Abstract
In this work the production of glutathione (GSH) by yeast Saccharomyces cerevisiae and the monitoring of the process were studied. In shaking culture the production of GSH was high at initial pH value of 4 and at temperature of 30$^{\circ}C$. But when L-cysteine was added to the culture medium at the beginning of the cultivation, the productivity of GSH was low. In case 0,5% (v/v) of L-cysteine, glycine and glutamic acid were introduced to the culture medium in the exponential cell growth phase, high concentration of GSH (about 90 mg/L) was produced in the bioreactor. A fed-batch operation with stepwise glucose feeding strategy allowed to produce 102 mg/L of GSH. The cultivation processes were on-line monitored by a 2-dimensional fluorescence sensor. A few off-line data such as cell growth, cystein concentration, phosphate concentration and GSH productivity could be well correlated to the fluorescence intensity of some combinations of excitation and emission wavelengths.
본 연구에서는 글루타치온의 생산 공정을 개발하기 위해 효모의 성장특성, 글루타치온의 생산성 및 공정 모니터링에 관하여 조사하였다. 초기 pH가 4인 경우 40 mg/L 정도의 높은 글루타치온이 생산되었으며 배양온도에 따른 글루타치온의 생산은 3$0^{\circ}C$에서 가장 높게 나타났다. 그리고 최소 배지에 첨가한 시스테인은 배양 12시간에 넣었을 때 글루타치온의 생산성이 높게 나타났다. 생물 반응기를 이용한 회분식 배양에서 기질 농도에 따른 S. cerevisiae 성장 특성 및 글루타치온 생산은 글루코스 농도 20 g/L에서 글루타치온 생산량이 55 mg/L로 가장 높았다. 최소 배양액에 배양 초기에 0.5 % (v/v) 글라이신과 글루탐산을 각각 첨가하고 배양 11시간에 시스테인을 0.5% (v/v) 추가로 첨가한 경우에 글루타치온의 생산량이 많았다. 회분식 배양 후 기질을 첨가하는 유가식 발효 공정에서는 반응기내 글루코스 농도가 0.5 g/L 이하로 유지되도록 글루코스를 계단식으로 공급하였을 때 글루타치온은 약 102 mg/L로 높은 생산량을 나타내었다. 2차원 형광 센서를 이용하여 글루타치온 생산 공정의 온라인 모니터링은 배양액의 배지 조성이나 성장 특성 등 배양기내의 환경 변화에 따라 형광 영역 및 세기가 다르게 나타났으며 실시간 모니터링 된 형광 데이터는 기질 및 생산물 그리고 균체 성장 등의 각종 공정 변수와 좋은 상관성을 보였다. 따라서 2차원 형광 센서에 의한 모니터링은 글루타치온 대량 생산을 위한 실시간 모니터링에 매우 효과적이라 할 수 있다.
