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KR100635980B1 - A method of mass production of astaxanthin by xanthophyllomyces dendrorhous mutant jh1 using statistical optimization methods and chemical induction - Google Patents

A method of mass production of astaxanthin by xanthophyllomyces dendrorhous mutant jh1 using statistical optimization methods and chemical induction Download PDF

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KR100635980B1
KR100635980B1 KR1020050036312A KR20050036312A KR100635980B1 KR 100635980 B1 KR100635980 B1 KR 100635980B1 KR 1020050036312 A KR1020050036312 A KR 1020050036312A KR 20050036312 A KR20050036312 A KR 20050036312A KR 100635980 B1 KR100635980 B1 KR 100635980B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
astaxanthin
production
mutant
glucose
xanthophyllomyces
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Application number
KR1020050036312A
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Korean (ko)
Inventor
장효일
김정환
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
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Publication date
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P23/00Preparation of compounds containing a cyclohexene ring having an unsaturated side chain containing at least ten carbon atoms bound by conjugated double bonds, e.g. carotenes

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Abstract

A method for mass-producing astaxanthin is provided to be able to effectively produce the astaxanthin by obtaining the optimum production condition of the astaxanthin through statistical experimental designs and chemical induction. The method comprises the steps of: (a) culturing Xanthophyllomyces dendrorhous mutant JH1(deposit no. KCCM-10580) in a fermentation medium containing 4.14% of glucose, 0.34% of yeast extract, 0.25% of KH2PO4, 0.02% of MgSO4, 0.02% of MnSO4 and 0.01% of CaCl2 for 5 days; and (b) after adding 1.0%(v/v) of ethanol, 1.0%(v/v) of acetic acid, and 1.0%(v/v) hydrogen peroxide to the culture solution, shake-culturing it.

Description

통계적 최적화 방법과 화학물질의 유도에 따른 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체를 이용한 아스타잔틴 대량생산방법{A method of mass production of astaxanthin by Xanthophyllomyces dendrorhous mutant JH1 using statistical optimization methods and chemical induction}Method of mass production of astaxanthin by Xanthophyllomyces dendrorhous mutant JH1 using statistical optimization methods and chemical induction}

도 1은 계산된 반응면의 중앙 혼합 설계 실험의 3차원 반응면과 등고선을 도시하고 있다. FIG. 1 shows the three-dimensional response planes and contours of the calculated central mixed design experiments.

도 2는 배양 시간의 경과에 따른 세포와 아스타잔틴 생산량을 나타내고 있다. Figure 2 shows the cells and the astaxanthin production over time.

본 발명은 통계적 최적화 방법과 화학물질의 유도에 따른 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체를 이용한 아스타잔틴 대량생산방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 통계적 최적화 방법(statistical optimization methods)과 화학물질의 유도를 통해 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체로부터 아스타잔틴을 대량생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for mass production of astaxanthin using xanthophyllomyces dendrorose JH1 mutant according to statistical optimization method and chemical induction. More specifically, the present invention relates to methods for mass production of astaxanthin from xanthophyllomyces dendrolos JH1 mutants through statistical optimization methods and induction of chemicals.

아스타잔틴은 자연에 널리 분포되어 있으며, 갑각류(crustaceans)와 연어류 (salmonoids)를 비롯하여 많은 다른 생물체의 주된 색소이다. 아스타잔틴은 많은 가축에게 매력적인 색소를 제공해주며, 시장에서는 소비자의 흥미를 끄는데 기여한다. 양식에서 아스타잔틴은 송어와 연어양식을 위한 천연색소 공급원일 뿐만 아니라 영양공급원이다. 즉, 양식어가 천연 적분홍색(red-pink color)을 띄게 하기 위해서는 사료첨가물로 아스타잔틴을 사용하여야 한다. 왜냐하면, 동물은 아스타잔틴을 합성할 수 있는 능력이 결핍되어 있기 때문이다. 또한, 아스타잔틴은 동물에서 비타민 A로의 전환, 면역반응 항진, 산소 라디칼을 소거함으로써 암과 같은 질병으로부터의 보호를 포함하는 중요한 대사적 기능을 가진다. 아스타잔틴의 항산화 활성은 제아잔틴(zeaxanthin), 루테인(lutein), 칸타잔틴(canthaxanthin), β-카로틴보다는 대략 10배 정도 강력하며, α-토코페롤보다는 100배 정도 강력하다고 보고된 바 있다. 따라서, 아스타잔틴은 색소 공급원일 뿐만 아니라 강력한 항산화제로서 상업적인 관심을 끌고 있다. 그리고, 최근 FDA에서는 아스타잔틴을 사료로 사용할 수 있도록 허가하였으며, 연어의 사료에 사용되고 있다.Astaxanthin is widely distributed in nature and is the main pigment of many other organisms, including crustaceans and salmon. Astaxanthin provides an attractive pigment for many livestock and contributes to consumer interest in the market. Astaxanthin in aquaculture is not only a natural source of color for trout and salmon farming, but also a source of nutrition. In other words, astaxanthin should be used as a feed additive in order for fish to have a natural red-pink color. Because animals lack the ability to synthesize astaxanthin. Astaxanthin also has important metabolic functions including protection from diseases such as cancer by switching to vitamin A in animals, enhancing immune responses, and scavenging oxygen radicals. Astaxanthin's antioxidant activity has been reported to be approximately 10 times stronger than zeaxanthin, lutein, canthaxanthin and β-carotene, and 100 times stronger than α-tocopherol. Thus, astaxanthin is not only a source of pigment but also attracts commercial interest as a powerful antioxidant. In addition, the FDA recently approved the use of astaxanthin as a feed and is used in salmon feed.

아스타잔틴은 세균인 마이코박테리움 락티콜라(Mycobacterium lacticola), 바시디오마이세토우스 곰팡이인 페니오포라속(Peniophora spp.), 녹조류인 해마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis), 헤테로바시디오마이세토우스 효모인 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous)를 포함하여 몇몇 미생물에서 발견된다. 그것들 중에서 단지 녹조류인 해마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 와 적색 효모인 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous)가 산업적 생산을 위한 아스타잔틴의 공급원으로 최근에 중요시되고 있다. 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous)는 빠른 종속영양 대사(heterotrophic metabolism)와 발효기에서 고농도로 세포를 생산하는 장점이 있어, 천연 아스타잔틴의 식이원으로서 가장 이상적인 특징과 잠재적인 경제적 가치를 가진다. Astaxanthin bacterium Mycobacterium rakti coke (Mycobacterium lacticola), bar CD Oh, my Seto mouse mold Penny Va'a-o rasok (Peniophora spp.), Green alga hippocampus Sat Lactococcus flat ruby Alice (Haematococcus pluvialis), heteroaryl bar CD Oh, my It is found in several microorganisms, including Xanthophyllomyces dendrorhous , which is a seto yeast. Among them, only the green algae Haematococcus pluvialis and the red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous have recently become important sources of astaxanthin for industrial production. Xanthophyllomyces dendrorhous has the advantages of rapid heterotrophic metabolism and high cell production in fermenters, providing the most ideal features and potential economic value as a natural source of astaxanthin. Have

아스타잔틴의 생산비용은 생산의 경제성을 결정하는 주요 요소 중의 하나이다. 산업적 적용을 위한 기본연구의 목적은 발효 배지 및 발효조건의 최적화에 의한 아스타잔틴의 생산비용을 감소시키는 것이다. 최근에 최적화를 위한 통계에 근거한 통계적 설계(statistical designs)가 성공적으로 적용되어 왔다. 이러한 통계적 방법은 아주 강력한 기구이다.The cost of production of astaxanthin is one of the major factors that determine the economics of production. The purpose of basic research for industrial applications is to reduce the production cost of astaxanthin by optimizing fermentation medium and fermentation conditions. Recently, statistical designs based on statistics for optimization have been successfully applied. This statistical method is a very powerful instrument.

따라서, 본 발명자들은 아스타잔틴은 분명 세포성장과 밀접히 관련되어 있기 때문에, 세포 성장과 아스타잔틴의 생산에 영향을 줄 수 있는 다양한 변수들(glucose, yeast extract, KH2PO4, MgSO4, MnSO4, and CaCl2)을 차등 통계적 설계(different statistical experimental designs)에 도입하여 아스타잔틴의 생산에 미치는 영향을 연구하고, 이를 대한민국 특허출원 제 10-2005-8158호로 특허출원하였다.Thus, we clearly believe that astaxanthin is closely related to cell growth, so that various variables that can affect cell growth and production of astaxanthin (glucose, yeast extract, KH 2 PO 4 , MgSO 4 , MnSO 4 , and CaCl 2 ) was introduced into the differential statistical experimental designs to study the effect on the production of astaxanthin, which was filed in Korean Patent Application No. 10-2005-8158.

또한, 본 발명자들은 에탄올, 아세트산, 과산화수소 등이 아스타잔틴 생합성의 유도물질 또는 전구물질로 알려져 있으므로 통계적 실험 설계와 상기 유효한 화학물질의 유도를 동시에 적용하여 세포 성장과 아스타잔틴의 생산 유도를 조사하였다.In addition, the inventors of the present invention, because ethanol, acetic acid, hydrogen peroxide and the like are known as inducers or precursors of astaxanthin biosynthesis, and investigated the induction of cell growth and production of astaxanthin by simultaneously applying statistical experimental design and induction of the effective chemicals. It was.

따라서, 본 발명의 목적은 통계적 실험 설계(statistical experimental designs)와 화학물질의 유도를 통한 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) JH1 돌연변이체에 의한 아스타잔틴의 대량생산방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for mass production of astaxanthin by Xanthophyllomyces dendrorhous JH1 mutant through statistical experimental designs and chemical induction.

본 발명의 상기 목적은 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체로부터 세포 성장과 아스타잔틴의 최적생산조건을 확립하기 위해 발효배지의 구성 성분들을 변수로 하여 통계적 실험 설계를 세우고, 세포 성장과 아스타잔틴을 대량생산할 수 있는 조건을 최적화한 다음, 실제로 상기 조건 하에서 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체를 발효시켜 세포 성장과 아스타잔틴의 생산량을 비교하고, 상기 최적생산조건 하에서 유효한 화학물질을 첨가하여 세포 성장과 아스타잔틴의 생산을 유도함으로써 달성하였다.The object of the present invention is to establish a statistical experimental design using the components of the fermentation medium as a variable to establish the cell growth and optimum production conditions of astaxanthin from xanthophyllomyces dendrose JH1 mutant, cell growth and Optimize the conditions for mass production of taraxanthin, then actually ferment the xanthophyllomyces dendrorose JH1 mutant under these conditions to compare the cell growth and the production of astaxanthin. Was achieved by inducing cell growth and production of astaxanthin.

이하, 발명의 구성을 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of invention is demonstrated concretely.

본 발명은 통계적 실험 설계를 통한 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체로부터 아스타잔틴의 최적생산조건 확립단계; 상기 조건 하에서 발효시킨 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체로부터 생산된 아스타잔틴 생산량의 비교단계; 및, 상기 최적생산조건 하에서 화학물질을 첨가하여 세포 성장과 아스타잔틴의 생산 유도단계로 구성된다. The present invention comprises the steps of establishing the optimum production conditions of astaxanthin from xanthophyllomyces dendrorose JH1 mutant through a statistical experimental design; Comparing the astaxanthin production amount produced from the xanthophyllomyces dendrorose JH1 mutant fermented under the above conditions; And, by the addition of chemicals under the optimum production conditions consists of cell growth and induction of astaxanthin production.

본 발명은 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) mutant JH1을 4.14% 글루코우즈, 0.34% 효모 추출물, 0.25% KH2PO4, 0.05% MgSO4, 0.02% MnSO4, 0.01% CaCl2를 포함하는 발효배지에서 7일간 배양하여 아스타잔틴을 대량생산하는 방법을 제공한다.The present invention comprises Xanthophyllomyces dendrorhous mutant JH1, 4.14% glucose, 0.34% yeast extract, 0.25% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.02% MnSO 4 , 0.01% CaCl 2 It provides a method for mass production of astaxanthin by culturing for 7 days in a fermentation broth.

또한, 본 발명은 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) mutant JH1을 4.14% 글루코우즈, 0.34% 효모 추출물, 0.25% KH2PO4, 0.05% MgSO4, 0.02% MnSO4, 0.01% CaCl2를 포함하는 발효배지에서 5일간 배양하고, 상기 배양액에 1.0%(v/v) 에탄올, 1.0%(v/v) 아세트산, 1.0%(v/v) 과산화수소를 첨가하여 이를 진탕배양하여 아스타잔틴을 대량생산하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention is the Xanthophyllomyces dendrorhous mutant JH1 4.14% glucose, 0.34% yeast extract, 0.25% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.02% MnSO 4 , 0.01% CaCl 2 Incubated for 5 days in a fermentation broth containing, 1.0% (v / v) ethanol, 1.0% (v / v) acetic acid, 1.0% (v / v) hydrogen peroxide was added to the culture medium by shaking and cultured astaxanthin Provides a way of mass production.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the specific method of the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited only to these Examples.

[실시예]EXAMPLE

실시예 1: 통계적 실험 설계(statistical experimental designs)를 이용한 크산토필로마이세스 덴드로로스(Example 1 Xanthophyllomyces dendrorose using statistical experimental designs Xanthophyllomyces dendrorhousXanthophyllomyces dendrorhous ) mutant JH1으로부터from mutant JH1 아스타잔틴의 최적생산조건 확립Establish Optimal Production Conditions for Astaxanthin

아스타잔틴을 대량생산하기 위해 사용된 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) ATCC 96594는 KRIBB(Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology)에서 분양받았다. 아스타잔틴을 대량생산하는 돌연변이체 JH1은 NTG(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) 돌연변이(Kim et al., 2004)를 통해 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) ATCC 96594로부터 분리하였다(특허출원번호: 10-2004-0044622, 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체 KCCM-10580). 상기 균주는 YM agar에서 22℃, 7일 동안 배양하였고, 40% 글리세롤/60% YM broth 비율로 스톡(stock)을 만들어 -70℃에서 보관하였다. 상기 기초배지(YM)은 0.3% 효모 추출물/0.3% 맥아 추출물/0.5% 펩톤/1% 글루코우즈로 조성되며, pH는 7.0으로 적정하였다. 각각의 실험배지는 실험 설계(표 1)에 따라 제조하였으며, pH는 7.0으로 적정하였다. 효모의 콜로니는 YM broth 5 mL이 든 테스트 튜브에 접종하였으며 48시간 동안 22℃, 140 rpm으로 배양하였다. 상기 배양액 0.9 mL은 YM broth 30 mL이 든 250 mL-배플 플라스크(baffled flask)에 재접종하여 36시간 동안 22℃, 140 rpm으로 배양하였다. 상기 배양액은 주 배양(main culture)을 위해 각각의 실험배지 30 mL이 든 250 mL-배플 플라스크에 3% (v/v) 접종하여 7일 동안 22℃, 140 rpm으로 배양하였다. Xanthophyllomyces dendrorhous ATCC 96594, used for mass production of astaxanthin, was sold by the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (KRIBB). Mutant JH1 for mass production of astaxanthin is NTG (N -methyl- N '-nitro- N -nitrosoguanidine) mutants (Kim et al., 2004) Mai xanthosine Philo process dendeuro Ross (Xanthophyllomyces dendrorhous) ATCC 96594 by a (Patent Application No. 10-2004-0044622, Xanthophyllomyces dendrorose JH1 mutant KCCM-10580). The strains were incubated at 22 ° C. for 7 days in YM agar, and stocks were stored at −70 ° C. at 40% glycerol / 60% YM broth ratio. The basal medium (YM) was composed of 0.3% yeast extract / 0.3% malt extract / 0.5% peptone / 1% glucose, pH was titrated to 7.0. Each experimental medium was prepared according to the experimental design (Table 1), and the pH was titrated to 7.0. Colonies of yeast were inoculated into test tubes containing 5 mL of YM broth and incubated at 22 ° C. and 140 rpm for 48 hours. 0.9 mL of the culture was re-inoculated into a 250 mL-baffled flask containing 30 mL of YM broth and incubated at 22 ° C. and 140 rpm for 36 hours. The cultures were incubated at 22 ° C. and 140 rpm for 7 days by inoculating 3% (v / v) in a 250 mL-baffle flask containing 30 mL of each experimental medium for the main culture.

카로티노이드의 일반분석을 위해 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) 돌연변이 JH1으로부터 얻은 세포 펠렛을 미리 55℃에서 가열해 놓은 DMSO(시그마 케미칼 코퍼레이션, 미국 미조리주 세인트루이스)와 혼합한 다음 1분 동안 강하게 볼텍싱하였다. 파쇄된 세포에 아세톤 1 mL, 페트로리움 에테르 1 mL, 20% NaCl 용액 1 mL을 각각 순차적으로 첨가하여 잘 섞어준 다음 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후 페트로리움 에테르층을 분리하여 Ultrospec 2100 pro UV/Visible Spectrophotometer를 이용하여 474 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 카로티노이드 조성은 다음의 식에 따라 2,100의 1% 흡광계수를 이용하여 계산하였다.For general analysis of carotenoids, cell pellets obtained from Xanthophyllomyces dendrorhous mutant JH1 were mixed with pre-heated DMSO (Sigma Chemical Corporation, St. Louis, Missouri, USA) for 1 min. Vortexed. 1 mL of acetone, 1 mL of petroleum ether, and 1 mL of 20% NaCl solution were added sequentially to the crushed cells. Absorbance was measured at 474 nm using a / Visible Spectrophotometer. Total carotenoid composition was calculated using a 1% extinction coefficient of 2,100 according to the following equation.

총 카로티노이드 양(mg 카로티노이드/g 효모) = Total carotenoid amount (mg carotenoids / g yeast) =

Figure 112005022834446-pat00001
Figure 112005022834446-pat00001

총 카로티노이드 양(㎍ 카로티노이드/mL 시료)Total carotenoid amount (μg carotenoids / mL sample)

효모 건중량(mg/mL)×총 카로티노이드 양(mg 카로티노이드/g 효모)Yeast dry weight (mg / mL) X total carotenoid amount (mg carotenoid / g yeast)

아스타잔틴은 페트로리움 에테르로부터 추출하였고, HPLC로 정량분석하였다. HPLC는 2개의 510 펌프와 1개의 996 포토다이오드 어레이 디텍터(photodiode array detector)가 장치된 Waters liquid chromatograph를 이용하였다. 아스타잔틴은 25℃에서 LUNA C18 컬럼(250x4.6mm; 5 ㎛)을 사용하여 분리·분석하였고 HPLC-등급의 아스타잔틴(미국 시그마)을 표준물질로 사용하였다.Astaxanthin was extracted from petroleum ether and quantified by HPLC. HPLC used a Waters liquid chromatograph equipped with two 510 pumps and one 996 photodiode array detector. Astaxanthin was separated and analyzed using a LUNA C 18 column (250 × 4.6 mm; 5 μm) at 25 ° C. and HPLC-grade astaxanthin (US Sigma) was used as standard.

세포의 건중량은 중량측정으로 측정하였다. 세포를 수확하여 증류수로 두 번 세척한 다음 세척한 세포를 80℃의 드라이 오븐에서 48시간 동안 건조시켰다.Dry weight of the cells was determined by gravimetric measurement. The cells were harvested and washed twice with distilled water, and then the washed cells were dried in a dry oven at 80 ° C. for 48 hours.

글루코우즈 함량은 글루코우즈 키트(영동 주식회사, 한국)를 이용하여 측정하였다.Glucose content was measured using a glucose kit (Youngdong Co., Ltd., Korea).

통계적 실험 설계(statistical experimental designs)를 이용하여 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체로부터 아스타잔틴의 최적생산조건을 확립하기 위해, 통계적 실험 설계는 16개 세트로 구성된 26-2 분류 변수 설계를 2회 실시하였고, 세포 성장과 아스타잔틴 생산에 영향을 주는 가장 중요한 요소를 결정하는데 사용하였다. 각 변수들은 식 1에 따라 코드화하였다:To establish the optimal production of astaxanthin from xanthophyllomyces dendrolos JH1 mutants using statistical experimental designs, the statistical experimental design consists of 16 sets of 2 6-2 classification variables. Was performed twice and used to determine the most important factors affecting cell growth and astaxanthin production. Each variable is coded according to equation 1:

x i=(X i-X 0)/ΔX i ...(1) x i = ( X i - X 0 ) / Δ X i ... (1)

단, x i는 독립변수의 코드화된 값, X i는 독립변수의 실제값, X 0은 중앙값(center point)에서 독립변수의 실제값, ΔX i은 단계별 변화수치(step change value)를 나타낸다. 본 발명에서 조사되는 변수들의 범위와 수치는 표 1에 나타내었다. 세포 성장과 아스타잔틴 생산은 독립변수 또는 반응, Yi으로 산출하였다. 실험 데이터의 실험적 적합성은 분산분석(ANOVA)에 기초한 다항식 회귀(polynomial regression)에 따랐다.Where x i is the coded value of the independent variable, X i is the actual value of the independent variable, X 0 is the actual value of the independent variable at the center point, and Δ X i is the step change value. . The ranges and values of the variables investigated in the present invention are shown in Table 1. Cell growth and astaxanthin production were calculated as independent variables or responses, Y i . The experimental suitability of the experimental data was followed by polynomial regression based on ANOVA.

2차 다항식(empirical second-order polynomial model)을 적합화하기 위해, 5개의 코드화 수준을 가진 중앙 혼합 설계(central composite design)를 실시하였다. 최적값을 예상하기 위한 2차 다항식은 식 2로 표현하였다:In order to fit the second-order polynomial model, a central composite design with five coding levels was implemented. The second-order polynomial to predict the optimal value is represented by equation 2:

y=b 0+∑b i x i+∑b ii x i 2+∑b ij x i x j ...(2) y = b 0 + ∑ b i x i + ∑ b ii x i 2 + ∑ b ij x i x j ... (2)

단, y는 반응변수이고, b는 회귀계수(regression coefficients), x는 독립변수의 코드화 수준이다. 얻어진 실험값의 회귀분석을 위해 SAS package를 사용하였다. 2차 다항식의 통계적 유의성은 F-값에 따라 결정하였고, 상기 식에 따라 설명된 편차는 복합결정계수(multiple coefficient of determination), R 2에 따라 제공되었다.Where y is the response variable, b is the regression coefficients, and x is the coding level of the independent variable. SAS package was used for the regression analysis of the obtained experimental values. The statistical significance of the second order polynomial was determined according to the F -value, and the deviation described in accordance with the above formula was provided according to the multiple coefficient of determination, R 2 .

분류 변수 설계를 위한 각 변수의 범위Range of each variable for classification variable design 독립변수 X i (%, w/v)Independent variable X i (%, w / v) 수준level -1-One 00 +1+1 X 1 글루코우즈 X 1 Glucose 1One 33 55 X 2 효모 추출물 X 2 Yeast Extract 0.050.05 0.20.2 0.350.35 X 3 KH2PO4 X 3 KH 2 PO 4 0.050.05 0.150.15 0.250.25 X 4 MgSO4 X 4 MgSO 4 0.010.01 0.050.05 0.090.09 X 5 MnSO4 X 5 MnSO 4 00 0.010.01 0.020.02 X 6 CaCl2 X 6 CaCl 2 00 0.010.01 0.020.02

분류 변수 설계의 실험 설계 및 그 결과Experimental design and results of classification variable design Run 코드 수준Code level 세포 중량Cell weight 아스타잔틴Astaxanthin xx 1One xx 22 xx 33 xx 44 xx 55 xx 66 (g/L)(g / L) (mg/L)(mg / L) 1One -1-One -1-One -1-One -1-One -1-One -1-One 1.401.40 6.726.72 22 -1-One -1-One -1-One +1+1 -1-One +1+1 2.002.00 8.578.57 33 -1-One -1-One +1+1 -1-One +1+1 +1+1 1.401.40 6.616.61 44 -1-One -1-One +1+1 +1+1 +1+1 -1-One 1.001.00 5.455.45 55 -1-One +1+1 -1-One -1-One +1+1 +1+1 3.403.40 9.319.31 66 -1-One +1+1 -1-One +1+1 +1+1 -1-One 2.602.60 8.698.69 77 -1-One +1+1 +1+1 -1-One -1-One -1-One 3.303.30 9.149.14 88 -1-One +1+1 +1+1 +1+1 -1-One +1+1 3.203.20 8.568.56 99 +1+1 -1-One -1-One -1-One +1+1 -1-One 1.101.10 5.925.92 1010 +1+1 -1-One -1-One +1+1 +1+1 +1+1 1.601.60 7.017.01 1111 +1+1 -1-One +1+1 -1-One -1-One +1+1 1.401.40 5.725.72 1212 +1+1 -1-One +1+1 +1+1 -1-One -1-One 0.800.80 4.464.46 1313 +1+1 +1+1 -1-One -1-One -1-One +1+1 3.403.40 11.8011.80 1414 +1+1 +1+1 -1-One +1+1 -1-One -1-One 3.803.80 13.5613.56 1515 +1+1 +1+1 +1+1 -1-One +1+1 -1-One 6.506.50 31.4631.46 1616 +1+1 +1+1 +1+1 +1+1 +1+1 +1+1 4.604.60 27.6327.63 1717 00 00 00 00 00 00 5.405.40 26.1826.18 1818 00 00 00 00 00 00 5.405.40 26.2226.22 1919 00 00 00 00 00 00 5.505.50 26.2926.29 2020 00 00 00 00 00 00 5.405.40 26.4326.43

크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) 발효에 가장 중요한 역할을 하는 6개의 변수들을 선택하여 세포 성장과 아스타잔틴의 생산에 미치는 영향을 조사하였다. ANOVA는 결정적인 변수들(significant variables)을 결정하기 위해 이용하였다.Six variables, most important for Xanthophyllomyces dendrorhous fermentation, were selected to investigate their effects on cell growth and astaxanthin production. ANOVA was used to determine the critical variables.

그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 세포와 아스타잔틴의 농도는 상기 실험 조건에서 각각 0.80∼6.50 g/L와 4.46∼31.46 mg/L의 범위로 현저하게 변화하였다. 세포와 아스타잔틴 생산의 최저값은 글루코우즈 함량을 최대로 하고 효모 추출물의 함량을 최저로 하였을 때 얻었다. 또한, 세포와 아스타잔틴 생산의 최고값은 글루코우즈와 효모 추출물의 함량을 최대로 하였을 때 얻었다. 상기 결과는 이들 변수들(글루코우즈와 효모 추출물)이 세포 성장과 아스타잔틴 생산에 강력한 영향을 준다는 것을 보여준다. As a result, as shown in Table 2, the concentrations of cells and astaxanthin were remarkably changed in the ranges of 0.80 to 6.50 g / L and 4.46 to 31.46 mg / L, respectively, under the experimental conditions. The lowest cell and astaxanthin production was obtained when the glucose content was maximized and the yeast extract was minimum. In addition, the highest values of cell and astaxanthin production were obtained when the content of glucose and yeast extract was maximized. The results show that these variables (glucose and yeast extract) have a strong effect on cell growth and astaxanthin production.

26-2 분류 변수 설계의 회귀분석 결과2 6-2 Regression Analysis of Classifier Design 변수variable 평균제곱Mean square F-값 F -value P-값 P -value χ1 χ 1 13.57613.576 110.60110.60 <0.0001<0.0001 χ2 χ 2 25.25125.251 205.71205.71 <0.0001<0.0001 χ3 χ 3 0.5260.526 4.284.28 0.09330.0933 χ4 χ 4 0.3310.331 2.692.69 0.16170.1617 χ5 χ 5 0.5260.526 4.284.28 0.09330.0933 χ6 χ 6 0.0160.016 0.130.13 0.73580.7358 χ1χ2 χ 1 χ 2 2.8062.806 22.8622.86 0.00500.0050 χ1χ3 χ 1 χ 3 0.9510.951 7.747.74 0.03880.0388 χ1χ4 χ 1 χ 4 0.0510.051 0.410.41 0.54900.5490 χ1χ5 χ 1 χ 5 2.1762.176 17.7217.72 0.00840.0084 χ1χ6 χ 1 χ 6 0.5260.526 4.284.28 0.09330.0933 χ2χ3 χ 2 χ 3 ·· ·· ·· χ2χ4 χ 2 χ 4 0.3910.391 3.183.18 0.13450.1345 χ2χ5 χ 2 χ 5 ·· ·· ·· χ2χ6 χ 2 χ 6 0.8560.856 6.976.97 0.04600.0460 χ3χ4 χ 3 χ 4 ·· ·· ·· χ3χ5 χ 3 χ 5 ·· ·· ·· χ3χ6 χ 3 χ 6 ·· ·· ·· χ4χ5 χ 4 χ 5 ·· ·· ·· χ4χ6 χ 4 χ 6 ·· ·· ·· χ5χ6 χ 5 χ 6 ·· ·· ·· 모델Model 4.3974.397 35.8235.82 0.00050.0005 R 2=0.99 R 2 = 0.99

중앙복합설계(central composite design) 를 포함하는 22 분류 변수 설계의 실험 설계 및 결과Experimental Design and Results of 2 2 Classification Variable Design Including Central Composite Design Run 글루코우즈Glucose 효모 추출물Yeast extract 세포중량Cell weight 아스타잔틴Astaxanthin (%, x1)(%, x 1 ) (%, x2)(%, x 2 ) (g/L)(g / L) (mg/L)(mg / L) 1One 2(-1)2 (-1) 0.2(-1)0.2 (-1) 5.305.30 31.2531.25 22 6(+1)6 (+1) 0.2(-1)0.2 (-1) 4.604.60 26.6926.69 33 2(-1)2 (-1) 0.5(+1)0.5 (+1) 5.005.00 14.9714.97 44 6(+1)6 (+1) 0.5(+1)0.5 (+1) 3.603.60 7.967.96 55 1.17(-1.414)1.17 (-1.414) 0.35(0)0.35 (0) 3.503.50 16.5516.55 66 6.83(+1.414)6.83 (+1.414) 0.35(0)0.35 (0) 6.006.00 15.5615.56 77 4(0)4 (0) 0.14(-1.414)0.14 (-1.414) 3.203.20 28.0128.01 88 4(0)4 (0) 0.56(+1.414)0.56 (+1.414) 2.602.60 12.6512.65 99 4(0)4 (0) 0.35(0)0.35 (0) 7.407.40 34.3534.35 1010 4(0)4 (0) 0.35(0)0.35 (0) 7.207.20 34.2934.29 1111 4(0)4 (0) 0.35(0)0.35 (0) 6.806.80 33.7933.79 1212 4(0)4 (0) 0.35(0)0.35 (0) 7.207.20 34.1534.15 X 3 (KH2PO4) = 0.25%; X 4 (MgSO4) = 0.05%; X 5 (MnSO4) = 0.02%; X 6 (CaCl2) = 0.01% X 3 (KH 2 PO 4 ) = 0.25%; X 4 (MgSO 4 ) = 0.05%; X 5 (MnSO 4 ) = 0.02%; X 6 (CaCl 2 ) = 0.01%

다른 농도의 글루코우즈와 효모 추출물에서 세포 중량 모델에 대한 통계적 분석Statistical Analysis of Cell Weight Model in Different Concentrations of Glucose and Yeast Extracts 소스(source)Source 제곱합Sum of squares 자유도Degrees of freedom 평균제곱Mean square F-값F-value P-값P-value 모델Model 27.19227.192 55 5.4385.438 5.975.97 0.02520.0252 오차error 5.4685.468 66 0.9110.911 gun 32.66032.660 1111 R 2=0.83 R 2 = 0.83

이들 실험값들에 기초하여 Fisher의 ANOVA를 이용한 통계적 테스트를 실시하였다. F-값은 실험 모델에 대한 각각의 조절요소의 영향을 나타낸다. 또한 P-값은 계산된, 평면화된 통계들 간의 차이가 단지 무작위적인 실험 오차(random experimental error)에서 기인할 수 있음을 나타낸다. Based on these experimental values, statistical tests were performed using Fisher's ANOVA. The F -value represents the effect of each regulatory factor on the experimental model. The P -value also indicates that the difference between the calculated, flattened statistics can only be due to random experimental error.

표 3에서 ANOVA 분석 결과가 세포 성장에서 99% 이상의 신뢰도를 가진 모델의 유의성을 나타낼 때, F-값과 P-값은 각각 35.82와 0.0005였다. 따라서 평가되는 모델은 실험 데이터를 충분히 적합하게 한다. 각각의 요소, x 1x 2에 적용된 F 테스트는 유의성 1% 수준에서 통계학적으로 유의성이 있었다. 이들 x 1 x 2F-값은 각각 110.60과 205.71이었고, 다른 유의성 있는 요소들보다 더 컸다. ANOVA 결과를 분석한 결과, 세포 성장과 아스타잔틴의 생산을 위해 글루코우즈(X 1)와 효모 추출물(X 2)은 두개의 가장 중요한 변수임을 증명하고 있다. In Table 3, when the ANOVA analysis showed the significance of the model with more than 99% confidence in cell growth, the F -value and P -value were 35.82 and 0.0005, respectively. The model being assessed thus makes the experimental data well suited. The F test applied to each element, x 1 and x 2 , was statistically significant at the 1% significance level. These x 1 and The F -values of x 2 were 110.60 and 205.71, respectively, which were greater than the other significant factors. Analysis of ANOVA results demonstrates that glucose ( X 1 ) and yeast extract ( X 2 ) are the two most important variables for cell growth and astaxanthin production.

X 1X 2 변수들의 최적 조건을 결정하기 위해 Response surface methodology(RSM)을 도입하였다. X 1X 2 변수들의 최적 조건을 얻기 위하여, 변수 X 3, X 4, X 5, X 6은 각각 0.25% KH2PO4, 0.05% MgSO4, 0.02% MnSO4, 0.01% CaCl2에 배치하였다. 실험은 중앙값에 4개의 스타포인트(four star points, α=±0.414)와 중앙값의 4회 반복(four replicates)을 포함하는 22 full factorial design experiment를 이용하여 두개의 독립변수 글루코우즈(X 1)와 효모 추출물(X 2)을 가지고 실시하였다(표 4).Response surface methodology (RSM) was introduced to determine the optimal conditions for the X 1 and X 2 parameters. To obtain optimal conditions for the X 1 and X 2 variables, the variables X 3 , X 4 , X 5 and X 6 are placed in 0.25% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.02% MnSO 4 and 0.01% CaCl 2 , respectively. It was. The experiment involved two independent variable glucose ( X 1 ) using 2 2 full factorial design experiments with four star points in the median (α = ± 0.414) and four replicates of the median. And it was carried out with yeast extract ( X 2 ) (Table 4).

회귀 분석은 실험 데이터의 반응함수를 적합화하기 위해 실시하였다. Regression analysis was performed to fit the response function of the experimental data.

표 5에 나타난 바와 같이, F-값과 P-값은 각각 5.97과 0.0252였다. 2차 방정식의 통계적인 유의성을 점검하였고, 모델의 결정계수(R 2)는 반응의 변이성의 83%는 모델에 의해 설명될 수 있음을 나타내는 0.83으로 계산되었다. 반응 방정식은 아스타잔틴 생산 실험의 반응면에 적합한 모델을 제공하였으며, 다음과 같다:As shown in Table 5, the F -values and P -values were 5.97 and 0.0252, respectively. The statistical significance of the quadratic equations was checked and the model's coefficient of determination ( R 2 ) was calculated to be 0.83, indicating that 83% of the variability of the response can be explained by the model. The reaction equation provided a model suitable for the response side of the astaxanthin production experiment, as follows:

Y=7.1499+0.1794x 1-0.2686x 2-1.0000x 1 2-1.9253x 2 2-0.1750x 1 x 2 Y = 7.1499 + 0.1794 x 1 -0.2686 x 2 -1.0000 x 1 2 -1.9253 x 2 2 -0.1750 x 1 x 2

단, x 1은 코드화된 글루코우즈의 값, x 2는 코드화된 효모 추출물의 값을 나타낸다.With the proviso that x 1 represents the value of encoded glucose and x 2 represents the value of the encoded yeast extract.

도 1은 계산된 반응면의 3차원 도면과 등고선을 나타낸 것이다. 세포 성장을 위해 얻어진 글루코우즈(x 1)와 효모 추출물(x 2)의 최적값은 각각 0.0680과 -0.0524였다. 상기 결과들에 따라 4.14% 글루코우즈(X 1)와 0.34% 효모 추출물(X 2)이 세포 성장과 아스타잔틴 생산을 위한 최적값으로 최적화되었다. 모델로부터 예측되는 세포와 아스타잔틴 농도의 최대값은 각각 7.17 g/L와 36.16 mg/L였다.Figure 1 shows the three-dimensional drawing and contour lines of the calculated response surface. The optimal values of glucose ( x 1 ) and yeast extract ( x 2 ) obtained for cell growth were 0.0680 and -0.0524, respectively. According to these results, 4.14% glucose ( X 1 ) and 0.34% yeast extract ( X 2 ) were optimized to the optimum values for cell growth and astaxanthin production. The maximum cell and astaxanthin concentrations predicted from the model were 7.17 g / L and 36.16 mg / L, respectively.

결론적으로, 4.14% 글루코우즈, 0.34% 효모 추출물, 0.25% KH2PO4, 0.05% MgSO4, 0.02% MnSO4, 0.01% CaCl2가 아스타잔틴의 대량생산을 위한 최적조건임을 확인하였다.In conclusion, it was confirmed that 4.14% glucose, 0.34% yeast extract, 0.25% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.02% MnSO 4 and 0.01% CaCl 2 are the optimal conditions for mass production of astaxanthin.

실험예 1: 통계적 실험 설계에 따른 아스타잔틴의 최적생산조건의 증명Experimental Example 1 Demonstration of Optimal Production Conditions of Astaxanthin According to Statistical Experiment Design

상기 통계적 실험 설계에 따라 확립된 아스타잔틴의 최적 생산 조건을 증명하기 위해, 상기 최적 조건(4.14% 글루코우즈, 0.34% 효모 추출물, 0.25% KH2PO4, 0.05% MgSO4, 0.02% MnSO4, 0.01% CaCl2) 하에서 재대조 실험을 실시하였다.In order to prove the optimum production conditions of astaxanthin established according to the statistical experimental design, the optimum conditions (4.14% glucose, 0.34% yeast extract, 0.25% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.02% MnSO 4 , 0.01% CaCl 2 ) was carried out re-control experiment.

도 2는 시간 경과에 따른 세포와 아스타잔틴 생산량을 나타내고 있다. 실제 실험 결과와 통계학적 결과 사이의 밀접한 상관관계는 반응모델의 정당성(타당성)과 최적 포인트의 존재를 증명하는 것이다. 최적화된 조건 하에서, 발효 5일까지 세포 중량은 급격히 증가하고, 글루코우즈 농도는 발효 5일 동안 극적으로 감소하다 발효 5일째에 거의 고갈되었다.2 shows cells and astaxanthin production over time. The close correlation between the actual and statistical results is to prove the validity of the response model and the existence of optimal points. Under optimized conditions, cell weight rapidly increased up to 5 days of fermentation, glucose concentration dramatically decreased for 5 days of fermentation and was almost depleted on day 5 of fermentation.

최적화 조건 하에서, 발효 7일 이후에 얻어진 세포와 아스타잔틴의 농도는 각각 7.25 g/L와 36.80 mg/L 였다.Under optimized conditions, the concentrations of cells and astaxanthin obtained after 7 days of fermentation were 7.25 g / L and 36.80 mg / L, respectively.

Johnson 등은 15g/L 이상의 글루코우즈 농도는 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous)의 성장을 억제하고, 지수기(lag time)와 아스타크산틴 생산 또한 고 농도의 글루코우즈에 의해 영향을 받는다고 보고하였으나, 본 실시예에서는 4.14%의 고 농도의 글루코우즈는 오히려 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) mutant JH1의 세포 성장과 아스타잔틴의 생산을 증가시켰다.Johnson et al. Noted that glucose concentrations above 15 g / L inhibited the growth of X. dendrorhous , and lag time and astaxanthin production were also influenced by high concentrations of glucose. In this example, high concentration of glucose of 4.14% increased cell growth and production of astaxanthin of X. dendrorhous mutant JH1.

실험예 2: 화학물질의 유도에 따른 세포 성장과 아스타잔틴의 생산Experimental Example 2: Cell Growth and Astaxanthin Production by Induction of Chemicals

상기 통계적 실험 설계와 실험예 1에서 확립된 최적생산조건 하에서, 아스타잔틴의 생합성 유도자 또는 전구체로 알려진 에탄올, 아세트산, 과산화수소 등의 유효한 화학물질을 첨가하여 아스타잔틴의 생산에 미치는 영향을 조사하였다. Under the statistical experimental design and the optimum production conditions established in Experimental Example 1, the effects of ethanol, acetic acid and hydrogen peroxide, known as biosynthetic inducers or precursors of astaxanthin, were added to investigate the effects on the production of astaxanthin. .

에탄올, 아세트산, 과산화수소는 Sigma Chemical Co. (미국 세인트루이스)로부터 구입하였다. 모든 화학물질은 고순도의 물질을 사용하였으며, 각각 0∼1.5%(v/v)의 범위 안에서, 균주배양액에서 잔류당량이 거의 고갈된 시점인 5일째에 이들을 첨가하고, 회전식진탕배양기에서 22℃, 140 rpm으로 배양하였다.Ethanol, acetic acid and hydrogen peroxide are listed in Sigma Chemical Co. (St. Louis, USA). All chemicals used high-purity materials, each added in the range of 0-1.5% (v / v), on day 5, when the residual equivalents in the strain culture were almost depleted, and at 22 ° C in a rotary shaker. Incubated at 140 rpm.

에탄올, 아세트산 및 과산화수소 첨가 시 세포 성장과 아스타잔틴의 생산Cell Growth and Astaxanthin Production by Addition of Ethanol, Acetic Acid and Hydrogen Peroxide 화학물질chemical substance 농도(%, v/v)%, V / v 세포중량Cell weight 총 카로티노이드Total carotenoids 아스타잔틴Astaxanthin (g/L)(g / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) 대조군Control 00 7.35±0.217.35 ± 0.21 39.93±1.8639.93 ± 1.86 38.65±2.3138.65 ± 2.31 에탄올ethanol 0.50.5 6.60±0.286.60 ± 0.28 45.96±1.5545.96 ± 1.55 42.60±2.0642.60 ± 2.06 1.01.0 7.20±0.287.20 ± 0.28 52.53±3.0352.53 ± 3.03 49.77±1.2949.77 ± 1.29 1.51.5 5.55±0.355.55 ± 0.35 41.57±1.0841.57 ± 1.08 39.33±1.8239.33 ± 1.82 아세트산Acetic acid 0.50.5 6.40±0.426.40 ± 0.42 44.23±1.7744.23 ± 1.77 41.29±1.2741.29 ± 1.27 1.01.0 7.30±0.147.30 ± 0.14 49.53±1.8949.53 ± 1.89 46.33±0.7246.33 ± 0.72 1.51.5 5.95±0.505.95 ± 0.50 37.23±1.1037.23 ± 1.10 34.49±0.7434.49 ± 0.74 과산화수소Hydrogen peroxide 0.50.5 6.50±0.426.50 ± 0.42 39.59±2.1939.59 ± 2.19 37.00±2.2937.00 ± 2.29 1.01.0 6.70±0.146.70 ± 0.14 49.57±3.0349.57 ± 3.03 45.61±2.1445.61 ± 2.14 1.51.5 5.35±0.355.35 ± 0.35 37.37±1.7637.37 ± 1.76 35.49±0.9035.49 ± 0.90

표 6에 나타난 바와 같이, 1.0% 에탄올, 1.0% 아세트산, 1.0% 과산화수소 각각은 아무것도 처리하지 않은 대조군에 비해 아스타잔틴 농도를 각각 49.77 mg/L, 46.33 mg/L, 45.61 mg/L까지 증가시켰다. 그러나, 이들 화학물질의 1.0% 이상의 첨가는 오히려 세포와 아스타잔틴 농도를 감소시켰다. 이것은 효모 세포 성장에 대한 이들 화학물질의 독성효과에서 기인할 것이다. 이들 화학물질 중, 1.0% 에탄올은 발효 48시간 이후에 아스타잔틴의 농도를 증가시키는데 가장 효과적이었다.As shown in Table 6, 1.0% ethanol, 1.0% acetic acid and 1.0% hydrogen peroxide increased astaxanthin concentrations to 49.77 mg / L, 46.33 mg / L, and 45.61 mg / L, respectively, compared to the no-treated control group. . However, addition of more than 1.0% of these chemicals rather reduced the cell and astaxanthin concentrations. This may be due to the toxic effects of these chemicals on yeast cell growth. Of these chemicals, 1.0% ethanol was most effective at increasing the concentration of astaxanthin after 48 hours of fermentation.

비교예 1: 본 발명과 관련된 실험에서 보고된 세포 중량과 아스타잔틴의 생산 비교Comparative Example 1: Comparison of Cell Weight Reported in Astaxanthin Production in Experiments Related to the Present Invention

본 발명과 관련된 실험에서 보고된 세포 중량과 아스타잔틴의 생산 비교Comparison of Cell Weight and Production of Astaxanthin Reported in Experiments Related to the Present Invention 균주Strain 세포 중량 (g/L)Cell weight (g / L) 아스타잔틴 (mg/L)Astaxanthin (mg / L) 생산량 (mg/L·h)Production amount (mg / L · h) 참고문헌references 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) WS-2 Xanthophyllomyces dendrorose ( X. dendrorhous ) WS-2 7.627.62 17.9017.90 0.120.12 Yu et al.(Kor. J. Appl. Microbiol. Biotechnol.29: 96-103, 2001)Yu et al . ( Kor. J. Appl. Microbiol. Biotechnol. 29: 96-103, 2001) 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) 25-2 X. dendrorhous 25-2 8.208.20 8.108.10 0.080.08 Ramirez et al.(J. Biotechnol. 88:259-268)Ramirez et al. ( J. Biotechnol. 88: 259-268) 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) AJ-6-1 Xanthophyllomyces dendrorose ( J. dendrorhous ) AJ-6-1 7.447.44 14.4614.46 0.120.12 Kim et al.(J. Microbiol. Biotechnol.13: 175-181,2003)Kim et al. (J. Microbiol. Biotechnol. 13: 175-181, 2003) 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous)ATCC 96594 Xanthophyllomyces dendrorose ( X. dendrorhous ) ATCC 96594 8.808.80 2.382.38 0.020.02 Kim et al.(J. Microbiol. Biotechnol.14: 570-575, 2004)Kim et al. (J. Microbiol. Biotechnol. 14: 570-575, 2004) 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) JH1 Xanthophyllomyces dendrorose ( X. dendrorhous ) JH1 4.804.80 19.3519.35 0.160.16 Kim et al.(J. Microbiol. Biotechnol.14: 570-575, 2004)Kim et al. (J. Microbiol. Biotechnol. 14: 570-575, 2004) 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) JH1 Xanthophyllomyces dendrorose ( X. dendrorhous ) JH1 7.207.20 49.7749.77 0.300.30 본 발명 균주Inventive strain

일반적으로, 배지를 제조하기 위해 비교적 저렴한 가격과 고 생산량 때문에 글루코우즈를 탄소원으로 사용하였다. 그러나 Johnson 등은 15 g/L 이상의 글루코우즈는 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous)의 성장을 억제하며, 또한, 래그타임(lag time)과 아스타잔틴의 생산은 고농도의 글루코우즈에 의해 영향을 받는다고 보고하였다. 반면, 본 발명에서는 4.14%(41.4 g/L)의 고농도의 글루코우즈는 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) mutant JH1의 세포 성장과 아스타잔틴의 생산을 오히려 증가시켰다. 글루코우즈와 효모 추출물의 농도는 아스타잔틴의 생산에 가장 큰 영향을 미쳤으며, 생산을 개선시켰다. 통계적 최적화 방법과 화학물질의 유도에 따른 상기 돌연변이체로부터 아스타잔틴의 농도와 생산성은 각각 시간당 49.77 mg/L와 0.30 mg/L·h이었고, 표 7에 나타난 바와 같이 아스타잔틴을 생산하는 다른 종류의 미생물과 비교한 결과, 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) mutant JH1은 가장 높은 아스타잔틴의 농도와 생산성을 나타내었다.In general, glucose was used as the carbon source because of the relatively low cost and high yield to prepare the medium. However, Johnson et al. Noted that glucose above 15 g / L inhibits the growth of X. dendrorhous , and lag time and astaxanthin production are associated with high concentrations of glucose. Reported to be affected. On the other hand, high concentration of glucose of 4.14% (41.4 g / L) in the present invention increased the cell growth and production of astaxanthin of X. dendrorhous mutant JH1. The concentrations of glucose and yeast extracts had the greatest effect on the production of astaxanthin and improved production. The concentration and productivity of astaxanthin from the mutants according to statistical optimization method and chemical induction were 49.77 mg / L and 0.30 mg / L · h, respectively, as shown in Table 7. X. dendrorhous mutant JH1 showed the highest concentration of astaxanthin and productivity compared to the microorganisms.

결과적으로, 크산토필로마이세스 덴드로로스(X. dendrorhous) mutant JH1은 아스타잔틴의 생산을 위한 강력한 미생물이며, 통계학적 방법을 통한 최적화와 화학물질의 유도는 아스타잔틴의 대량생산을 위한 기대되는 수단이다.As a result, X. dendrorhous mutant JH1 is a potent microorganism for the production of astaxanthin, and statistical optimization and induction of chemicals are expected for mass production of astaxanthin. Means.

상기 실시예와 실험예를 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명은 통계적 최적화 방법과 화학물질의 유도에 따른 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체를 이용한 아스타잔틴 대량생산방법에 관한 것으로, 통계적 실험 설계(statistical experimental designs)를 통해 크산토필로마이세스 덴드로로스 JH1 돌연변이체로부터 세포 성장과 아스타잔틴의 최적생산조건을 확립하여 아스타잔틴을 대량생산하는 방법을 제공하는데 뛰어난 효과가 있다. 특히, 본 발명은 통계적 실험 설계를 통해 얻은 아스타잔틴 최적생산조건 하에서 에탄올, 아세트산, 과산화수소 등의 유효한 화학물질을 첨가하여 세포 성장과 아스타잔틴의 대량생산을 유도하는 방법을 제공하는 뛰어난 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 대량생산되는 아스타잔틴은 사료나 식품에 사용될 수 있어 기능성식품산업상 매우 유용한 발명인 것이다.As described through the above Examples and Experimental Examples, the present invention relates to a method for mass production of astaxanthin using a xanthophyllomyces dendrose JH1 mutant according to a statistical optimization method and chemical induction, and a statistical experimental design (statistical experimental designs) provide an effective method for mass production of astaxanthin by establishing optimal conditions for cell growth and astaxanthin from xanthophyllomyces dendrolos JH1 mutants. In particular, the present invention has an excellent effect of providing a method for inducing cell growth and mass production of astaxanthin by adding effective chemicals such as ethanol, acetic acid and hydrogen peroxide under optimal astaxanthin production conditions obtained through statistical experimental design. have. Therefore, astaxanthin, which is mass-produced according to the method of the present invention, can be used in feeds or foods and is a very useful invention in the functional food industry.

Claims (2)

삭제delete 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) JH1 돌연변이체를 이용한 아스타잔틴 생산방법에 있어서, In the astaxanthin production method using Xanthophyllomyces dendrorhous JH1 mutant, 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) JH1 돌연변이체 KCCM-10580을 4.14% 글루코우즈, 0.34% 효모 추출물, 0.25% KH2PO4, 0.05% MgSO4, 0.02% MnSO4, 0.01% CaCl2를 포함하는 발효배지에서 5일간 배양하고, 상기 배양액에 1.0%(v/v) 에탄올, 1.0%(v/v) 아세트산, 1.0%(v/v) 과산화수소를 첨가하여 이를 진탕배양하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous) JH1 돌연변이체 KCCM-10580을 이용한 아스타잔틴의 대량생산방법. Xanthophyllomyces dendrorhous JH1 mutant KCCM-10580 with 4.14% glucose, 0.34% yeast extract, 0.25% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.02% MnSO 4 , 0.01% CaCl 2 Culturing for 5 days in a fermentation broth comprising, adding 1.0% (v / v) ethanol, 1.0% (v / v) acetic acid, 1.0% (v / v) hydrogen peroxide to the culture, and shaking them for culture. Xanthomonas Philo My process dendeuro Ross (Xanthophyllomyces dendrorhous) method mass production of astaxanthin using JH1 mutant KCCM-10580, characterized by.
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US5182208A (en) 1988-08-08 1993-01-26 Igene Biotechnology, Inc. Processes for in vivo production of astaxanthin and phaffia rhodozyma yeast of enhanced astaxanthin content
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