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자료유형
학술저널
저자정보
김수연 (강원대학교) 전계택 (강원대학교)
저널정보
한국미생물생명공학회 한국미생물·생명공학회지 한국미생물·생명공학회지 제48권 제3호
발행연도
2020.1
수록면
344 - 357 (14page)

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Streptococcus zooepidemicus 유래의 세포외 고분자물질인히알루론산(hyaluronic acid) (HA)을 대량 생산하기 위해, 균주 개량, 생산배지 및 배양공정 개발에 관한 연구를 수행하였다. HA 고생산성 변이주를 선별하기 위해 약 99%의 사멸률을 보이는 ethylmethane sulfonate (EMS) 처리조건을 적용해서, 지속적인 random screening 방법으로 고생산성, 고안정성의 변이주들을 선별할 수 있었다. HA를 고농도로 생산하기 위해서는, 이 균주의 생화학 및 배양생리적 특성에기반한 최적 배지개발이 필수적이라고 판단하여, one-factorat- a-time (OFAT), full factorial design (FFD), steepest ascent method (SAM) 및 response surface method (RSM) (반응표면분석법)을 순차적으로 적용하여 통계적 배지 최적화실험을 수행하였다. 최적 배지조성에서 플라스크 배양에 의한 HA 생산성은 5.38 g/l로서, 이전 배지(3.54 g/l)에 비해 약52% 향상된 생산량을 얻을 수 있었다. 또한 선별된 우량균주와 최적화된 생산배지를 이용하여 5 L 발효조에서 배양공정 최적화 연구를 수행하였다. 이 균주의 생리학적 특성을고려할 때, HA 생산성을 높이기 위해서는 (배양 중 HA 축적으로 인해 고점도를 띠는) 배양액으로의 충분한 용존산소공급이 매우 중요한 요인인 것으로 판단되었다. 따라서 용존산소 공급과 밀접하게 관련있는 발효조의 교반시스템(교반날개 종류, 크기 및 배치 등) 및 교반속도에 대한 최적화 연구를 수행하였다. 그 결과, 교반축 하부에는 Rushton turbine-type, 상부에는 marine-type의 확장된 교반날개(기존 대비 직경 1.3배 확장)가 설치된 경우, 450 rpm에서 강화된 혼합력과 충분한 용존산소 공급으로 인해 HA 생산성이기존 플라스크 배양 대비 약 1.8배(9.79 vs. 5.38 g/l) 더 높은것으로 확인되었다. 최종적으로 HA 배양공정의 scale-up 가능성을 확인하기 위해, pilot 규모의 50 L 발효조 배양을 최대 300 rpm의 교반속도에서 수행하였다. 처음으로 시도한50 L 배양임에도 불구하고, HA 최대 생산성 면에서 볼 때, 5 L 발효조 결과와 거의 동일한 수준(98.5%) (9.11 vs 9.25 g/l) 의 생산량을 얻을 수 있었다. 반면 지수기 성장단계인 배양15시간까지의 50 L 배양의 HA 평균생산속도(rp)는 0.46 g/ l/hr로서 0.62 g/l/hr인 5 L 배양 대비 약 74% 정도에 머무는것으로 나타났다. 따라서 생산 발효조의 scale-up 시, 생산균주의 전단응력 민감성(shear damage)을 함께 고려하면서, 산소전달계수(kLa)를 기반으로 하는 교반시스템에 대한 체계적인 연구가 진행된다면, HA 생산속도도 증가될 수 있는 긍정적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
#Hyaluronic acid #Streptococcus zooepidemicus #statistical medium optimization #agitation system #scale-up of bioreactor culture

목차

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Kogan G / 2007 / Hyaluronic acid : a natural biopolymer with a broad range of biomedical and industrial applications / Biotechnol. Lett 29:17~25 google schola 이송희 / 2016 / 히알루론산의 세계시장 동향과 전망 / Journal of Chitin and Chitosan 21(1):1~5 dbpia Shukla V / 2001 / Scale-up of biotransformation process in stirred tank reactor using dual impeller bioreactor / Biochem. Eng. J 8:19~29 google schola Grand view research / Hyaluronic Acid Market Size Worth $16.6Billion By 2027 | CAGR: 8.1% google schola Cheng F / 2016 / High-titer biosynthesis of hyaluronic acid by recombinant Corynebacterium glutamicum / Biotechnol. J 11:574~584 google schola

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