유기산발효에 대해

목차

1. 젖산발효

2. 구연산 발효

본문내용

ate synthase, isocitrate dehydrogenase 및 succinate dehydrogenase 등에 의해 구연산 생합성이 조절되고 있다.
다음 그림은 A.niger에서 구연산 생합성 조절기구를 도식화한 것이다.
먼저 Phosphofructokinase(PFK)는 적당량이상의 citric acid와 ATP가 존재하면 저해받는 조절효소로서 구연산 생산시에 Mn이온의 제한 및 통기로 인한 산소공급 등의 방법으로 이 효소에 대한 구연산의 억제작용은 어느 정도 줄일 수 있다.
TCA회로의 개시반응은 citrate synthase에 의해 진행되는데 A. niger에서 이 효소는 정제되어 조절특성이 규명되었다. 구연산 축적속도는 citrate synthase의 활성과 acetyl CoA와 oxaloacetic acid의 농도에 의해 결정되며 이 효소는 탄소수가 많은 fatty ester, ATP. 구연산, succinyl CoA에 의해 활성이 저해된다.
이와 같이 구연산의 축적은 일단 세포내에서 어느 정도의 구연산이 축적되면 구연산에 의해 isocitrate dehydrogenase활성이 저해되어 더 이상의 구연산 분해가 억제되어 구연산 축적이 일어난다.
발효배지
1984년 Shu등은 A. niger를 이용하여 구연산 생산시 배지조성의 영향에 대하여 계통적인 연구를 하였다. 구연산 생산에는 P, Mn, Fe, Zn과 같은 영양원의 함량이 중요하다. 인은 균의 생육에 다량 요구되며 nucleotide, 인화합물을 합성한다.
구연산은 합성에 좋은 조건은 높은 당농도, 인의낮은농도, pH2.0이하, 높은 산소의 장력, 미량원소인
{ Mn}^{++}, {Fe }^{++ }, { Zn}^{++ }
의 결핍 등이다.
①당
당밀, 설탕이 주이며 포도당과 과당도 사용할 수 있다. 다당류는 분해하여야 하기 때문에 대사에 제한을 받아 잘 쓰이지 않는다. 당농도는 중요하며 최고 산생산량은 14∼22%(W/V)일 때다. 다당류, 사탕수수당밀, 사탕무당밀, 정제되지 않은 설탕, 사탕수수즙, 감귤당밀, 전분분해물도 쓰이나 금속이온이 문제가 된다.
②질소
편리한 질소형태는 질산암모늄, 황산암모늄 등이다. 암모니아는 구연산생산에 필요하며 질산나트륨, 질산칼리, 요소 암모늄 화합물이 쓰인다. 생산량이 감소될 때 첨가하면 좋고 그 범위는 0.3∼1.5g
{ NH₄}^{+ }
/ℓ이다.
③인산
금속이온을 제한시키면 인산의 제한은 필요 없으며 금속이온을 조절하기가 힘들 경우에는 인산을 조절하여야 한다. 금속이온이 많을 경우에 인산의 양을 증가시키면 다른 유기산을 생성한다. 이렇게 하면 생육은 증가하고 탄산 가스의 고정은 저하된다.
④pH
이 발효에서 중요한 것은 낮은 pH의 유지다. pH가 3 이하가 되어야 구연산이 생기며 이것보다 높을 때는 oxalic, gluconic acid가 생긴다. 최적 pH는 1.7∼2.0이다.
⑤미량원소
A. niger의 생육에 많은 미량원소가 필요하며 다량의 구연산생성에는 Fe, Zn이 적량있을 때, 낮은 인산농도가 필수적이다. 한편 인, 철, 아연의 농도가 정상생육보다 낮을 때 구연산이 축적된다. 표면 배양시는 철, 아연, 망간, 구리 등이 전부 결핍될 때 구연산이 잘 생성된다. 망간의 농도가 20㎍/ℓ인 경우에 낮은 인산배지에서 현저히 감소한다. 여연의 첨가는 큰 영향이 없으나 망간의 첨가는 구연산의 생산을 현저하게 감소시킨다
⑥통기
액체배양에서 통기의 증가는 구연산의 축적을 증가시킨다. 순수한 산소의 분산은 생산량을 증가시키고 탄산가스의 제거없이 공기를 순환시키며 몇 분이라도 이 순환을 중단시키면 구연산의 생산은 역으로 감소하며 다시 통기하여도 완전히 회복되지 않는다.
⑦기타의 인자
자당 대신에 탄수화물을 원료로 하여 구연산을 생산할 경우 배지 내에 금속이온의 조절이 곤란하여 중금속을 제거하는 방법을 사용하거나 아니면 저분자 알코올류를 첨가하면 중금속에 의한 영향을 받지 않고 구연산을 많이 축적시킬 수 있다.
회수 및 정제방법
가장 많이 사용되고 있는 구연산 회수 방법은 발효액에 열을 가하고 석회를 첨가하여 침전된 calcium citrate tetrahyrate를 세척한 후 황산용액으로 수용액의 구연산을 만든 다음 농축 및 결정화 한다.
구연산의 용도
대부분은 식품용으로 쓰이나 근래에는 plastic, 의약용, 도료 등으로 사용된다.
식품에는 청량음료, 과즙, 잴리, 잼 , 캔디, 드롭스 등에 사용된다. Acetyl triethyl citrate, triesthylcitrate, acethyl tributyl citrate, tributyl citrate 등은 plastic 제조에 쓰이며, 독성이 적어 식품포장으로 쓰인다. 화장품에 lotion, hair rinses, hairsetting fluid등에 쓰이고 구연산바륨은 도료에 , 구연산 니켈은 도금에, 구연산나트륨은 의약용으로, 구연산암모늄은 철의 녹을 제거하는 데 쓰인다. 또한 쉽게 분해되는 세제를 만드는데 이용된다.
결론
구연산 및 유기산의 발효법을 공부하다 보니 제조과정에서 여러 가지 미생물과 효소의 특성, 발효배지등 배양학적 조건과 생화학적 지식등을 가지고 목적으로 하는 생산물에 따라 발효조건을 달리하여 필요한 것만 생산함으로써 생산성을 향상시키고 있음을 알수 있었습니다. 또한 이번 레포트로 우리가 평소에 먹는 대부분의 달콤한 맛이 나는 식품에 구연산이 거의 들어가 있는 것을 보면 그 활용이 대단히 많다는 것을 더 자세히 알 수 있는 계기가 된 것 같습니다. `
참고문헌
최신 발효공학(김영만, 임무현 편저, 유림문화사(1998)
신편발효공학(하덕모, 운문당, 1998)
최신발효공학(성낙계외 3인 고저, 형설출판사, 1997)
관련사이트
한국미생물보존센터-http://www.kccm.or.kr
미생물 생태학 실험실-http://www.anseo.dankook.ac.kr/~meco/
서울대학교 미생물 연구소-ttp://imsnu.snu.ac.kr/
한국미생물연구소(주)-http://www.komilab.co.kr
차 그리고 이야기-ttp://www.dado.co.kr/

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