KR100643793B1 - 200 A novel flocculating yeast strain Candida tropicalis HY200 its cultivation and production of xylitol using repeated-batch fermentation - Google Patents

200 A novel flocculating yeast strain Candida tropicalis HY200 its cultivation and production of xylitol using repeated-batch fermentation Download PDF

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Abstract

A novel flocculating yeast strain, Candida tropicalis HY200, its cultivation method and a production of xylitol by repeated-batch fermentation of the same strain are provided to cheaply produce xylitol by precipitating the flocculating yeast strain without a further process. The novel flocculating yeast strain, Candida tropicalis HY200(KCTC 10813BP) is precipitated after finishing the stirring of fermentation medium. The xylitol is produced by (i) culturing Candida tropicalis HY200(KCTC 10813BP), (ii) inoculating the cultured medium into the fermentation medium containing xylose, and culturing it by regulating the air supply speed, stirring speed and temperature, and (iii) purifying xylitol from the cultured fermentation medium, wherein the cultivation method of step(ii) is repeated-batch fermentation; the air supply speed is 0.5-1.5 vvm, stirring speed is 250-500 rpm, and fermentation temperature is 28-31 deg.C; and the initial xylose concentration is 100-300 g/l.

Description

신규 응집성 효모 칸디다 트로피칼리스 HY200, 이의 배양방법 및 이를 이용한 반복 회분식 자일리톨 생산방법{A novel flocculating yeast strain, Candida tropicalis HY200, its cultivation and production of xylitol using repeated-batch fermentation}Novel flocculating yeast strain, Candida tropicalis HY200, its cultivation and production of xylitol using repeated-batch fermentation}

도 1은 본 발명의 HY200 균주를 2.5l 발효조에 배지와 함께 넣고 교반시켰을 때, 15분 후에 균주 자체의 응집성만으로 침강되는 현상을 나타낸 사진이고, 1 is a photograph showing a phenomenon that the HY200 strain of the present invention is precipitated with only the cohesiveness of the strain itself after 15 minutes when the mixture is stirred with a medium in a 2.5l fermenter,

(A) 교반을 멈춘 후 0분 (B) 15분 (A) 0 minutes after stopping stirring (B) 15 minutes

도 2는 본 발명의 HY200 균주(오른쪽)와 다른 캔디다 트로피칼리스(ATCC 20336, 왼쪽)와의 응집성(flocculation)을 비교한 결과를 나타낸 사진이고, 2Is a photograph showing the results of comparing the flocculation of the HY200 strain of the present invention (right) with another Candida tropicalis (ATCC 20336, left),

(A) 교반을 멈춘 후 0분 (B) 1분 (C) 2분 (D)3분 후(A) 0 minutes after stopping stirring (B) 1 minute (C) 2 minutes (D) 3 minutes later

도 3은 200g/l 의 자일로스, 10g/l의 효모 추출물 및 7g/l의 트립톤을 포함하는 배지에서 자일리톨 생산에 대한 회분식 발효공정(batch fermentation)의 결과를 나타낸 프로파일이다. FIG. 3 is a profile showing the results of batch fermentation for xylitol production in a medium comprising 200 g / l xylose, 10 g / l yeast extract and 7 g / l tryptone.

▼: 건조 세포 중량 ●: 자일로스 ○: 자일리톨▼: dry cell weight ●: xylose ○: xylitol

도 4는 30℃에서 420 rpm, 0.5 vvm 조건으로 반복된 회분식 배양을 실시한 결과를 나타낸 프로파일이다. Figure 4 is a profile showing the results of repeated batch culture at 420 rpm, 0.5 vvm conditions at 30 ℃.

DCW: ▼ 자일로스: ● 자일리톨: ○ pH: △ 응집성(%): .■DCW: ▼ Xylose: ● Xylitol: ○ pH: △ Cohesive (%):. ■

본 발명은 신규한 캔디다 속 균주 HY200 및 이를 이용하여 자일리톨을 생산하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고농도의 자일로스에 대한 내성을 가지며 응집성을 갖는 캔디다 트로피칼리스 HY200 및 이를 이용하여 D-자일로스로부터 자일리톨을 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel Candida genus strain HY200 and a method for producing xylitol using the same, and more specifically, Candida Tropicalis HY200 having resistance to high concentrations of xylose and having cohesive D-xylose using the same It relates to a method for producing xylitol from.

자일리톨(xylitol)은 다양한 과일과 몇몇 야채에서 발견되는 5탄당 알코올로(Washuttle. J. et al., J. Food Sci. 38:1262, 1973) 높은 당도를 갖고 있고 분해시 인슐린이 필요하지 않기 때문에 당뇨병과 글루코스-6-포스페이트 탈수소효소-결핍 질병 치료를 위한 설탕 대용품으로 각광받고 있다(Maekinen. K. K. Adv. Food Res. 25: 137-158, 1979; Ylikahri, R. Adv. Food Res. 25: 159-180, 1979). 또한 충치균인 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)와 스트렙토코커스 소브리누스(S. sobrinus)의 탄소원으로 이용되고 대사되면 충치를 일으키는 산이 발생하지 않으므로 치아의 이차 우식(anticariogenic)을 방지하며(Maekinen. K. K. Adv. Food Res. 25: 137-158, 1979) 클로스트리디움 부티리칸(Clostiridium butyrican)과 살모넬라 티피(Salmonella typhii)와 같은 부생균(saprophyte)을 억제함으로써 음식의 저장기간을 연장하는 기능도 있다(Emodi, A. Food Thechol. 32: 20-32, 1978). 따라서 츄잉검, 소프트 드링크, 아이스크림 및 치약과 같은 다양한 상품에 첨가된다.Xylitol is a pentose alcohol found in various fruits and some vegetables (Washuttle. J. et al., J. Food Sci. 38: 1262, 1973) because it has high sugar content and does not require insulin to break down. It has been in the spotlight as a sugar substitute for treating diabetes and glucose-6-phosphate dehydrogenase-deficient diseases (Maekinen. KK Adv. Food Res. 25: 137-158, 1979; Ylikahri, R. Adv. Food Res. 25: 159 -180, 1979). In addition, it is used as a carbon source of the dental caries Streptococcus mutans and Streptococcus sobrinus , and when it is metabolized, it does not generate an acid causing tooth decay and thus prevents secondary caries (anticariogenic) of teeth (Maekinen.KK Adv. Food Res. 25: 137-158, 1979) Prolongs shelf life of food by inhibiting saprophytes such as Clostiridium butyrican and Salmonella typhii Emodi, A. Food Thechol. 32: 20-32, 1978). It is therefore added to various products such as chewing gum, soft drinks, ice cream and toothpaste.

자일리톨은 일반적으로 자일로스(xylose)의 화학적 환원에 의해 생산되는데 주로 자작나무와 같이 자일로스가 풍부한 물질의 헤미셀룰로스 가수분해물(hemicellulose hydrolysate)로부터 유래된다. 이러한 천연물질의 헤미셀룰로스 부분으로부터 자일리톨을 수득할 수 있기는 하나, 다양한 당과 그의 중합체가 함께 포함되어 있어 자일리톨만 수득하기 위해서는 비용이 많이 드는 여러 분리단계를 거쳐야만 한다(Hyvoenen L., Adv. Food Res. 28: 373-403, 1983). 반면 자일리톨을 미생물로 생산하는 방법은 과정이 간단하고 많은 양의 자일리톨을 수득할 수 있으므로 매우 주목받고 있는 방법이다. Xylitol is generally produced by chemical reduction of xylose, mainly derived from hemicellulose hydrolysate of xylose-rich substances such as birch. Although xylitol can be obtained from the hemicellulose portion of these natural substances, various sugars and their polymers are included together, so that only xylitol can be obtained through several costly separation steps (Hyvoenen L., Adv. Food Res. 28: 373-403, 1983). On the other hand, the method of producing xylitol as a microorganism is a method that is attracting much attention because the process is simple and a large amount of xylitol can be obtained.

몇 가지 미생물이 자일리톨 생산 균주로 스크리닝되었고 그들 대부분은 캔디다 속(C. boidinii , C. gulliermondii , C. parapsilosis , C. pelliculosa , C. shehatae C. tropicalis)에 포함되거나 캔디다 속과 관련된 종인 Debaryomyces hanseniiPichia stipitis인 것으로 밝혀졌다(Barbosa, M. F. S et al., J. Ind. Microbiol. 3; 241-251, 1988; Du Preez, J. C. et al., Enzyme Microb. Technol. 32: 20-32, 1978; Jeffries, T. W. Biotechnol. Bioeng. 24: 371-384, 1981; Kim, S. Y. et al., J. Ferment. Bioeng. 83: 267-270, 1997; Kitpreechsvanich, V. et al., Biotechnol. Lett. 6: 651-656, 1984; Ligthelm, M. E., et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 28: 63-68, 1988; Ligthelm, M. E., et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 28: 193-296, 1988; Vongsuvalert, V. and Y. Tani. J Ferment. Bioeng. 67: 35-39, 1989). 자일리톨은 상기 효모의 주요한 자일로스 환원 산물이지만 생산과 배출을 조절하는 인자는 아직 분명히 밝혀져 있지 않다. 그들 가운데 캔디다 트로피칼리스, 피키아 스티피티스 및 재조합 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)가 자일리톨 생산을 위한 회분식(batch)이나 유가식(fed-batch) 배양에 주로 사용되어 왔고(Kim, M. S. et al., J. Microbiol. Biotechol. 11: 564-569, 2001; Lee, W. J. et al., J. Microbiol. Biotechnol. 13: 725-730, 2003; Vandeska, E. S. et al., J. Microbiol. Biotechnol. 11: 213-218, 1995) 상기 균주를 이용하여 높은 수율의 약 80% 정도의 자일리톨이 수득되었다. Several microorganisms have been screened for xylitol-producing strains and most of them are C. boidinii , C. gulliermondii , C. parapsilosis , C. pelliculosa , C. shehatae C. and contained in tropicalis) or related species Debaryomyces genus Candida Hansenii and Pichia stipitis (Barbosa, MF S et al., J. Ind. Microbiol. 3; 241-251, 1988; Du Preez, JC et al., Enzyme Microb. Technol. 32: 20-32, 1978; Jeffries, TW Biotechnol. Bioeng. 24: 371-384, 1981; Kim, SY et al., J. Ferment. Bioeng. 83: 267-270, 1997; Kitpreechsvanich, V. et al., Biotechnol. 6: 651-656, 1984; Ligthelm, ME, et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 28: 63-68, 1988; Ligthelm, ME, et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 28: 193-296, 1988; Vongsuvalert, V. and Y. Tani.J Ferment.Bioeng. 67: 35-39, 1989). Xylitol is a major xylose reduction product of the yeast, but the factors regulating production and emission are not yet clear. Among them, Candida Tropicalis, Pichia stipitis and recombinant Saccharomyces cerevisiae have been mainly used in batch or fed-batch cultures for xylitol production (Kim, MS et al., J. Microbiol. Biotechol. 11: 564-569, 2001; Lee, WJ et al., J. Microbiol. Biotechnol. 13: 725-730, 2003; Vandeska, ES et al., J. Microbiol 11: 213-218, 1995) A high yield of about 80% of xylitol was obtained using this strain.

회분식 배양 과정의 중요한 단계는 세척, 발효조의 멸균 및 그 후 세포를 다시 키우는 데 소요되는 시간이다. 유가식 배양은 공정 중의 세포 손실은 피할 수 없고 작동시 재적응시간(readjustment time)의 변동을 초래한다. 이러한 문제를 해결하고 자일리톨 수율을 향상시키기 위하여 배양액으로부터 세포의 분리가 용이한 응집성이 있는 세포를 사용하거나 세포를 고정하는 전략이 대안으로서 고려되고 있으며, 이는 또한 배지에서 세포를 쉽게 분리하고 세포의 오염과 손실의 위험을 줄일 수도 있다(Jang, S. H. et al., J. Microbiol. Biotechnol. 13: 501-508, 2003; Roca, E. et al., Biotechnol. Bioeng. 51: 317-326, 1996; Yahashi, Y. et al., Biotechnol. Lett. 18: 1395-1400, 1996). An important step in the batch culture process is the time it takes to wash, sterilize the fermentor and then regrow the cells. Fed-batch cultures inevitably result in cell loss during the process and lead to variations in readjustment time during operation. In order to solve this problem and improve the xylitol yield, alternative strategies for using cohesive cells or freezing the cells, which are easy to separate the cells from the culture medium, are considered as alternatives, which also easily separate the cells from the medium and contaminate the cells. And risk of loss and loss (Jang, SH et al., J. Microbiol. Biotechnol. 13: 501-508, 2003; Roca, E. et al., Biotechnol. Bioeng. 51: 317-326, 1996; Yahashi, Y. et al., Biotechnol. Lett. 18: 1395-1400, 1996).

대한민국 출원 10-1997-0010244, 10-1997-009717, 10-1998-0020034는 신균주 캔디다 트로피칼리스에 의한 자일리톨 제조방법에 대해 기술하고 있으나 본 발명과는 균주 자체가 다르고 앞서 언급한 바와 같은 회분식 또는 유가식 배양 과정 중에 발생하는 문제점을 해결할 수 없었다. Republic of Korea application 10-1997-0010244, 10-1997-009717, 10-1998-0020034 describes a method for producing xylitol by the new strain Candida tropicalis, but the strain itself is different from the present invention and the batch or Problems encountered during the fed-batch cultivation process could not be solved.

이에, 본 발명자들은 반복되는 배치 배양과정에서 자일리톨 생산의 증가 및 공정의 단순화 효과를 가져올 수 있는, 응집성을 가지며 높은 자일로스 농도에 내성을 갖는 신규한 균주를 분리하고자 시도하였다. 논의 흙에서 분리 및 동정된 본 발명의 캔디다 속 HY200 균주가 상기와 같은 특성을 가지고 있음을 발견하였으며, 높은 세포 질량으로 반복된 배치(batch) 조작과 세포의 유지 및 재사용이 용이하며 높은 자일리톨 수율과 생산이 가능함을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors have attempted to isolate novel strains that are cohesive and resistant to high xylose concentrations that can result in increased xylitol production and simplified processes in repeated batch cultures. The HY200 strain of Candida genus of the present invention isolated and identified in soil has been found to have the above characteristics, and it is easy to maintain and reuse the cells with repeated batch manipulation with high cell mass, and to have high xylitol yield and Confirmed that the production is possible to complete the present invention.

본 발명의 목적은 신규한 캔디다 속 균주를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a novel Candida genus strain.

본 발명은 또한 상기 균주를 이용하여 D-자일로스로부터 자일리톨을 생산하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims to provide a method for producing xylitol from D-xylose using the strain.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 신규한 캔디다 트로피칼리스 HY200을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a novel Candida Tropicalis HY200.

또한, 본 발명은 상기 균주를 이용하여 자일리톨을 생산하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing xylitol using the strain.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 신규한 캔디다 트로피칼리스 HY200을 제공한다. The present invention provides a novel Candida Tropicalis HY200.

본 발명자들은 논에서 다양한 토양 샘플을 수득한 후, 이에 부착된 세포를 모아 고농도의 자일로스가 포함된 증균배지에서 배양하였다. 이를 자일로스가 포함된 한천배지에 도말하고 배양하여 뚜렷한 세포 성장을 나타내는 콜로니를 골라 자일리톨 액체배지에서 응집성을 시험하였다. 응집성을 보이는 배양액은 적절히 희석하여 고체배지에 도말하였고, 빠르게 성장하여 큰 콜로니를 형성한 5개의 균주를 선택하였다. 선택된 균주들을 100 g/l의 자일로스 액체 배지에서 배양하여 자일리톨-생산능과 응집현상을 비교하였다. 이 중, 가장 높은 수율을 가진 하나의 종인 HY200을 최종 선택하였으며, 100g/l의 자일로스, 100g/l 효모 추출물 및 10g/l 박토 펩톤으로 보강된 증균배지에서 배양되었을 때 최대 세포 농도는 10.8g/l 였고 자일리톨 농도는 73.3g/l였다. 선별된 균주는 상대적으로 높은 세포 성장과 적은 지체시간(lag time)을 가지므로 저농도 자일로스(100g/l)에서 배양하였으며 종 분류를 위한 유전형과 표현형의 특징에 따라 체계적으로 동정하였다. The present inventors obtained various soil samples from the rice paddy, and then, the cells attached thereto were collected and cultured in a enrichment medium containing a high concentration of xylose. These were plated on agar medium containing xylose and cultured to select colonies showing marked cell growth and tested for cohesiveness in xylitol liquid medium. The cohesive culture medium was diluted properly and plated on a solid medium, and five strains that grew rapidly to form large colonies were selected. Selected strains were cultured in 100 g / l xylose liquid medium to compare xylitol-producing ability and aggregation. Among them, HY200, one species with the highest yield, was finally selected, and the maximum cell concentration was 10.8 g when cultured in enrichment medium supplemented with 100 g / l xylose, 100 g / l yeast extract and 10 g / l bactopeptone. / l and xylitol concentration was 73.3 g / l. The selected strains were cultured in low concentration xylose (100g / l) because they had relatively high cell growth and low lag time and were systematically identified according to the genotype and phenotype characteristics for species classification.

상기 균주는 이동성이 없고 크림색이고 약간의 균사체 경계(mycelial border)를 가지고 있는 호기성 미생물로 카탈라제와 산화제 양성 반응을 나타내었 다. Biolog Microlog TM(Biolog)을 사용하여 실험한 결과 HY200은 글루코스, 프럭토스, 말토스 만니톨, 자일로스와 이노시톨 라피노스를 탄소원으로 사용하고 최적 성장 온도 범위는 30에서 34 ℃임을 확인하였다.The strain was an aerobic microorganism with no mobility, creamy color, and a slight mycelial border, showing catalase and oxidant positive reactions. Experiments using Biolog Microlog (Biolog) confirmed that HY200 uses glucose, fructose, maltose mannitol, xylose and inositol raffinose as carbon sources and the optimum growth temperature range is 30 to 34 ° C.

상기 생리학적 분류 방법 외에 계통 관계를 측정하는 강력한 수단인 18S 리보솜 RNA(rRNA) 서열 정보를 분석하였으며, HY200의 18S rRNA 서열은 전형적인 캔디다 균주, 특히 캔디다 트로피칼리스(Candida tropicalis)와 매우 높은 상동성(99% 이상)을 나타냄을 확인하였다. In addition to the above physiological classification methods, 18S ribosomal RNA (rRNA) sequence information, which is a powerful means of measuring the lineage relationship, was analyzed, and the 18S rRNA sequence of HY200 was highly homologous to typical Candida strains, especially Candida tropicalis . 99% or more).

따라서, 18S rRNA 의 상동성 수준과 생리학적 분류 결과로부터 HY200이 캔디다 트로피칼리스 종임을 확인하고 균주의 이름을 캔디다 트로피칼리스 HY200이라고 명명하였다. 본 발명의 캔디다 트로피칼리스 HY200 세포주는 2005년 6월 2일에 한국생명공학연구원 생물자원센타에 기탁되었으며 수탁번호는 KCTC 10813BP이다.Therefore, from the homology level and physiological classification of 18S rRNA, it was confirmed that HY200 was Candida tropicalis species and the strain was named Candida tropicallis HY200. Candida Tropicalis HY200 cell line of the present invention was deposited on June 2, 2005 at the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Center and accession number is KCTC 10813BP.

자일리톨 생산을 늘리기 위한 다양한 노력들이 있어 왔는데 자일리톨의 대사 및 세포성장에 자일리톨이 에너지원으로 사용되는 것을 막고 최초 자일로스 농도를 높여 많은 자일리톨 생산을 가능하게 하려는 것이 그것이다. 캔디다 종에 의한 자일리톨 생산시 자일로스 뿐 아니라 자일리톨도 탄소원으로 사용한다고 알려져 있기 때문에 탈수소화효소에 의한 자일리톨의 그 다음 단계로의 대사를 막아 자일리톨의 감소를 줄일 필요가 있었다. 또한, 세포 성장에 이용되는 자일리톨의 양을 줄이기 위하여 세포 성장에 사용되는 대안적인 탄소원을 밝혀낸다면 수득할 수 있는 자일리톨 양이 증가할 것이라고 여겨져 왔다. Various efforts have been made to increase the production of xylitol, which aims to prevent the use of xylitol as an energy source for xylitol metabolism and cell growth, and to increase the initial xylose concentration to enable much xylitol production. Since xylitol, as well as xylose, is known to be used as a carbon source for xylitol production by Candida species, it is necessary to reduce the reduction of xylitol by preventing metabolism of xylitol by the dehydrogenase. In addition, it has been believed that the amount of xylitol obtainable will increase if the alternative carbon sources used for cell growth are identified to reduce the amount of xylitol used for cell growth.

본 발명자들은 먼저, 자일로스 외에 HY200이 대사할 수 있는 탄소원을 찾아내기 위해, 18가지 탄소원에 대한 동화작용의 활성을 테스트하였다. 그 결과, HY200이 비교적 높은 세포 농도에서도 프럭토스, 글루코스, 말토스 및 만니톨을 잘 대사시키고 이노시톨, 라피노즈 람노즈를 탄소원으로 이용할 수 있었으나 자일리톨은 탄소원으로 이용하지 못하였다. 이로써 HY200이 자일로스 외에 다른 탄소원도 이용할 수 있었으나 자일리톨은 대사하지 못함으로써, 자일로스로부터 손실없이 자일리톨을 생산할 수 있는 우수한 후보임을 확인하였다.The inventors first tested the activity of assimilation on 18 carbon sources to find a carbon source that HY200 can metabolize in addition to xylose. As a result, HY200 metabolized fructose, glucose, maltose and mannitol well even at relatively high cell concentrations, and inositol and raffinose rhamnose could be used as carbon sources, but xylitol was not used as a carbon source. As a result, HY200 could use other carbon sources in addition to xylose but could not metabolize xylitol, thus confirming that HY200 is an excellent candidate to produce xylitol without loss from xylose.

이와 같이 HY200은 자일로스를 더 빨리 소비하고 고농도의 자일로스에 내성이 있으며 탄소원으로서 자일리톨을 이용하지 않고 응집성이 있어 배양시 쉽게 가라앉음으로써 원심분리와 같은 추가공정 없이도 세포와 수용성 산물이 분리되는 장점을 가지므로 여타의 캔디다 속 균주와 큰 차이점을 지니고 있다(도 1 및 도 2 참조). As such, HY200 consumes xylose faster, is resistant to high concentrations of xylose, and is cohesive without using xylitol as a carbon source, so it easily sinks in culture, so that cells and aqueous products can be separated without additional processes such as centrifugation. Since it has a large difference from other Candida strains (see Figs. 1 and 2).

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

1) HY200 균주를 종 배양하는 단계;1) species culturing the HY200 strain;

2) 단계 1의 배양액을 발효배지에 접종한 후 공기 공급량, 교반속도 및 온도를 조절하여 배양하는 단계; 및2) inoculating the culture solution of step 1 into the fermentation medium and culturing by adjusting the air supply amount, stirring speed and temperature; And

3) 단계 2의 배양액으로부터 자일리톨을 정제하는 단계를 포함하는 자일리톨 생산방법을 제공한다.3) provides a xylitol production method comprising the step of purifying xylitol from the culture medium of step 2.

본 발명자들은 본 발명의 HY200으로부터 효과적으로 자일리톨을 생산하기 위 하여 배지조건을 최적화할 수 있는 방법을 연구하였다. The present inventors have studied a method for optimizing the medium conditions to effectively produce xylitol from the HY200 of the present invention.

먼저 최고 수율로 자일리톨 생산에 적합한 질소원을 선택하기 위하여, 액체 녹말 웨이스트, 효모 추출물 및 소이톤(soytone)으로 테스트한 결과, HY200가 효모 추출물, 트립톤 또는 이의 혼합물에서 높은 생산성과 응집성을 나타내는 것을 확인하였다. First, in order to select a nitrogen source suitable for xylitol production at the highest yield, tests with liquid starch waste, yeast extract and soytone confirmed that HY200 exhibited high productivity and cohesiveness in yeast extract, tryptone or mixtures thereof. It was.

한편, 자일로스 농도를 증가시키면 자일리톨 수율이 증가되나 에탄올 수율은 낮아지는 것으로 알려져 있는데 Nolleau 등은 초기 자일로스 농도의 증가는 기질 억제 및/또는 삼투압에 의해 세포 성장이 억제됨을 보고하였으나 Sirisansanneeyakul 등은 유사한 특정 성장속도에서 자일로스 농도의 증가는 자일로스 흡수와 자일리톨 생산을 증가시킴을 보고하였다. 이에 세포성장과 최대의 자일리톨 수율을 위해 HY200의 배양에 적합한 초기 자일로스 농도를 알아보기로 하였다. 이를 위해 각기 다른 초기 자일로스 농도를 갖는 발효조에서 세포를 첨가한 후 결과를 관찰한 결과, 초기 자일로스 농도가 200 g/l 이하일 때는 자일로스 농도가 증가할수록 세포농도와 생산성이 증가하는 반면 자일리톨 수율에서는 약간의 차이만이 있었다. 자일로스 농도가 200 g/l 보다 높아지면(200 내지 300 g/l) 배양시간이 급격하게 증가하였고 세포 성장과 생산성이 떨어졌다(표 2). 이런 결과는 초기 자일로스 농도가 200g/l에서 최고의 수율을 얻을 수 있음을 밝힌 Gong et al.과 Ikeuchi의 보고와도 일치한다. Increasing the concentration of xylose increases the yield of xylitol, but decreases the ethanol yield. Nolleau et al. Reported that initial growth of xylose inhibited cell growth by substrate inhibition and / or osmotic pressure, while Sirisansanneeyakul et al. Increasing xylose concentrations at certain growth rates reported increased xylose uptake and xylitol production. Therefore, the initial xylose concentration suitable for HY200 culture for cell growth and maximum xylitol yield was determined. To this end, after observing the results after adding the cells in fermenters with different initial xylose concentrations, when the xylose concentration was less than 200 g / l, the cell concentration and productivity increased as the xylose concentration increased, while the xylitol yield was increased. There was only a slight difference. When the xylose concentration was higher than 200 g / l (200 to 300 g / l), the incubation time increased drastically and the cell growth and productivity decreased (Table 2). This result is consistent with Gong et al. And Ikeuchi's report that initial xylose concentrations yield the highest yields at 200 g / l.

세포 증식, 자일로스 소비 및 자일리톨 생산에서 과도한 통기(aeration)는 세포량이나 자일리톨 생산을 줄인다는 의견이 있는 반면, 산소 수치가 낮을수록 세 포 성장을 제한하고 자일리톨 생산을 감소시킨다는 연구 결과도 있다(Furlan, S. A. et al., Process Biochem. 29: 657-662, 1994; Furlan, S. A. et al., Biotechnol. Lett. 13: 203-206, 1991; Roseiro, J. c. ET AL., 156: 484-490, 1991; Walther. T. et al.Biores. Technol. 76: 213-220, 2001). 따라서 본 발명자들은 최적의 통기량을 알아보기 위하여 다양한 통기량을 가하였을 때, 자일리톨 생산량의 변화를 관찰하였다. 그 결과, 1.5 vvm의 통기 속도에서 세포 농도는 최대에 달했으나 자일로스가 자일리톨로 변하는 수율은 상대적으로 다른 조건보다 낮았고 0.5 vvm 통기속도에서는 자일리톨 생산성과 수율은 높았지만 배양시간이 매우 길었다. 상기 결과를 종합하여 최적 통기 속도는 약 1.0 vvm으로 결정하였다(표 3). While there is an opinion that excessive aeration in cell proliferation, xylose consumption, and xylitol production reduces cell volume or xylitol production, research suggests that lower oxygen levels limit cell growth and reduce xylitol production. Furlan, SA et al., Process Biochem. 29: 657-662, 1994; Furlan, SA et al., Biotechnol. Lett. 13: 203-206, 1991; Roseiro, J. c. ET AL., 156: 484 -490, 1991; Walther.T. Et al. Biores. Technol. 76: 213-220, 2001). Therefore, the present inventors observed a change in xylitol production when various air amounts were added to find an optimum air amount. As a result, the cell concentration reached maximum at aeration rate of 1.5 vvm, but the yield of xylose to xylitol was relatively lower than other conditions. At 0.5 vvm aeration, xylitol productivity and yield were high, but the incubation time was very long. Based on the above results, the optimum aeration rate was determined to be about 1.0 vvm (Table 3).

한편, 최종 세포량과 자일리톨 생산성은 교반 속도가 증가함에 비례하여 증가하였으나 배양시간과 자일리톨 수율은 교반 속도가 증가함에 따라 감소하여(표 4) 최대 자일리톨 생성의 교반속도는 330rpm 이었다. 배양온도가 30 ℃로 유지되면 최대 자일리톨 수율과 생산성을 나타내었고 27℃ 보다 낮으면 세포 성장이 갑자기 감소하였고 32℃ 보다 높으면 세포 성장 속도는 낮아지고 자일리톨 생산성 또한 감소하였다. 최초 pH는 자일리톨 생산에 거의 영향을 미치지 않았으나 그 중 pH가 4.0일 때 세포 성장이 제일 높았다. On the other hand, the final cell volume and xylitol productivity increased in proportion to the increase in the stirring speed, but the incubation time and the xylitol yield decreased as the stirring speed increased (Table 4), and the stirring speed of the maximum xylitol production was 330 rpm. The maximum xylitol yield and productivity were maintained when the incubation temperature was maintained at 30 ° C. The cell growth was abruptly decreased below 27 ° C. The cell growth rate was lowered and the xylitol productivity was decreased below 32 ° C. Initial pH had little effect on xylitol production, but cell growth was highest at pH 4.0.

분리된 균주인 캔디다 트로피칼리스 HY200을 100ml 자일로스 배지(300g/l 자일로스, 10g/l 효모 추출물, 10g/l 박토 펩톤)에 접종하여 교반속도 200rpm으로 30℃에서 24 시간동안 종 배양하였다. 상기 종 배양액을 발효 배지와 1-l 작용 부피 (working volume)로 혼합하여 본 배양하였다. 상기한 바와 같이 교반속도는 330rpm, 통기량은 1.0 vvm, 초기 pH는 4.0 배양온도는 30 ℃, 초기 자일로스 농도는 200g/l으로 최적의 배지 및 배양조건을 설정한 후 HY200 균주를 배양하였다. 배양 후, 세포는 원심분리 후 분광기로 확인하고 배양 배지는 high performance liquid chromatograpy(Waters)로 분석하였다. 그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이 HY200의 자일리톨 생산은 직선으로 증가했고 자일로스 소비속도는 직선으로 감소했으며 최초 자일로스 농도가 200g/l로 공급되었을 때, 자일리톨 수율은 77%와 생산성은 2.57g/lㆍh로 가장 높음을 확인하였다. Candida tropicalis HY200, the isolated strain, was seeded in 100 ml xylose medium (300 g / l xylose, 10 g / l yeast extract, 10 g / l bactopeptone) and incubated for 24 hours at 30 ° C. at a stirring speed of 200 rpm. The seed culture was incubated by mixing the fermentation medium with 1-l working volume. As described above, the stirring speed was 330 rpm, the aeration amount was 1.0 vvm, the initial pH was 4.0, the incubation temperature was 30 ° C., the initial xylose concentration was 200 g / l, and the HY200 strain was cultured after setting the optimum medium and culture conditions. After incubation, the cells were checked by spectroscopy after centrifugation and the culture medium was analyzed by high performance liquid chromatograpy (Waters). As a result, as shown in FIG. 3, the xylitol production of the HY200 increased linearly, the xylose consumption rate decreased linearly, and when the initial xylose concentration was supplied at 200 g / l, the xylitol yield was 77% and the productivity was 2.57 g. It was confirmed that /l.h was the highest.

상기와 같은 방법으로 생산된 자일리톨은 배지로부터 통상적인 방법으로 분리되어 수득될 수 있다. 예를 들어 원심분리와 같은 방법으로 배지를 제거한 후 남아있는 용액은 활성화된 탄소, 이온-교환 수지 등에 의해 탈염된 후 결정화될 수 있다. Xylitol produced by the above method can be obtained by separating from the medium in a conventional manner. For example, the remaining solution after removing the medium by a method such as centrifugation may be crystallized after desalting by activated carbon, ion-exchange resin or the like.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, but the present invention is not limited thereto.

<< 실시예Example 1> 효소와 화학물질 준비 1> Enzyme and Chemical Preparation

D-자일로스 및 자일리톨은 Sigma에서 구입하였다. 제한효소, Taq DNA 중합효소, pGEM-T 벡터와 게놈 DNA 분리 키트는 Promega에서 구입하였고 모든 다른 시 약과 화학물질은 분석용 품위(analytical grade)로 사용하였다.D-xylose and xylitol were purchased from Sigma. Restriction enzymes, Taq DNA polymerase, pGEM-T vectors and genomic DNA isolation kits were purchased from Promega and all other reagents and chemicals were used for analytical grade.

<< 실시예Example 2>  2> 증균배양Enrichment Culture 및 스크리닝 And screening

한국의 화성과 수원에 위치한 논에서 다양한 토양 샘플을 수득한 후, 이를 밤새도록 식염수(saline buffer) 또는 증균 배지에 강하게 흔들어 현탁하여 대부분의 부착 세포를 배출시켰다. 현탁 세포는 원심 분리로 회수하거나 300g/l 자일로스, 10g/l 효모 추출물 및 10g/l 박토 펩톤(Difco)을 포함하는 증균 배지(pH 6.0)에 접종하였다. 10개의 샘플이 300g/l 자일로스가 첨가된 증균배지에서 뚜렷한 세포 성장을 나타냈는데 이러한 종들은 100g/l의 자일로스가 첨가된 동일한 배지로 접종한 후 응집성(flocculation)을 분석하였다. After obtaining various soil samples from rice paddies located in Hwaseong, Suwon, Korea, they were suspended overnight in saline buffer or enrichment medium to remove most adherent cells. Suspension cells were recovered by centrifugation or seeded in enrichment medium (pH 6.0) containing 300 g / l xylose, 10 g / l yeast extract and 10 g / l bacto peptone (Difco). Ten samples showed marked cell growth in enriched medium supplemented with 300 g / l xylose and these species were inoculated with the same medium with 100 g / l xylose and analyzed for flocculation.

몇몇 플라스크에서 응집 현상이 관찰됨에 따라 배양 배지는 적절히 희석한 후 동일한 고체 배지에 도말하였다. 그 결과 약 38 개의 콜로니를 우선적으로 스크리닝하였고 이들은 높은 자일로스 농도(300g/l)의 고체배지에 도말한 후, 빠르게 성장하여 큰 콜로니를 형성한 5개의 균주를 선택하였다. 선택된 균주들을 100 g/l의 자일로스 액체 배지에서 배양하여 잠재적인 자일리톨-생산능과 응집현상이 비교되었다. As the flocculation phenomenon was observed in some flasks, the culture medium was properly diluted and then plated on the same solid medium. As a result, about 38 colonies were preferentially screened and they were plated on solid medium of high xylose concentration (300 g / l), and then five strains were selected that grew rapidly to form large colonies. Selected strains were cultured in 100 g / l xylose liquid medium to compare the potential xylitol-producing ability and aggregation.

배양한 세포는 원심분리(4000 rpm, 5분)하여 회수한 후 분광기(600nm, UV-1201 Shimazu)로 확인하고 배양 배지는 high performance liquid chromatography(Waters)로 분석하였다. 자일로스와 자일리톨 분석을 위해 탄수화물 분석 컬럼(Waters)을 이용하였고 상기 컬럼은 아세토니트릴과 증류수를 80:20으 로 섞은 용액으로 평형화한 후 2ml/min 의 일정한 유속으로 작동시키고 이동상 용매(eluent)는 RI(굴절률) 검출기(Waters)를 사용하여 기록하였다.The cultured cells were collected by centrifugation (4000 rpm, 5 minutes), and then confirmed by spectroscopy (600 nm, UV-1201 Shimazu), and the culture medium was analyzed by high performance liquid chromatography (Waters). A carbohydrate analysis column (Waters) was used for the analysis of xylose and xylitol, which was equilibrated with a solution of acetonitrile and distilled water at 80:20, and then operated at a constant flow rate of 2 ml / min and the mobile phase solvent (eluent) Recording was done using RI (Refractive Index) detector (Waters).

비교 결과, 30 ℃에서 24 시간 동안 100g/l의 자일로스, 10g/l의 효모 추출물 및 10g/l의 박토 펩톤이 첨가된 증균배지에서 배양하였을 때, 최대 세포량과 자일리톨 농도가 10.8g/l와 73.3 g/l로 가장 높았던 HY200을 최종적으로 선별하였다. As a result, the maximum cell volume and xylitol concentration were 10.8 g / l when cultured in a enrichment medium containing 100 g / l xylose, 10 g / l yeast extract and 10 g / l bacto peptone for 24 hours at 30 ° C. And HY200, which was the highest at 73.3 g / l, was finally selected.

<< 실시예Example 3> 종 동정 3> species identification

상기 < 실시예 2>와 같이, 다양한 논의 토양으로부터 연속적인 스크리닝 단계를 거쳐 분리한 HY200은 종 분류를 위해 유전형과 표현형의 특징에 따라 체계적으로 동정되었다. 이 균주는 이동성이 없고 크림색이고 약간의 균사체 경계(mycelial border)를 가지고 있는 호기성 미생물로 카탈라제(catalase)와 산화제 양성 반응을 나타내었다. Biolog Microlog TM(Biolog)을 사용하여 실험한 결과 HY200은 글루코스, 프럭토스, 말토스, 만니톨, 자일로스와 이노시톨 라피노스를 탄소원으로 사용하였고 최적 성장 온도 범위는 30에서 34 ℃ 였으며 40 ℃에서는 자라지 못했다. As in < Example 2> , HY200 isolated from various soils through a continuous screening step was systematically identified according to genotype and phenotype characteristics for species classification. This strain is an aerobic microorganism with no mobility, creamy color, and a slight mycelial border, which has catalase and oxidant positive reactions. Experiments using Biolog Microlog TM (Biolog) showed that HY200 used glucose, fructose, maltose, mannitol, xylose and inositol raffinose as carbon sources, and the optimum growth temperature ranged from 30 to 34 ℃ and did not grow at 40 ℃.

또한, 상기와 같은 생리학적 분류 외에 리보솜 RNA 유전자 서열은 계통 관계를 측정하는 강력한 수단을 제공하므로 18S 리보솜 RNA(rRNA) 서열 정보를 분석하여 HY200의 종을 동정하였다. 각각 서열번호 1과 2로 기재되는 공통적인 프라이머 세트를 이용하여 각각의 18S rRNA 유전자(1,785 bp)를 증폭시켰다. PCR은 Thermal Cycler(Techne)로 수행하였고 반응 조건은 하기와 같다. 96도에서 3분 동안 초기 변성 단계를 거친 후, 96도에서 30초간 변성하고 56도로 40초 동안 어닐링(annealing)하고 72도로 1분 동안 연장시키는 단계를 35 사이클 수행한 후 72도에서 3분 동안 마지막 연장 단계를 수행하였다. 증폭된 DNA 절편은 0.8% 아가로스 젤에 로딩하고 용리한 후, 정제하여 pGEM-T 벡터로 서브클로닝하고 이의 서열을 분석하였다. 그 결과, HY200의 18S rRNA 서열은 전형적인 캔디다 균주, 특히 캔디다 트로피칼리스(Candida tropicalis)와 매우 높은 상동성(99% 이상)을 나타냄을 확인하였다. 18S rRNA의 상동성 수준은 생리학적 분류 결과와 함께 HY200이 캔디다 트로피칼리스 종임을 나타내므로 균주의 이름을 캔디다 트로피칼리스 HY200이라고 명명하였다.In addition to the above physiological classification, ribosomal RNA gene sequence provides a powerful means of measuring the lineage relationship, so 18S ribosomal RNA (rRNA) sequence information was analyzed to identify the species of HY200. Each 18S rRNA gene (1,785 bp) was amplified using a common primer set described in SEQ ID NOs: 1 and 2, respectively. PCR was performed by a thermal cycler (Techne) and the reaction conditions are as follows. After an initial denaturation step at 96 degrees for 3 minutes, denaturing at 96 degrees for 30 seconds, annealing at 56 degrees for 40 seconds and extending at 72 degrees for 1 minute, followed by 35 cycles for 3 minutes at 72 degrees The last extension step was performed. Amplified DNA fragments were loaded into 0.8% agarose gel, eluted, purified, subcloned into pGEM-T vector and sequenced. As a result, it was confirmed that the 18S rRNA sequence of HY200 shows very high homology (more than 99%) with a typical Candida strain, particularly Candida tropicalis . The homology level of the 18S rRNA, along with the physiological classification results, indicates that HY200 is a Candida tropical species, so the strain was named Candida tropicalis HY200.

<< 실시예Example 4>  4> 응집성Cohesive 테스트 Test

1-1 작용 부피(working volume)을 포함하는 2.5l 발효조에서 HY200을 교반하다가 교반을 멈춘 즉시 그리고 교반을 멈추고 15분 뒤 HY200의 응집성을 확인하였다. 그 결과, 교반을 멈춘 직후에는 도 1의 A와 같이 HY200은 세포들이 응집을 시작하고, 15분 뒤에는 도 1의 B와 같이 대부분의 HY200이 응집되어 침강됨을 확인하였다. The HY200 was stirred in a 2.5 L fermenter containing 1-1 working volume, and the cohesion of HY200 was confirmed immediately after stopping the stirring and 15 minutes after the stirring was stopped. As a result, immediately after the stirring was stopped, HY200 cells began to aggregate as shown in FIG. 1A, and after 15 minutes, most of the HY200 aggregated and settled as shown in FIG.

또한, 본 발명의 HY200 균주는 뚜렷한 응집성을 나타내어, 자일리톨 생산에 일반적으로 이용되는 캔디다 속 균주인 C. tropicalis ATCC20336(도 2의 왼쪽)에 비해 교반시 빠르게 침강되었다(도 2의 오른쪽).In addition, the HY200 strain of the present invention exhibits a distinct cohesiveness, C. which is a Candida genus strain generally used for xylitol production. tropicalis It settled faster upon stirring compared to ATCC20336 (left of FIG. 2) (right of FIG. 2).

상기와 같이 스크리닝된 균주가 캔디다 트로피칼리스 종으로 동정되었으나 HY200이 자일로스를 다른 캔디다 트로피칼리스인 ATCC 20336 보다 더 빨리 소비하고 300g/l 이상의 높은 자일로스 농도에 내성이 있어 이 농도에서도 HY200의 세포 성장은 심하게 억제되지 않으며 배양시 응집이 잘 일어나 쉽게 가라앉는 장점이 있으므로, 산업상 용도로 일반적으로 사용되는 트로피칼리스(ATCC 20336)와는 분명히 구분되었다(도 2). The strain screened as above was identified as Candida tropical species but HY200 consumes xylose faster than other Candida tropical species ATCC 20336 and is resistant to high xylose concentrations of 300 g / l or more, so that HY200 cells grow at this concentration. Is not severely inhibited and has a merit in that aggregation occurs easily during cultivation, so that it is easily distinguished from tropicalis (ATCC 20336) which is generally used for industrial use (FIG. 2).

<< 실시예Example 5> 배지 및 배양조건 최적화 5> Medium and culture condition optimization

분리된 균주인 캔디다 트로피칼리스 HY200는 일정한 정도로 자라면 30℃에서 주기적으로 100g/l 자일로스 10g/l 효모 추출물, 10g/l 박토 펩톤 및 20g/l 아가를 포함하는 배지로 이동시켰다. 이를 300g/l 자일로스, 10g/l 박토 펩톤 및 10g/l 효모 추출물이 함유된 100 ml의 자일로스 배지를 포함하는 500ml Erlenmeyer 플라스크에서 30℃에 200 rpm으로 종 배양하였다. The isolated strain Candida Tropicalis HY200 was transferred to a medium containing 100 g / l xylose 10 g / l yeast extract, 10 g / l bacto peptone and 20 g / l agar periodically at 30 ° C. when grown to a certain degree. It was seeded at 200 rpm at 30 ° C. in a 500 ml Erlenmeyer flask containing 100 ml of xylose medium containing 300 g / l xylose, 10 g / l bacto peptone and 10 g / l yeast extract.

종 배양한 배지를 하기 <5-1> 내지 <5-6>과 같이 각기 다른 탄소원과 질소원을 포함하는 발효배지와 혼합하여 배양하거나 다양한 통기량, 교반속도 또는 온도 조건으로 배양하였다. 배양한 세포는 원심분리(4000 rpm, 5분)하여 회수한 후 분광기(600nm, UV-1201 Shimazu)로 확인하고 배양 배지는 high performance liquid chromatography(Waters)로 분석하였다. 자일로스와 자일리톨 분석을 위해 탄수화물 분석 컬럼(Waters)을 이용하였고 상기 컬럼은 아세토니트릴과 증류수를 80:20으 로 섞은 용액으로 평형화한 후 2ml/min 의 일정한 유속으로 작동시키고 이동상 용매(eluent)는 RI(굴절률) 검출기(Waters)를 사용하여 기록하였다. The cultured medium was mixed with fermentation broths containing different carbon and nitrogen sources as in the following <5-1> to <5-6> , or cultured under various aeration, stirring speed, or temperature conditions. The cultured cells were collected by centrifugation (4000 rpm, 5 minutes), and then confirmed by spectroscopy (600 nm, UV-1201 Shimazu), and the culture medium was analyzed by high performance liquid chromatography (Waters). A carbohydrate analysis column (Waters) was used for the analysis of xylose and xylitol, which was equilibrated with a solution of acetonitrile and distilled water at 80:20, and then operated at a constant flow rate of 2 ml / min and the mobile phase solvent (eluent) Recording was done using RI (Refractive Index) detector (Waters).

상기 결과를 분석하여 자일리톨 수율과 생산성이 높은 최적의 배지 및 배양 조건을 설정하였다.The results were analyzed to establish optimal media and culture conditions with high xylitol yield and productivity.

<5-1> <5-1> 탄소원Carbon source

본 발명자들은 자일로스 외에 HY200이 대사할 수 있는 탄소원을 찾아내기 위해, 18가지 탄소원에 대해 나타내는 동화작용의 활성을 테스트하였다. 그 결과, HY200은 비교적 높은 세포 농도에서도 프럭토스, 글루코스, 말토스 및 만니톨을 잘 대사시켰다. 글루코닉산과 락토스를 탄소원으로 했을 때는 세포가 성장하지 않았고 기존 연구에서 캔디다 트로피칼리스에 대한 결과와 반대로(Gong, C. S. et al., Biotech. Lett. 3: 130-135, 1981; Horitsu, et al., Biotechnol. Bioeng. 40: 1085-1091, 1992; Lu, Jean et al., Biotechnol. Lett. 17: 167-170, 1995; Oh, D. K. and S. Y. Kim Appl. Microbiol. Biotechnol. 50: 419-425, 1998; Walther, T. Biores. Technol. 76: 213-220, 2001) HY 200은 이노시톨, 라피노즈, 람노즈를 탄소원으로 이용할 수 있었다. 특이할 만한 사항으로, HY200은 단독의 탄소원으로서 자일리톨을 이용하지 못했는데 이는 HY200이 자일로스로부터 자일리톨을 생산할 수 있는 우수한 후보임을 강력하게 뒷받침한다. The inventors tested the activity of assimilation on 18 carbon sources to find a carbon source that HY200 can metabolize in addition to xylose. As a result, HY200 metabolized well fructose, glucose, maltose and mannitol even at relatively high cell concentrations. Cells did not grow when gluconic acid and lactose were carbon sources, and in contrast to previous studies on Candida Tropicalis (Gong, CS et al., Biotech. Lett. 3: 130-135, 1981; Horitsu, et al. , Biotechnol.Bioeng. 40: 1085-1091, 1992; Lu, Jean et al., Biotechnol.Lett. 17: 167-170, 1995; Oh, DK and SY Kim Appl.Microbiol.Biotechnol. 50: 419-425, 1998; Walther, T. Biores. Technol. 76: 213-220, 2001) HY 200 was able to utilize inositol, raffinose and rhamnose as carbon sources. Notably, HY200 did not use xylitol as its sole carbon source, which strongly supports HY200 as a good candidate to produce xylitol from xylose.

<5-2> 질소원<5-2> nitrogen source

본 발명자들은 본 발명의 HY200으로부터 효과적으로 자일리톨을 생산하기 위하여 높은 자일로스 농도와 세포량 등을 고려하여 배지조건을 최적화할 수 있는 방법을 연구하였는데, 먼저 최고 수율로 자일리톨 생산에 적합한 질소원을 선택하기 위하여, 몇몇 대표적인 질소원을 테스트하였다(표 1). 시중에서 쉽게 구할 수 있는 액체 녹말 웨이스트, 효모 추출물 및 소이톤(soytone)으로 테스트한 결과, 액체 녹말 웨이스트는 가장 높은 세포 농도(11.5g/l)를 보였고 효모 추출물은 자일리톨 수율이 최대였다. 소이톤은 세포 농도는 낮았으나 세포의 응집(flocculation)은 없었다. 트립톤은 펩톤보다 두 배 더 높은 세포 농도를 나타내었고 뚜렷한 응집반응을 나타내었다. 이러한 결과는 HY200가 효모 추출물이나 트립톤에서 높은 생산성과 응집반응을 나타낸다는 것을 나타낸다. 효모 추출물(10g/l)과 트립톤(7g/l)을 함께 사용했을 때도 높은 생산성과 응집반응을 나타내었고 무기 질소원은 세포 성장과 자일리톨 생산에 부적합했으며 이는 Sirisansanneeyakul에 의한 연구 결과와도 일치한다(Sirisansanneeyakul, S. et al., J. Ferment. Bioeng. 80: 565-570, 1995). The present inventors studied a method for optimizing the medium conditions in consideration of high xylose concentration and cell volume in order to effectively produce xylitol from the HY200 of the present invention. First, in order to select a nitrogen source suitable for xylitol production at the highest yield, , Several representative nitrogen sources were tested (Table 1). Testing with commercially available liquid starch waste, yeast extract and soytone showed that liquid starch waste had the highest cell concentration (11.5 g / l) and yeast extract had the highest xylitol yield. Soyton had low cell concentration but no flocculation. Tryptone had a cell concentration twice as high as peptone and showed a pronounced aggregation reaction. These results indicate that HY200 shows high productivity and aggregation in yeast extract or tryptone. The use of yeast extract (10 g / l) and tryptone (7 g / l) also showed high productivity and agglutination, and the inorganic nitrogen source was inadequate for cell growth and xylitol production, which is consistent with the results of the study by Sirisansanneeyakul. Sirisansanneeyakul, S. et al., J. Ferment.Bioeng. 80: 565-570, 1995).

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<5-3> 최초 <5-3> first 자일로스Xylose 농도 density

본 발명자들은 자일로스의 최초 농도가 세포 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여 2.5l 발효조에 10g/l 효모 추출물, 7g/l 트립톤 및 100 내지 300g/l의 각기 다른 최초 자일로스 농도를 갖는 발효배지와 HY200 균주의 종 배양액을 1-1 작용부피(working volume)로 혼합한 후 세포의 성장을 관찰하였다. 그 결과, 최초 자일로스 농도가 200 g/l 이하일 때는 자일로스 농도가 증가할수록 생산성이 증가했고 자일로스 농도가 200 g/l 보다 높아지면(200 내지 300 g/l) 배양시간이 매우 늘어나고 세포 성장과 생산성은 떨어졌다. 배양시간은 회분식 배양에서 자일로스를 완전히 소비하는 시간을 나타낸다(표 2). In order to examine the effect of the initial concentration of xylose on cell growth, the present inventors found fermentation broth with 10 g / l yeast extract, 7 g / l tryptone and different initial xylose concentrations of 100 to 300 g / l in 2.5 l fermenter. And HY200 strain culture medium was mixed with 1-1 working volume (working volume) and observed the growth of cells. As a result, when the initial xylose concentration was 200 g / l or less, productivity increased as the xylose concentration increased. When the xylose concentration was higher than 200 g / l (200 to 300 g / l), the incubation time was greatly increased and the cell growth. And productivity fell. Incubation time represents the time for complete consumption of xylose in batch culture (Table 2).

Figure 112005037365452-pat00002
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<5-4> 통기(aeration)<5-4> aeration

몇몇 연구자들은 세포 증식, 자일로스 소비 및 자일리톨 생산에서 과도한 통기는 세포량은 증가되나 자일리톨 생산은 줄인다고 보고했고 또한 일부 연구자들은 산소 레벨이 낮을수록 세포 성장을 제한하고 자일리톨 생산이 감소한다고 보고했다(Furlan, S. A. et al. Process Biochem, 29: 657-662, 1994; Furlan, S. A. et al., Biotechnol. Lett. 13: 203-206, 1991; Roseiro, J. C. et al., Arch. Microbiol., 156: 484-490, 1991; Walther, T. et al., Biores. Technol. 76: 213-220, 2001). Some researchers report that excessive aeration in cell proliferation, xylose consumption, and xylitol production increases cell volume but reduces xylitol production, and some researchers report that lower oxygen levels limit cell growth and decrease xylitol production (Furlan). , SA et al. Process Biochem, 29: 657-662, 1994; Furlan, SA et al., Biotechnol. Lett. 13: 203-206, 1991; Roseiro, JC et al., Arch.Microbiol., 156: 484 -490, 1991; Walther, T. et al., Biores. Technol. 76: 213-220, 2001).

본 발명자들은 통기조건을 최적화하기 위해, 2.5l 발효조에 100g/l 자일로스, 10g/l 효모 추출물, 7g/l 트립톤을 포함하는 발효배지와 HY200 균주의 종 배양액을 1-1 작용부피(working volume)로 혼합한 후, 300rpm의 교반속도로 0.5-1.5 vvm의 다양한 통기 조건에서 HY200 균주를 배양한 후, 자일리톨 생산량을 분석하였다. In order to optimize the aeration conditions, the present inventors 1-1 work volume of a fermentation medium containing 100 g / l xylose, 10 g / l yeast extract, 7 g / l tryptone and a seed culture medium of HY200 strain in a 2.5 l fermenter. volume), and then cultured the HY200 strain under various aeration conditions of 0.5-1.5 vvm at a stirring speed of 300rpm, and analyzed the xylitol production.

Figure 112005037365452-pat00003
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그 결과, 1.5vvm의 통기 속도에서 세포 농도는 최대인 약 14.8g/l에 달했으나 자일로스가 자일리톨로 변하는 수율은 상대적으로 다른 조건보다 낮았다. 0.5vvm 통기속도에서 자일리톨 생산성과 수율은 1.15 g/lㆍh 와 1g 자일로스 당 0.72 g 자일리톨로 생산성과 수율은 높았지만 배양시간이 매우 길었다. 상기 결과를 종합하여 최적 통기 속도는 약 1.0 vvm으로 결정하였다(표 3).As a result, the cell concentration reached a maximum of about 14.8 g / l at an aeration rate of 1.5 vvm, but the yield of xylose to xylitol was relatively lower than other conditions. Xylitol productivity and yield at 0.5vvm aeration rate were 1.15 g / l · h and 0.72 g xylitol per 1 g xylose with high productivity and yield but very long incubation time. Based on the above results, the optimum aeration rate was determined to be about 1.0 vvm (Table 3).

<5-5> <5-5> 교반Stirring 속도 speed

본 발명자들은 교반 속도를 최적화하기 위해, 2.5l 발효조에 100g/l 자일로스, 10g/l 효모 추출물, 7g/l 트립톤을 포함하는 발효배지와 HY200 균주의 종 배양액을 1-1 작용부피(working volume)로 혼합한 후, 1.0 vvm의 통기량으로 다양한 교반 조건에서 HY200 균주를 배양한 후, 자일리톨 생산량을 분석하였다. In order to optimize the stirring speed, the present inventors 1-1 work volume of a fermentation medium containing 100 g / l xylose, 10 g / l yeast extract, 7 g / l tryptone and a culture medium of HY200 strain in a 2.5 l fermenter. volume), and then cultured the HY200 strain under various agitation conditions with an aeration of 1.0 vvm, and analyzed the xylitol production.

Figure 112005037365452-pat00004
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그 결과, 최종 세포량과 자일리톨 생산성은 교반 속도가 증가함에 비례하여 증가하나 배양시간과 자일리톨 수율은 교반 속도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 관찰되었다(표 4). 이는 산소를 매개로한 NADH 소비 때문인데 NADH 소비는 NADH/NAD+의 레벨을 낮추어 자일리톨이 자일룰로스(xylulose)로 한단계 더 대사가 진행되는 것을 촉진하기 때문으로 생각된다.As a result, the final cell mass and xylitol productivity increased in proportion to the increase in the stirring speed, but the incubation time and the xylitol yield were observed to decrease as the stirring speed increased (Table 4). This is due to oxygen-mediated NADH consumption, which is thought to be because NADH consumption lowers the level of NADH / NAD + and promotes the further metabolism of xylitol to xylulose.

최대 자일리톨 생성의 교반속도는 330rpm 이었으며 상기 조건에서 응집 표현형이 잘 관찰되었고 자란 세포는 쉽게 가라앉았다.The agitation rate of maximal xylitol production was 330 rpm and the aggregate phenotype was well observed under these conditions and the grown cells easily settled.

<5-6> 배양 온도 및 pH <5-6> incubation temperature and pH

본 발명자들은 배양 온도를 최적화하기 위해, 2.5l 발효조에 100g/l 자일로스, 10g/l 효모 추출물, 7g/l 트립톤을 포함하는 발효배지와 HY200 균주의 종 배양액을 1-1 작용부피(working volume)로 혼합한 후, 1.0 vvm의 통기량과 330rpm의 교반 속도로 다양한 온도 조건에서 HY200 균주를 배양한 후, 자일리톨 생산량을 분석하였다. In order to optimize the culture temperature, the present inventors 1-1 work volume of a seed culture medium of HY200 strain and a fermentation medium containing 100 g / l xylose, 10 g / l yeast extract, 7 g / l tryptone in a 2.5 l fermenter. volume), and then cultured the HY200 strain at various temperature conditions with aeration rate of 1.0 vvm and agitation speed of 330rpm, xylitol production was analyzed.

그 결과, 배양온도가 30℃로 유지되면 최대 자일리톨 수율과 생산성은 각각 0.72g 자일리톨/g 자일로스와 1.72g/lㆍh 였고 27℃ 보다 낮으면 세포 성장이 갑자기 감소하면서 심각한 위균사(pseudomycelium)의 외형 변화를 가져왔다. 한편, 배양 온도가 32℃ 보다 높으면 세포 성장 속도는 낮아지고 자일리톨 생산성 또한 감소하였다. As a result, the maximum xylitol yield and productivity were 1.72g / lxh and 0.72g xylitol / g xylose, respectively, when the incubation temperature was maintained at 30 ° C. Has brought a change in appearance. On the other hand, when the incubation temperature was higher than 32 ° C., the cell growth rate was lowered and the xylitol productivity was also decreased.

한편, 최초 pH에 대해서도 동일한 실험을 실시한 결과, 최초 pH는 자일리톨 생산에 거의 영향을 미치지 않았으나 그 중 세포 성장이 제일 높은 것은 pH가 4.0일 때였다. On the other hand, the same experiment was conducted on the initial pH, but the initial pH had little effect on xylitol production, but the highest cell growth was when the pH was 4.0.

<< 실시예Example 6> 최적화된 조건에서  6> under optimized conditions HY200HY200 에 의한 On by 자일리톨Xylitol 생산 분석 Production analysis

자일리톨 생산을 위한 효모 배양은 2.5l 발효조에 10g/l 효모 추출물, 7g/l 트립톤을 포함하는 발효배지와 HY200 균주의 종 배양액을 1-1 작용부피(working volume)로 혼합한 후, 교반속도는 330rpm, 통기량은 I.0 vvm, 초기 pH는 4.0 배양온도는 30 ℃, 초기 자일로스 농도는 200g/l로 <실시예 5> 의 결과에 따라 최적화하였다. Yeast culture for the production of xylitol is a fermentation medium containing 10g / l yeast extract, 7g / l tryptone in 2.5l fermenter and HY200 strain seed culture medium mixed in 1-1 working volume, the stirring speed Is 330rpm, aeration amount is I.0 vvm, the initial pH is 4.0 culture temperature 30 ℃, the initial xylose concentration of 200g / l was optimized according to the results of < Example 5> .

그 결과, 최적화된 조건에서 HY200의 자일리톨 생산과 자일로스 소비속도는 도 3에 나타난 바와 같이 직선으로 증가하고 감소했는데 이는 최초 자일로스 농도가 높을수록 수득되는 자일리톨 농도가 더 높다는 것을 의미한다. 실제로 최초 자일로스 농도가 200g/l일 때, 자일리톨 수율(0.77g 자일리톨/g 자일로스)과 생산성(2.57 g/lㆍh)이 상당히 높음을 확인하였다.As a result, under optimized conditions, the xylitol production and xylose consumption rates of HY200 increased and decreased linearly as shown in FIG. 3, which means that the higher the xylitol concentration, the higher the obtained xylitol concentration. Indeed, when the initial xylose concentration was 200 g / l, it was confirmed that the xylitol yield (0.77 g xylitol / g xylose) and productivity (2.57 g / l · h) were considerably high.

<< 실시예Example 7>  7> HY200HY200 의 반복적인 Repetitive 회분식Batch 발효공정에 의한  By fermentation process 자일리톨Xylitol 생산 production

반복적인 회분식 발효공정은 균주만 손실없이 지속할 수 있다면 개별적으로 회분식 발효공정을 여러번 하는 것 보다, 투입되는 배지의 양이나 기기 작동시 드는 비용 등에서 비용절감 효과가 있어 매우 효율적인 방법이다. 그러나 일반적인 균주는 반복적인 회분식 발효공정을 실시하였을 때, 원심분리나 배지 교환등의 과정 등을 거치면서 시간이 지체됨에 따라 균주의 손실이 생겨 생산성이 감소하게 되므로 반복적인 회분식 발효공정에 적합하지 않다. 반면 본 발명의 HY200 균주는 응집성이 있어 원심분리 등 별도의 과정이 필요하지 않아 반복적인 회분식 발효공정시 한 회분에서 다음 회분으로 빠르게 전환할 수 있으므로 매우 적합하다고 생각된다.Repetitive batch fermentation is a very efficient method because it can reduce costs in terms of the amount of medium added and the cost of operating the device, rather than several batch fermentation processes individually if only the strain can be sustained without loss. However, general strains are not suitable for repetitive batch fermentation process because the loss of strain occurs due to the delayed time through the process of centrifugation or medium exchange, etc. . On the other hand, the HY200 strain of the present invention is cohesive and does not require a separate process such as centrifugation, so it is considered to be very suitable because it can be quickly converted from one batch to the next batch during the repeated batch fermentation process.

이에, 본 발명자들은 상기 실시예에서 회분식 발효공정에 적합하게 설정한 범위 내에서, HY200 균주의 응집성을 이용하여 반복적인 회분식 발효공정을 실시하였을 때 실제로 생산성을 향상시킬 수 있는 최적의 조건을 찾아보았다. 초기 자일로스 양은 200g/l에서 최고의 수율과 생산성을 나타내지만 반복 회분식 발효공정의 특징인 본 균주의 응집성에 대한 효과를 극대화 하고, 자일리톨 생산 자일로스 단가를 고려하여 적정 수준인 100g/l로 진행하였다. Thus, the present inventors found the optimum conditions that can actually improve the productivity when the batch batch fermentation process using the cohesiveness of the HY200 strain within the range suitably set for the batch fermentation process in the above embodiment. . Initial xylose yields the highest yield and productivity at 200 g / l, but maximizes the effect on the cohesiveness of this strain, which is characteristic of the repeated batch fermentation process, and proceeds to the optimal level of 100 g / l considering the xylitol production xylose unit price. .

본 발명자들은 교반속도 360rpm, 통기량 1vvm, 온도 30℃, 초기 자일리톨 농도 100g/l의 조건으로, 실제로 자일리톨을 생산할 때 사용되고 있는 반복적인 회분식 발효공정(repeated-batch fermentation)으로 HY200 균주를 배양하였다.The present inventors cultured the HY200 strain by a repeated batch fermentation process, which is actually used when producing xylitol, under conditions of agitation speed 360 rpm, aeration rate 1 vvm, temperature 30 ° C., and initial xylitol concentration of 100 g / l.

먼저 냉동시켜둔 HY200 균주의 현탁액을 5g/l 효모 추출물, 3g/l 몰트(malt) 추출물, 3g/l 펩톤 및 20g/l 글루코스로 이루어진 50ml의 성장배지를 넣은 250 ml 얼렌마이어(Erlenmeyer) 플라스크에서 30℃, 200 rpm으로 9시간 동안 전배양(preculture) 하였다. 이를 100g/l 자일로스, 10g/l 효모 추출물, 10g/l 박토-펩톤으로 이루어진 1-1 작용 배지(working medium)를 넣은 2.5l 발효조로 옮겨 교반속도 360 rpm, 통기량 1 vvm, 온도 30℃, 초기 자일리톨 농도 100g/l의 조건으로 배양하였다. 거품 방지를 위해 항거품제(antifoam 289,Sigma)를 넣고 각 회분 발효공정의 마지막 단계에서 자일로스 양이 5g/l 이하인지 확인한 후, 교반, 통기를 멈추고 균주가 침강하도록 하였다. The suspension of the frozen HY200 strain was first placed in a 250 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of growth medium consisting of 5 g / l yeast extract, 3 g / l malt extract, 3 g / l peptone and 20 g / l glucose. Preculture was carried out for 9 hours at 30 ℃, 200 rpm. This was transferred to a 2.5l fermenter containing 1-1 working medium consisting of 100g / l xylose, 10g / l yeast extract, and 10g / l bacto-peptone, stirring speed 360 rpm, aeration rate 1 vvm, temperature 30 ° C. And cultured under conditions of an initial xylitol concentration of 100 g / l. Antifoaming agent (antifoam 289, Sigma) was added to prevent foaming, and after confirming that the amount of xylose was 5g / l or less at the end of each batch fermentation process, the agitation was stopped, and the strain was allowed to settle.

응집성에 의해 자연적으로 침강되면 상등액 중 0.8l는 세포가 혼합되지 않도록 주의하여 펌프로 배출시키고 나머지 0.2l만 남겨 여기에 0.8l의 신선한 배지를 넣고 응집된 세포를 재현탁시켰다. 20분 동안 응집성에 의해 침강이 일어나 10분 동안 상등액을 배출시키고 새 배지를 채웠다. 즉 하나의 회분에서 다음 회분으로의 전환이 30분 만에 완료되었다. 상기와 동일한 과정을 5회 반복하였다.When sedimented naturally by cohesion, 0.8 l of the supernatant was pumped out of the cells so as not to mix the cells, leaving only 0.2 l and adding 0.8 l of fresh medium thereto to resuspend the aggregated cells. Sedimentation occurred by cohesion for 20 minutes, draining the supernatant for 10 minutes and filling fresh medium. The transition from one batch to the next was completed in 30 minutes. The same procedure was repeated five times.

그 결과, 첫 번째 회분 발효에서 자일리톨 수율이 0.59g/g, 생산성이 2.18g/lㆍh이었던 반면에 마지막 회분 발효에서는 자일리톨 수율이 0.64g/g, 생산성이 4.01g/lㆍh, 세포 매스(cell mass)도 21.28g/l로 증가하였다(표 5). As a result, xylitol yield was 0.59 g / g and productivity was 2.18 g / l · h in the first batch fermentation, while xylitol yield was 0.64 g / g and productivity was 4.01 g / l · h and cell mass in the final batch fermentation. The cell mass also increased to 21.28 g / l (Table 5).

또한, 본 발명자들은 기존 수율을 유지하면서 생산성을 증가시키려면 운전(발효)시간을 줄여야 하기 때문에 교반속도를 증가시키고 통기량을 감소시켜 본 발명의 균주에 위한 자일리톨 생산의 최적 조건을 420 rpm, 0.5 vvm 으로 결정하여 100g/l의 조건으로 반복적인 회분식 발효공정, 즉 회분 발효를 6회 실시하였다. In addition, the present inventors have to reduce the operating (fermentation) time to increase the productivity while maintaining the existing yield, thereby increasing the stirring speed and reducing the aeration amount to optimize the optimum conditions of xylitol production for the strain of the present invention 420 rpm, 0.5 Determined by vvm, the batch batch fermentation process, that is, the batch fermentation was carried out six times under conditions of 100 g / l.

그 결과, 첫 번째 회분 발효에서 자일리톨 수율이 0.64g/g, 3.02g/lㆍh이었던 반면에 마지막 회분 발효에서는 0.67g/g, 6.28g/lㆍh으로 증가하였다. 6회 배양 전체로 볼때, 평균 수율과 생산성도 0.66g/g, 4.6g/lㆍh, 세포 매스도 26.32g/l로 매우 높음을 확인하였다(표 5 및 도 4).As a result, the xylitol yield was 0.64 g / g and 3.02 g / l · h in the first batch fermentation, while it increased to 0.67 g / g and 6.28 g / l · h in the last batch fermentation. As a result of the six cultures, the average yield and productivity were 0.66 g / g, 4.6 g / l · h, and the cell mass was 26.32 g / l, which was very high (Table 5 and FIG. 4).

결론적으로, 반복적인 회분식 발효공정에서는 420 rpm, 0.5 vvm 의 배양조건이 기존의 수율을 유지하고 최고의 생산성을 확보할 수 있는 최적화된 조건임을 확인하였다.In conclusion, in the batch batch fermentation process, it was confirmed that the culture condition of 420 rpm, 0.5 vvm is an optimized condition to maintain the existing yield and secure the highest productivity.

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<< 실시예Example 8>  8> HY200HY200 에 의해 생산된 Produced by 자일리톨Xylitol 정제 refine

상기와 같은 방법으로 생산된 자일리톨은 다음과 같은 방법으로 정제하였다. Xylitol produced by the above method was purified by the following method.

<8-1> 불순물 제거 및 <8-1> removing impurities and 색가Color 제거 remove

배양종료 후 배양액으로부터 세포를 4,500 rpm으로 10분간 원심분리하여 제거하고 상등액 만을 취한 후, 막 여과(membrane filtration)에 의한 불순물을 제거하였다. 이후 활성화된 탄소(100 g, 50 mesh)를 통과시켜 유기 불순물(단백질, 지질, 염료)를 제거시킨 후 유리 필터 페이퍼를 이용하여 다시 여과하였다. 활성화된 탄소에 의한 탈취 및 탈색 정도를 조사하기 위하여 분광기와 전도도를 이용해서 측정하였다(P. V. Gurgel. et al., Bioresource Technology, 52: 219-223, 1995).   After the completion of the culture, the cells were removed by centrifugation at 4,500 rpm for 10 minutes, and only the supernatant was taken out to remove impurities by membrane filtration. After passing through activated carbon (100 g, 50 mesh) to remove organic impurities (proteins, lipids, dyes) and filtered again using a glass filter paper. In order to investigate the extent of deodorization and decolorization by activated carbon, it was measured using spectrophotometer and conductivity (P. V. Gurgel. Et al., Bioresource Technology, 52: 219-223, 1995).

<8-2> 이온교환 수지<8-2> ion exchange resin

이온교환수지를 이용한 실험을 하기 위하여 이온교환 수지량을 결정 하였다. 실험에 사용된 배지의 양은 1 l로 실험을 하였으며 이온교환수지량은 실험의 신뢰성을 유지하기 위하여 20 ml 이상으로 하였다. 또한 양이온 수지와 음이온 수지를 각각의 컬럼에 충진한 후 순차적으로 통과하였다(Jose M. et al., Bioresouce Technology 61:85-90, 1997)   The amount of ion exchange resin was determined for the experiment using the ion exchange resin. The amount of medium used in the experiment was 1 l and the amount of ion exchange resin was set to 20 ml or more in order to maintain the reliability of the experiment. In addition, the cationic resin and the anionic resin were filled in each column and passed sequentially (Jose M. et al., Bioresouce Technology 61: 85-90, 1997).

이온교환수지를 이용한 실험 장치는 주문 제작하였다. 이송 펌프(feeding pump)를 사용하지 않았기 때문에 세정액을 컬럼보다 20 cm 정도 위에 위치하도록 하였다. 유속은 하부 콜크를 개방하여 통액시킨 후 통액 시간과 통액량을 측정하여 환산하였다.   Experiment apparatus using ion exchange resin was made to order. Since no feeding pump was used, the cleaning liquid was positioned about 20 cm above the column. The flow rate was converted by measuring the liquid passing time and the liquid flow rate after opening the lower cork.

활성화된 탄소를 통해 착색 및 탈취를 한 여과액 안에 포함되어 있는 이온 성분을 제거하기 위해서 음이온 교환수지 뿐 만 아니라, 양이온 교환수지를 사용하여 이온성분을 제거하였다. 실험에서는 강 양이온 교환수지인 C100H(Samyang Diaion.Co.)와 강 음이온 교환수지인 WA30(Samyang Diaion.Co.), 약 음이온 교환수지 PA412 (Samyang Diaion.Co.)를 이용하였다. 이온수지의 전 처리는 컬럼에 이온수지를 충진 후 양이온 수지는 1N HCl과 증류수로, 음이온 교환수지는 1N NaOH와 증류수로 각각 세정 후 사용하였다(Jose M. Dominguez et al., Bioresouce Technology 61: 85-90, 1997).   In order to remove the ions contained in the filtrate, which was colored and deodorized through the activated carbon, not only the anion exchange resin but also the cation exchange resin were used to remove the ions. In the experiment, C100H (Samyang Diaion.Co.), A strong cation exchange resin, WA30 (Samyang Diaion.Co.), A strong anion exchange resin, and PA412 (Samyang Diaion.Co.), A weak anion exchange resin, were used. After pretreatment of the ion resin, the column was filled with ion resin, and the cation resin was washed with 1N HCl and distilled water, and the anion exchange resin was washed with 1N NaOH and distilled water, respectively (Jose M. Dominguez et al., Bioresouce Technology 61: 85-). 90, 1997).

<8-3> 결정화 단계<8-3> Crystallization Step

자일리톨 용액을 농축하기 위하여 본 연구에서는 EYERA Rotavapor A-3S (Tokyo Rikikai. co.,Japan) 를 이용하여 300 rpm, 45℃의 조건으로 총부피의 90%를 농축하였다. 자일리톨의 농도를 100 g/l까지 농축한 후 간헐적으로 쉐이킹을 하였고, 이때 4℃에서 보관하여서 결정을 얻었다. 결정화된 자일리톨은 분말 내에 20% 전후의 많은 수분을 함유하고 있으므로 이를 효과적으로 제거하기 위하여 자일리톨 분말을 100% 에탄올 500 ml로 현탁한 후 필터를 이용하여 진공 펌프로 수분과 에탄올을 동시에 제거하였다. 그 후 진공 건조 오븐에서 24 시간 건조시켜 자일리톨을 결정화 하였다(Richard Peter Affleck. Recovery of xylitol from Fermentation of Model Hemicellulose Hydrolysates Using Membrane Technology. Masters thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Verginia, 2000)   In order to concentrate the xylitol solution, 90% of the total volume was concentrated using EYERA Rotavapor A-3S (Tokyo Rikikai. Co., Japan) at 300 rpm and 45 ° C. After concentrating the concentration of xylitol up to 100 g / l was shaken intermittently, at this time it was stored at 4 ℃ to obtain a crystal. The crystallized xylitol contains about 20% of water in the powder, so to effectively remove it, the xylitol powder was suspended in 500 ml of 100% ethanol, and water and ethanol were simultaneously removed by a vacuum pump using a filter. Xylitol was then crystallized by drying in a vacuum drying oven for 24 hours (Richard Peter Affleck. Recovery of xylitol from Fermentation of Model Hemicellulose Hydrolysates Using Membrane Technology.Masters thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Verginia, 2000)

본 발명의 HY200 균주는 고농도의 자일로스에 대한 내성과 응집성을 가지고 있어 상기 균주를 이용한 생산방법은 추가공정 없이 세포를 침강시킬 수 있으므로, 공정단계를 줄여 자일리톨 생산비용을 절감할 수 있다. 따라서, 다양한 식품 첨가물로 사용되며 이의 대부분을 수입에 의존하고 있는 자일리톨을 낮은 비용으로 대량생산함으로써 자일리톨의 수입을 대체할 수 있을 뿐 아니라 연간 3만톤의 시장규모를 갖는 해외에서도 높은 가격 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대된다.The HY200 strain of the present invention has a high concentration of xylose resistance and cohesion, so the production method using the strain can settle the cells without additional processes, thereby reducing the cost of xylitol production. Therefore, by mass-producing xylitol, which is used as a variety of food additives and most of them depend on imports, can not only replace imports of xylitol, but also have high price competitiveness in overseas countries with a market scale of 30,000 tons per year. It is expected to be.

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Claims (9)

하기의 균학적 특성을 갖는 캔디다 트로피칼리스 HY200(Candida tropicalis HY200) 균주(수탁번호 KCTC 10813BP): Candida tropicalis HY200 strain (Accession No. KCTC 10813BP) having the following bacteriological properties: ⅰ) 크림색의 이동성이 없는 호기성 미생물;Iii) aerobic microorganisms without creamy mobility; ⅱ) 캔디다 트로피칼리스 균주 배양에 통상적으로 사용되는 탄소원 이외에 이노시톨, 라피노즈 및 람노즈로 이루이진 군으로부터 하나 이상 선택되는 탄소화합물을 탄소원으로 이용가능;Ii) carbon compounds selected from the group consisting of inositol, raffinose, and rhamnose in addition to the carbon source commonly used for cultivating Candida tropical strains, can be used as the carbon source; ⅲ) 응집성 시험결과, 자일로스 100g/ℓ를 포함하는 발효배지와 종 배양액이 1 : 1 작용부피(working volume)로 혼합된 발효조에서, 교반을 시작하여 교반을 멈춘 직후 응집이 개시되어 15분후 침강됨. Iv) As a result of the cohesiveness test, in the fermentation tank in which the fermentation broth containing 100 g / l of xylose and the seed culture solution were mixed in a 1: 1 working volume, the agitation was started immediately after the agitation was stopped and the agitation was stopped. being. 1) 제 1항의 균주를 종 배양하는 단계;1) species culturing the strain of claim 1; 2) 단계 1의 배양액을 자일로스를 포함하는 발효배지에 접종한 후 공기 공급량, 교반속도 및 온도를 조절하여 배양하는 단계; 및2) inoculating the culture solution of step 1 into a fermentation broth containing xylose and then incubating by adjusting the air supply amount, the stirring speed and the temperature; And 3) 단계 2의 배양액으로부터 자일리톨을 정제하는 단계를 포함하는 자일리톨 생산방법.3) xylitol production method comprising the step of purifying xylitol from the culture medium of step 2. 제 2항에 있어서, 단계 2의 배양방법은 반복적인 회분 발효공정(repeated-batch fermentation)임을 특징으로 하는 자일리톨 생산방법.3. The xylitol production method according to claim 2, wherein the culture method of step 2 is a repeated batch fermentation. 제 2항에 있어서, 단계 2의 발효배지는 탄소원으로 D-자일로스 또는 이노시톨, 라피노즈, 람노즈, 프럭토스, 글루코스, 말토스 또는 만니톨로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 탄소원과 D-자일로스의 혼합물을 포함하는 액체배지인 것을 특징으로 하는 자일리톨 생산방법. The fermentation broth of step 2, wherein the fermentation medium of step 2 is D-xylose or D-xylose selected from the group consisting of D-xylose or inositol, raffinose, rhamnose, fructose, glucose, maltose or mannitol. Xylitol production method characterized in that the liquid medium containing a mixture of. 제 2항에 있어서, 단계 2의 발효배지는 질소원으로 효모 추출물, 트립톤 또는 이의 혼합물을 포함하는 액체배지인 것을 특징으로 하는 자일리톨 생산방법.The method of claim 2, wherein the fermentation broth of step 2 is a liquid medium comprising yeast extract, tryptone or a mixture thereof as a nitrogen source. 제 2항에 있어서, 단계 2의 발효배지의 초기 자일로스 농도는 100g/l 내지 300g/l인 자일리톨 생산방법. 3. The xylitol production method according to claim 2, wherein the initial xylose concentration of the fermentation broth of step 2 is 100 g / l to 300 g / l. 제 2항에 있어서, 단계 2의 통기량은 0.5 내지 1.5 vvm인 자일리톨 생산방법. 3. The xylitol production method according to claim 2, wherein the aeration amount in step 2 is 0.5 to 1.5 vvm. 제 2항에 있어서, 단계 2의 교반속도는 250 내지 500 rpm인 자일리톨 생산방법. The method of claim 2, wherein the stirring speed of step 2 is 250 to 500 rpm. 제 2항에 있어서,단계 2의 배양온도는 28℃ 내지 31℃인 자일리톨 생산방법.The method of claim 2, wherein the incubation temperature of step 2 is 28 ° C to 31 ° C.
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