• KSBB Journal
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• 제20권3호
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• pp.215-219
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• 2005

Bacillus clausii I-52에서 생산되는 염기성 단백질 분해효소를 통계학적 방법을 이용하여 최적화하였다. 7개의 배지성분 중 Plakett-Burman 방법을 이용하여 단백질 분해효소 활성에 영향을 주는 3개의 성분을 선택했고, 또 영향을 주는 농도 범위를 Box-behken 방법에 의해 결정했다. 세 성분을 포함하는 염기성 단백질 분해효소의 생산 함수식을 구했고 이로부터 최적조건을 표면반응분석법을 이용해서 계산했다. 이에 근거한 이론적 최대 생산 활성 (Wheat flour: 0 g/l, Sodium citrate: 5 g/l, Sodium carbonate: 10 g/1)일 때 74000 U/mL의 결과를 얻었다. 실제 최적 배지를 이용한 실험에서는 92000 U/mL의 염기성 단백질 분해효소를 보였다. 최적화 이전 경우 생산량은 49000 U/mL로서 $90\%$의 증가율을 보였다.

• 생명과학회지
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• 제26권5호
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• pp.571-583
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• 2016

바이오제닉 아민은 주로 발효식품에 존재하는 미생물에 의해 발생하며, 종종 사람의 체내에서 심각한 독성을 나타내기도 한다. 따라서 바이오제닉 아민 비생성 균주의 선별을 위하여 순창군에서 제조된 전통 장류 200여 종으로부터 620종의 다양한 미생물을 분리하였고, 이중에서 다양한 생리활성 분석 및 바이오제닉 아민 생성여부를 조사하여 최종적으로 바이오제닉 아민 비생성 균주로써 Bacillus subtilis SCJ1을 선별하였다. 최종 선별한 SCJ1의 생화학적 특성과 16S rRNA 염기서열 분석을 통하여 Bacillus subtilis SCJ1로 명명하였다. Bacillus subtilis SCJ1의 산업적 적용이 가능한 최적배지 조성을 확립하기 위해 먼저 SCJ1균체 성장을 조사하였으며, 이를 기반으로 통계학적 방법인 반응표면 분석법을 사용하여 최적화를 수행하였다. 실험계획법은 배지 조성 성분의 선별을 위해 Plackett-Burman design을 사용하여 모델을 설정하였다. 실험 모델을 통하여 선별된 배지 성분으로는 molasses, yeast extract, peptone으로 예측되었으며, 배지조성에 대한 최적 농도를 설정하기 위해 중심합성계획법을 사용하여 최적화를 수행하였다. 최종적으로 예측된 배지 성분의 농도는 molasses 27.5 g/l, yeast extract 7.5 g/l, peptone 17.5 g/l로 예측되었고, 이때의 최대 균체량은 2.03704 g/l로 예측되어 모델의 검증실험을 통한 예측 모델과 실제 결과가 동일함을 확인하였다. 또한, 기본 배지와 균체량을 비교하였을 때 1.32 g/l에서 1.9722 g/l로 약 49.4% 증가하였고, 효소활성과 항균활성 또한 증가함을 확인하였다.

• 미생물학회지
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• 제51권1호
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• pp.48-60
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• 2015

순창군에서 제조된 전통 장류로부터 612종의 다양한 미생물을 분리하였고, 612종의 미생물 중에서 생리활성 분석 및 biogenic amine 생성여부를 조사하여 최종적으로 Bacillus subtilis SCJ4를 선별하였다. 최종 선별한 균주 SCJ4의 생화학적 특성과 16S rRNA 염기서열 분석에 의해 B. subtilis SCJ4로 명명하였으며, B. subtilis SCJ4의 산업적으로 사용이 적합한 최적배지조성을 확립하기 위하여 통계학적 방법인 반응표면 분석법을 사용하였다. 실험계획법은 배지조성을 예측하기 위해 Plackett-Burman design을 사용하여 모델을 설정하였다. 실험 모델을 통하여 선별된 배지 조성으로는 tryptone, peptone, $MgSO_4$로 예측되었으며, 배지조성에 대한 농도를 설정하기 위해 중심합성계획법을 사용하여 최적화를 수행하였다. 최종 예측된 배지 조성의 농도는 tryptone 15.35 g/L, peptone 12.235 g/L, $MgSO_4$ 3.5 g/L로 예측되었다. 이때 최대 균체량은 1.07497 g/L로 예측되었으며, 모델의 검증실험을 통하여 예측된 모델과 실제 결과가 동일함을 확인하였으며, 기본배양배지와 비교하였을 때 균체량이 0.8767 g/L에서 1.1222 g/L으로 약 28%증가하였다.

• KSBB Journal
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• 제23권6호
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• pp.463-469
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• 2008

본 연구에서는 홍국균 (Monascus pilosus)을 이용하여 이차대사 산물인 monacolin-K를 대량생산하기 위하여 탄소원 또는 질소원으로 콩 분말을 기질로 하여 배지를 최적화하고자 하였다. 생산 배지에서 탄소원으로 콩 분말을 적용한 실험에서는 soluble starch 대신에 콩 분말을 전량 또는 50% 대체하였을 경우 전 실험구간에서 monacolin-K 생산량이 대조구의 50% 미만으로 생산되거나 전혀 생산되지 않았다. Soluble starch 대신에 sucrose를 사용한 실험의 경우 monacolin-K와 건조균체량은 각각 262 mg/L, 31.6 g/L로 대조구의 218 mg/L, 30.2 g/L보다 생산량이 증가하였다. 따라서 생산배지의 탄소원으로 sucrose를 변경하였다. 생산배지의 질소원으로 사용하는 yeast extract (15 g/L), malt extract (40 g/L), beef extract (30 g/L) 대신에 3종류의 콩 분말로 대체 실험을 한 결과, 대조구에서 monacolin-K는 262 mg/L를 생산되었고, yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 사용한 실험구에서는 monacolin-K를 215 mg/L을 생산되어 가장 좋은 결과를 냈다. 따라서 생산배지에 yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 적용하기로 하였다. Plackett-Burman Design 실험계획법에 의한 실험결과 monacolin-K의 생산에 영향을 미치는 인자는 yeast extract, beef extract, (NH4)2SO4 순으로 영향을 주는 것으로 나타났다. Monacolin-K 생산에 영향을 미치는 주요인자 3가지로 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 수행한 결과 최적배지 조성은 sucrose 96 g/L, DSM 7.5 g/L, yeast extract 8.4 g/L, $(NH_4)_2SO_4$ 12.0 g/L, malt extract 40 g/L, beef extract 26.7 g/L, $Na_2HPO_4$ 0.5 g/L, L-Histidine 3.0 g/L, $KHSO_4$ 1.25 g/L 이고, monacolin-K 생산 예상량은 369.9 mg/L 이었다. 최적배지를 이용하여 홍국균을 $27^{\circ}C$, 200 rpm 조건에서 플라스크 배양 한 결과 monacolin-K 생산량과 건조균체량은 각각 418 mg/L, 27.1 g/L이었다. 결과적으로 monacolin-K 생산과 균체량의 감소 없이 콩 분말을 이용한 배지성분의 변화는 어느 정도 가능함을 알 수 있었다. 현재 알려진 고가의 질소원을 대체하기 위해서는 초기부터 균의 형태구조에 영향을 미치는 배지와 발효환경을 고려하여야 할 것으로 판단되었다.

• KSBB Journal
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• 제22권5호
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• pp.305-312
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• 2007

가능한 한 대량의 균주를 테스트하여 고생산성을 지닌 균주를 신속히 선별하기 위해서는 소규모 액상배양 방법의 확립이 필수적인데, 강력한 지질저하제인 monacolin-K의 생산균주인 균사형성 Monascus의 경우 포자나 균사체의 형성이 활발하지 않은 배양 생리적 특성으로 인해 소규모 (miniature) 액상배양이 매우 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 monacolin-K 고생산성 균주개량의 효율성을 큰 폭으로 증가시키고자, 기존의 플라스크 액상배양 방법을 소규모화시킨 tube 배양 방법을 개발함으로써 단기간에 보다 많은 양의 균주를 테스트하고자 하였다. 이차대사산물인 monacolin-K의 생합성은 각각의 배양단계에서의 생산균주의 배양형태가 중요한데, 특별히 최종 생산배양에서 생산성 증가에 심각한 영향을 미치는 배양형태인 직경 1 mm 이하의 pellet 모양을 유도하기 위해서는 성장배양 시에 반드시 고농도의 균사모양이 유도되어야 하는 것으로 관찰되었다. 50 ml tube (7 ml의 조업부피)를 이용하는 소규모 액상 성장배양의 경우 solid seed 배양 단계에서의 포자형성배지의 조성을 통계적 방법을 통해 최적화하고, 또한 성장배지 성분에 brown rice 가루 20 g/L를 첨가할 때, 원하는 균사모양의 배양형태가 유도됨을 확인할 수 있었다. 한편 7 ml의 조업부피의 tube를 이용한 소규모 성장배양 방법의 개발로 인해, 기존의 flask 배양을 이용할 때보다 단기간에 훨씬 많은 변이주의 생산성을 조사하게 되어 균주개량 속도를 큰 폭으로 향상시킬 수는 있었으나, 선별된 개별 균주의 monacolin-K의 생산성은 오히려 전체적으로 감소하는 경향을 보여 주었다. 이러한 결과는 소규모 배양방법을 확립하기 위해 새로이 개발한 포자형성배지와 성장배지의 조성변화로 인해 기존에 확립된 생산배지에서는 생산균주의 monacolin-K 생합성 능력이 최대로 발휘되지 않았기 때문에 발생한 것으로 판단되었다. 따라서 본 연구를 통해 확립된 소규모 성장배양에 적합한 최적의 생산배지 조성을 확립하고자 통계적 방법인 Plackett-Burman design을 적용하여 monacolin-K 생산성 향상에 영향을 주는 glycerol, malt extract, yeast extract, brown rice의 4가지 성분들을 최종 선별하였고, 또한 이들의 최적농도 결정을 위해 반응표면분석 실험을 수행하였다. 이와 같이 결정된 최적 생산배지를 사용하여 생산배양을 수행한 결과, monacolin-K의 생산성이 2배 이상 증가하고, 배양 형태 또한 용존산소와 영양분의 전달이 매우 용이한 직경 1mm 이하의 pellet 모양을 유지함을 확인할 수 있었다.

• 생명과학회지
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• 제22권5호
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• pp.575-581
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• 2012

본 연구는 가축용 생균제로서 이용성이 우수한 $Lactobacillus$ $plantarum$과 $Lactobacillus$ $reuteri$의 대량생산을 위한 경제적 최적 배지조성을 도출하기 위하여 수행되었다. 두 균주의 배양을 위한 배지성분 요인들은 유산균 배지로 알려진 MRS broth를 기준으로 하여, sucrose, glucose, molasses, yeast extract, corn steep liquor, soy peptone, dipotassium phosphate, manganese chloride, magnesium chloride, tween 80, sodium chloride, sodium acetate, ammonium citrate, sodium sulphate 및 ferrous sulphate 등 총 15가지를 선택하였다. 각 배지성분들이 각 균주들의 세포성장에 미치는 요인분석은 20개의 실험으로 구성된 Plackett-Burman design 방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과 $L.$ $plantarum$의 성장에 있어서는 sucrose, glucose, molasses, yeast extract, corn steep liquor, soy peptone, sodium acetate, ammonium citrate 등이 긍정적인 효과(positive effect)를 나타내었다. $L.$ $reuteri$의 경우, yeast extract, soy peptone, $K_2PHO_4$, tween 80에서 수준간의 격차가 큰 긍정적인 효과가 나타났다. 두 가지 균주들에서 얻어진 표준화된 통합적 효과의 주 효과를 분석한 결과, sucrose, yeast extract, soy peptone에서 긍정적인 효과가 나타났다. 최종적으로 $L.$ $plantarum$과 $L.$ $reuteri$ 두 균주에 공통적으로 적용할 수 있는 유효 배지 성분들로 sucrose (20.0 g/l), glucose (5.0 g/l), soy peptone (11.0 g/l), yeast extract (5.0 g/l), $K_2PHO_4$ (0.2 g/l), $CH_3COONa$ (2 g/l) 및 $MgCl_2$ (0.02 g/l)를 선택하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제18권12호
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• pp.1903-1907
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• 2008

Prodigiosin is a natural red pigment with algicidal activity against Cochlodinium polykrikoides, a major harmful red-tide microalga. To increase the yield of prodigiosin production by Hahella chejuensis KCTC 2396, significant medium components were determined using a two-level Plackett-Burman statistical design technique. Among 12 components included in basal medium, $NaHCO_3$, ${Na}_{2}{SiO}_{3}$, ${NH_4}{NO_3}$, ${Na}_{2}{SO}_{4}$ and $CaCl_2$ were determined to be important for prodigiosin production. The medium formulation was finally optimized using a Box-Behnken design as follows: 1% sucrose; 0.4% peptone; 0.1 % yeast extract; and (g/l): NaCl, 20.0; ${Na}_{2}{SO}_{4}$, 9.0; $CaCl_2$, 1.71; KCl, 0.4; and (mg/l): ${H_3}{BO_3}$, 10.0; KBr, 50.0; NaF, 2.0; $NaHCO_3$, 45.0; ${Na}_{2}{SiO}_{3}$, 4.5; ${NH_4}{NO_3}$, 4.5. The predicted maximum yield of prodigiosin in the optimized medium was 1.198 g/l by the Box-Behnken design, whereas the practical production was 1.495 g/l, which was three times higher than the basal medium (0.492 g/l).

• 한국축산식품학회지
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• 제30권5호
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• pp.764-772
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• 2010

Staphylococcus aureus lipase is regarded as a virulence factor. The response of lipase activity to various factors can provide important insights concerning the prevention of S. aureus during meat fermentation. This study was conducted to evaluate the main effects of nutrients used in culture media, and their combined effects on the inhibition of lipase activity and cell growth of pathogenic S. aureus SK1593 isolated from fermented pork meat. A Plackett-Burman design was used to evaluate the main effects of variables, including olive oil, soybean oil, grapeseed oil, sesame oil, $CuSO_4$, $MgCl_2$, $KNO_3$, $CaCl_2$, and KCl. Significant negative effects on lipase activity were detected with soybean oil, grapeseed oil, $KNO_3$, and $CaCl_2$. Additionally, these nutrients were further selected as variables for the investigation of their combined effect on lipase activity, via response surface methodology. In order to confirm the regression model, a situation that only inhibits lipase activity was simulated. The predicted lipase activity and cell growth of the simulated situation were 14.0 U/mL and $9.6\;{\log}_{10}$ (CFU/mL), respectively, and the estimated value of those in the same medium showed 15.14 U/mL and $9.4\;{\log}_{10}$(CFU/mL) respectively. The lipase activity of the simulated medium was inhibited approximately 5-fold as compared to the basal medium, but no significant differences in cell counts were noted to exist between the basal and simulated media. These results suggest that soybean oil, grapeseed oil, $KNO_3$, and $CaCl_2$ can be used to inhibit the growth of pathogenic S. aureus during the process of meat fermentation.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권4호
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• pp.378-386
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• 2009

A sequential optimization strategy, based on statistical experimental designs, is employed to enhance the production of alkaline protease by a Bacillus pseudofirmus local isolate. To screen the bioprocess parameters significantly influencing the alkaline protease activity, a 2-level Plackett-Burman design was applied. Among 15 variables tested, the pH, peptone, and incubation time were selected based on their high positive significant effect on the protease activity. A near-optimum medium formulation was then obtained that increased the protease yield by more than 5-fold. Thereafter, the response surface methodology(RSM) was adopted to acquire the best process conditions among the selected variables, where a 3-level Box-Behnken design was utilized to create a polynomial quadratic model correlating the relationship between the three variables and the protease activity. The optimal combination of the major medium constituents for alkaline protease production, evaluated using the nonlinear optimization algorithm of EXCEL-Solver, was as follows: pH of 9.5, 2% peptone, and incubation time of 60 h. The predicted optimum alkaline protease activity was 3,213 U/ml/min, which was 6.4 times the activity with the basal medium.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제11권4호
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• pp.288-292
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• 2006

Through statistically designed experiments, lysis agents were optimized to effectively disrupt bacterial cells in a microfluidic device. Most surfactants caused the efficient lysis of Gram-positive microbes, but not of Gram-negative bacteria. A Plackett-Burman design was used to select the components that increase the efficiency of the lysis of the Gram-negative bacteria Escherichia coli. Using this experimental design, both lysozyme and benzalkonium chloride were shown to significantly increase the cell lysis efficiency, and ATP was extracted in proportion to the lysis efficiency. Benzalkonium chloride affected the cell membrane physically, while lysozyme destroyed the cell wall, and the amount of ATP extracted increased through the synergistic interaction of these two components. The two-factor response-surface design method was used to determine the optimum concentrations of lysozyme and benzalkonium chloride, which were found to be 202 and 99 ppm, respectively. The lysis effect was further verified by microscopic observations in the microchannels. These results indicate that Gram-negative cells can be lysed efficiently in a microfluidic device, thereby allowing the rapid detection of bacterial cells using a bioluminescence-based assay of the released ATP.