三種類の菌種同時混合固定系による生澱粉からのエタ���-ル生産

국문 초록 (Abstract)

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.