KR100842869B1 - Culture method by providing nitrogen and carbon source automatically and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 유가식 배양 장치의 한 양태를 나타낸 것이다.Figure 1 shows one embodiment of the fed-batch culture apparatus according to the present invention.
도 2는 종래(예비) 배양 방법에 따라 배양하면서 암모니아수 및 포도당의 소비량과 트레오닌의 생산량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a graph showing the results of measuring the consumption of ammonia water and glucose and the production of threonine while culturing according to the conventional (preliminary) culture method.
도 3은 종래(예비) 배양 방법에 따라 배양한 결과 암모니아수 및 포도당의 소비 비율을 산출한 그래프이다.3 is a graph showing the consumption ratio of ammonia water and glucose as a result of culturing according to a conventional (preliminary) culturing method.
도 4는 본 발명의 배양 방법에 따라 배양하면서 트레오닌의 생산량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the results of measuring the production of threonine while culturing according to the culture method of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 배양 방법에 따라 배양하면서 트레오닌의 생산량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the results of measuring the production of threonine while culturing according to another culture method of the present invention.
<도면의 각 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code for each main part of the drawing>
100: 유가식 배양 장치 110: 제어부100: fed-batch culture apparatus 110: control unit
120: 배양조 130: pH 측정기120: culture tank 130: pH meter
140: 질소원 챔버 150: 질소원 공급 펌프140: nitrogen source chamber 150: nitrogen source supply pump
160: 탄소원 챔버 170: 탄소원 공급 펌프160: carbon source chamber 170: carbon source supply pump
본 발명은 질소원 및 탄소원이 자동 공급되는 유가식 배양 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 배양액의 pH를 측정하고 그 값에 따라 질소원과 탄소원을 자동으로 공급하는 유가식 배양 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fed-batch cultivation method and apparatus for automatically supplying a nitrogen source and a carbon source, and more particularly, a fed-batch cultivation method for measuring the pH of a culture medium and automatically supplying a nitrogen source and a carbon source according to the value thereof, and Relates to a device.
"유가식 배양"은 하나 이상의 영양소를 발효 개시 직후 또는 배양물이 어떤 단계에 도달한 후에, 또는 공급된 영양소가 배양물로부터 고갈되는 경우, 배양물에 연속적으로 공급하는 방식의 배양을 의미한다. 유가식 배양에서는 예컨대 pH 조절을 이용하여 바람직한 성장 조건을 유지하도록 일반적으로 기준을 정하고, 필수 영양소를 배양물에 공급하여 1종 이상의 필수 영양소의 고갈을 방지한다. 영양소 공급 속도에 의해 결정되는 성장 속도로 미생물 세포는 계속 증식할 것이다. 일반적으로 단일 영양소, 탄소원이 성장의 제한인자가 된다. 다른 종류의 영양소 제한을 이용할 수도 있는데, 예를 들면 질소원에 의한 제한, 산소에 의한 제한, 황에 의한 제한 및 인에 의한 제한 등이 있다."Federated cultivation" means a culture in which one or more nutrients are fed into the culture continuously immediately after the start of fermentation or after the culture has reached some stage, or when the supplied nutrient is depleted from the culture. In fed-batch cultures, for example, pH adjustment is generally used to maintain the desired growth conditions, and the essential nutrients are fed to the culture to prevent the depletion of one or more essential nutrients. Microbial cells will continue to grow at a growth rate determined by the nutrient supply rate. In general, a single nutrient, a carbon source, is the limiting factor for growth. Other kinds of nutrient limitations may also be used, for example, by nitrogen sources, by oxygen, by sulfur and by phosphorus.
일반적으로 질소와 탄소를 주요 구성성분으로 하는 생산물의 생산 공정에서는 탄소원이나 질소원이 목적 생산물의 생합성 원료로 사용되기 때문에 배양액 중에 탄소원이나 질소원을 고갈시키지 않고 목적 생산물의 생산성을 최대로 유지시킬 수 있는 농도로 유지하기 위하여 탄소원이나 질소원을 연속적으로 공급하여야 한 다. 이를 위하여 생산물의 생산 공정에서 주기적으로 배양액을 채취하여 배양액 중의 탄소원이나 질소원의 농도를 측정하여 당, 암모니아수, 암모니아 가스 또는 암모늄 이온을 추가로 첨가하고 있다.In general, in the production process of a product containing nitrogen and carbon as the main constituents, a carbon source or a nitrogen source is used as a biosynthetic raw material of the target product, so that the concentration of the target product can be kept to a maximum without depleting the carbon source or nitrogen source in the culture medium. In order to maintain the system, a carbon source or a nitrogen source must be supplied continuously. To this end, the culture medium is periodically taken in the production process of the product, and the concentration of carbon source or nitrogen source in the culture solution is measured, and sugar, ammonia water, ammonia gas or ammonium ions are additionally added.
그러므로, 대부분의 생물 공정에서는 이들 추가 탄소원 또는 질소원의 공급전략이 생산성에 많은 영향을 미치고 있으나 주기적인 시료 채취와 분석과정을 거친 후에 탄소원 또는 질소원의 추가 첨가량 및 속도가 결정되기 때문에 자동화가 어렵고, 생산성이 낮아질 위험성이 있다.Therefore, in most biological processes, the supply strategy of these additional carbon or nitrogen sources has a large impact on productivity, but automation is difficult because the additional amounts and rates of carbon or nitrogen sources are determined after periodic sampling and analysis. There is a risk of this being lowered.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 탄소원 또는 질소원을 비롯한 여러 배양에 요구되는 성분들을 자동으로 공급하는 배양 방법이 개발되어 왔으며, 관련된 기술이 다음 문헌에 기재되어 있다.In order to solve this problem, a culture method for automatically supplying components required for various cultures including a carbon source or a nitrogen source has been developed, and related techniques are described in the following documents.
대한민국특허출원 1983-0000063호는 배기가스 분석에 의한 글루타민산 발효 공정의 자동화 방법에 관한 것으로, 글루타민산 발효 배기가스 중의 이산화탄소 농도를 연속적으로 측정하여 페니실린 투여시기 및 발효성당의 고갈상태를 측정함으로써 유가배양 방법에 의한 공업적 글루타민산 발효공정에 필수적인 페니실린(또는 계면활성제) 투여 공정과 추가당 첨가공정을 자동화하는 것을 특징으로 하는 글루타민산 발효공정의 자동화 방법을 개시하고 있다.Korean Patent Application No. 1983-0000063 relates to a method for automating the glutamic acid fermentation process by exhaust gas analysis. The method of cultivating oil price by measuring the concentration of penicillin and the depletion state of fermented sugar by continuously measuring carbon dioxide concentration in glutamic acid fermentation exhaust Disclosed is a method for automating a glutamic acid fermentation process characterized by automating a penicillin (or surfactant) administration process and an additional sugar addition process, which are essential for an industrial glutamic acid fermentation process.
대한민국특허 10-0392411호에는 주정폐액을 효모의 배양기질로 재이용할 경우 포도당과 암모늄을 자동 첨가함으로써 배양액 중의 효모농도를 증가시키는 방법에 관한 것으로, 포도당의 경우에는 배양액의 용존산소 농도를 컴퓨터로 자동 측정하면서 용존산소 농도가 일정수준 이상으로 증가할 경우 일정량의 포도당을 첨가하 고, 암모늄의 경우에는 포도당의 첨가를 시작한 후부터 수산화암모늄을 pH 조정제로 사용하여 pH 제어기에 의해 자동적으로 공급되도록 한다.Korean Patent No. 10-0392411 relates to a method for increasing yeast concentration in culture by automatically adding glucose and ammonium when reusing liquor waste liquor as a culture substrate of yeast.In the case of glucose, the dissolved oxygen concentration of the culture is automatically During measurement, when dissolved oxygen concentration increases above a certain level, a certain amount of glucose is added, and in the case of ammonium, ammonium hydroxide is used as a pH adjuster after the addition of glucose is started to be automatically supplied by the pH controller.
그러나 대한민국특허출원 1983-0000063호의 자동화 방법은 최종 생산물이 글루타민산인 경우에만 국한하여 적용할 수 있다는 단점이 있다. 또한, 대한민국특허 10-0392411호의 자동화 방법은 포도당의 추가 첨가량 및 속도를 결정하기 위해서는 용존산소 농도를 측정하여야 하고, 이와 동시에 암모늄의 추가량 및 속도를 결정하기 위해서는 배양액 중 pH를 측정하여야 하므로 포도당과 암모늄은 첨가함에 있어서 배양액 중 두 가지 지표(용존산소 농도 및 pH)를 모두 측정하여야 한다는 문제점이 있다.However, the automation method of Korean Patent Application No. 1983-0000063 has a disadvantage that it can be applied only when the final product is glutamic acid. In addition, the automated method of the Republic of Korea Patent No. 10-0392411 should measure the dissolved oxygen concentration to determine the addition amount and rate of glucose, and at the same time to measure the pH in the culture medium to determine the addition amount and rate of ammonium Ammonium has a problem in that both indicators (dissolved oxygen concentration and pH) in the culture should be measured.
본 발명자들은 배양액의 pH를 조정하기 위하여 질소원을 추가할 때 탄소원도 함께 추가함으로써 생산물의 수율도 높이고 실험자에게 편의를 제공함을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors have confirmed that the addition of a carbon source when adding a nitrogen source to adjust the pH of the culture solution to increase the yield of the product and provide convenience to the experimenter and completed the present invention.
본 발명은 한 관점으로서, (1) 배양액의 pH를 측정하는 단계; (2) 측정된 pH 값으로부터 질소원의 추가량을 결정하여 배양액에 공급하는 단계; (3) 상기 질소원의 추가량으로부터 탄소원의 추가량을 결정하여 배양액에 공급하는 단계를 포함한 pH 변화에 따라 질소원과 탄소원을 자동 공급하는 유가식 배양 방법을 제공한다.The present invention as one aspect, (1) measuring the pH of the culture; (2) determining an additional amount of a nitrogen source from the measured pH value and supplying it to the culture solution; (3) It provides a fed-batch culture method for automatically supplying the nitrogen source and the carbon source according to the pH change, including the step of determining the additional amount of the carbon source from the additional amount of the nitrogen source and supplying the culture medium.
다른 관점으로서, 제어부; 배양조; 배양액의 pH를 측정하기 위한 pH 측정기; 질소원을 저장하는 질소원 챔버; 질소원 챔버로부터 배양조에 질소원을 공급하기 위한 질소원 펌프 또는 밸브; 탄소원을 저장하는 탄소원 챔버; 탄소원 챔버로부터 배양조에 탄소원을 공급하기 위한 탄소원 펌프 또는 밸브를 포함하는 pH 변화에 따라 질소원과 탄소원이 자동 공급되는 유가식 배양 장치를 제공한다.In another aspect, the control unit; Culture tank; A pH meter for measuring the pH of the culture solution; A nitrogen source chamber for storing a nitrogen source; A nitrogen source pump or valve for supplying a nitrogen source from the nitrogen source chamber to the culture tank; A carbon source chamber for storing a carbon source; Provided is a fed-batch culture apparatus in which a nitrogen source and a carbon source are automatically supplied according to a pH change including a carbon source pump or a valve for supplying a carbon source to a culture tank from a carbon source chamber.
본 발명은 (1) 배양액의 pH를 측정하는 단계; (2) 측정된 pH 값으로부터 질소원의 추가량을 결정하여 배양액에 공급하는 단계; (3) 상기 질소원의 추가량으로부터 탄소원의 추가량을 결정하여 배양액에 공급하는 단계를 포함한 pH 변화에 따라 질소원과 탄소원을 자동 공급하는 유가식 배양 방법에 관한 것이다.The present invention (1) measuring the pH of the culture; (2) determining an additional amount of a nitrogen source from the measured pH value and supplying it to the culture solution; (3) relates to a fed-batch cultivation method for automatically supplying a nitrogen source and a carbon source according to a pH change including determining an additional amount of a carbon source from the additional amount of the nitrogen source and supplying it to the culture solution.
본 발명의 유가식 배양 방법은 특히 미생물을 배양하여 생산물로서 탄소와 질소를 포함하는 임의의 화합물, 바람직하게는 아미노산, 더욱 바람직하게는 트레오닌을 제조하는데 적용할 수 있다.The fed-batch culture method of the present invention is particularly applicable to culturing microorganisms to produce any compound, preferably amino acids, more preferably threonine, including carbon and nitrogen as products.
본 발명의 유가식 배양 방법은 배양시 배양액의 pH를 측정하고 측정된 pH 값이 최적의 생산 수율을 달성하기 위하여 특정된 pH 값을 벗어난 경우, pH를 조정하기 위하여 질소원, 특히 pH를 조절할 수 있는 질소원을 공급하면서 동시에 탄소원을 공급하는 것을 특징으로 한다.The fed-batch cultivation method of the present invention can adjust the nitrogen source, in particular pH, to measure the pH of the culture medium in the culture and when the measured pH value is outside the specified pH value in order to achieve an optimum production yield. It is characterized by supplying a carbon source while supplying a nitrogen source.
따라서, "질소원"은 pH를 조절할 수 있는 암모니아수 또는 암모니아 가스인 것이 바람직하다.Thus, the "nitrogen source" is preferably ammonia water or ammonia gas capable of adjusting pH.
또한, "탄소원"은 미생물에 의해 이용 가능한 모든 탄소원을 포함하는 것으로, 미생물의 종류, 생산물, 환경 등 여러 조건에 따라 달라지며, 예를 들면 포도당, 만노오스, 프룩토오스, 갈락토오스, 수크로오스, 말토스, 만니톨, 아라비노오스, 크실로오스, 덱스트린, 전분 등이 있다.In addition, the term "carbon source" includes all carbon sources available by microorganisms, and depends on various conditions such as the type of microorganism, the product, and the environment, and for example, glucose, mannose, fructose, galactose, sucrose, and maltose. Mannitol, arabinose, xylose, dextrin, starch and the like.
본 발명의 유가식 배양 방법에 따르면, 배양시 pH 측정기 등을 이용하여 배양액의 pH를 측정하고, 측정된 pH 값이 최적의 생산 수율을 달성하기 위해 특정된 pH 값에서 벗어난 경우에는 pH를 조정하기 위하여 질소원을 추가한다. 본 발명에서는 pH를 조정하기 위하여 질소원을 추가할 때 피드백 제어 방식을 이용하는 것이 바람직하다.According to the fed-batch culture method of the present invention, the pH of the culture solution is measured using a pH meter or the like during culturing, and when the measured pH value deviates from the specified pH value to achieve an optimum production yield, the pH is adjusted. Add nitrogen source. In the present invention, it is preferable to use a feedback control method when adding a nitrogen source to adjust the pH.
그 다음, 질소원과 동시에 탄소원을 추가하기 위하여 상기 질소원의 추가량으로부터 탄소원의 추가량을 계산한다. 이를 위하여 본 발명에서는 통상적인 배양 방법에 의해 예비 배양을 실시하여 질소원과 탄소원의 소비량을 측정하고 질소원과 탄소원의 소비 비율(R)을 산출한 후 이를 이용하여 실질 배양에서 질소원의 추가량으로부터 탄소원의 추가량을 계산하거나 (실시예 1 참조), (후술되는) 수학식 1에 나타낸 질소원과 탄소원의 소비 비율(Rc/n)에 준하여 질소원의 추가량으로부터 탄소원의 추가량을 계산할 수 있다.Then, the additional amount of the carbon source is calculated from the additional amount of the nitrogen source in order to add the carbon source simultaneously with the nitrogen source. To this end, in the present invention, pre-cultivation is carried out by a conventional culture method to measure the consumption of nitrogen and carbon sources, calculate the consumption ratio (R) of nitrogen and carbon sources, and then use the same to determine the carbon source from the additional amount of nitrogen source in real culture. The additional amount of the carbon source can be calculated from the additional amount of the nitrogen source based on the consumption amount (R c / n ) of the nitrogen source and the carbon source shown in Equation 1 (see Example 1) (to be described later).
상기 수학식 1은 대장균을 배양하여 트레오닌을 생산하는 경우를 예시로 하여 다음과 같이 설명될 수 있다. 구체적으로, 대장균을 배양하여 트레오닌을 생산할 경우, 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 탄소원과 질소원은 대장균의 증식과 트레오닌의 생산에 이용되고 일부 탄소원은 이산화탄소의 형태로 배출된다.Equation 1 may be described as follows by exemplifying a case of producing threonine by culturing E. coli. Specifically, when culturing E. coli to produce threonine, as shown in Scheme 1, the carbon source and nitrogen source are used for the growth of E. coli and the production of threonine, and some carbon sources are discharged in the form of carbon dioxide.
E(C1.0 H1.73 N0.22 O0.30 P0.06) + F(CO2) + G(H2O) + H(C4H9O3N)E (C 1.0 H 1.73 N 0.22 O0.30 P 0.06 ) + F (CO 2 ) + G (H 2 O) + H (C 4 H 9 O 3 N)
A: 소비된 탄소원의 몰수 B: 소비된 산소의 몰수A: number of moles of carbon source consumed B: number of moles of oxygen consumed
C: 소비된 질소원의 몰수 D: 소비된 인산의 몰수C: moles of nitrogen source consumed D: moles of phosphoric acid consumed
E: 증식된 균체의 몰수 F: 생산된 이산화탄소의 몰수E: number of moles of grown cells F: number of moles of carbon dioxide produced
G: 생산된 물의 몰수 H: 생산된 생산물의 몰수G: Mole of produced water H: Mole of produced product
상기 화학양론식을 이용하여 특정 배양 시간에 질소원 대 탄소원의 소비 비율 Rc/n을 산출하면 아래의 수학식 2가 된다.Using the stoichiometric equation to calculate the consumption ratio of the nitrogen source to the carbon source R c / n at a specific incubation time is the following equation (2).
Δ CDW : 단위 시간당 변화된 균체량Δ CDW: Changed cell mass per unit time
CER : 이산화탄소 배출 계수 (mole/l/h)CER: CO2 emission factor (mole / l / h)
Δ 트레오닌 : 단위 시간당 생산된 트레오닌량Δ threonine: the amount of threonine produced per unit of time
119.1 : 트레오닌 분자량119.1: Threonine Molecular Weight
23.48 : 건조 균체의 분자량23.48: molecular weight of dry cells
Δt : 측정하고자 하는 배양시간Δt: Culture time to be measured
그런데 상기 수학식 1을 이용하여 질소원과 탄소원의 소비 비율 Rc/n을 산출하기 위해서는 특정 배양 시간에 생산된 균체량, 이산화탄소, 트레오닌을 정밀하게 측정하여야 한다. 이들은 당업계에 공지된 방법과 장치를 이용하여 측정할 수 있다.However, in order to calculate the consumption ratio R c / n of the nitrogen source and the carbon source using Equation 1, the cell mass, carbon dioxide, and threonine produced at a specific incubation time should be measured precisely. These can be measured using methods and devices known in the art.
한편, 전술된 바와 같이 예비 배양을 실시하면서 배양 시간별로 질소원과 탄소원을 정밀하게 측정하여도 배양 시간별로 질소원과 탄소원의 소비 비율(R)을 산출할 수 있다.Meanwhile, even when the nitrogen source and the carbon source are precisely measured for each incubation time while performing the preliminary culture as described above, the consumption ratio R of the nitrogen source and the carbon source for each incubation time can be calculated.
이러한 과정으로 산출된 질소원과 탄소원의 소비 비율을 이용하여 실질 배양에서 질소원 추가량으로부터 탄소원의 추가량을 계산할 수 있으며, 이렇게 계산된 질소원과 탄소원의 해당 추가량을 배양조에 공급한다.By using the consumption ratio of the nitrogen source and the carbon source calculated by this process, it is possible to calculate the additional amount of the carbon source from the nitrogen source addition amount in the real culture, and supply the corresponding addition amount of the nitrogen source and the carbon source thus calculated to the culture tank.
본 발명에 따른 유가식 배양 방법은 하기 구성으로 이루어진 배양 장치를 이용하여 구현될 수도 있다.The fed-batch culture method according to the present invention may be implemented using a culture device consisting of the following configuration.
본 발명은 제어부; 배양조; 배양액의 pH를 측정하기 위한 pH 측정기; 질소원을 저장하는 질소원 챔버; 질소원 챔버로부터 배양조에 질소원을 공급하기 위한 질소원 펌프; 탄소원을 저장하는 탄소원 챔버; 탄소원 챔버로부터 배양조에 탄소원을 공급하기 위한 탄소원 펌프를 포함하는 pH 변화에 따라 질소원과 탄소원이 자동 공급되는 유가식 배양 장치에 관한 것이다.The present invention control unit; Culture tank; A pH meter for measuring the pH of the culture solution; A nitrogen source chamber for storing a nitrogen source; A nitrogen source pump for supplying a nitrogen source from the nitrogen source chamber to the culture tank; A carbon source chamber for storing a carbon source; The present invention relates to a fed-batch cultivation apparatus in which a nitrogen source and a carbon source are automatically supplied according to a pH change including a carbon source pump for supplying a carbon source to a culture tank from a carbon source chamber.
한 양태로서 본 발명의 유가식 배양 장치(100)는 데이터 신호 및 제어 신호 송수신 등 전체적인 동작을 제어하는 제어부(110), 모니터, 버튼과 같은 입출력 장치(도시하지 않음), 배양이 이루어지는 배양조(120), 배양액의 pH를 측정하기 위한 pH 측정기(130); 질소원을 저장하고 있는 질소원 챔버(140); 제어부로부터 전송받은 신호에 따라 질소원 챔버로부터 배양조에 질소원을 공급하는 펌프(150); 탄소원을 저장하고 있는 탄소원 챔버(160); 제어부로부터 전송받은 신호에 따라 탄소원 챔버로부터 배양조에 탄소원을 공급하는 펌프(170)를 포함하여 이루어진다.In one aspect, the fed-
여기서, 배양하기 전에 입력 장치를 통하여 배양 시간별로 적합한 pH 값, 질소원과 탄소원의 소비 비율을 입력한다. 배양이 진행되면서 배양조(120)의 배양액에 침지되어 있는 pH 측정기(130)는 배양액의 pH를 측정하고, 그 측정된 pH 값은 제어부(110)로 전송된다.Here, before incubation, a suitable pH value, a consumption ratio of a nitrogen source and a carbon source, is input for each incubation time through an input device. As the culture proceeds, the
제어부(110)는 측정된 pH 값이 앞서 입력된 pH 값을 벗어난 경우에는 질소원을 추가한다. 이를 위하여 질소원 공급 펌프(150)에 상기 질소원의 추가량에 상응하는 작동 신호를 전송한다. 질소원 공급 펌프(150)는 제어부(110)로부터 전송받은 신호에 따라 작동하여 질소원 챔버(140)에 저장되어 있던 질소원을 배양조(130)에 공급한다. 본 발명에서는 pH를 조정하기 위하여 질소원을 추가할 때 피드백 제어 방식을 이용하는 것이 바람직하다.The
또한, 제어부(110)는 상기 질소원의 추가량으로부터 앞서 입력된 질소원과 탄소원의 소비 비율을 이용하여 탄소원의 추가량을 결정한다. 이어서, 탄소원 공급 펌프(170)로 상기 탄소원의 추가량에 상응하는 작동 신호를 전송한다. 탄소원 공급 펌프(170)는 제어부(110)로부터 전송받은 신호에 따라 작동하여 탄소원 챔버(160)에 저장되어 있던 질소원을 배양조(120)에 공급한다.In addition, the
이하, 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the examples are only for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention, those skilled in the art. Will be self-evident.
<실시예 1><Example 1>
종래의 포도당 첨가 방식에 의한 트레오닌의 제조방법(예비 배양)Preparation method of threonine by conventional glucose addition method (preliminary culture)
A. 전 배양A. Preculture
500㎖의 플라스크 5개에 각각 40㎖의 전 배양 배지[4% 포도당(선일 포도당), 0.1% 트립토 펩톤(Difco), 0.1% 효모 엑기스(Difco), 0.2% 제일인산칼륨(제일화학), 0.1% 황산마그네슘(제일화학), 0.1% 황산암모늄(제일화학), 0.0025% 이소루신(Sigma), pH 7.0]를 분주한 후 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 배지를 냉각한 후에 L-트레오닌 생산 대장균(KBM-4501)을 각각 일백금니씩 접종하여 37℃에서 16시간 동안 분당 180회 왕복 진탕 배양하였다.Five 500 ml flasks each contain 40 ml of pre-culture medium [4% glucose (Sunday glucose), 0.1% trypto peptone (Difco), 0.1% yeast extract (Difco), 0.2% potassium phosphate (Cheil Chemistry), 0.1% magnesium sulfate (Cheil Chem), 0.1% ammonium sulfate (Cheil Chem), 0.0025% Isoleucine (Sigma), pH 7.0] were dispensed and autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes. After the medium was cooled, L-threonine-producing E. coli (KBM-4501) was inoculated each with platinum teeth, followed by reciprocating shaking cultures 180 times per minute at 37 ° C. for 16 hours.
B. 생산 배양B. Production Culture
2ℓ의 생산배지[4% 포도당(선일 포도당), 0.1% 제일인산캄륨(제일 화학), 0.1% 황산암모늄(제일 화학), 0.1% 황산마그네슘(제일 화학), pH 7.0]를 5ℓ의 발효조에 넣고, 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 배지를 냉각한 후에 상기 종배양액을 10% 접종하고, 40 내지 1000rpm의 교반 속도와 1.0 내지 1.5VVM의 통기 조건으로 37℃에서 60시간 동안 배양하였다. 배양시에 포도당의 농도가 1-3%를 유지할 수 있도록 배양 개시 14시간 후부터 1-3시간마다 8%의 포도당 용액을 10-40㎖씩 추가하였고, 25% 암모니아수를 이용하여 pH는 6.3-6.4로 유지하였다. 이 때, 발효 과정 중에 암모니아수와 포도당의 소비량은 컴퓨터에 연결된 전자저울을 이용하여 정밀하게 온-라인으로 측정하여 계산하였다. 발효 종료 후 배양액 중 L-트레오닌 의 축적량은 62.3㎎/㎖이었다 (도 2).2 liters of production medium [4% glucose (Sunday glucose), 0.1% Cheil Phosphate (Cheil Chemistry), 0.1% Ammonium Sulfate (Cheil Chemistry), 0.1% Magnesium Sulfate (Cheil Chemistry), pH 7.0] Autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes. After cooling the medium, the seed culture solution was inoculated at 10% and incubated at 37 ° C. for 60 hours at agitation speed of 40 to 1000 rpm and aeration condition of 1.0 to 1.5 VVM. In order to maintain the concentration of glucose at 1-3% in culture, 10-40 ml of 8% glucose solution was added every 1-3 hours from 14 hours after the start of the culture, and the pH was 6.3-6.4 using 25% ammonia water. Was maintained. At this time, the consumption of ammonia water and glucose during fermentation was calculated by precisely measuring on-line using an electronic balance connected to a computer. After fermentation was completed, the accumulation amount of L-threonine in the culture was 62.3 mg / ml (FIG. 2).
도 2에서 얻어진 암모니아수 소비량과 포도당의 소비량을 비교하여 도 3과 같은 결과를 얻었다. 배양 전반기에 암모니아수 소비량 대비 포도당 소비량은 2.12의 비율로 계산되었고, 배양 후반기에는 3.37의 비율로 계산되었다.The ammonia water consumption and glucose consumption obtained in FIG. 2 were compared to obtain the same result as in FIG. 3. Glucose consumption compared to ammonia water consumption in the first half of the culture was calculated as 2.12, and 3.37 in the second half of the culture.
실시예 2: 본 발명의 배양 방법에 의한 트레오닌의 제조방법Example 2: Preparation of Threonine by the Culture Method of the Present Invention
A. 전 배양A. Preculture
전 배양은 실시예 1-A에서의 전 배양과 동일한 절차에 따라 진행하였다.The preculture was carried out according to the same procedure as the preculture in Example 1-A.
B. 생산 배양B. Production Culture
2ℓ의 생산 배지(실시예 1-B의 생산 배지와 동일)를 5ℓ의 발효조에 넣고, 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 배지를 냉각한 후에 상기 종배양액을 10% 접종하고, 400 내지 1000rpm의 교반 속도와 1.0 내지 1.5VVM의 통기 조건으로 37℃에서 60시간 동안 배양하였다. 배양 개시 4시간 후부터 27시간까지는 pH를 6.3으로 조절하기 위한 암모니아수 소비량 대비 2 배의 포도당을 첨가하고, 27시간 후부터는 암모니아수 소비량 대비 3.3배의 포도당을 첨가하도록 설정하였다. 발효 종료 후 배양액 중 L-트레오닌의 축적량은 105㎎/㎖이었다(도 4).2 L of production medium (same as the production medium of Example 1-B) was placed in a 5 L fermenter and autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes. After cooling the medium, the seed culture solution was inoculated at 10% and incubated at 37 ° C. for 60 hours at agitation speed of 400 to 1000 rpm and aeration condition of 1.0 to 1.5 VVM. From 4 hours to 27 hours after the start of the culture, glucose was added twice as much as the ammonia consumption to adjust the pH to 6.3, and after 27 hours, 3.3 times as much glucose as the ammonia consumption was set. After completion of the fermentation, the accumulation amount of L-threonine in the culture was 105 mg / ml (FIG. 4).
실시예 3: 본 발명의 배양 방법에 의한 트레오닌의 제조방법Example 3: Preparation of threonine by the culturing method of the present invention
A. 전 배양A. Preculture
전 배양은 실시예 1-A에서의 전 배양과 동일한 절차에 따라 진행하였다.The preculture was carried out according to the same procedure as the preculture in Example 1-A.
B. 5ℓ 발효조를 이용한 전 배양B. Preculture with 5 L Fermenter
5ℓ의 발효조에 2ℓ의 전 배양 배지(실시예 1-A의 전 배양 배지와 동일)를 넣고 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 배지를 냉각한 후 상기 종배양액을 1% 접종하고, 100 내지 400rpm의 교반 속도와 1.0 내지 1.5VVM의 통기 조건으로 37℃에서 12시간 동안 배양하였다.2 L of the pre-culture medium (same as the pre-culture medium of Example 1-A) was put into a 5 L fermenter and sterilized under pressure at 121 ° C. for 20 minutes. After cooling the medium, the seed culture solution was inoculated with 1% and incubated at 37 ° C. for 12 hours at agitation speed of 100 to 400 rpm and aeration condition of 1.0 to 1.5 VVM.
C. 50ℓ 발효조를 이용한 전 배양C. Preculture with 50 L Fermenter
50ℓ의 발효조에 20ℓ의 전 배양 배지(실시예 1-A의 전 배양 배지와 동일)를 넣고 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 배지를 냉각한 후 상기 종배양액을 1% 접종하고, 100 내지 400rpm의 교반 속도와 1.0 내지 1.5VVM의 통기 조건으로 37℃에서 12시간 동안 배양하였다.20 L of the pre-culture medium (same as the pre-culture medium of Example 1-A) was put into a 50-L fermenter and sterilized under pressure at 121 ° C. for 20 minutes. After cooling the medium, the seed culture solution was inoculated with 1% and incubated at 37 ° C. for 12 hours at agitation speed of 100 to 400 rpm and aeration condition of 1.0 to 1.5 VVM.
D. 500ℓ 발효조를 이용한 생산 배양D. Production Culture with 500 L Fermenter
200ℓ의 생산 배지(실시예 1-B의 생산 배지와 동일)를 500ℓ의 발효조에 넣고, 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 배지를 냉각한 후에 종배양액을 10% 접종하고, 100 내지 400rpm의 교반 속도와 1.0 내지 1.5VVM의 통기 조건으로 37℃에서 60시간 동안 배양하였다. 배양 개시 4시간 후부터 27시간까지는 pH를 6.3으로 조절하기 위하여 암모니아수 소비량 대비 2 배의 포도당을 첨가하고, 27시간 이후부 터는 암모니아수 소비량 대비 3.3배의 포도당을 첨가하도록 설정하였다. 발효 종료 후 배양액 중 L-트레오닌의 축적량은 105㎎/㎖이었다(도 5).200 L of production medium (same as the production medium of Example 1-B) was placed in a 500 L fermenter and autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes. After the medium was cooled, the seed culture solution was inoculated at 10% and incubated at 37 ° C. for 60 hours at a stirring speed of 100 to 400 rpm and aeration conditions of 1.0 to 1.5 VVM. From 4 hours to 27 hours after the start of the culture, glucose was added twice as much as the ammonia water consumption to adjust the pH to 6.3, and after 27 hours, 3.3 times as much glucose as the ammonia water consumption was set. After completion of the fermentation, the accumulation amount of L-threonine in the culture was 105 mg / ml (FIG. 5).
본 발명의 배양에 의하여 pH를 조정하기 위하여 질소원을 공급하면서 동시에 탄소원을 공급함으로써 높은 수율로 생산물을 수득할 수 있을 뿐만 아니라 배양 공정도 간편해진다.By supplying a nitrogen source while simultaneously supplying a nitrogen source to adjust the pH by the culturing of the present invention, not only can the product be obtained in high yield, but also the cultivation process is simplified.
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KR1020070033633A KR100842869B1 (en) | 2007-04-05 | 2007-04-05 | Culture method by providing nitrogen and carbon source automatically and apparatus therefor |
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2007
- 2007-04-05 KR KR1020070033633A patent/KR100842869B1/en not_active IP Right Cessation
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