KR20150139509A - Microalgal biomass protein enrichment method - Google Patents

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KR20150139509A
KR20150139509A KR1020157026300A KR20157026300A KR20150139509A KR 20150139509 A KR20150139509 A KR 20150139509A KR 1020157026300 A KR1020157026300 A KR 1020157026300A KR 20157026300 A KR20157026300 A KR 20157026300A KR 20150139509 A KR20150139509 A KR 20150139509A
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가브리엘 마카르
실뱅 들라로슈
마리 르 뤼에
로랑 세게일라
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로께뜨프레르
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Abstract

본 발명은 종속 영양 조건 하에서 생육된 클로렐라 속의 미세조류의 단백질 증량 방법에 관한 것으로서, 이 종속 영양 배양 방법은 비 질소 영양 공급원의 관점에서 발효 배지를 결핍시킴으로써 상기 미세조류의 생장을 제한하는 것을 목표로 하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for increasing the protein content of microalgae of the genus Chlorella grown under heterotrophic conditions which aims at limiting the growth of the microalgae by deficient fermentation medium in terms of non-nitrogen source of nutrients The method comprising the steps of:

Description

미세조류 바이오매스 단백질 증량 방법{MICROALGAL BIOMASS PROTEIN ENRICHMENT METHOD}MICROALGAL BIOMASS PROTEIN ENRICHMENT METHOD [0002]

본 발명은 미세조류, 더 구체적으로 클로렐라(Chlorella) 속의 미세조류, 훨씬 더 구체적으로는 클로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana) 종 또는 클로렐라 프로토테코이데스(Chlorella protothecoides) 종 미세조류의 바이오매스 단백질 증량 방법에 관한 것이다.The invention microalgae, more specifically, Chlorella (Chlorella) in the microalgae, more specifically, the chlorella Thoreau Kearney Ana (Chlorella sorokiniana) Chlorella species or prototype Te Koi Death (Chlorella protothecoides species microalgae.

조류(대형조류 및 미세조류)는 특이적이지만 충분히 연구되지 않은 특성들이 아직 많다. 식품, 화학 물질 및 바이오에너지 생산에 있어서 조류가 사용되는 경우는 매우 드물다. 그러나 조류는 상당한 값어치의 성분들을 감추고 있으며, 이와 같은 성분들의 풍부함과 풍요로움은 오로지 이 조류를 먹고 사는 해양 동물들에 의해서만 인식될 수 있다.Algae (large algae and microalgae) are characteristic but not yet sufficiently studied. Algae is rarely used in food, chemicals and bio-energy production. However, birds hide significant value components, and the abundance and richness of these components can only be recognized by marine animals that live on these birds.

사실 미세조류는 비타민, 지질, 단백질, 당, 색소 및 항산화제의 공급원이다.In fact, microalgae are a source of vitamins, lipids, proteins, sugars, pigments and antioxidants.

그러므로 조류와 미세조류는, 이것들을 사용하여 식이 보충제, 기능성 식품, 화장품 또는 의약품을 생산하는 업계 또는 농업 분야에서 관심이 있다.Therefore, algae and microalgae are of interest in the industry or in agriculture where they are used to produce dietary supplements, functional foods, cosmetics or pharmaceuticals.

특히 모든 미세조류는 빛에 노출된 모든 생물서식장소에 대량 서식하는 광합성 미생물이다.In particular, all microalgae are photosynthetic microorganisms that live in large quantities in all biological habitats exposed to light.

광생물 반응기(독립 영양 조건; 빛과 CO2 존재) 또는 (몇몇 경우에는) 발효기(종속 영양 조건; 암 환경 및 탄소 공급원 존재)에서 미세조류의 모노클론 배양(monoclonal culturing)이 산업적 규모로 수행된다.Monoclonal culturing of microalgae is performed on an industrial scale in a photobioreactor (independent nutrient conditions; light and CO 2 present) or (in some cases) fermentors (heterotrophic conditions; cancerous environment and presence of carbon sources) .

사실, 클로렐라(Chlorella), 니치시아(Nitzschia), 사이클로텔라(Cyclotella), 테트라셀미스(Tetraselmis), 크립테코디늄(Crypthecodinium), 쉬조키트리움(Schizochytrium)과 같은 소수의 미세조류 종들이 빛이 존재하지 않는 조건에서도 생육될 수 있다.In fact, a few species of microalgae, such as Chlorella , Nitzschia , Cyclotella , Tetraselmis , Crypthecodinium , Schizochytrium , Lt; / RTI > can be grown under non-existent conditions.

뿐만 아니라, 종속 영양 조건은 당업자가:In addition, heterotrophic conditions may be established by those skilled in the art:

- 박테리아 및 효모에 대해 사용되는 것과 동일하고, 배양 매개변수들 전부가 제어 가능한 발효기를 사용하는 것; 그리고- using a fermenter identical to that used for bacteria and yeast, with all of the culture parameters being controllable; And

- 빛을 기반으로 하는 배양에 의해 얻어지는 바이오매스의 양보다 훨씬 많은 양의 바이오매스를 생산하는 것- to produce biomass in a much larger amount than the amount of biomass obtained by light-based cultivation

을 가능하게 만들 수 있으므로, 종속 영양 조건 하에서 이루어지는 배양에 드는 비용은 광영양 조건 하에서 이루어지는 배양에 드는 비용의 10분의 1일 것으로 추산된다., It is estimated that the cost of culturing under heterotrophic conditions is one tenth of the cost of culturing under photoperiod conditions.

미세조류가 유리하게 사용됨에 있어서는 일반적으로 관심있는 성분들, 예를 들어For the beneficial use of microalgae, generally the components of interest, for example,

- 뛰어난 항산화 특성에 대한 요구와, 식품에의 천연 색소 제공에 대한 요구가 증가하고 있는 색소(클로로필 a, b 및 c, β-카로틴, 아스탁산틴, 루테인, 피코시아닌, 잔토필, 피코에리트린 등);- Chlorophyll a, b and c, β-carotene, astaxanthin, lutein, phycocyanin, xanthophyll, picoeles, Trin, etc.);

- 영양의 질을 최적화하기 위한 단백질; 또는- proteins to optimize nutritional quality; or

- 특히- Especially

·생물연료용으로 사용되기 위해서뿐만 아니라,· Not only to be used for biofuel,

·선택된 미세조류가 소위 “필수”(즉, 인간이나 동물에 의해서는 자연적으로 생산되지 않기 때문에 식이로 제공되는) 다중 불포화 지방산, 즉 PUFA를 생산할 때, 인간 또는 동물의 식품 또는 사료용으로 사용되기 위하여To be used as food or feed for humans or animals when the selected microalgae produce polyunsaturated fatty acids, ie PUFAs, which are so-called "essential" (ie, provided as diets because they are not produced naturally by humans or animals)

지방산 함량을 최적화하기 위한(미세조류의 건물 중량을 기준으로 60% 이하, 심지어 80% 이하로 만들기 위한) 지질To optimize the fatty acid content (to make less than 60%, even less than 80%, based on the building weight of microalgae)

의 축적이 이루어지도록 발효 조건의 조절이 요구된다.It is necessary to control the fermentation conditions so that the accumulation of the fermentation conditions can be achieved.

따라서, 이러한 결과에 도달하기 위해서, 첫 번째로 단백질 또는 지질의 최대 수율과 생산을 얻도록 고 세포 밀도(HCD) 발효 방법이 철저하게 연구되었다. Therefore, in order to achieve these results, first, a high cell density (HCD) fermentation method was thoroughly studied to obtain maximum yield and production of protein or lipid.

이러한 HCD 배양의 목적은 가장 짧은 시간 안에 가능한한 가장 높은 농도로 원하던 생성물을 얻는 것이었다.The purpose of this HCD incubation was to obtain the desired product at the highest concentration possible in the shortest time possible.

이러한 교시는, 예를 들어 클로렐라 조핀지엔시스(Chlorella zofingiensis)에 의한 아스탁산틴의 생합성을 통해서 입증되었는데, 즉 상기 미세조류의 생장은 아스탁산틴의 생산과 직접적으로 상관되어 있음이 입증되었다(Wang and Peng, 2008, World J Microbiol . Biotechnol ., 24(9), 1915-1922).These teachings may be, for example Chlorella pinji crude N-Sys (Chlorella zofingiensis ), that is, the growth of the microalgae has been shown to be directly correlated with the production of astaxanthin (Wang and Peng, 2008, World J Microbiol . Biotechnol . , 24 (9), 1915-1922).

그러나 생장을 최대 속도(μ/h)로 유지하는 사실은 원하는 생성물의 높은 생산성과 항상 상관되는 것은 아니다.However, the fact that the growth is kept at the maximum rate (μ / h) is not always correlated with the high productivity of the desired product.

사실, 미세조류가 다량의 지질을 비축하도록 만들기 위해서, 예를 들어 미세조류에게 이의 생장을 제한하는 영양 스트레스를 가하는 것이 필요하다는 사실은 해당 분야의 전문가들에게 빠르게 명확하게 되었다.In fact, it became clear to the experts in the field that microalgae require nutrient stress to limit the growth of microalgae, for example, to make them store large amounts of lipid.

현재 생장과 생산은 발효 방법들에 있어서 분리되어 이루어지고 있다.At present, growth and production are carried out separately in fermentation methods.

예를 들어, 다중 불포화 지방산들(본원에서는 도코사헥사엔산, 즉 DHEA)의 축적을 촉진하기 위해서, 특허 출원 WO 01/54510에는 세포 생장과 다중 불포화 지방산의 생산을 분리할 것이 조언되어 있다.For example, in order to promote the accumulation of polyunsaturated fatty acids (here, docosahexaenoic acid, i.e. DHEA), patent application WO 01/54510 advises to separate cell growth and production of polyunsaturated fatty acids.

따라서 미세조류 쉬조키트리움(Schizochytrium) 종 균주 ATCC 20888의 경우, 산소 제한 없이 진행되는 제1 생장 단계에서는 고 세포 밀도(100 g/ℓ 초과) 생산이 촉진되도록 수행되고; 그 다음, 제2 단계에서는 미세조류에 스트레스가 가하여지며, 미세조류의 생장이 늦추어져 관심있는 지방산들의 생산이 개시되도록, 산소 공급이 점진적으로 감소된다.Thus, in the case of the microalgae Schizochytrium sp. Strain ATCC 20888, it is performed to promote high cell density (greater than 100 g / l) in the first growth stage proceeding without oxygen limitation; Then, in the second step, the oxygen supply is progressively reduced so that the microalgae are stressed and the growth of the microalgae is delayed to start production of the fatty acids of interest.

미세조류 크립테코디늄 코니이(Crypthecodinium cohnii)에서는, 낮은 글루코스 농도(약 5 g/ℓ)로, 그리고 이에 따라 낮은 생장 속도로, 가장 높은 도코사헥사엔산(DHEA, 다중 불포화 지방산) 함량이 얻어진다(Jiang and Chen, 2000, Process Biochem., 35(10), 1205-1209). Microalgae Crypthecodinium cohnii) In, it is a low glucose concentration (about 5 g / ℓ), and hence at a low growth rate in accordance with, the highest docosahexaenoic acid (DHEA, polyunsaturated fatty acids) content obtained (Jiang and Chen, 2000, Process Biochem ., 35 (10), 1205-1209).

이러한 결과들은, 생성물 형성 속도가 미세조류 생장에 양으로나 음으로 연관되어 있을 수 있고, 심지어는 속도와 미세조류 생장 2 가지가 조합되어 표출될 수 있음을 명백히 설명해준다.These results clearly demonstrate that the rate of product formation may be positively or negatively associated with microalgae growth, and that even speed and microalgae growth can be expressed in combination.

결과적으로 생성물의 형성이 고 세포 생장과 상관되지 않는 경우에는 세포 생장 속도를 제어하는 것이 현명하다.As a result, it is wise to control the cell growth rate if product formation is not correlated with high cell growth.

일반적으로 당업자는 발효 조건들(Tp, pH 등)을 제어하거나, 또는 발효 배지에의 영양 성분 공급을 제어함으로써 미세조류 생장을 제어하는 방법을 선택한다(반연속 조건, 소위 “유가식” 조건). Generally, one of ordinary skill in the art will choose a method to control microbial growth by controlling fermentation conditions (Tp, pH, etc.) or by controlling the feeding of nutrients to the fermentation medium (semi-continuous conditions, so- .

만일 당업자가 탄소 공급원들의 공급에 의해 종속 영양 조건 하에 있는 미세조류 생장을 제어하는 방법들을 선택하게 된다면, 당업자는 일반적으로, 생산된 대사 산물(예를 들어, DHEA형 다중 불포화 지방산)에 따라서 미세조류(씨.코니이, 유글레나 그라실리스(Euglena gracilis) 등)에 탄소 공급원(순 글루코스, 아세트산염, 에탄올 등)을 적응시키는 방법을 선택한다.If one of ordinary skill in the art would choose to control microalgae growth under heterotrophic conditions by the supply of carbon sources, those skilled in the art will generally recognize that microalgae (e. G., DHEA type polyunsaturated fatty acids) (Mr. Connie, Euglena gracilis , etc.) is adapted to a carbon source (pure glucose, acetate, ethanol, etc.).

온도 역시 중요 매개변수가 될 수 있는데,Temperature can also be an important parameter,

- 예를 들어, 특정 미세조류 종에 의한 다중 불포화 지방산의 합성, 예를 들어 클로렐라 미뉴티시마(Chlorella minutissima)에 의한 EPA의 합성은 상기 미세조류의 최적 생장에 필요한 온도보다 더 낮은 온도에서 촉진되고;- for example, the synthesis of polyunsaturated fatty acids by specific microalgae species, for example Chlorella minutissima ) is promoted at a temperature lower than the temperature required for optimal growth of the microalgae;

- 이와는 반대로, 종속 영양 조건 하에서 생육된 클로렐라 프로토테코이데스에 의한 루테인의 수율은, 생산 온도가 24℃에서 35℃로 상승될 때 더 높아진다.On the contrary, the yield of lutein by chlorella protocheids, grown under heterotrophic conditions, is higher when the production temperature is raised from 24 ° C to 35 ° C.

클로렐라 프로토테코이데스는 최고의 오일 생산 미세조류의 하나인 것으로 정당하게 인식되고 있다.Chlorella protocheids is legitimately recognized as one of the finest oil producing microalgae.

종속 영양 조건 하에서 미세조류는 탄수화물을 트리글리세라이드(미세조류 건물량의 50% 초과)로 신속하게 변환한다.Under heterotrophic conditions, microalgae rapidly convert carbohydrates to triglycerides (greater than 50% of microalgae dry matter).

이러한 트리글리세라이드 생산을 최적화하기 위해서, 당업자는 발효 배지의 영양 환경에 작용함으로써 탄소 흐름을 오일이 생산되는 방향으로 최적화한다.To optimize such triglyceride production, one skilled in the art will optimize the carbon stream in the direction of oil production by acting on the nutrient environment of the fermentation medium.

그러므로 충분한 양의 탄소가 공급되되 질소는 결핍되는 조건 하에 있을 때, 오일이 축적되는 것으로 알려져 있다.Therefore, oil is known to accumulate when a sufficient amount of carbon is supplied, but under nitrogen-deficient conditions.

이와 같은 경우 C/N 비율이 결정적인 역할을 하므로, 글루코스 함량은 제한되지 않으면서 질소 함량에 직접 작용함으로써 최선의 결과들이 얻어지는 것으로 인정된다. In such cases, the C / N ratio plays a decisive role, so that the best results are obtained by acting directly on the nitrogen content without limiting the glucose content.

이러한 질소 결핍이 세포 생장에 영향을 미쳐서, 생장 속도를 정상 미세조류의 생장 속도보다 30% 더 낮춘다는 점은 그리 놀랍지 않다(Xiong et al., Plant Physiology, 2010, 154, pp. 1001-1011).It is not surprising that this nitrogen deficiency affects cell growth and thus the growth rate is 30% lower than that of normal microalgae (Xiong et al. , Plant Physiology , 2010, 154, pp. 1001-1011) .

이러한 결과를 설명하기 위해, 상기 논문에서 Xiong 등은 만일 클로렐라 바이오매스가 자체의 주요 성분 5 개, 즉 탄수화물, 지질, 단백질, DNA 및 RNA(바이오매스 건물량의 85%를 차지함)로 나누어지고, 만일 C/N 비율이 DNA, RNA 및 탄수화물 함량에 영향을 미치지 않는다면, 사실 C/N 비율은 단백질과 지질 함량에 대하여 현저하게 됨을 나타낸다.To illustrate these results, Xiong et al. In the above article show that if chlorella biomass is divided into its five major components, carbohydrate, lipid, protein, DNA and RNA (which account for 85% of biomass dry matter) If the C / N ratio does not affect the DNA, RNA and carbohydrate content, then in fact the C / N ratio indicates that it is significant for protein and lipid content.

그러므로 C/N 비율이 낮아지도록 생육된 클로렐라 세포들은 단백질을 25.8%, 그리고 지질을 25.23% 함유하는 반면에, C/N 비율이 높아지도록 생육된 클로렐라 세포들은 지질을 53.8%, 그리고 단백질을 10.5% 합성할 수 있는 것이다.Therefore, chlorella cells grown to lower the C / N ratio contain 25.8% protein and 25.23% lipid, while the chlorella cells grown to have a high C / N ratio have 53.8% lipid and 10.5% Can be synthesized.

그러므로 오일 생산을 최적화하기 위해서 당업자는 단백질 생산의 손실에 대비해 반드시 탄소의 흐름을 오일이 생산되는 방향으로 돌림으로써 탄소 흐름을 제어해야만 하고; 이로써 탄소 흐름이 재분배되며, 미세조류가 질소 결핍 배지 중에 존재할 때 지질 저장 물질들을 축적하게 된다.Therefore, in order to optimize oil production, a person skilled in the art must control the carbon flow by turning the flow of carbon in the direction of oil production in case of loss of protein production; This redistributes the carbon flow and accumulates lipid storage materials when microalgae are present in the nitrogen deficient medium.

그러므로 이러한 교시 내용들이 고려되었을 때, 당업자는 단백질 증량 바이오매스들을 생산하기 위해 상기 대사 제어의 반대되는 작업, 즉 Therefore, when these teachings are considered, one of ordinary skill in the art will recognize that the opposite task of metabolic control to produce protein-

- 단백질로 전환될 탄소 공급원의 공급량은 일정하게 유지하면서 발효 배지에 다량의 질소 공급원을 공급하고;Feeding a large amount of nitrogen source to the fermentation medium while maintaining a constant supply of carbon source to be converted to protein;

- 미세조류의 생장은 자극되도록- The growth of microalgae should be stimulated

낮은 C/N 비율 달성을 촉진하는 발효 조건을 적용하는 작업을 수행하게 된다.To perform fermentation conditions that promote the achievement of a low C / N ratio.

저장 지질의 생산 손실에 대비해 단백질 생산 (그리고 이로 말미암은 바이오매스 생산) 방향으로 탄소 흐름을 변경하는 것이 중요하다.It is important to change the carbon flow in the direction of protein production (and thus biomass production) in case of production loss of storage lipids.

본 발명의 내용에 있어서, 본 출원인 회사는 당업자에 의해 전통적으로 도모되었던 방법에 대한 대안적인 해결책을 개시함으로써 신규 경로를 연구하는 쪽을 택하였다.In the context of the present invention, the Applicants have chosen to study the novel pathway by disclosing an alternative solution to the method traditionally addressed by those skilled in the art.

그러므로, 본 발명은 종속 영양 조건 하에 생육된 미세조류, 즉 클로렐라 속의 미세조류, 더 구체적으로는 클로렐라 소로키니아나 또는 클로렐라 프로토테코이데스의 미세조류의 단백질 증량 방법에 관한 것으로서, 상기 종속 영양 배양 방법은 비 질소 영양 공급원을 발효 배지 중에 결핍시킴으로써 상기 미세조류의 생장을 제한하는 것을 목표로 하는 단계를 포함한다.Therefore, the present invention relates to a method for increasing the protein content of microalgae grown under heterotrophic conditions, that is, microalgae of the genus Chlorella, more particularly microalgae of chlorella norota or chlorella protothecidis, Involves targeting a non-nitrogen nutrient source to the fermentation medium to defeat the growth of the micro-algae.

상기 단계는, 비 질소 영양 인자가 미세조류가 생육할 수 있기에 충분하지 않은 양으로 배지에 공급되는 종속 영양 배양 단계이다. “충분하지 않은 양”이란, 이러한 영양 인자가 공급되지 않는다는 것을 의미하는 것은 아님이 주목되어야 한다. 이러한 영양 결핍 단계는 세포의 대사를 완전히 억제하지는 않으면서 세포 대사를 (제한하는) 늦추는 단계이다.This step is a heterotrophic culture step in which the non-nitrogen nutrient factor is fed to the medium in an amount not sufficient for the microalgae to grow. It should be noted that " insufficient amount " does not mean that these nutrients are not supplied. This nutritional deficiency stage is a slowing phase (limiting) of cell metabolism without completely inhibiting cell metabolism.

본 발명의 의미 중, “증량”이란 바이오매스 중 단백질 함량을 15 중량% 이상, 바람직하게는 20 중량% 이상 증가시켜, 바이오매스 중 단백질 함량이 50 중량% 초과에 도달하도록 만드는 것을 말한다.In the meaning of the present invention, " increased amount " means increasing the protein content in the biomass by at least 15 wt%, preferably by at least 20 wt%, so that the protein content in the biomass reaches 50 wt% or more.

본 발명은 더 구체적으로, 비 질소 영양 공급원을 발효 배지 중에 결핍시킴으로써 미세조류의 생장을 제한하는 것을 목표로 하는 단계를 포함하는, 상기 미세조류의 종속 영양 배양 방법을 포함한다.The present invention more specifically includes a method for heterotrophic culture of microalgae, comprising the step of targeting the growth of microalgae by deficient in a non-nitrogen source of nitrogen in the fermentation medium.

그러므로 본 발명은 종속 영양 조건 하에 생육된 미세조류의 단백질 증량 방법에 관한 것으로서, 상기 미세조류는 클로렐라 속의 미세조류, 더 구체적으로는 클로렐라 소로키니아나 또는 클로렐라 프로토테코이데스이며, 상기 방법은 비 질소 영양 공급원을 발효 배지 중에 결핍시켜 상기 미세조류의 생육을 제한함으로써 바이오매스 중 단백질 함량이 50 중량% 초과에 도달할 수 있도록 만드는 것을 목표로 하는 단계를 포함하는 종속 영양 배양 단계를 포함한다.The present invention therefore relates to a method of increasing the protein content of microalgae grown under heterotrophic conditions, said microalgae being microalgae of the genus Chlorella, more particularly chlorella norota or chlorella protothecidis, And targeting the nutrient source to the fermentation medium to limit the growth of the microalgae so that the protein content in the biomass can reach over 50% by weight.

“비 질소 영양 공급원을 발효 배지 중에 결핍시키는 것”이란, 배양액 중에 비 질소 영양 인자들 중 1 개 이상이 미세조류가 생육하기에 충분하지 않은 양으로 미세조류에 공급되는 경우를 의미한다.By "deficient in non-nitrogen nutrient sources in the fermentation medium" is meant that one or more of the non-nitrogen nutrients in the nutrient is supplied to the microalgae in an amount not sufficient for the microalgae to grow.

구체적으로 영양 공급원은, 영양 공급원이 제한되지 않을 때의 생장 속도보다 10% 내지 60% 더 낮은 생장 속도를 얻도록 결핍된다. 특히, 생장 속도를, 글루코스가 제한되지 않을 때의 생장 속도와 비교하여 10% 내지 60%까지, 특히 글루코스가 제한되지 않을 때의 생장 속도와 비교하여 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50% 또는 55%까지 감소시키는 것이 개시되어 있다. 바람직하게 생장 속도는 15% 내지 55%까지 감소된다.Specifically, the nutrient source is deficient to achieve a growth rate of 10% to 60% lower than the growth rate when the nutrient source is not restricted. In particular, the growth rate can be increased by 10% to 60%, in particular by 10%, 15%, 20%, 25%, or 20%, compared to the growth rate when the glucose is not restricted, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, or 55%. Preferably, the growth rate is reduced by 15% to 55%.

영양 인자, 특히 글루코스를 결핍시키는 것을 포함하는 배양 단계의 지속 시간은 1 시간 이상, 바람직하게는 10 시간 이상, 더 바람직하게는 20 시간 이상, 특히 30 시간 내지 60 시간이다.The duration of the culturing step, which includes deprivation of nutrients, particularly glucose, is at least 1 hour, preferably at least 10 hours, more preferably at least 20 hours, especially from 30 to 60 hours.

그 결과, 배양 배지 중 잔여 비 질소 영양 인자는 존재하지 않게 되며, 이 영양 인자가 공급됨과 거의 동시에 미세조류는 영양 인자를 소모한다. 그러나 배양 배지 중에 잔여 비 질소 영양 인자가 존재하지 않는 것은, 미세조류에 영양 인자가 완전히 공급되지 않을 때의 상황과 구별된다.As a result, the remaining non-nitrogen nutrients in the culture medium are not present, and microalgae consume nutritive factors almost simultaneously with these nutrients. However, the absence of residual non-nitrogen nutrients in the culture medium is distinguished from the situation when nutrients are not fully supplied to microalgae.

본 발명의 내용에 있어서 본질적인 척도는 스트레스, 즉 발효 배지 중에 비 질소 영양 물질이 결핍됨으로 인해 야기되는 세포 스트레스에 의한 세포 생장의 제한이다.An essential measure in the context of the present invention is stress, a limitation of cell growth by cell stress caused by deficiency of non-nitrogen nutrients in the fermentation medium.

그러므로 이러한 전략은, 바이오매스 중 단백질 함량을 증가시키기 위해서는 바이오매스를 증량하는 것과 세포 생장을 증가시키는 것이 반드시 필요하다는 기술상의 편견을 획기적으로 깨는 것이다.Therefore, this strategy breaks the technological bias that increasing biomass and increasing cell growth are necessary to increase protein content in biomass.

“비 질소 영양 공급원”이란, 예를 들어 글루코스 및 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 영양 물질을 의미한다.By " non-nitrogen nutrient source " is meant a nutrient selected from the group consisting of, for example, glucose and phosphate.

이하에 예시될 바와 같이, 유리하게는 As will be exemplified below, advantageously

- 발효 배지 중에 글루코스를 결핍시킴으로써 클로렐라 소로키니아나의 생장을 제한하는 것; 및Limiting the growth of chlorella norovirus by deficiency of glucose in the fermentation medium; And

- 발효 배지 중에 인산염을 결핍시킴으로써 클로렐라 프로토테코이데스의 생장을 제한하는 것Limiting the growth of chlorella protothecoides by deficiency of phosphate in the fermentation medium

이 선택될 수 있다.Can be selected.

툭히, 상기 균주들에 있어서, 영양 물질은 0.06 h-1 내지 0.09 h-1의 생장 속도가 얻어지도록 공급된다. Tukhi, according to the above strain, nutrients are supplied so as to obtain a growth rate of 0.06 h -1 to 0.09 h -1.

매우 구체적인 구현예에서, 클로렐라 소로키니아나 균주는 균주 UTEX 1663(미국 오스틴 소재, 텍사스 대학교 조류 배양 수집소)이다. 매우 구체적인 구현예에서, 클로렐라 프로토테코이데스 균주는 균주 CCAP211/8D(영국 스코틀랜드 소재, 조류 및 원생 동물 배양 수집소)이다.In a very specific embodiment, the Chlorella thalliokina strain is strain UTEX 1663 (University of Texas Algae Culture Collection, Austin, USA). In a very specific embodiment, the chlorella protocheids strain is the strain CCAP211 / 8D (Bird and protozoa culture collection, Scotland, UK).

선택적으로 상기 미세조류의 생장은 배양 배지 중에 세포 생장을 억제하는 물질, 예를 들어 황산염을 첨가함으로써 제한될 수 있다.Optionally, the growth of the microalgae can be limited by adding a substance that inhibits cell growth, such as a sulfate, in the culture medium.

뿐만 아니라 어떠한 하나의 이론에 국한되지 않았을 때, 본 출원인은, 클로렐라 속 소로키니아나의 미세조류 내에서의 글루코스 흐름은 보통 In addition, when not limited to any one theory, the Applicant believes that the glucose flux in microalgae of the genus Chlorella genus is normally

1. 기초 대사1. Basic Metabolism

2. 생장, 즉 단백질 증량 바이오매스의 형성2. Growth, ie formation of protein-enhanced biomass

3. 저장 물질들(지질 및 탄수화물, 예를 들어 전분)3. Storage materials (lipids and carbohydrates, such as starch)

과 같이 꽤 정확한 우선순위에 따라서 사용된다는 것을 발견하였다.As shown in FIG.

이러한 원리는, 질소의 꾸준한 공급에도 불구하고, 미세조류가 생장함에 따라서 단백질 함량에서의 자연적인 변화를 설명한다.This principle explains the natural changes in protein content as microalgae grow, despite the steady supply of nitrogen.

그러므로 본 출원인은 미세조류 바이오매스 중 단백질을 증량하기 위해서는 미세조류의 생장을 제한하여야 하고, 또한 미세조류의 질소 이외의 영양 공급원, 예를 들어 글루코스의 소모를 제어하여, Therefore, the Applicant has found that, in order to increase the protein in the microalgae biomass, the growth of microalgae should be restricted, and the consumption of nutrients other than nitrogen of microalgae, such as glucose,

- 단백질 생산 경로들을 위해 글루코스가 전부 소모되도록 만들고,- make all of the glucose consumed for protein production pathways,

- 저장 물질들, 예를 들어 지질들이 축적되는 것을 막는 것- to prevent accumulation of storage materials, for example, lipids

이 필요함을 발견하였다..

실제로 질소의 결핍을 막는 것은 대사 흐름들이 지질 생산 방향으로 진행되는 것을 막아줄 수 있다.In fact, blocking nitrogen deficiency can prevent metabolic flows from going toward lipid production.

선택적으로 특이 억제제들을 사용함으로써 저장 물질의 어떠한 합성도 완전히 차단하는 한, 상기와 같이 대사 흐름들이 지질 생산 방향으로 진행되는 것을 막는 것은 유리할 수 있다.It may be advantageous to prevent the metabolic flows from progressing in the lipid production direction as described above, as long as the use of specific inhibitors selectively blocks any synthesis of the storage material.

실제로 지질, 심지어는 전분(미세녹조류에 대표적으로 존재하는 저장 탄수화물) 합성 경로에 사용되는 임의의 수의 억제제들에 관해서는 다음과 같이 알려져 있다:Indeed, for any number of inhibitors used in lipid, or even starch (storage carbohydrates typical of microalgae) synthesis, is known as:

- 지질의 경우, 세룰레닌은 지방산 합성의 억제제로서, 그리고 스트렙토마이세스 톡시트리시니(Streptomyces toxytricini)에 의해 생산되는 천연 물질 립스타틴은 리파제의 억제제로서 등이 기술되어 있고;In the case of lipids, cerulenin is used as an inhibitor of fatty acid synthesis, and as an inhibitor of Streptomyces tricycles toxytricini ) have been described as inhibitors of lipases and the like;

- 전분의 경우, (당들의 환내 산소 원자의 질소 원자로의 단순 치환에 의해 얻어진) 이미노 당은 대대로 글리코시다제, 글리코실 전달효소, 글리코겐 인산화 효소 및 UDP-Galp 뮤타제의 강력한 억제제인 것으로 알려져 있다.In the case of starch, it is known that imino sugars (obtained by simple substitution of the nitrogen atom of oxygen atoms in the ring of the sugars) are potent inhibitors of glycosidase, glycosyltransferase, glycogen phosphorylase and UDP-Galp mutase have.

그러므로 본 발명의 방법은, 바이오매스를 생육하는 제1 단계와, 비 질소 영양 공급원을 발효 배지로부터 제거하는 제2 단계로 이루어진, 종속 영양 조건 하에서 미세조류 바이오매스를 발효시키는 단계를 포함한다. The method of the present invention therefore comprises fermenting microalgae biomass under heterotrophic conditions, comprising a first step of growing the biomass and a second step of removing the non-nitrogen nutrient source from the fermentation medium.

상기 제2 단계는 바이오매스 중 단백질을 증량할 수 있다. 특히 상기 제2 단계는 바이오매스의 단백질 함량이 (건물 중량 기준) 50 중량% 초과에 도달하도록 만들 수 있다. The second step can increase the protein in the biomass. Particularly, the second step can make the protein content of the biomass reach to more than 50% by weight (based on the weight of the building).

본 발명에 따라 바람직한 제1 구현예에서, 미세조류, 특히 클로렐라 소로키니아나를 종속 영양 배양하는 방법은,In a first preferred embodiment according to the present invention, a method for heterotrophic culture of microalgae, in particular chlorella noroquiniana,

·다량의 바이오매스를 신속하게 얻기 위해 글루코스 공급 속도를 미세조류의 소모 능(consumption capacity)에 맞추어 미세조류를 생육하는 제1 단계; 및A first stage in which microalgae are grown in accordance with the consuming capacity of microalgae in order to obtain a large amount of biomass rapidly; And

·저장 물질들의 추가 축적을 막거나 이것들의 소모를 촉진하기 위해 글루코스 공급 속도를 명확하게 미세조류의 글루코스 소모 능 미만의 값으로 설정하여, 미세조류가 단백질을 생산하는 제2 단계The second step in which the microalgae produce a protein, by setting the glucose feed rate to a value that is clearly below the glucose consumability of the microalgae in order to prevent further accumulation of storage materials or to promote their consumption;

를 포함한다..

이하에 예시될 바와 같이, 미세조류가 생육되는 제1 단계는, 초기 글루코스 공급물이 전부 미세조류에 의해 소모되어 기저 바이오매스(base biomass)가 생산되는 불연속적 또는 “회분” 방식으로 수행된다.As illustrated below, the first step in the growth of microalgae is performed in a discontinuous or " ash " manner in which the initial glucose feed is consumed entirely by microalgae to produce a base biomass.

단백질이 생산되는 제2 단계는, The second step, in which the protein is produced,

- 처음에 공급된 글루코스가 소모된 후 완전 배지가 소위 “유가식” 체계를 이용하면서 반연속적 방식으로 공급되고; 발효의 기타 다른 운용 매개변수들이 바뀌지 않고 유지되는 조건.- after the initially supplied glucose has been consumed, the complete medium is fed in a semi-continuous manner, using the so-called "feed-in" system; Conditions in which other operational parameters of the fermentation remain unchanged.

글루코스는 연속적으로 공급되고, 공급 속도는 균주의 최대 소모 속도보다 느리므로, 배지 중 잔여 글루코스 함량은 0으로 유지됨. Glucose is supplied continuously and the feed rate is slower than the maximum consumption rate of the strain, so the remaining glucose content in the medium is maintained at zero.

그러므로 균주의 생장은 글루코스의 이용 가능성에 의해 제한됨(글루코스 제한 조건); 또는Therefore, the growth of the strain is limited by the availability of glucose (glucose restriction conditions); or

- 균주의 생장 속도(μ)는 최소값으로 유지되고, 균주의 생장은 글루코스 공급에 의해 제한되는, 연속적 회성분배양기가 사용되는 조건- Conditions under which a continuous spinner incubator is used, in which the growth rate (μ) of the strain is kept at the minimum value and the growth of the strain is limited by the glucose supply

하에서 수행된다.Lt; / RTI >

이러한 운용 방법에서는 글루코스의 제한과, 부과된 낮은 생장 속도 덕분(이 두 가지는 모두 매우 우수한 생산성을 보장함)에 단백질 함량이 높은 바이오매스를 얻을 수 있다. In this way of operation, biomass with high protein content can be obtained due to the limitation of glucose and the low growth rate imposed (both of which guarantee very good productivity).

본 발명에 따른 제2의 바람직한 구현예에서, 미세조류, 특히 클로렐라 프로토테코이데스의 종속 영양 배양 방법은 미세조류를 생육하는 단계를 포함하는데, 이 경우 인산염 공급이 제한되면 생장 속도가 제한되고, 그로 말미암아 단백질 함량이 증가하게 된다. 그러므로 클로렐라 프로토테코이데스 종의 미세조류를 종속 영양 배양하는 방법은, 인산염이 결핍된 상태에서 미세조류를 종속 영양 배양하여 생장 속도를 감소시키고, 이로 말미암아 단백질 함량을 증가시키는 단계를 포함한다.In a second preferred embodiment according to the invention, the heterotrophic culture method of microalgae, in particular chlorella protothecidis, comprises the step of growing microalgae, in which the growth rate is limited if the phosphate feed is restricted, Thereby increasing the protein content. Thus, a method for heterotrophic culture of microalgae of the species Chlorella prototypedes includes heterotrophic culturing of microalgae in the absence of phosphate to reduce the rate of growth and thereby increase the protein content.

본 발명은 이하 실시예들의 도움으로 더 잘 이해될 것이며, 이하 실시예들은 예시적이면서 비제한적인 것으로 의미된다.The invention will be better understood with the aid of the following examples, which are meant to be illustrative and non-limiting.

실시예Example

실시예Example 1: 영양 배지의 공급이 제한되지 않으면서 연속-회분 발효가 이용되는 클로렐라  1: Chlorella using continuous-ash fermentation without limiting supply of nutrient media 소로키니아나의Sorokiniana 생산 production

사용된 균주는 클로렐라 소로키니아나(균주 UTEX 1663; 미국 오스틴 소재, 텍사스 대학교 조류 배양 수집소)이다.The strain used was Chlorella norovirus (strain UTEX 1663; University of Texas Algae Culture Collection, Austin, USA).

예비 배양:Pre-culture:

- 2 ℓ들이 에를렌마이어 플라스크 내 배지 600 ㎖;- 600 ml of medium in a 2 L Erlenmeyer flask;

- 배지의 조성(이하 표 1 참조)- Composition of the medium (see Table 1 below)

다량원소 (g/ℓ)Massive element (g / l) 글루코스Glucose 2020 K2HPO4·3H2OK 2 HPO 4 .3H 2 O 0.70.7 MgSO4·7H2OMgSO 4 .7H 2 O 0.340.34 시트르산Citric acid 1.01.0 우레아Urea 1.081.08 Na2SO4 Na 2 SO 4 0.20.2 Na2CO3 Na 2 CO 3 0.10.1 클레롤(Clerol) FBA 3107(소포제)Clerol FBA 3107 (antifoaming agent) 0.50.5 미량원소
(㎎/ℓ)
Trace element
(Mg / l)
Na2EDTANa 2 EDTA 1010
CaCl2·2H2OCaCl 2 .2H 2 O 8080 FeSO4·7H2OFeSO 4 .7H 2 O 4040 MnSO4·4H2OMnSO 4 · 4H 2 O 0.410.41 CoSO4·7H2OCoSO 4 .7H 2 O 0.240.24 CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O 0.240.24 ZnSO4·7H2OZnSO 4 .7H 2 O 0.50.5 H3BO3 H 3 BO 3 0.110.11 (NH4)6Mo7O27·4H2O (NH 4) 6 Mo 7 O 27 · 4H 2 O 0.040.04

살균 전, 8 N NaOH를 첨가하여 pH를 7로 맞추었다.Before sterilization, the pH was adjusted to 7 by the addition of 8 N NaOH.

항온처리를 다음과 같은 조건 하에서 진행하였다:The incubation was carried out under the following conditions:

- 지속 시간: 72 시간;- Duration: 72 hours;

- 온도: 28℃;- Temperature: 28 캜;

- 진탕 속도: 110 rpm(인포르스 멀티트론(Infors Multitron) 항온기)- Shaking speed: 110 rpm (Infors Multitron thermostat)

그 다음, 상기 예비 배양액을 30 ℓ들이 사르토리우스(Sartorius) 발효기에 옮겨담았다.The pre-culture was then transferred to a 30 L Sartorius fermenter.

바이오매스Biomass 생산 배양: Production culture:

배지는 예비 배양시의 배지와 동일하였는데, 다만 우레아 대신 NH4Cl을 사용하였다.The medium was the same as the medium used for the preliminary culture except that NH 4 Cl was used instead of urea.

다량원소 (g/ℓ)Massive element (g / l) 글루코스Glucose 2020 K2HPO4·3H2OK 2 HPO 4 .3H 2 O 0.70.7 MgSO4·7H2OMgSO 4 .7H 2 O 0.340.34 시트르산Citric acid 1.01.0 NH4ClNH 4 Cl 1.881.88 Na2SO4 Na 2 SO 4 0.20.2 클레롤 FBA 3107(소포제)Clorol FBA 3107 (antifoaming agent) 0.50.5 미량원소
(㎎/ℓ)
Trace element
(Mg / l)
Na2EDTANa 2 EDTA 1010
CaCl2 CaCl 2 8080 FeSO4·7H2OFeSO 4 .7H 2 O 4040 MnSO4·4H2OMnSO 4 · 4H 2 O 0.410.41 CoSO4·7H2OCoSO 4 .7H 2 O 0.240.24 CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O 0.240.24 ZnSO4·7H2OZnSO 4 .7H 2 O 0.50.5 H3BO3 H 3 BO 3 0.110.11 (NH4)6Mo7O27·4H2O (NH 4) 6 Mo 7 O 27 · 4H 2 O 0.040.04

접종 후, 발효기의 초기 용적(Vi)을 13.5 ℓ로 맞추었다.After inoculation, it was adjusted to the initial volume (V i) of the fermenter to 13.5 ℓ.

발효기의 용적을 최종 용적 16 ℓ 내지 20 ℓ로 늘렸다.The volume of the fermenter was increased to a final volume of 16 to 20 liters.

발효의 운용 매개변수들은 다음과 같았다:The operating parameters of the fermentation were as follows:

온도Temperature 28℃28 ℃ pHpH NH3 28%(w/w)를 사용하여 5.0 내지 5.2로 맞춤Using NH 3 28% (w / w ) alignment to 5.0 to 5.2 pO2 pO 2 >20%(진탕하여 유지)> 20% (maintained by shaking) 진탕 속도Shaking Speed 최소 300 rpm300 rpm minimum 공기 유속Air flow rate 15 ℓ/분15 L / min

처음에 공급된 글루코스가 소모될 때, 소포제가 포함되지 않은 처음 배지와 동일한 배지를 발효기 내 글루코스 함량이 20 g/ℓ으로 얻도록, 글루코스 500 g/ℓ(처음 배지 중의 글루코스와 동일한 비율)와 기타 다른 성분들을 함유하는 농축 용액 형태로 공급하였다.When the initially supplied glucose was consumed, the same medium as that of the first medium containing no defoaming agent was added at a concentration of 500 g / l of glucose (the same ratio as the glucose in the initial medium) to the other medium to obtain a glucose content in the fermenter of 20 g / Was supplied in the form of a concentrated solution containing the other components.

기타 다른 동일 추가 배지 2 개가 동일한 방식으로 공급되는데, 공급될 때마다 잔여 글루코스 농도는 0이 되었다.Two other identical additional media were fed in the same manner, with each remaining glucose concentration becoming zero.

클레롤 FBA 3107 소포제를 과도한 기포 형성을 막기 위해 필요에 따라서 첨가하였다.Clorol FBA 3107 defoamer was added as needed to prevent excessive bubble formation.

결과:result:

배양한지 46 시간 경과 후, 단백질 함량(N 6.25에 의해 평가)이 36.2%인 바이오매스 38 g/ℓ가 얻어졌다. After 46 hours of incubation, 38 g / l of biomass with a protein content of 36.2% (as assessed by N 6.25) was obtained.

실시예Example 2:  2: 글루코스의Of glucose 공급을 제한하면서  While limiting supply 유가식Oil price formula 발효가 이용되는 씨.  Seeds used for fermentation. 소로키니아나의Sorokiniana 생산 production

본 실시예에서는 처음에 공급된 글루코스가 소모된 후에 완전 배지의 (유가식) 공급을 개시하였다. 발효의 기타 다른 운용 매개 변수들은 바꾸지 않고 그대로 유지시켰다.In this example, the supply of the complete medium (fed-batch) was started after the initially supplied glucose was consumed. Other operating parameters of the fermentation were maintained unchanged.

글루코스를 500 g/ℓ 농축 용액을 사용하여 연속 공급하였다. 공급 속도는 균주의 최대 소모 속도보다 느렸으므로, 배지 중 잔여 글루코스 함량은 0으로 유지되었는데, 즉 균주의 생장은 글루코스의 이용 가능성에 의해 제한되었다(글루코스 제한 조건).Glucose was continuously fed using a 500 g / l concentrated solution. Since the feeding rate was slower than the maximum consumption rate of the strain, the residual glucose content in the medium was maintained at 0, i.e. the growth of the strain was limited by the availability of glucose (glucose restriction conditions).

이 소모 속도는 시간이 경과됨에 따라서 지수적으로 증가하였다. 첨가 유속을 산정하는데 사용된 공식은, 다음과 같이 균주가 공급된 글루코스 전부를 소모한다면 균주가 채택할 수 있는 생장 속도에 상응하는 인자(μ)에 의해 특징지어진다:This consumption rate increased exponentially with time. The formula used to estimate the added flux is characterized by the factor (μ) corresponding to the growth rate that the strain can adopt if the strain consumes all of the glucose supplied:

S = So × exp(μ.t)S = So x exp (μ.t)

S = 글루코스 공급 유속(g/h)S = glucose feed flow rate (g / h)

So = 초기 글루코스 공급 유속으로서, 회분 배양 후에 존재하는 바이오매스의 양에 따라서 결정됨. 본 발명의 조건 하에서는 12 g/h임.So = initial glucose feed rate, determined by the amount of biomass present after ash culture. And 12 g / h under the conditions of the present invention.

μ = 유속 가속 인자. 0.11 h-1 미만이어야 하는데, 이 값은 영양 제한이 이루어지지 않을 때의 균주의 생장 속도임.μ = flow rate acceleration factor. It should be less than 0.11 h -1 , which is the growth rate of the strain when nutritional restrictions are not established.

t = 유가식 운용의 지속 시간(h).t = duration of oil price operation (h).

염은 연속적으로 공급하였는데, 가능하다면 글루코스와 별도로 또는 혼합되어 제공되었다. 그러나 상기 염은 또한 수 부로 나누어져 연속 공급할 수도 있었다.Salts were supplied continuously, if possible, provided separately or mixed with glucose. However, the salt may also be divided into several portions and continuously supplied.

이하 표 4는 글루코스 100 g에 필요한 염의 양을 제시하고 있다.Table 4 below shows the amount of salt required for 100 g of glucose.

다량원소 (g)Massive element (g) 글루코스Glucose 100100 K2HPO4·3H2OK 2 HPO 4 .3H 2 O 6.756.75 MgSO4·7H2OMgSO 4 .7H 2 O 1.71.7 시트르산Citric acid 5.05.0 Na2SO4 Na 2 SO 4 1.01.0 미량원소
(㎎)
Trace element
(Mg)
Na2EDTANa 2 EDTA 5050
CaCl2·2H2OCaCl 2 .2H 2 O 400400 FeSO4·7H2OFeSO 4 .7H 2 O 200200 MnSO4·4H2OMnSO 4 · 4H 2 O 2.12.1 CoSO4·7H2OCoSO 4 .7H 2 O 1.21.2 CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O 1.21.2 ZnSO4·7H2OZnSO 4 .7H 2 O 2.52.5 H3BO3 H 3 BO 3 0.60.6 (NH4)6Mo7O27·4H2O (NH 4) 6 Mo 7 O 27 · 4H 2 O 0.20.2

글루코스를 제외한 성분들의 농도를 균주의 영양 요구량에 비하여 과량이 되도록 결정하였다.The concentration of components other than glucose was determined to be excessive compared to the nutrient requirement of the strain.

클레롤 FBA 3107 소포제를 과도한 기포 형성을 막기 위해 필요에 따라서 첨가하였다.Clorol FBA 3107 defoamer was added as needed to prevent excessive bubble formation.

결과: result: 유가식Oil price formula 운용 동안  During operation 글루코스Glucose 공급 속도의 영향력 Influence of supply rate

유가식 방식 중 다양한 글루코스 공급 속도에 따라 테스트를 수행하였다. 상기 글루코스 공급 속도들은 적용된 μ에 의해 특징지어졌다. 얻어진 바이오매스 중 단백질 함량은 N 6.25로 표현되는 질소의 총량을 측정함으로써 평가하였다.Tests were performed according to various glucose feed rates in a fed-batch mode. The glucose feed rates were characterized by the applied [mu]. The protein content in the obtained biomass was evaluated by measuring the total amount of nitrogen expressed as N 6.25.

테스트Test 공급 μ
(h-1)
Supply μ
(h -1 )
지속시간
(h)
duration
(h)
바이오매스
(g/ℓ)
Biomass
(g / l)
생산성
(g/ℓ/h)
productivity
(g / l / h)
N 6.25 %N 6.25%
1One 0.060.06 7878 43.643.6 0.560.56 49.249.2 22 0.070.07 5454 35.135.1 0.650.65 43.143.1 33 0.090.09 4848 64.964.9 1.351.35 39.339.3

이러한 결과들은 글루코스 제한이 단백질 함량을 증가시킬 수 있다는 것을 나타낸다.These results indicate that glucose restriction can increase protein content.

실제로 얻어진 단백질 함량은 μ가 0.09로 높았을 때조차 실시예 1에서와 같이 글루코스 제한이 이루어지지 않을 때 얻어진 단백질의 함량보다 더 높았음이 관찰되었다(39.3% 대 36.2%).The actual protein content was even higher when the μ was as high as 0.09 (39.3% versus 36.2%), as in Example 1, when the glucose limit was not achieved.

글루코스에 의한 대사의 더 엄격한 제한은 단백질 함량의 추가적인 증가를 초래하였다.A more stringent restriction of glucose metabolism has resulted in an additional increase in protein content.

이러한 테스트 조건 하에서 단백질 함량을 50% 초과로 얻기 위해서는, 균주에 μ를 0.06 h-1 미만으로 부과하는 것이 필요하였다. In order to obtain a protein content of more than 50% under these test conditions, it was necessary to add μ to the strain at less than 0.06 h -1 .

이러한 조건은 생산성의 감소와 밀접한 관련이 있음이 주목되어야 한다: 0.56 g/ℓ/h 대 1.35 g/ℓ/h(테스트 3).It should be noted that this condition is closely related to the decrease in productivity: 0.56 g / ℓ / h to 1.35 g / ℓ / h (test 3).

실시예Example 3:  3: 글루코스Glucose 공급을 제한하면서 연속  Continuously limiting supply 화성분배양기Chemical agent 발효가 사용되는 Fermentation is used 씨. Seed. 소로키니아나의Sorokiniana 생산 production

본 실시예에서는 2 ℓ들이 사르토리우스 바이오스탯(Sartorius Biostat) B 발효기를 사용하였다.In this example, a 2 L Sartorius Biostat B fermenter was used.

발효는 실시예 2에서와 같이 수행하였는데, 다만 용적은 원래 용적의 10 분의 1 크기로 하였고, 접종 용적은 60 ㎖로 하였으며, 초기 용적은 1.35 ℓ로 하였다.Fermentation was carried out as in Example 2 except that the volume was one tenth of the original volume, the volume of inoculation was 60 ml, and the initial volume was 1.35 l.

실시예 2와 같은 원리에 따라서 배지의 연속 공급을 개시하였는데, 이 경우 염은 공급 탱크 내에 글루코스와 혼합되었다. 공급 속도는, μ를 0.06 h- 1 로 적용하여 실시예 2의 지수 공식과 동일한 지수 공식 적용 결과에 따라서 가속화하였다. Continuous feeding of the medium was started according to the same principle as in Example 2, in which case the salt was mixed with glucose in the feed tank. The feed rate was accelerated according to the same exponential formula applied to the exponential formula of Example 2, applying .mu. To 0.06 h.sup. - 1 .

화성분배양기Chemical agent

용적이 1.6 ℓ에 도달하였을 때(즉, 바이오매스 농도가 약 50 g/ℓ가 되었을 때) 연속 화성분배양기 방식의 운용을 개시하였다:When the volume reached 1.6 liters (i.e., when the biomass concentration reached approximately 50 g / l), the operation of the continuous fractional crystallization system was initiated:

1. 발효기에, 글루코스 100 g/ℓ를 함유하고, 다음과 같은 조성을 가지는 영양 배지 용액을 96 ㎖/h의 유속으로 연속 공급하였다:1. In a fermenter, a nutrient broth solution containing 100 g / l of glucose and having the following composition was continuously fed at a flow rate of 96 ml / h:

다량원소(g/ℓ)Massive element (g / l) 글루코스Glucose 100100 K2HPO4·3H2OK 2 HPO 4 .3H 2 O 6.756.75 MgSO4·7H2OMgSO 4 .7H 2 O 1.71.7 시트르산Citric acid 5.05.0 Na2SO4 Na 2 SO 4 1.01.0 미량원소
(mg/ℓ)
Trace element
(mg / l)
Na2EDTANa 2 EDTA 5050
CaCl2·2H2OCaCl 2 .2H 2 O 400400 FeSO4·7H2OFeSO 4 .7H 2 O 200200 MnSO4·4H2OMnSO 4 · 4H 2 O 2.12.1 CoSO4·7H2OCoSO 4 .7H 2 O 1.21.2 CuSO4·5H2OCuSO 4 · 5H 2 O 1.21.2 ZnSO4·7H2OZnSO 4 .7H 2 O 2.52.5 H3BO3 H 3 BO 3 0.60.6 (NH4)6Mo7O27·4H2O (NH 4) 6 Mo 7 O 27 · 4H 2 O 0.20.2

글루코스를 제외한 성분들의 농도를, 균주의 영양 요구량에 비하여 과량이 되도록 결정하였다.The concentrations of the components other than glucose were determined to be excessive compared to the nutrient requirement of the strain.

2. 배양액 용적이 1.6 ℓ로 유지되도록, 펌프에 연결된 사이펀 관에 의해 발효기로부터 배지를 연속적으로 빼냈다.2. The medium was continuously withdrawn from the fermenter by means of a siphon tube connected to the pump so that the volume of the culture medium was maintained at 1.6 L.

이에 의하여, 시간당 배지의 0.06 g/ℓ(6%) 분획을 대체하였다. 이때의 대체율은 희석율(D)이라 칭하여진다.This replaced the 0.06 g / l (6%) fraction of the medium per hour. The substitution rate at this time is referred to as the dilution rate (D).

균주의 생장은 글루코스 공급에 의해 제한되었기 때문에, 화성분배양기 배양 방법의 원리에 따라서 균주의 생장 속도(μ)를 동일한 값으로 확립하였다:Since the growth of the strain was restricted by the glucose supply, the growth rate () of the strain was established to be the same value according to the principle of the method of culture of the fractional medium:

D = μ = 0.06 h-1 D = μ = 0.06 h -1

결과result

화성분배양기 방식으로 운용한지 97 시간 경과 후, 바이오매스의 농도는 48 g/ℓ ± 2 g/ℓ로 안정화되었으며, 단백질 함량은 53 ± 2%로 안정화되었다.After 97 hours of operation by the chemical method, the biomass concentration was stabilized at 48 g / ℓ ± 2 g / ℓ and the protein content was stabilized at 53 ± 2%.

이러한 운용 방식은, 글루코스의 제한과, 부과된 낮은 생장 속도(이 모두는 약 2.9 g/ℓ/h의 매우 우수한 생산성을 보장함), 그리고 바이오매스의 높은 농도 덕분에 단백질 함량이 높은 바이오매스를 얻을 수 있다.This mode of operation has the advantage of limiting biomass with high protein content due to the limitations of glucose and the low growth rate imposed (both of which guarantee very good productivity of about 2.9 g / l / h) and high concentrations of biomass Can be obtained.

실시예Example 4: 인산염 공급이 제한되거나 제한되지 않으면서 회분 발효가 사용되는 클로렐라  4: Chlorella in which ash fermentation is used, with or without limited phosphate supply 프로토테코이데스의Protocheids 생산 production

사용된 균주는 클로렐라 프로토테코이데스(균주 CCAP21 1/8D; 영국 스코틀랜드 소재, 조류 및 원생 동물 배양 수집소)이다.The strain used was Chlorella protocheidis (strain CCAP21 1 / 8D; bird and protist culture collection, Scotland, UK).

예비 배양:Pre-culture:

- 500 ㎖ 들이 에를렌마이어 플라스크 내 배지 150 ㎖;150 ml of medium in a 500 ml Erlenmeyer flask;

- 배지의 조성: 글루코스 40 g/ℓ + 효모 추출물 10 g/ℓ- Composition of medium: glucose 40 g / ℓ + yeast extract 10 g / ℓ

항온처리를 다음과 같은 조건 하에서 진행하였다: 지속 시간: 72 시간; 온도: 28℃; 진탕 속도: 110 rpm(인포르스 멀티트론 항온기).The incubation was carried out under the following conditions: Duration: 72 hours; Temperature: 28 占 폚; Shaking speed: 110 rpm (Infors multitron thermostat).

그 다음, 상기 예비 배양액을 2 ℓ들이 사르토리우스 바이오스탯 B 발효기에 옮겨담았다.Then, the preliminary culture liquid was transferred into a 2 L Sartorius biostat B fermenter.

바이오매스Biomass 생산 배양: Production culture:

배양 배지의 조성은 다음과 같았다(g/ℓ):The composition of the culture medium was (g / l) as follows:

글루코스Glucose 8080 시트르산Citric acid 44 NH4CLNH 4 CL 22 KH2PO4 KH 2 PO 4 2(테스트 1)
또는 3 (테스트 2)
2 (Test 1)
Or 3 (Test 2)
Na2HPO4 Na 2 HPO 4 2(테스트 1)
또는 3(테스트 2)
2 (Test 1)
Or 3 (Test 2)
MgSO4,7H2OMgSO 4, 7H 2 O 1.51.5 NaClNaCl 0.50.5 효모 추출물Yeast extract 55

인산염의 공급량은, 테스트 1에서는 제한되도록, 그리고 테스트 2에서는 과량이 되도록 산정되었다. 클레롤 FBA 3107 소포제를 과도한 기포 형성을 막기 위해 필요에 따라서 첨가하였다. 접종 후, 발효기의 초기 용적(Vi)을 1 ℓ로 맞추었다.The amount of phosphate supplied was estimated to be limited in Test 1 and to be excessive in Test 2. Clorol FBA 3107 defoamer was added as needed to prevent excessive bubble formation. After inoculation, it was adjusted to the initial volume (V i) of the fermenter 1 to ℓ.

발효의 운용 매개변수들은 다음과 같았다:The operating parameters of the fermentation were as follows:

온도Temperature 28℃28 ℃ pHpH NH3 28%(w/w)를 사용하여 6.5로 맞춤Fit to 6.5 using NH 3 28% (w / w) pO2 pO 2 >20%(진탕하여 유지)> 20% (maintained by shaking) 진탕 속도Shaking Speed 최소 200 rpmAt least 200 rpm 공기 유속Air flow rate 1 ℓ/분1 l / min

결과:result:

테스트Test 지속시간(h)Duration (h) 바이오매스
(g/ℓ)
Biomass
(g / l)
누적 μ
(h-1)
Cumulative μ
(h -1 )
잔여 PO4
(㎎/ℓ)
Residual PO 4
(Mg / l)
N 6.25
%
N 6.25
%
1One 4545 36.536.5 0.070.07 00 56.156.1 22 3636 38.138.1 0.090.09 800800 48.148.1

이러한 결과들은, 앞선 실시예들에서 글루코스의 제한이 단백질 함량을 분명하게 50%보다 큰 값에 이르도록 증가시켰던 것과 같이, 발효 후에 잔여 인산염의 부재에 의해 확인되는 인산염의 공급 제한이 (누적 μ에 의해 측정되는) 생장 속도를 제한한다는 것을 나타낸다.These results demonstrate that the feed restriction of phosphate, identified by the absence of residual phosphate after fermentation, (as in the previous examples, increased the protein content to a value of greater than 50% Lt; RTI ID = 0.0 > (as measured by < / RTI >

Claims (8)

종속 영양 조건 하에서 생육된 미세조류의 단백질 증량 방법으로서, 상기 미세조류는 클로렐라 속이고, 종속 영양 배양은 비 질소 영양 공급원을 발효 배지 중에 결핍시켜 상기 미세조류의 생장을 제한함으로써 바이오매스 중 단백질 함량이 50 중량% 초과에 도달할 수 있도록 만드는 것을 목표로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.A method of increasing the protein content of microalgae grown under heterotrophic conditions, wherein the microalgae is of the genus Chlorella and the heterotrophic culture is characterized in that the protein content in the biomass is less than or equal to 50% by limiting the growth of the microalgae by deficient in non- % ≪ / RTI > by weight of the composition. 제1항에 있어서, 상기 결핍되는 비 질소 영양 공급원은 글루코스 및 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 영양 물질인 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the deficient non-nitrogen nutrient source is a nutrient selected from the group consisting of glucose and phosphate. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 영양 공급원은, 영양 공급원이 제한되지 않을 때의 생장 속도보다 10% 내지 60% 더 낮은 생장 속도를 얻도록 결핍되는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the nutrient source is deficient to obtain a growth rate 10% to 60% lower than the growth rate when the nutrient source is not restricted. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 클로렐라 속의 미세조류는 클로렐라 소로키니아나 및 클로렐라 프로토테코이데스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the microalgae in the genus Chlorella are selected from the group consisting of chlorella thallokina and chlorella protocheodis. 제4항에 있어서, 상기 영양 물질은 0.06 h-1 내지 0.09 h-1의 생장 속도를 얻도록 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 4 wherein the nutrient material is characterized in that the supply to achieve a growth rate of 0.06 h -1 to 0.09 h -1. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결핍 배양 단계의 지속 시간은 1 시간 이상, 바람직하게는 10 시간 이상, 더 바람직하게는 20 시간 이상, 특히 30 시간 내지 60 시간인 것을 특징으로 하는 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the duration of the deficient culturing step is at least 1 hour, preferably at least 10 hours, more preferably at least 20 hours, especially from 30 to 60 hours Lt; / RTI > 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 클로렐라 소로키니아나 종 미세조류의 종속 영양 배양은,
a. 다량의 바이오매스를 신속하게 얻기 위해 글루코스 공급 속도를 상기 미세조류의 소모 능에 맞추면서 미세조류를 생육하는 제1 단계; 및
b. 저장 물질들의 추가 축적을 막거나 이것들의 소모를 촉진하기 위해 글루코스 공급 속도를 명확하게 상기 미세조류의 글루코스 소모 능 미만의 값으로 설정하여 미세조류가 단백질을 생산하는 제2 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the heterotrophic culture of chlorella norovirus kinase microalgae comprises the steps of:
a. A first step of growing a microalgae while adjusting a feeding rate of glucose to the consumability of the microalgae in order to rapidly obtain a large amount of biomass; And
b. A second step in which the microalgae produce a protein by setting the glucose supply rate to a value that is clearly below the glucose consumability of the microalgae in order to prevent further accumulation of storage materials or promote their consumption
≪ / RTI >
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 클로렐라 프로토테코이데스 종 미세조류의 종속 영양 배양은, 인산염이 결핍된 상태에서 배양하여 생장 속도를 제한하고, 이로 말미암아 단백질 함량을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the heterotrophic culture of chlorella protochedes species microalgae is carried out by culturing in the absence of phosphate to limit the growth rate and thereby increase the protein content ≪ / RTI >
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