KR20030036008A - 자가충족 발효 배지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가용성 밀, 완두 및 감자로 이루어진 군으로부터, 바람직하게는 가용성 밀로부터 재생 원료 물질를 선택하는 단계, 상기 재생 원료 물질을 처리하여 상기 재생 원료 물질로부터 미생물에 의해 직접 동화가능한 탄소 및 질소 원을 유리시키는 단계, 및 이로부터 얻은 자가-충족 발효 배지를 회수하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 재생 원료 물질로부터 대사산물을 제조할 수 있는 자가충족 발효 배지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자가충족 발효 배지의 제조방법{Method for preparing a self-sufficient fermentation medium}
본 발명은 재생 원료 물질(renewable raw material)로부터 자가-충족(self-sufficient) 발효 배지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
좀 더 상세하게는, 본 발명은 대사산물의 제조를 위한 배지에 직접 사용할 수 있도록 재생 원료 물질을 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 "재생 원료 물질"은 값싸고, 정제되지 않은, 일반적으로 비독성이며, 질소 및 탄소 원이 풍부한 산업 음식 폐기물을 말한다. 좀 더 상세하게는, 상기 재생 원료 물질은 녹말 산업의 공동산물(coproduct)을 포함하며, 특히 밀, 완두콩 또는 감자 녹말 산업의 공동산물을 포함한다.
본 발명에서 "자가-충족 발효 배지"는 다른 영양분의 공급 없이 미생물의 성장에 필요하고, 목적하는 대사산물의 제조에 충분하게 필요한 모든 영양분을 함유하는 발효 배지를 말한다.
본 발명의 일면에 있어서, "대사산물"은 미생물에 의해 직접 동화가능한 탄소 원의 발효 루트에 의해서 전환되는 생산물을 말한다. 상기 대사산물은 유기산및 아미노산으로 이루어진 군으로부터, 바람직하게는 L-락틱 에시드, 글루코닉 에시드 및 시트릭 에시드와 같은 유기산, 및 L-리신 또는 L-트레오닌과 같은 아미노산으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일반적으로, 목적하는 대사산물 제조용 배지에 기초한 재생 원료 물질의 선택은 유용성, 단가 및 고생산성능에 의해 결정된다.
그러나, 발효 배지는 탄소 원 뿐만 아니라, 무기물 및 유기염이 첨가된 질소 원으로 구성되어야 한다.
"탄소 원"은 당밀, 밀, 옥수수, 쌀, 카사바, 또는 감자 녹말 가수분해산물로부터 얻어지지만, "직접 동화가능한 탄소 원"은 글루코스, 프락토즈, 말토즈, 수크로즈, 락토즈 및 덱스트린과 같은 상기 탄소 원으로부터 정련되거나 정제된 당인 것은 발효 업계의 당업자들에게 공지되어 있다.
"질소 원" 또는 단백질 영양소의 일례로는 이스트 추출물, 옥수수 침지액(corn steep liquor), 비변성 우유, 당밀, 고기 추출물 또는 콩(soya bean meal)이 있다. 그러나, 질소 원 뿐만 아니라 비타민 및 무기원소 보충물로서 이스트 추출물의 사용은 때때로 바람직하다.
대부분의 경우에 있어서, "직접 동화가능한 탄소 원", 즉 글루코스 또는 수크로스 및 이스트 추출물로 이루어지는 발효 배지는 락틱, 프로피오닉, 글루코닉 및 시트릭 에시드와 같은 유기산 및 이의 유사물, 리신과 같은 필수 아미노산 또는 상업적으로 주요한 다른 대사산물을 얻기 위한 발효과정과 같은 다수의 발효과정에 기본적으로 사용될 수 있다.
국제 공개공보 WO 98/54,351호에는 L-리신 제조용 배지의 제조에 있어서, 탄소 원이 스쿠로즈 뿐만 아니라, 당밀, 녹말, 및 옥수수 및 밀과 같은 다양한 원으로부터 얻어지는 녹말 가수분해물로 이루어진 군으로부터 선택됨을 개시하고 있다.
질소 원으로는 또한 이스트 추출물 또는 당밀, 단백질, 펩타이드 및 아미노산, 옥수수 침지액 또는 가용성 밀로 이루어진 군으로부터 선택된다.
유기산 분야에서 락틱 에시드의 제조방법의 일례로는 다음과 같다:
- 미국 특허 제5,416,020호에는 이스트 추출물이 2가 망간의 존재하에서 필수적으로 L-락틱 에시드를 생산하는델브루엑키아불가리아 유산 간균(Lactobacillus delbrueckiisub.bulgaricus)ATCC 55163의 돌연변이체와 함께 첨가되어 유장 침투물(whey permeate) 및 유장으로부터 L-락틱 에시드를 제조하는 방법이 개시되어 있다.
유장 침투물은 75 내지 80중량%의 락토오스를 함유하지만, 커다란 크기의 단백질을 함유하지 않는다. 따라서, 미생물의 성장에 필수적인 질소 원이 부족하기 때문에 이스트 추출물과 같은 보충물이 필요하다. 첨가되는 유장은 필수적으로 65 내지 75중량%의 락토오스를 함유한다.
그 다음, 상기 이스트 추출물은 상기 발효 배지에 유장 침투물 및 유장 그 자체로서는 충분히 공급되지 않은 영양소를 공급한다.
- 미국 특허 제4,467,034호에는 신규한불가리아 유산 간균DSM 2129를 이용하여 원료 물질인 유장으로부터 락틱 에시드를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 유장은 질소 원, 즉 고기 추출물, 옥수수 침지물 또는 콩 뿐만 아니라,비타민 및 무기질염이 보충되어야 한다.
이러한 조건 하에서, 상기 발효 배지를 사용하는데 있어서 질소/탄소 비율을 조절하고, 목적하는 미생물의 효율적인 제조를 위해 필수적인 보충물을 첨가하는 것이 요구된다.
이러한 배지는 또한 바이오매스(biomass)의 생산(예를 들어, 락틱 발효소(ferment)의 생산)에 사용되며, 또한 고려되는 미생물의 대사산물 요구에 기인하여 동일한 난점이 나타난다.
또한, 이러한 배지는 목적하는 동일한 대사산물에 있어서 산업적인 규모로의 생산을 예측할 수 없는 단점이 있다(조성물에 있어서 표준 배지를 갖는 난점 및 연속적인 정제 단계에 기인한 부수적인 비용).
따라서, 본 발명에서는 복잡한 여러가지의 값비싼 단계를 거치지 않고 목적하는 발효에 적합한 균형잡힌 발효 배지를 제조하기 위하여 발효 배지의 탄소와 질소 원, 및 이들의 조합물을 적절히 선택하여 간단하고 효율적인 방법으로 발효 배지를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
따라서, 본 발명자들이 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고 실제적인 이용에 있어서의 제한성을 극복하고자 연구 개발한 결과, 재생 원료 물질로부터 직접 자가-충족 발효 배지를 제조하는 방법에 착안하여 상술한 문제점들을 해결할 수 있음을 발견하였다.
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따라 재생 원료 물질로부터 대사산물을 제조할 수 있는 발효 배지의 제조방법은 다음과 같다:
- 가용성 밀, 완두 및 감자로 이루어진 군으로부터, 바람직하게는 가용성 밀로부터 재생 원료 물질를 선택하는 단계;
- 상기 재생 원료 물질을 처리하여 상기 재생 원료 물질로부터 미생물에 의해 직접 동화가능한 탄소 및 질소 원을 유리시키는 단계; 및
- 이로부터 얻은 자가-충족 발효 배지를 회수하는 단계;
로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법의 제1단계는 가용성 밀, 완두 및 감자로 이루어진 군으로부터, 바람직하게는 가용성 밀로부터 재생 원료 물질를 선택하는 단계로 이루어진다.
따라서, 본 발명에 따른 발효 배지의 제조방법은 필수적으로 비타민, 성장 인자 및 미량 원소의 첨가와 함께 개별적인 기원을 갖는 탄소 원 및 질소 원으로부터 주로 발효 배지의 조성물을 재구성해야 함으로써 종래기술의 통념을 극복할 수 있다.
전술한 바와 같이, 당해분야의 종래기술에 있어서 발효 배지의 조성은 우수한 수율 및 생산성으로 원하는 대사산물을 제조할 수 있어야 한다는 점이 고려되고 있다.
그러나, 이러한 요구는 생산하는 미생물의 요구조건에 따라 조절하는데 따르는 어려움 및 제조단가 상승 등의 불리한 단점이 있다.
따라서, 본 발명자들이 장기간에 걸쳐 다양한 연구를 거듭한 결과, 재생 원료 물질에서, 좀 더 상세하게는 밀, 완두 및 감자 녹말 산업의 잔유물에서, 실질적인 이용을 위해 발효 배지를 적합화시킬 수 있음을 발견하였다.
좀 더 상세하게는, 본 발명에서는 이러한 재생 원료 물질이 가용성 밀, 완두 및 감자로 이루어진 군으로부터 선택되어야 하는 반면, 통상적으로는 단지 발효 배지의 구성을 위한 질소 원과 같이 구성되도록 적합화된다는 점에서 상술한 종래기술의 통념과는 상충된다.
따라서, 이러한 가용물들은 본 발명에 따른 처리 후, 질소 원으로서 뿐만 아니라, 모든 주요 미생물의 발효에 충분하게 필수적인 탄소 및 미량 원소, 또는 비타민의 원으로서 직접 사용될 수 있다.
예를 들어, 가용성 밀은 젖은 밀 녹말 밀링과정에서 녹말의 분리로부터 얻어지는 밀 "B" 녹말의 분리 흐름(stream)으로부터 얻는다.
B 녹말 또는 2차 녹말은 주로 작은 녹말 과립 또는 파괴된 과립으로 필수적으로 구성된다.
이러한 B 녹말 뿐 아니라, 가용성 밀 또한 주요 미생물의 질소 원을 구성할 수 있는 상당량의 고분자량의 단백질을 함유하는 것으로 알려져 있다.
가용성 감자에 있어서, 이들은 녹말 추출 개시과정에서 감자를 분쇄함으로써 나오는 가용성 분획으로부터 회수되어 얻어진다.
가용성 완두는 완두 침지물로부터 얻어지며, 다양한 완두 구성성분을 분쇄하고 분리하기 이전에 회수된다.
본 발명에 따른 제2단계는 상기 재생 원료 물질로부터 미생물에 의해 직접 동화가능한 탄소 및 질소 원을 유리시키기 위해 상기 재생 원료 물질을 처리하는 단계로 이루어진다.
상기 재생 원료 물질은 탄소 또는 글루코스의 원으로서의 녹말, 및 고분자량의 단백질 뿐만 아니라, 질소 원으로서 유리 아미노산을 함유한다.
그러나, 몇 가지 미생물은 그들의 성장 및 주요 대사산물의 제조를 위한 분해에 필요한 효소 기재를 갖기 때문에 녹말 또는 고분자량의 단백질을 직접 동화시킬 수 있는 능력을 가지고 있는 반면, 다른 미생물들은 탄소 및 질소 원이 직접 동화가능하도록 처리되는 조건하에 두어야 한다.
따라서, 이러한 처리는 주요 미생물의 생리학에 따라 적합화되어야 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 예를 들어 아밀라제 결핍 미생물에 대해서 발효성 당은 적어도 60℃의 온도에서 가용물을 가열하고, 선택적으로 헤미셀룰라제, 펙티나제 및 사일라네이스(xylanases)로 이루어진 군으로부터 선택된 식물로부터 얻은 측막 다당류를 분해시킬 수 있는 효소를 사용하여 α-아밀라제 및 글루코아밀라제로 처리함으로써 상기 가용물로부터 유리된다.
본 발명의 제2실시예에 있어서, 고분자량의 단백질을 동화시킬 수 없는 미생물에 대해서, 동화가능한 아미노산 및/또는 펩타이드는 예를 들어 알카린 프로테아제 및 에시드 프로테아제로 이루어진 군으로부터 선택된 단백질분해성 효소로 처리함으로써 가용물로부터 유리된다.
알카린 프로테아제로의 처리는 건조량에 기초하여 1%의 사용량으로 60℃의 온도에서 6시간 동안 pH 7에서 수행되는 것이 바람직하다.
단백질 분해를 수행하는데 적합한 산 프로테아제는 췌액소, 트립신, 및 이의 유사물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
산 프로테아제로의 처리는 건조량에 기초하여 1%의 사용량으로 60℃의 온도에서 6시간 동안 pH 4.5에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 단백질분해 단계는 부가적으로 특정 미생물에서 활성 효과를 갖는 펩타이드를 형성한다.
마지막으로, 본 발명의 제3실시예에 있어서, 한편으로는 액화 및 당화, 다른 한편으로는 단백질분해에 의한 2가지 가용성 처리는 상기 가용물내에 존재하는 탄소 및 질소 원을 직접 동화시킬 수 없는 미생물에 의한 발효작용에 대해서 수행될 수 있다.
후술되는 바와 같이, 가용물의 미량 원소 또는 비타민의 함량은 우수한 다수의 발효작용에 대해 이점을 갖는다.
본 발명의 제3단계는 이로부터 얻은 자가-충족 발효 배지를 회수하여 발효과정에 직접 이용하는 것으로 이루어진다.
상기 자가-충족 발효 배지는 불용성 불순물을 제거하기 위하여 부가적인 미세여과 단계를 거치는 것이 좋다.
상기 단계는 불용성 불순물의 크기에 기공 크기를 맞춘 멤브레인상에서의 미세여과와 같은 당해분야에 공지된 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 따라서, 예를들어 0.14㎛의 멤브레인이 사용될 수 있다.
이러한 배지는 특히 락틱 에시드, 리신, 에타놀, 및 효소의 제조에 적합하며, 풀루란(pullulans) 및 덱스트란으로 이루어진 군으로부터 선택된 다당류의 제조에 유용하고, 예를 들어 락틱 발효소 또는 이스트 등에 관계되는 미생물의 개체군 제조에 유용하다.
본 발명에서는 또한 복잡한 고비용의 정제단계 없이 제조되는 대사산물을 회수할 수 있도록 상기 자가-충족 발효 배지를 이용하기 위한 특정 용액이 제공된다.
예를 들어, 가용성 밀을 사용하는 경우, B 녹말 또는 2차 녹말은 펜토산 및 리피드와 같은 불순물을 함유함이 공지되어 있다.
이러한 불순물 중 몇몇은 종래의 정제단계 및 탈염 처리 없이 이러한 녹말의 가수분해물에서 발견되며, 따라서 상기 B 녹말은 예를 들어 음식용 덱스트로즈의 제조에 부적합하다. 따라서 산업적 이용의 어려움이 이러한 "B" 녹말에 대해서 고려된다.
이러한 조건하에서, 본 발명에서는 자가-충족 발효 배지를 생산하기 위하여 상기 가용성 밀을 처리하는 방법을 개발하였을 뿐만 아니라, 대사산물에 과도한 정제방법이 요구되지 않도록 고품질의 대사산물을 제조하기 위한 용액을 제공한다.
상기 용액은 자가-충족 발효 배지의 함량을 감소시키고, 직접 동화가능한 탄소 원을 공급하여 수율 및 생산성의 손실 없이 선택된 미생물의 성장 및 대사산물을 제조하는데 필요한 양의 탄소를 공급한다.
그러나, 상기 자가-충족 발효 배지의 나머지 부분은 락틱 에시드 발효에 대해서 후술하는 바와 같이 질소, 무기염 및 비타민이 상기 미생물에 필수적으로 공급되도록 조절되어야 한다.
이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
밀 "B" 녹말의 분리 흐름으로부터 얻은 20중량%의 건조물을 함유하는 가용성 밀을 건조 중량에 기초하여 0.05%의 NOVO사의 α-아밀라제 TERMAMYL LC를 이용하여 60℃에서 12시간동안 가열하였다.
상기에서 처리된 가용성 밀로부터, 3가지 자가-충족 발효 배지, 즉 액화된 가용성 밀 녹말의 당화로부터 얻어진 제1산물(산물 A), 프로테아제로 액화된 가용성 밀의 처리로부터 얻어진 제2산물(산물 B), 상기 전술한 2가지 처리로부터 얻어진 제3산물(산물 C)이 얻어진다.
산물 A의 제조방법에 있어서, 액화된 가용물은 15 내지 20% 사이의 DM 함량이 되며, 건조 중량에 기초하여 GENENCOR사의 아밀로글루코시다제 OPTIDEX L 300A 0.5% 및 GENENCOR사의 헤미셀룰라제 SPEZYME CP 0.3%로 60℃에서 3시간 내지 5시간 동안 처리되어 발효성 당이 유리된다. 불용물질이 0.14㎛ 멤브레인상의 미세여과에 의해 제거된다.
본 발명에 따라 14.6%의 건조물 함량을 갖는 산물 A는 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는다.
산물 A
유리 글루코스 (건조 중량에 기초한 %) 55.4
프락토즈 (건조 중량에 기초한 %) 8.9
질소 (N 6.25) (건조 중량에 기초한 %) 6.4
염 (건조 중량에 기초한 %) 4.9
PO4(건조 중량에 기초한 %) 1.7
산물 B의 제조방법에 있어서, 액화된 가용물은 15 내지 20% 사이의 DM 함량(pH는 1N의 수산화 나트륨으로 7.5 내지 8 사이의 값으로 조절한다)이 되며, 건조 중량에 기초하여 ALCALASE Novo 0.2 내지 1중량%를 사용하여 4 내지 6시간 동안 60℃에서 처리된다. 이로부터 얻은 산물은 최종 pH가 6.5 내지 7이다. 불용성 물질은 0.14㎛ 멤브레인상의 미세여과에 의해 제거된다.
본 발명에 따라 14.8%의 건조물 함량을 갖는 산물 B는 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는다.
산물 B
전체 글루코스 (건조 중량에 기초한 %) 52.2
프락토즈 (건조 중량에 기초한 %) 7
질소 (N 6.25) (건조 중량에 기초한 %) 7
염 (건조 중량에 기초한 %) 5.2
PO4(건조 중량에 기초한 %) 1.5
산물 C의 제조방법에 있어서, 가용성 밀은 우선 상기 산물 A의 제조방법과 동일한 조건하에서 당화단계가 수행되며, 산물 B 제조시와 동일한 조건하에서 ALCALASE를 사용하여 처리된다. 불용성 물질은 0.14㎛ 멤브레인상의 미세여과에 의해 제거된다.
본 발명에 따라 18.4%의 건조물 함량을 갖는 산물 C는 하기 표 3에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는다.
산물 C
유리 글루코스 (건조 중량에 기초한 %) 42.4
프락토즈 (건조 중량에 기초한 %) 6.5
질소 (N 6.25) (건조 중량에 기초한 %) 10.9
염 (건조 중량에 기초한 %) 5.0
PO4(건조 중량에 기초한 %) 1.8
본 발명에 따른 세가지 가용성 밀에 기초한 자가-충족 발효 배지는 비극성 라디칼을 갖는 상당한 함량의 산성 아미노산 및 아미노산, 즉 각각 2250 및 1050㎎/㎏의 DM을 나타낸다.
실시예 2
가용성 감자로부터, 상기 실시예 1의 산물 A에서와 동일한 처리방법을 이용하여 다음과 같은 자가-충족 발효 배지 D를 얻는다.
하기 표 4에 상기 자가-충족 발효 배지의 프로파일을 나타내었다.
산물 D
유리 글루코스 (건조 중량에 기초한 %) 8
질소 (N 6.25) (건조 중량에 기초한 %) 25.3
염 (건조 중량에 기초한 %) 20.2
PO4(건조 중량에 기초한 %) 2
본 발명에 따른 상기 자가-충족 발효 배지상에서 제조된 아미노그램은 비극성 라디칼을 갖는 상당한 함량의 산성 아미노산 및 아미노산, 즉 각각 2730 및 1100㎎/㎏의 DM을 나타낸다.
또한, 이로부터 얻은 발효 배지는 비타민 B7(이스트 추출물이 통상적으로 함유하는 양의 4배 높은 함량) 및 비타민 B3가 풍부하다.
실시예 3
가용성 완두콩으로부터, 상기 실시예 1의 산물 A에서와 동일한 처리방법을 이용하여 다음과 같은 자가-충족 발효 배지 E를 얻는다.
하기 표 5에 상기 자가-충족 발효 배지의 프로파일을 나타내었다.
산물 E
유리 글루코스 (건조 중량에 기초한 %) 13
질소 (N 6.25) (건조 중량에 기초한 %) 24.2
염 (건조 중량에 기초한 %) 15.6
PO4(건조 중량에 기초한 %) 1.2
본 발명에 따른 상기 자가-충족 발효 배지상에서 제조된 아미노그램은 비극성 라디칼을 갖는 상당한 함량의 기본 라디칼을 갖는 아미노산 및 산성 라디칼을 갖는 아미노산, 즉 각각 13150 및 26780㎎/㎏의 DM을 나타낸다.
실시예 4
하기 표 6은 본 발명의 방법에 따라 처리된 15ℓ의 가용성 밀(실시예 1의 산물 A 내지 C) 및 13ℓ의 유용 부피를 갖는 배지에서 얻어진 L-락틱 에시드에 대한 수율 및 생산성을 나타낸다.
"표준 배지" 대조군으로서, 80g/ℓ의 글루코스, 10g/ℓ의 이스트 추출물 및 0.5g/ℓ의 (NH4)2HPO4가 테스트된다.
본 발명에 따라 사용될 매질로서 150 내지 180g/ℓ의 건조물 함량을 갖는 자가-충족 발효 매질이 80g/ℓ의 "글루코스 당량"을 함유하도록 선택된다.
상기 가용성 밀의 처리 방법에 따라, 상기 "탄소 또는 질소 당량"은 고려되는 미생물에 대하여 직접 동화가능하거나 또는 가능하지 않다.
실시예 1의 산물 C와 미세 여과를 거치지 않은 것을 제외하고는 동일한 자가-충족 발효 배지("미가공" 산물 C라 함)가 또한 "비-미세여과" 대조군으로서 테스트된다.
LACTOCOCCUS lactis의 변형(strain)의 7시간 동안의 전배양에서 1.5ℓ의 배지는 상기 발효기(fermenter)를 접종하는데 사용된다.
pH는 12N의 NH4OH로 조절하여 6.5에서 세팅한다. 온도는 40℃였다.
발효 기간(h) 바이오매스(g/ℓ) L-락틱(g/ℓ) PO4(g/ℓ)
"표준 배지" 대조군 20 8 80 0
180g/ℓ에서의 산물 A 20 2 20 2.4
180g/ℓ에서의 산물 B 20 3 30 2.2
150g/ℓ에서의 산물 C 18 7 80 2
180g/ℓ에서의 미가공 산물 C 18 8 80 2.1
상기 표는 L-락틱 에시드를 생산하는Lactococcus lactis속의 미생물에 대해서 탄소 및 질소 원이 적합한 처리(밀 "B" 녹말의 액화와 당화, 및 단백질 함량의 ALCALASE를 이용한 단백질분해)에 의해서 직접 동화되는, 가용성 밀 자체에 기초한 자가-충족 배지가 순수 글루코스 및 이스트 추출물에 기초하여 좀 더 값비싼 표준 생산물 배지를 이용하여 얻어지는 경우와 적어도 동등한 수준의 수율 및 생산성으로 얻을 수 있음을 나타낸다.
따라서, 상기 액화, 당화 및 단백질분해된 가용성 밀은 락틱 발효에 사용될 수 있다. 상기 비-미세여과된 산물 C에서 수행된 테스트는 또한 상기 특정 발효에 대해서, 불용성 불순물이 L-락틱 에시드의 수율 또는 생산성 모두에 영향을 미치지 않음을 보여준다.
따라서, 바이오매스는 수행된 모든 테스트에 대하여 마지막 발효단계에서 결정된다.
본 발명의 방법에 따라 처리된, 상기 경우에 있어서 액화, 당화 및 단백질분해된 상기 가용물은 재구성된 표준 배지만큼 L-락티스의 성장에 효과적임을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 자가-충족 배지는 바이오매스의 제조에 적합하며, 특히 락틱 발효의 제조에 적합하다.
실시예 5
제조된 대사산물의 양과 관련하여 가용성 밀의 과도한 사용으로 번잡한 정제 기술의 발달이 요구된다.
본 발명의 방법에서 다음의 방법에 따라 발효 조건을 조절함으로써, 즉 미지의 미생물의 영양 조건을 완벽히 알아냄으로써 처리된 가용성 밀의 공급을 제한할 수 있다.
Lactococcus lactis로 L-락틱 에시드를 제조하는 경우에 있어서, 상기 실시예 4에 전술한 바와 같이 산물 C의 건조물 함량을 40g/ℓ("20g/ℓ의 글루코스 당량")로 하고, 85g/ℓ의 글루코스를 첨가(예를 들어 밀 녹말 가수분해로부터 생산된)함으로써 요구되는 탄소 원의 감소를 보상할 수 있다.
하기 표 7은 이로부터 얻은 결과를 나타낸다.
발효 기간(h) 바이오매스(g/ℓ) L-락틱(g/ℓ) PO4(g/ℓ)
"표준 배지" 대조군 20 8 80 0
150g/ℓ에서의 산물 C 18 7 80 2
40g/ℓ의 산물 C +85g/ℓ의 글루코스 23 8.1 103.5 <0.05
질소, 탄소 원 및 미량 원소의 "잔유물"을 공급함으로써 3.75의 인자로 감소되는 불순물 하중(load)에 대한 수율 및 생산성을 동등한 수준으로 유지할 수 있다.
실시예 6
통상적으로S. cerevisiae타입의 이스트에 의한 발효가 에탄올의 제조에 대해서 수행된다.
이스트 바이오매스의 제조는 염으로 보충되는, 질소 원으로서의 이스트 추출물 및 탄소 원으로서의 글루코스로 이루어지는 통상적인 배지와 대조적으로 본 발명에 따른 자가-충족 발효 배지를 이용하여 연구된다.
S. cerevisiae바이오매스의 제조는 실시예 1의 산물 A로부터 제조된 80g/ℓ의 배지에서 수행된다.
대조군 배지는 45g/ℓ의 글루코스, 5g/ℓ의 이스트 추출물 및 10g/ℓ의 (NH4)2SO4, 5g/ℓ의 KH2PO4, 및 2g/ℓ의 MgSO4로 이루어진다.
pH는 1N의 수산화 나트륨으로 5로 조절되며, 온도는 30℃로 셋팅되고, 배양은 1vvm의 에어레이션으로 600rpm에서 교반하면서 2ℓ의 반응기에서 수행되었다.
하기 표 8은 상기 2가지 발효 배지에 대해서 시간에 따른 이스트 성장 결과를 나타낸다.
80g/ℓ의 산물 A 통상적인 배지
시간 (h) 바이오매스 (g/ℓ) 글루코스 (g/ℓ) 바이오매스 (g/ℓ) 글루코스 (g/ℓ)
0 0.6 49 0.4 45
5 2.5 nd* 1.2 35
8 5.7 nd* 4 15
23 17.6 0 10.8 0
*: 테스트되지 않음
상기 결과로부터 본 발명에 따른 자가-충족 발효 배지는 특히 이스트 바이오매스의 제조에 적합하며, 좀 더 넓게는 에탄올 제조의 경우와 같이 그 제조방법이 상기 이스트의 성장과 양립되는 모든 대사산물의 제조에 적합하다.
실시예 7
에탄올의 제조는 염으로 보충되는, 질소 원으로서의 이스트 추출물 및 탄소 원으로서의 글루코스로 이루어지는 통상적인 배지와 대조적으로 본 발명에 따른 자가-충족 발효 배지를 이용하여 연구된다.
S. cerevisiae바이오매스의 제조는 실시예 1의 산물 A로부터 제조된 180g/ℓ의 배지에서 수행된다.
대조군 배지는 10g/ℓ의 글루코스, 5g/ℓ의 이스트 추출물 및 10g/ℓ의 (NH4)2SO4, 5g/ℓ의 KH2PO4, 및 2g/ℓ의 MgSO4로 이루어진다.
pH는 수산화 나트륨 표준용액으로 5로 조절되며, 온도는 30℃로 셋팅되고, 배양은 200rpm에서 교반하면서 15ℓ의 반응기에서 수행되었다.
하기 표 9는 상기 2가지 발효 배지에 대해서 시간에 따른 이스트 성장 결과를 나타낸다.
80g/ℓ의 산물 A 통상적인 배지
시간 (h) 글루코스 (g/ℓ) 에탄올 (g/ℓ) 글루코스 (g/ℓ) 에탄올 (g/ℓ)
0 95 0 100 0
8 75 10 81 8
24 45 23 53 20
48 0 42 0 43
따라서, 본 발명에 따른 자가-충족 발효 배지는 특히 에탄올이 제조에 적합하다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고비용의 복잡한 단계를 거치지 않고 목적하는 발효에 적합한 균형잡힌 발효 배지를 제조하기 위하여 발효 배지의 탄소와 질소 원, 및 이들의 조합물을 적절히 선택함으로써 경제적이고 효율적인 방법으로 발효 배지를 제조할 수 있다.

Claims (12)

  1. 가용성 밀, 완두 및 감자로 이루어진 군으로부터, 바람직하게는 가용성 밀로부터 재생 원료 물질를 선택하는 단계;
    상기 재생 원료 물질을 처리하여 상기 재생 원료 물질로부터 미생물에 의해 직접 동화가능한 탄소 및 질소 원을 유리시키는 단계; 및
    이로부터 얻은 자가-충족 발효 배지를 회수하는 단계;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 재생 원료 물질로부터 대사산물을 제조할 수 있는 자가충족 발효 배지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자가-충족 발효 배지는 불용성 불순물의 제거를 위한 미세여과단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 재생 원료 물질은 녹말의 액화 및 당화를 위한 효소로 처리하여 직접 동화가능한 탄소 원을 유리시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 재생 원료 물질은 알카린 프로테아제로 이루어진 군으로부터 선택된 단백질분해 효소로 처리하여 직접 동화가능한 질소 원을 유리시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자가-충족 발효 배지는 직접 동화가능한 탄소 원이 보충되며, 상기 자가-충족 발효 배지로부터 용이하게 정제할 수 있는 대사산물이 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항의 방법에 따라 제조된 발효 배지.
  7. 제6항에 따른 발효 배지를 이용한 발효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 락틱 에시드의 제조방법.
  8. 제6항에 따른 발효 배지를 이용한 발효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리신의 제조방법.
  9. 제6항에 따른 발효 배지를 이용한 발효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풀루란(pullulans) 및 덱스트란으로 이루어진 군으로부터, 좀 더 바람직하게는 풀루란으로부터 선택된 다당류의 제조방법.
  10. 제6항에 따른 발효 배지를 이용한 발효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 개체군의 제조방법.
  11. 제6항에 따른 발효 배지를 이용한 발효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는효소의 제조방법.
  12. 제6항에 따른 발효 배지를 이용한 발효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에탄올의 제조방법.
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