBB07의 기능성에 관한 연구에 이어, 산업적 적용을 위한 배양 시간, 배양용 배지의 성분 및 농도, 초기 pH, 배양 온도의 영향 등을 조사하였다. SBB07의 균체량 증진을 위한 배지 최적화를 수행하였고 이를 위해 통계적 방법인 Plackett-Burman design (PBD)와 central composite design (CCD)를 이용하여 배지의 성분 및 최적 농도를 확인하였다. PBD의 경우 탄소원 7종, 질소원 6종, 기타 미량 원소 6종을 이용 총 19가지 요소를 적용하였으며, 이 중 protease peptone, corn steep powder (CSP), yeast extract가 SBB07의 균성장에 중요 인자로 확인하였다. PBD에서 선정된 3가지 인자를 CCD에 적용하였으며 이를 통해 균체 성장을 위한 최적 농도로 protease peptone 2.0%, CSP 2.5%, yeast extract 2.0%로 이때 최대 균체량은 2.93963 g/l가 예측되었다. 모델의 검증 실험을 통해 예측 모델과 실제 결과가 동일함을 확인하였으며, 확립된 최적 배지를 사용하여 배양 온도 및 초기 pH에 따른 영향을 조사한 결과 기본배양조건과 비교하였을 때 $37^{\circ}C$, 초기 pH 8.0에서 균체량이 $2.2933{\pm}0.0601g/l$에서 $3.85{\pm}0.0265g/l$로 약 1.68배 증가함을 확인하였다. 따라서, 본 연구를 통해 프로바이오틱스 소재로서 우수한 기능성을 갖는 L. brevis SBB07의 배양 조건 확립을 통해 향후 소재의 산업화를 위한 기반을 확립하였다.

• 생명과학회지
• /
• 제29권8호
• /
• pp.861-870
• /
• 2019

본 연구에서는 경제성 있는 생물학적 만니톨 고생산을 위해 선별균주의 만니톨 생산 최적화 배지조성을 RSM 방법을 이용하여 확립하고자 하였다. 먼저 김치로부터 분리된 10균주의 만니톨 생산량과 과당으로부터 만니톨 전환율 분석을 통하여 SRCM201425 균주를 선발하였으며, 선발균주는 16S rRNA 유전자 염기서열과 당 발효 분석을 통하여 Leuconostoc mesenteroides로 동정하였다. Plackett-Burman design (PBD)을 이용하여 만니톨 생산에 영향을 주는 배지 인자를 선별하기 위해 총 11개의 탄소원, 질소원, 무기원소의 영향을 조사하였으며, 통계학적 분석을 통하여 최종적으로 fructose와 sucrose, peptone을 선정하였다. 만니톨 생산을 위한 선별된 각 변수의 최적 농도를 결정하기 위한 방법으로 central composite design (CCD)과 반응표면 분석법을 이용하였으며, 최종적으로 CCD를 통해 만니톨 생산을 위한 배지 조성의 최적 농도는 fructose 38.68 g/l, sucrose 30 g/l, peptone 39.67 g/l으로 예측되었으며, 통계학적 분석을 통해 실험모델의 적합성을 확인하였다. 최종적으로 MRS 배지에서의 생산량의 약 20배의 만니톨을 생산할 수 있었으며, 100 g/l의 fructose가 포함된 MRS 배지 대비 97.46%의 만니톨을 생산하면서, 산업화시 기존 배지 대비 생산비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 예상되었다. 본 연구를 통하여 만니톨 생산을 위한 배지 조성의 최적화를 확립하였으며, 만니톨을 생산하기 위한 방법으로 주로 사용되고 있는 고비용의 촉매환원 방법을 대체할 방법을 제시할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 미생물학회지
• /
• 제54권4호
• /
• pp.384-397
• /
• 2018

본 연구는 전통 발효식품에서 반려동물의 사료 및 보조식품 등에 사용될 수 있도록 안전성 확보와 프로바이오틱스 활성 등 기능성을 갖춘Bacillus 속 균주를 선발하고자 하였다. 전국에서 수집한 전통 장류에서 약 300종의 분리주를 확보하였고, Bacillus cereus가 생성하는 구토와 설사 독소 유전자 6종, ${\beta}$형 용혈성, 발암 관련 효소 3종 등을 보유하지 않거나 생성하지 않는 4종의 균주를 선별하였다. 4종의 분리주를 대상으로 항생물질 유전자 보유 여부, 세포 표면 소수성, 항생제 감수성과 당 이용성 등을 분석하였고, 최종적으로 항생물질 생성 유전자 3종을 모두 보유하고, 혈전 용해 및 세포 표면 소수성이 가장 우수한 SRCM 100731을 선정하였다. 최종 선별된 SRCM 100731의 16S rRNA 염기서열 분석 결과 Bacillus amyloliquefaciens로 동정 되었으며, 펫 사료 및 식품 등 산업적 적용을 위하여 균체 성장 최적화를 수행하였다. SRCM 100731의 배지 성분 선별을 위하여 Plackett-Burman design (PBD)을 사용하였으며, 최적 성장을 위한 배지 성분으로는 molasses와 sodium chloride, potassium chloride가 예측되었다. PBD를 통해 선정된 배지 성분의 농도를 최적화하기 위하여 central composite design (CCD)을 사용하였으며, 실험 결과 7.0% molasses, 1.1% sodium chloride, 0.5% potassium chloride로 예측되었다. 이때 최대 균체량은 12.6625 g/L로 예측되었으며, 최종적으로 실험 모델의 예측값과 실 측정값이 $12.6625{\pm}0.0658g/L$로 오차 범위내의 결과를 나타내어 실험 모델의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 이는 실험 모델에 의해 예측된 최적 배지 사용 시 최적화 이전 배지에서의 균체량($1.8273{\pm}0.0214g/L$) 대비 약7배로 균체량이 증가함을 확인할 수 있었다. 향후 B. amyloliquefaciens SRCM 100731의 제품 개발 등 후속 연구의 진행이 필요하나 본 연구를 통해 산업 적용이 가능한 프로바이오틱스 소재의 발굴 및 산업화 배양 조건이 확립 되었으므로 앞으로 성장하고 있는 반려동물 산업에 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

• 생명과학회지
• /
• 제32권11호
• /
• pp.872-881
• /
• 2022

본 연구에서는 토양으로부터 분리한 Indole-3-acetic acid (IAA) 고생산 균주인 Pantoea agglomerans SRCM 119864의 IAA 생산량을 증가시키기 위해 반응표면분석법을 활용하여 배지 조성 최적화를 수행하였다. Plackett-Burman design (PBD)을 이용하여 전구체인 L-tryptophan 이외의 IAA 생산에 영향을 주는 배지 성분 11개의 영향을 조사하였으며, 통계학적 분석을 통해 IAA 최적생산을 위한 배지 인자로 sucrose, tryptone, sodium chloride를 선정하였다. PBD에서 선정된 3가지 인자와 L-tryptophan의 농도 최적화를 수행하기 위해 적은 실험수로도 최적값을 분석할 수 있는 hybrid design을 설계하였다. 실험 모형에서 예측한 P. agglomer- ans SRCM 119864 균주의 IAA 최적 생산을 위한 배지 조성과 농도는 sucrose 13.38 g/l, tryptone 18.34 g/l, sodium chloride 9.71 g/l, L-tryptophan 6.25 g/l로 분석되었으며, 이때의 IAA 생산량은 64.34 ±1.07 mg/l로 예측되었다. ANOVA 분석을 통하여 실험 모형의 통계학적 유의성과 적합성을 검증하였으며, 설계한 최적 조성배지에서 모델 검증실험을 수행하여 IAA 생산량을 측정한 결과, 예측된 IAA 생산량과 매우 유사함을 확인하였으며, 최종 최적화 수행을 통해 IAA 생산량을 기본 배지 대비 44.56% 증가시켰다. 본 연구를 통하여 토양에서 IAA를 고생산하는 균주를 선별하여 배지 조성 최적화를 수행하였으며, 이를 바탕으로 지속가능한 농업 및 작물 생산량 증대를 위한 산업화 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• KSBB Journal
• /
• 제22권5호
• /
• pp.288-296
• /
• 2007

콜레스테롤 저하제이자 고지혈증 치료제의 하나인 모나콜린-K (lovastatin)의 생산을 높이기 위하여 플라스크 배양에서 생산배지 최적화를 위한 실험을 수행하였다. 기본생산배지에 탄소원, 무기인산염, 아미노산원과 무기원에 대한 영향을 조사하였다. 각각의 원소에 대해 모나콜린-K를 가장 많이 생산한 순서대로 3가지를 선별하여 Graeco-Latin square design에 의해 생산배지의 종류와 농도를 결정하였다. 하지만 상기 실험은 각 배지간의 교호작용을 검출할 수 없어서 모나콜린-K 생산에 대한 재현성이 떨어졌다. 따라서 탄소원, 질소원과 질소원의 농도에 대한 실험을 보완하였다. 통계학적 실험계획법인 Plackett-Burman design에 의해 배지 중 beef extract, $(NH_4)_2HSO_4$와 $KHSO_4$가 모나콜린-K 생산에 가장 영향력 있는 인자로 분석되었으며, 영향력이 있는 3가지 배지에 대해 배지 사이의 교호작용까지 분석할 수 있는 실험계획법인 중심합성계획법과 반응표면 분석법을 이용하여 생산배지를 최적화 하였다. 모나콜린-K 고생산을 위한 배지와 최적화된 농도 (g/L)는 soluble starch 96, malt extract 44.5, beef extract 30.23, yeast extract 15, $(NH_4)_2SO_4$ 4.03, $Na_2HPO_4{\cdot}12H_2O$ 0.5, L-Histidine 3.0과 $KHSO_4$ 1.0이며, 기본생산배지에서의 생산량보다 약 3배 증가한 558.96 mg/L의 생산을 보였다. 생물반응기에서 교반속도가 모나콜린-K 생산에 미치는 영향을 조사하기 위하여 기본생산배지를 이용하여 300, 350, 400과 500 rpm에서 실험을 수행하였다. 교반속도 500 rpm에서 68 mg/L으로 가장 높은 생산을 보였으며, 이 때 균의 형태구조는 300, 350과 400 rpm에서 펠��과 균사체가 공존하는 것과는 다르게 펠�� 형태로만 자라는 것이 확인 되었으며, 생물반응기를 이용하여 발효 시 펠�� 형태가 모나콜린-K 생산에 가장 좋은 형태구조임을 알 수 있었다. 확립된 최적생산배지를 이용하여 400 rpm, 1 vvm과 3% 초기 접종량에서 pH를 6.5로 조절한 경우 185 mg/L의 가장 높은 모나콜린-K가 생산 되었으며, 이때 균체량은 32 g/L를 나타내었다.

• 한국유기농업학회지
• /
• 제25권1호
• /
• pp.135-148
• /
• 2017

본 연구를 통해 논, 시설재배 밭 토양, 쓰레기장, 하천 및 호수의 퇴적 토양 등 22개소에서 분리한 총 6종의 광합성세균 중 호기 암 배양이 가능한 Rhodobacter sphaeroides PS-24를 분리하였다. 형태학적 특징으로는 그람음성의 막대모양으로, 운동성이 있었다. 분리균주의 16S rRNA 염기서열을 분석한 결과 Rhodobacter sphaeroides ATH2.4.1과 99%의 상동성을 나타내었으며, 본 연구에서 Rhodobacter spharoides PS-24로 명명하여 연구를 수행하였다. 선별균주를 modifed Van niel's yeast 배지에서 배양 후 생성된 carotenoid를 추출한 결과 $12.03{\pm}0.15mg/L$의 함량이 측정되었으며, 반응표면분석법 중 Plackett burman 분석방법과 Box-Behnken 분석방법을 통해 carotenoid 생산에 영향을 미치는 요인을 분석하고 농도를 최적화하였다. 분석결과 각각의 독립변수 yeast extract -0.4144 (1.23 g/L), $Na_2CO_3$ 0.8541 (3.71 g/L)와 $MgSO_4$ 1.00 (1.00 g/L)의 농도를 선정하였으며, 이를 바탕으로 배지 조성을 최적화한 결과 yeast extract 1.23 g, sodium acetate 1 g, $NH_4Cl$ 1.75 g, NaCl 2.5 g, $K_2HPO_4$ 2 g, $MgSO_4$ 1.0 g, mono-sodium glutamate 7.5 g, $Na_2CO_3$ 3.71 g, $NH_4Cl$ 3.5 g, $CaCl_2$ 0.01 g/ liter로 선정하였다. 최적배지를 대상으로 5 L, 50 L, 500 L scale-up을 진행한 결과 최종 carotenoid는 각각 17.98 mg/L, 18.03 mg/L, 18.11 mg/L로 조사되었다. 최적배지의 경우 modified Van niel's yeast 배지보다 약 1.5배 많은 carotenoid를 생산하였으며, 대량배양을 통한 scale-up 과정 시 carotenoid의 생산량은 크게 변화하지 않는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구를 바탕으로 산업적으로 다양하게 사용되고 있는 carotenoid를 생산하는 광합성세균 Rhodobacter spharoides PS-24를 개발하였으며, 본 연구를 바탕으로 유기농축산에 사용이 가능한 기능성 미생물제제를 개발하고자 한다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제27권5호
• /
• pp.965-974
• /
• 2017

The single-chain variable fragment (scFv) against lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1 (LOX-1) is a promising molecule for its potential use in the diagnosis and immunotherapy of atherosclerosis. Producing this scFv in several milligram amounts could be the starting point for further engineering and application of the scFv. In this study, the abundant expression of the anti-LOX-1 scFv was attempted using Escherichia coli (E. coli) and Brevibacillus choshinensis (B. choshinensis). The scFv had limited soluble yield in E. coli, but it was efficiently secreted by B. choshinensis. The optimized fermentation was determined using the Plackett-Burman screening design and response surface methodology, under which the yield reached up to 1.5 g/l in a 5-L fermentor. Moreover, the properties of the scFvs obtained from the two expression systems were different. The antigen affinity, transition temperature, and particle diameter size were 1.01E-07 M, $55.2{\pm}0.3^{\circ}C$, and 9.388 nm for the scFv expressed by B. choshinensis, and 4.53E-07 M, $52.5{\pm}0.3^{\circ}C$, and 13.54 nm for the scFv expressed by E. coli. This study established an efficient scale-up production methodology for the anti-LOX-1 scFv, which will boost its use in LOX-1-based therapy.