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- 학과정보 : 農學硏究科 應用生物化學專攻 (검색결과 3 건)
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글루콘산 발효는 산화발효로써, 그 발효에 산소의 영향이 강하게 작용한다 는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실이다. 이러한 사실을 바탕으로 종래의 글 루콘산 발효는 가압을 통해 산소공급을 증가시켜, 생산속도와 수율을 증가시 킨 예가 몇가지 있으나, 이들이 행한 DO농도(Dissolved Oxygen)는 A.niger에 의한 발효에서의 농도는 20ppm정도이고 Gluconobacter oxydans에 의한 농도는40ppm정도까지가 대부분이며 그 이상의 DO농도하에서 행한 연구는 찾아 볼 수없다. 또 종래의 연구에서는 균체의 생육과 글루콘산 생산을 동시에 배양, 생산하는 시스템에서 행하여져 있는 바, 글루콘산이라고 하는 산화반응 그 자체에 대한 DO농도의 영향은 명확히 밝혀져 있지 않다. 즉, 균체의 증식과 글루콘 산 생산을 별개의 시스템에서 행한다면 균체생육에 장해적으로 알려져 있는 고 DO농도하에 있어서도 글루콘산의 생산성이 충분히 향상될 가능성은 높은 것으로 생각된다. 글루콘산의 생산활성은 DO농도의 증가와 더불어 높아지고, 생육에 대해 저 해농도였던 50ppm를 훨씬 넘은 150ppm이라는 고 DO농도에서도 전혀 저하하지 않았으며 오히려 약간 증가하는 추세가 보였다. 한편, 균체생육시의 DO농도 는 생산활성에 영향을 주어 고 DO농도에서 생육한 균체는 높은 생산활성을 나타내고 있다. 즉, DO 36ppm(산소가스공급, 상압)에서 생육한 균체를 가지고 DO 150(산소가스공급, 4atm)ppm에서 글루콘산 생산을 행한 경우의 생산활성은, 일반적으로 호기 배양에서 DO농도의 조건인 7.5ppm에서 글루콘산 생산을 행한 경우의 생산활성과 비교하면 약 4배의 높은 활성을 나타내고 있다. 이와 같이 글루콘산 생산에 있어서의 DO농도는 생산활성에 중대한 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 그러나, DO농도와 생산활성과의 관계를 명확히 하 기 위해 Lineweaver-Burk plot를 행한 결과, 양자의 관계는 Michaelis-Menten형의 Model이 적용된다는 것이 밝혀졌다. 여러 가지 DO농도에서 생육한 균체에 대해서 Michaelis정수(Km) 및 최대 생산속도(Vmax)를 구한 결과, Km치는 균체생육시의 DO농도가 높은 쪽이 크게 나타나며, 36ppm의 경우는 7.5ppm의 경우에 비해 20%의 증가가 확인 되었다. 이 결과로부터, 글루콘산 생산에 관여하는 Glucose oxydase계는 생육시의 DO 농도가 높아짐에 따라 증강되어지는 것을 의미하며 그 원인으로써 효소계의 산소에 대한 친화성의 증가에 기인하는 것이 아니라 효소생성량의 증대에 의 한 것이라 볼 수 있다. 글루콘산을 효율적으로 생산하기 위해서는 높은 생산수율로 고농도로 축척 시키는 것이 분리정제시의 공정 cost를 절감시킬 수 있으며, 또 연속적으로 장기간 안정된 생산계를 유지하는 것이 중요한 요소이다. 고 농도축적은 기 질이 소비되었을 때 분말상의 기질을 재 첨가하는 것을 되풀이 하는 방법으로행하였다. 그 결과, 최초의 생산이 끝난 상태에서 글루코오스 15%분말을 한 번 첨가해서 얻을 수 있는 300g/L까지는 생산속도의 저하는 보이지 않았지만 한 번 더 첨가한 상태에서 축척농도를 증가시키면 생산속도의 저하가 보였으 며 550g/L에서 글루콘산 생산은 멈추게 됨에 따라 생산성을 저하시키지 않고 축척 가능한 최대 농도는 300g/L이라는 것이 밝혀 졌다. 다음으로 고정화 균체에 의한 Bioreactor에서의 응용성을 검토한 결과, 글 루콘산 생산에 있어서는 산소분압을 높임으로써 생산속도가 증가하며, 액상생육의 free의 균체를 가지고 고농도생산의 가능성을 확립하였다. 하지만 장기간의 반복생산에는 부적합함에 따라 장기간 생산에서의 안정성을 개선시킬 목적으로 새롭게 개발된 기상생육 고정화 균체를 이용하여 가압 Bioreactor에서의 글루콘산 고농도 생산을 검토하였다. 고정화 균체의 특징으로는 곰팡이 특유의 공기 접촉면에서 양호하게 생육하는 성질에 착안하여 산소가스중에 담체표면에 생육시켜 고정화시킨 것으로 이는 산소이동에 대한 저항이 매우 적 다. 본 고정화 균체에 의한 고농도 생산은 분말상의 10%글루코오스를 2회 첨가하는 방식으로 고농도 생산을 행한 결과, 반복 15회, 1100시간에 걸쳐 생산속도의 저하없이 220g/L의 고농도 글루콘산을 생산가능케 하였다.
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除草劑の植物生育抑制作用に對する dimepiperate の輕減機構
제초제는 작물과 잡초간의 뛰어난 선택성 뿐만 아니라 살초효과의 향상, 작물의 약해경감 및 살초스펙트럼의 확대 등 여러 가지 특성이 동시에 요구된다이러한 특성을 동시에 충족시키기 위하여 두 종류이상의 제초제를 혼합사용 (혼합제)하게 되지만, 혼합제 사용시 대상잡초 또는 보호작물에 대한 약제간 의 상호작용인 상승작용 (synergism), 상가작용 (additive action), 길항작용(antagonism)등이 일어나 살초효과증감 또는 작물약해증감 등의 요인이 된다.따라서 혼합제처리에서 기대되는 약제간의 이상적인 상호작용 효과는, 대상잡초에 대해서는 상승작용으로 인한 효과증진, 보호작물에 대해서는 길항작용 으로 인한 약해경감효과이다. 본 연구에서는 화본과 잡초인 피방제에 효과적이며 bensulfuron methyl과의혼합제로서 살초스펙트럼의 확대 및 약해경감효과를 나타내는 thiocarbamate 계 제초제 dimepiperate 의 벼 유묘에서의 생육억제 경감기구에 대해서 검토 하였다. 1. 벼 유묘에 대한 제초제의 생육억제 특성 및 dimepiperate와의 혼합 처리 효과 벼 유묘의 생육은 공시약제에 대하여 지상부, 지하부에서 다양한 생육반응 을 보였다. 공시한 약제중 지상부보다 지하부의 생육을 억제했던 약제 (bensulfuron methyl, Chlorsulfuron, oxyfluorfen, bifenox, clomeprop, pyributicarb, pretilachlor)를 선발하여 dimepiperate와 혼합처리 한 결과 pretilachlor 를 제외한 공시약제에서 길항작용으로 평가되어 dimepiperate 에 의한 생육억제 경감효과가 인정되었다. 2. 식물체내에서 공시약제의 흡수 및 이행에 대한 dimepiperate의 영향 공시약제 (bensulfuron methyl, clomeprop, oxyfluorfen, pyributicarb)의 단독처리에서는 벼 유묘로의 약제흡수가 처리시간의 경과와 함께 증가되었으 나 dimepiperate 와의 혼합처리에서는 공시약제의 흡수억제가 인정되었다. 그러나 공시약제의 식물체내이동에는 영향을 미치지 않았다. 3. 공시약제의 대사에 대한 dimepiperate의 영향 Dimepiprate와의 혼합처리에 의해 bensulfuron methyl은 불활성화 대사물인O-탈메칠화합물의 증가가 인정되었고, clomeprop 의 경우도 활성체로 알려진 가수분해 대사물 DMPA (2-(2,4-dichloro-3-methylphenoxy)propionic acid)의 비율이 감소하고 불활성화 화합물인 3-CH₂OH-DMPA 량이 증가하는 경향을 보 였다. 또한 pyributicarb 에서도 활성체화합물량의 감소가 인정되었다. 따라서 oxyfluorfen 이외의 제초제에서는 dimepiperate 와의 혼합처리에서 불활성화합물생성의 해독대사 촉진이 인정되었다. 4. 공시약제의 식물 대사계에 대한 dimepiperate의 영향 식물대사계에서 dimepiperate의 역할은 다양했으며, bensulfuron methyl의 작용점인 아세토락테이트합성효소 활성의 증가, 분기아미노산 (Leu, Val, Ile)생합성의 회복, oxyfluorfen 의 작용계(호흡)에 대해서는 2차적인 영향에 의한 회복 등이 인정되었다. clomeprop 처리에서는 옥신작용 억제에 의한 옥수수 자엽초 절편의 신장촉진의 저해, pyributicarb 에서는 지질생합성 과정중 의 중간화합물인 squalene 축적의 해소 등이 dimepiperate 와의 혼합처리에서인정되었다. 이상의 결과로부터 dimepiperate 에 의한 벼 유묘의 생육억제 경감작용기구는 제초제의 식물체내 흡수억제 및 체내흡수 화합물의 불활성화에 의한 해독 대사 촉진작용으로 판단되었고 이 해독대사에는 O-탈메칠이나 수산화 등의 불활성화 반응에 관여하는 P450 모노옥시겐에이스가 dimepiperate 에 의해 유도되는 작용이 시사되었다. 또한 공시약제의 식물대사 작용계에 대해서는 약제에 따라 다양했지만, 직접 또는 간접적으로 영향하는 것으로 판단되었다.
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포괄고정화법은 미생물세포를 고정화한 gel beads 자신이 산소나 영양물질 의 이동을 저해하기 때문에 발효속도를 억제시키는 큰 결점을 갖고 있다. 특히, 호기성 미생물을 고정화했을 경우는 균체 증식이 gel beads 표면부에만또한 혐기성 미생물을 고정했을 경우는 균체증식이 gel beads중심부에만 제한된다. 따라서 본 연구에서는 gel beads 의 전체를 적극적으로 이용하는 것에착안하여 호기성 곰팡이 (Aspergillus awamori(A))와 혐기성 세균 (Zymomonasmobilis(Z))으로 구성된 혼합고정화 배양계 (A-Z계)를 개발하고, 이 系에서 발생하는 문제점을 해결하기 위해서 산소요구성이나 효소의 성질이 서로 다른3균주로 구성된 새로운 혼합고정화 배양계의 개발을 확립하여 생전분으로부터직접 ethanol 생산을 행하는데 응용하였다. 먼저, A-Z系를 사용하여 기질을 생전분 및 가용성전분으로 했을 경우의 배 양결과를 상호 비교하면 생전분의 경우는 ①배양시간이 길고 ②배양액의 pH 가 4.0이하로 낮아져 Zymomonas mobilis의 ethanol 생산활성이 떨어지고 ③ gel beads로부터 곰팡이 균사의 누출이 관찰되었다. 그래서 우선 배양시간을단축시키기 위해 시판되고 있는 미생물 기원의 여러가지 amylase를 A-Z에 첨 가하여 배양한 결과 곰팡이 유래의 glucoamylase 첨가가 배양시간을 24∼36 시간 단축시켰다. 따라서 시판효소 대신에 glucoamylase 활성이 높은 Rhizopus japonicus(R)를 Z. mobilis와 혼합고정화한 R-Z계를 작성하고 배양한 후 A-Z계와 비교한 결과, 기질의 가수분해속도는 R-Z계가 A-Z계보다 훨씬 빠르지만, ethanol의 생산량은 A-Z계의 약 1/2이었다. 효소활성의 경우 R-Z계는 glucoamylase, A-Z계는 α-amylase활성이 높은 것으로 나타났다. 또 생전분 에 대한 가수분해도는 양효소를 1:1로 혼합하여 반응시키는 것이 효소의 상승작용에 의해서 가장 효과적이었다. 이러한 결과를 기초로 A.awamori와 R.japonicus와 Z.mobilis로 구성된 새로운 혼합고정화 배양계 (A-R-Z계)를 개발하여 생전분으로부터 직접 ethanol생 산을 행할 때, 배양 18시간 째에 호기적 조건을 본 실험에서 특수 가공한 역류방지 실리콘栓을 대체하여 혐기적 조건으로 배양한 A-R-Z18계에서는 gel beads로부터 균사의 누출도 없이 pH가 4.8정도로 유지되어 배양 96시간째에 대조구의 4배에 해당하는 8.2g/ℓ의 ethanol이 생산되어졌다. 이 값은 수율 (Y p/s)로서의 0.48이고, 전분을 기질로 했을 경우 이론 수율 0.51의 94%에 해당된다. Biomass로부터 물질생산을 행할 때 최대의 문제점으로 대두되고 있는 에너 지수율을 높이기 위해서 A-R-Z18계의 특징을 이용함과 동시에 천연식품첨가물인 Neupectin-L (Asama Co. Ltd.,Tokyo)을 0.1%첨가하여 비가열살균 배양을 행한 결과, 회분배양 및 fed-batch 배양액에서도 대조구와 동등한 ethanol수 율 (Y p/s: 0.48)을 얻었다. 이러한 결과로 보아 본 연구에서 개발한 새로운 혼합 고정화 배양장치는 비가열 살균 발효법 및 발효공업에 유익할 것으로 생각된다.
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