Earticle

Airlift bioreactors are extensively used in the fields of aerobic fermentation, animal and plant cell cultures. This review article evaluates the present research activities in the field of airlift bioreactors. The published research works on the design parameters such as types, location and properties of gas sparser, hydrodynamic properties such as phase holdups mixing, liquid circulation rate, mass and heat transfer rates are summarized. Also, recommendations are presented for designing airlift bioreactors.

포도당의 초기농도 10, 20, 25, 30, 40, 50g/l와 NH4CI의 초기농도 0.33, 0.4, 0.5, 1.5, 3, 50g/l 의 조 합으로 형성된 발효배지를 사용하여 탄소원과 질소 원의 초기 조성비 C/N이 각종 발효 변수의 수율 및 PHB 축적량에 마치는 영향을 규명하여 보았다. 탄소원의 소비량에 대한 균체 수율 Yx/x는 C/N비가 증가함에 따라 대단히 완만하게 감소하였으며 C/N비 70 이상에서는 일정한 값 0.35( g cell biomassl g glucose)를 나타내였다. 잔여균체 수율 YRx/sC/N비가 증가하면 감소하며 C/N비 65 이상에서는 일정한 값 0.065( g residual biomassl g glucose)를 나타내였다. 그러나 PHB의 수율 YPHB/S는 C/N비의 증가에 따라 상승하여 C/N비 40 내지 60 사이에서 최대수율 0.35( g PHB/g glucose)를 나타내었다. 균체증가량에 대한 PHB의 생성수율 는 C/N비의 증가에 따라 증가하나 C/N비 70 이상에셔는 일정한 값 0.83( g PHB/g cell mass)을 유지하였다. 또한 잔여균체량에 대한 PHB의 생성수율도 C/N비 의 증가에 따라 증가하였으며 탄소원이 더이상 소모 되지 않는 상태에셔의 건조균체량에 대한 PHB 축 적률은 C/N비에 따라 상승하여 최대값 81%에 도 달하였다. 이 경우에 대한 C/N값은 67 근방이었으 며 이 이상의 C/N비에 대한 PHB의 축적률은 81% 로 일정하였다.

The effects of ratios of initial concentration of carbon source to the initial concentration of nitrogen source in the fermentation media on both the yields of PHB fermentation variables and the accumulation of poly-B-hydroxybutyric acid(PHB) were investigated. The fermentation media were composed of the combination of varing glucose concentrations, 10, 20, 25, 30, 40, 50g/l and the NH4Cl concentrations 0.33, 0.4, 0.5, 1.5, 3, 5g/l. The yield of biomass on glucos, Yx/s, decreased very slowly according to the increase of the ratio of C to N. And the yield became constant at 0.35(g biomass/g glucose) with the ratio higher than 70. The yield of residual biomass, Yx/s, also decreased with the ratio of C to N and finally showed a constant value of 0.065(g residual biomass/g glucose) when the ratio was higher than 65. In accordance with the augmentation of the ratio, the yield of PHB, YPHB/S, however, increased and showed the maximum value of 0.35 (g PHB/g glucose) between 40 and 60 of the ratio. The maximum yield of PHB to the change of biomass, YPHB/S, was 0.87(g PHB/g biomass), and the yie1d YPHB/RX, was 4.2(g PHB/g residual biomass). The maximum accumulation percent of PHB to the final biomass was 81% when the ratio was higher than 67.

L-Lysine 고역가 생산균주를 개발하기 위해 공지의 균주인 C. glutamicum KFCCI0672를 인공 돌연변이시켜 pyrimidine analouge인 6-azauraciI(4l) 내성을 부여한 결과 모균주에 비해 L-Lysine 생산성이 3% 증가된 C. glutamicum CH0516을 획득할 수있었다. L-Lysine 생산성 향상의 원인을 규명하고자 C. glutamicum KFCCI0672 및 CH0516의 aspartoki­r nase(AKase)와 aspartate carbamoyltrasferase ( ATCase)의 aspartate에 대한 Km값을 측정한 결 과 AKase의 Km값은 200.0ruM, 166.7mM이었고 A TCase의 Km값은 0.13ruM, O.27mM이었다. 한편 C. glutamicum KFCC10672와 CH0516의 AKase 비효소활성은 각각 3.89x1-1 Iunits/mg, 4.78x10-1 lunits/mg이었고 A TCase의 경우는 각각 2.20units/mg, 1.84units/mg이었다. C C. glutamicum CH0516이 KFCCl0672에 비해 세포의 성장도가 낮고 L-Lysine 생산성이 높은 이 유로셔는 CH0516의 A TCase의 aspartate에 대한 K Km값이 KFCC10672의 값에 비해 크고 비효소활성 이 낮은 점에셔 찾을 수 있다. 즉 CH0516 A TCase 의 aspartate 사용량이 KFCC10672에 비해 낮기 때문에 여분의 aspartate가 AKase에 의해 L-Ly­s sme이 합성됩으로써 L-Lysine 생산성 증가가 얻어 진 것으로 사료된다. 이러한 사실은 CH0516 A AKase의 Km값이 KFCC10672에 비해 낮고 비효 소활성이 높은 점에셔도 뒷받침된다.

To improve L-lysine yield, pyrimidine base analogue(6-azauracil)-resistant mutants were isolated from Corynebacterium glutamicum KFCC10672 Among them the best producer, C. glutamicum CH0516, was selected and tested for L-lysine production in a 7l fermentor. It was found that the product yield obtained with C. glutamicum CH0516 was higher than that of the parent strain by 3%. In order to elucidate the gain in productivity with the 6-azauracil-resistant mutant enzymatic kinetic parameters such as aspartokinase(AKase) and aspartate carbamoyltransferase (ATCase) were measured. The Km values of AKase with C. glutamicum KFCC10672 and CH0516 were 200.0 mM and 166.7 mM and those of ATCase were 0.13 mM and 0.27 mM, respectively. However, the specific enzyme activities of AKase of C. glutamlcum KFCC10672 and CH0516 were units/mg and 4.78x10-1 units/mg, and those of ATCarse were 2.20 units/mg and 1.84 units/mg, respectively. It appears that some increase in product yield with C. gluramicum CH0516 is likely due to the increased Akase activity and decreased ATCase activity.

KRF-OOI의 대량생산에 관한 연구를 수행하여 산 업화연구에 연결할 수 있는 자외선을 이용한 변이주 개발을 통해 모균주보다 약 2배 이상의 생산능이 높 은 lN4균주를 개발하였으며, 또한 10배까지 scale up한 발효를 통해 안정된 돌연변이주염을 확인할 수 있었다. HPLC를 이용한 KRF -001의 정성정량분석 방법을 개발함으로써 발효 중 harvest 시기를 정확 히 결정할 수 있였으며 대량발효에 따른 대량 분리 정제 방법의 전략을 수립할 수 있었다.

An improved method for the selective isolation of high-yielding mutant strains for the production of antifungal antibiotic KRF-001 was investigated. The mutant strain U. V 4, which produces high titer of KRF-001, was selected on the high potency agar plate after ultraviolet light irradiation. The U. V 4 strain produced 2-fold more KRF-001 than the mother strain in production media. Large scale fermentation was performed using the U. V 4 strain in 100 fermenter. The antifungal antibiotic KRF-001 secreted into culture broth was detected by HPLC in 24hrs of fermentation.

항진균물질 KRF -001의 분리정제 공정에 있어서 XAD-7 크로마토그래피, 산침전법, microfiltration 을 사용하여 crude KRF-001을 분리정재하였을 때, microfiltration 방법 이 기존의 다른 두 방법보다도 회수율이 2-3배 뒤어난 것으로 판명되었으며, 실리 카겔 크로마토그래피, C18 크로마토그래피법을 이용 하여 분리정제방법을 간소화할 수 있였다 또한 Bonda PAK C18 column과 Delta PAK C18 col­ umn을 prep HPLC에 사용한 결과, 순도 90% KRF-OOI의 대량분리 정제가 가능하여 산엽화시 이를 이용할 수 있는 기초를 확립하였다.

Large scale purification to get antifungal antibiotic KRF-001 of 90% purity, was investigated using preparative HPLC. Crude KRF-001 was purified by XAD-7 adsorption chromatography, acid precipitation and microfiltration. Microfiltration was the most effective isolation method of crude KRF-001. The purification methods using C18 chromatography was convenient compared with the conventional methods. Delta PAK C18 column and Bonda PAK C18 column were adapted large scale purification of KRF-001. Gradient system of prep HPLC using Delta PAK C18 column was more effective. With these conditions, final recovery of KRF-001 yielded 77%.

Pichia stiJitis CBS5776를 이용하여 6탄당과 5 탄당을 함유한 혼합당 배지에서의 에탄올 발효 특성 을 알아 보기 위한 실험을 수행하였다. 탄소원으로 사용된 당 중 에탄올 수율변에셔는 포도당, man­n nose, galactose, xylose 순으로 5탄당보다는 6탄당 이 우수한 기절로 판명되었다. 포도당의 에탄올 수 율이 O.376g ethanol/g glucose로 제 일 높았으며, 다음으로 mannose의 에탄올 수율은 O.326g etha­nnol/g mannose이였다. Spent sulfite liquor와 같은 조성을 가진 혼합당 함유 배지에서 6탄당인 mannose, 포도당이 먼저 이용된 후 galactose와 5탄당인 xylose가 이용됨을 알 수 있었다. Arabinose가 단일 탄소원으로 존재할 경우, 일부가 균체 성장에 이용되였으나 혼합당 배지 에셔는 전혀 이용되지 못하였다. 발효 결과 최대 에 탄올 농도는 12.2g/l 이었고, 에탄올 생산 수율은 0.332g ethanol/g sugar이었다

P. stipitis CBS5776 was cultivated to examine the characteristics of ethanol fermentation for hexoses (mannose, g1ucose, and galactose) and pentoses(xylose and arabinose). Glucose was the best carbon source among the sugars used in terms of ethanol yield. Glucose was used to produce ethanol with an yield coefficient 0.376g ethanol/g glucose, whereas mannose was converted to produce ethanol with an yield coefficient 0.326g ethanol/g mannose. P. stipitis CBS5776 was also grown in a mixture of sugars to study the pattern of carbon utilization. The yeast utilized glucose and mannose firsts and then galastose and xylose as carbon sources. Arabinose was partially used for biomass when it was present as a sole carbon source, but it was not metabolized at all in a mixture of carbon sources. P. stipitis produced 12.2g/l ethanol with a yield coefficient 0.332 g ethano1/g sugar in a mixture of sugars.

호말칼리성이며 고온성인 Bacillus sp. TA-11로 부터 Bgalactosidase를 대량생산할 목적으로 배지 조성, 배지의 초기 pH 빛 배양온도와 각종 배양방법 등이 효소생산에 미치는 영향을 검토하였다. B-galactosidase의 최척생산조건은 1.5% lactose, 0.6% y yeast extract, 0.15% K2HPO4 초기 pH 9.5, 배양 온도 이였고 플라스크배양에서는 48시간에 약 4 4350U/ml, 회분배양에서는 36시간에 4200 4400U/ml의 효소가 생산되였다. 또한 유가배양에서 는 120시간에 5200U/ml, 연속배양에셔는 34시간에 4000U/ml의 효소가 생산되었으며 효소의 비활성은 연속배양시 약 3077U/mg으로 제일 좋았다.

The conditions for B-galactosidase production from alkalophilic, thermophilic Bacillus sp. TA-11 were investigated. The maximal enzyme production was obtained when the strain was cultured at 50℃ for 5 days with fed-batch culture in the optimal medium containing 1.5% lactose, 0.6% yeast extract 0.15% K2HPO4 and initial pH 9.5, and then final enzyme activity under the above conditions was 5200 unit/ml of cell free extract.

용매추출에 의한 구연산발효를 시도하였다. 발효 배지내 구연산 농도와 추출용매의 독성이 구연산의 생산성을 결정하는 주 인자였다. 특히 이온화되지 않은 구연산은 강력한 발효억제효과를 가져 구연산 농도가 5g/l 이상이면 구연산 생산은 거의 중지되었다. 구연산 추출효율을 높이기 위해 3차 아민과 oleyl alcohol의 혼합액을 용매로 사용하였다. 구연산의 추출발효에 척함한 용매조성은 30% 아민 70 % oleyl alcohol로 밝혀졌다. 이 조건에서 추출발효시 구연산농도는 15.2/l 로 동임한 조건에셔 용매 를 첨가하지 않고 발효하여 얻은 구연산농도 5g/l에 비해 3배 이상 높았다. 아빈 농도가 30%를 념으 면 추출능은 향상되나 용매의 독성효과로 생산성은 오히려 감소하였다. 균체에 대한 용매의 독성효과는 균체를 polyure-thane foam에 고정화함으로써 현저하게 줄일 수 있었다

An extractive fermentation process was developed to produce citric acid from g1ucose. Citric acid is a strong inhibitor to this fermentation. A mixture of tertiary amine and oleyl alcohol was used to selectively extract citric acid from the fermentation broth, hence enhancing the productivity by over 200%. Although the toxicity of the solvent was significant in the range of higher than 30% of amine, immobilization in polyurethane foam was useful to protect the cells from the toxicity of the solvent.

The biodegradable characteristics of starch-filled polyethylene film by fungi were investigated. Aspergillus niger showed the highest cell growth among five species of fungi used in the experiment. Higher starch content gave the higher growth rate of A. niger; however, the kind of film or cutting direction did not give any effects on the cell growth. The use of vinyl trimethoxysilane for the stronger binding of starch and polyethylene did not inhibit the cell growth. When the starch content was higher than 10%, the elongation of the film decreased significantly after the growth of microorganism in the case of transverse direction samples

For the production of a-amylase cloned from Bacillus licheniformis expressed in E. coli, cultivating factors including the concentrations of glucose, maltose and acetic acid were investigated. The results were as follows: 1) Maximum -amylase yield and maximum specific production rate obtained from glucose source were better than those achieved from maltose source. 2) The optimum production yield of a-amylase was obtained at 1.0ml/l or less of initial acetic acid concentration.

탄소원으로 초기 glucose 농도와 초기 maltose 농도를 5g/l, 109/l, 20g/l 로 한 후 Bacillus a amyloliquefaciens(ATCC 23350 ) 균주를 이용하여 플라스크 배양시의 세포 성장과 생성물 생성에 대한 연구를 수행하였다. 균주의 최대 건조세포농도는 초기 maltose 농도가 증가할수록 증가하였으나, glu­c cose에서는 초기 농도가 109/l일 때 가장 높았다 최대 비성장속도는 초기 glucose농-토가 109/l 일 때 0.060(hr-1)로 가장 높으며, maltose에서는 초기 농도가 5g/P 얼 때 이였다. 균주에 의해 생성되는 최대 a-amylase 생산은 초기 maltose 농도가 109/P 얼 때 l49.0unit/ml로 가장 높았으며, 초기 maltose 농도가 증가할수록 증가하였다. 최대 비생성속도는 초기 maltose 농도가 5g/l 일 때 3.26unit/l mg- hr로 가장 높았으며 , glucose보다는 maltose에서 더 높았다. 균주에 의해 생성되는 최대 -acetic acid는 탄소원의 초기 농도가 증가함에 따라 감소하며, 초기 glucose 농도 109/l 일 때 0.94g/l 로 가장 많이 생성되였고, lactic acid는 탄소원의 초 기 농도가 증가할수록 증가하였으며, 초기 maltose 농도가 20g/일얼 때 8.20g/l 로 가장 많이 생성되였 다

Cell growth and production of a-amylase, acetic acid and lactic acid were investigated in Bacillus amyloliquefaciens(ATCC 23350) flask culture with various carbon sources. Maximum dry cell density increased with increase in initial maltose concentration. Maximum dry cell density was the highest(1.4g/l) at 10g/l of initial glucose concentration. With 10g/l of initial glucose concentration, maximum specific cell growth rate was obtained. Among the various carbon sources maximum a-amylase production was obtained with 149 unit/ml at 20g/l of initial maltose concentration. With 5g/l of initial maltose concentration, maximum a-amylase production rate was obtained. By increasing carbon source concentration, acetic acid formation decreased. Acetic acid formation was higher in glucose than in maltose. By increasing carbon source concentration, lactic acid formation increased. Lactic acid formation was higher in maltose than in glucose.

Aspergillus terreus NRRL 1960에 의한 이다콘산의 생산에 관해 연구하였다. pH, 접종량, 배지조성 등의 최적조건을 확립하였다. 이타콘산의 최대생산 량은 37°C, pH 2.5의 조건에셔, 5% (w/v) glu­c cose, 0.5 % (w/v)NH4CI, 0.2 % (w/v) yeast ex­tract, 0.1 % (w/v)MgSO4, 0.2 % (w/v) NaCI을 포함하는 배지에서 7일만에 19.18g/l를 얻을 수 있었다. 종균배양 배지로서 2 % malt extract가 적합하였다. 교반식 반응기에서 유리균체에 의한 이타콘 산의 회분식 생산은 플라스크 배양에 비해 비효율적 이었다.

The production of itaconic acid by Aspergillus terreus NRRL 1960 was studied. The optimal culture conditional such as pH, inoculum size and medium composition were established. Maximum production of itaconic acid, 19.18g/l, was obtained when the cultivation was carried out at 37℃ and pH 2.5 for 7days, with medium containing 5%(w/v) glucose, 0.5%(w/v) NH4Cl, 0.2%(w/v) yeast extract 0.1%(w/v) CaC12, 0.1%(w/v) MgSO4 and 0.2%(w/v) NaCl. A proper medium for inoculum culture was found to be 2%(w/v) malt extract. The batch production of itaconic acid with free cells in a stirredtank reactor was not efficient compared to the shake-flask culture.