Acetobacter sp. A9을 사용한 실험에서, 기본 배지의 성분은 glucose, yeast extract, polypeptone, \( \mathrm{Na}_{2} \mathrm{HPO}_{4} \cdot 12 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}, \) citric acid monohydrate 및 ethanol이었고, pH는 6.5였다. 두 가지 완충성분을 첨가한 결과, 이들이 일정 임계농도에서 균체 생육을 저해하며 BC생산량을 감소시키는 것을 확인하였다. 따라서 BC의 대량생산을 위해서는 배양액의 pH 조절이 필수적임을 알 수 있었다. 본 연구는 배양중 disintegrated BC의 생산에 관한 첫 번째 보고이며, 에너지 효율적인 신기능성 BC 생산공정 확립의 기초자료로서의 가치가 있다.
<h1>재료 및 방법</h1> <p>사용균주는 Acetobacter sp. A9이었으며, 기본배지의 조 성은 glucose \( 2.0 \% \), yeast extract \( 0.5 \% \), polypeptone \( 0.5 \% \), \( \mathrm{Na}_{2} \mathrm{HPO}_{4} \cdot 12 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} 0.675 \% \), citric acid monohydrate \( 0.115 \% \) 및 ethanol \( 1.4 \%\) pH6.5)이었다. 전배양은 \( 50 \mathrm{~m} \)의 기본배 지가 함유된 \( 250 \mathrm{ml} \) 용량의 conical flask에 평판한 천배지에서 보존중인 균주한 백금이를 접종하여 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \)에서 72시간동안 정치배양하였다. 형성된 pellicle로부터 세포를 유리시키기 위하여 10분간 강하게 진탕한 후, 멸균된 거즈로 여과하였다. 이 세포현탁액 \( 5 \%\)(v/v)를 배지 \( 75 \mathrm{ml} \)가 함유된 \( 250 \mathrm{ml} \)용량의 conical flask에 접종하여 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \), \( 200 \mathrm{rpm} \)에서 7일간 회전진탕배양하였다. BC의 정제 및 균 방법에 따랐다. 모든 실험은 triplicates로 실시하였으며, 나타낸 각 결과들은 이들의 평균값이었다.</p> <h1>결과 및 고찰</h1> <p>본 균주는 탄소원인 glucose로부터 대량의 gluconic acid를 생성하여 배양액의 pH를 2.5 이하로 감소시키는 것으로 보고되어 있다. 따라서 배양액의 pH가 BC생산성에 중요한 인자로 작용한다는 가정하에, 기본배지에 완충성분으로 3-(N-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) 및 \( \mathrm{CaCO}_{3} \) 를 \( 0-0.5 \% \)씩 첨가하여 균체 생육도 및 BC생산량을 검토하였으며, 그 결과는 Table 1 및 Fig. 1에서 보는바와 같다. MOPS를 첨가한 경우, 농도 증가에 따라 균체 생육도 및 BC 생산량도 증가하였으나 \( 0.3 \% \) 이상의 농도에 서는 모두 감소하는 경향을 나타내었다. MOPS를 첨가하지 않은 대조구의 경우 \( 4.7 \mathrm{~g} / 1 \)의 BC가 생성되었으며, \( 0.2 \% \) 의 MOPS가 첨가된 경우, \( 6.9 \mathrm{~g} / \mathrm{l} \) 의 BC가 생성되었다. 대조구의 최종 pH는 2.5 였으며, 모든 실험구의 최종 pH는 2.9로 일정하였다. \( \mathrm{CaCO}_{3} \) 를 첨가한 경우, 농도 증가에 따라 균체 생육도 및 BC생산량도 증가하였으나 \( 0.4 \% \) 이상의 농도에서는 모두 감소하였으며, \( 0.3 \% \)의 \( \mathrm{CaCO}_{3} \)가 첨가되었을 때 \( 7.2 \mathrm{~g} / 1 \)의 BC가 생산되었다. 실험구의 최종 pH는 \( \mathrm{CaCO}_{3} \) 농도증가에 따라 pH감소폭이 적었다. 그리고, 첨가된 두 완충성분 모두 균체 생육을 저해하는 임계농도가 존재하고, 이에 따라 BC생산량이 감소되는 것을 확인 할 수 있었다.</p> <p>배지에 MOPS 또는 \( \mathrm{CaCO}_{3} \)등의 완충성분을 첨가함으로서 물질 생산성을 증가시킨 예로 Catharanthus reseus로부터 tabersonine의 생산, Streptomyces griseofuscus로부터 physostigmine의 생산, Rhizopus oryzae로부터 lactic acid 생산 등이 있다. Acetobacter spp. 는 pH2.6 이하에서 생육이 저해되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구결과는 배지성분으로 완충성분을 첨가하여 배양액의 급격한 pH 변동을 지연 및 최소화시킴으로서 균체 생육이 부양되고, 결과적으로 BC생산량이 증가됨을 시사하며, 본 균주에 의한 BC 생산은 cell growth-associated type이라는 이전 보고를 다시 한 번 확인할 수 있었다. 결론적으로, BC의 대량생산을 위해서는 배양액의 pH 조절이 필수적임을 알 수 있었다.</p> <p>BC는 mechanical homogenization에 의하여 disintegrated또는 fragmented fibrils를 함유한 suspension (disintegrated BC)으로 가공할 수 있다. 아직까지 disintegrated BC를 생성할 수 있는 배양방법은 보고되어 있지 않다. 따라서 bead의 첨가가 생성된 BC의 형태에 미치는 영향을 조사하기 위하여 직경 \( 3 \mathrm{~mm}, 6 \mathrm{~mm}, 10 \mathrm{~mm} \)의 유리 bead를 각각 \( 10 \mathrm{~g} \)씩 기본배지에 첨가하여 배양하였으며, 그 결과는 Fig.2 및 Table 2에서 보는 바와 같다. 직경 \( 3 \mathrm{~mm} \) 및 \( 6 \mathrm{~mm} \)의 bead를 첨가한 경우, 각각 한 개의 큰 덩어리 및 몇 개의 작은 덩어리 형태로 BC가 생성되었으나 \( 10 \mathrm{~mm} \)의 bead를 첨가한 경우, 매우 미세한 pellet 형태로 배양액 전체에 골고루 분산된 disintegrated BC가 생성되었다. 직경 \( 10 \mathrm{~mm} \) 이상의 bead를 첨가하여 진탕배양시, 원심력에 의해 bead와 배양용기 벽면과의 마찰이 발생하고, 이에 따라 세포로 부터 생성되고 있는 BC의 microfibril이 신속하게 절단됨으로서 disintegrated BC가 생성되는 것으로 판단되나 정확한 기작을 이해하기 위해서는 향후 계속적인 실험이 요구 되었다. BC생산량은 직경 \( 6 \mathrm{~mm}>10 \mathrm{~mm}>3 \mathrm{~mm} \)의 순서로 높았으나 큰 차이를 나타내지는 않았다.</p> <p>Disintegrated BC는 ultrafine network으로 구성되어 있기 때문에 수분 보유력이 뛰어나며, disintegrated BC suspension 역시 높은 수분 보유력 및 점성 등의 우수한 물리적 특성을 나타냄으로서 다양한 현탁물질의 thickener, disperser, emulsifier 및 stabilizer로 이용가능하다. 또한, disintegrated BC는 강력한 binding ability를 가지고 있으므로 다른 섬유성 물질과 흔합시 다양한 조성의 sheet가 용이하게 제조된다. 지금까지 homogenizer를 이용한 disintegrated BC의 제조나 homogenizer에 의하여 만들어진 disintegrated BC의 fibril 구조에 대한 연구는 있으나 배양중 disintegrated BC의 생산에 관련된 보고는 본 논문이 최초이며, 에너지 측면에서 효율적인 신기능성 BC 생산공정 확립에 좋은 기초자료가 될 것으로 판단된다.</p>