KR20120061470A - Mutants of Lactobacillus paracasei with Improved Glucose Tolerance and Acid Tolerance and their Uses - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A Lactobacillus paracasei mutant strain and a method for preparing the same are provided to improve sugar tolerance and acid resistance and to enhance lactic acid yield. CONSTITUTION: A Lactobacillus paracasei mutant strain has enhanced glucose tolerance and acid resistance comparing to wild type and grows in a medium containing 100-250 g/L of glucose and 20-200 g/L of lactic acid. The mutant stain is DSLA 6912(deposit number KCTC 11808BP) strain. A method for producing the mutant strain comprises: a step of culturing Lactobacillus paracasei strain in a medium; and a step of adding MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) to the medium. A composition for producing lactic acid contains the mutant strain. A method for producing lactic acid comprises a step of culturing the mutant strain in a medium containing carbon source, energy source, and nitrogen source.

Description

내당성 및 내산성이 향상된 락토바실러스 파라카제이 변이주 및 그의 용도 {Mutants of Lactobacillus paracasei with Improved Glucose Tolerance and Acid Tolerance and their Uses}Mutants of Lactobacillus paracasei with Improved Glucose Tolerance and Acid Tolerance and their Uses

본 발명은 내당성 및 내산성이 향상되고 젖산 생산수율이 증가된 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei) 변이주, 그 생산방법 및 이를 이용한 젖산 생산방법에 관한 것이다.
The invention improves the feasibility and in the acid resistance and lactic acid production yield is increased by the Lactobacillus para casei (Lactobacillus paracasei ) The present invention relates to a mutant strain , a method of producing the same, and a method of producing lactic acid using the same.

젖산(Lactic acid)은 자연적으로 광범위하게 존재하는 유기산으로서 거울이성질체 관계인 D형 젖산과 L형 젖산이 존재하며, 일반적으로 생물체에는 동시에 혼재하고 동물성 식품이 식물성 식품 대비 젖산 함량이 높다. 또한 젖산은 요구르트, 버터, 치즈, 김치, 된장 및 간장 등의 발효식품 또는 전통 절임식품 등을 비롯한 많은 식품들에 존재하며 섭취되어 왔다. 일반적으로 젖산은 식품 보존제, 향미제, 산미제, pH 조정제, 흡습제, 세정제, 투석액, 용매, 빈혈치료제, 여드름치료제 및 생분해성 플라스틱(바이오 플라스틱) 중 하나인 폴리젖산(Polylactic acid, PLA)의 원료 등의 다양한 용도로 식품, 화장품, 의약품, 화학약품, 금속, 전자, 직물, 염색, 페인트 및 피혁 공업 등 여러 산업 분야에 널리 사용되고 있어 그 중요성이 증가되고 있다.Lactic acid (Lactic acid) is an organic acid that exists naturally in a wide range of naturally occurring enantiomeric D-type and L-type lactic acid, and is generally mixed with living organisms, and animal foods have a higher lactic acid content than vegetable foods. Lactic acid is also present and consumed in many foods, including fermented foods such as yogurt, butter, cheese, kimchi, soybean paste and soy sauce, or traditional pickles. In general, lactic acid is a raw material of polylactic acid (PLA), which is one of food preservatives, flavoring agents, acidifying agents, pH adjusting agents, hygroscopic agents, cleaning agents, dialysis solutions, solvents, anemia treatment agents, acne treatment agents and biodegradable plastics (bioplastics). It is widely used in various industries such as food, cosmetics, pharmaceuticals, chemicals, metals, electronics, textiles, dyeing, paint and leather industries for various uses, and the importance thereof is increasing.

최근 수요가 증가되는 분야인 생분해성 플라스틱 중 하나인 폴리젖산은 광학적 순도가 높은 D형 젖산과 L형 젖산으로 생산할 경우 용융점과 강도가 높아진다. 이러한 특징으로 인해 폴리젖산의 원료로 사용되는 젖산의 경우 광학적 순도가 중요하다.Polylactic acid, one of biodegradable plastics, which has recently been in increasing demand, has higher melting point and higher strength when produced with optically pure D- and L-lactic acid. Due to these characteristics, optical purity is important for lactic acid used as a raw material of polylactic acid.

이처럼 산업적으로 매우 유용한 물질인 젖산을 생산하는 방법에는 석유화학적 합성법과 당을 기질로 한 미생물 발효공정에 위한 생물공학적 발효법이 있다. 석유화학적 합성법은 원유에서 유래한 에틸렌의 산화로 얻은 아세트알데히드를 시안화수소 첨가반응을 통해 락토니트릴로 만든 후, 증류 및 정제하여 산 가수분해로 젖산을 생산하는 공정이다. 생물공학적 발효법은 포도당, 전분, 당밀 등의 탄수화물을 기질로 하여 미생물을 이용한 발효공정을 통해 젖산을 생산하는 공정이다. 전자인 석유화학적 합성법은 후자인 생물공학적 발효법에 비해 간편하게 젖산을 생산할 수 있다는 장점이 있지만, D형 젖산 50%와 L형 젖산 50%로 구성된 라세믹 혼합물로서 그 혼합물 조성비를 조절할 수 없는 비활성인 DL형 젖산이 생산되며, 이 혼합물을 원료로 폴리젖산을 생산할 경우 상당히 용융점이 낮은 무정형의 고분자가 되어 사용 용도에 제한이 많다는 단점이 있다. 이에 비해 생물공학적 발효법은 미생물에 따라서 D형 젖산과 L형 젖산을 선택적으로 생산할 수 있다는 장점이 있다. 예를 들면, 락토바실러스 불가리쿠스, 류코노스톡 메센테로이데스 등의 미생물은 D형 젖산을 주로 생산하며, 락토바실러스 파라카제이, 엔테로코커스 피칼리스 등의 미생물은 L형 젖산을 주로 생산하는 것으로 알려져 있다. 더불어 석유화학에너지 고갈로 해마다 요동을 치는 국제유가와 환경오염으로 인한 지구온난화와 같은 이상기후 등을 극복하고자 최근 환경 친화적 노력이 세계적으로 추진되고 있는 점도 생물공학적 발효법이 선호되는 이유이다. 하지만 기질인 당과 생산물인 젖산에 의한 미생물 생육 저해 현상으로 인한 생산성 감소는 해결되어야 할 과제이다.The production of lactic acid, a very industrially useful substance, includes petrochemical synthesis and biotechnological fermentation for sugar-based microbial fermentation. Petrochemical synthesis is a process in which acetaldehyde obtained by oxidation of ethylene derived from crude oil is made into lactonitrile through hydrogen cyanide addition, followed by distillation and purification to produce lactic acid by acid hydrolysis. Biotechnological fermentation is a process of producing lactic acid through a fermentation process using microorganisms based on carbohydrates such as glucose, starch and molasses. The former petrochemical synthesis method has the advantage of easily producing lactic acid compared to the latter biotechnological fermentation method, but it is a racemic mixture composed of 50% D-lactic acid and 50% L-lactic acid. Type lactic acid is produced, and polylactic acid is produced from this mixture as a raw material, which has a disadvantage in that it is a very low melting point amorphous polymer, which has many limitations in use. In comparison, the biotechnological fermentation method has the advantage of selectively producing D-type and L-type lactic acid according to microorganisms. For example, Lactobacillus Bulgari Syracuse, Ryu Kawano Stock microorganisms such mesen teroyi Death is mainly producing D-type lactic acid, Lactobacillus Para casei, Enterococcus Microorganisms such as Picalis are known to mainly produce L-lactic acid. In addition, biotech fermentation is the preferred method in which environmentally friendly efforts are being promoted globally to overcome international oil prices that fluctuate every year due to petrochemical energy depletion and global climate warming caused by environmental pollution. However, the reduction of productivity due to the inhibition of microbial growth by the substrate sugar and lactic acid production is a problem to be solved.

젖산을 고효율로 생산하기 위한 기술적 개발은 오랫동안 꾸준히 이루어져 왔다. 젖산을 고효율로 생산하는 것과 관련된 기술에는 내당성과 내산성을 향상시킨 엔테로코커스 에스피 . 알케이와이1 KCTC 8890P를 이용한 젖산 생산 방법(대한민국 특허출원공개공보 제2001-0008380호), 된장에서 분리한 락토바실러스 에스피 . 알케이와이2 KCTC 10353BP를 이용한 젖산 생산 방법(대한민국 특허 제0453758호), 김치에서 분리한 락토바실러스 파라카제이 KCCM10542를 이용한 젖산 생산 방법(대한민국 특허 제0517065호), 자연계에서 분리한 락토바실러스 카제이 서브스페시스 람노서스 KCTC 0084BP를 이용한 젖산 생산 방법(대한민국 특허 제 0113816호), 자연으로부터 얻어지는 오탄당, 육탄당으로부터 젖산을 고효율로 생산하는 유기체를 신규 분리하여 산업적으로 이용하기 위한 방법(미국특허US7098009호)이 제시된 바 있다. 또한, 젖산 생산에 있어서 원가부담을 줄이기 위해 저렴한 바이오매스를 이용한 발효 방법에 대한 기술에는 타피오카 전분(대한민국 특허출원공개공보 제 2005-0010986호), 밀기울(대한민국 특허 제 0454597호), 쌀겨(대한민국 특허 제 0490953호), 목질계 당화액(대한민국 특허출원공개공보 제 2003-0008187호) 등이 제시된 바 있다.
The technical development for producing lactic acid with high efficiency has been steadily for a long time. There technology relating to the production of lactic acid with high efficiency with improved naedang Enterococcus and Lactococcus acid Esp . Alkawai 1 Lactic acid production method using KCTC 8890P (Korean Patent Application Publication No. 2001-0008380), Lactobacillus isolated from Doenjang Esp . Lactic acid production method using Al- Kwai 2 KCTC 10353BP (Korean Patent No. 0453758), Lactobacillus isolated from Kimchi Para car lactic acid production method using the KCCM10542 J. (Republic of Korea Patent No. 0517065), isolated from nature, Lactobacillus Kazei Subspecs A method for producing lactic acid using Rhamnosus KCTC 0084BP (Korean Patent No. 0113816), a method for newly separating and industrially using an organism that produces lactic acid with high efficiency from pentose sugar and hexose obtained from nature (US Patent US7098009) has been presented. There is a bar. In addition, techniques for fermentation using inexpensive biomass to reduce the cost burden in lactic acid production include tapioca starch (Korean Patent Application Publication No. 2005-0010986), wheat bran (Korean Patent No. 0454597), rice bran (Korean patent). No. 0490953), wood-based saccharification (Korean Patent Application Publication No. 2003-0008187), and the like.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly explained.

본 발명자들은 탄수화물로부터 L형 젖산을 생물공학적으로 고농도 및 고수율로 제조하는 젖산 생산균주를 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 락토바실러스 파라카제이 균주에 적합한 변이제(mutagen) 예컨대 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 내당성 및 내산성이 향상된 변이주를 제조하고, 이를 이용하는 경우에는 높은 수율로 젖산을 제조할 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors research efforts result to the high concentration of L-lactic acid from carbohydrate by biotechnological and that the development of lactic acid producing strains for producing in a high yield, Lactobacillus Paracazei Mutants suitable for strains such as M-N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) can be treated to prepare mutants with improved glucose and acid resistance, and when using them, lactic acid can be produced in high yield. The present invention has been completed by discovering that there is.

본 발명의 목적은 내당성 및 내산성이 향상되고 젖산 생산수율이 증가된 락토바실러스 파라카제이 변이주를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide within the feasibility and the acid resistance are improved and the yield of lactic acid production is increased by the Lactobacillus casei para mutants.

본 발명의 다른 목적은 내당성 및 내산성이 향상되고 젖산 생산수율이 증가된 락토바실러스 파라카제이 변이주의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to improve lactobacillus and acid resistance and to increase the yield of lactic acid lactobacillus It is to provide a method for preparing paracay mutant strains.

본 발명의 또 다른 목적은 젖산의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention to provide a method for producing lactic acid.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 야생형과 비교하여 내당성 및 내산성이 향상되고, 포도당 100g/L 내지250g/L 및 젖산 20g/L 내지 200g/L을 포함하는 배지에서 지속된 생육을 나타내며, 92-99.5%의 젖산 생산수율을 가지는 락토바실러스 파라카제이 변이주를 제공한다.
According to one aspect of the present invention, the present invention exhibits improved growth in glucose tolerance and acid resistance compared to wild type, and shows sustained growth in a medium containing 100 g / L to 250 g / L of glucose and 20 g / L to 200 g / L of lactic acid. , Lactobacillus with lactic acid production yield of 92-99.5% It provides a parametric casei mutants.

본 발명자들은 탄수화물로부터 L형 젖산을 생물공학적으로 고농도 및 고수율로 제조하는 젖산 생산균주를 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 락토바실러스 파라카제이 균주에 적합한 변이제(mutagen) 예컨대 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 내당성 및 내산성이 향상된 변이주를 제조하고, 이를 이용하는 경우에는 높은 수율로 젖산을 제조할 수 있음을 발견하였다.
The present inventors research efforts result to the high concentration of L-lactic acid from carbohydrate by biotechnological and that the development of lactic acid producing strains for producing in a high yield, Lactobacillus Paracazei Mutants suitable for strains such as M-N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) can be treated to prepare mutants with improved glucose and acid resistance, and when using them, lactic acid can be produced in high yield. It was found.

본 발명의 락토바실러스 파라카제이 변이주는 야생형과 비교하여 내당성 및 내산성이 향상된 특성을 나타낸다. 보다 상세하게는, 포도당 100g/L 내지250g/L의 높은 당 농도에서 지속된 생육을 나타내며, 젖산 20g/L 내지 200g/L의 높은 산 농도에서 지속된 생육을 나타낸다. Lactobacillus of the invention Paracazei The mutant strains exhibited improved glucose and acid resistance compared to wild type. More specifically, it shows sustained growth at high sugar concentrations of glucose 100 g / L to 250 g / L, and growth at high acid concentrations of lactic acid 20 g / L to 200 g / L.

본 발명의 락토바실러스 파라카제이 변이주를 언급하면서 사용되는 용어 “내당성”은 당업계의 통상적인 진탕배양(예컨대, 50mL 배양 플라스크 이용)에서 배양하는 경우 포도당 100g/L 내지 250g/L의 농도, 바람직하게는 포도당 110g/L 내지 150g/L의 농도, 보다 바람직하게는 포도당 120g/L의 농도에서 지속된 생육을 나타내는 배양학적 특성을 의미한다. 당업계의 통상적인 발효기(예컨대, 교반기 및 자동 pH 조절기 장착된 5L 발효기)에서 배양하는 경우 용어 “내당성”은 포도당 100g/L 내지 250g/L의 농도, 바람직하게는 포도당 180g/L 내지 230g/L의 농도, 보다 바람직하게는 포도당 200g/L의 농도에서 지속된 생육을 나타내는 배양학적 특성을 의미한다. Lactobacillus of the invention Paracazei The term “sugar resistance” as used to refer to mutant strains, when cultured in a conventional shaking culture in the art (eg using a 50 mL culture flask), ranges from 100 g / L to 250 g / L of glucose, preferably from 110 g / L to glucose. By cultivation characteristic, which indicates sustained growth at a concentration of 150 g / L, more preferably at a concentration of 120 g / L of glucose. When incubated in conventional fermenters of the art (e.g., 5L fermenters with stirrers and automatic pH regulators), the term "sugar tolerance" refers to a concentration of glucose from 100 g / L to 250 g / L, preferably from 180 g / L to 230 g / By the characteristic of culture, which indicates sustained growth at a concentration of L, more preferably at a concentration of 200 g / L of glucose.

본 발명의 락토바실러스 파라카제이 변이주를 언급하면서 사용되는 용어 “내산성”은 당업계의 통상적인 진탕배양(예컨대, 50mL 배양 플라스크 이용)에서 배양하는 경우 초기 배양 배지에 함유된 젖산 20g/L 내지 200g/L, 바람직하게는 젖산 20g/L 내지100g/L, 보다 바람직하게는 젖산 20g/L 내지 50g/L, 가장 바람직하게는 젖산 30g/L의 농도에서 지속된 생육을 나타내는 배양학적 특성을 의미한다. 당업계의 통상적인 발효기(예컨대, 교반기 및 자동 pH 조절기 장착된 5L 발효기)에서 배양하는 경우 용어 “내산성”은 젖산 20g/L 내지 200g/L, 바람직하게는 젖산 100g/L 내지 200g/L, 보다 바람직하게는 젖산 180g/L 내지 200g/L, 보다 더 바람직하게는 젖산 185g/L 내지 200g/L의 농도에서 지속된 생육을 나타내는 배양학적 특성을 의미한다. Lactobacillus of the invention Paracazei The term “acid resistance” as used to refer to mutant strains refers to 20 g / L to 200 g / L lactic acid, preferably 20 g lactic acid, contained in the initial culture medium when cultured in a conventional shake culture (eg using a 50 mL culture flask) in the art. / L to 100 g / L, more preferably from 20 g / L to 50 g / L of lactic acid, most preferably from 30 g / L of lactic acid. The term “acid resistance” when incubated in conventional fermenters of the art (eg, 5 L fermenters with stirrers and automatic pH regulators) refers to lactic acid 20 g / L to 200 g / L, preferably lactic acid 100 g / L to 200 g / L, more Preferably it refers to a culture characteristic showing sustained growth at a concentration of 180 g / L to 200 g / L, even more preferably 185 g / L to 200 g / L lactic acid.

본 명세서에서 용어 “지속된 생육”은 고농도의 포도당 또는 젖산에 의해 미생물이 사멸되지 않고 생장의 중단 없이 계속적인 증식을 하는 배양학적 특성을 의미한다. 보다 상세하게는, 상기 용어는 젖산균의 통상적인 배양에 있어서 포도당 농도(예를 들어, 포도당 150g/L 내지 200g/L) 또는 젖산 농도(예를 들어, 젖산 150g/L 내지 200g/L)에서 젖산균이 나타내는 생장곡선에서 정지기(stationary phase) 최초 시점으로부터 사멸기(death phase) 최초 시점 사이의 시간, 즉 정지기의 시간(a period of time)과 비교하여, 상기 내당성 또는 내산성의 포도당 농도 및 젖산 농도에서의 배양에서 정지기의 시간이 50-100%, 바람직하게는 80-100%되는 것을 의미한다.As used herein, the term “sustained growth” refers to a cultivation characteristic in which microorganisms are not killed by high concentrations of glucose or lactic acid and continuous growth without interruption of growth. More specifically, the term refers to lactic acid bacteria at glucose concentrations (eg, glucose 150 g / L to 200 g / L) or lactate concentrations (eg, lactic acid 150 g / L to 200 g / L) in the conventional culture of lactic acid bacteria. In this growth curve, the glucose concentration or acid resistance glucose concentration and the time between the initial time of the stationary phase and the initial time of the death phase, that is, a period of time, and Mean incubation time at the lactate concentration is 50-100%, preferably 80-100%.

본 발명에서 젖산 생산수율은 탄소원 및 에너지원으로 사용된 포도당에 대한 젖산 생산량(중량/중량) 비율을 의미한다.Lactic acid production yield in the present invention means the ratio of lactic acid production (weight / weight) to glucose used as a carbon source and energy source.

본 발명에서 “젖산 생산수율이 증가된”이란 야생형 보다 젖산 생산수율이 높은 것을 의미하며, 바람직하게는 93%이상, 보다 바람직하게는 94%이상, 보다 더 바람직하게는 96%이상, 보다 더욱 더 바람직하게는 97%이상, 가장 바람직하게는 99.5%이상 젖산 수율이 증가된 것을 의미한다."Increased lactic acid production yield" in the present invention means higher lactic acid production yield than wild type, preferably 93% or more, more preferably 94% or more, even more preferably 96% or more, even more It means that the lactic acid yield is increased by more than 97%, most preferably 99.5% or more.

본 발명의 변이주를 제조하기 위해 이용되는 모균주는 락토바실러스 파라카제이 균주라면 제한없이 이용이 가능하나 L형 젖산 생산비율이 높은 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165 균주를 이용하는 것이 바람직하다. Lactobacillus strains used to prepare the mutant strains of the present invention Paracaze strains can be used without limitation, but Lactobacillus has a high L-lactic acid production rate. To use a para casei KCTC 13169, KCTC 3165 strains are preferred.

다음 단계를 포함하는 내당성, 내산성 및 젖산 생산수율이 증가된 락토바실러스 파라카제이 변이주의 제조방법: Lactobacillus with increased sugar resistance, acid resistance and lactic acid production yield including the following steps Paracazei Variation Notes

(a) 락토바실러스 파라카제이 균주를 배지에 배양시키는 단계; 및(a) Lactobacillus Paracazei Culturing the strain in the medium; And

(b) 상기 균주 배지에 MNNG(N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine)를 첨가하여 변이시켜 상기 단계 (a)의 락토바실러스 파라카제이 균주보다 증가된 내당성 및 내산성을 가지는 락토바실러스 파라카제이 변이주를 제조하는 단계.
(b) MNCG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) was added to the strain medium, followed by mutations, thereby reducing the Lactobacillus of step (a). Paracazei Preparing a para Lactobacillus casei mutants having an acid resistance and an increase in feasibility than the strain.

본 발명자들은 탄수화물로부터 L형 젖산을 생물공학적으로 고농도 및 고수율로 제조하는 젖산 생산 균주를 개발하기 위하여 연구 노력한 결과, 락토바실러스 파라카제이 균주에 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 내당성, 내산성 및 젖산 생산수율이 증가된 변이주를 제조하였다.The present inventors have conducted research to develop lactic acid-producing strains that produce L-type lactic acid from carbohydrates at high concentrations and high yields biotechnologically, resulting in Lactobacillus. Paracazei The strain was treated with MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) to prepare mutants with increased sugar resistance, acid resistance and lactic acid production yield.

본 발명에서 모균주로 이용하는 젖산균(Lactic acid bacteria) 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei) 균주 중 KCTC 13169는 최초 치아의 치은연하치태(subgingival dental plaque; 치아와 잇몸 사이 고랑에 낀 플라그)에서 분리한 균주이며, KCTC 3165는 최초 소아의 타액에서 분리한 균주로, 미생물자원센터(Biological Resource Center)로부터 분양받은 균주이다.Lactic acid (Lactic acid bacteria) used in the present invention as a parent strain Lactobacillus para casei (Lactobacillus paracasei) strain of KCTC 13169 is subgingival of the first tooth plaque; isolated from (subgingival dental plaque sandwiched plaque in the furrow between the teeth and gums) KCTC 3165 is a strain isolated from saliva of the first child, and is a strain distributed from a Biological Resource Center.

모균주에 돌연변이를 일으키기 위하여 공지의 방법을 이용하여(예컨대 락토바실러스 파라카제이 모균주에 돌연변이 유발원인 MNNG를 처리) 락토바실러스 파라카제이 변이주를 제조할 수 있다.By using a known method to produce a mutation in the parent strain (e.g. Lactobacillus casei para parent process MNNG mutagenesis cause the strain) Lactobacillus It can be prepared para casei mutants.

보다 바람직하게는 본 발명 락토바실러스 파라카제이 변이주는 모균주인 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165 균주에 돌연변이 유발원인 MNNG를 처리하고 야생형과 비교하여 내당성 및 내산성이 향상되고, 포도당 100g/L 내지250g/L 및 젖산 20g/L 내지 200g/L을 포함하는 배지에서 지속된 생육을 나타내며, 92% 내지 97%의 젖산 생산수율을 가지는 균주를 선별한 것을 말한다.More preferably, the present invention Lactobacillus casei para mutant parent strain of Lactobacillus Para casei KCTC 13169, and processes the mutagenesis causes MNNG in KCTC 3165 strains, and improved within the feasibility and acid resistance compared to the wild type, medium containing glucose 100g / L to 250g / L and lactic acid 20g / L to 200g / L It indicates the growth continued at, and refers to a strain having a lactic acid production yield of 92% to 97%.

본 발명에서 사용한 변이주를 제조하는 물질인 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)은 인간세포 및 그 외 동물세포에 대하여 발암을 일으키는 물질일 뿐만 아니라 박테리아에 대하여 DNA를 손상시켜 돌연변이를 일으키는 물질로 알려져 있다.(Pleven, C. et al, Glioblastomas and chemical mutagenesis in biology laboratories. Report of 3 deaths in the same institute(Fr.). Arch . Mal . Prof., 44: 411-418(1983); Martin, M.S. et al, Susceptibility of inbred rats to gastric and duodenal carcinomas induced by N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine. J. natl Cancer Inst., 53:837-840(1974);IARC Monographs, Suppl. 6:394-398(1987))MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine), a substance for preparing a mutant strain used in the present invention, is a substance that causes carcinogenesis in human cells and other animal cells, as well as mutations by damaging DNA against bacteria. It is known to cause (Pleven, C. et. al , Glioblastomas and chemical mutagenesis in biology laboratories. Report of 3 deaths in the same institute (Fr.). Arch . Mal . Prof. , 44: 411-418 (1983); Martin, MS et al , Susceptibility of inbred rats to gastric and duodenal carcinomas induced by N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine. J. natl Cancer Inst ., 53: 837-840 (1974); IARC Monographs, Suppl. 6: 394-398 (1987)

상기 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)의 화학 구조는 하기 화학식 1에 나타내었다.The chemical structure of the MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) is shown in the following formula (1).

화학식 1Formula 1

Figure pat00001

Figure pat00001

본 발명의 다른 양태에 따르면, 다음 단계를 포함하는 내당성, 내산성 및 젖산 생산수율이 증가된 락토바실러스 파라카제이 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing Lactobacillus paracasei, which has increased sugar resistance, acid resistance, and lactic acid production yield, comprising the following steps.

(a) 락토바실러스 파라카제이 균주를 배지에 배양시키는 단계; 및 (a) Lactobacillus Paracazei Culturing the strain in the medium; And

(b) 상기 균주 배지에 MNNG(N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine)를 첨가하여 변이시켜 상기 (a)의 락토바실러스 파라카제이 균주보다 증가된 내당성 및 내산성을 가지는 락토바실러스 파라카제이 변이주를 제조하는 단계.(b) by adding MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) to the strain medium and mutating the Lactobacillus of (a) Lactobacillus having the feasibility and acid resistance in an increased para casei strain Preparing a para casei mutants.

본 발명에서 젖산 생산수율은 탄소원 및 에너지원으로 사용된 포도당에 대한 젖산 생산량(중량/중량) 비율을 의미한다.Lactic acid production yield in the present invention means the ratio of lactic acid production (weight / weight) to glucose used as a carbon source and energy source.

본 발명에서 “젖산 생산수율이 증가된”이란 야생형 보다 젖산 생산수율이 높은 것을 의미하며, 바람직하게는 93%이상, 보다 바람직하게는 94%이상, 보다 더 바람직하게는 95%이상, 보다 더욱 더 바람직하게는 96%이상, 가장 바람직하게는 97%이상 젖산 생산수율이 증가된 것을 의미한다.In the present invention, "lactic acid production yield is increased" means higher lactic acid production yield than wild type, preferably 93% or more, more preferably 94% or more, even more preferably 95% or more, even more It means that the lactic acid production yield is preferably increased at least 96%, most preferably at least 97%.

본 발명에서 상기 단계 (a)에서의 배지는 락토바실러스 균주의 배양에 이용되는 어떠한 배지도 포함하나, 바람직하게는 MRS(deMan Rogosa Sharpe) 브로스 배지, APT (All Purpose with Tween) 배지 또는 BHI (Brain Heart Infusion) 배지이며, 가장 바람직하게는 MRS 브로스 배지를 사용할 수 있다.In the present invention, the medium in step (a) includes any medium used for culturing Lactobacillus strains, preferably, deMan Rogosa Sharpe (MRS) broth medium, APT (All Purpose with Tween) medium or BHI (Brain) Heart Infusion) medium, and most preferably MRS broth medium can be used.

본 발명에서 단계 (b)는 MNNG를 배지에 첨가하여 락토바실러스 파라카제이 균주를 변이시키는 공정을 포함한다. 구체적으로, 본 발명에서 배지에 첨가하는 MNNG의 농도는 200㎍/㎖ 내지 600㎍/㎖인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 300㎍/㎖ 내지 500㎍/㎖이고, 가장 바람직하게는 350㎍/㎖ 내지 450㎍/㎖이다.In the present invention, step (b) is Lactobacillus by adding MNNG to the medium Paracaze strains. Specifically, in the present invention, the concentration of MNNG added to the medium is preferably 200 µg / ml to 600 µg / ml, more preferably 300 µg / ml to 500 µg / ml, and most preferably 350 µg / ml. Ml to 450 μg / ml.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 MNNG로 변이 처리된 균주 배지로부터 내당성 및 내산성을 가지며 젖산 생산수율이 증가된 균주를 선별하는 단계를 추가로 포함한다. According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention further comprises the step of selecting a strain having a tolerance and acid resistance and increased lactic acid production yield from the strain medium treated with MNNG.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 락토바실러스 파라카제이 변이주를 탄소원, 에너지원 및 질소원을 포함하는 배지에서 배양하는 단계를 포함하는 젖산 생산방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, the Lactobacillus It provides a method for producing lactic acid comprising the step of culturing the paracase mutants in a medium containing a carbon source, energy source and nitrogen source.

상기 탄소원 및 에너지원은 포도당이고 상기 질소원은 효모추출물, 효모농축액, 비프추출물, 옥수수침지가루, 옥수수침지액, 참치추출물, 펩톤, 구연산암모늄, 인산암모늄, 암모니아수로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 성분 또는 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.The carbon source and the energy source are glucose and the nitrogen source is any one component selected from the group consisting of yeast extract, yeast concentrate, beef extract, corn steep flour, corn steep liquor, tuna extract, peptone, ammonium citrate, ammonium phosphate and ammonia water Or a mixture of two or more thereof, but is not limited thereto.

보다 바람직하게는 상기 질소원은 제조원가 절감차원에서 옥수수침지가루 또는 옥수수침지액 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
More preferably, the nitrogen source may use corn immersion powder or corn immersion liquid or a mixture thereof in order to reduce manufacturing costs.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(ⅰ) 본 발명은 내당성과 내산성을 향상시킨 락토바실러스 파라카제이 변이주를 통해 기질인 당과 생산물인 젖산에 의한 젖산균 생육 저해 현상을 개선하여 친환경적인 생물공학적 방법을 이용하면서도 야생형에 비하여 젖산을 고수율로 제조하는 방법을 제공한다.(Ⅰ) the present invention is to improve the lactic acid bacteria growth inhibition caused by the the product per the substrate lactic acid through the Lactobacillus para casei mutants with improved naedang and acid and lactic acid as compared to wild-type while using environmentally friendly biotechnological methods It provides a process for producing in yield.

(ⅲ) 본 발명은 값비싼 효모추출물 대신에 옥수수를 처리한 후 발생하는 폐기물인 값싼 옥수수침지가루 및 옥수수침지액을 유기질소원으로 사용하여 원가를 절감할 수 있는 젖산 제조방법을 제공한다.
(Iii) The present invention provides a method for producing lactic acid that can reduce costs by using inexpensive corn steep flour and corn steep liquor, which are wastes generated after treating corn instead of expensive yeast extract, as organic nitrogen sources.

도 1은 탄수화물(Carbobydrate)로부터 젖산(Lactic acid)의 생산 과정을 나타낸다.
도 2는 포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 40g/L가 함유된 배양 배지에서 모균주인 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei) KCTC 13169와 이를 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 내당성과 내산성을 향상시킨 락토바실러스 파라카제이 변이주인 DSLA 6912를 5L 발효기에서 배양한 결과로, 배양시간에 따른 균주의 성장, 포도당 소비, 젖산 생산 곡선을 나타내는 그래프이다. KCTC 13169 배양 배지의 세포농도와 젖산은 ●로, 포도당은 ○로 제시하였으며, DSLA 6912 배양 배지의 세포농도와 젖산은 ■로, 포도당은 □로 제시하였다.
도 3은 포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 20g/L가 함유된 배양 배지에서 모균주인 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei) KCTC 13169와 이를 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 내당성과 내산성을 향상시킨 락토바실러스 파라카제이 변이주인 DSLA 6912를 5L 발효기에서 배양한 결과로, 배양시간에 따른 균주의 성장, 포도당 소비, 젖산 생산 곡선을 나타내는 그래프이다. KCTC 13169 배양 배지의 세포농도와 젖산은 ●로, 포도당은 ○로 제시하였으며, DSLA 6912 배양 배지의 세포농도와 젖산은 ■로, 포도당은 □로 제시하였다.
Figure 1 shows the production of lactic acid (Lactic acid) from carbohydrate (Carbobydrate).
Figure 2 is a glucose 200g / L, yeast extract 15g / L, corn steep liquor of Lactobacillus para casei (Lactobacillus parent strain in a culture with a 40g / L containing medium paracasei ) KCTC 13169 and MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) were treated with 5L fermenter to incubate DSLA 6912, a lactobacillus paracasei strain, improved in glucose tolerance and acid resistance. According to the strain growth, glucose consumption, a graph showing the lactic acid production curve. Cell concentration and lactic acid in KCTC 13169 culture medium were indicated as ●, glucose as ○, and cell concentration and lactate in DSLA 6912 culture medium as ■ and glucose as □.
Figure 3 is glucose 200g / L, yeast extract 15g / L, corn steep liquor of Lactobacillus para casei (Lactobacillus parent strain in a culture with a 20g / L containing medium paracasei ) KCTC 13169 and MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) were treated with 5L fermenter to incubate DSLA 6912, a lactobacillus paracasei strain, improved in glucose tolerance and acid resistance. According to the strain growth, glucose consumption, a graph showing the lactic acid production curve. Cell concentration and lactic acid in KCTC 13169 culture medium were indicated as ●, glucose as ○, and cell concentration and lactate in DSLA 6912 culture medium as ■ and glucose as □.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only for illustrating the present invention more specifically, it is apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. something to do.

실시예Example

본 명세서 전체에 걸쳐, 특징 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 “%”는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.
Throughout this specification, unless otherwise indicated, “%” used to indicate the concentration of a characteristic substance is (weight / weight)% solids / solid, (weight / volume)%, and Liquid / liquid is (volume / volume)%.

실시예Example 1:  One: 내당성과Tolerance 내산성을Acid resistance 향상시킨 변이주의 분리 및 선별 Improved Isolation and Screening of Mutant strains

본 발명의 발효공정은 일반적 회분식 발효와 동일한 방법으로 수행하였다. 본 공정의 배지는 아래 표 1과 같다.
Fermentation process of the present invention was carried out in the same manner as a general batch fermentation. The medium of this process is shown in Table 1 below.

젖산균 Lactic acid bacteria 발효기배양Fermenter Culture 배지조성Badge composition 구분division 성분ingredient 농도(%)density(%) 환산(g/L)Equivalent (g / L) 액량liquid measure (( mLmL , 2L기준), 2L standard) AA 포도당glucose 10.0~20.010.0 ~ 20.0 100.0~200.0100.0-200.0 1300~14001300-1400 MgSO4?7H2OMgSO 4 ? 7H 2 O 0.020.02 0.20.2 BB 옥수수침지액Corn Soak 0.0~4.00.0-4.0 0.0~40.00.0-40.0 300300 효모추출물Yeast extract 1.5~2.51.5 ~ 2.5 15.0~25.015.0 ~ 25.0 소디움아세테이트
(Sodium-acetate)
Sodium Acetate
(Sodium-acetate)
0.10.1 1.01.0
CC MnSO4?5H2OMnSO 4 ? 5H 2 O 0.0060.006 0.060.06 100100 FeSO4?7H2OFeSO 4 ˜7H 2 O 0.0030.003 0.030.03 DD K2HPO4 K 2 HPO 4 0.070.07 0.70.7 100100 KH2PO4 KH 2 PO 4 0.050.05 0.50.5 EE 종배양Cultivation 5.0~10.05.0-10.0 100~200100-200

표 1 과 같은 배지성분 A, B, C, D를 각각 다른 용기에 조제하여 121℃에서 20분 동안 가압 살균처리 후 사용하였다.Medium components A, B, C, and D as shown in Table 1 were prepared in different containers, respectively, and used after autoclaving at 121 ° C. for 20 minutes.

본 실시예에서는 내당성과 내산성을 향상시킨 락토바실러스 파라카제이(Lactobacillus paracasei) 변이주를 얻기 위하여, MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) 처리를 위한 균주 배양액 준비 과정 및 MNNG 처리를 한 균주의 배양 과정에서 포도당과 젖산이 함유된 배지를 사용함으로써 균주가 내당성과 내산성을 유지하도록 하였다.In this embodiment, improved sugar resistance and acid resistanceLactobacillus Paracazei(Lactobacillus paracasei) In order to obtain a mutant strain, strains were prepared by using a medium containing glucose and lactic acid in the preparation of strain culture solution for MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) treatment and the culture of MNNG-treated strain Tolerance of sugar and acid resistance was maintained.

MNNG 처리를 위한 균주 배양액을 준비하기 위해서 MRS 전배양 배지 100mL에 글리세롤 냉동보관 균주 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165를 0.3mL 접종하여 37℃, 200rpm으로 15시간 동안 배양하였다. 이 배양액을 화염무균 공정에 의해 가압살균 처리된 5L 발효기에 첨가한 포도당 100~150g/L, 젖산 0~80g/L가 포함된 표 1의 발효배양 배지 2L에 접종하여 발효를 진행하였다. 발효 중 온도는 37℃, 교반 속도는 200rpm, pH는 암모니아수를 사용하여 6.0으로 유지하였다. 배양 중 8시간별로 샘플을 채취하여 균주의 성장, 포도당 소비, 젖산 생산 정도를 분석하였다. 그 결과, 젖산 생산 능력이 유지되는 균주 중 젖산이 가장 고농도로 포함된 배지가 첨가된 발효기의 배양액 즉, 포도당 120g/L, 젖산 30g/L가 포함된 발효기의 배양액을 MNNG 처리를 위한 균주 배양액으로 준비하였다.In order to prepare strain culture for MNNG treatment, 0.3 mL of glycerol cryopreserved strain Lactobacillus paracasei KCTC 13169 and KCTC 3165 were inoculated in 100 mL of MRS preculture medium and incubated at 37 ° C. and 200 rpm for 15 hours. The culture solution was inoculated into 2 L of fermentation culture medium of Table 1 containing 100-150 g / L of glucose and 0-80 g / L of lactic acid, which were added to a 5 L fermenter subjected to autoclaving by a flame-sterilization process, to proceed with fermentation. The temperature during fermentation was 37 ℃, the stirring speed was 200rpm, pH was maintained at 6.0 using ammonia water. Samples were taken every 8 hours during incubation to analyze the growth of the strain, glucose consumption, and lactic acid production. As a result, the culture medium of the fermentor to which the medium containing the highest concentration of lactic acid was added among the strains for which lactic acid production was maintained, that is, the culture medium of the fermentor containing 120 g / L glucose and 30 g / L lactic acid, was used as a strain culture medium for MNNG treatment. Ready.

이 배양액 10mL을 취한 후, TM 완충액(buffer, 50mM Tris-HCl, 2.5mM MgCl2; pH 7.0)을 이용하여 3000 rpm에서 5분 동안 원심분리를 하여 수세하는 과정을 시행하였다. 수세된 균주는 동일한 볼륨의 TM 완충액으로 현탁하였다. 균주가 포함된 현탁액은 5mL로 나누어 400μg/mL 농도의 MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine; Fluka chemie AG, 스위스)를 첨가한 후, 37℃, 200rpm에서 15분간 처리하였다. 마지막으로 식염수를 이용하여 잔존하는 MNNG를 제거한 후, 포도당 100~150g/L, 젖산 0~80g/L가 포함된 MRS 평판배지에 MNNG를 처리한 균주를 일정 수준, 예를 들어, 10-4~10-6 로 희석하여 도말하였다. 균주가 도말된 평판배지를 37℃의 인큐베이터(Incubator)에서 인큐베이션 시켰으며, 인큐베이션 시킨 후 2~5일째에 포도당 120g/L, 젖산 30g/L가 포함된 MRS 평판배지에서 먼저 자란 콜로니를 중심으로 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165 변이주를 각각 20주씩 선별하였다.
After taking 10 mL of this culture, centrifugation was performed for 5 minutes at 3000 rpm using TM buffer (buffer, 50 mM Tris-HCl, 2.5 mM MgCl2; pH 7.0). Washed strains were suspended in the same volume of TM buffer. The suspension containing the strain was divided into 5mL and MNNG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine; Fluka chemie AG, Switzerland) at 400μg / mL concentration was added, and then treated for 15 minutes at 37 ℃, 200rpm. Finally, after removing the remaining MNNG using saline, strains treated with MNNG in MRS plate medium containing 100 ~ 150g / L glucose, 0 ~ 80g / L lactic acid, a certain level, for example, 10-4 ~ The plate was diluted to 10-6. Plates with strains were incubated in an incubator at 37 ° C., and lactose centered on colonies grown first on MRS plates containing 120 g / L glucose and 30 g / L lactic acid on day 2 to 5 after incubation. Bacillus paracasei KCTC 13169 and KCTC 3165 mutant strains were selected 20 weeks each.

실시예Example 2: 플라스크 상에서 변이주의 젖산 생산성 확인 배양 2: lactic acid productivity confirmation culture of mutant strain on flask

MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 선별한 각각 20주의 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165 변이주를 플라스크 상에서 젖산 생산성 확인 배양을 실시하였다. 본 공정의 배지는 아래 표 2와 같다.
The lactic acid production culture was carried out on OK MNNG (N-methyl-N'- nitro-N-nitrosoguanidine) , each one processes the selected note 20 Lactobacillus casei para KCTC 13169, KCTC 3165 flask, the mutant strain. The medium of this process is shown in Table 2 below.

젖산균 플라스크배양 Lactic acid bacteria flask culture 배지조성Badge composition 구분division 성분ingredient 농도(%)density(%) 환산(g/L)Equivalent (g / L) AA 포도당glucose 12.012.0 120.0120.0 MgSO4?7H2OMgSO 4 ? 7H 2 O 0.020.02 0.20.2 BB 효모농축액Yeast Concentrate 2.02.0 20.020.0 소디움아세테이트Sodium Acetate 0.10.1 1.01.0 K2HPO4 K 2 HPO 4 0.070.07 0.70.7 KH2PO4 KH 2 PO 4 0.050.05 0.50.5 CC MnSO4?5H2OMnSO 4 ? 5H 2 O 0.0060.006 0.060.06 FeSO4?7H2OFeSO 4 ˜7H 2 O 0.0030.003 0.030.03 NaOH로 배지의 pH를 6.5로 조정함.Adjust the pH of the medium to 6.5 with NaOH.

표 2 과 같은 배지성분 A, B, C를 각각 다른 용기에 조제하여 121℃에서 20분 동안 가압 살균처리 후 사용하였다.Medium components A, B, and C as shown in Table 2 were prepared in different containers, respectively, and used after autoclaving at 121 ° C. for 20 minutes.

본 실시예에서는 젖산 30g/L가 포함된 MRS 5 mL에 선별된 균주 40주를 접종하여 37℃, 200rpm으로 15시간 동안 배양한 전배양액을 준비하였다. 전배양액 0.03mL을 젖산 30g/L가 포함된 표 2의 플라스크배양 배지 20mL가 첨가된 50mL 플라스크에 접종하여 37℃, 200rpm으로 50시간 동안 배양함으로써 변이주의 젖산 생산성을 비교하였다.In this Example, 40 strains of strains were inoculated into 5 mL of MRS containing 30 g / L lactic acid to prepare precultures incubated at 37 ° C. and 200 rpm for 15 hours. 0.03 mL of the preculture was inoculated into a 50 mL flask to which 20 mL of the flask culture medium containing 30 g / L of lactic acid was added, followed by incubation at 37 ° C. and 200 rpm for 50 hours to compare the lactic acid productivity of the mutant strains.

본 실시예의 결과는 표 3과 같다.
The results of this example are shown in Table 3.

내당성과Tolerance 내산성을Acid resistance 향상시킨 변이주의 플라스크 상에서 생산성 Productivity on improved strain flasks 균주(Strain ( 콜로니Colony 번호) number) pHpH OD(610OD (610 nmnm )) 젖산(g/L)*Lactic Acid (g / L) * 당(g/L)Sugar (g / L) YpYp /s(g/L)/ s (g / L) 1212 4.954.95 8.48.4 3.573.57 6.196.19 93.7093.70 1313 4.904.90 8.08.0 3.633.63 6.156.15 94.2994.29 1616 4.894.89 7.87.8 3.603.60 6.056.05 91.1491.14 KCTCKCTC 13169 13169 4.884.88 8.28.2 3.333.33 6.056.05 84.3084.30 1919 4.854.85 7.97.9 3.933.93 6.026.02 98.7498.74 2323 4.824.82 7.37.3 3.893.89 6.056.05 98.4898.48 2828 4.914.91 7.67.6 3.793.79 6.056.05 96.0196.01 KCTCKCTC 3156 3156 4.874.87 8.38.3 3.533.53 6.056.05 89.3589.35

* 젖산(g/L) : 플라스크배양 배지에 포함된 젖산 30g/L 제외
* Lactic acid (g / L): Excluding lactic acid 30g / L contained in the flask culture medium

본 실시예의 결과를 통하여, 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165 변이주 40주 중 6주를 선별하였다. OD는 610nm에서의 광학밀도(optical density)를 나타낸다.
Through the example results of the embodiment, the para Lactobacillus casei KCTC 13169, KCTC 3165 mutants were screened six weeks of the 40 weeks. OD represents the optical density at 610 nm.

실시예Example 3: 5L 발효기 상에서 변이주의 젖산 생산성 확인 배양 3: lactic acid productivity confirmation culture of mutant strain on 5L fermenter

(포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 40g/L)
( Glucose 200g / L, Yeast Extract 15g / L, Corn Dipping Liquid 40g / L)

본 발명의 발효공정은 일반적 회분식 발효와 동일한 방법으로 수행하였다. 본 공정의 배지는 표1과 표 4와 같다.
Fermentation process of the present invention was carried out in the same manner as a general batch fermentation. The medium of this process is shown in Table 1 and Table 4.

젖산균 Lactic acid bacteria 종배양Cultivation 배지조성Badge composition 성분ingredient 농도(%)density(%) 환산(g/L)Equivalent (g / L) 효모농축액Yeast Concentrate 2.02.0 20.020.0 포도당glucose 5.05.0 50.050.0 소디움아세테이트Sodium Acetate 0.30.3 3.03.0 MgSO4?7H2OMgSO 4 ? 7H 2 O 0.010.01 0.10.1 MnSO4?5H2OMnSO 4 ? 5H 2 O 0.010.01 0.10.1 K2HPO4 K 2 HPO 4 1.01.0 10.010.0 NaOH로 배지의 pH를 6.5로 조정함.Adjust the pH of the medium to 6.5 with NaOH.

표 4와 같은 배지성분을 조제하여 121℃에서 20분 동안 가압 살균처리 후 사용하였다.The media components as shown in Table 4 were prepared and used after autoclaving at 121 ° C. for 20 minutes.

MNNG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)를 처리하여 얻은 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165 변이주 40주 중 플라스크 상에서 비교적 우수한 젖산 생산성을 보인 균주 6주를 5L 발효기 상에서 모균주인 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169, KCTC 3165와 비교하여 그 우수성을 확인하는 실험을 수행하였으며, 그 결과 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169에서 유래한 12번째 콜로니인 락토바실러스 파라카제이 DSLA 6912를 선별하였다. MNNG (N-methyl-N'- nitro-N-nitrosoguanidine) treatment obtained by Lactobacillus casei para KCTC 13169, KCTC 3165 all the mutant strains 6 weeks showed a relatively high productivity of lactic acid in the flask over 40 weeks on the 5L fermenter the strain Inn Lactobacillus Para casei KCTC 13169, KCTC 3165 compared with the experiments were performed to confirm its superiority, as a result, Lactobacillus Para casei was selected the 12th colony of Lactobacillus casei para DSLA 6912 originated from KCTC 13169.

본 실시예에서는 MNNG를 처리하여 내당성과 내산성을 향상시킨 변이주인 락토바실러스 파라카제이 DSLA 6912와 모균주인 락토바실러스 파라카제이 KCTC 13169를 값비싼 효모추출물 대신에 옥수수를 처리한 후 발생하는 폐기물인 값싼 옥수수침지분말 또는 옥수수침지액을 유기질소원으로 대체한 배지를 사용하여 젖산 생산성을 비교하였다.The waste in this embodiment for generating and processing the MNNG naedang and acid resistance that mutants of Lactobacillus para casei DSLA 6912 and the parental strain of Lactobacillus para casei KCTC 13169 improve after processing the corn in place of an expensive yeast extract Lactic acid productivity was compared using a medium in which cheap corn steep powder or corn steep liquor was replaced with an organic nitrogen source.

본 실시예에서는 표 4의 전배양 배지 100mL에 글리세롤 냉동보관 균주를 접종하여 37℃, 200rpm으로 15시간 동안 배양하였다. 이 배양액을 화염무균 공정에 의해 가압살균 처리된 5L 발효기에 첨가한 포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 40g/L포함된 표 1의 발효배양 배지 2L에 접종하여 발효를 진행하였다. 발효 중 온도는 37℃, 교반 속도는 200rpm, pH는 암모니아수를 사용하여 6.0으로 유지하였다. 배양 중 8시간별로 샘플을 채취하여 균주의 성장, 포도당 소비, 젖산 생산 정도를 분석하였다. 포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 40g/L을 함유한 발효배지로부터 젖산 생산성을 비교한 결과는 표 5, 도면 2와 같다. 표 5 및 표6에서 수율은 탄소원 및 에너지원으로 사용된 포도당의 초기함량에 대비한 최종적으로 생산된 젖산의 함량 비율을 의미한다.
In this example, the glycerol cryopreserved strain was inoculated into 100 mL of the pre-culture medium of Table 4, and cultured at 37 ° C. and 200 rpm for 15 hours. The culture solution was inoculated into fermentation culture medium of Table 1 containing 200 g / L of glucose, 15 g / L of yeast extract, and 40 g / L of corn steep liquor added to a 5 L fermenter subjected to autoclaving by a flame-sterile process. . The temperature during fermentation was 37 ℃, the stirring speed was 200rpm, pH was maintained at 6.0 using ammonia water. Samples were taken every 8 hours during incubation to analyze the growth of the strain, glucose consumption, and lactic acid production. The results of comparing lactic acid productivity from fermentation broth containing glucose 200g / L, yeast extract 15g / L and corn steep liquor 40g / L are shown in Table 5 and FIG. In Tables 5 and 6, the yield refers to the ratio of the finally produced lactic acid content to the initial content of glucose used as a carbon and energy source.

균주Strain
(( L.L. paracaseiparacasei ))
발효시간Fermentation time
(( hrhr ))
젖산 (g/L)Lactic acid (g / L) 수율yield
(%)(%)
생산성productivity
(g/L/h)(g / L / h)
KCTCKCTC 13169 13169 5656 178.0178.0 89.089.0 3.23.2 DSLADSLA 6912 6912 5050 190.0190.0 95.095.0 3.83.8

표5는 내당성과 내산성을 향상시킨 변이주의 발효기(포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 40g/L) 상에서 생산성을 보여준다.
Table 5 shows the productivity on mutant strain fermenters (glucose 200g / L, yeast extract 15g / L, corn steep liquor 40g / L) with improved sugar and acid resistance.

실시예Example 4: 5L 발효기 상에서 변이주의 젖산 생산성 확인 배양 4: Culture of Confirming Lactic Acid Product Production of Mutant in 5L Fermenter

(포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 20g/L)
( 200g / L glucose, 15g / L yeast extract, 20g / L corn steep liquor)

본 실시예에서는 포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 20g/L이 포함된 표 1의 발효기 배양 배지를 사용하였으며, 그 외 실험방법, 배지, 균주는 실시예 3과 동일하다. 포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 20g/L을 함유한 발효배지로부터 젖산 생산성을 비교한 결과는 표 6, 도면 3와 같다.
In this example, the fermentor culture medium of Table 1 containing glucose 200g / L, yeast extract 15g / L, corn steep liquor 20g / L was used, and other experimental methods, media, strains are the same as in Example 3. The results of comparing lactic acid productivity from fermentation broth containing glucose 200g / L, yeast extract 15g / L and corn steep liquor 20g / L are shown in Table 6 and FIG.

균주Strain
(( L.L. paracaseiparacasei ))
발효시간Fermentation time
(( hrhr ))
젖산 (g/L)Lactic acid (g / L) 수율yield
(%)(%)
생산성productivity
(g/L/h)(g / L / h)
KCTCKCTC 13169 13169 9090 176.1176.1 88.188.1 2.02.0 DSLADSLA 6912 6912 6868 188.7188.7 94.494.4 2.82.8

표 6은 내당성과 내산성을 향상시킨 변이주의 발효기(포도당 200g/L, 효모추출물 15g/L, 옥수수침지액 20g/L) 상에서 생산성을 나타낸다.
Table 6 shows the productivity on mutant fermenters (glucose 200g / L, yeast extract 15g / L, corn steep liquor 20g / L) with improved sugar resistance and acid resistance.

실시예Example 5: 5L 발효기 상에서 변이주의 젖산 생산성 확인 배양 5: Culture of lactic acid production in mutant strains on 5 L fermenter

(포도당 150g/L, 효모추출물 25g/L)
(150g / L glucose, 25g / L yeast extract)

본 실시예에서는 포도당 150g/L, 효모추출물 25g/L가 포함된 표 1의 발효기배양 배지를 사용하였으며, 그 외 실험방법, 배지, 균주는 실시예 3과 동일하다. 포도당 150g/L, 효모추출물 25g/L를 함유한 발효배지로부터 젖산 생산성을 비교한 결과는 표 7과 같다.
In this example, the fermentor culture medium of Table 1 containing glucose 150g / L, yeast extract 25g / L was used, and other experimental methods, media, strains are the same as in Example 3. The results of comparing lactic acid productivity from fermentation broth containing 150 g / L glucose and 25 g / L yeast extract are shown in Table 7.

균주Strain
(( L.L. paracaseiparacasei ))
발효시간Fermentation time
(( hrhr ))
젖산 (g/L)Lactic acid (g / L) 수율yield
(%)(%)
생산성productivity
(g/L/h)(g / L / h)
KCTCKCTC 13169 13169 3030 144.5144.5 96.396.3 4.84.8 DSLADSLA 6912 6912 2626 149.3149.3 99.599.5 5.75.7

표 7은 내당성과 내산성을 향상시킨 변이주의 발효기(포도당 150g/L, 효모추출물 25g/L) 상에서 생산성을 나타낸다.
Table 7 shows the productivity on mutant strain fermenters (glucose 150g / L, yeast extract 25g / L) with improved sugar and acid resistance.

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC11808KCTC11808 2010111620101116

Claims (7)

야생형과 비교하여 내당성 및 내산성이 향상되고, 포도당 100g/L 내지250g/L 및 젖산 20g/L 내지 200g/L을 포함하는 배지에서 지속된 생육을 나타내며, 92-99.5%의 젖산 생산수율을 가지는 락토바실러스 파라카제이 변이주.
Compared with wild type, improved glucose tolerance and acid resistance, sustained growth in medium containing glucose 100g / L to 250g / L and lactic acid 20g / L to 200g / L, yield of 92-99.5% lactic acid production Lactobacillus Para casei mutants.
제 1항에 있어서, 상기 락토바실러스 파라카제이 변이주는 DSLA 6912(기탁번호KCTC 11808BP) 균주인 것을 특징으로 하는 락토바실러스 파라카제이 변이주.
The method of claim 1, wherein the Lactobacillus Para casei Lactobacillus variant is characterized in that the DSLA 6912 (accession number: KCTC 11808BP) strains Para casei mutants.
다음 단계를 포함하는 내당성, 내산성 및 젖산 생산수율이 증가된 락토바실러스 파라카제이 변이주의 제조방법:
(a) 락토바실러스 파라카제이 균주를 배지에 배양시키는 단계; 및
(b) 상기 균주 배지에 MNNG(N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine)를 첨가하여 변이시켜 상기 단계 (a)의 락토바실러스 파라카제이 균주보다 증가된 내당성 및 내산성을 가지는 락토바실러스 파라카제이 변이주를 제조하는 단계.
Lactobacillus with increased sugar resistance, acid resistance and lactic acid production yield including the following steps Paracazei Variation Notes
(a) Lactobacillus Paracazei Culturing the strain in the medium; And
(b) MNCG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) was added to the strain medium, followed by mutations, thereby reducing the Lactobacillus of step (a). Paracazei Preparing a para Lactobacillus casei mutants having an acid resistance and an increase in feasibility than the strain.
제 3항에 있어서, 상기 락토바실러스 파라카제이 변이주는 포도당 100g/L 내지250g/L 및 젖산 20g/L 내지 200g/L을 포함하는 배지에서 지속된 생육을 나타내며, 92-99.5%의 젖산 생산수율을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 3, wherein the Lactobacillus Para casei mutants indicates a continued growth in the medium containing glucose 100g / L to 250g / L of lactic acid and 20g / L to 200g / L, characterized in that with a lactic acid yield of 92-99.5%.
제1항 또는 제 2항의 락토바실러스 파라카제이 변이주를 포함하는 젖산 생산용 조성물.
Lactobacillus of claim 1 or 2 Para casei mutants for lactic acid producing composition containing a.
제1항 또는 제 2항의 락토바실러스 파라카제이 변이주를 탄소원, 에너지원 및 질소원을 포함하는 배지에서 배양하는 단계를 포함하며, 상기 탄소원 및 에너지원은 포도당이고 상기 질소원은 효모추출물, 효모농축액, 비프추출물, 옥수수침지분말, 옥수수침지액, 참치추출물, 펩톤, 구연산암모늄, 인산암모늄 및 암모니아수로 구성된 군으로부터 선택되는 최소 하나의 성분인 것을 특징으로 하는 젖산 제조방법.
Lactobacillus of claim 1 or 2 Para car the second mutant comprising the step of culturing in a medium containing a carbon source, energy source and a nitrogen source, the carbon and energy source is glucose and the nitrogen source is yeast extract, yeast concentrate, beef extract, corn steep powder, corn steep liquor , Tuna extract, peptone, ammonium citrate, ammonium phosphate and at least one component selected from the group consisting of ammonia water.
제6항에 있어서, 상기 질소원은 옥수수침지분말 또는 옥수수침지액인 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the nitrogen source is corn steep powder or corn steep liquor.
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