KR101827822B1 - Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) with improved xylitol production activity and method for production of xylitol thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 돌연변이를 통해 자일리톨 생산능이 향상된 클루이베로마이세스 마르시아누스 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 및 이를 이용한 자일리톨의 생산방법에 관한 것으로, 상대적으로 높은 온도에서도 자일리톨을 대량생산할 수 있다. The present invention relates to a method for producing xylitol using Cluyveromyces marcianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) improved in xylitol production ability through mutation and capable of mass-producing xylitol at a relatively high temperature.
Description
본 발명은 돌연변이를 통해 자일리톨 생산능이 향상된 클루이베로마이세스 마르시아누스 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 및 이를 이용한 자일리톨의 생산방법에 관한 것이다. The present invention relates to Kluyveromyces marcans 36907-FMEL1 (KCTC18459P) having improved xylitol production ability through mutation and a production method of xylitol using the same.
자일리톨은 5탄당 알코올로, 칼로리 함량이 적을 뿐만 아니라 충치의 원인이 되는 산을 형성하지 않아 설탕 대용의 천연 소재 감미료로서 사용되고 있으며, 추잉껌, 제과, 의약품 및 구강 위생제 등에도 활발히 사용되고 있다.Xylitol is a pentose alcohol, which has a low calorie content and is used as a natural sweetener substitute for sugar because it does not form an acid which causes tooth decay. It is also actively used in chewing gum, confectionery, medicine and oral hygiene.
또한, 자일리톨은 세포 내에서 인슐린 작용을 개재하지 않고, 인슐린 분비를 촉진하기 때문에 혈당에 영향을 미치지 않는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인하여 당뇨병 환자에게 포도당 대용으로 사용할 수 있어 의료용으로도 활발히 사용되고 있다.In addition, xylitol does not interfere with insulin action in cells, and promotes insulin secretion, so that it does not affect blood glucose. Because of this characteristic, it can be used as a substitute for glucose in diabetic patients and is actively used for medical use.
한편, 자일리톨은 기존에 자일로스를 이용한 화학적 탈수소공정을 통해 생산되었는데, 이 방법은 자일리톨의 생산 수율이 낮을 뿐만 아니라, 다량의 부산물들이 발생하기 때문에 매우 비효율적인 문제점이 있었다. 따라서, 화학적 방법보다는 생물학적 방법을 사용하여 자일리톨을 생산하는 것이 '높은 생산 수율' 및 환경안전적 측면에서 가장 좋은 방법이라 할 수 있다.On the other hand, xylitol has been produced through a chemical dehydrogenation process using xylose, which is not only low in production yield of xylitol but also produces a large amount of by-products, which is very inefficient. Therefore, production of xylitol using biological methods rather than chemical methods is the best method in terms of high production yield and environmental safety.
하지만, 종래의 생물학적 방법을 통한 자일리톨 생산 연구는 대부분 내열성 균주가 아닌 비 내열성 효모나 박테리아를 사용하였으며, 효소 활성을 위한 최적의 온도보다는 균주 성장에 적당한 온도인 30~37℃의 낮은 온도에서 연구를 수행하고있는 실정이었다. However, most studies on xylitol production using conventional biological methods have used non-thermostable yeast or bacteria that are not resistant to heat, and researches at a temperature as low as 30 to 37 ° C which is suitable for strain growth rather than optimal temperature for enzyme activity It is a fact that it is performing.
한편, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus)는 다양한 기질을 사용할 수 있고, 성장이 빠르며 내열성인 특징을 가지고 있기 때문에, 식물 섬유소로부터 바이오 연료를 생산하는데 널리 사용되고 있다. 내열성 균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus)는 냉각을 위한 적은 비용 소요, 효율적인 효소 가수분해, 동시 당화 발효 가능 및 오염의 최소화 등의 장점이 있다.On the other hand, Kluyveromyces marxianus ) are widely used to produce biofuels from plant fiber since they have a variety of substrates, are fast growing, and have heat resistance characteristics. The heat-resistant strain Kluyveromyces marxianus ) has advantages such as low cost for cooling, efficient enzymatic hydrolysis, simultaneous saccharification fermentation and minimization of contamination.
현재까지 자일로스 대사경로를 도입하는 것을 통하여 자일로스를 생산할 수 있는 재조합 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus)에 대한 여러 연구 결과가 발표되었지만, 자일리톨의 효율적인 생산에 한계가 있었다. To date, the introduction of the xylose metabolism pathway has led to the development of recombinant Kluyveromyces marjans ( Kluyveromyces marxianus ), but there was a limit to the efficient production of xylitol.
본 발명에서는 자일리톨의 생산성이 향상된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주를 개발하여 제공하고자 한다. In the present invention, the productivity of xylitol, Kluyveromyces marcescans marxianus ) To develop and provide strains.
또한, 본 발명은 상기 균주를 이용하여 자일리톨을 대량생산할 수 있는 방법을 개발하여 제공하고자 한다. The present invention also provides a method for mass-producing xylitol using the strain.
본 발명에서는 자일리톨 생산능이 향상된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)를 제공한다.The present invention provides Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) with improved xylitol production ability.
한편, 자일로스가 첨가된 배지에, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)를 접종하여 배양하는 것을 특징으로 하는 자일리톨의 생산방법을 제공한다.On the other hand, a method for producing xylitol is provided, wherein Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) is inoculated and cultured in a medium supplemented with xylose.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 자일리톨의 생산방법은 바람직하게 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)를 30~40℃, 350~450rpm의 조건으로 배양하여 수행하는 것이 좋다.On the other hand, in the present invention, the production method of xylitol is preferably selected from the group consisting of Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) at 30 to 40 DEG C and 350 to 450 rpm.
본 발명에서는 내열성 효모인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 무작위 돌연변이를 유발시킨 후 자일로스로부터 효과적으로 자일리톨을 생산할 수 있는 돌연변이 균주를 선별하였다. In the present invention, a mutant strain capable of effectively producing xylitol from xylose was selected after random mutagenesis of Kluyveromyces marxianus strain 36907, a thermostable yeast strain, was selected.
최종적으로 선별된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 경우, 모균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907에 비해 자일리톨 생산농도가 120% 증가하였으며, 생산수율은 39% 증가하였다. The finally selected as Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) for 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strains, the parental strain is Vero Cluj My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus ) Compared to 36907, xylitol production was increased by 120% and yield was increased by 39%.
한편, 본 발명에서는 고온에서의 자일리톨 생산성 향상을 위하여 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)의 교반 속도 최적화 실험을 수행하였으며, 이를 통해 40℃, 400rpm의 조건에서 자일리톨 생산성이 증가함을 확인하였다. Meanwhile, in the present invention, in order to improve xylitol productivity at high temperature, Kluyveromyces marcans marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P), and it was confirmed that the productivity of xylitol was increased at 40 ° C and 400rpm.
본 발명에서는 돌연변이를 통해 자일리톨 생산성이 향상된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 발굴할 수 있었다. In the present invention, Kluyveromyces marcescans ( Kluyveromyces marcescans) having improved xylitol productivity through mutation marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P).
또한, 이 균주를 이용할 경우, 상대적으로 높은 온도에서도 자일리톨을 대량생산할 수 있다. In addition, when this strain is used, xylitol can be mass-produced even at a relatively high temperature.
도 1의 A는 모균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)
도 1의 B는 무작위 돌연변이를 통하여 자일리톨 생산 능력이 강화된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)
도 2의 A 및 B는 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907를 각각 30℃ 및 40℃에서 글루코스를 공급하여 발효한 결과이다. (■: 글루코스, ○: O.D., △: 에탄올)
도 2의 C 및 D는 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)를 각각 30℃ 및 40℃에서 글루코스를 공급하여 발효한 결과이다. (■: 글루코스, ○: O.D., △: 에탄올)
도 3의 A는 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)
도 3의 B는 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)
도 4는 30℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 각각 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) 및 500 (E) rpm의 조건으로 발효하여 자일리톨 생산량을 측정한 결과이다. (■: 자일로스, ◇: 자일리톨, ●: O.D., △: 에탄올)
도 5는 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 각각 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) 및 500 (E) rpm의 조건으로 발효하여 자일리톨 생산량을 측정한 결과이다. (■: 자일로스, ◇: 자일리톨, ●: O.D., △: 에탄올)
도 6은 30 및 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 각각 플라스크 및 발효기를 이용해 발효하여 자일리톨 생산량을 비교한 결과이다.FIG. 1 shows the results of confirming the production of xylitol by fermenting Kluyveromyces marxianus strain 36907, a parent strain, in a medium supplemented with xylose. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
Figure 1B shows the results of a random mutagenesis of Kluyveromyces < RTI ID = 0.0 > ( Kluyveromyces < / RTI > marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain was fermented in a medium containing xylose to confirm the production of xylitol. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
Figures 2 A and B are the results of fermentation with Kluyveromyces marxianus 36907 supplied at 30 ° C and 40 ° C, respectively, with glucose. (?: Glucose,?: OD,?: Ethanol)
2 C and D show results of fermentation of Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) by feeding glucose at 30 ° C and 40 ° C, respectively. (?: Glucose,?: OD,?: Ethanol)
FIG. 3A shows the results of confirming the production of xylitol by fermenting Kluyveromyces marxianus strain 36907 at 40 DEG C in a medium supplemented with xylose. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
FIG. 3B shows the results of confirming the production of xylitol by fermenting Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain at 40 ° C in a medium supplemented with xylose. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
Figure 4 shows that Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strains were tested at 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) and 500 , And the amount of xylitol produced was measured. (■: xylose, ◇: xylitol, ●: OD, △: ethanol)
FIG. 5 shows the results of a strain of Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain at 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) and 500 , And the amount of xylitol produced was measured. (■: xylose, ◇: xylitol, ●: OD, △: ethanol)
FIG. 6 shows the results of comparing the amounts of xylitol produced by fermentation of Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain at 30 and 40 ° C using a flask and a fermenter, respectively.
클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus)는 다양한 기질을 사용할 수 있고, 성장이 빠르며 내열성을 가지고 있기 때문에 식물섬유소로부터 바이오 연료생산을 위해 사용되고 있다. 내열성 균주가 갖는 장점으로는 냉각에 적은 비용, 효율적인 효소의 가수분해, 동시당화 발효가 가능하며, 오염의 최소화 등이 있다. Kluyveromyces marxianus ) are used for the production of biofuels from plant fiber because they can be used in a variety of substrates, are fast growing, and have heat resistance. The advantages of heat-resistant strains include low cost of cooling, efficient hydrolysis of enzymes, simultaneous saccharification and fermentation, and minimization of contamination.
본 발명은 내열성 균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus)를 개량하여 자일리톨 생산능이 우수한 균주를 선별하고자 하였다. 실험후보군 7개의 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주들 중에 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907가 높은 자일리톨의 생산량과 수율을 보였다. The present invention was to improve Kluyveromyces marxianus , a heat-resistant strain, to select strains having excellent xylitol production ability. Experimental candidates Among Kluyveromyces marxianus strains of seven , Kluyveromyces marxianus 36907 showed high yield and yield of xylitol.
이후, 무작위 돌연변이 유발을 통해 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907보다 자일리톨 생산량이 증대된 돌연변이 균주 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)를 확보할 수 있었다. 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)는 모균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907보다 자일리톨 농도가 120%, 생산 수율이 39%, 자일리톨 생산량이 2배 증가하였다. Then, Cluj through random mutagenesis Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) the more xylitol production increased 36 907 mutant strain Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P). Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 ( KCTC18459P) is the parental strain of Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus ) 36907, the yield of xylitol was 120%, the yield of production was 39%, and the production of xylitol was doubled.
본 발명에서는 무작위 돌연변이를 발생시키기 위하여 에틸메탄설포네이트 (Ethyl methanesulfonate, EMS)를 사용하였는데, 이 물질은 DNA의 구아닌과 티민 염기에 알킬화 반응을 일으켜 정상적인 상보적 결합을 왜곡시키고, 알킬화된 구아닌이 티민과, 알킬화된 티민은 구아닌과 각각 결합하도록 하는 특징이 있다. In the present invention, ethylmethanesulfonate (EMS) was used to generate a random mutation, which caused an alkylation reaction to the guanine and thymine bases of the DNA to distort normal complementary binding, And the alkylated thymine are each bound to guanine.
EMS의 특징에 의하여 돌연변이가 유도된 후, DNA 복제가 한번 일어나면, G-C 염기쌍은 A-T로, T-A 염기쌍은 C-G로 변화되는 점돌연변이가 유발된다. 이러한 돌연변이는 하나의 염기서열을 바꾸는 효과가 발생하여 결국 3개의 염기로 구성되는 아미노산 암호 코드가 바뀌게 된다. 이는 기능상실 또는 새로운 기능을 획득한 돌연변이로 이어지게 되는 것이다.After the mutation is induced by the characteristics of EMS, once the DNA replication occurs, a point mutation is caused in which the G-C base pair is changed to A-T and the T-A base pair is changed to C-G. These mutations have the effect of altering one nucleotide sequence, resulting in a change in the amino acid cipher code consisting of three bases. This leads to mutations that have lost function or acquired new functions.
한편, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907과 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)균주는 내열성 균주이므로, 본 발명에서는 우선적으로 비교적 높은 온도인 45℃에서 120시간 동안 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는 발효 실험을 진행하였다. 하지만, 두 가지 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주 모두 22~29 g/L의 자일로스를 소모하고, 10~12 g/L의 자일리톨을 생산하는 매우 저조한 수율을 나타내었다. On the other hand, Kluyveromyces marxianus ) 36907 and the Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain is a heat-resistant strain. Therefore, in the present invention, a fermentation experiment for producing xylitol from xylose at 45 DEG C for 120 hours was conducted at a relatively high temperature. However, both of the Kluyveromyces marxianus strains consumed 22 to 29 g / L of xylose and produced very poor yields of 10 to 12 g / L of xylitol.
따라서, 본 발명에서는 두 가지 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주의 내열성을 추가로 확인하기 위해 30℃와 45℃에서 80g/L의 글루코스(glucose)가 첨가된 YP 배지를 이용하여 포도당 발효실험을 진행하였다. 그 결과, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907과 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주 모두 포도당을 탄소원으로 사용하였을 경우, 우수한 내열성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 30℃에서 포도당 소비속도 및 에탄올 생산 속도가 45℃에 비해 약간 빠르거나 거의 유사하였다. 이상의 결과를 통해 본 발명의 두 가지 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주는 내열성을 유지하기 위한 ATP 생합성이 자일로스를 탄소원으로 사용하였을 경우 매우 낮은 것으로 판단할 수 있었다. Therefore, in the present invention, in order to further confirm the heat resistance of two strains of Kluyveromyces marxianus , YP medium supplemented with 80 g / L of glucose at 30 ° C and 45 ° C was used for glucose fermentation The experiment was carried out. As a result, Kluyveromyces marxianus ) 36907 and the Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain exhibited excellent heat resistance when glucose was used as a carbon source. However, the glucose consumption rate and the ethanol production rate at 30 ° C were slightly or almost similar to those at 45 ° C. From the above results, it can be concluded that two strains of Kluyveromyces marxianus according to the present invention have a very low ATP biosynthesis to maintain heat resistance when xylose is used as a carbon source.
따라서, 배양 온도를 45℃보다 5℃ 낮은 40℃로 낮추어 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는 실험을 수행하여 보았는데, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907과 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)의 자일리톨 농도와 생산력이 45℃보다 높게 나타났다. 40℃에서 144시간 발효를 수행한 결과, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)의 자일리톨 생산량은 25 g/L였고, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907의 자일리톨 생산량은 14 g/L이었다. Therefore, we have conducted experiments to produce xylitol from xylose by lowering the incubation temperature to 40 ° C, which is 5 ° C lower than 45 ° C. In this experiment, Kluyveromyces marxianus 36907 and Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) showed higher concentrations of xylitol and productivity than those of 45 ° C. At 40 ℃ a result of the 144 hours fermentation, Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (xylitol production was 25 g / L of KCTC18459P), Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) xylitol production of 36907 was 14 g / L.
한편, 본 발명에서는 고온에서의 자일리톨 생산성 향상을 위하여 교반속도 최적화 실험을 수행하였는데, 40℃, 400rpm의 조건에서 자일리톨의 크게 생산성이 향상되었다. Meanwhile, in the present invention, an experiment for optimizing the stirring speed was performed in order to improve productivity of xylitol at high temperature. The productivity of xylitol was greatly improved at 40 ° C and 400 rpm.
이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following embodiments, and includes modifications of equivalent technical ideas.
[[ 실시예Example 1: 7가지1: 7 things 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianus marxianus ) 균주로부터 ) Strain 자일리톨Xylitol 생산 능력이 우수한 Superior production capacity K.K. marxianusmarxianus 균주 선별] Strain selection]
(1) 균주 배양(1) Culture of the strain
본 실험에서는 최근 자일리톨 생산에 이용되고 있는 7가지 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주를 사용하고자 하였다.In this experiment, seven strains of Kluyveromyces marxianus , which are currently used for the production of xylitol, Were used.
총 7가지의 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주 (124224, 46537, 200963, 36907, 26548, CBS 1555, and CBS 607)를 배양하기 위하여, 각 균주를 20 g/L의 포도당이 첨가된 YP 배지 (10 g/L yeast extract, 20 g/L Bacto peptone)에 200 rpm 및 30℃의 조건으로 배양하였다. A total of seven Kluyveromyces marxianus ) In order to culture the strains (124224, 46537, 200963, 36907, 26548, CBS 1555, and CBS 607), each strain was inoculated into YP medium (10 g / L yeast extract, 20 g / L Bacto peptone) at 200 rpm and 30 < 0 > C.
그 후, 배양된 세포를 멸균수로 두 번 세척하여 하기에서 사용하였다.The cultured cells were then washed twice with sterile water and used in the following.
(2) (2) 자일리톨Xylitol 생산 능력이 우수한 Superior production capacity 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( Kluyveromyces marxianusKluyveromyces marxianus ) 균주 선별) Selection of strains
상기에서 배양된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 균주의 자일리톨 생산 능력을 확인하기 위하여, 각 균주를 80 g/L의 자일로스가 첨가된 YP 배지에서 200 rpm, 30℃의 조건으로 4일 동안 배양하였다. 4일 후, 각 균주의 자일리톨 생산 능력을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. The Kluyveromyces marxianus cultivated in the above- To confirm the ability of the strain to produce xylitol, each strain was cultured in YP medium supplemented with 80 g / L xylose at 200 rpm at 30 ° C for 4 days. After 4 days, the xylitol production capacity of each strain was measured and shown in Table 1 below.
자일리톨 측정은 Rezex Roa-oRGANIC aCID H+(8%) Column (Phenomenex Inc., Torrance, CA) 컬럼 및 '0.005 N 농도의 H2SO4'을 이용하여 0℃, 0.6mL/min 유속의 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC 1200 Series, Agilent Technologies, Santa Clara, CA)로 분석하였으며, 자일로스, 에탄올 등의 대사산물도 동일한 방법으로 측정 및 분석하였다.Xylitol measurement was carried out by high performance liquid chromatography (HPLC) using a Rezex Roa-oRGANIC aCID H + column (Phenomenex Inc., Torrance, Calif.) Column and a '0.005 N H2SO4' 1200 Series, Agilent Technologies, Santa Clara, Calif.), And metabolites such as xylose and ethanol were measured and analyzed in the same manner.
(g/g)(g / g)
(g/L)(g / L)
측정 결과, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 46537 균주와 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) CBS 1555 균주의 경우, 각각 75.46g/L 및 72.73g/L의 높은 자일로스 소비량을 보인 반면, 자일리톨은 전혀 생산하지 않았고, 에탄올 생산량도 각각 0g/L 및 1.91 g/L로 없거나 미비하였다. As a result of measurement, Kluyveromyces marxianus ) 46 537 strain and Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus ) The CBS 1555 strain showed high xylose consumption of 75.46 g / L and 72.73 g / L, respectively, while xylitol was not produced at all and the ethanol production was 0 g / L and 1.91 g / L respectively.
반면, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주의 경우, 자일로스 소모량은 27.85 g/L였고, 자일리톨 생산량은 13.27 g/L로 나타나, 0.48 g/g의 높은 자일리톨 수율을 보였으며, 에탄올의 생산량은 1.03 g/L로 낮은 것으로 확인되었다. On the other hand, Kluyveromyces marxianus ) In the case of strain 36907, the consumption of xylose was 27.85 g / L, the yield of xylitol was 13.27 g / L, the yield of xylitol was 0.48 g / g, and the yield of ethanol was found to be as low as 1.03 g / L .
한편, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 26548 균주의 경우, 9.79 g/L의 자일리톨을 생산하였으며, 나머지 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 124224, 200963 및 CBS 607 균주는 자일리톨을 생산하지 못하거나, 생산량이 미비하였다.On the other hand, Kluyveromyces marxianus ) For the strain 26548, 9.79 g / L xylitol was produced and the remaining Kluyveromyces marcescans marxianus ) 124224, 200963, and CBS 607 strains failed to produce xylitol or production was insufficient.
이상의 결과를 종합해 보면, 7개의 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 중 대다수 균주의 경우, 자일로스 소비량은 높았지만, 미미하게 자일리톨을 생산하였고, 그 외에 에탄올도 생산하여 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는데 적합하지 않은 것으로 판명되었다.Taken together, the seven Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) In the majority of the strains, the consumption of xylose was high, but it was found to be insufficient to produce xylitol from xylose by producing very little xylitol and also ethanol.
하지만, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주의 경우, 가장 높은 자일리톨 생산량 및 자일리톨 수율을 보여, 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는데 적합한 균주임을 확인할 수 있었다. However, Kluyveromyces marxianus ) 36907 strains showed the highest xylitol yield and xylitol yield, confirming that it is a suitable strain for producing xylitol from xylose.
따라서, 최종적으로 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 선별하였으며, 하기 실시예 2에서 사용하였다.Thus, finally, Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) 36907 strains were selected and used in Example 2 below.
[[ 실시예Example 2: 2: 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianusmarxianus )) 36907의 돌연변이 균주 선별]36907 < / RTI >
상기에서 제조된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 20 g/L의 포도당이 첨가된 YP 배지에서 12시간 동안 배양한 후 원심분리하여 배양된 균주를 수득하였다. 먼저, 수득 된 균주의 돌연변이를 유발시키기 위한 최적의 시간을 확인하기 위하여 1.0 M의 EMS를 각각 10분, 20분, 30분 및 40분 동안 처리해 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주의 세포사멸률을 측정하였다. The Kluyveromyces marxianus , prepared above, 36907 strain was cultured in YP medium supplemented with 20 g / L of glucose for 12 hours, followed by centrifugation to obtain a cultured strain. First, 1.0 M of EMS was treated for 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and 40 minutes, respectively, to determine the optimum time for inducing mutation of the obtained strain, and Kluyveromyces marxianus The cell death rate of strain 36907 was measured.
측정 결과, 1.0 M의 EMS를 30분간 처리했을 때, 평균 99.90 내지 99.99%의 세포 사멸률을 보이는 것을 확인하였고, 상기의 조건으로 무작위 돌연변이를 유발하여 여러 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 돌연변이 균주를 제조하였다. As a result of the measurement, it was confirmed that when treated with 1.0 M of EMS for 30 minutes, the cells exhibited an average cell death rate of 99.90 to 99.99%, and under the above conditions, random mutagenesis was induced to produce several Kluyveromyces marcans marxianus ) 36907 mutant strains were prepared.
그 후, 각 균주를 20 g/L의 자일로스가 첨가된 YP 한천 배지에 도말하고 그 중 총 580개의 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 돌연변이 균주를 선별하여 분리하였다.Then, each strain was plated on a YP agar medium supplemented with 20 g / L of xylose, and a total of 580 Kluyveromyces marcans marxianus ) 36907 mutants were selected and isolated.
상기에서 분리한 580개의 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 돌연변이 균주 중 자일리톨 생산 능력이 가장 우수한 균주를 선별하기 위하여 각 균주의 자일리톨 생산 능력을 확인하고자 하였다.The 580 Kluyveromyces marxianus isolated from the above- In order to select the strains with the highest xylitol production capacity among the 36907 mutants, the production ability of xylitol of each strain was examined.
상기에서 분리된 580개 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 돌연변이 균주를 1.5 mL의 80g/L의 자일로스가 첨가된 YP 배지 (24-웰 플레이트)에서 30℃의 온도로 4일 동안 세포배양기를 이용하여 배양하였으며, 4일 후, 각 균주의 자일리톨 생성을 측정하여 그 중 자일리톨 생성 수율이 높은 균주를 선별하였다. 580 Kluyveromyces marxianus , isolated from the above, The 36907 mutant strain was cultured in a cell incubator for 4 days at a temperature of 30 DEG C in 1.5 mL of YP medium (24-well plate) supplemented with 80 g / L of xylose, and after 4 days, xylitol production And the strain with high xylitol production yield was selected.
선별 결과, 자일리톨 생성 수율이 높은 10개의 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 돌연변이 균주가 선별되었으며, 각 균주를 250 ml 플라스크에 80 g/L의 자일로스가 첨가된 50 ml의 YP 배지에서 초기 흡광도 (OD600)가 1.0이 되도록 접종한 후, 30℃, 100 rpm의 조건으로 144시간 동안 배양하여 자일리톨 생산 수율을 측정하였다. As a result of screening, it was confirmed that 10 cloveromyces marcans ( Kluyveromyces marxianus ) 36907 mutants were selected and each strain was inoculated in a 250 ml flask with 50 ml of YP medium supplemented with 80 g / L of xylose to give an initial absorbance (OD 600 ) of 1.0, , And the yield of xylitol production was measured.
측정 결과, 상기 10개의 균주 중 자일리톨을 가장 많이 생산한 균주를 선별하였으며, 이를 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)로 명명하고 하기 실시예에서 사용하였다.As a result of the measurement, strains which produced the most xylitol among the 10 strains were selected, and they were classified into Kluyveromyces marcescans marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) and used in the following examples.
[[ 실시예Example 3: 3: 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianusmarxianus )) 36907 및 36907 and 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianusmarxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 자일리톨 생산 능력 비교]Comparison of xylitol production ability of strain 36907-FMEL1 (KCTC18459P)]
본 실험에서는 상기에서 제조된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907와 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 자일리톨 생산 능력을 비교하고자 하였다.In this experiment, the above-mentioned Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) 36907 and Kluyveromyces marxianus ( Cluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strains.
상기 두 균주를 80 g/L의 자일로스가 첨가된 YP 배지에서 30℃, 100rpm의 조건으로 144시간 동안 발효하여 자일리톨 생산량을 측정 및 비교하였다. The two strains were fermented in YP medium supplemented with 80 g / L of xylose at a temperature of 30 ° C and 100 rpm for 144 hours to measure and compare the production of xylitol.
측정 결과, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주는 78 g/L의 자일로스를 소모하고 53 g/L의 자일리톨을 생산하였으며, 0.67 g/g의 자일리톨 생산 수율 및 0.36 g/Lㆍh의 자일리톨 생산성을 보였다. As a result of measurement, Kluyveromyces The strain 36907-FMEL1 (KCTC18459P) consumed 78 g / L of xylose and produced 53 g / L of xylitol and showed productivity of 0.67 g / g of xylitol and 0.36 g / L ㆍ h of xylitol .
이는 모균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주에 비하여 자일리톨 농도가 120%, 생산 수율이 39%, 자일리톨 생산량이 2배 증가한 결과이다 (도 1). 도 1의 A는 무작위 돌연변이를 통하여 자일리톨 생산능력이 강화된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)This is the parent strain Kluyveromyces marxianus ) Xylitol concentration was 120%, production yield was 39%, and xylitol production was doubled as compared to 36907 strain (Fig. 1). Figure 1 shows the results of a random mutagenesis in which Kluyveromyces marjans ( Kluyveromyces marxianus ) 36907 strain was fermented in a medium containing xylose to confirm the production of xylitol. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
도 1의 B는 무작위 돌연변이를 통하여 자일리톨 생산 능력이 강화된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)Figure 1B shows the results of a random mutagenesis of Kluyveromyces < RTI ID = 0.0 > ( Kluyveromyces < / RTI > marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain was fermented in a medium containing xylose to confirm the production of xylitol. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
또한, 흥미롭게도 클루이베로마이세스 마르시아누스 ( Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주는 에탄올 생산량이 1.7 g/L에 그쳤으며, 이 균주의 증진된 자일리톨 생산 능력은 10번 이상의 계대배양 후에도 유지되었다. Interestingly, Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 ( KCTC18459P) strains were stopped in the production of ethanol 1.7 g / L, an enhanced xylitol production ability of the strain was maintained even after more than 10 passages.
이와 같은 결과는, 선별된 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주가 자일리톨의 대량 생산에 아주 적합한 균주임을 확인시켜 주는 결과이다.These results indicate that selected Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) is a suitable strain for mass production of xylitol.
[[ 실시예Example 4: 4: 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianusmarxianus )) 36907 및 36907 and 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianusmarxianus )) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 내열성 확인Identification of heat resistance of strain 36907-FMEL1 (KCTC18459P)
본 실험에서는 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 및 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 내열성을 확인하고자 하였다.In this experiment, the heat resistance of Kluyveromyces marxianus 36907 and Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) was examined.
내열성 균주인 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 및 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 자일로스가 첨가된 YP 배지를 이용하여 높은 온도인 45℃에서 144시간 동안 발효하였다. The heat-resistant strain Kluyveromyces marxianus ) 36907 and Cluyveromyces marxanus ( Kluyveromyces marxianus ) The strain 36907-FMEL1 (KCTC18459P) was fermented at a high temperature of 45 ° C for 144 hours using YL medium supplemented with xylose.
실험 결과, 상기 두 균주 모두 22~29g/L의 자일로스를 소모하고 10~12g/L의 자일리톨을 생산하는 매우 저조한 결과를 나타내는 것을 확인하였다 (미도시)As a result of the experiment, it was confirmed that both of the strains consumed 22 ~ 29 g / L of xylose and produced 10 ~ 12 g / L of xylitol (not shown)
따라서, 상기의 결과를 바탕으로 두 균주의 내열성을 추가로 확인하고자 하였는데, 두 균주를 각각 30℃와 45℃에서 80g/L의 글루코스가 첨가된 YP 배지를 이용하여 12시간 동안 포도당 발효실험을 진행하였다.Based on the above results, it was tried to further confirm the heat resistance of the two strains. The two strains were subjected to glucose fermentation test at 30 ° C and 45 ° C for 12 hours using YP medium supplemented with 80 g / L of glucose Respectively.
실험 결과, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주와 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주가 포도당을 탄소원으로 사용하였을 경우, 우수한 내열성 보임을 확인할 수 있었다. 다만, 30℃에서 배양한 경우의 포도당 소비 속도와 및 에탄올 생산 속도가 45℃에서 배양한 경우에 비해 약간 빠르거나 거의 유사하였다. As a result of the experiment, Kluyveromyces marxianus ) 36907 strains and Kluyveromyces marcescans marxianus ) When 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain used glucose as a carbon source, it was confirmed that the strain exhibited excellent heat resistance. However, the glucose consumption rate and the ethanol production rate when cultured at 30 ° C were slightly or almost similar to those when cultured at 45 ° C.
상기의 실험결과를 통해 두 균주는 자일로스를 탄소원으로 사용하였을 경우, 내열성을 유지하기 위한 ATP 생합성이 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다 (도 2). 따라서, 자일로스로부터 자일리톨을 생산하기 위해서는 배양 온도를 더 낮출 필요가 있는 것으로 판단되었다. As a result of the above experiment, it was confirmed that when the xylose was used as a carbon source, the two strains had very low ATP biosynthesis for maintaining heat resistance (Fig. 2). Therefore, it was judged that it is necessary to lower the incubation temperature in order to produce xylitol from xylose.
도 2의 A 및 B는 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907를 각각 30℃ 및 40℃에서 글루코스를 공급하여 발효한 결과이다. (■: 글루코스, ○: O.D., △: 에탄올)Figures 2 A and B are the results of fermentation with Kluyveromyces marxianus 36907 supplied at 30 ° C and 40 ° C, respectively, with glucose. (?: Glucose,?: OD,?: Ethanol)
도 2의 C 및 D는 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)를 각각 30℃ 및 40℃에서 글루코스를 공급하여 발효한 결과이다. (■: 글루코스, ○: O.D., △: 에탄올)2 C and D show results of fermentation of Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) by feeding glucose at 30 ° C and 40 ° C, respectively. (?: Glucose,?: OD,?: Ethanol)
[[ 실시예Example 5: 40℃5: 40 ° C 조건에서, Under the conditions, 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( Kluyveromyces Kluyveromyces marxianusmarxianus )) 36907 및 36907 and 클루이베로마이세스Cluey Bromyces 마르시아누스Marcianus ( ( KluyveromycesKluyveromyces marxianusmarxianus )) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain 자일리톨Xylitol 생산 확인] Production confirmation]
상기 실험 결과, 본 발명 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주와 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주가 자일로스를 탄소원으로 하는 45℃ 배양에서는 현저한 내열성을 보이는 것으로 나타나지 않아, 본 실험예에서는 45℃보다 5℃ 낮은 온도인 40℃ 조건에서 이들 균주의 자일리톨 생산량을 확인하고자 하였다. As a result of the above experiment, it was confirmed that the present invention, Kluyveromyces marxianus , 36907 strain and Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) The 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain did not show significant heat resistance at 45 ° C culture with xylose as a carbon source. In this experiment, xylitol production of these strains was determined at 40 ° C, which is 5 ° C lower than 45 ° C Respectively.
실험 방법은 온도 조건이 40℃인 것 이외에 상기 실시예 4와 동일하게 하여 자일로스가 첨가된 YP 배지에서 144시간 동안 발효를 수행하였다.The experiment was carried out in the same manner as in Example 4 except that the temperature condition was 40 ° C, and the fermentation was carried out in the YP medium supplemented with xylose for 144 hours.
실험 결과, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)의 자일리톨 생산량은 25 g/L였고, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907의 자일리톨 생산량은 14 g/L이었다. 특이하게도 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)는 45℃의 배양에 비해 생산량이 약 2배 정도 늘어난 결과를 보였다. As a result of the experiment, Kluyveromyces Xylitol production marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) was 25 g / L, Cluj Vero My process Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus ) The xylitol production of 36907 was 14 g / L. Unusually, Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) produced about twice the yield compared to 45 ° C.
또한, 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)가 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907에 비해 76% 증가한 결과를 보였다 (도 3).In addition, Kluyveromyces marxianus ) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) was deposited in Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) Compared with 36907 (FIG. 3).
이상의 결과로부터, 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P)의 자일리톨 생산능력이 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907보다 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. From the above results, it was confirmed that Kluyveromyces marxianus ( Kluyveromyces marxianus ) The xylitol production capacity of 36907-FMEL1 (KCTC18459P) was higher than that of Kluyveromyces marxianus ) Which is higher than that of 36907.
도 3의 A는 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올)FIG. 3A shows the results of confirming the production of xylitol by fermenting Kluyveromyces marxianus strain 36907 at 40 DEG C in a medium supplemented with xylose. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, Δ: ethanol)
도 3의 B는 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 자일로스가 첨가된 배지에서 발효하여 자일리톨 생산량을 확인한 결과이다. (○:O.D., ◆:자일리톨, ■: 자일로스, △: 에탄올) FIG. 3B shows the results of confirming the production of xylitol by fermenting Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain at 40 ° C in a medium supplemented with xylose. (○: OD, ◆: xylitol, ■: xylose, △: ethanol)
[ 실시예 6: 자일리톨 생산성 향상을 위한 클루이베로마이세스 마르시아누스 ( Kluyveromyces marxianus ) 36907-FLEL1 균주의 교반속도 최적화] [ Example 6: Effect of xylitol on growth of Cluyveromyces Marcia Taunus (Kluyveromyces marxianus) optimize agitation speed of 36907-FLEL1 strain;
(1) (One) 교반속도Stirring speed 최적화 조건 확인 Check optimization conditions
상기 실시예에서 발굴한 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주 배양시 자일리톨의 생산성을 향상시키기 위해 발효 교반 속도를 최적화하고자 하였다. Kluyveromyces marxianus , which was excavated in the above example, 36907-FMEL1 (KCTC18459P), the fermentation agitation speed was optimized to improve the productivity of xylitol.
클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 80 g/L의 자일로스가 첨가된 YP 배지에서 배양하되, 30℃ 및 40℃에서 각각 300, 350, 400, 450 및 500 rpm의 조건으로 4일 동안 플라스크 배양하여 각 균주의 자일리톨 생산을 비교하였으며, 배양 결과는 각각 하기 표 3 내지 4 및 도 4 내지 5에 나타내었다. Kluyveromyces The flask was cultured in YP medium supplemented with 80 g / L of xylose at a temperature of 300, 350, 400, 450 and 500 rpm at 30 ° C and 40 ° C for 4 days, And the production of xylitol of each strain was compared. The results of culturing are shown in Tables 3 to 4 and 4 to 5, respectively.
(A(A
600600
nm)nm)
xylose (g/L)xylose (g / L)
(g/Lh)(g / Lh)
(A 600 nm) (A 600 nm)
xylose (g/L)xylose (g / L)
(g/Lh)(g / Lh)
실험 결과, 40℃, 400rpm의 조건에서 배양한 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주의 자일리톨 생산량이 43g/L, 생산율이 0.90 (g/L·h)으로 나타나, 다른 교반 속도 조건들에 비해 가장 높은 것을 확인하였다.As a result of the experiment, it was confirmed that Kluyveromyces marcans ( Kluyveromyces) cultured at 40 ° C and 400 rpm marxianus ) The production rate of xylitol of 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain was 43 g / L and the production rate was 0.90 (g / L · h), which was higher than other stirring speed conditions.
따라서, 고온에서 자일리톨의 높은 생산을 위한 최적화 조건은 40℃, 400rpm임을 확인하였다 (도 4 및 5).Therefore, it was confirmed that the optimization conditions for high production of xylitol at high temperature were 40 ° C and 400 rpm (FIGS. 4 and 5).
도 4는 30℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 각각 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) 및 500 (E) rpm의 조건으로 발효하여 자일리톨 생산량을 측정한 결과이다. (■: 자일로스, ◇: 자일리톨, ●: O.D., △: 에탄올)Figure 4 shows that Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strains were tested at 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) and 500 , And the amount of xylitol produced was measured. (■: xylose, ◇: xylitol, ●: OD, △: ethanol)
도 5는 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 각각 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) 및 500 (E) rpm의 조건으로 발효하여 자일리톨 생산량을 측정한 결과이다. (■: 자일로스, ◇: 자일리톨, ●: O.D., △: 에탄올)FIG. 5 shows the results of a strain of Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain at 300 (A), 350 (B), 400 (C), 450 (D) and 500 , And the amount of xylitol produced was measured. (■: xylose, ◇: xylitol, ●: OD, △: ethanol)
(2) 상기 (2) 교반속도Stirring speed 최적화 조건에서 플라스크 배양기와 발효기를 이용한 자일리톨의 생산성 비교 Comparison of productivity of xylitol using flask incubator and fermenter under optimized conditions
본 실시예에서는 상기 실험에서 확인한 교반속도 최적화 조건을 바탕으로 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FLEL1 균주의 플라스크 배양 및 발효기 배양에서의 자일리톨 생산성을 비교하고자 하였다.In this example, based on the conditions of the stirring speed optimization as confirmed in the above experiment, Kluyveromyces marxianus ) 36907-FLEL1 cultures and fermentation broth cultures.
'40℃, 400rpm'와 '30℃, 400rpm'의 조건으로 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 80 g/L의 자일로스가 첨가된 YP 배지에서 배양하였으며, 플라스크 배양의 경우 144시간, 발효기의 경우 각각 72시간, 60시간 동안 배양하였다.Under the conditions of '40 ° C, 400 rpm' and '30 ° C, 400 rpm', Kluyveromyces marxianus ) The 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain was cultured in YP medium supplemented with 80 g / L xylose, and cultured for 144 hours in the flask culture and 72 hours and 60 hours in the fermentation culture, respectively.
실험 결과, 발효기의 최적화 조건 (40℃, 400 rpm)에서의 자일리톨 생산성이 플라스크 배양의 결과와 비교했을 때 약 6배가량 증가함을 확인할 수 있었다 (도 6). 도 6은 30 및 40℃에서 클루이베로마이세스 마르시아누스 (Kluyveromyces marxianus) 36907-FMEL1 (KCTC18459P) 균주를 각각 플라스크 및 발효기를 이용해 발효하여 자일리톨 생산량을 비교한 결과이다.As a result of the experiment, it was confirmed that the productivity of xylitol at the optimum condition (40 ° C, 400 rpm) of the fermenter was increased about 6 times as compared with that of the flask culture (FIG. 6). FIG. 6 shows the results of comparing the amounts of xylitol produced by fermentation of Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) strain at 30 and 40 ° C using a flask and a fermenter, respectively.
Claims (3)
Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) with improved xylitol production.
A method for producing xylitol, which comprises culturing Kluyveromyces marxianus 36907-FMEL1 (KCTC18459P) inoculated on a culture medium containing xylose.
상기 배양은,
30~40℃, 350~450rpm의 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 자일리톨의 생산방법.
3. The method of claim 2,
The above-
30 to 40 DEG C, and 350 to 450 rpm.
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