Repeated Fed-Batch Fermentation of Wheat Flour Solution by Mixed Lactic Acid Bacteria

혼합 젖산균을 이용한 밀가루 용액의 반복 유가식 발효

Effect of culture conditions on the fermentation of wheat flour solution by mixed lactic acid bacteria of Lactobacillus brevis, L. fermentum and L. plantarum was investigated. The optimum temperature for the fermentation of wheat flour solution was $35^{\circ}C$ because pH decreased the lowest value and TTA (total titrable acidity) increased the highest value at this temperature. In aerobic condition, fermentor was purged with air at 1.0 vvm and was purged with nitrogen gas at 1.0 vvm in anaerobic condition. The decrease of pH and the increase of TTA in aerobic condition were higher than those in anaerobic condition. In aerobic condition, the optimum condition of oxygen supply was found to be oxygen transfer rate coefficient of $60\;hr^{-1}$ which corresponded to agitation speed of 250 rpm in a 5 L fermentor. Repeated fed-batch cultures were performed using pH-stat in order to increase the productivity of fermented wheat flour. With increasing the repeated fraction of culture volume, mean cycle time increased but maximum operation time decreased. However, the volume of produced broth per culture volume per time and total volume of produced broth per culture volume were maximum at the repeated fraction of culture volume of 20%. In a repeated fed-batch fermentation of wheat flour solution using mixed lactic acid bacteria, the culture condition was optimum at temerature of $35^{\circ}C$, aeration rate of 1.0 vvm, oxygen transfer rate coefficient of $60\;hr^{-1}$, and repeated fraction of culture volume of 20%.

Lactobacillus brevis, L. fermentum과 L. plantarum의 혼합젖산균을 사용하여 배양조건이 밀가루 용액의 발효에 미치는 영향을 살펴보았다. 온도변화에 따른 pH와 총적정산도의 변화를 살펴본 결과 pH의 감소와 총적정산도의 증가가 가장 크게 나타난 $35^{\circ}C$를 밀가루 발효의 최적온도로 선정하였다. 5L발효조에서 질소가스를 1.0 vvm으로 첨가한 혐기적 조건보다 공기를 첨가한 호기적 조건에서 총적정산도의 증가와 pH의 감소가 더 크게 나타났다. 최적 산소공급 조건을 찾기 위하여 통기량을 1.0 vvm으로 고정하고 교반속도를 달리하여 밀가루 용액의 발효한 결과 총적정산도가 가장 크게 나타난 교반속도 250 rpm에 해당되는 산소 전달속도상수 $60\;hr^{-1}$에서 최적이었다. 선정된 최적 배양조건에서 밀가루 발효액의 생산성을 높이기 위하여 반복비율을 변화시키면서 pH-stat를 이용한 반복 유가식 배양을 수행하였다. 반복비율이 증가할수록 반복 간격시간은 증가하였으나 밀가루 발효의 최대 작동시간은 감소하였다. 최적 반복비율을 결정하기 위하여 단위시간 당 배양부피 당 생산된 밀가루 발효액의 부피와 최대가동시간 동안 배양부피 당 생산된 총 밀가루 발효액의 부피를 살펴본 결과 20%의 반복비율에서 최대값을 나타내었다. 혼합젖산균을 이용한 밀가루용액의 유가식 배양에서 최적조건은 배양온도 $35^{\circ}C$, 통기량 1.0 vvm, 산소전달속도 $60\;hr^{-1}$, 반복비율 20%로 나타났다.