KR20090013617A - Xylitol dehydrogenase-inactivated and arabinose reductase-inhibited mutant of candida tropicalis, method of producing high-yield of xylitol using the same and hydrolyzate, and xyliltol produced thereby - Google Patents

Xylitol dehydrogenase-inactivated and arabinose reductase-inhibited mutant of candida tropicalis, method of producing high-yield of xylitol using the same and hydrolyzate, and xyliltol produced thereby Download PDF

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Abstract

A method for producing xylitol by using the mutated Candida tropicalis strain is provided to simplifying the production process by eliminating the additional process for maintaining the dissolved oxygen concentration in culture medium to be very low, and inhibit production of by-products such as ethanol and glycerol generated by cultivating the strain under low dissolved oxygen condition. The method for producing xylitol by using the mutated Candida tropicalis strain BS-xdh1(KCTC 11137BP) in which xylitol dehydrogenase is inactivated and arabinose reductase activity is suppressed comprises the steps of: preparing the xylitol production medium containing the biomass hydrolysate as a substrate; inoculating the Candida tropicalis strain BS-xdh1(KCTC 11137BP) into the production medium; and cultivating the strain with sufficient agitation without the separate process of controlling the dissolved oxygen concentration to the low concentration of 0.5 % or 2 %.

Description

자일리톨 탈수소효소가 불활화되고 아라비노스 환원효소의 활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주와 바이오매스 가수분해물을 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법 및 그 방법에 의해 생산된 자일리톨 {XYLITOL DEHYDROGENASE-INACTIVATED AND ARABINOSE REDUCTASE-INHIBITED MUTANT OF CANDIDA TROPICALIS, METHOD OF PRODUCING HIGH-YIELD OF XYLITOL USING THE SAME AND HYDROLYZATE, AND XYLILTOL PRODUCED THEREBY}Xylitol DEHYDROGENASE-INACTIVATED AND ARABINOSE REDUCTASE-INHIBITED MUTANT OF CANDIDA TROPICALIS, METHOD OF PRODUCING HIGH-YIELD OF XYLITOL USING THE SAME AND HYDROLYZATE, AND XYLILTOL PRODUCED THEREBY}

본 발명은 자일리톨 탈수소효소가 불활화되고 아라비노스 환원효소의 활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주와 바이오매스 가수분해물을 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법 및 그 방법에 의해 생산된 자일리톨에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자일리톨 탈수소효소를 불활화한 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 이용함으로써 자일리톨 생산배지의 용존산소농도를 극히 낮게 유지해야 하는 종래의 필수공정이 필요없는 조건 하에서 고가의 순수한 자일로스 대신 바이오매스 가수분해물을 기질로 사용함으로써 생산비용을 낮출 수 있으며, 아라비노스 환원효소의 활성을 억제한 캔디다 트로피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 이용함으로써 바이오매스 가수분해물을 기질로 사용할 경우에 생성되는 부산물 인 아라비톨의 생산을 현저히 감소시키어 자일리톨의 생산성을 높일 수 있는 자일리톨 생산방법 및 그 방법에 의해 생산된 자일리톨에 관한 것이다.The present invention relates to a high yield method of xylitol using candida tropicalis mutant strain and biomass hydrolyzate in which xylitol dehydrogenase is inactivated and arabinose reductase activity is inhibited, and xylitol produced by the method is more specifically. Uses the Candida Tropicalis variant strain BS-xdh1 (KCTC 11137bp), which inactivates xylitol dehydrogenase, instead of expensive pure xylose under conditions that do not require the conventional essential process to maintain the dissolved oxygen concentration of the xylitol production medium extremely low. The production cost can be lowered by using biomass hydrolyzate as a substrate, and when the biomass hydrolyzate is used as a substrate by using the Candida tropicalis mutant ara-89 (KCTC 11136bp) which suppresses the activity of arabinose reductase. Production of arabitol, a byproduct produced The present invention relates to a xylitol production method and a xylitol produced by the method that can significantly reduce the productivity of xylitol.

자일리톨(xylitol)은 오탄당 당알코올로서 높은 감미도를 가지고 있어 설탕을 대체하는 기능성 감미료로 널리 이용되고 있다. 자일리톨은 여러 가지 과일이나 채소에 자연상태로 존재하지만 이 경우에는 극히 미량으로만 존재하기 때문에 과일이나 채소로부터 추출하는 것은 산업적으로 경제성이 없다. 그러므로 자일리톨은 자일로스가 많이 함유된 반섬유소(hemicellulose) 가수분해물을 환원시키는 화학적 방법으로 생산되고 있다. 그러나 화학적 방법은 자일로스 또는 자일리톨과 반섬유소 부분에서 생기는 다른 가수분해물들과의 분리와 정제가 어렵고 비용이 많이 들며, 이 과정에서 자일로스의 회수율이 50 ~ 60 % 정도로 낮다. 또한, 알칼리를 이용한 고온 고압의 공정이므로 위험성과 폐기물 문제가 존재하는 단점이 있다.  Xylitol is an pentose sugar alcohol that has high sweetness and is widely used as a functional sweetener to replace sugar. Xylitol exists naturally in various fruits and vegetables, but in this case only a very small amount, extraction from fruits or vegetables is not economically feasible. Therefore, xylitol is produced by a chemical method of reducing xylose-rich hemicellulose hydrolyzate. However, the chemical method is difficult and expensive to separate and purify xylose or other hydrolysates from the xylitol and semi-fibrous moieties, and the recovery rate of xylose is as low as 50-60%. In addition, there is a disadvantage that the risk and waste problems exist because the process of high temperature and high pressure using alkali.

근래에는 이러한 단점을 보완하는 생물학적인 방법에 의한 자일리톨 생산방법이 활발하게 연구되었다. 생물학적인 방법은 화학적인 방법에 비해 원료물질로서 상대적으로 낮은 순도의 자일로스를 이용할 수 있고, 공정자체가 상온 및 상압에서 이루어지므로 안전하며 친환경적인 청정공정이다. 그리하여 고생산성, 고수율의 자일리톨 생산을 위해 다양한 세균(bacteria)과 효모균주(yeast and fungi), 재조합 효모균주(recombinant yeast)를 통한 자일리톨 생산 연구가 진행되었다(Winkelhausen, E. et al., J. Ferment. Bioeng. 86:1-14, 1998; Granstrㆆm, T. B. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 74:277-281, 2007). 그러나 세균과 재조합 효모균주는 자일로스를 이용하는 대사경로가 약하거나 효율이 좋지 못해 산업적인 자일리톨의 생산에 적합하지 않았다. 하지만 효모 균주 중 캔디다 속 (Candida sp) 균주들은 다른 미생물에 비해 자일리톨의 생산성과 수율이 높아 생물학적 자일리톨 생산에 적합한 균주로 알려져 있다. In recent years, xylitol production methods by biological methods to overcome these disadvantages have been actively studied. Biological methods can use relatively low purity xylose as a raw material compared to chemical methods, and the process itself is a safe and environmentally friendly process because it is made at room temperature and pressure. In order to produce high productivity and high yield of xylitol, research on xylitol production through various bacteria, yeast and fungi, and recombinant yeast was carried out (Winkelhausen, E. et al., J.). Ferment. Bioeng. 86: 1-14, 1998; Granstr.m, TB et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. 74: 277-281, 2007). However, bacteria and recombinant yeast strains were not suitable for the production of industrial xylitol due to their weak metabolic pathways or poor efficiency. However, Candida sp strains among yeast strains are known to be suitable for the production of biological xylitol because of higher productivity and yield of xylitol than other microorganisms.

지금까지 연구된 바에 의하면, 캔디다 구일러몬디(C. guillermondi), 캔디다 파랍실로시스(C. parapsilosis), 캔디다 트로피칼리스(C. tropicalis) 등의 캔디다 속 균주는 도 1에 나타난 바와 같이 세포외부에서 흡수한 자일로스를 자일로스 환원효소(xylose reductase)에 의해 자일리톨로 변환시키고, 이를 자일리톨 탈수소효소(xylitol dehydrogenase)에 의해 자일룰로스(xylulose)로 전환시키며, 자일룰로스는 다시 자일룰로스 인산화효소(xylulokinase)에 의해 오인산 자일룰로스(xylulose-5-phosphate)로 전환되고, 이는 계속해서 오탄당 인산화 과정(pentose phosphate pathway)를 통해 세포성장과 유지에 이용되는 것으로 알려져 있다(참조: Laplace, J. M. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 36:158-162, 1991; Hahn-Hagerdal, B. et al., Enzyme Microb. Technol., 16:933-943, 1994). 즉, 자일리톨 생산 균주들은 자일로스를 탄소원으로 이용하여 세포 성장을 하는 것이다. 자일로스 환원효소에 의해 자일로스로부터 전환된 자일리톨은 다시 자일리톨 탈수소효소에 의해 자일룰로스로 전환되는데, 배지 내에 산소의 공급이 제한되어 용존산소의 농도가 0.5% 내지 2.0%로 낮게 유지되면 세포 내의 산화환원력 불균형(redox imbalance)이 유발되어 자일리톨 탈수소효소가 필요로 하는 조효소(cofactor)인 NAD(Nicotinamide adenine dinucleotide)의 공급이 부족하게 되고, 자일리톨이 자일룰로스로 전환되는 과정이 억제된다. 그 결과로 자일리톨이 세포 및 배지에 축적되게 되어 60% 내지 80%의 수율로 자일로스로부터 자일리톨이 생산되는 것이다. 즉, 자일리톨 생산 균주를 이용하여 자일리톨을 생산하는 종래의 기술에서는 산소공급을 제한(limited aeration)함으로써 낮은 용존산소 농도로 조절하는 것이 필수적이다. 그리하여 배지 내의 산소공급을 제한하여 용존산소농도를 낮게 유지시켜 세포 내의 산화환원력 불균형을 의도적으로 유발시킴으로써 자일리톨의 생산성과 수율을 높이는 연구가 활발히 이루어졌다 (참조: Kim, S. Y. et. al., J. Ferment. Bioeng., 83(3):267-270, 1997; 대한민국특허 특1996-030577).According to the studies so far, Candida genus strains such as C. guillermondi , C. parapsilosis , C. tropicalis , and the like can be found in the extracellular cells as shown in FIG. The absorbed xylose is converted to xylitol by xylose reductase, which is converted to xylulose by xylitol dehydrogenase, and xylulose is again converted to xylulose kinase (xylulokinase) is converted to xylulose-5-phosphate, which is known to continue to be used for cell growth and maintenance through the pentose phosphate pathway (Laplace, JM). et al., Appl. Microbiol.Biotechnol., 36: 158-162, 1991; Hahn-Hagerdal, B. et al., Enzyme Microb.Technol., 16: 933-943, 1994). That is, xylitol producing strains are cell growth using xylose as a carbon source. Xylitol converted from xylose by xylose reductase is converted into xylulose by xylitol dehydrogenase, which is limited to the supply of oxygen in the medium so that the dissolved oxygen concentration remains low at 0.5% to 2.0%. Redox imbalance causes redox imbalance and the supply of NAD (Nicotinamide adenine dinucleotide), which is a cofactor required by xylitol dehydrogenase, is insufficient, and the process of converting xylitol to xylulose is suppressed. As a result, xylitol accumulates in cells and medium, and xylitol is produced from xylose in a yield of 60% to 80%. That is, in the conventional technique of producing xylitol using a xylitol producing strain, it is essential to control the oxygen concentration to a low dissolved oxygen concentration by a limited aeration. Thus, studies have been actively conducted to increase the productivity and yield of xylitol by intentionally inducing redox imbalance in cells by limiting the oxygen supply in the medium to keep the dissolved oxygen concentration low (see Kim, SY et. Al., J.). Ferment.Bioeng., 83 (3): 267-270, 1997; Korean Patent No. 1996-030577).

한국특허공보 제 0169061호에는 농축된 캔디다 파랍실로시스(Candida parapsilosis)균주를 이용해 0.8 % 내지 1.2 %의 용존산소(dissolved oxygen)농도 조건하에서 자일리톨을 생산하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 산업적 규모의 발효기를 이용하여 자일리톨을 생산할 때 용존산소 농도를 위와 같이 낮게 조절하는 것은 실제적으로는 불가능하며, 설사 조절할 수 있다 하더라도 제조수율이 70-80 % 정도에 불과하다. 또한, 한국특허등록공보 제 10-0259470호에서, 자일리톨 생산을 최적화하는 산소전달속도를 1% 미만의 DOT(배지내 산소농도를 백분율로 나타낸 수치)인 마이크로 에어로빅 상태로 조절하기 위한 교반속도를 제시하고 있듯이 공정상의 번거로움이 존재한다. 그리고, 한국특허출원 제95-37516호에는 캔디다 파랍실로시스(Candida parapsilosis)의 자연종으로부터 얻은 변종을 이용한 자일리톨 생산방법에서 발효과정 중 산소분압의 조절에 의한 자일리톨 최적화에 관하여 개시된 바 있으며, 특허출원 제 95-13638호에는 상기 변이주의 자일리톨의 생산을 위한 최적 배지 및 배양조건에 관하여 개시된 바 있으나 이러한 최적의 조건에서도 자일리톨 수율은 80 %를 넘지 못하였다. Korean Patent Publication No. 0169061 discloses a method for producing xylitol using concentrated Candida parapsilosis strains under dissolved oxygen concentration conditions of 0.8% to 1.2%. However, when producing xylitol using an industrial scale fermenter, it is practically impossible to control the dissolved oxygen concentration as above, and even if it can be adjusted, the production yield is only about 70-80%. In addition, Korean Patent Registration Publication No. 10-0259470 proposes a stirring speed for adjusting the oxygen transfer rate for optimizing xylitol production to a micro aerobic state of DOT (numerical value of oxygen concentration in medium) of less than 1%. As you can see, there is a cumbersome process. In addition, Korean Patent Application No. 95-37516 discloses an optimization of xylitol by controlling oxygen partial pressure during fermentation in a xylitol production method using a variety obtained from a natural species of Candida parapsilosis . No. 95-13638 discloses the optimum medium and culture conditions for the production of the mutant xylitol, but even under these optimum conditions the xylitol yield was not more than 80%.

이에, 본 발명자들은 캔디다 속 균주에서 생성된 자일리톨이 자일리톨 탈수소효소에 의해서 다시 자일룰로스로 전환되어 감소된다는 점에 착안하여, 자일리톨 탈수소효소의 활성을 완전히 불활화시킨 캔디다 트로피칼리스 변이주를 개발하였다(Ko, B. S. et. al., Appl. Environ. Microbiol. 72:4207-4213, 2006). 자일리톨을자일룰로스로 전환시키는 자일리톨 탈수소효소의 작용억제를 위해 세포 내의 산화환원력 불균형을 유발시키기 위한 배지 내의 산소공급제한이 필요한데, 자일리톨 탈수소효소의 활성이 완전히 불활화된 변이주는 자일로스로부터 생산된 자일리톨이 더 이상 세포성장에 이용되지 못하게 하여 산화환원력 불균형 유발의 필요성을 없앨 수 있다. 즉, 이론상으로는 100 %의 수율로 자일로스를 자일리톨로 생물전환 할 수 있는 캔디다 트로피칼리스 변이주를 개발한 것이다. 그리하여 본 발명자들은 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 자일리톨 생산균주를 이용한 자일리톨 고수율 생산방법에 관한 발명에 대해 2005년 8월 30일자로 한국에 특허출원(한국특허출원 제10-2005-0079751호)한 바 있다. Therefore, the inventors have focused on the fact that the xylitol produced in the strain of Candida genus is converted back to xylulose by xylitol dehydrogenase and reduced, thereby developing a Candida tropical strain that completely inactivates the activity of xylitol dehydrogenase ( Ko, BS et. Al., Appl. Environ.Microbiol. 72: 4207-4213, 2006). Inhibition of the action of xylitol dehydrogenase, which converts xylitol to xylulose, requires oxygen supply restriction in the medium to cause oxidative redox imbalance in the cells. Mutants that are inactivated by xylitol dehydrogenase are produced from xylose. Xylitol can no longer be used for cell growth, eliminating the need for redox imbalance. Theoretically, the company developed the Candida Tropicalis variant that can bioconvert xylose to xylitol in 100% yield. Thus, the present inventors filed a patent application with Korea on August 30, 2005 about the method for producing xylitol high yield using the xylitol producing strain in which xylitol dehydrogenase was inactivated (Korean Patent Application No. 10-2005-0079751). There is a bar.

이러한 연구 결과로, 글리세롤의 세포 내 대사속도가 산소공급속도에 영향을 받으며, 용존산소가 충분할 때까지는 산소공급속도가 높을 수록 글리세롤이 빠르게 대사되며(assimilated) NADPH 공급 속도가 증가하여 자일리톨 생산 속도가 향상됨을 알 수 있었다. 또한 산소공급 속도와 관계없이 자일로스로부터의 자일리톨 생산 수율은 97 % 내지 98 %로 일정하였는데, 이는 세포 내의 산화환원력 불균형과 관계없이 자일리톨 탈수소효소 활성이 불활화되었기 때문에 자일리톨이 이론수율인 100 % 가까이 이르는 수율로 생산되었음을 보여준다. As a result of this study, the intracellular metabolic rate of glycerol is affected by the oxygen supply rate, and the higher the oxygen supply rate until the dissolved oxygen is sufficient, the faster glycerol is metabolized (assimilated) and the NADPH supply rate is increased, thus increasing the xylitol production rate It was found to be improved. In addition, the yield of xylitol from xylose was constant from 97% to 98% regardless of the oxygen supply rate, which is almost 100% of the theoretical yield because xylitol dehydrogenase activity was inactivated regardless of the redox imbalance in cells. Up to yield.

따라서, 상기 캔디다 트로피칼리스 변이주를 이용하여 자일리톨을 생산할 경우, 용존산소 농도를 0.5 ~ 2.0 %와 같이 낮게 유지시킬 필요가 없으므로 산업적 규모의 대용량 발효기에서도 높은 생산성과 이론치에 가까운 수율로 자일리톨을 생산할 수 있었다. 또한 낮은 용존산소 조건에서 생산균주를 배양할 경우 자일리톨 생산 수율을 저하시키고 자일리톨 정제 및 결정화를 억제시키는 에탄올, 글리세롤과 같은 부산물이 생성되게 되는데, 자일리톨 탈수소효소 유전자가 제거된 변이주는 높은 용존산소 농도를 유지할 수 있기 때문에 에탄올, 글리세롤과 같은 부산물이 생성되지 않아 보다 효율적인 공정을 구축할 수 있었다.Therefore, when xylitol is produced using the Candida tropical strain, it is not necessary to keep the dissolved oxygen concentration as low as 0.5 to 2.0%, and thus it is possible to produce xylitol with high productivity and near theoretical yield even in a large-scale fermenter on an industrial scale. . In addition, when culturing the production strain under low dissolved oxygen conditions, by-products such as ethanol and glycerol, which lowers the yield of xylitol and inhibits the purification and crystallization of xylitol, generate mutant strains from which the xylitol dehydrogenase gene is removed. As a result, by-products such as ethanol and glycerol were not produced, which enabled a more efficient process.

자일로스를 포함한 여러 당의 혼합물 중에서 자일로스만을 선별적으로 자일리톨로 만들어 주는 미생물로 효모균의 자연종(wild type)이나 변종(mutant type)을 찾아보자는 여러 가지 시도가 있었는데, 공(Gong)의 논문 Biotechnol.Lett.3,130(1981)에서 보고한 Candida tropicalis 변종을 자일로스를 함유한 YME(yeast-malt extract-peptone)배지에서 배양한 경우 자일로스로부터 96%의 수율의 자일리톨을 얻었다고 보고 하였으나, 여기에서는 3g/L의 효모 추출물, 3g/L의 맥아 추출물, 5g/L의 펩톤 등을 포함하는 값비싼 배지여서 산업적인 적용이 불가능하고 250mL의 플라스크 규모 결과이므로 산업화의 생산으로 응용하기에는 무리가 있다. Among the various mixtures of sugars, including xylose, microorganisms that selectively make xylose into xylitol have been attempted to find wild or mutant types of yeast. The Candida tropicalis strain reported by Biotechnol. Lett. 3,130 (1981) was reported to obtain 96% yield of xylitol from xylose when grown in a yeast-malt extract-peptone (YME) medium containing xylose. In the expensive medium containing 3g / L yeast extract, 3g / L malt extract, 5g / L peptone, etc., industrial application is impossible and 250mL flask scale results, it is difficult to apply to industrial production.

상기 용존산소농도가 충분한 조건 하에서 자일리톨 수율은 이론적 수율인 100%에 근접해야 한다. 그러나, 자일리톨 생산균주의 자일로스 환원효소가 아라비노스 환원효소로서의 활성도 동시에 갖고 있으므로 자일로스를 다량 함유하고 있는 바이오매스 가수분해물을 직접 기질로 사용할 경우 바이오매스 가수분해물에 포함되어 있는 아라비노스는 필연적으로 아라비톨로 전환될 수 있다. 아라비톨은 자일리톨과 같은 5탄당의 당알코올로서 분자구조 및 물성이 자일리톨과 유사하여 자일리톨 생산시 정제 및 결정화 과정을 방해하여 생산수율을 저하시키는 부산물이다. 저가의 자일로스 공급원인 바이오매스 가수분해물을 자일리톨 생산에 이용하면 아라비톨이 일부 생산되게 되며 그 양이 일정 농도 이상이 되면 자일리톨 결정수율을 저하시키기 때문에 생산성을 향상시키고 부산물의 생성이 극소화된 새로운 기술을 개발해야 할 필요성이 있다. Under conditions of sufficient dissolved oxygen concentration, the xylitol yield should be close to the theoretical yield of 100%. However, since xylose reductase of xylitol-producing strains has the same activity as arabinose reductase, arabinose contained in biomass hydrolyzate is inevitably used when biomass hydrolyzate containing a large amount of xylose is directly used as a substrate. Can be converted to arabitol. Arabbitol is a sugar alcohol of pentose sugars such as xylitol, and its molecular structure and physical properties are similar to xylitol, and thus are by-products that hinder the purification and crystallization process during xylitol production, thereby lowering the production yield. The use of biomass hydrolyzate, a low-cost xylose source, for the production of xylitol results in the production of some arabitol, and when the amount is above a certain concentration, it lowers the yield of xylitol crystals, thereby improving productivity and minimizing the production of byproducts. There is a need to develop the system.

본 발명은 종래기술에 의한 낮은 용존산소 농도제한이라는 필수 공정상의 번거로움과 값비싼 배지 사용에 의한 고가의 생산비용문제를 해결하고, 대체 기질로서의 바이오매스 가수분해물을 사용함으로써 발생하는 부산물 생성의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은 자일리톨 생산 공정을 간소화하고 생산비용을 절감할 수 있는 자일리톨 고수율 생산방법을 제공하는 데 있다.The present invention solves the problems of the essential process of low dissolved oxygen concentration according to the prior art and expensive production cost by using expensive media, and the problem of by-products generated by using biomass hydrolyzate as an alternative substrate. In order to solve the problem, a first object of the present invention is to provide a xylitol high yield production method that can simplify the xylitol production process and reduce the production cost.

또한, 본 발명의 제 2 목적은 바이오매스 가수분해물을 이용하는 자일리톨 생산과정에서 생성되는 부산물인 아라비톨의 생성을 극소화 할 수 있는 자일리톨 고수율 생산방법을 제공하는 데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a high yield xylitol production method capable of minimizing the production of arabitol, a by-product produced in the xylitol production process using a biomass hydrolyzate.

또한, 본 발명의 제 3 목적은 바이오매스 가수분해물을 직접 기질로 사용할 경우에 생산성이 낮고 최종 자일리톨 농도가 낮은 단점을 해결할 수 있는 자일리톨 고수율 생산방법을 제공하는 데 있다.In addition, a third object of the present invention is to provide a high yield xylitol production method that can solve the disadvantages of low productivity and low final xylitol concentration when using a biomass hydrolyzate directly as a substrate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 생산균주로 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법은, (a)바이오매스 가수분해물을 기질로서 첨가한 자일리톨 생산배지를 만드는 단계; 및 (b)상기 생산배지에 상기 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 접종한 후, 용존산소농도를 0.5 % 내지 2 %의 낮은 농도로 조절하는 별도의 공정없이 충분히 통기(agitation)하여 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Xylitol high yield production method using the Xylitol dehydrogenase-inactivated Candida tropical strain mutant BS-xdh1 (KCTC 11137bp) according to the present invention for achieving the above object as a production strain, (a) biomass hydrolyzate as a substrate Making an added xylitol production medium; And (b) inoculating the mutant strain BS-xdh1 (KCTC 11137 bp) on the production medium, followed by culturing with sufficient agitation without a separate process of adjusting the dissolved oxygen concentration to a low concentration of 0.5% to 2%. Characterized in that it comprises a.

상기 생산배지 내의 용존산소농도는 5 % 이상인 것을 특징으로 한다.Dissolved oxygen concentration in the production medium is characterized in that more than 5%.

상기 자일리톨 고수율 생산방법은 상기 바이오매스 가수분해물과 탄소원의 혼합물을 유가배양액(feeding solution)으로 하여 유가식 배양(fed-batch culture)하는 것을 특징으로 한다.The xylitol high yield production method is characterized in that the fed-batch culture using a mixture of the biomass hydrolyzate and carbon source as a feeding solution (feeding solution).

상기 바이오매스의 가수분해물은 옥수수속대 가수분해물, 사탕수수속대 가수 분해물, 코코넛 부산물, 자작나무의 가수분해물 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The hydrolyzate of the biomass is characterized in that any one of corncob hydrolyzate, sugar cane hydrolyzate, coconut by-products, hydrolyzate of birch.

또한, 상기 탄소원은 글리세롤인 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon source is characterized in that glycerol.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자일리톨 탈수소효소가 불활화되고 아라비노스 환원효소의 활성이 억제된 트로피칼리스 변이주와 바이오매스 가수분해물을 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법은, 자일리톨 탈수소효소를 불활화한 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)로부터 EMS(Methanesulfonic acid ethylester)처리하여 돌연변이 유발법(random mutagenesis)에 의해 선별된 아라비노스를 아라비톨로 전환시키는 아라비노스의 환원효소 활성이 억제된 캔디다 트롭피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 생산균주로 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법이다.Xylitol high-yield production method using a tropical mutant strain and a biomass hydrolyzate in which xylitol dehydrogenase according to the present invention for inactivating the above object to achieve the above object is suppressed, the activity of arabinose reductase is suppressed, inactivated xylitol dehydrogenase Candida is inhibited by arabinose reductase activity, which converts arabinose, which was selected by random mutagenesis, to arabitol by treatment with EMS (Methanesulfonic acid ethylester) from Candida tropical strain BS-xdh1 (KCTC 11137bp). It is a high yield method of xylitol using the Robpicalis mutant ara-89 (KCTC 11136bp) as a production strain.

상기 자일리톨 고수율 생산방법은 (a)바이오매스 가수분해물을 기질로서 첨가한 자일리톨 생산배지를 만드는 단계; 및 (b)상기 생산배지에 상기 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 접종한 후, 용존산소농도를 0.5 % 내지 2 %의 낮은 농도로 조절하는 별도의 공정없이 충분히 통기(agitation)하여 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The xylitol high yield production method includes the steps of: (a) making a xylitol production medium to which the biomass hydrolyzate is added as a substrate; And (b) inoculating the mutant strain BS-xdh1 (KCTC 11137 bp) on the production medium, followed by culturing with sufficient agitation without a separate process of adjusting the dissolved oxygen concentration to a low concentration of 0.5% to 2%. Characterized in that it comprises a.

상기 생산배지 내의 용존산소농도는 5 % 이상인 것을 특징으로 한다.Dissolved oxygen concentration in the production medium is characterized in that more than 5%.

상기 자일리톨 고수율 생산방법은 상기 바이오매스 가수분해물과 탄소원의 혼합물을 유가배양액(feeding solution)으로 하여 유가식 배양(fed-batch culture)하는 것을 특징으로 한다.The xylitol high yield production method is characterized in that the fed-batch culture using a mixture of the biomass hydrolyzate and carbon source as a feeding solution (feeding solution).

또한, 상기 바이오매스 가수분해물은 옥수수속대 가수분해물, 사탕수수속대 가수분해물, 코코넛 부산물, 자작나무의 가수분해물 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the biomass hydrolyzate is characterized in that any one of corncob hydrolyzate, sugar cane hydrolyzate, coconut by-product, hydrolyzate of birch.

상기 탄소원은 글리세롤인 것을 특징으로 한다.The carbon source is characterized in that glycerol.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 자일리톨은 제 1항 내지 제 5항 및 제 7항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 생산된 것을 특징으로 한다.In addition, xylitol according to the present invention for achieving the above object is characterized by being produced by the method according to any one of claims 1 to 5.

본 발명에 의한 자일리톨 탈수소효소활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)을 생산균주로 하고 바이오매스를 기질로 하는 자일리톨 생산방법에 의하면, 생산배지 내의 용존산소농도를 매우 낮게 유지해야 하는 별도의 공정이 불요하게 됨으로써 생산공정을 간소화할 수 있고 낮은 용존산소 조건에서 균주를 배양할 경우 발생하는 에탄올, 글리세롤과 같은 부산물의 생성을 억제할 수 있는 효과가 있다.According to the xylitol production method using the xylitol dehydrogenase activity-suppressed Candida tropical strain BS-xdh1 (KCTC 11137bp) and biomass as a substrate, the dissolved oxygen concentration in the production medium must be kept very low. Since the separate process is unnecessary, it is possible to simplify the production process and to suppress the production of by-products such as ethanol and glycerol generated when culturing the strain under low dissolved oxygen conditions.

또한, 고가의 순수한 자일로스 대신 저렴한 바이오매스 가수분해물을 기질로 이용하면서 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, the use of inexpensive biomass hydrolyzate as a substrate instead of expensive pure xylose has the effect of reducing the production cost.

또한, 본 발명에 의한 아라비노스 환원효소의 활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 이용함으로써 바이오매스 가수분해물에 함유된 아라비노스로부터 생산되는 아라비톨의 생산을 억제하여 자일리톨의 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 바이오매스 가수분해물의 자일로스 기질과 세포성장을 위한 탄소원을 구분하는 유가식 배양을 통해 자일리톨의 생산성과 최종 자일리톨 농도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, by using the Candida tropical strain mutant ara-89 (KCTC 11136bp) inhibited the activity of arabinose reductase according to the present invention to suppress the production of arabitol produced from arabinose contained in the biomass hydrolysate to the production of xylitol There is an effect that can increase the productivity. In addition, through fed-batch culturing that separates the xylose substrate of the biomass hydrolyzate and the carbon source for cell growth, there is an effect of improving the productivity of xylitol and the final xylitol concentration.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 트로피칼리스 변이주와 바이오매스 가수분해물을 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법에 대해 상세히 설명해 보기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a xylitol high yield production method using a xylitol dehydrogenase-inactivated tropical strain and biomass hydrolyzate of the present invention will be described in detail.

도 1은 자일리톨 생산균주에 의한 자일로스 및 아라비노스 대사의 과정을 나타낸 흐름도이다.1 is a flow chart showing the process of xylose and arabinose metabolism by xylitol producing strains.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 작제하기 위한 형질전환 pXYL2-Ura3 벡터의 유전자 지도이다.FIG. 2 is a genetic map of a transformed pXYL2-Ura3 vector for constructing a Candida tropical strain VBS-xdh1 (KCTC 11137bp) inactivated by xylitol dehydrogenase according to a preferred embodiment of the present invention.

자일리톨 탈수소효소의 발현이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 작제하고 이를 이용하여 자일리톨을 생산하는 과정은 다음과 같다.The procedure for constructing the Candida Tropicalis variant strain BS-xdh1 (KCTC 11137bp) in which the expression of xylitol dehydrogenase is suppressed and producing xylitol using the same is as follows.

형질전환 pXYL2-Ura3 벡터를 캔디다 트로피칼리스에 도입시키면 상동성 재배열(homologous recombination)이라는 세포 내 기작을 통해 선택적으로 자일리톨 탈수소효소 유전자가 제거되고 자일리톨 탈수소효소의 활성이 불활화되어, 탄소원으로서 자일로스만이 포함된 배지에서 성장할 수 없는 형질전환 균주를 작제할 수 있 다.Introducing the transgenic pXYL2-Ura3 vector to Candida Tropicalis selectively removes the xylitol dehydrogenase gene and inactivates the activity of xylitol dehydrogenase through an intracellular mechanism called homologous recombination. Transgenic strains that cannot grow in a medium containing only can be constructed.

자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주를 생산균주로 하게 되면, 생산배지 내의 자일로스가 자일리톨로 일단 전환된 후에는 더 이상 세포에 의해 이용되지 않기 때문에 상기 생산균주가 탄소원으로서 이용할 자일로스가 부족하게 되고 따라서 세포성장도 일어나지 않는다. 대신 자일로스 이외의 탄소원으로서 글리세롤, 포도당과 같은 탄소원을 배지에 첨가해야 세포가 이를 이용하여 성장할 수 있다. 따라서 자일로스는 자일리톨 생산을 위한 기질로서만 이용되고, 탄소원은 세포 성장과 자일로스 환원효소가 필요로하는 조효소(cofactor)인 NADPH를 공급해주는 데에 이용된다. When the xylitol dehydrogenase-inactivated Candida Tropicalis mutant strain is a production strain, the production strain is used as a carbon source because the xylose in the production medium is no longer used by the cells once converted to xylitol. Lacking and thus no cell growth occurs. Instead, as a carbon source other than xylose, carbon sources such as glycerol and glucose must be added to the medium so that cells can grow using them. Therefore, xylose is used only as a substrate for xylitol production, and a carbon source is used to supply NADPH, a cofactor necessary for cell growth and xylose reductase.

특히 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 변이주는 종래의 균주와 달리 자일리톨 수율과 생산성 향상을 위해 산화환원력 불균형을 유발시킬 필요가 없으므로 배양 과정에서 용존산소농도를 낮게 조절할 필요가 없을 것으로 예상되었다. 또한, 효모균주는 호기적 조건(aerobic condition)에서 탄소원인 글리세롤을 섭취 이용할 수 있기 때문에, 글리세롤을 보조기질로 이용할 경우 세포 성장 속도 및 NADPH 공급 속도는 산소공급속도에 영향을 받을 수 있을 것으로 예상되었다. In particular, unlike the conventional strain, the mutant strain inactivated by xylitol dehydrogenase does not need to cause redox imbalance for improving xylitol yield and productivity, so it is expected that the dissolved oxygen concentration should not be adjusted low during the culturing process. In addition, since yeast strains can consume glycerol as a carbon source in aerobic conditions, it is expected that cell growth rate and NADPH supply rate can be affected by oxygen supply rate when glycerol is used as an auxiliary substrate.

그리하여, 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 자일로스, 글리세롤, 효모 추출물(yeast extract), 인산이수소칼륨(KH2PO4), 황산마그네슘(MgSO4·7H2O)으로 구성된 자일리톨 생산배지에 접종하고 다양한 산소공급 조건에서 자일리톨을 생산하는 실험을 수행하였다. 산소공급속 도는 발효기의 교반속도로 조절하였다. 실험 결과 교반속도가 일정 수준 이상일 경우, 즉 산소공급속도가 높은 경우에 자일리톨 생산속도가 가장 높았다. 이 결과로 글리세롤의 세포 내 대사속도가 산소공급속도에 의해 영향을 받으며, 산소공급속도가 높을수록 글리세롤이 빠르게 대사되며 NADPH 공급 속도 또한 증가하여 자일리톨 생산성이 향상됨을 알 수 있었다. 또한 산소공급 속도와 관계없이 자일로스로부터의 자일리톨 수율은 97 % 내지 98 %로 일정하였는데, 이것은 세포 내의 산화환원력 불균형과 관계없이 자일리톨 탈수소효소 활성이 제거되었기 때문에 자일리톨이 100 %에 이르는 이론적 수율로 생산되었음을 보여준다. Thus, Xylitol dehydrogenase-inactivated Candida Tropicalis mutant BS-xdh1 (KCTC 11137 bp) was substituted with xylose, glycerol, yeast extract, potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ), magnesium sulfate (MgSO 4 The experiment was performed to inoculate xylitol producing medium consisting of 7H 2 O) and to produce xylitol under various oxygen supply conditions. The oxygen feed rate was controlled by the stirring speed of the fermentor. As a result of the experiment, the xylitol production rate was the highest when the stirring speed was over a certain level, that is, when the oxygen supply rate was high. As a result, the intracellular metabolic rate of glycerol was affected by the oxygen supply rate, and the higher the oxygen supply rate, the faster the metabolism of glycerol and the NADPH feed rate also increased, indicating that the xylitol productivity was improved. In addition, the yield of xylitol from xylose was constant from 97% to 98%, regardless of the rate of oxygen supply, which produced the theoretical yield of xylitol up to 100% because xylitol dehydrogenase activity was removed regardless of the redox imbalance in cells. Shows that

옥수수 속대, 사탕수수 줄기, 코코넛 부산물, 자작나무 등의 바이오매스에는 자일로스, 아라비노스, 포도당 등으로 구성된 반섬유질(hemicellulose)이 풍부하며 특히 자일로스의 함유량이 높기 때문에 이를 가수분해한 물질을 자일리톨 생산에 직접 이용할 수 있다. 그리하여 당 성분이 자일로스 83.5%, 포도당 5.3%, 아라비노스 11.2%인 옥수수 속대 가수분해물을 기질로 이용하고 글리세롤을 보조기질로 이용하여 자일리톨을 생산하였다. 자일리톨 생산균주는 가수분해물에 포함되어 있던 포도당을 전량 소모하며 세포성장을 하였고, 이 때 자일리톨 생산수율은 97.2%였으며, 생산성은 3.24g/L/h였다. Biomasses such as corncobs, sugarcane stems, coconut by-products, and birch trees are rich in hemicellulose, consisting of xylose, arabinose, and glucose, and especially because of the high content of xylose. Can be used directly for production. Thus, xylitol was produced using a corncob hydrolyzate having a sugar content of 83.5% of xylose, 5.3% of glucose and 11.2% of arabinose as a substrate and glycerol as an auxiliary substrate. Xylitol-producing strains consumed all of the glucose contained in the hydrolyzate and grew the cells. At this time, the yield of xylitol was 97.2% and the productivity was 3.24g / L / h.

또한, 100g/L 이상의 고농도의 자일로스는 세포 성장 및 자일리톨 생산에 저해가 되므로, 배지 내의 자일로스 농도를 100g/L 이하가 되도록 유지시키면서 유가식 배양을 이용해 고농도의 자일리톨을 생산하였다. 자일로스 원료로서의 옥수수 속대 가수분해물과 세포성장 및 NADPH 공급을 위한 탄소원으로서의 글리세롤을 혼 합하여 연속적으로 공급하면서 자일리톨을 생산한 결과, 자일리톨의 생산수율은 97%, 생산성은 2.67g/L/h였다. 옥수수속대 가수분해물 성분 중 하나인 포도당은 세포 배양과정에서 완전히 소모되었고, 총 첨가된 아라비노스 26.5g/L 중 57%에 해당되는 15.2g/L는 아라비노스로 남아있었고 43%에 해당되는 11.3g/L는 아라비톨로 전환되었다. In addition, since high concentrations of xylose above 100 g / L inhibit cell growth and xylitol production, high concentration of xylitol was produced using fed-batch culture while maintaining the concentration of xylose in the medium to be 100 g / L or less. Xylitol was produced while continuously supplying a mixture of corncob hydrolysate as a xylose raw material and glycerol as a carbon source for cell growth and NADPH. As a result, the yield of xylitol was 97% and the productivity was 2.67 g / L / h. Glucose, one of the components of corncob hydrolysates, was completely consumed during the cell culture process, and 15.2 g / L of 57% of the total added arabinos 26.5 g / L remained arabinose and 43% of 11.3 g. / L was converted to arabitol.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 자일리톨 탈수소효소가 불활화되고 아비노스 환원효소의 활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 이용한 자일리톨 고수율 생산방법에 대해 상세히 설명해 보기로 한다.Hereinafter, referring to the accompanying drawings, the xylitol dehydrogenase of the present invention is inactivated and the activity of abinos reductase is inhibited, and a detailed description of the xylitol high yield production method using the Candida tropicalis mutant ara-89 (KCTC 11136bp) is provided. Shall be.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 자일리톨 탈수소효소가 불활화되고 아라비노스 환원효소의 활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주(KCTC 11136bp)를 이용하여 자일리톨을 생산하는 방법을 나타난 공정도이다.Figure 3 is a process diagram showing a method for producing xylitol using a Candida Tropicalis mutant strain (KCTC 11136bp) in which xylitol dehydrogenase is inactivated and arabinose reductase activity is inhibited by a preferred embodiment of the present invention.

알킬화제(alkylating agent)로서 돌연변이(random mutagenesis) 유발물질인 EMS(methanesulfonic acid ehtylester)를 이용하여 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)로부터 아라비노스 환원효소 활성이 감소된 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 선별하였다. 즉, 돌연변이에 의해 아라비노스가 아라비톨로 전환되는 세포 대사과정이 억제되어 아라비톨 생산능력이 감소된 돌연변이균주를 개발하였다. 이 돌연변이균주의 효소활성을 측정한 결과 자일로스를 자일리톨로 전환시키는 자일로스 환원효소의 활성은 원균주와 동일한 반면, 아라비노스를 아라비톨로 전환시키는 아라비노스 환원효소의 활성은 63% 감소되었다. Reduction of arabinose reductase activity from the Candida tropicals variant BS-xdh1 (KCTC 11137bp) inactivated by xylitol dehydrogenase using EMS (methanesulfonic acid ehtylester), a mutagenesis-causing agent, as an alkylating agent Mutant ara-89 (KCTC 11136 bp) was selected. That is, mutant strains with reduced arabitol production capacity were developed by inhibiting cellular metabolic process in which arabinose is converted to arabitol by mutation. As a result of measuring the enzymatic activity of the mutant strain, the activity of xylose reductase converting xylose to xylitol was the same as that of the original strain, while the activity of arabinose reductase converting arabinose to arabitol was reduced by 63%.

또한, 상기 돌연변이균주를 이용하여 유가식 배양을 통해 자일리톨을 생산한 결과 자일리톨의 생산수율은 97%, 생산성은 2.80g/L/h였다. 옥수수속대 가수분해물의 성분 중 포도당은 세포 배양과정에서 완전히 소모되었고, 총 첨가된 아라비노스 27.9g/L 중 85%에 해당되는 23.7g/L는 아라비노스로 남아있었고 15%에 해당되는 4.2g/L는 아라비톨로 전환되었다. In addition, as a result of producing xylitol through fed-batch culture using the mutant strain, the yield of xylitol was 97%, and the productivity was 2.80 g / L / h. Among the components of corncob hydrolyzate, glucose was completely consumed in the cell culture process, and 23.7 g / L of 85% of 27.9 g / L of total arabinos remained as arabinose and 4.2 g / 15 of 15%. L was converted to arabitol.

이하 본 발명을 실시예에 따라 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

<실시예1> Example 1

미지의 캔디다 트로피칼리스 자일리톨 탈수소효소를 클로닝하기 위해, 이미 밝혀진 피키아 스티키티스(Pichia stipitis)의 자일리톨 탈수소효소와 이와 유사한 효소 집단인 중간사슬 알코올 탈수소효소(medium-chain alcohol dehydrogenase)집단에 속하는 유전자들(솔비톨 탈수소효소(sorbitol dehydrogenase),알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase), 트레오닌 탈수소효소(threonine dehydrogenase)등) 간의 유전자 상동성을 비교하였다. 그 결과 유전자의 상동성이 높은 부분(conserved region)을 주형으로 하여 하기의 프라이머를 이용한 PCR(94℃ 1분, 25회 반복(94℃ 30초, 58℃ 30초, 72℃ 30초) 및 72℃ 3분)을 수행하여, 1,095bp의 캔디다 트로피칼리스의 자일리톨 탈수소효소 유전자를 수득하였다. 상기 증폭된 캔디다 트로피칼리스의 자일리톨 탈수소효소의 유전자를 pGEM-T easy벡터(BIONEX, 한국)에 클로닝한 후, 상기 자일리톨 탈수소효소의 유전자의 중간에 BamHI좌위를 도 입하고, 상기 도입된 BamHI좌위에 ura3유전자를 도입하여, 도 2에 나타나는 바와 같이, 4,7kb의 형질전환 벡터 pXYL2-Ura3를 수득하였다. To clone the unknown Candida Tropicalis xylitol dehydrogenase, genes belonging to the already known group of medium-chain alcohol dehydrogenases, Pichia stipitis xylitol dehydrogenase and similar enzymes Gene homology between (sorbitol dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, threonine dehydrogenase, etc.) was compared. As a result, PCR (94 ° C. 1 minute, 25 repetitions (94 ° C. 30 seconds, 58 ° C. 30 seconds, 72 ° C. 30 seconds) and 72 using the following primers as a template using a highly homologous region of the gene as a template 3 min), yielding 1,095 bp of xylitol dehydrogenase gene of Candida Tropicalis. After cloning the amplified Candida Tropicalis xylitol dehydrogenase gene into pGEM-T easy vector (BIONEX, Korea), a BamHI locus was introduced in the middle of the xylitol dehydrogenase gene, and the BamHI locus was introduced. By introducing the ura3 gene, as shown in FIG. 2, a 4,7 kb transformation vector pXYL2-Ura3 was obtained.

primer F: 5'-aatggtcttgggtcacgaatcc-3'(서열번호 1)primer F: 5'-aatggtcttgggtcacgaatcc-3 '(SEQ ID NO: 1)

primer R: 5'-gctctgaccaagtcgtaggcttc-3'(서열번호 2)primer R: 5'-gctctgaccaagtcgtaggcttc-3 '(SEQ ID NO: 2)

상기 수득한 벡터 pXYL2-Ura3를 캔디다 트로피칼리스에 도입하고, 이를 유라실(Urasil)이 결핍된 선별용 고체배지(효모 질소 베이스(무 아미노산)6.7g/L, 자일로스 20g/L, 한천가루 15g/L)에 도말하고 30℃에서 2일간 정치배양하였다.The obtained vector pXYL2-Ura3 was introduced to Candida Tropicalis, and this was selected as a solid medium for selection (Yrasil) lacking (yield nitrogen base (amino acid free) 6.7 g / L, xylose 20 g / L, agar powder 15 g). / L) and incubated at 30 ° C. for 2 days.

다음, 고체배지에서 형성된 콜로니를 자일로스가 포함된 고체배지(효모 질소 베이스(무 아미노산)6.7g/L, 자일로스 20g/L, 한천 가루 15g/L)와 포도당이 포함된 고체배지(효모 질소 베이스(무 아미노산)6.7g/L, 포도당 20g/L, 한천가루 15g/L)에 각각 접종하여 30℃에서 2일간 정치배양하고, 자일로스가 포함된 고체배지에서는 자라지 못하고 포도당이 포함된 고체배지에서만 자라는 균주를 선별함으로써 자일리톨 탈수소효소가 제거된 캔디다 트로피칼리스를 수득하였다. Next, the colonies formed in the solid medium were xylose-containing solid medium (yeast nitrogen base (non-amino acid) 6.7g / L, xylose 20g / L, agar powder 15g / L) and glucose-containing solid medium (yeast nitrogen) Inoculated at 6.7g / L base, 20g / L glucose, and 15g / L agar, respectively, and incubated at 30 ° C for 2 days.The solid medium containing glucose was not grown in solid medium containing xylose. Candida tropicals from which xylitol dehydrogenase was removed were obtained by selecting strains that grew only in.

최종 선별된 자일리톨 탈수소효소가 제거된 캔디다 트로피칼리스 변이주BS-xdh1(KCTC 11137bp)는 국제 미생물 기탁기관인 KCTC에 2007년 6월 12일 부로 기탁되었다(KCTC 11137bp).Candida Tropicalis variant strain BS-xdh1 (KCTC 11137bp) from which the final screened xylitol dehydrogenase was removed was deposited on June 12, 2007 to KCTC, an international microbial deposit institution (KCTC 11137bp).

상기 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)을 이용해 자일리톨을 생산할 때, 배지 내의 통기량(aeration) 내지 산소전달속도(oxygen transfer rate)가 자일리톨 수율 및 생산성에 미치는 영향을 조사하였다.Effects of Aeration to Oxygen Transfer Rate in the Medium on Xylitol Yield and Productivity When Xylitol is Produced Using the Xylitol Dehydrogenase-Inactivated Candida Tropicalis Variant BS-xdh1 (KCTC 11137 bp) Was investigated.

자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 YM배지(포도당 20g/L, 효모 추출물 3g/L, malt extract 3g/L, bacto-peptone 5g/L) 3㎖에 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양기에서 12시간 동안 배양한 다음, 배양액 1㎖를 YM배지 50㎖에 다시 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양기에서 12시간 동안 배양하였다. Xylitol dehydrogenase-inactivated Candida tropical strain VBS-xdh1 (KCTC 11137bp) was inoculated in 3 ml of YM medium (20 g / L glucose, 3 g / L yeast extract, 3 g / L malt extract, 5 g / L bacto-peptone) After incubation at 30 ° C. at 200 rpm for 12 hours in a shake incubator, 1 ml of the culture was inoculated again in 50 ml of YM medium and incubated at 30 rpm at 200 rpm for 12 hours in a shake culture.

이어, 위 배양액 50㎖를, 자일리톨 생산배지(자일로스 50g/L, 글리세롤 20g/L, 효모 추출물 10g/L, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 5g/L 및 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 0.2g/L, pH 4.5) 1.0ℓ가 든 발효조(fermenter)에 접종하고, 30℃에서 300, 400, 및 500rpm으로 교반(agitation)시키면서 24시간 동안 배양한 다음, 시간의 경과에 따른 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 글리세롤 및 자일리톨 농도의 변화를 측정하였다. 즉, 건조균체농도는 시료를 분광광도계(spectrophotometer)(Shimadzu, Japan)를 이용하여 600nm에서 흡광도를 측정하고, 미리 분석한 표준곡선으로 환산하여 산출하였다. 또한, 시료를 원심분리(centrifugation)하여 상등액(supernatant)을 HPLC(Shimazu, Japan) 시스템(Sugar-Pak I column(Waters, USA), refracive index detector(Waters, USA), 용매: 물, 유속: 0.5ml/min, column 온도: 90℃)으로 분석하여 자일로스, 글리세롤 자일리톨의 농도를 측정하였다. 결과는 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다.Subsequently, 50 ml of the gastric culture solution was prepared with xylitol production medium (xylose 50 g / L, glycerol 20 g / L, yeast extract 10 g / L, potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ) 5 g / L and magnesium sulfate (MgSO 4 · 7H). 2 O) 0.2 g / L, pH 4.5) inoculated into a fermenter containing 1.0 L, incubated for 24 hours with agitation at 300, 400, and 500 rpm at 30 ° C., and then over time Changes in dry cell weight, xylose, glycerol and xylitol concentrations were measured. That is, the dry cell concentration was calculated by measuring the absorbance at 600 nm using a spectrophotometer (Shimadzu, Japan) and converting the sample into a standard curve analyzed beforehand. In addition, the sample was centrifuged and the supernatant was purified by HPLC (Shimazu, Japan) system (Sugar-Pak I column (Waters, USA), refracive index detector (Waters, USA), solvent: water, flow rate: 0.5 ml / min, column temperature: 90 ° C.) to determine the concentration of xylose and glycerol xylitol. The results are shown in Table 1 below.

자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 이용하여 자일리톨을 생산할 때 통기량(aeration)이 자일리톨의 생산성에 미치는 영향Effect of Aeration on the Production of Xylitol Using Xylitol Dehydrogenase-Inactivated Candida Tropicalis Mutant BS-xdh1 (KCTC 11137bp) 교반속도 300(rpm)Stirring Speed 300 (rpm) 교반속도400(rpm)Stirring Speed 400 (rpm) 교반속도500(rpm)Stirring Speed 500 (rpm) 시간(h)Hours (h) 자일리톨농도 (g/L)Xylitol Concentration (g / L) 자일리톨농도 (g/L)Xylitol Concentration (g / L) 자일리톨농도 (g/L)Xylitol Concentration (g / L) 00 0.00.0 0.00.0 0.00.0 66 1.61.6 1.91.9 1.11.1 1212 8.48.4 13.913.9 38.338.3 1515 13.613.6 35.435.4 48.448.4 1818 18.118.1 49.049.0 48.448.4 2424 30.430.4 47.547.5 48.248.2

표 1에서 나타나는 바와 같이, 산소공급속도가 가장 높은 교반속도(agitation speed) 500rpm의 경우 배양시간 15시간 만에 48.4g/L의 자일리톨이 생산된 반면, 400rpm과 300rpm은 각각 35.4g/L, 13.6g/L로 자일리톨 생산성이 교반속도와 비례하였다. 배양시 용존산소농도는 5% 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 표 1에는 나타내지 않았으나 500rpm 이상의 교반속도에서는 더 이상 자일리톨의 생산량이 증가하지 않았다. As shown in Table 1, 48.4 g / L xylitol was produced in 15 hours of incubation time at the agitation speed of 500 rpm with the highest oxygen feed rate, whereas 400 rpm and 300 rpm were 35.4 g / L and 13.6, respectively. At g / L, xylitol productivity was proportional to the stirring speed. Dissolved oxygen concentration during the culture is preferably maintained at 5% or more. Although not shown in Table 1, the output of xylitol no longer increased at a stirring speed of 500 rpm or more.

이 결과로 글리세롤의 세포 내 대사속도가 산소공급속도에 영향을 받으며, 용존산소가 충분할 때까지는 산소공급속도가 높을수록 글리세롤이 빠르게 대사되며(assimilated) NADPH 공급 속도가 증가하여 자일리톨 생산 속도가 향상됨을 알 수 있었다. 또한 산소공급 속도와 관계없이 자일로스로부터의 자일리톨 생산 수율은 97% 내지 98%로 일정하였는데, 이는 세포 내의 산화환원력 불균형과 관계없이 자일리톨 탈수소효소 활성이 불활화되었기 때문에 자일리톨이 이론수율인 100% 가까이 이르는 수율로 생산되었음을 보여준다. As a result, the intracellular metabolic rate of glycerol is affected by the oxygen supply rate, and until the dissolved oxygen is sufficient, the higher the oxygen supply rate, the faster glycerol is metabolized (assimilated) and the NADPH supply rate is increased, thereby improving the xylitol production rate. Could know. In addition, the yield of xylitol from xylose was constant from 97% to 98% regardless of the oxygen supply rate, which is almost 100% of the theoretical yield because xylitol dehydrogenase activity was inactivated regardless of the redox imbalance in cells. Up to yield.

따라서, 본 자일리톨 생산균주를 이용하여 자일리톨을 생산할 경우, 용존산소 농도를 0.5 ~ 2.0%와 같이 낮게 유지시킬 필요가 없으므로 산업적 규모의 대용량 발효기에서도 높은 생산성과 이론치에 가까운 수율로 자일리톨을 생산할 수 있었다. 또한 낮은 용존산소 조건에서 효모균주를 배양할 경우 자일리톨 생산 수율을 저하시키고, 자일리톨 정제 및 결정화를 억제 시키는 에탄올, 글리세롤과 같은 부산물이 생성되게 되는데, 자일리톨 탈수소효소 유전자가 제거된 변이주는 높은 용존산소 농도를 유지할 수 있기 때문에 에탄올, 글리세롤과 같은 부산물이 생성되지 않아 보다 효율적인 공정을 구축할 수 있었다.Therefore, when xylitol is produced using the xylitol producing strain, it is not necessary to keep the dissolved oxygen concentration as low as 0.5 to 2.0%, and thus it is possible to produce xylitol with high productivity and near-theoretical yield even in an industrial scale large-scale fermenter. In addition, when yeast strains are cultured under low dissolved oxygen conditions, by-products such as ethanol and glycerol, which reduce xylitol production yield and inhibit xylitol purification and crystallization, are produced. Mutant strains from which xylitol dehydrogenase gene is removed have high dissolved oxygen concentration. Because it can maintain the by-products such as ethanol, glycerol was not produced it was able to build a more efficient process.

<실시예 2><Example 2>

옥수수속대 가수분해물을 기질로 이용하여 자일리톨을 생산하였다. Xylitol was produced using corncob hydrolyzate as substrate.

상기 실시예 1에서와 같은 조건하에서 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 배양하고, 그 배양액 50㎖를, 옥수수속대 가수분해물(자일로스 83.5%, 포도당 5.3%, 아라비노스 11.2%)을 이용한 자일리톨 생산배지 (자일로스 100g/L, 포도당 6.6g/L, 아라비노스 13.4g/L, 글리세롤 30g/L, 효모 추출액10g/L, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 5g/L 및 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 0.2g/L, pH 4.5) 1.0ℓ가 든 발효조(fermenter)에 접종하고, 30℃에서 500rpm으로 교반시키면서 30시간 동안 배양한 다음, 시간의 경과에 따른 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 변화를 측정하였다. 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 측정은 실시예 1에 기술된 것과 동일하게 측정하였다. 결과는 아래의 표 2에 나타낸 바와 같다.Under the same conditions as in Example 1, xylitol dehydrogenase-inactivated Candida tropical strain mutant BS-xdh1 (KCTC 11137 bp) was cultured, and 50 ml of the culture solution was subjected to corncob hydrolyzate (xylose 83.5%, glucose 5.3%). , Xylitol production medium using arabinose 11.2% (xylose 100g / L, glucose 6.6g / L, arabinose 13.4g / L, glycerol 30g / L, yeast extract 10g / L, potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO) 4 ) Inoculate a fermenter containing 5 g / L and 1.0 g of magnesium sulfate (MgSO 4 · 7H 2 O), 1.0 L, and incubate for 30 hours with stirring at 500 ° C. at 30 ° C. Changes in dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations over time were measured. The measurement of dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations was determined in the same manner as described in Example 1. The results are shown in Table 2 below.

옥수수속대 가수분해물을 이용하여 회분식 배양(batch culture)을 통해 자일리톨을 고수율, 고생산성으로 생산한 결과Xylitol was produced in high yield and high productivity through batch culture using a hydrolyzate of corncob 시간(h)Hours (h) 건조균체 농도 (g/L)Dry cell concentration (g / L) 자일로스 농도 (g/L)Xylose Concentration (g / L) 글리세롤 농도 (g/L)Glycerol Concentration (g / L) 아라비노스농도 (g/L)Arabinose concentration (g / L) 아라비톨 농도 (g/L)Arabitol concentration (g / L) 자일리톨 농도 (g/L)Xylitol Concentration (g / L) 00 0.20.2 100.0100.0 30.030.0 13.413.4 0.00.0 0.00.0 66 1.51.5 100.0100.0 29.829.8 13.413.4 0.00.0 0.00.0 1212 12.212.2 96.796.7 28.328.3 12.212.2 1.01.0 3.23.2 1818 16.316.3 62.262.2 18.718.7 10.810.8 2.12.1 35.735.7 2424 15.015.0 20.920.9 9.09.0 9.69.6 3.13.1 78.578.5 3030 15.215.2 0.00.0 2.32.3 9.29.2 3.83.8 97.297.2

표 2의 결과를 보면, 자일리톨 생산균주는 글루코스를 전량 세포성장에 소모하고 글리세롤을 보조기질로 이용하였다. 그리고 옥수수속대 가수분해물에 다량 함유되어 있는 자일로스를 기질로 하여 30시간 동안 97.2g/L의 자일리톨을 생산하였으며, 아라비노스의 일부를 아바리톨로 전환시켰다. 이때 자일리톨 생산수율은 97.2%였으며, 생산성은 3.24g/L/h였다.In the results of Table 2, the xylitol producing strain consumed all the glucose for cell growth and used glycerol as an auxiliary substrate. Subsequently, 97.2 g / L xylitol was produced for 30 hours using xylose contained in a large amount of corncob hydrolyzate as a substrate, and a part of arabinose was converted into abaritol. The yield of xylitol was 97.2%, and the productivity was 3.24 g / L / h.

순수한 자일로스를 기질로 이용할 경우 즉, 실시예 1에서 교반 속도 500rpm에서의 수율이 97.2%, 생산성이 3.24/L/h인 것과 비교해 볼 때 바이오매스 가수분해물을 기질로 하여 자일리톨을 생산할 때의 수율 및 생산성이 그와 비슷하므로, 순수하게 정제된 자일로스를 사용하지 않고 저가의 바이로매스 가수분해물을 자일리톨 생산의 기질로 이용한다면 생산기술의 경제성을 높이는 데에 유리할 뿐 아니라, 폐기되는 바이오매스를 재활용하므로 환경친화적이다. Yield of using xylitol as a substrate when producing pure xylose as a substrate, i.e., yield of 97.2% at a stirring speed of 500 rpm and productivity of 3.24 / L / h in Example 1 as a substrate. And because the productivity is similar, using inexpensive viromass hydrolyzate as a substrate for xylitol production without using purely purified xylose will not only increase the economics of the production technology, but also reduce waste biomass. It is environmentally friendly as it is recycled.

<실시예 3><Example 3>

100g/L 이상의 고농도의 자일로스는 세포 성장 및 자일리톨 생산에 저해가 되므로, 배지 내의 자일로스 농도를 100g/L 이하가 되도록 유지시키면서 유가식 배양을 이용하여 고농도의 자일리톨을 생산하였다.Since high concentration of xylose above 100 g / L inhibits cell growth and xylitol production, high concentration of xylitol was produced using fed-batch culture while maintaining the concentration of xylose in the medium to be 100 g / L or less.

상기 실시예 1에서와 같은 조건하에서 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 배양하고, 배양액 50㎖를, 옥수수속대 가수분해물을 이용한 자일리톨 생산배지(자일로스 50g/L, 포도당 3.3g/L, 아라비노스 6.7g/L, 글리세롤 20g/L, 효모추출물 10g/L, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 5g/L 및 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 0.2g/L, pH 4.5) 1.0ℓ가 든 발효조(fermenter)에 접종하고, 30℃에서 500rpm으로 교반시키면서 배양하였다. 배양 12시간부터 가수분해물을 이용한 유가액(feeding solution) (자일로스 460g/L, 포도당 30.4g/L, 아라비노스 61.6g/L, 글리세롤 138g/L)을 첨가하여 배지 내의 자일로스 농도가 100g/L 이하가 되도록 조절하며 72시간동안 유가식 배양을 수행하였다. 시간의 경과에 따른 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 변화를 측정하였다. 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 측정은 실시예 2에 기술된 것과 동일하게 측정하였다. 결과는 표 3에 나타낸 바와 같다.Xylitol dehydrogenase-inactivated Candida tropical strains BS-xdh1 (KCTC 11137bp) were incubated under the same conditions as in Example 1, and 50 ml of the culture solution was used for xylitol production medium using xylitol hydrolyzate (xylose 50 g / L, glucose 3.3 g / L, arabinose 6.7 g / L, glycerol 20 g / L, yeast extract 10 g / L, potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ) 5 g / L and magnesium sulfate (MgSO 4 · 7H 2 O) 0.2 g / L, pH 4.5) was inoculated into a fermenter containing 1.0 L and incubated with stirring at 30 ° C. at 500 rpm. From 12 hours of cultivation, a feeding solution using hydrolyzate (xylose 460g / L, glucose 30.4g / L, arabinose 61.6g / L, glycerol 138g / L) was added and the concentration of xylose in the medium was 100g /. The fed-batch culture was performed for 72 hours while adjusting to below L. Changes in dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations over time were measured. The measurement of dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations was determined in the same manner as described in Example 2. The results are shown in Table 3.

옥수수속대 가수분해물을 이용하여 유가식 배양을 통해 자일리톨을 고수율, 고생산성으로 생산하는 결과Production of xylitol with high yield and high productivity through fed-batch cultivation using corncob hydrolyzate 시간(h)Hours (h) 건조균체 농도 (g/L)Dry cell concentration (g / L) 자일로스 농도 (g/L)Xylose Concentration (g / L) 글리세롤 농도 (g/L)Glycerol Concentration (g / L) 아라비노스 농도 (g/L)Arabinose concentration (g / L) 아라비톨 농도 (g/L)Arabitol concentration (g / L) 자일리톨 농도 (g/L)Xylitol Concentration (g / L) 00 0.60.6 50.050.0 20.020.0 6.76.7 0.00.0 0.00.0 1212 17.517.5 24.524.5 7.57.5 5.35.3 1.01.0 24.524.5 2424 26.126.1 29.829.8 13.113.1 11.811.8 5.35.3 92.592.5 3636 30.830.8 29.029.0 9.99.9 14.414.4 7.57.5 134.2134.2 4848 28.428.4 13.213.2 4.04.0 11.811.8 9.19.1 160.3160.3 6060 30.430.4 17.517.5 1.71.7 13.613.6 9.99.9 175.0175.0 7272 30.830.8 21.921.9 6.76.7 15.215.2 11.311.3 192.3192.3

표 3의 결과에 따르면, 옥수수속대 가수분해물을 이용하여 유가식 배양을 통해 자일리톨을 생산한 결과 72시간동안 192.3g/L의 자일리톨이 생산되었으며, 이 때 자일리톨의 생산수율은 97%, 생산성은 2.67g/L/h였다. 옥수수속대 가수분해물의 성분인 포도당은 세포 배양과정에서 완전히 소모되었고, 총 첨가된 아라비노스 26.5g/L 중 57%에 해당되는 15.2g/L는 아라비노스로 남아있었고 43%에 해당되는 11.3g/L는 아라비톨로 전환되었다. 이 때 아라비톨의 농도는 11.3g/L이고, 최종 자일리톨 농도에 대한 아라비톨 농도의 비율은 100:5.9였다.According to the results of Table 3, when xylitol was produced through fed-batch culture using corncob hydrolyzate, 192.3 g / L of xylitol was produced for 72 hours, wherein the yield of xylitol was 97% and the productivity was 2.67. g / L / h. Glucose, a component of corncob hydrolyzate, was completely consumed during cell culture, and 15.2 g / L of 57% of 26.5 g / L of arabinos added remained as arabinose and 11.3 g / 43 of 43%. L was converted to arabitol. At this time, the concentration of arabitol was 11.3 g / L, and the ratio of the arabitol concentration to the final xylitol concentration was 100: 5.9.

<실시예 4><Example 4>

상기 실시예 3의 결과에 따라 알킬화제(alkylating agent)로서 물질인 EMS(Methanesulfonic acid ethylester)를 이용하여 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)로부터 아라비노스가 아라비톨로 전환되는 세포 대사과정이 억제된 새로운 자일리톨 생산균주를 개발하였다.According to the results of Example 3, arabinose from the Candida tropicalis mutant BS-xdh1 (KCTC 11137 bp) was inactivated by xylitol dehydrogenase using EMS (Methanesulfonic acid ethylester) as an alkylating agent. A new xylitol producing strain with suppressed cellular metabolism was developed.

자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 YM배지(포도당 20g/L, 효모 추출물 3g/L, malt extract 3g/L, bacto-peptone 5g/L) 3㎖에 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양시키면서 24시간 동안 배양한 다음, 배양액 30㎖를 50㎖ conical tube에 옮겨 담은 후 30㎖ Minimal A 버퍼(K2HPO4 10.5g/L, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 4.5g/L, 황산암모늄((NH4)2SO4 ) 1.0g/L, 구연산나트륨(sodium citrate) 0.5g/L)로 세포를 두 번 세척하고, 세포를 다시 15㎖ Minimal A 버퍼로 리서스펜드(resuspend) 시킨 다음, EMS(Methanesulfonic acid ethylester) 450㎕를 첨가하였다.Xylitol dehydrogenase-inactivated Candida tropical strain VBS-xdh1 (KCTC 11137bp) was inoculated in 3 ml of YM medium (20 g / L glucose, 3 g / L yeast extract, 3 g / L malt extract, 5 g / L bacto-peptone) After culturing for 24 hours with shaking culture at 30 ° C. at 200 rpm, 30 ml of the culture solution was transferred to a 50 ml conical tube, followed by 30 ml Minimal A buffer (K 2 HPO 4 10.5 g / L, potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4). ) Wash cells twice with 4.5 g / L, ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) 1.0 g / L, sodium citrate 0.5 g / L), and again wash cells with 15 ml Minimal A buffer. After resuspending, 450 μl of EMS (Methanesulfonic acid ethylester) was added.

다음, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양시키면서 90분 동안 반응시킨 후, 세포를 5㎖ Minimal A 버퍼로 두 번 세척하고 이를 2㎖ Minimal A 버퍼로 리서스펜드(resuspend)시킨 후 YM 아가 플레이트(agar plate)에 도말하였다. 그 다음, 30℃에서 2일간 배양한 후 나타난 싱글콜로니(single colony)들을 아라비톨 생산배지(아라비노스 20g/L, 글리세롤 20g/L, yeast extract 10g/L) 5㎖에 접종하고 24시간 동안 배양하였다. Next, the reaction was carried out for 90 minutes with shaking culture at 30 ° C. at 200 rpm, and the cells were washed twice with 5 ml Minimal A buffer, and then resuspended with 2 ml Minimal A buffer, followed by YM agar plate. Smeared. Then, single colonies (single colonies) after incubation at 30 ° C. for 2 days were inoculated in 5 ml of arabitol production medium (arabinose 20g / L, glycerol 20g / L, yeast extract 10g / L) and incubated for 24 hours. It was.

실시예 1에 설명된 HPLC 분석방법을 이용하여 돌연변이주들에 의해 생성된 아라비톨의 농도를 정량하여 아라비톨 생산량이 원균주보다 50% 이하인 돌연변이주들을 선별하였다. 이들 돌연변이주들을 자일리톨 생산배지(자일로스 20g/L, 글리세롤 20g/L, 효모 추출물 10g/L) 5㎖에 접종하고 24시간 동안 배양하여, 생성된 자일리톨 농도가 원균주의 90% 이상인 돌연변이주들을 최종 선별하였다. 결과는 아래의 표 4에 나타낸 바와 같다.The HPLC analysis method described in Example 1 was used to quantify the concentration of arabitol produced by the mutant strains to select mutant strains with arabitol production of 50% or less than the original strain. These mutants were inoculated in 5 ml of xylitol production medium (xylose 20 g / L, glycerol 20 g / L, yeast extract 10 g / L) and incubated for 24 hours, resulting in the final mutants having 90% or more of the resulting xylitol concentration. Screened. The results are shown in Table 4 below.

아라비톨의 생성이 억제된 돌연변이주의 선별Selection of Mutant strains with Inhibited Production of Arabbitol 돌연변이주Mutant 건조균체농도 (g/L)Dry cell concentration (g / L) 아라비톨 생성농도 (g/L)Production of arabitol (g / L) 자일리톨 생성농도 (g/L)Xylitol Production Concentration (g / L) 원균주Won Kyun 5.55.5 3.93.9 19.719.7 ara-06ara-06 4.94.9 1.91.9 16.616.6 ara-26ara-26 5.15.1 1.81.8 17.917.9 ara-51ara-51 3.93.9 1.31.3 15.415.4 ara-77ara-77 5.15.1 1.71.7 18.118.1 ara-89ara-89 5.35.3 1.71.7 19.619.6

표 4에서 보듯이, 돌연변이 균주 'ara-89'는 세포성장, 자일리톨 생성농도는 대조군인 원균주와 비교하여 거의 유사하나, 아라비톨의 생성농도는 원균주에 비해 65% 감소되었다. 돌연변이주 ara-89의 효소활성을 측정하기 위해 아라비톨 생산배지(아라비노스 20g/L, 글리세롤 20g/L, 효모추출물 10g/L) 50㎖에 접종하고 12시간동안 배양한 후, 50mM 인산칼륨(potassium phosphate) 버퍼에 세포를 리서스펜드(resuspend) 시킨 후, 초음파분해(sonication)를 20초 동안, 5회 반복하여 세포를 파쇄하고 원심분리한 후 supernant를 1.5㎖ 튜브에 옮겼다. 효소원액과 조효소 0.2mM NADPH, 그리고 자일로스 및 아라비노스를 기질로 이용하여 자일로스 환원효소 및 아라비노스 환원효소의 활성을 각각 측정하였다. 이때 효소활성은 분광광도계 (Shimadzu, Japan)을 이용하여 340nm에서 흡광도를 변화속도를 측정하여 분석하였다. 결과는 아래의 표 5에 나타낸 바와 같다.As shown in Table 4, the mutant strain 'ara-89' had almost similar cell growth and xylitol production concentrations compared to the control strain, but the production concentration of arabitol was reduced by 65% compared to the original strain. In order to measure the enzyme activity of the mutant ara-89, 50 ml of arabitol-producing medium (arabinose 20g / L, glycerol 20g / L, yeast extract 10g / L) was inoculated and incubated for 12 hours, and then 50mM potassium phosphate ( After the cells were resuspended in potassium phosphate buffer, sonication was repeated 5 times for 20 seconds, and the cells were crushed and centrifuged, and the supernant was transferred to a 1.5 ml tube. The activity of xylose reductase and arabinose reductase was measured using enzyme stock, coenzyme 0.2 mM NADPH, and xylose and arabinose as substrates. The enzyme activity was analyzed by measuring the rate of change of absorbance at 340 nm using a spectrophotometer (Shimadzu, Japan). The results are shown in Table 5 below.

아라비톨의 생성이 억제된 돌연변이주의 자일로스 및 아라비노스 환원효소 활성 분석Analysis of Xylose and Arabinos Reductase Activity of Mutant Strains with Inhibition of Arabbitol Production 돌연변이주Mutant 자일로스환원효소 활성 (mU)Xylose Reductase Activity (mU) 아라비노스환원효소 활성 (mU)Arabinose reductase activity (mU) 원균주Won Kyun 324.9324.9 354.7354.7 ara-89ara-89 317.5317.5 131.2131.2

[표 5]의 결과에 따르면, 돌연변이주 ara-89는 원균주에 비하여 자일로스를 자일리톨로 전환시키는 자일로스 환원효소의 활성은 원균주와 동일한 반면, 아라비노스를 아라비톨로 전환시키는 아라비노스 환원효소의 활성은 63% 감소되었다.According to the results of Table 5, mutant ara-89 has the same activity of xylose reductase that converts xylose to xylitol as compared to the original strain, whereas arabinose reduction that converts arabinose to arabitol is the same as that of the original strain. The activity of the enzyme was reduced by 63%.

최종 선별된 아라비노스 환원효소의 활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스(C.tropicalis)돌연변이주 ara-89는 국제 미생물 기탁기관인 KCTC에 2007년 6월 12일 부로 기탁되었다(KCTC 11136bp).Candida C.tropicalis mutant ara-89, which inhibited the activity of the finally selected arabinose reductase, was deposited on June 12, 2007 to KCTC, an international microbial deposit institution (KCTC 11136bp).

<실시예 5>Example 5

아라비톨 생성이 억제된 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 YM 배지(포도당 20g/L, 효모 추출물 3g/L, malt extract 3g/L, bacto-peptone 5g/L) 3㎖에 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양기에서 12시간 동안 배양한 다음, 배양액 1㎖를 YM 배지 50㎖에 다시 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양기에서 12시간 동안 배양하였다. Ara-89 (KCTC 11136 bp) with suppressed arabitol production was inoculated in 3 ml of YM medium (20 g / L glucose, 3 g / L yeast extract, 3 g / L malt extract, 5 g / L bacto-peptone), 30 After incubation for 12 hours in a shaker at 200rpm at ℃, 1ml culture medium was inoculated again in 50ml of YM medium, and incubated for 12 hours in shaker at 30rpm at 200 ℃.

이어, 위 배양액 50㎖를, 옥수수속대 가수분해물을 이용한 자일리톨 생산배지 (자일로스 50g/L, 포도당 3.3g/L, 아라비노스 6.7g/L, 글리세롤 20g/L, 효모 출출물 10g/L, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 5g/L 및 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 0.2g/L, pH 4.5) 1.0ℓ가 든 발효조에 접종하고, 30℃에서 500rpm으로 교반시키면서 배양하였다. 배양 12시간부터 가수분해물을 이용한 유가배양액(feeding solution)(자일로스 460g/L, 포도당 30.4g/L, 아라비노스 61.6g/L, 글리세롤 138g/L)을 첨가하여 배지내의 자일로스 농도가 100g/L 이하가 되도록 조절하며 72시간동안 유가식 배양을 수행하였다. 시간의 경과에 따른 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 변화를 측정하였다. 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 측정은 실시예 1에 기술된 것과 동일하게 측정하였다. 결과는 아래의 표 6에 나타낸 바와 같다.Subsequently, 50 ml of gastric culture solution was prepared using a xylitol production medium using corncob hydrolysate (xylose 50g / L, glucose 3.3g / L, arabinose 6.7g / L, glycerol 20g / L, yeast extract 10g / L, phosphoric acid). 5 g / L potassium dihydrogen (KH 2 PO 4 ) and 1.0 L of magnesium sulfate (MgSO 4 · 7H 2 O), pH 4.5) were inoculated into a fermenter and incubated with stirring at 30 ° C. at 500 rpm. From 12 hours of cultivation, a feeding solution using hydrolyzate (xylose 460g / L, glucose 30.4g / L, arabinose 61.6g / L, glycerol 138g / L) was added and the concentration of xylose in the medium was 100g /. The fed-batch culture was performed for 72 hours while adjusting to below L. Changes in dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations over time were measured. The measurement of dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations was determined in the same manner as described in Example 1. The results are shown in Table 6 below.

아라비톨 생산이 억제된 캔디다 트로피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 이용하여 유가식 배양법(fed-batch culture)으로 자일리톨을 생산한 결과Xylitol was produced by fed-batch culture using ara-89 (KCTC 11136bp), a Candida Tropicalis mutant strain that suppressed arabitol production 시간(h)Hours (h) 건조균체 농도 (g/L)Dry cell concentration (g / L) 자일로스 농도 (g/L)Xylose Concentration (g / L) 글리세롤 농도 (g/L)Glycerol Concentration (g / L) 아라비노스 농도 (g/L)Arabinose concentration (g / L) 아라비톨 농도 (g/L)Arabitol concentration (g / L) 자일리톨 농도 (g/L)Xylitol Concentration (g / L) 00 0.70.7 50.050.0 20.020.0 6.76.7 0.00.0 0.00.0 1212 16.316.3 26.126.1 9.29.2 5.55.5 0.20.2 22.722.7 2424 25.125.1 28.128.1 12.512.5 12.812.8 1.31.3 90.990.9 3636 28.728.7 26.026.0 10.410.4 16.416.4 1.91.9 137.6137.6 4848 28.928.9 12.212.2 8.58.5 18.418.4 2.42.4 169.5169.5 6060 29.129.1 13.513.5 7.67.6 20.220.2 3.03.0 175.0175.0 7272 29.029.0 5.85.8 3.33.3 23.723.7 4.24.2 201.3201.3

표 6의 결과에 따르면, 새로운 돌연변이균주를 이용하여 유가식 배양을 통해 자일리톨을 생산한 결과 72시간동안 201.3g/L의 자일리톨이 생산되었으며, 이 때 자일리톨의 생산수율은 97%, 생산성은 2.80g/L/h였다. 옥수수속대 가수분해물의 성분인 포도당은 세포 배양과정에서 완전히 소모되었고, 총 첨가된 아라비노스 27.9g/L 중 85%에 해당되는 23.7g/L는 아라비노스로 남아있었고 15%에 해당되는 4.2g/L는 아라비톨로 전환되었다. 최종 자일리톨 농도 201.3g/L에 대한 최종 아라비톨의 농도 4.2g/L의 비율은 100 : 2.1 였으며 이는 원균주에 비해 아라비톨 생성량이 65% 감소된 결과였다.   According to the results of Table 6, the production of xylitol through fed-batch culture using the new mutant strain produced 201.3 g / L of xylitol for 72 hours, wherein the yield of xylitol was 97% and the productivity was 2.80 g. / L / h. Glucose, a component of corncob hydrolyzate, was completely consumed in the cell culture process, and 23.7 g / L of 85% of 27.9 g / L of arabinos added remained as arabinose and 4.2 g / 15 of 15%. L was converted to arabitol. The ratio of the final arabitol concentration of 4.2 g / L to the final xylitol concentration of 201.3 g / L was 100: 2.1.

또한, 원균주와 비교했을 때 자일리톨 생산성이 5% 향상되었는데 이것은 아라비톨을 생성에 필요한 NADPH가 아라비톨 생성이 억제된 부분만큼 추가적으로 자일리톨 생성에 이용된 것으로 설명될 수 있다. 이와 같이 새로 개발된 아라비노스 환원효소 활성이 억제된 자일리톨 생산균주를 이용하여 자일리톨 정제 및 결정화에 방해되는 부산물인 아라비톨의 생성이 현저히 억제된 고수율, 고생산성의 효율적인 자일리톨 생산공정을 완성시킬 수 있었다. In addition, xylitol productivity was improved by 5% compared to the original strain, which can be explained by the fact that NADPH required for producing arabitol was used to generate xylitol additionally as much as the portion where arabitol was suppressed. By using the newly developed xylitol producing strain with suppressed arabinose reductase activity, it is possible to complete a high-yield, high-productivity and efficient xylitol production process that significantly suppresses the production of arabitol, a byproduct that interferes with xylitol purification and crystallization. there was.

<실시예 6><Example 6>

아라비톨 생성이 억제된 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 YM 배지(포도당 20g/L, 효모 추출물 3g/L, malt extract 3g/L, bacto-peptone 5g/L) 3㎖에 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양기에서 12시간 동안 배양한 다음, 배양액 1㎖를 YM 배지 50㎖에 다시 접종하고, 30℃에서 200rpm으로 진탕배양기에서 12시간 동안 배양하였다. Ara-89 (KCTC 11136 bp) with suppressed arabitol production was inoculated in 3 ml of YM medium (20 g / L glucose, 3 g / L yeast extract, 3 g / L malt extract, 5 g / L bacto-peptone), 30 After incubation for 12 hours in a shaker at 200rpm at ℃, 1ml culture medium was inoculated again in 50ml of YM medium, and incubated for 12 hours in shaker at 30rpm at 200 ℃.

이어, 위 배양액 50㎖를, 사탕수수 바가스(bagasse of sugarcane) 가수분해물을 이용한 자일리톨 생산배지 (자일로스 50g/L, 포도당 5.2g/L, 아라비노스 3.8g/L, 글리세롤 20g/L, 효모 추출물 10g/L, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 5g/L 및 황산마그네슘(MgSO4·7H2O) 0.2g/L, pH 4.5) 1.0ℓ가 든 발효조에 접종하고, 30℃에서 500rpm으로 교반시키면서 배양하였다. 배양시 용존산소농도는 5% 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 배양 9시간부터 가수분해물을 이용한 유가배양액(feeding solution) (자일로스 460g/L, 포도당 47.8g/L, 아라비노스 35.4g/L, 글리세롤 121g/L)을 첨가하여 배지 내의 자일로스 농도가 100g/L 이하가 되도록 조절하며 72시간 동안 유가배양을 수행하였다. 시간의 경과에 따른 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 변화를 측정하였다. 건조균체농도(dry cell weight), 자일로스, 포도당, 아라비노스, 글리세롤, 및 자일리톨 농도의 측정은 실시예 1에 기술된 것과 동일하게 측정하였다. 결과는 아래의 표 7에 나타낸 바와 같다.Subsequently, 50 ml of the above culture broth, xylitol production medium using a hydrolyzate of bagasse of sugarcane (xylose 50g / L, glucose 5.2g / L, arabinose 3.8g / L, glycerol 20g / L, yeast 10 g / L of extract, 5 g / L potassium dihydrogen phosphate (KH 2 PO 4 ) and 0.2 g / L magnesium sulfate (MgSO 4 · 7H 2 O) 0.2 g / L, pH 4.5) were inoculated into a fermenter containing 1.0 l, and 500 rpm at 30 ° C. Incubated with stirring. Dissolved oxygen concentration during the culture is preferably maintained at 5% or more. From 9 hours of incubation, the feeding solution using hydrolyzate (xylose 460g / L, glucose 47.8g / L, arabinose 35.4g / L, glycerol 121g / L) was added and the concentration of xylose in the medium was 100g /. Oil culture was carried out for 72 hours while adjusting to below L. Changes in dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations over time were measured. The measurement of dry cell weight, xylose, glucose, arabinose, glycerol, and xylitol concentrations was determined in the same manner as described in Example 1. The results are shown in Table 7 below.

아라비톨 생산이 억제된 캔디다 트로피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)와 사탕수수 바가스를 이용하여 유가식배양(fed-batch culture)으로 자일리톨을 생산한 결과Production of xylitol in fed-batch culture using candida tropicalis mutant ara-89 (KCTC 11136bp) and sugar cane vargas with suppressed arabitol production 시간(h)Hours (h) 건조균 농도(g/L)Dry bacteria concentration (g / L) 자일로스 농도(g/L)Xylose Concentration (g / L) 글리세롤 농도(g/L)Glycerol Concentration (g / L) 아라비노스 농도(g/L)Arabinose concentration (g / L) 아라비톨 농도(g/L)Arabitol concentration (g / L) 자일리톨 농도(g/L)Xylitol Concentration (g / L) 00 0.90.9 50.050.0 20.020.0 3.83.8 0.00.0 0.00.0 1212 21.021.0 52.352.3 18.818.8 4.14.1 0.00.0 15.415.4 2424 28.928.9 57.357.3 16.716.7 6.76.7 0.70.7 84.584.5 3636 31.431.4 38.038.0 13.113.1 8.88.8 1.21.2 128.9128.9 4848 32.132.1 17.617.6 10.510.5 11.111.1 1.71.7 168.8168.8 6060 32.032.0 9.59.5 7.27.2 12.812.8 1.91.9 181.4181.4 7272 31.831.8 3.43.4 5.55.5 13.913.9 2.12.1 203.2203.2

표 7의 결과에 따르면, 새로운 돌연변이균주를 이용하여 유가식 배양을 통해 자일리톨을 생산한 결과 72시간동안 203.2g/L의 자일리톨이 생산되었으며, 이 때 자일리톨의 생산수율은 97%, 생산성은 2.82g/L/h였다. 사탕수수 바가스 가수분해물의 성분인 포도당은 세포 배양과정에서 완전히 소모되었고, 총 첨가된 아라비노스 16.0g/L 중 87%에 해당되는 13.9g/L는 아라비노스로 남아있었고 11%에 해당되는 2.1g/L는 아라비톨로 전환되었다. 최종 자일리톨 농도 203.2g/L에 대한 최종 아라비톨의 농도 2.1g/L의 비율은 100 : 1.0 였다. According to the results of Table 7, the production of xylitol through fed-batch culture using the new mutant strain produced 203.2 g / L xylitol for 72 hours, at which the yield of xylitol was 97% and the productivity was 2.82 g. / L / h. Glucose, a component of sugarcane vargas hydrolysates, was completely consumed in the cell culture process, and 13.9 g / L of 87% of the total added arabinose 16.0 g / L remained arabinose and 11% of 2.1. g / L was converted to arabitol. The ratio of the final arabitol concentration 2.1 g / L to the final xylitol concentration 203.2 g / L was 100: 1.0.

또한, 사탕수수 바가스 가수분해물은 옥수수속대 가수분해물에 비해 아라비노스 함량이 43% 낮아 아라비톨 생성량도 50% 감소되었을 뿐 아니라, 포도당 함량이 높아 탄소원인 글리세롤의 소모량이 감소되어 생산비용이 감소되는 장점도 있다.In addition, the sugar cane vargas hydrolyzate has a 43% lower arabinos content than the corncob hydrolyzate, resulting in a 50% reduction in arabitol production. There is also an advantage.

이와 같이 본 발명에 의해 자일리톨 탈수소효소가 불활화되고 아라비톨 환원효소활성이 억제된 캔디다 트로피칼리스 변이주를 자일리톨 생산에 이용함으로써 자일리톨에서 자일룰로스의 전환을 억제하여 부산물인 아라비톨의 생성을 억제하고, 바이오매스 가수분해물을 기질로 이용하고 또한 유가식 배양법을 이용함으로써 고수율, 고생산성의 효율적인 자일리톨 생산공정을 완성시킬 수 있다. 또한 기존의 미생물을 이용한 자일리톨 생산방법에서 필수적인 조건이었던 산소공급제한을 통한 낮은 용존산소농도 조절을 할 필요가 없어 더욱 간소하고 경제적이며 안전한 친환경적 자일리톨 생산공정으로 응용될 수 있다. Thus, by using the Candida tropical mutant strain inactivated xylitol dehydrogenase and suppressed arabitol reductase activity in the xylitol production by inhibiting the conversion of xylulose in xylitol to suppress the production of by-product arabitol By using the biomass hydrolyzate as a substrate and by the fed-batch culture method, an efficient xylitol production process with high yield and high productivity can be completed. In addition, it is not necessary to control the low dissolved oxygen concentration through the oxygen supply restriction, which was an essential condition in the conventional xylitol production method using microorganisms, so it can be applied as a more simple, economical and safe environment-friendly xylitol production process.

한국등록특허공보 제 10-0643793호에서는 신규 응집성 효모 캔디다 트로피칼리스 HY200을 생산균주로 하고 반복 회분식 배양방법을 이용하여 자일리톨을 생산하기 위해 최적의 조건을 동반한 생산방법에 관해 제시하고 있으나, 본 발명은 자일리톨 생산에 관여하는 효소의 유전자를 근본적으로 디스트럽션(distruption)하거나 활성을 억제함으로써 별도의 추가공정이나 최적 조건을 동반함이 없이도 고수율의 자일리톨을 생산할 수 있다.Korean Patent Publication No. 10-0643793 discloses a production method with optimum conditions for producing xylitol using a novel coherent yeast Candida Tropicalis HY200 as a production strain and using a repeated batch culture method. By fundamentally disrupting or inhibiting the genes of enzymes involved in the production of xylitol, high yields of xylitol can be produced without any additional process or optimization.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified and changed by those skilled in the art, which should be considered as being included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. will be.

도 1은 자일리톨 생산균주에 의한 자일로스 및 아라비노스의 대사흐름도 1 is a metabolic flow chart of xylose and arabinose by xylitol producing strains

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 작제하기 위한 형질전환 pXYL2-Ura3 벡터의 유전자 지도Figure 2 is a genetic map of the transformed pXYL2-Ura3 vector for constructing the Candida tropical mutants BS-xdh1 (KCTC 11137bp) inactivated xylitol dehydrogenase according to a preferred embodiment of the present invention

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 캔디다 트로피칼리스 변이주(KCTC 11136bp)를 이용하여 자일리톨을 생산하는 방법을 나타낸 공정도Figure 3 is a process diagram showing a method for producing xylitol using a Candida tropical strain (KCTC 11136bp) according to a preferred embodiment of the present invention

<110> Korean Advanced Institute of Science and Technology LPBio Co.Ltd <120> Xylitol dehydrogenase-inactivated and arabinose reductase-inhibited mutant of Candida tropicalis, method of producing high-yield of xylitol using the same and hydrolyzate, and xylitol produced therby. <130> DPP-2007-0141-KR <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 aatggtcttg ggtcacgaat cc 22 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 gctctgacca agtcgtaggc ttc 23 <110> Korean Advanced Institute of Science and Technology          LPBio Co.Ltd <120> Xylitol dehydrogenase-inactivated and arabinose          reductase-inhibited mutant of Candida tropicalis, method of          producing high-yield of xylitol using the same and hydrolyzate,          and xylitol produced therby. <130> DPP-2007-0141-KR <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 aatggtcttg ggtcacgaat cc 22 <210> 2 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 gctctgacca agtcgtaggc ttc 23  

Claims (13)

자일리톨 탈수소효소가 불활화된 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 생산균주로 이용하는 자일리톨 생산방법에 있어서, In the xylitol production method using xylitol dehydrogenase-inactivated Candida Tropicalis mutant BS-xdh1 (KCTC 11137bp) as a production strain, (a)바이오매스 가수분해물을 기질로서 첨가한 자일리톨 생산배지를 만드는 단계;및(a) making a xylitol production medium with the biomass hydrolyzate added as a substrate; and (b)상기 생산배지에 상기 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)를 접종한 후, 용존산소농도를 0.5 % 내지 2 %의 낮은 농도로 조절하는 별도의 공정없이 충분히 통기(agitation)하여 배양하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법(b) inoculating the mutant strain BS-xdh1 (KCTC 11137bp) on the production medium, followed by culturing with sufficient agitation without a separate process of adjusting the dissolved oxygen concentration to a low concentration of 0.5% to 2%; Xylitol high yield production method comprising a 제 1항에 있어서, 상기 생산배지 내의 산소농도는:The method of claim 1, wherein the oxygen concentration in the production medium is: 5 % 이상인 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method, characterized in that more than 5% 제 1항에 있어서, 자일리톨 고수율 생산방법은:The method of claim 1 wherein the xylitol high yield production method is: 상기 바이오매스 가수분해물과 탄소원의 혼합물을 유가배양액(feeding solution)으로 하여 유가식 배양(fed-batch culture)하는 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method characterized in that the fed-batch culture using a mixture of the biomass hydrolyzate and carbon source as a feed solution (feeding solution) 제 1항에 있어서, 상기 바이오매스의 가수분해물은:The hydrolyzate of claim 1, wherein the hydrolyzate of the biomass is: 옥수수속대 가수분해물, 사탕수수속대 가수분해물, 코코넛 부산물, 자작나무의 가수분해물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법 Xylitol high yield production method characterized in that any one of the hydrolysates of corncob, sugar cane hydrolyzate, coconut by-product, hydrolyzate of birch 제 3항에 있어서, 상기 탄소원은:The method of claim 3, wherein the carbon source is: 글리세롤인 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method characterized in that the glycerol 자일리톨 탈수소효소를 불활화한 캔디다 트로피칼리스 변이주 BS-xdh1(KCTC 11137bp)로부터 EMS(Methanesulfonic acid ethylester)처리하여 돌연변이 유발법(random mutagenesis)에 의해 선별된 아라비노스를 아라비톨로 전환시키는 아라비노스의 환원효소 활성이 억제된 캔디다 트롭피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)Reduction of arabinose that converts arabinose to arabitol by mutagenesis by treatment with EMS (Methanesulfonic acid ethylester) from Candida Tropicalis mutant BS-xdh1 (KCTC 11137bp) inactivated xylitol dehydrogenase Candida tropicicalis mutant ara-89 (KCTC 11136bp) 제 6항의 캔디다 트로피칼리스 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 생산균주로 이용하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method using the Candida tropicalis mutant ara-89 (KCTC 11136bp) of claim 6 as a production strain 제 7항에 있어서, 자일리톨 고수율 생산방법은:The method of claim 7 wherein the xylitol high yield production method is: (a)바이오매스 가수분해물을 기질로서 첨가한 자일리톨 생산배지를 만드는 단계;및(a) making a xylitol production medium with the biomass hydrolyzate added as a substrate; and (b)상기 생산배지에 상기 돌연변이주 ara-89(KCTC 11136bp)를 접종한 후, 용존산소농도를 0.5 % 내지 2 %의 낮은 농도로 조절하는 별도의 공정없이 충분히 통 기(agitation)하여 배양하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법(b) inoculating the production medium with the mutant ara-89 (KCTC 11136 bp), and then cultured by sufficiently agitation without a separate process of adjusting the dissolved oxygen concentration to a low concentration of 0.5% to 2%. Xylitol high yield production method comprising the; 제 8항에 있어서, 상기 생산배지 내의 용존산소농도는:The method of claim 8 wherein the dissolved oxygen concentration in the production medium is: 5 % 이상인 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method, characterized in that more than 5% 제 8항에 있어서, 자일리톨 고수율 생산방법은:The method of claim 8 wherein the xylitol high yield production method is: 상기 바이오매스 가수분해물과 탄소원의 혼합물을 유가배양액(feeding solution)으로 하여 유가식 배양(fed-batch culture)하는 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method characterized in that the fed-batch culture using a mixture of the biomass hydrolyzate and carbon source as a feed solution (feeding solution) 제 8항에 있어서, 상기 바이오매스 가수분해물은:The method of claim 8, wherein the biomass hydrolyzate is: 옥수수속대 가수분해물, 사탕수수속대 가수분해물, 코코넛 부산물, 자작나무의 가수분해물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법 Xylitol high yield production method characterized in that any one of the hydrolysates of corncob, sugar cane hydrolyzate, coconut by-product, hydrolyzate of birch 제 10항에 있어서, 상기 탄소원은:The method of claim 10, wherein the carbon source is: 글리세롤인 것을 특징으로 하는 자일리톨 고수율 생산방법Xylitol high yield production method characterized in that the glycerol 제 1항 내지 제 5항 및 제 7항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 생산된 것을 특징으로 하는 자일리톨Xylitol produced by the method according to any one of claims 1 to 5 and 7 to 12.
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