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A study on bioethanol production by galactose-utilizing saccharomyces cerevisiae KL17 = 갈락토오스 이용 Saccharomyces cerevisiae KL17에 의한 바이오 에탄올 생산
서명 / 저자 A study on bioethanol production by galactose-utilizing saccharomyces cerevisiae KL17 = 갈락토오스 이용 Saccharomyces cerevisiae KL17에 의한 바이오 에탄올 생산 / Ja-Young Ryu.
저자명 Ryu, Ja-Young ; 류자영
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2012].
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초록정보

A wild-type yeast strain of Saccharomyces cerevisiae KL17 was screened from the soil. The cell growth and ethanol production of S.cerevisiae KL17 at different concentrations of glucose and/or galactose in the range of 2 ~ 10% were tested and compared with those of an industrial S.cerevisiae. The performance of both strains was evaluated at a high-ethanol level condition also, simulating the industrial practice for etha-nol production. The fed-batch mode was employed to achieve high ethanol concentrations up to about 95 g/L. In overall, S.cerevisaie KL17 showed a slightly better ethanol productivity with a slightly less cell growth than the control, which implied that it was a good candidate as industrial yeast strain for ethanol production from glucose and/or galactose. When S.cerevisiae KL17 was pre-cultured in a YPD medium containing glucose as the main carbon source and inoculated into a YPG medium containing galactose, a significant time lag was observed in the beginning of the batch culture using galactose. By using YPG in-stead of YPD for pre-culture, the time lag and thus galactose depletion time could be shortened. The maxi-mum concentration of ethanol produced with a YPG pre-culture was 4.5% and 6.6% higher than those with a pre-culture when 2.5% glucose + 2.5% galactose, and 5% galactose, respectively were used for the main culture. The time points when the ethanol concentration reached a maximum value were about 3 hours earlier with a YPG pre-cultured. Fed-batch cultures were also performed. A maximum ethanol concentration of 96.9 g/L was achieved observed at 28 h. Such a high ethanol productivity of S.cerevisiae KL17 clearly proved its good potential as an industrial strain. Enhancement of the ethanol stress tolerance of S.cerevisiae KL17 by introducing salC or salCE gene originated from Streptomyce albus was tested under ethanol stress of 0 % and 10 %. The three transformants showed a better growth under 10 % of ethanol stress condition. Especially, the strain containing ADH-SalCE showed the highest viability compared to other strains.

본 연구에서는 glucose는 물론 galactose 이용 효율이 뛰어난 효모 균주를 분리하여 18s rRNA sequencing을 수행하였으며, 이를 이용하여 상동성을 분석하여 Saccharomyces cere-visiae 로 동정하였으며 Saccharomyces cerevisiae KL17 이라 명명하였다. 이 균주의 생장 속도 및 에탄올 생성능을 여러 농도의 glucose 와 galactose 가 포함 되어 있는 배지에서 회분배양 하여 관찰 하였으며 이는 현재 에탄올 공장에서 쓰이고 있는 효모 균주와 비교하였을 때 더 높거나 비슷한 양의 수율을 보였다. 유가 배양에서는 95.42 g/L 의 에탄올 농도를 보였다. 하지만 종균 배양 시 glucose 배지 내에서 자란 효모 균주가 galactose 의 본 배양 배지로 옮겨졌을 때 적응 시간에 따른 에탄올 생성 시간에서 지체되는 현상이 지속적으로 관찰 되었다. 따라서 종균 배양의 배지를 glucose 와 galactose 두 가지를 사용하여 각각 galactose 본 배양 배지로 옮겨 생장 속도와 에탄올 생성능을 관찰하였다. 그 결과 galactose 종균 배양이 접종 된 샘플에서 더 빠른 시간 안에 에탄올이 생성이 되는 것이 관찰되었다. 또한 세포의 수는 glucose 종균 배양이 접종 된 샘플에서보다 적게 관찰 되었고 이는 산업적 측면에서 볼 때 적은 양의 세포가 더 많은 에탄올을 생성해 내었다는 점에서 중요한 결과라고 할 수 있다. 또한 기질이 세포가 자라는 데에 쓰이기 보다 에탄올을 생성해 내는 방향으로 쓰였기 때문에 효율적인 방법이라고 할 수 있다. 유가배양에서 역시 최대 에탄올 생성을 보인 시간이 기존의 glucose 종균 배양을 사용하였을 때 보다 2시간 반 빠르게 나타났고 건조 세포 중량은 더 적게 나타났음을 관찰하였다. 5-HMF 와 levulinic acid 가 포함 되어있는 배지에서 균주 자체의 스트레스 내성 실험을 해 본 결과 아무것도 넣지 않은 배지에서와 같은 생장 속도와 에탄올 생성을 보임을 확인하였다. 열과 에탄올에 보다 강한 내성을 가진 효모 균주를 개발 하기 위하여 방선균 유래 트레할로스 생합성 유전자 salC 와 salCE 가 효모 시스템으로 코돈 최적화 되었으며 유전자가 포함 되어 형질 전환 된 Saccharomyces cerevisiae KL17 가 제작 되었다. 에탄올 10% 가 포함된 고체 배지에서는 트레할로스 생합성 유전자 salC 와 salCE 가 들어간 재조합 균주의 생존률이 높게 관찰되었다. Saccharomyces cerevisiae KL17 의 에탄올 생성능 및 갈락토오스 이용능력과 더불어 스트레스 내성을 포함한다면 고효율 바이오 에탄올 생산공정을 개발할 수 있을 것으로 사료된다.

서지기타정보

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청구기호 {MCBE 12015
형태사항 v, 48 p.: 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 류자영
지도교수의 영문표기 : Yong-Keun Chang
지도교수의 한글표기 : 장용근
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 42-44
주제 Saccharomyces cerevisiae
galactose utilization
ethanol production
trehalose
효모
갈락토오스
바이오에틴올
트레할로스
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