Abstract
Lactic acid bacteria with amylolytic and acid producing activities can ferment starch directly to lactic acid thereby producing a monomer for the production of biodegradable poly lactic acid (PLA). In this study, the strain producing L-lactic acid from soluble starch was isolated from Nuruk. The isolated strain was identified as Enterococcus sp. through its morphological, cultural, biochemical characteristics as well as the 16S rDNA sequence analysis, and named Enterococcus sp. JA-27. Enterococcus sp. JA-27 produced exclusively L-lactic acid from soluble starch as a carbon source. The optimal conditions for the maximum production of L-lactic acid from Enterococcus sp. JA-27 were 30 C, pH 8, 1.5 % soluble starch as a substrate and 3.5 % tryptone as a nitrogen source, 0.1 % $K_2$$HPO_4$, 0.04 % $MgSO_4$. $7H_2$O, 0.014 % $MnSO_4$$.$4$H_2O$, 0.004% $FeSO_4$$.$$7H_2$O. Batch and fed batch culture were carried out and the former was more effective. L-Lactic acid production in the optimum medium was significantly increased in a 7 L jar fermenter, where the maximum L-lactic acid concentration was 3 g/L. For the purification of lactic acid in fermented broth, two stage ionexchange column chromatographies were employed and finally identified by HPLC.
폴리 젖산의 원료가 되는 젖산은 D-, L의 광학이성질체로 존재하는데 L젖산 폴리머와 라세미 폴리머는 결정성과 녹는점이 다르므로 플라스틱으로서의 만족할 만한 물성을 기대하기 위하여 원료로서 광학적으로 순수한 L-lactic acid가 요구된다. 이를 위하여 한 종류의 이성질체만을 선택적으로 생산하는 젖산균주를 탐색하여 분리함으로써 광학적으로 순수한 산물을 얻을 뿐만 아니라 이러한 발효법에 의한 젖산생산은 자연계에 풍부한 starch나 cellulose, 음식물쓰레기와 같은 재생 가능한 자원을 기질로 사용하여 젖산발효에서 전분의 당화 공정에 필요한 시간과 노력을 최소화하며 젖산 생산에 드는 전체적인 비용을 절감할 수 있다. 전분을 직접 이용하는 것은 젖산균의 일반적인 성질이 아니므로 전분이 풍부한 누룩을 수집하여 직접적으로 전분을 분해하여 젖산발효를 수행하는 균주를 누룩에서 분리하였다. 분리균주는 형태학적, 배양학적,생화학적 특성 및 16s rDNA 분석을 통하여 Enterococcus sp.으로 동정되어 Enterococcus sp. JA-27로 명명하였다. 생육에 따른 L-lactic acid의 최적 생산 조건을 검토한 결과, 최적 배지조건은 탄소원으로 1.5% soluble starch, 질소원으로 3.5% tryptone, 그 외의 다른 조성들은 0.1% $K_2$$HPO_4$, 0.04% $MgSO_4$$.$ $7H_2$O, 0.014% $MnSO_4$ $.$ $4H_2$O, 0.04% $MgSO_4$$.$ $7H_2$O이었고 최적 배양조건은 $30^{\circ}C$, pH 8이었다. 대량생산을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 회분배양과 유가배양을 실시하였고, 회분배양이 L-lactic acid의 생산수율(0.134 g, L-lactic acid/g, soluble starch)이 더 높게 나타나 효과적이었다. 7 L 발효조 배양시 pH를 control한 결과, L-lactic acid 생산이 삼각플라스크에 비해 1.5배 더 증가하였다. 배지 중의 젖산을 정제하기 위한 방법으로 이온교환 칼럼크로마토그라피(ion-exchange column chromatography)를 사용하였고 일련의 정제 과정을 통하여 배양액 중의 L-lactic acid 정제 수율은 약 85% 정도로 나타났으며 HPLC로 분석한 결과 99.7%의 순도를 확인할 수 있었다.