$\underline{Rhodotorula} \underline{glutinis}$ NRRL Y-1091, an oleaginous microorganism, was cultivated to produce a large amount of lipid by fed batch culture. Glucose was semicontinuously introduced with 60% solution at a rate which ensured the glucose solution of 10-25 g/l during the growth. Mineral sources were fed with the concentrated solution into culture broth and quantitatively traced. During the initial cultivation under nitrogen-excess condition, oxygen supplied with air only was limited at the concentration of 30-40g dried cell weight per liter medium.
The accumulation of intracellular lipid was initiated from after oxygen limitation and, when arbitrarily stopping the supply of nitrogen source at the biomass concentration of 60-70 g/l, continuously increased at the similar rate with that under oxygen-limited condition. Finally, the microbe was cultivated to high dense culture (90-100 g/l) with air only and intracellularly accumulated a large amount of lipid (35-40%) after 120hr cultivation.
Main lipid was a neutral lipid (80-85%) and the components of fatty acids in the total lipid were mainly composed of palmitic acid (C16:0) and oleic acid (C18:1).
The overall growth yield, Yx/s, and the overall fat coefficient were 0.35 and 0.14, respectively. However, the instantaneous growth yield gradually decreased as the culture time passed. This was due to the fact that the energy content of biomass, $\gamma b \sigma_b$, increased with the increase of lipids content, which are high energy substance.
Some factors that would make the high density culture possible are as follows:
1. Supply of sufficient oxygen for the extention of exponential growth phase,
2. optimal feeding of nutrients, such as glucose and mineral sources, into concentrated solutions,
3. no product inhibition by fermentation byproducts,
4. low oxygen requirement in lipid accumulation phase.
우수한 지질 생산 균주의 하나인 $\underline{Rhodotorula} \underline{glutinis}$ NRRL Y-1091을 이용하여 회분식 및 fed-batch 배양에서 지질을 대량 생산 할 수 있는 가능성을 살펴 보았다.
본 실험에서는 회분식 발효를 이용하여 최적 조건에서 지질을 생성하는 조건을 확인하였고 포도당 배지에서 고농도 배양에 의해 35% 의 지질 함량을 갖는 균체를 100g/l 정도 까지 얻었다. 이때 산소 공급원으로서 압축 공기를 사용 하였으며 배지중 균체 농도가 30-40 g/l 에 도달했을 때 산소 제한 조건이 되었다. 지질은 산소제한이 균체 증식 속도를 급격히 감소시킴에 따라 축적되기 시작했으며 임의로 질소 결핍 조건을 만들어 준 후에도 지질 축적 속도는 거의 일정하게 유지 되었다.
120 시간 배양후 생성된 지질은 중성 지질 (80 - 85%) 이 대부분 이었으며 HPLC 분석에 의해 지방산의 구성 성분은 $C_{16:0}$ 과 $C_{18:0}$ 임이 밝혀졌다. 지방산의 조성이 배양 시간에 따라 변화 하였으며 이것은 주로 중성 지질의 증가와 더불어 증가하였다.
균체 수율은 지질이 균체내에 축적됨에 따라 0.45 에서 0.2 로 점차적으로 감소하였다. 이것은 지질증가에 따라 균체의 에너지 함량이 증가하기 때문이며 질소 결핍 조건 이후 배양에 따라 크게 감소하는 것은 정상 대사가 억제됨에 따라 기질의 에너지 중 상당 부분이 열이나 다른 일로 전환되기 때문이다. 이때 지방 수율은 평균 14 - 16 g 지질/100 g 포도당으로 나타났다.
이 실험으로써 공기만을 산소원으로 이용 하였을때 균체 지질을 대량 생산할 수 있었다. 이것은 산소 제한 조건에서도 균체내 지질이 계속 축적됨으로 균체 단백질을 생성하는 공정과는 달리고 농도 까지 배양할 수 있다는 것을 나타내 주고 있다.
또한 fed-batch 배양이 연속식 배양이나 회분식 배양에 비해 장점으로 생각할 수 있는 것은, 첫째, fed-batch 배양을 연속적으로 반복함으로써 지질 생산성을 크게 증가 시킬 수 있으며, 둘째, 균체의 회분식 대량 생산에 의해 지질 추출 처리를 동시에 시행할 수 있으며, 세째, 연속식 배양의 장기 배양에 따른 오염의 위험성을 감소시킬 수 있는 특징이 있다.
그러므로 지질의 대량 생산을 위해 fed-batch 배양을 이용하는 것은 바람직 한 것으로 볼 수 있었다.
