In the present study, Jerusalem artichoke (JA) was used as the sole carbon and nitrogen source for Aurantiochytrium sp. KRS101, a docosahexaenoic acid (DHA)-producing microalga. JA is known as non-food crop containing 70% of carbohydrate in a form of inulin which is easily degraded into fructose. A response surface methodology (RSM) analysis combined with experimental validation revealed that the maximum DHA productivity was obtained in a medium containing $51.9 g/L^{-1}$ of fructose and $4.9 g/L^{-1}$ of yeast extract. To prepare sugar solution containing $51.9 g/L^{-1}$ of reducing sugars, mostly fructose plus some glucose, and $1.2 g/L^{-1}$ of total free amino acids which is equivalent concentration of yeast extract, $76.6 g/L^{-1}$ of JA should be hydrolyzed. Glucose was found to be equivalent to fructose in terms of a cell growth and lipid production. The supplement of lipid-extracted Aurantiochytrium (LEA) hydrolysate to the JA hydrolysate resulted in increased biomass production supplying additional minerals including calcium. This indicated that carbon, nitrogen, and minerals for Aurantiochytrium sp. based DHA production could be supplied by JA as the sole substrate with the recycle of LEA after hydrolysis. Such recycle of LEA would lead to the development of Aurantiochytrium sp. cultivation process with no or minimum waste generation. A raw material cost analysis revealed that up to 50% of material cost could be reduced by replacing glucose medium with JA hydrolysate. Taken together, these results suggest that the utilization of JA and recycle of LEA can be a promising alternative for eco-friendly and economical microalgae-based DHA production.
본 연구에서는 돼지감자를 DHA를 생산하는 미세조류인 오란티오키트리움 KRS101을 배양하는데 필요한 탄소원과 질소원으로 이용하였다. 돼지감자는 70%의 탄수화물이 과당으로 쉽게 분해되는 이뉼린으로 구성되어 있는 비식량작물로 알려져있다. 반응표면법을 이용한 결과, $51.9 g/L^{-1}$의 과당과 $4.9 g/L^{-1}$의 효모추출물을 이용하여 배양하면 DHA 생산성이 최대가 되었다. $76.6 g/L^{-1}$의 돼지감자를 당화하였을 때, 과당과 포도당을 포함한 환원당의 농도가 $51.9 g/L^{-1}$, 최적의 효모추출물의 농도와 같은 유리 아미노산의 농도 $1.2 g/L^{-1}$를 얻을 수 있었다. 과당과 포도당은 세포의 성장과 지질 생산 측면에서 동일한 것으로 나타났다. 지질이 추출된 오란티오키트리움 가수분해액을 돼지감자 당화액에 첨가하면 추가적인 미네랄, 특히 칼슘을 추가하는 효과가 있어 바이오매스 생산을 돕는다. 즉, 지질이 추출된 바이오매스를 재활용하면, 돼지감자를 DHA를 생산하기 위한 탄소와 질소, 미네랄을 모두 공급할 수 있는 유일한 기질로써 이용할 수 있다. 지질이 추출된 바이오매스를 재활용하는 것은 오란티오키트리움을 배양하는 공정의 폐기물을 최소화할 수 있다. DHA 생산의 원료가격을 비교하였을 때, 돼지감자를 이용하면 포도당을 이용하는 것보다 50%를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 종합하였을 때, 돼지감자와 지질이 추출된 바이오매스를 이용하면 친환경적이고 경제적인 DHA 생산공정을 구축할 수 있다.
