earticle

영어

Specific carotenoids and astaxanthin biosynthesis power of Phaffia rhodozyma mutant B76, which was obtained after NTG and UV treatments, was higher than those of the wild type by 40% and 50%, respectively. The mutant strain did not show the catabolite repression even at 22%(w/v) glucose concentration. The optimum C/N ratio was 2.0, and the optimum temperature and initial pH were 22℃ and 6.0, respectively. Both cell growth and astaxanthin formation decreased drastically as the fermentation temperature was increased over 22℃, whereas they were comparable in the pH range between 5.0 and 7.0. Inoculum size did not affect the final cell density nor the carotenoids biosynthesis, and 3%(v/v) was selected as optimal.
Higher dissolved oxygen concentration facilitated astaxanthin biosynthesis, and aeration rate of 1.0 v/v/m and agitation speed of 400 rpm were selected as optimum. The final cell density of 43.3 g/L and the volumetric astaxanthin and carotenoids concentrations of 110.6 mg/L and 149.4 mg/L, respectively, were obtained. The specific carotenoids concentration was 3.45
mg/g-yeast(dry). Yx/s and Yp/s values of 0.37 and 1.08 were obtained. The result of this study will provide basic information useful for mass production of astaxanthin from P. rhodozyma fermentation.

한국어

Astaxanthin의 산업적인 생합성을 위하여 wild type인 P. rhodozyma B30 효모를 UV, NTG 등으로 돌연변이 처리하여 0.5 mM β-ionone이 포함된 선별배지에서 carotenoids 합성능력이 우수한 변이주 B76을 분리하였다. 변이주 B76은 wild type과 비교시 균체 생성능력은 큰 차이가 없었으나 carotenoids
합성능력은 40% 이상, astaxanthin 합성능력은 50% 이상 향상되었다. 선별된 변이주 B76의 최적 발효배지 및 배양조건 선정을 위한 플라스크 배양실험 결과 최적 탄소원으로 glucose가, 최적 질소원은 CSL : (NH4)2SO4 : yeast extract = 6 : 2 : 0.1이 혼합된 배지가 선정되었다. C/N ratio는 1.7～2.0 범위에서 유사한 발효성능을 보였으며(산업적인 생산성을 고려하여 2.0을 최적으로 선정), 배양온도는 22℃가 최적이었다. 초기 pH는 가장 높은 세포농도를 나타낸 6.0을 최적으로 하였다. 종균 접종량은 전반적으로 균체량과 carotenoids 합성능력에는 영향을 미치지 않았으며 산업적인 생산성을 고려하여 3%(v/v) 수준이 적절한 것으로 사료되었다. 이와 같이 플라스크 배양을 통해 확립된 최적 배지 및 배양조건을 기초로 5 L 발효조를 이용한 회분식 배양실험을 통해 탄소원의 최적 농도는 18%임을 확인하였다. 특히 B76 변이주는 22%(w/v)까지의 고농도 glucose 존재하에서도 catabolite repression을 받지 않는 것으로 나타났다. 용존산소가 부족한 경우에는 균체성장 및 색소합성이 저해되었고, 따라서 통기속도 1.0 v/v/m, 교반속도 400 rpm 이상을 유지함이 필요하였다. B76 세포는 배양 3일차에 exponential phase에 진입한 후(최대 Yx/s = 0.37) 배양 4일차에 stationary phase에 도달하였다. Carotenoids 및 astaxanthin 생합성은 세포성장이 정지한 후인 배양 5일차에 급격하게 증가하는(최대 Yp/s = 1.08)
전형적인 mixed-growth-associated 형태를 나타냈다. 이는 exponential phase 동안 급격한 균체성장으로 용존산소가 부족하여 NADH balance에 의해 astaxanthin 생합성 경로 중 탈수소화 단계가 저해되기 때문으로 사료되었다. 최종 세포농도는 43.3 g/L, 단위질량의 세포당 carotenoids 함량은 3.45 mg/g-DCW, 단위부피당 carotenoids 함량은 149.4 mg/L, astaxanthin 함량은 110.6 mg/L로서 산업적인 생산성이 있는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 개발된 변이주 B76 및 이의 대량발효를 위한 최적조건의 정립은 향후 astaxanthin의 산업적 생산공정에 중요한 기초자료로 이용될 것으로 기대된다.