KR840000748B1 - 개선된 에탄올 제조법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

개선된 에탄올 제조법
도면은 자이모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis) ATCC 10988과 자이모모나스 모빌리스 C P4의 연속 배양에 대한 운동매개 변수를 그래프적으로 나타낸 것이다.
본 발명은 30℃, pH5 및 300g/ℓ글루코오즈를 함유하는 배지중에서 최소 4.0g/g/h의 특이적에탄올 생산력, 30℃, pH5 및 200g/ℓ글루코오즈 함유 배지에서 최소 8.0g/g/h의 특이적 글루코오즈흡수율 및 30℃, pH5 및 300g/ℓ글루코오즈 함유배지에서 뱃찌 배양시 최소 120g/ℓ의 에탄올 내성 수준 또는 30℃, pH5 및 150g/ℓ글구코오즈 함유배지에서 연속 배양시 최소 60g/ℓ의 에탄올 내성 수준을 가지는
Figure kpo00001
Figure kpo00002
(Zymomonas mobilis) 균주를 적당한 장치중에서 배양시킴을 특징으로하여 에탄올(알콜)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
에탄올은 통상적으로 효모에 의한 당의 발효에 의해 제조된다. 이러한 공정은 맥주 및 포도주등 알콜성음료의 제조에 사용된다. 그러나 특정한 박테리아도 당 및 전분 가수분해물을 에탄올로 발효시키는 능력을 가지고 있음이 알려져 있다. 이러한 박테리아가
Figure kpo00003
이다.
자이모모나스 모빌리스 글루코오즈 대사에 엔트너 듀도로프(Entner Dourdoro ff)경로를 사용하며 글루코오즈 1몰 발효당 1.9몰까지의 에탄올을 생성할 수 있다. 해당 경로를 사용하여 효모에 의해 글루코오즈를 발효시킬때 글루코오즈 1몰당 2몰의 ATP가 생성되는데 비해 자이모모나스 모빌리스가 글루코오즈를 발효시키는 방법계에서는 글루코오즈 몰당 단지 1몰의 ATP가 생성된다. 발효 공정으로부터 자이모모나스 모빌리스에 이용되는 에너지가 낮으면 낮을수록 발효 공정중 생물학과의 생성이 적어진다는 것을 의미한다.
이들 천연의 잇점들은 이전에 연구된 자이모모나스 모빌리스 균주의 저생산력, 낮은알콜 내성 및 이들의 낮은 당 흡수율로 인하여 자이모모나스 모빌리스가 대규모 상업용 에탄올 제조에 사용되기에는 충분치 못했었다. 본 발명자들은 이들 세가지 기준 모두에서 에탄올 제조용 통상의 효모보다 유리한 점을 보여주는 자이모모나스 모빌리스의 균주를 분리할 수 있었다. 위에 열거된 기준중 하나가 현저히 증가될 수는 있을지라도 이들 3가지 기준이 모두 유기체에 어떠한 해로운 변화도 주지않고 동시에 개선될 수 있었다는 것은 놀라운 일이다.
본 발명은 30℃, pH5 및 200g/ℓ글루코오즈 함유 배지에서 최소 4.0g/g/h의 특이적 에탄올 생산력, 30℃, pH5 및 200g/ℓ의 글루코오즈 함유배지에서 최소 8.0 g/g/h의 특이적 글루코오즈 흡수율 및 30℃, pH5 및 300g/ℓ 함유 배지에서 뱃찌배양시 최소 120g/ℓ의 에탄올 내성 수준 또는 30℃, pH5 및 150g/ℓ글루코오즈 함유 배지에서 최소 60g/ℓ의 에탄올 내성 수준을 가지는 자이모모나스 모빌리스 균주를 배지에서 배양시키고 이렇게 제조된 에탄올을 회수시킴을 특징으로하여 글루코오즈 또는 기타 발효할 수 있는 배지로부터 에탄올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 제법은 미생물의 뱃찌 배양에 의하거나 또는 선택적으로 세포 재순환을 가지거나 가지지 않는 연속 또는 반연속 공정으로서 수행된다.
본 발명에 따르는 제법은 20℃ 내지 50℃, 가장 바람직하기로는 25 내지 40℃의 온도 및 pH3.7 내지 8사이, 가장 바람직하게는 4.5 내지 6.5에서 수행된다. 배지는 바람직하게 100내지 400g/ℓ, 가장 바람직하게는 150 내지 300g/ℓ의 발효할 수 있는 탄수화물을 함유하고 있다.
배양 배지에서 발효성 기질로 사용되는 바람직한 탄수화물에는 글루코오즈 이외에도 프락토즈, 락토오즈 및 슈크로즈 같은 단당류, 전분 및 전분 가수분해물 및 셀룰로오즈 원물질등이 포함된다. 아미노 자이모모나스 모빌리스의 어떠한 균주로 이들 기질 전부를 발효시키지는 못할것이며 따라서 특별한 균주에는 적당한, 발효할 수 있는 기질이 선택되어야만 한다는 것을 인지해야할 것이다.
본 발명에 따르는 제법에서 사용되는 자이모모나스 모빌리스의 균주는 최소 5.0g/g/h의 특이적 에탄올 생산력 및 정의된 조건하 최소 10g/g/h의 특이적 글루코오즈 흡수율을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제법에서 사용되는 바람직한 자이모모나스 모빌리스 균주는 다음 타입 칼추어 콜렉션에 보관된 CP4이다.
벨기에왕국 겐트 B-900 레데강크 스트라트 35, 라보라토리 오브 마이크로바이올로지, 제이. 드 레이교수.
이 균주의 돌연변이체는 본 공정 수행에 특히 유용한 것으로 나타났으며 특히 CP4자체보다 넓은 범위의 발효성 기질을 가진다. 돌연변이 균주는 자외선 조사 또는 니트로조 구아니딘의 사용에 의하여 존재하는 균주를 돌연 변이시킴으로써 제조될 수 있다. 바람직한 성질은 예를들어 막여과 교배기법을 사용하여 다른 박테리아로 부터 플라스미드 전이에 의해 자이모모나스 모빌리스로 도입될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 자이모모나스 모빌리스의 균주는 미합중국 매릴랜드 20852, 타크론 드라이브 록크빌 12301소재의 아메리칸 타입 칼추어 콜렉션에 기탁되어 있으며 기탁번호 및 일자는 다음과 같다.
Figure kpo00004
[실시예]
다음 실시예에서 이전에 연구된 자이모모나스 모빌리스 ATCC 10988과 사탕 수수즙으로부터 분리된 본 발명의 선택 균주 CP4사이의 비교가 이루어진다. 자이모모나스 모빌리스 균주는 처음에 원배양 사면배지로 부터 단일 균락을 100g/ℓ글루코오즈 및 10g/ℓ효모 추출물을 함유하는 50ml의 미리 접종된 배지에 이식시킴으로써 진탕시키지 않고 24시간동안 30℃에서 증식시킨다. 10ml의 배양육즙을 90ml의 접종배양배지에 이식시킨다. 12 내지 18시간 배양후, 100 내지 300g/ℓ글루코오즈, 10g/ℓ 효모추출물, 1g/ℓKH2PO4, 1g/ℓ(NH4)2SO4, 0.5g/ℓMgSO47H2O를 함유하는 900ml의 발효 배지에 접종시킨다.
표 1은 지시된 글루코오즈 농도의 조건하 성장하는 효모 에스. 세레 비지아에, 자이모모나스 모빌리스 ATCC 10988 및 자이모모나스 모빌리스 CP4의 운동매개 변수 사이의 비교를 나타낸다.
[표 1]
Figure kpo00005
두 균주사이의 비교는 자이모모나스 모빌리스 ATCC 10988 및 자이모모나스 모빌리스 CP4의 연속 배양에 대한 운동매개 변수를 그래프적으로 나타내는 도면 1에서 제공된다. 후자의 정상 상태에 대해서 결과가 60,100,135 및 170g/ℓ글루코오즈 배지에 대해 수집되었다. 도면 1에서 자명한 바와 같이 특이적 성장율 및 특이적 에탄올 제조율은 균주 CP4의 경우 훨씬 높으며 주어진 알콜 농도에 의해 덜 영향 받는다.
자이모모나스 모빌리스의 훨씬 생산성 있는 균주는 균주 CP4로 부터 다음과 같이 개발되었다. 균주 CP4는 지수 성장기에 도달할 때까지 30℃에서 정지상태로 성장한다. 니트로조 구아니딘을 50㎍/ml인 최종 농도에 가하고 배양액을 30℃에서 30분간 배양시킨다. 세포를 식염 인산염 완충액에서 2회 세척하고 30℃에서 밤새 재성장시킨다. 배양액을 10%(V/V)에탄올 함유 플레이트상에 넣는다. 30℃에서 수일 배양후 돌연변이 균락이 약 10-7빈도로 나타나며 이들은 유사한 배지상에서 정제한뒤 튜브중 30℃에서 100,200 및 250g/ℓ글루코오즈를 사용해서 성장 및 에탄올 제조율 시험을 한다. 최단시간내에 최고 수준의 에탄올을 제조하는 배양균은 ZM48로 번호 붙인다.
또 다른 유사 돌연변이원 생성은 균주 ZM48를 사용하여 수행되나 세포는 15% (V/V)에탄올로 입혀진다. 최단시간내에 최고 수준의 에탄올을 제조하는 돌연변이체는 ZM481로 번호 붙여져서 오스트레일리아, 뉴사우드 웨일즈, 시드니, 뉴 사우드 웨일즈 대학교, 생물공학 대학에 있는 타입 칼추어 콜렉션에 에탄올 내성 균주로서 보관되었다.
표 2는 희석율 D=0.1hr-1로 연속 배양에서 여러가지 자이모모나스 모빌리스 균주에 의해 반응된 최대 안정상태 에탄올 농도의 비교를 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00006
표 3은 뱃찌 배양시 250g/ℓ글루코오즈 배지상에서 24시간 발효후 자이모모나스 모빌리스 균수의 생존능력의 비교를 보여준다.
[표 3]
Figure kpo00007
표 4는 공기를 통하지 않은 뱃찌 배양시 여러가지 글루코오즈 배지상 자이모모나스 모빌리스 ATCC 10988 및 자이모모나스 모빌리스 CP4의 운동 매개 변수의 비교를 나타낸다.
[표 4]
Figure kpo00008

Claims (1)

  1. 30℃, pH5 및 200g/ℓ글루코오즈 함유배지에서 최소 4.0g/g/h의 특이적 에탄올 생산력, 30℃, pH5 및 200g/ℓ글루코오즈 함유배지에서 최소 8.0g/g/h 특이적 글루코오즈 흡수율 및 30℃, pH5 및 300g/ℓ글루코오즈 함유 배지에서 뱃찌 배양시 최소 120g/ℓ의 에탄올 내성수준 또는 30℃, pH5 및 150g/ℓ글루코오즈 함유배지에서 연속 배양시 최소 60g/ℓ에탄올의 내성 수준을 가지는 자이모모나스 모빌리스 균주를 배지에서 배양시키고 이렇게 제조된 에탄올을 회수시킴을 특징으로 하여, 글루코오즈 또는 기타 발효할수 있는 탄수화물을 함유하는 배지로부터 에탄올을 제조하는 방법.
KR1019810000721A 1980-03-05 1981-03-05 개선된 에탄올 제조법 KR840000748B1 (ko)

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