KR20020017064A - Mass production of exo-polysaccharide from submerged cultivation of Ganoderma lucidum by agitation and aeration effect under bi-staged pH controlling system of jar fermenter - Google Patents

Mass production of exo-polysaccharide from submerged cultivation of Ganoderma lucidum by agitation and aeration effect under bi-staged pH controlling system of jar fermenter Download PDF

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Abstract

PURPOSE: Provided is a mass production of exo-polysaccharide from the submerged cultivation of Ganoderma lucidum by agitation and aeration effect under bi-staged pH controlling system of jar fermenter, thereby establishing scale-up conditions to maximize the production of exo-polysaccharide. CONSTITUTION: The method is characterized by the submerged cultivation of Ganoderma lucidum by stirring and aeration under bi-staged pH controlling system, wherein 0.1%(w/v) of polyacrylic acid is added to the submerged cultivation; stirring speed is 100-700 rpm and aeration rate is 0.3-2 vvm; and submerged cultivation is carried out at pH3, and 6-48 hours later, at pH6.

Description

pH 조절하에서 교반 및 통기 영향에 의한 영지의 액체배양을 이용한 세포외 다당의 대량 생산방법{Mass production of exo-polysaccharide from submerged cultivation of Ganoderma lucidum by agitation and aeration effect under bi-staged pH controlling system of jar fermenter}Mass production of exo-polysaccharide from submerged cultivation of Ganoderma lucidum by agitation and aeration effect under bi-staged pH controlling system of jar fermenter }

본 발명은 pH 조절하에서 교반 및 통기 영향에 의한 영지의 액체배양을 이용한 세포외 다당의 대량 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2단계로 pH를 조절하는 자 발효조(jar fermenter) 시스템에서 영지의 액체배양 시 교반 및 통기조건의 조작변수를 조절함으로써 효율적으로 균사체와 세포외 다당을 생산하며, 아울러 영지 액체배양의 동력학적 특성 및 산소이동용량계수(kla)와 이들 조작 변수와의 상관관계를 해석하고, 스케일 업(scale-up)의 조건을 검토 확립하여 영지의 세포외 다당을 대량으로 생산하는 영지의 액체배양을 이용한 세포외 다당 생산방법에관한 것이다.The present invention relates to a method for mass production of extracellular polysaccharides using liquid culture of ganoderma under agitation and aeration effect under pH control, and more specifically, in a jar fermenter system for controlling pH in two stages. Efficiently produce mycelium and extracellular polysaccharides by controlling the manipulated variables of agitation and aeration conditions in liquid culture, and analyze the dynamic characteristics of Ganoderma lucidum liquid culture and the relationship between oxygen transfer capacity coefficient (kla) and these manipulated variables The present invention relates to a method for producing extracellular polysaccharide using a liquid culture of ganoderma producing a large amount of extracellular polysaccharide of ganoderma lucidum.

영지버섯(Ganoderma lucidum)은 다공균과 불로초속(Ganoderma sp.)에 속하는 담자균의 한 종으로, 그 자실체는 영지라 하여 옛부터 식용이나 한방 및 민간 생약의 우수 상품약으로서 널리 사용되어 왔다. Ganoderma lucidum ( Ganoderma lucidum ) is a species of basidiomycetes belonging to the porous bacteria and Ganoderma sp. The fruiting body is ganoderma lucidum and has been widely used as an excellent commodity medicine of edible, herbal and folk herbal medicine since ancient times.

최근에 와서는 영지버섯 생리활성의 주성분인β-glucan이 항균, 항바이러스, 콜레스테롤 저하, 혈압강하, 항혈전, 인터페론 유도, 면역증강 및 항종양 작용 등의 각종 약리작용을 갖는 것으로 밝혀져 산업적인 관심이 고조되고 있다. 특히, 영지버섯의 다당류는 제암제로서의 개발이 기대되는 등, 최근에 와서 점차 각종 기능성 식품소재 및 의약품 소재로의 잠재적 가능성도 매우 높은 것으로 인식되고 있다.Recently, β- glucan, the main component of physiological activity of Ganoderma lucidum, has been found to have various pharmacological effects such as antibacterial, antiviral, lowering cholesterol, lowering blood pressure, antithrombosis, interferon induction, immunopotentiation and antitumor action. This is escalating. In particular, polysaccharides of Ganoderma lucidum are expected to be developed as a cancer-reducing agent, and recently, it is recognized that the potential of various functional food materials and pharmaceutical materials is also very high.

또한 항상 일정한 조건에서 배양이 가능하고, 품질이 균일한 균사체를 고효율 및 대량으로 얻을 수 있으며, 또 낮은 비용으로 생산할 수 있는 액체배양법이 연구되어 왔다. 특히 낮은 세포외 다당류(항암활성β-1,3-glucan)의 생산성을 수배-수십배에 향상시켰다. 그러나 아직은 산업적 생산체제를 갖추기에 미흡한 실정으로 대량생산 공정 개발을 위한 검토의 필요성이 높은 실정이다.In addition, a liquid culture method capable of always cultivating at a constant condition, obtaining a homogenous mycelium with uniform quality in high efficiency, and producing at low cost has been studied. In particular, the productivity of low extracellular polysaccharides (anticancer β- 1,3-glucan) was improved several-fold. However, due to the lack of an industrial production system, there is a high need for a review for development of a mass production process.

대부분의 균류들은 진탕배양 시 펠렛(pellet) 또는 필라멘트(filament) 균사를 형성하며, 특히 담자균류들은 다양한 크기의 균사응집체를 형성한다. 상기 균사응집체로 인하여 벽면 생육(wall growth)이 발생하며, 이로 인해 교반 및 통기에 의한 물질전달이 어려워져 균사 생육 및 생성물의 생산도 저해된다. 그 동안 상기 문제점으로 인해 에어-리프트 발효조(air-lift fermenter)가 일부 사용하여 왔으나, 현재 산업적인 생산을 위한 대규모 에어-리프트 발효조의 이용은 미흡한 실정이다. 따라서 자 발효조에서의 배양이 불가피한데, 이 때 벽면 생육의 방지수단이 강구되어야 한다.Most fungi form pellet or filament hyphae in shaking cultures, especially basidiomycetes form mycelial aggregates of various sizes. Wall growth occurs due to the mycelial aggregates, which makes it difficult to transfer materials by stirring and aeration, thereby inhibiting mycelial growth and production of products. The air-lift fermenter (air-lift fermenter) has been used in part because of the above problems, but the use of large-scale air-lift fermenter for industrial production is currently insufficient. Therefore, it is inevitable to cultivate in a fermentation tank. At this time, a means for preventing wall growth should be taken.

한편, 담자균류로부터 세포외 다당 생산을 위한 액체배양공정의 합리적 설계나 조작을 위해서는 세포외 다당류의 발효 중 균체, 기질, 통기, 교반속도 및 다당류 농도의 경시적 분포에 대한 발효동력학적 특성의 분석하기 위한 수학적 모델이 필요하다. 지금까지 단세포 미생물에서 주로 이용된 모나드(Monod) 식은 펠렛을 형성하는 균류와 같은 다세포 미생물에서는 잘 적용되지 않는다. 따라서 균류의 생육속도가 균체량의 2/3승에 비례한다는 2/3 파워(two-thirds power)모델이 가정되었으나, 담자균류인 폴리포러스 베르시컬러(Polyporus versicolor)와 느타리 버섯의 생육을 2/3 파워 모델로 해석한 캐로드와 윌크[Carroad, P. A. and Wilke, C. R., Appl. Environ. Microbiol.,33(4), 871-873(1977)]의 결과는 다소 미흡하였다. 그러므로 펠렛 형성 균류에서의 다당 발효동력학의 해석을 보다 유용하게 분석하기 위하여 웨이스와 올리스[Weiss, R. M. and Ollis, D. F., Extracellular Microbial Polysaccharides.Ⅰ. Biotechnol. Bioeng.,22, 859-873(1980)]는 미생물 균체, 다당 생산 및 기질 소비에 대한 발효과정을 설명하기 위한 동력학적 모델로서 각각 로지스틱(logistic) 모델, 뤠데킹-피렛(Luedeking-Piret) 모델 및 모디파이드 뤠데킹-피렛(modified Luedeking-Piret) 모델을 이용하였으며. 이 모델에서는 모델 변수를 용이하게 순차적으로 산출할 수 있다[Luedeking, R., and Piret, E. L., J. Biochem. Microbiol. Tech. & Eng.,1,393-412(1959); Ollis, D. F., Ann. N.Y. Acad. Sci.,413, 144(1983)].On the other hand, for the rational design and manipulation of the liquid culture process for extracellular polysaccharide production from basidiomycetes, the analysis of fermentation kinetics for the distribution of cells, substrates, aeration, agitation rate and polysaccharide concentrations during fermentation of extracellular polysaccharides There is a need for a mathematical model. The Monad equation, which has been used mainly in unicellular microorganisms, has not been applied well to multicellular microorganisms such as fungi that form pellets. Therefore, a two-thirds power model was assumed in which the growth rate of fungi was proportional to two-thirds of the cell mass , but two-thirds growth of the fungus Polyporus versicolor and Pleurotus eryngii Carroad, PA and Wilke, CR, Appl. Environ. Microbiol., 33 (4), 871-873 (1977)] was somewhat poor. Therefore, Weiss, RM and Ollis, DF, Extracellular Microbial Polysaccharides.I. Biotechnol. Bioeng., 22 , 859-873 (1980)] is a kinetic model for explaining the fermentation process for microbial cells, polysaccharide production and substrate consumption, respectively, as the logistic model and the Ludeking-Piret model. And a modified Luedeking-Piret model. In this model, model variables can be easily calculated sequentially [Luedeking, R., and Piret, EL, J. Biochem. Microbiol. Tech. & Eng., 1 , 393-412 (1959); Ollis, DF, Ann. NY Acad. Sci., 413 , 144 (1983).

한편,교반탱크 반응기(stirred-tank reactor)를 이용한 대량생산 공정 개발을 위해서는 연속적이고 효율적인 산소의 공급이 필요하며, 이를 위해서는 교반 및 통기에 의한 물질전달이 중요하다. 또한, 산업적 생산을 위한 스케일 업(scale-up)의 연구가 필요한데, 주로 산소이동용량계수(kla)에 기준한 스케일 업의 방법이 널리 이용되고 있다.On the other hand, in order to develop a mass production process using a stirred tank reactor (stirred-tank reactor) it is necessary to supply a continuous and efficient oxygen, for this purpose it is important to transfer the material by stirring and aeration. In addition, a study of scale-up for industrial production is required, and a method of scale-up based on the oxygen transfer capacity factor (kla) is widely used.

이에, 본 발명에서는 2단계 pH 조절하에서 교반 및 통기속도에 따른 영지의 액체배양에 의한 균사체 및 세포외 다당 생산의 최적 조건을 확립하기 위하여 균사체 형태 분석 및 동력학적 특성을 조사하였다. 아울러, 2.6L, 20L 및 75L 자 발효조 시스템에서의 배양을 통하여 산소이동용량계수(kla)와 이에 따른 조작변수와의 통기 및 교반속도 등의 상관관계를 조사하여 스케일 업의 자료를 확립하였으며, 이로부터 영지의 액체배양에 의한 균사체 및 세포외 다당 생산의 산업적 응용 자료를 마련하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, in the present invention, the mycelial morphology analysis and kinetic properties were investigated in order to establish the optimum conditions of mycelia and extracellular polysaccharide production by liquid culture of Ganoderma according to the stirring and aeration rate under two-step pH control. In addition, the scale up data was established by investigating the correlation between oxygen transfer capacity coefficient (kla) and aeration rate and agitation rate of the operating variables through cultivation in 2.6L, 20L and 75L fermentor systems. The present invention was completed by preparing industrial application data of mycelium and extracellular polysaccharide production by liquid culture of Ganoderma lucidum.

따라서, 본 발명은 2단계로 pH를 조절하는 자 발효조(jar fermenter) 시스템에서 영지의 액체배양 시 효율적인 균사체와 세포외 다당 생산을 위한 통기 및 교반의 효과를 알아보고, 이들 통기 및 교반의 조작 변수와 배양 동력학적 특성 및 산소이동용량계수(kla)와의 상관관계를 해석하여 스케일 업(scale-up)의 조건을 검토 확립함으로써 교반 및 통기에 의한 영지의 액체배양을 이용한 세포외 다당의 대량 생산방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention examines the effects of aeration and agitation for efficient mycelia and extracellular polysaccharide production in liquid culture of ganoderma in a jar fermenter system that adjusts pH in two stages, and the operating parameters of these aeration and agitation Analyze the relationship between culture kinetics and oxygen transfer capacity coefficient (kla) to examine the scale-up conditions and establish a method for mass production of extracellular polysaccharides using liquid culture of Ganoderma lucidum by agitation and aeration. The purpose is to provide.

도 1은 pH 조절하에서 0.1% 폴리아크릴산 첨가유무에 따른 영지의 건조균체중량(MDW)과 세포외 다당체(EPS)의 변화를 나타낸 것이다.Figure 1 shows the change in dry cell weight (MDW) and extracellular polysaccharide (EPS) of Ganoderma with or without the addition of 0.1% polyacrylic acid under pH control.

도 2는 다른 pH 조절하에서 0.1% 폴리아크릴산 첨가구와 무첨가구로 배양된 영지의 균사 형태를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the mycelium form of Ganoderma lucidum cultured with 0.1% polyacrylic acid addition and no addition under different pH control.

도 3은 2단계 pH 조절 조건(배양 6시간 후 pH를 3에서 6으로 조절)의 경우, 2.6 L 자 발효조에서 영지의 건조균체중량(MDW), 세포외 다당(EPS) 및 잔존당에 따른 교반속도를 나타낸 것이다.Figure 3 is a two-step pH control conditions (adjusting the pH from 3 to 6 after 6 hours in culture), stirring according to dry cell weight (MDW), extracellular polysaccharides (EPS) and residual sugar of Ganoderma lucidum in 2.6 L fermenter The speed is shown.

도 4는 2단계 pH 조절 조건의 경우, 2.6 L 자 발효조에서 영지의 건조균체중량(MDW), 세포외 다당(EPS) 및 잔존당에 따른 통기속도를 나타낸 것이다.Figure 4 shows the aeration rate according to dry cell weight (MDW), extracellular polysaccharides (EPS) and residual sugar of Ganoderma lucidum in 2.6 L-shaped fermenter in the case of two-stage pH control conditions.

도 5는 2단계 pH 조절 조건의 경우, 2.6 L 자 발효조에서 교반과 통기속도에 따른 영지의 거칠기 정도(roughness)를 나타낸 것이다.Figure 5 shows the roughness (roughness) of the ganoderma according to the stirring and aeration rate in the 2.6 L-shaped fermenter in the case of two-step pH adjustment conditions.

도 6은 2단계 pH 조절 조건의 경우, 2.6 L 자 발효조에서 교반과 통기속도에따른 영지의 펠렛 크기를 나타낸 것이다.Figure 6 shows the pellet size of the ganoderma according to the stirring and aeration rate in a 2.6 L fermenter in the case of two-stage pH adjustment conditions.

도 7은 20 L 자 발효조에서 교반과 통기속도에 따른 영지의 용존 산소량을 나타낸 것이다.Figure 7 shows the dissolved oxygen of Ganoderma according to the stirring and aeration rate in a 20 L fermenter.

도 8은 2.6 L, 20 L 및 75 L 자 발효조에서 통기 및 교반속도에 따른 산소이동용량계수(kla)값의 변화를 나타낸 것이다.Figure 8 shows the change in oxygen transfer capacity coefficient (kla) value according to the aeration and stirring speed in 2.6 L, 20 L and 75 L fermentors.

도 9는 산소이동용량계수(kla)와 N3×Di2와의 관계를 나타낸 것이다.9 shows the relationship between the oxygen transfer capacity coefficient kla and N 3 × Di 2 .

도 10은 2.6 L 발효조에서의 최적조건인 400rpm 및 1 vvm에서 배양 경과에 따른 균사 형태의 변화를 나타낸 것이다.Figure 10 shows the change in the mycelial shape with the progress of culture at 400rpm and 1 vvm, the optimum conditions in 2.6 L fermenter.

본 발명은 2단계 pH 조절하의 자 발효조(jar fermenter) 시스템에서 영지의 액체배양 시 교반 및 통기속도에 따른 동력학적 특성과 산소이동용량계수(kla)값을 해석함으로써 스케일 업(scale-up)의 조건을 확립하여 세포외 다당 생산을 최대화시키는 것을 그 특징으로 한다.The present invention provides a scale-up method by analyzing the dynamic characteristics and oxygen transfer capacity coefficient (kla) value according to the stirring and aeration rate during liquid culture of Ganoderma lucidum in a two-step pH fermenter system. It is characterized by establishing conditions to maximize extracellular polysaccharide production.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

본 발명에서는 벽면 생육의 방지수단으로 비교적 뛰어난 폴리아크릴산과 소디움 폴리아크릴레이트을 선택하여 플라스크 배양을 수행한 결과, 0.1% 폴리아크릴산 첨가구에서 균체량 및 다당 생성이 가장 우수하였다. 자 발효조에서 회분배양 시 0.1% 폴리아크릴산의 첨가구와 무첨가구를 비교한 결과, 0.1% 폴리아크릴산 첨가구는 무첨가구에 비해 현저하게 벽면 생육을 방지하였다.In the present invention, as a means of preventing wall growth, the flask culture was performed by selecting relatively excellent polyacrylic acid and sodium polyacrylate, and the cell mass and polysaccharide production were the best in the 0.1% polyacrylic acid addition. As a result of comparing batches of 0.1% polyacrylic acid and no additions in batch culture in a fermentation tank, 0.1% polyacrylic acid additions significantly prevented wall growth.

특히, 본 발명에서 다당 생성량에 미치는 통기 및 교반의 효과를 조사한 결과, 일정 통기속도(1 vvm)하에서 교반속도(100 ∼ 600 rpm)를 달리한 경우는 400 rpm에서 다당의 최대값(15.43 g/L)을 얻었으며, 일정 교반속도(400 rpm)에서 통기속도(0.5 ∼ 2.0 vvm)를 달리하면 1 vvm에서 최대값(15.54 g/L)을 얻게 된다.In particular, as a result of investigating the effects of aeration and agitation on the amount of polysaccharide produced in the present invention, when the stirring speed (100 to 600 rpm) was changed under a constant aeration speed (1 vvm), the maximum value of the polysaccharide at 400 rpm (15.43 g / L) was obtained, and the maximum value (15.54 g / L) was obtained at 1 vvm by changing the aeration rate (0.5 to 2.0 vvm) at a constant stirring speed (400 rpm).

일반적으로 균류는 액상배지에서 생육하는 경우, 필라멘트 형태, 펠렛 형태 및 이들의 혼합형으로 존재한다. 이러한 균사 형태는 유체의 특성, 물질전달, 영양분의 소비, 배지의 교반 및 발효열의 제거 등에 영향을 미치는데, 균사 형태에영향을 미치는 요인으로는 전단응력, 접종원의 농도, 배지의 구성성분, pH 및 용존산소의 농도 등이 있다. 균류를 산업적으로 이용할 때 요구되는 형태는 균에 따라 다르나 리조퍼스 아르히저스(Rhizopus arrhizus)를 이용한 푸마르산의 생산, 아스퍼길러스 니거(Aspergillus niger)를 이용한 효소의 생산 및 페니실리엄 크라이소게넘(Penicillium chrysogenum)을 이용한 항생제의 생산 시는 펠렛 형태보다 필라멘트 형태에서의 생산성이 더 높은 것으로 알려지고 있다. 즉, 균사 형태는 발효산물과 밀접한 관련을 가지는 것으로 볼 수 있으며, 결국 균사 형태를 조절함으로써 발효 생산성을 향상시킬 수 있음을 예측할 수 있다.In general, fungi are present in filament form, pellet form, and mixtures thereof when grown in liquid medium. This type of hyphae affects fluid properties, mass transfer, nutrient consumption, agitation of media and removal of fermentation heat. Factors affecting mycelial shape are shear stress, inoculum concentration, composition of the medium, and pH. And the concentration of dissolved oxygen. The forms required for industrial use of fungi vary depending on the fungus, but the production of fumaric acid using Rhizopus arrhizus, the production of enzymes using Aspergillus niger and the penicillium chrysogenum ( The production of antibiotics using Penicillium chrysogenum is known to produce higher productivity in filament form than in pellet form. In other words, it can be seen that the hyphae form is closely related to the fermentation product, and finally, the fermentation productivity can be improved by controlling the mycelial form.

따라서, 본 발명에서는 발효생산성을 향상시킬 수 있는 균사 형태를 규명하고, 이를 얻기 위한 최적의 통기 및 교반속도 조건을 확립하여 생산성을 높이고 자 하였다. 즉, 균사 형태에 미치는 통기 및 교반의 효과를 조사한 결과, 교반 및 통기속도의 증가에 의해 균사 형태는 표면이 거친(rough) 펠렛 형태로부터 매끄러운(smooth) 펠렛의 형태로 변화하고, 거칠기 정도(roughness)에 의하여 정량화가 가능하였다. 본 발명에서 교반속도가 100 rpm인 경우, 거칠기 정도는 60%이상이나 500 rpm에서는 20%이하로 교반속도의 증가로 거칠기 정도가 감소하고, 실험한 통기속도 범위에서 거칠기 정도는 20%이하로 통기속도의 증가에 따라서도 감소하는 경향을 보인다.Therefore, the present invention was to identify the mycelial form that can improve the fermentation productivity, and to increase the productivity by establishing the optimum aeration and stirring speed conditions for obtaining this. That is, as a result of investigating the effects of aeration and agitation on the mycelial shape, the mycelial shape changes from rough pellets to smooth pellets due to the increase in agitation and aeration speed. Quantification was possible. In the present invention, when the stirring speed is 100 rpm, the roughness degree is 60% or more, but at 500 rpm, the roughness degree is decreased by increasing the stirring speed, and the roughness degree is 20% or less in the experimental aeration speed range. It also tends to decrease with increasing speed.

한편, 균사 크기는 100 ∼ 200 rpm에서는 증가하고, 300 ∼ 500 rpm에서는 다시 감소하여 0.3 ∼ 0.5 mm의 일정크기를 유지한다. 그러나, 통기속도는 균사 크기에 큰 영향을 주지 않고 0.3 ∼ 0.55 mm 범위이다. 대체로 다당 생성은거칠기 정도 및 균사 크기와 유의적인 상관관계를 보이고, 대체로 거칠기 정도가 약 17% 및 0.3 ∼ 0.5 mm의 균사 크기를 유지할 때 다당 생산성이 높음을 확인할 수 있다.On the other hand, the mycelial size increases at 100 to 200 rpm and decreases again at 300 to 500 rpm to maintain a constant size of 0.3 to 0.5 mm. However, the aeration rate is in the range of 0.3 to 0.55 mm without significantly affecting the mycelial size. In general, polysaccharide production showed a significant correlation with roughness and mycelial size, and it was confirmed that polysaccharide productivity was high when roughness was maintained at approximately 17% and mycelial size of 0.3 to 0.5 mm.

또한, 본 발명은 교반 및 통기에 의한 용존산소의 농도변화를 살펴본 결과, pH가 조절되지 않는 조건에서는 배양 7일 후 용존산소가 제한되지만, 2단계 pH 조절에서는 배양 2∼4일에 용존산소의 급격한 감소를 보이나 용존산소의 제한은 일어나지 않고, 다시 증가하는 경향을 보이며, 교반속도가 증가할수록 감소 폭과 깊이는 증가하는 경향을 볼 수 있다. 다당 생성은 대수증식기 이후의 용존산소 농도가 40 ∼ 80% 일 때 가장 높으며, 이 보다 낮거나 높은 경우는 다당 생성은 저해된다.In addition, the present invention has been observed in the dissolved oxygen concentration change by agitation and aeration, the dissolved oxygen is limited after 7 days of culture in the condition that the pH is not controlled, but in the two-step pH control of the dissolved oxygen It shows a sharp decrease, but the limitation of dissolved oxygen does not occur, but tends to increase again, and the decrease width and depth tend to increase as the stirring speed increases. Polysaccharide production is highest when the dissolved oxygen concentration after the logarithmic growth stage is 40 to 80%, and lower or higher polysaccharide production is inhibited.

그리고, 본 발명에서 영지의 세포외 다당 발효 중 동력학적 특성을 교반 및 통기에 의한 함수로서 조사한 결과, 영지의 균사체 증식은 로지스틱 모델과 잘 일치하고, 다당 생산 및 기질 소비는 뤠데킹-피렛 및 모디파이드 뤠데킹-피렛 모델로 잘 설명된다. 교반 및 통기속도의 따른 다당 생산은 증식연동형과 비증식 연동형이 함께 존재하는 혼합형의 발효양식이며, 기질은 증식 연동형으로 소비된다.In the present invention, the kinetic properties of the extracellular polysaccharide fermentation of Ganoderma lucidum as a function of agitation and aeration showed that the mycelial growth of Ganoderma lucidum was in good agreement with the logistic model, and that polysaccharide production and substrate consumption were well-decked-piret and mody. This is well illustrated by the Fidde Decking-Pyreth model. Polysaccharide production according to agitation and aeration rate is a mixed fermentation mode in which both a growth-linked type and a non-proliferative linkage type exist together, and the substrate is consumed as a growth linkage type.

따라서, 본 발명은 이상에서 설명한 결과에 따라 교반 및 통기에 따른 산소이동용량계수(kla)와의 관계를 중회귀분석하면, 이들 사이의 관계는 다음 수학식 1로 표현할 수 있다.Therefore, the present invention, if the regression analysis of the relationship between the oxygen transfer capacity coefficient (kla) according to the stirring and aeration according to the results described above, the relationship between them can be expressed by the following equation (1).

kla = 0.555 × Vs0.42× (N3×Di2)0.33(R2=0.925, p<0.05)kla = 0.555 × Vs 0.42 × (N 3 × Di 2 ) 0.33 (R 2 = 0.925, p <0.05)

kla : 산소이동용량계수kla: oxygen transfer capacity factor

Vs : 통기속도Vs: Aeration Speed

N : 교반속도N: stirring speed

Di : 임펠러(impeller) 지름Di: impeller diameter

또한, 본 발명에서는 영지 액체배양 시 자 발효조 시스템에서의 스케일 업 조건을 확립한 바, 2.6-L, 20-L 및 75-L 발효조를 이용하여 최대의 다당 생산을 할 수 있으며, 이에 따른 산소이동용량계수(kla)의 범위는 85.4 ±26.70 h-1이었다.In addition, in the present invention, the scale-up condition in the fermenter system in the Ganoderma liquid culture was established, and the maximum polysaccharide production was possible using 2.6-L, 20-L, and 75-L fermenters, and thus oxygen migration. Dose coefficients (kla) ranged from 85.4 ± 26.70 h -1 .

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to Examples.

제조예 1: 전배양Preparation Example 1 Preculture

본 발명에 사용한 균주는 영지(Ganoderma lucidum)ASI 7004이다. P.D.A.(potato dextrose agar) 평판배지에서 30 ℃로 7 일간 배양한 후 4 ℃에서 보존하였고, 3개월마다 계대 배양하면서 실험에 사용하였다.The strain used in the present invention is Ganoderma lucidum ASI 7004. After incubation at 30 ° C. for 7 days in a PDA (potato dextrose agar) plate medium, it was preserved at 4 ° C., and used for the experiment while subcultured every three months.

종균배양에 사용한 배지는 가노데르마 마플라나텀(Ganoderma applanatum)에 대해 보고된 진탕배양용 배지며, 본 배양의 배지는 영지의 액체배양에 의한 세포외 다당 생산의 최적배지[포도당 50 g/ℓ, 효모추출액 5 g/ℓ, KH2PO40.5 g/ℓ,(NH4)2HPO41 g/ℓ, pH 6]를 사용하였다. 배지는 121 ℃에서 15 분간 가압 살균 후 사용하고, 살균 시 염의 침전을 방지하기 위하여 탄소원, 질소원, 무기염류는 각각 분리 살균한 후 혼합하여 사용하였다. pH는 필요시 1N NaOH 또는 1N HCl로 조절하였다.The medium used for the seed culture is Kano der Do Do planar term (Ganoderma applanatum) in said cost is for the shake culture medium report, the culture of the medium is optimal medium of the extracellular polysaccharide produced by the liquid culture of Ganoderma [glucose 50 g / L, yeast extract 5 g / L, KH 2 PO 4 0.5 g / L, (NH 4 ) 2 HPO 4 1 g / L, pH 6]. The medium was used after autoclaving at 121 ° C. for 15 minutes, and in order to prevent precipitation of salts during sterilization, carbon sources, nitrogen sources, and inorganic salts were separately sterilized and mixed. pH was adjusted with 1N NaOH or 1N HCl if necessary.

P.D.A. 평판배지에서 생육한 균사체를 직경 5 mm의 스테인레스 스틸 파이프(stainless steel pipe)로 균사 디스크(mycelium disk)를 만든 다음, 상기 디스크 4 ∼ 5개를 50 ㎖의 배지가 첨가된 250 ㎖ 삼각 플라스크에 접종하였다. 30 ℃에서 7 일간 배양한 다음, 다시 종균용 배지 50 ㎖를 함유한 250 ㎖의 삼각 플라스크에 5%(v/v)의 전배양액을 접종하고, 30 ℃에서 100 rpm으로 5 일간 진탕배양하였다. 이때 전배양액은 균질기[동양(주), model 0820]로 30초 동안 균질화시켜 본 배양의 접종용으로 사용하고, 매 실험마다 새로이 배양하여 사용하였다.P.D.A. Mycelium grown on a plate medium was made of mycelium disk with a stainless steel pipe of 5 mm diameter, and then 4 to 5 disks were inoculated into a 250 ml Erlenmeyer flask with 50 ml of medium. It was. After incubation at 30 ° C. for 7 days, a 250 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of spawn medium was inoculated with 5% (v / v) of the preculture, and shaken at 30 rpm for 100 days at 100 rpm. At this time, the preculture was homogenized for 30 seconds using a homogenizer (Dongyang Co., Ltd., model 0820) and used for inoculation of the present culture, and newly cultured every experiment.

제조예 2: 발효조 배양Preparation Example 2 Fermenter Culture

균사체 생육으로 인한 월 성장을 방지하기 위하여 중합체인 폴리아크릴산[와코 케미칼 사]0.1%(w/v) 첨가하여 균사 생육, 형태변화 및 세포외 다당 생성량의 변화를 조사하였다.A polyacrylic acid polymer [Wako Chemical Co.] to prevent the growth month due to the mycelial growth were examined 0.1% (w / v) was added to mycelial growth, morphological change and cellular changes of the polysaccharide production et al.

2.6 L의 자 발효조(Marubishi, MD-250)에서 전배양액을 5%(v/v)로 접종하여 온도 30 ℃, 3가지의 pH 조건(초기 pH 6.0, 일정 pH 6.0 및 배양 6 시간 후 pH를 3에서 6으로 조정), 배지액량 1.5 L, 통기속도 0.5 ∼ 2.0 vvm 및 교반속도 100 ∼600 rpm의 배양 조건으로 실시하였다. pH는 필요시 1N HCl 또는 1N NaOH를 사용하여 조절하였고, 통기로 인하여 발생한 거품은 안티289[시그마 사]를 사용하여 제거하였다.Incubate the preculture at 5% (v / v) in a 2.6 L porcelain fermenter (Marubishi, MD-250) and adjust the pH to 30 ° C, 3 pH conditions (initial pH 6.0, constant pH 6.0 and 6 hours after incubation). 3 to 6), culture medium solution 1.5L, aeration rate 0.5-2.0 vvm and agitation speed 100-600 rpm. pH was adjusted if necessary using 1N HCl or 1N NaOH, bubbles resulting from aeration was removed using antifoam 289 [Sigma].

20 L의 자 발효조(Bioengineering, L1523)로 접종비를 5%(v/v)로 하여 온도 30 ℃, pH(초기 pH 6.0 또는 pH shift)의 조건, 배지액량 12 L, 통기속도 1.0 vvm 및 교반속도 200 ∼ 600 rpm의 배양 조건으로 실시하였다.Inoculation ratio of 5% (v / v) with a 20 L Bioengineering (L1523) condition at a temperature of 30 ° C., pH (initial pH 6.0 or pH shift), medium volume 12 L, aeration rate 1.0 vvm and stirring speed It carried out by the culture conditions of 200-600 rpm.

75 L의 자 발효조(Bioengineering, LP351)를 사용하여 전배양액을 5%(v/v)로 접종하여, 온도 30 ℃, pH(pH shift) 조건, 배지액량 50 L, 통기속도 0.3 ∼ 1.0 vvm 및 교반속도 100 ∼ 300 rpm의 배양 조건에서 실시하였다.Inoculate the preculture at 5% (v / v) with a 75 L bioengineering (LP351), at a temperature of 30 ° C., pH (pH shift), 50 L of medium liquid, aeration rate 0.3 to 1.0 vvm and The culture was carried out at a stirrer speed of 100 to 300 rpm.

실시예1. 균사체, 다당 생성과 균사 형태에 미치는 폴리아크릴산의 첨가 영향Example 1 Effect of Addition of Polyacrylic Acid on Mycelia, Polysaccharide Formation and Mycelial Form

균체량은 원심분리[10,000×g, 15 분]하고 침전된 균사체를 여과지[No. 2, 와트만]로 여과한 다음, 증류수로 2 ∼ 3회에 걸쳐 수세하였고, 70 ℃에서 24 시간 건조한 후, 건조장치에서 항량이 될 때까지 방치하면서 건조중량(mycelial dry weight, MDW)을 측정하여 정량하였다.The cell weight was centrifuged [10,000 × g, 15 min] and the precipitated mycelium was filtered out [No. 2, Wattman], washed with distilled water 2 to 3 times, dried at 70 ℃ for 24 hours, and then measured in the drying apparatus until weighed while measuring mycelial dry weight (MDW) Quantification by

또한, 세포외 다당은 원심분리[10,000×g, 15 분]하여 균사체를 제거한 후 얻어진 배양 여액에 2배량의 아세톤을 가하여 침전물로 얻었으며, 이를 70℃에서 24 시간 건조한 다음 중량을 측정하여 조다당(crude exo-polysaccharide, EPS)로 정량하였다.In addition, extracellular polysaccharide was obtained by centrifugation [10,000 × g, 15 minutes] to remove the mycelium, and then added 2 times acetone to the culture filtrate, which was obtained as a precipitate, which was dried at 70 ° C. for 24 hours and weighed to obtain crude polysaccharide. (crude exo-polysaccharide, EPS) was quantified.

도 1에서 보는 바와 같이, 초기 pH 6일 때 폴리아크릴산 무첨가구의 균체량은 배양 4일 후 거의 일정하나, 첨가구는 배양말기까지 계속 증가하여 균체량 5.84 g/L의 최대값을 얻었다. 또한 pH 조절 조건에서는 균체량이 다소 감소하지만 폴리아크릴산 첨가구가 무첨가구보다 다소 높은 균체량을 나타내어 폴리아크릴산의 첨가는 pH의 변화에 영향을 받지 않음을 알 수 있었다. 또한 다당 생성도 폴리아크릴산을 첨가한 경우에 약 1.1 ∼ 1.3배의 다소 높은 값을 나타내어 보다 좋은 효과(positive effect)를 나타내고, pH의 변화에도 영향을 받지 않으며, 자료로는 나타내지 않았지만 기질의 소비에서도 다소 높거나 비슷한 결과를 나타내었다.As shown in Figure 1, at the initial pH of 6, the cell weight of the polyacrylic acid free group was almost constant after 4 days of cultivation, but the addition group continued to increase until the end of the culture to obtain a maximum of 5.84 g / L of cell mass. In addition, the cell mass was slightly decreased under the pH control condition, but the polyacrylic acid addition group showed a slightly higher cell weight than the non-addition group, indicating that the addition of the polyacrylic acid was not affected by the pH change. In addition, polysaccharide production also showed a slightly higher value of about 1.1 to 1.3 times when polyacrylic acid was added, showing a better effect, not affected by changes in pH, and not shown in the data, but also in substrate consumption. The results were somewhat higher or similar.

폴리아크릴산의 첨가시 균사 형태의 변화를 조사한 결과, 폴리아크릴산첨가구는 무첨가구와 큰 차이를 보이지 않으며, 단지 pH 변화의 차이만을 보였다. 2단계 pH로 배양한 경우에는 pH가 조절되지 않는 조건이 pH 조절 조건보다 더 많은 양의 다당을 생성하였다. 특히, 영지의 경우는 폴리아크릴산 첨가로 거의 형태 변화를 보이지 않는 특징을 나타내었다.(도 2)As a result of investigating the change of mycelial form upon addition of polyacrylic acid, the polyacrylic acid added group showed no significant difference from the non-added group, and only showed a difference in pH change. When incubated at a two-step pH, conditions without pH control produced more polysaccharides than pH control conditions. In particular, in the case of ganoderma lucidum showed a feature that almost no change in form by the addition of polyacrylic acid (Fig. 2).

따라서 폴리아크릴산의 첨가는 월 성장의 방지수단으로 사용하며, 대수기를 연장시켜 균체량 및 다당 생성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.Therefore, the addition of polyacrylic acid was used as a means of preventing the growth of the month, it can be seen that can increase the mass and polysaccharide production by extending the logarithmic season.

실시예 2. 균사체 및 다당 생성에 미치는 교반 및 통기속도의 영향Example 2 Effect of Stirring and Aeration Rate on Mycelium and Polysaccharide Production

2.6 L 발효조에서 교반속도에 따른 균사 및 다당 생성에 미치는 영향을 조사한 결과는 도 3과 같다. 통기량을 1 vvm으로 고정한 후 교반속도에 따른 균사체 생육은 100 ∼ 400 rpm까지는 교반속도의 증가에 따라 증가하다 배양 4 일 후감소하였다. 그러나, 500 ∼ 600 rpm에서는 계속 증가하고, 500 rpm에서 4.35 g/L의 최대 균체량을 얻었다. 반면, 다당 생산은 100 ∼ 400 rpm까지는 교반속도가 증가할수록 증가하며, 400 rpm에서 15.43 g/L의 최대값을 얻었다. 그러나 높은 교반속도인 500 ∼ 600 rpm에서는 다당 생성이 오히려 감소하며, 600 rpm에서는 최대 다당 생산량이 6.81 g/L로 가장 낮았다.The results of investigating the effect on the production of mycelia and polysaccharides by stirring speed in 2.6 L fermenter are shown in FIG. 3. After the aeration was fixed at 1 vvm, the mycelial growth according to the agitation rate increased up to 100 ~ 400 rpm with the increase of the agitation rate. However, it increased continuously at 500-600 rpm and obtained the maximum cell mass of 4.35 g / L at 500 rpm. On the other hand, polysaccharide production increased with increasing stirring speed from 100 to 400 rpm, and a maximum value of 15.43 g / L was obtained at 400 rpm. However, at a high stirring speed of 500 to 600 rpm, polysaccharide production was rather decreased, and at 600 rpm, the maximum polysaccharide production was the lowest at 6.81 g / L.

그러므로 높은 교반속도는 균체 생육에는 좋으나 다당 생성을 저해하는 것으로 생각된다. 이로부터 다당 생성의 최적 교반 조건은 400 rpm으로 선정하였다.Therefore, high agitation speed is good for cell growth, but is thought to inhibit polysaccharide production. From this, the optimum stirring conditions for the production of polysaccharides were selected to 400 rpm.

교반속도를 400 rpm으로 고정한 후 통기속도의 변화에 따른 균사 생육 및 다당 생성을 조사하여 도 4에 나타내었다. 통기속도가 0.5 vvm에서 2.0 vvm으로 증가할수록 균체량은 증가하며, 0.5 vvm에서 1.5 vvm까지는 균사체량이 4 일 후 급격히 감소하고, 2.0 vvm에서는 6일째 최대의 균체량인 4.95 g/L를 얻으며, 배양말기에도 유지되었다.After fixing the stirring speed to 400 rpm and examined the mycelial growth and the production of polysaccharides according to the change in aeration speed is shown in Figure 4. As the aeration rate increased from 0.5 vvm to 2.0 vvm, the mycelial mass increased, and from 0.5 vvm to 1.5 vvm, the mycelial mass decreased sharply after 4 days. Maintained.

교반속도와 마찬가지로 높은 통기속도인 2.0 vvm에서는 균체량의 증가를 보이나 다당 생성은 감소하였다. 즉, 세포외 다당 생성은 균사체의 경우와는 달리 1 vvm에서 최대값 15.54 g/L를 얻으며, 통기속도가 낮은 0.5 vvm과 높은 2.0 vvm에서는 이 보다 다소 낮은 값이 얻어졌다.As with the stirring speed, the high aeration rate of 2.0 vvm showed an increase in cell mass, but the production of polysaccharide decreased. In other words, the extracellular polysaccharide production showed a maximum value of 15.54 g / L at 1 vvm, unlike at the mycelium, and lower values were obtained at 0.5 vvm and 2.0 vvm with low aeration rates.

따라서, 세포외 다당 생성에 최적인 통기조건은 400 rpm에서 1 vvm인 것으로 판단하였다.Therefore, the optimal aeration condition for extracellular polysaccharide production was determined to be 1 vvm at 400 rpm.

실시예 3. 기질 소비에 미치는 교반 및 통기 효과Example 3 Agitation and Aeration Effects on Substrate Consumption

배양액중의 잔존당의 농도는 DNS(dinitrosalicylic acid) 법을 이용하여 575 nm에서 흡광도를 구한 후, 각각 표준곡선으로부터 환산하여 구하였다.The residual sugar concentration in the culture was determined by calculating the absorbance at 575 nm using DNS (dinitrosalicylic acid) method, and then converted from the standard curve.

교반에 의한 기질 소비를 보면(도 3), 500 rpm의 경우는 배양 후 32 g/L, 그리고 600 rpm에서는 15 g/L이 소비되었다. 반면, 100 ∼ 400 rpm일 때의 기질의 소비는 500 rpm과 600 rpm의 중간값 범위이었다. 다당 생성이 다소 높았던 300 및 400 rpm에서의 기질 소비량은 약 25 ∼ 27 g/L로, 교반속도가 높은 500 rpm이상에서는 기질이 균체의 증식에 이용되는 반면, 100 ∼ 400 rpm에서는 다당 생성에 이용되는 것으로 생각되었다.In terms of substrate consumption by agitation (FIG. 3), 32 g / L after incubation at 500 rpm and 15 g / L at 600 rpm were consumed. On the other hand, the consumption of the substrate at 100 to 400 rpm ranged from the median between 500 rpm and 600 rpm. Substrate consumption at 300 and 400 rpm, where polysaccharide production was rather high, was about 25 to 27 g / L. At 500 rpm with high agitation speed, the substrate was used for cell growth, while at 100 to 400 rpm. It was thought to be.

한편, 통기에 의한 기질 소비는 큰 차이를 보이지 않으나(도 4), 높은 통기속도일 때는 균체량이 높고, 이때 기질 소비도 28 g/L로 다소 높았다.On the other hand, substrate consumption by aeration does not show a big difference (FIG. 4), but at a high aeration rate, the cell mass was high, and the substrate consumption was also slightly higher, at 28 g / L.

기질 소비에 대한 교반 및 통기의 효과는 비슷하지만, 통기속도보다는 교반속도에 의한 기질의 변화가 더 큰 것으로 나타나며, 이는 통기보다는 교반에 의한 물질전달의 효과가 더 크기 때문이라고 생각되었다. 또한 잔존 기질량은 약 20 g/L이상으로 매우 높아 과잉의 탄소원 기질하에서 다당 생산이 이루어지는 것으로 생각되었다.The effects of agitation and aeration on substrate consumption were similar, but the change of substrate by agitation rate appeared to be greater than the aeration rate, which was thought to be due to the greater effect of mass transfer by agitation than aeration. In addition, the residual gas mass was very high, about 20 g / L or more, and it was thought that polysaccharide production was carried out under an excess carbon source substrate.

실시예 4. 균사 형태에 미치는 교반 및 통기속도의 영향Example 4 Effect of Stirring and Aeration Rate on Mycelial Form

균사체 형태는 화상 분석 시스템[Optimas 사, 미국]으로 분석하였다. 즉, CCD 카메라[Panasonic, wv-CP410] 또는 현미경[Olympus, CHS-213E], PCI 비디오 프레임 그래버[Flashpoint Ver. 3.11, Integral Tech, Inc] 및 PC로 구성되고, 구성된 장치를 사용하여 이미지 소프트웨어[Optimas 6.1, Optimas 사]로 분석하였다. 이미지 소프트웨어를 이용하여 면적, 길이, 직경 등 각종 형태변수를 구하였으며, 거칠기 정도는 펠렛 면적을 이용하여 다음 수학식 2로부터 계산하였다.Mycelial morphology was analyzed with an image analysis system [Optimas, USA]. That is, CCD camera [Panasonic, wv-CP410] or microscope [Olympus, CHS-213E], PCI video frame grabber [Flashpoint Ver. 3.11, Integral Tech, Inc] and a PC, and were analyzed with image software [Optimas 6.1, Optimas] using the configured device. Various shape variables such as area, length, and diameter were obtained using image software, and the degree of roughness was calculated from Equation 2 using pellet area.

거칠기 정도(%) = (전체 펠렛면적 - 코어 펠렛면적) / 전체 펠렛면적 ×100Roughness (%) = (total pellet area-core pellet area) / total pellet area × 100

교반 및 통기속도에 따른 균사 형태는 표면이 거친 펠렛으로부터 매끄러운 펠렛 형태로 변하므로 균사 형태의 정량화 지표로서 균사의 거칠기 정도와 코어(core) 크기를 조사하여 이들의 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.The hyphae shape according to the agitation and aeration rate is changed from the coarse pellets to the smooth pellets, so that the degree of mycelial roughness and core size as an index of quantification of the hyphae form is shown in FIGS. 5 and 6. It was.

비교적 낮은 교반속도인 100 ∼ 200 rpm에서는 거칠기 정도가 크며, 배양 경과 시 증가하다 6 일 후 다소 감소하였다. 반면, 교반속도가 300 rpm일 때는 배양 5 일 후 감소하고 400 및 500 rpm에서는 각각 배양 4 일과 3 일 후 감소하였다. 거칠기 정도는 낮은 100 rpm에서 최대로 60%이상이며, 높은 500 rpm에서는 20%이하로 낮았다. 통기속도가 0.5 vvm ∼ 2.0 vvm으로 증가할수록 거칠기 정도도 감소하며 대체로 20%이하였다.Roughness was large at 100-200 rpm, which was a relatively low stirring speed, and increased after incubation. On the other hand, when the stirring speed was 300 rpm, it decreased after 5 days of culture and at 400 and 500 rpm, respectively, after 4 and 3 days of culture. Roughness was at most 60% at low 100 rpm and below 20% at high 500 rpm. As the aeration rate increased from 0.5 vvm to 2.0 vvm, the degree of roughness decreased and was generally less than 20%.

따라서, 펠렛 형태의 변화는 교반속도가 통기속도에 비해 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 100 ∼ 500 rpm으로 교반속도가 증가함에 따라 펠렛의 거칠기 정도는 감소하였다. 하지만 교반속도가 600 rpm이상에서는 메카니칼 작용에 의한 전단효과(shear effect)로 균사 형태는 필라멘트 형태를 나타내었다.Therefore, it can be seen that the change in pellet form has a large influence on the stirring speed compared to the aeration speed. As the stirring speed increased from 100 to 500 rpm, the roughness of the pellets decreased. However, when the stirring speed was higher than 600 rpm, the hyphae type showed the filament type due to the shear effect caused by the mechanical action.

또한, 균사 크기는 100 rpm에서 0.38 ∼ 0.51mm, 200 rpm에서 0.62 ∼ 0.88 mm로 교반속도의 증가에 따라 증가하고, 300 ∼ 500 rpm에서는 0.3 ∼ 0.5 mm정도로 일정하였다. 반면, 낮은 통기속도인 0.5 vvm에서는 균사 크기가 0.5 ∼ 0.66 mm 정도이며, 1.0 ∼ 2.0 vvm에서는 0.3 ∼ 0.55 mm 정도로 일정하였다.The mycelial size increased from 0.38 to 0.51 mm at 100 rpm and 0.62 to 0.88 mm at 200 rpm with increasing stirring speed, and was constant at about 0.3 to 0.5 mm at 300 to 500 rpm. On the other hand, the mycelial size was about 0.5 to 0.66 mm at 0.5 vvm, which was a low aeration rate, and about 0.3 to 0.55 mm at 1.0 to 2.0 vvm.

따라서, 교반 및 통기속도에 따른 다당 생성과 비교해 볼 때 펠렛 형태는 다소 거친 형태로, 크기는 0.3 ∼ 0.5 mm 정도로 유지할 때 높은 다당 생성을 보임을 알 수 있었다. 결국, 균사 형태는 다당 생성과 밀접한 상관성을 갖는 매우 중요한 인자임이 확인되며, 적정의 통기 및 교반 조건의 최적화가 필요함을 알 수 있었다.Therefore, compared with the polysaccharide production according to the stirring and aeration rate, the pellet form was somewhat coarse, and it was found that the polysaccharide production was high when the size was maintained at about 0.3 to 0.5 mm. As a result, it was confirmed that the hyphae form was a very important factor having a close correlation with polysaccharide production, and it was found that optimization of aeration and agitation conditions of titration was necessary.

실시예 5. 용존 산소에 미치는 교반 및 통기속도의 영향Example 5 Effect of Stirring and Aeration Rate on Dissolved Oxygen

교반 및 통기에 따른 용존 산소의 변화는 도 7에 나타내었다. 2단계 pH 조절에서 교반속도가 200 ∼ 600 rpm으로 증가함에 따라 용존 산소농도도 증가하였다. 200 rpm에서 배양 2 ∼ 3 일 후의 용존 산소농도는 10%정도로 떨어졌고, 3 일 후 증가하기 시작하여 5 일째 최고 75%를 나타내었다. 또 6 일 후에는 다시 감소하고, 배양말기에는 54.8%이었다. 반면, 400 rpm일 때의 용존 산소농도는 배양 4 일째 37.6%까지 감소하고, 5 일째는 72.7%로 증가하여 배양말기까지 계속 유지되었다. 한편, 600 rpm으로 교반속도를 증가시킬 때는 용존 산소농도가 4 일째 78%까지 감소하나, 6 일 후 다시 증가하여 82%수준에서 배양말기까지 유지되었다.The change in dissolved oxygen with stirring and aeration is shown in FIG. 7. In the two-step pH control, the dissolved oxygen concentration increased as the stirring speed increased to 200 to 600 rpm. After 2 to 3 days of incubation at 200 rpm, the dissolved oxygen concentration dropped to about 10%, and after 3 days, the dissolved oxygen concentration started to increase to a maximum of 75%. It decreased again after 6 days and was 54.8% at the end of the culture. On the other hand, the dissolved oxygen concentration at 400 rpm decreased to 37.6% on the 4th day of culture and increased to 72.7% on the 5th day and maintained until the end of the culture. On the other hand, when the stirring speed was increased to 600 rpm, the dissolved oxygen concentration decreased to 78% at 4 days, but increased again after 6 days and maintained at the end of the culture at 82% level.

각 교반속도에서 용존 산소 농도가 가장 낮을 때는 균체의 왕성한 생육으로 균체에 대한 산소이동용량계수(kla)값이 낮아지는데, 교반속도가 높아지면 산소이동용량계수(kla)값도 커져 용존 산소가 증가한다고 생각된다. 또한, 배양말기에는 일정수준으로 용존 산소의 농도가 유지되는데, 이는 더 이상의 균체량의 증가가 없기 때문이라고 볼 수 있다.When the dissolved oxygen concentration is the lowest at each stirring speed, the growth rate of the cells is lowered due to the vigorous growth of the cells. When the stirring speed is increased, the oxygen transfer capacity factor (kla) value is also increased to increase the dissolved oxygen. I think. In addition, the concentration of dissolved oxygen is maintained at a constant level at the end of the cultivation, it can be seen that there is no increase in the amount of cells.

하지만, pH를 조절하지 않은 조건의 용존 산소농도는 배양 7 일째까지 계속 감소하여 거의 0에 이르고, 배양말기에는 다소 증가하였다. 2단계로 pH를 조절하면, 배양 4 일 후에는 용존 산소농도의 차이가 매우 크게 나타났다. 이는 균체량의 증가와 배양액의 점도가 증가하기 때문인 것으로 보인다. 2단계 pH 조절은 pH를 조절하지 않은 조건에 비해 배양 중의 점도 증가가 거의 없었다.However, the dissolved oxygen concentration under the condition that the pH was not adjusted continued to decrease until the 7th day of culture and reached almost zero, and increased slightly at the end of the culture. When the pH was adjusted in two stages, the difference in dissolved oxygen concentration was very large after 4 days of culture. This seems to be due to the increase in cell mass and the viscosity of the culture solution. Two-step pH control showed little increase in viscosity during incubation compared to conditions without pH adjustment.

한편, 용존 산소농도의 변화에 따른 균체량 및 다당 생성을 보면, 2단계 pH 조절은 용존 산소농도가 높을수록 균체량은 증가하지만, 다당 생성은 용존 산소의 농도가 80%이상 일 때 감소함을 보였다. 반면, pH를 조절하지 않은 조건은 균체량은 증가하지만 다당 생성은 감소함을 보였다.On the other hand, the cell weight and polysaccharide production according to the change of dissolved oxygen concentration showed that the two-step pH control increased the cell weight as the dissolved oxygen concentration increased, but the polysaccharide production decreased when the dissolved oxygen concentration was above 80%. On the other hand, conditions without pH adjustment showed that the cell mass increased but polysaccharide production decreased.

따라서, 영지의 다당 생성에는 충분한 산소의 공급이 필요하며, 용존 산소의 제한이나 높은 농도에서는 다당 생성을 저해하는 것으로 판단되었다.Therefore, it is determined that ganoderma lucidum production requires sufficient oxygen, and inhibits polysaccharide production at the limit of dissolved oxygen and at a high concentration.

실시예 6. 교반 및 통기 효과의 배양 동력학적 해석Example 6 Culture Kinetics of the Stirring and Aeration Effects

교반 및 통기속도는 기질 소비, 균체량 및 다당 생산에 큰 영향을 미치므로 이들의 상관관계를 보다 명확히 살펴보기 위해 배양 동력학적 특성을 조사하였다.따라서 담자균류 배양의 동력학적 모델로서 로지스틱 모델, 모나드 모델 및 2/3 파워 모델을 비교하였다.Since agitation and aeration rates have a significant effect on substrate consumption, cell mass, and polysaccharide production, the culture kinetics were investigated to clarify their correlations.Therefore, logistic and monad models were used as kinetic models of basidiomycetes. And a 2/3 power model.

모나드 모델은 실제자료보다 대수기 중 더 낮은 균체량을 나타내고, 반대로 잔존 기질은 더 낮았다. 배양 6 일 후 기질의 완전소비가 예측되며, 또 더 높은 다당 생성이 예측되어 실험자료를 나타내는 데는 부적합하였다. 2/3 파워 모델도 더 낮은 잔존 기질과 높은 다당 생성이 예측되어 실험결과와는 차이가 있었다. 반면, 로지스틱 모델은 실험자료와 유사하여 본 균주의 동력학적 모델로서 로지스틱 모델이 적합한 것으로 나타났다(R2≥0.95이상). 따라서 이들 모델을 이용하여 기질소비, 균체량 및 다당 생성에 대한 동력학 변수들을 산출하고, 교반 및 통기속도에 따른 이들의 변화를 설명하면 다음과 같다.The monad model showed lower cell mass in the log phase than the actual data, whereas the remaining substrates were lower. After 6 days of culture, the consumption of substrate was predicted, and higher polysaccharide production was predicted, which is not suitable for showing experimental data. The 2/3 power model also differed from the experimental results because it predicted lower residual substrates and higher polysaccharide production. On the other hand, the logistic model is similar to the experimental data, indicating that the logistic model is suitable as a dynamic model of the strain (R 2 ≥0.95 or more). Therefore, these models are used to calculate the kinetic parameters for substrate consumption, cell mass and polysaccharide production, and explain their changes according to the agitation and aeration rates.

비증식 속도는 1.84 ∼ 1.05 day-1로 교반속도의 증가에 따라 감소하였다. 그러나 균체증식 및 다당 생성은 교반속도의 증가에 따라 균체증식은 500 rpm까지, 다당 생성은 400 rpm까지 증가하다 감소하며, 각각 4.35 g/L 및 15.43 g/L를 얻었다. 한편, 생성물인 다당은 교반속도가 500 rpm 까지 증가할수록 생성물의 증식연동형 생성물계수 m값은 증가하고, 600 rpm에서는 다소 감소하였다. 비증식연동형 생성물계수 n값은 교반속도의 증가에 따라 감소하나, 다당의 생성은 증식연동형 및 비증식연동형 기작의 혼합형임을 알 수 있다. 또 기질소비의 경우는 교반속도가 증가할수록 증식연동형 기질소비계수α값은 증가하는 반면, 비증식연동형 기질소비계수β값은 거의 일정하게 유지되었다. 교반속도의 증가에 따른증식연동의 기질소비계수α값은 균체증식과 비슷한 결과를 나타내었다.The specific growth rate decreased from 1.84 to 1.05 day −1 with increasing stirring speed. However, cell growth and polysaccharide production increased and decreased as the stirring speed increased to 500 rpm, and polysaccharide production increased to 400 rpm, yielding 4.35 g / L and 15.43 g / L, respectively. On the other hand, as the product polysaccharide was stirred up to 500 rpm, the m value of the proliferation-linked product coefficient of the product increased and decreased slightly at 600 rpm. The non-proliferative linked product coefficient n value decreases with increasing stirring speed, but the production of polysaccharides is a mixed type of proliferation linked and non-proliferative linked mechanisms. In the case of substrate consumption, the value of growth-linked substrate consumption coefficient α increased while the stirring speed increased, while the value of non-proliferation-linked substrate consumption coefficient β remained almost constant. The substrate consumption coefficient α of the growth linkage with increasing agitation speed was similar to that of cell growth.

따라서, 균체증식에는 증식연동의 기작이, 다당 생성에는 비증식연동의 기작이 큰 영향을 미치는 것으로 생각되었다.Therefore, it was thought that the mechanism of proliferation interlocking influenced by cell growth and the mechanism of non-proliferation interlocking influenced on polysaccharide production.

통기속도에 따른 영향을 보면, 최대의 균체량은 4.95 g/L로 2 vvm에서 얻어졌고, 통기속도가 증가할수록 균체의 증식도 증가하였다. 그러나 다당 생성에서는 1 vvm에서 최대량 15.43 g/L를 얻었다. 비증식속도도 교반속도와 마찬가지로 통기속도가 증가할수록 감소하며, 교반속도의 경향과 비슷한 값을 나타내었다. 반면, 교반속도와는 달리 증식연동형 기질소비계수α값은 통기속도의 증가에 따라 증가하고, 비증식연동의 기질소비계수β값은 감소하여, 통기속도가 높을수록 증식연동의 기질 이용성이 양호함을 알 수 있었다. 아울러 증식연동의 생성물 계수 m값은 증가하지만 비증식연동의 생성물 계수 n값은 통기속도의 증가에 따라 감소하였다.As to the effect of aeration rate, the maximum cell mass was obtained at 2 vvm with 4.95 g / L, and the growth of cells was increased with the increase of the aeration rate. However, polysaccharide production yielded a maximum of 15.43 g / L at 1 vvm. As the agitation rate, the specific growth rate decreased as the aeration rate increased, showing a similar value to the agitation rate. On the other hand, unlike the stirring speed, the value of the growth factor-linked substrate consumption coefficient α increases with the increase of the aeration rate, and the value of the substrate consumption factor β of the non-proliferative linkage decreases. I could see. In addition, the product coefficient m value of proliferation linkage increased, but the product coefficient n value of non-proliferative linkage decreased with increasing aeration rate.

실시예 7. 조작변수와 산소이동용량계수(kla)의 해석Example 7 Analysis of Operating Variables and Oxygen Transfer Capacity Factor (kla)

스케일 업의 중요 기준이 되는 산소이동용량계수(kla)값을 2.6, 20 및 75 L 발효조에서 교반 및 통기속도를 달리하여 측정하였으며, 그 결과는 다음 표 1 및 도 8과 같다.Oxygen transfer capacity coefficient (kla) value, which is an important criterion for scale-up, was measured by varying the stirring and aeration rate in 2.6, 20, and 75 L fermenters, and the results are shown in Table 1 and FIG. 8.

각 발효조에서 통기속도 및 교반속도의 증가에 따라 산소이동용량계수(kla)값도 직선적으로 증가하며, 발효조 용량이 커질수록 산소이동용량계수(kla)값도 커져서 큰 용량일수록 물질전달 효과가 양호한 결과를 나타내었다. 그러나 각 발효조에서 대응하는 통기 및 교반에 대한 산소이동용량계수(kla)값의 직선관계로부터 구한 기울기값은 교반속도의 쪽이 더욱 커서 산소이동용량계수(kla)값은 통기속도의 변화보다는 교반속도의 변화에 더욱 민감함을 알 수 있었다.In each fermenter, the oxygen transfer capacity coefficient (kla) increases linearly as the aeration and agitation speeds increase, and as the fermenter capacity increases, the oxygen transfer capacity coefficient (kla) also increases, resulting in better mass transfer effects. Indicated. However, the slope value obtained from the linear relationship of the oxygen transfer capacity coefficient (kla) values for the corresponding aeration and agitation in each fermenter is more agitation speed, so the oxygen transfer capacity coefficient (kla) value is the stirring speed rather than the change in the aeration speed. It is more sensitive to the change of.

이들 관계를 보다 정량적으로 조사하기 위하여 통기속도(Vs), 교반속도(N) 및 임펠러 지름(Di)을 독립변수로 하고, 산소이동용량계수(kla)값을 종속변수로 하여 2차 회귀 분석하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.In order to investigate these relations more quantitatively, secondary regression analysis was carried out using the aeration rate (Vs), the stirring speed (N) and the impeller diameter (Di) as independent variables, and the oxygen transfer capacity coefficient (kla) as a dependent variable. The results are shown in FIG. 9.

이들의 상관관계는 다음 수학식 1로 나타낼 수 있었다.These correlations could be represented by the following equation.

kla = 0.555 × Vs0.42× (N3×Di2)0.33 kla = 0.555 × Vs 0.42 × (N 3 × Di 2 ) 0.33

상기 수학식 1로부터 산소이동용량계수(kla)값은 통기속도보다는 교반 및 임펠러 지름, 즉 임펠러 팁 속도(impeller tip speed)의 영향이 큼을 알 수 있으며, 도 8의 결과와 잘 일치하였다.From the equation (1) it can be seen that the oxygen transfer capacity coefficient (kla) value is more influenced by the agitation and impeller diameter, that is, the impeller tip speed, rather than the aeration rate, and is in good agreement with the results of FIG.

실시예 8. 스케일 업에 따른 균사체 및 다당 생성 변화Example 8. Changes in Mycelia and Polysaccharide Formation with Scale-up

액체배양에 의한 균류의 발효공정 수행 시 가장 큰 문제점의 하나는 낮은 산소전달이다. 실제로 배양 중에는 균체 생육으로 인하여 산소이동용량계수(kla)값은 감소하기 때문에 2.6 L 발효조에서의 최적 통기 및 교반속도인 400 rpm 및 1 vvm일 때의 산소이동용량계수(kla)를 기준으로 20 L 및 75 L 발효조에 적용하였다.One of the biggest problems in performing the fermentation process of fungi by liquid culture is low oxygen transfer. In fact, during the cultivation, the oxygen transfer capacity coefficient (kla) decreases due to the growth of the cells, and thus 20 L based on the oxygen transfer capacity coefficient (kla) at 400 rpm and 1 vvm, which is the optimum aeration and stirring speed in the 2.6 L fermenter. And 75 L fermenters.

2.6 L 발효조에서 400 rpm, 1 vvm일 때의 산소이동용량계수(kla)값은 64 h-1이었으며, 이때 균사 생육은 4 일째 최대값 3.66 g/L를 나타내고, 다당은 7 일째 15.43 g/L의 최대값을 나타내었다. 기질 소비는 균체의 증식이 끝난 후에도 계속 감소하므로 다당 생성에 이용되는 것으로 생각된다. 또한, 2.6 L 발효조에서와 비슷한 68.93 h-1의 산소이동용량계수(kla)값을 나타낸 20 L의 200 rpm, 1 vvm 조건에서는 균체량은 4 일째 3.853 g/L로 최대값을, 그리고 다당 생성은 배양 5일째 13.93 g/L로 최대값을 보였다. 배양 5 일 후 더 이상의 균체 증식은 없으며, 기질은 서서히 감소되는 반면, 다당의 분해가 다소 빠르게 진행되는데, 2.6 L 발효조에 비해 균체의 감소량이 거의 없기 때문에 분해된 다당을 기질로 이용하는 것으로 생각된다.In a 2.6 L fermenter, the oxygen transfer capacity coefficient (kla) at 400 rpm and 1 vvm was 64 h -1 , where the mycelial growth reached a maximum of 3.66 g / L at 4 days and polysaccharide at 15.43 g / L at 7 days. The maximum value of is shown. Substrate consumption is thought to be used for polysaccharide production because it continues to decrease after the growth of the cells. Also, at 20 L of 200 rpm and 1 vvm, which showed 68.93 h -1 KLA value similar to that of 2.6 L fermenter, the cell mass was 3.853 g / L on the 4th day, and polysaccharide production was The maximum value was reached at 13.93 g / L on the 5th day of culture. After 5 days of culture, there is no further cell growth, and the substrate is gradually reduced, while the degradation of polysaccharide proceeds somewhat faster. It is thought that the degraded polysaccharide is used as the substrate because there is almost no decrease of the cells compared to the 2.6 L fermenter.

75 L 발효조를 이용하여 각각 67 h-1및 72 h-1의 산소이동용량계수(kla)값을 나타낸 100 rpm, 1.0 vvm과 200 rpm, 0.5 vvm에서의 배양 결과는 다음과 같다. 100 rpm의 경우 균체량은 2 일째 2.89 g/L이고, 다당 생성은 4 일째 14.64 g/L의 최대값을 나타내었다. 반면, 200 rpm의 경우 균체량은 3.75 g/L를 나타나고, 다당 생성량은 5 일째 14.88 g/L이며, 비슷한 산소이동용량계수(kla)값을 가질 때 교반속도는 통기속도에 비해 균체량 및 다당 생성에 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.The culture results at 100 rpm, 1.0 vvm and 200 rpm, 0.5 vvm showing oxygen transfer capacity coefficient (kla) values of 67 h -1 and 72 h -1 , respectively, were as follows. At 100 rpm, the cell mass was 2.89 g / L on day 2, and polysaccharide production was 14.64 g / L on day 4. On the other hand, in the case of 200 rpm, the cell mass was 3.75 g / L, and the polysaccharide was 14.88 g / L on the 5th day, and when the oxygen transfer capacity coefficient (kla) was similar, the stirring speed was higher than the aeration rate. It was found to have a greater impact.

2.6 L 발효조에서 최적 조건일 때의 산소이동용량계수와 비슷한 수준의 값으로 20 L 및 75 L로 스케일 업하였을 때 균체량은 20 L 발효조의 경우는 다소 증가하나, 다당 생성량은 약 1.5 g/L 감소하였다. 반면, 75 L 발효조에서 100 rpm일 때는 균체량이 다소 감소하나 200 rpm일 때는 증가하였다. 또 이 때 다당 생성량은 각각 14.64 및 14.88 g/L로 2.6 L 발효조의 결과에 비해 0.6 ∼ 0.8 g/L 정도 감소하였다. 이것은 통기에 의한 전단의 영향으로 균사 형태가 변하기 때문이라 생각된다.When scaled up to 20 L and 75 L at a value similar to the oxygen transfer capacity coefficient under the optimum conditions in a 2.6 L fermenter, the cell mass increased slightly in the case of the 20 L fermenter, but the amount of polysaccharide produced decreased by about 1.5 g / L. It was. On the other hand, in 75 L fermenter, the cell mass was slightly decreased at 100 rpm but increased at 200 rpm. At this time, the amount of polysaccharide produced was 14.64 and 14.88 g / L, respectively, decreasing by 0.6 to 0.8 g / L compared to the result of the 2.6 L fermenter. It is thought that this is because the hyphae form is changed by the effect of shearing through aeration.

따라서, 비슷한 산소이동용량계수(kla)값은 발효조 용량에 상관없이 균체량 및 다당 생성량도 서로 비슷한 값을 보여서 스케일 업 조건으로 적당하다고 판단되었다.Therefore, similar values of oxygen transfer capacity coefficient (kla) were determined to be suitable as scale-up conditions because they showed similar values of cell mass and polysaccharide production regardless of fermenter capacity.

다음 표 2는 2.6 L, 20 L 및 75 L의 규모로 스케일 업했을 때, 통기 및 교반에 의한 산소이동용량계수(kla)와 균체량, 다당 생성량과 수율 등의 계수들을 나타낸 결과이다.Table 2 shows the results of the coefficients such as oxygen transfer capacity coefficient (kla), cell mass, polysaccharide production rate and yield by aeration and stirring when scaled up to 2.6 L, 20 L and 75 L.

산소이동용량계수(kla)값이 64 ∼ 72 h-1일 때 비교적 다당 생성이 우수한 결과를 나타내며, 20 L 발효조의 다소 높은 조건인 400 rpm, 1 vvm 및 75 L 발효조의 300 rpm, 0.3 vvm에서의 산소이동용량계수(kla)값인 124 ∼ 131 h-1에서도 좋은 결과를 나타내었다.When the oxygen transfer capacity factor (kla) value is 64 to 72 h -1 , the result shows relatively good polysaccharide production, and at 400 rpm, 1 vvm and 75 L fermenter, 300 rpm, 0.3 vvm, which are rather high conditions of 20 L fermenter Good results were also obtained for the oxygen transfer capacity coefficient (kla) of 124 to 131 h -1 .

실시예 9. 스케일 업에 따른 균사 형태의 변화Example 9 Changes in Mycelial Form according to Scale Up

2.6 L 발효조에서의 최적 조건인 400 rpm 및 1 vvm 조건하에서 배양 경과에 따른 균사 형태의 변화를 도 10에 나타내었다. 균사 형태는 전배양과정 중 거친 펠렛 형태를 유지하나 균사 크기는 배양 4 일까지 증가하다가 그 이후 감소하여 비슷한 크기를 유지하였다.10 shows changes in mycelial morphology with cultivation under the conditions of 400 rpm and 1 vvm, which are optimal conditions in a 2.6 L fermenter. The mycelial morphology remained coarse pellets during the preculture, but the mycelial size increased up to 4 days after cultivation and then decreased to maintain similar size.

20 L 발효조에서 200 rpm, 1 vvm 조건하의 배양경과에 따른 균사 형태의 변화는 400 rpm, 1 vvm 조건하의 2.6 L 발효조에서와 매우 유사하게 거친 펠렛으로 진행되었다. 그러나 400 rpm, 1 vvm의 통기교반 조건하에서는 배양말기에 표면이 거친 펠렛으로부터 매끄러운 펠렛의 형태로 변하고, 전단의 영향을 받음을 알 수 있었다. 또 75 L 발효조에서도 2.6 및 20 L 발효조의 산소이동용량계수(kla)와 비슷한 값을 나타내는 통기 교반 조건인 100 rpm, 1 vvm 또는 200 rpm, 0.5 vvm에서 균사 형태의 배양 경시변화를 조사하였으며, 그 결과는 2.6 및 20 L 발효조에서와는 달리, 배양 3일 및 5일 후 거친 펠렛의 분열로 매우 작은 펠렛이나 필라멘트를 생성하여 진행되었는데, 100 rpm, 1 vvm의 경우가 200rpm, 0.5 vvm의 경우보다 더 심하였다. 특히, 300 rpm, 0.3 vvm에서의 균사 형태 변화를 설명하면, 교반속도는 높지만 통기속도는 낮은 조건에서 표면이 거친 펠렛 형태를 유지하여 교반보다는 통기에 의한 전단 효과가 거친 펠렛의 분열에 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단하였다.In 20 L fermenter, the mycelial morphology with the passage of 200 rpm and 1 vvm was proceeded to coarse pellets very similarly to that of 2.6 L fermentor at 400 rpm and 1 vvm. However, at 400 rpm and 1 vvm air agitation conditions, it was found that the surface of the pellets changed from coarse pellets to smooth pellets at the end of incubation and was affected by shearing. In addition, the 75 L fermenter was examined for changes in the mycelial culture over time at 100 rpm, 1 vvm, or 200 rpm, 0.5 vvm, which were similar to the oxygen transfer capacity coefficient (kla) of 2.6 and 20 L fermenters. The results proceeded differently from 2.6 and 20 L fermentors, producing very small pellets or filaments due to the splitting of coarse pellets after 3 and 5 days of culture, with 100 rpm and 1 vvm being more severe than 200 rpm and 0.5 vvm. It was. In particular, when the hyphae were changed at 300 rpm and 0.3 vvm, the surface of the pellets was maintained at a high agitation speed but a low aeration rate. Judging from the

한편, 서로 비슷한 균사 형태의 경시변화를 나타낸 각 발효조에서의 통기 교반 조건에서는 산소이동용량계수(kla)값도 비슷하므로 산소이동용량계수(kla)와 균사 형태가 밀접한 관련을 갖는 것으로 생각되었다. 또한, 이때 다당 생성량도 가장 높으므로 산소이동용량계수(kla)값을 각 발효조에서 비슷하게 하는 조작 조건을 구함으로써 최대의 다당을 생성할 수 있을 것으로 판단되었다. 최대의 다당 생성이 예측되는 산소이동용량계수(kla)값의 범위는 85.4 ±26.70 h-1이었다.On the other hand, the oxygen transfer capacity coefficient (kla) value was similar in the aeration and agitation conditions in each fermenter showing similar changes in the mycelial shape over time, so the oxygen transfer capacity coefficient (kla) and the hyphae type were considered to be closely related. In addition, since the polysaccharide production amount is also the highest, it was determined that the maximum polysaccharides could be produced by obtaining operating conditions for the oxygen transfer capacity coefficient (kla) value to be similar in each fermenter. The range of KLA values for which the maximum polysaccharide production was predicted was 85.4 ± 26.70 h -1 .

상술한 바와 같이, 본 발명은 영지의 액체배양 시 pH를 2단계로 조절하면서 통기 및 교반 효과를 알아보고, 이들 통기 및 교반의 조작변수와 동력학적 특성 및 산소이동용량계수(kla)와의 상관관계를 해석하여 스케일 업의 조건을 확립함으로써 효율적으로 세포 외 다당을 대량 생산할 수 있다.As described above, the present invention examines the aeration and agitation effects by adjusting the pH in two stages during liquid culture of Ganoderma lucidum, and the correlation between the operating variables and dynamic characteristics and oxygen transfer capacity coefficient (kla) of these aeration and agitation By analyzing and establishing the scale-up conditions, it is possible to efficiently mass produce extracellular polysaccharides.

Claims (7)

자 발효조(jar fermenter) 시스템에서 2단계로 pH를 조절하면서 교반 및 통기에 의한 영지의 액체배양을 이용하는 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.Mass production method of extracellular polysaccharide, characterized in that using the liquid culture of ganoderma by stirring and aeration while adjusting the pH in two stages in a jar fermenter system. 제 1 항에 있어서, 상기 액체배양에 폴리아크릴산을 0.1%(w/v) 첨가하는 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.The method for mass production of extracellular polysaccharide according to claim 1, wherein 0.1% (w / v) of polyacrylic acid is added to the liquid culture. 제 1 항에 있어서, 상기 교반조건이 100 ∼ 700 rpm이고, 상기 통기조건이 0.3 ∼ 2 vvm으로 영지 액체배양하는 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.The method for mass production of extracellular polysaccharide according to claim 1, wherein the stirring condition is 100 to 700 rpm and the aeration condition is 0.3 to 2 vvm. 제 1 항에 있어서, 상기 액체배양에서 초기 pH를 3 등의 낮은 pH로 배양한 후 일정시간(6-48시간) 후 pH를 6과 같은 높은 pH로 조절하여 배양하는 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.The extracellular polysaccharide according to claim 1, wherein the initial culture of the liquid culture is performed at a low pH such as 3 and then cultured by adjusting the pH to a high pH such as 6 after a predetermined time (6-48 hours). Mass production method. 제 1 항에 있어서, 상기의 액체배양에서 용존 산소농도가 40 ∼ 80%인 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.The method for mass production of extracellular polysaccharide according to claim 1, wherein the dissolved oxygen concentration in the liquid culture is 40 to 80%. 제 1 항에 있어서, 상기 액체배양에서 영지의 균사 형태의 거칠기 정도(roughness)가 약 17%이고, 균사 크기가 0.3 ∼ 0.5 mm로 유지되는 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.2. The method of mass production of extracellular polysaccharide according to claim 1, wherein the liquid culture maintains roughness of about 17% of the mycelium form and maintains the mycelial size of 0.3 to 0.5 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 액체배양에서 산소이동용량계수(kla)가 85.4 ±26.70 h-1으로 스케일 업되는 것을 특징으로 하는 세포외 다당의 대량 생산방법.The method of mass production of extracellular polysaccharide according to claim 1, wherein the oxygen transfer capacity factor kla is scaled up to 85.4 ± 26.70 h −1 in the liquid culture.
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