일반기술

비피도박테리움의 배양방법

유기산을 생성하는 혐기성 미생물인 비피도박테리움(Bifidobacterium)을 pH 조절장치 및 혐기 배양장치 없이 배양할 수 있는 배양방법으로서 배지에 첨가하는 칼슘카보네이트의 양을 조절함으로써 배지내의 pH를 특정 pH로 지속적으로 유지시킬 수 있으며 혐기 배양장치 없이 산과의 반응 중 발생하는 이산화탄소에 의해 혐기상태를 유지시킬 수 있어 고농도로 비피도박테리움을 배양할 수 있다. 비피도박테리움은 혐기성 미생물로 배양시 배지내 산소분압을 떨어뜨리기 위한 혐기 배양장치가 필요하며, 배지내 산소가 있을 때 세포내 생성되는 과산화수소를 분해하는 효소인 카탈라제가 없어 생성되는 과산화수소에 의해 생장이 저해되며 혐기성균 배양을 위해 대량 생산시 대형화 가스장치가 필요한 문제가 있다. 또 자신이 생성한 산에 의해 낮은 pH 환경에서 생장이 저해되므로 대량 배양시 문제가 된다. 특히 생균제제나 낙농유 제품의 종균으로 사용되기 위해 고농도 배양의 확립이 중요한데, 많은 양의 고가의 배지 낭비, 배지내의 이온강도의 증가에 의한 활력의 감소, 혐기배양 및 연속배양을 위한 고가의 장치가 필요한 점 등 대량생산공정을 상용화하는 데 여러 문제점이 있다. 이에 고농도 배양의 문제점을 해결하기 위해 비피도박테리움이 생장할 수 있는 영양소와 칼슘 카보네이트를 포함한 배지로 배양하는 방법으로서 칼슘 카보네이트는 알긴산, 아가로스. 젤라틴, 콜라겐, 폴리우레탄, 폴리아크릴아미드, 카라게난, 천연고무, 셀룰로오스, 하이드로겔, 실리콘고무, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 테플론, 다크론, 나일론, 덱스트론, 키토산, 에폭시수지, 메타크릴레이트 등의 비드에 고정하여 반투막 고정방법, 캡슐화 고정방법, 코팅 고정방법, 패키지 고정방법 및 케이크 고정방법에서 선택하여 고정화한 칼슘 카보네이트를 포함한 배지를 제공한다. 비드 형태로 첨가한 배지에서 비피도박테리움의 성장은 첨가해주는 당의 %가 증가할수록 대수기 지속시간이 길어지며 2.5% 포도당 첨가한 TPY 배지에 칼슘 카보네이트 비드를 30% 첨가했을 때 고농도 배양이 가능함을 확인하였으며, 이는 pH 6으로 조절하여 여러 종류의 비피도박테리움을 배양한 결과 칼슘 카보네이트 버퍼시스템이 종래의 버퍼시스템보다 더 유용하고 배지의 이온강도 증가에 따른 비피도박테리움의 생장저해가 방지되기 때문인 것으로 사료되었다. 칼슘 카보네이트는 배양 중 생성하는 아세트산과 락틱산과 반응하여 칼슘염들과 이산화탄소, 물을 생성한다. 칼슘염들은 무해하고 수용성으로 배양액의 탁도를 유발하지 않고, 이산화탄소는 배양액중의 산소분압을 떨어뜨려 배양액을 혐기환경으로 만들어 배양액의 수소이온이 계속 감소하여 pH가 떨어지는 것을 억제하며 이온강도 증가도 억제되고 부반응으로 발생하는 이산화탄소가 산소분압으로 떨어뜨려 별도의 혐기배양장치를 필요로 하지 않는다. 또 칼슘 카보네이트는 불용성으로 균생장의 척도인 탁도 즉 흡광도의 변화를 일으키며 분말형태로 배양액의 pH를 급격히 상승시킬 수 있으나, 고정화시킨 칼슘 카보네이트 비드는 배양액에 영향을 주지 않을 뿐만 아니라 비드형태이므로 분리하는 과정에서 쉽게 분리 가능하며 회수하여 재사용이 가능한 특징을 가진다. 칼슘 카보네이트를 이용한 새로운 버퍼 시스템으로 유기산을 생성하는 혐기성 균주를 배양할 경우 배지에 첨가하는 칼슘 카보네이트의 양을 조절함으로써 배지내의 pH를 특정 pH로 지속적으로 유지시킬 수 있으며 혐기 배양장치 없이도 산과의 반응 중 발생하는 이산화탄소에 의해 혐기상태를 유지시킬 수 있어 비피도박테리움을 고농도로 배양할 수 있어 대량생산 공정의 경제성을 향상시킨다.비피도박테리움은 장내 pH를 떨어뜨려 부패균의 성장을 억제하는 정장작용을 하는 균으로서 면역저항성, 암, 노화 등에 관여하는 효과가 밝혀지고 건강에 대한 사회적 관심이 증가하면서 치료와 예방학적 측면에서 요구르트를 포함한 낙농유제품에 종균으로 사용되고 아이스크림이나 샐러드 드레싱 등의 식품에 첨가되고 사람과 가축에 대한 치료제, 예방제로 이용되고 있다. 경제성 있는 고농도의 대량 배양에 대한 기술부족으로 낙농제품 등의 종균을 전량 수입에 의존하고 있다. 비피도박테리움 유래된 고부가가치의 산물을 대량 배양하기 위한 scale-up, 최적화 연구가 활발히 진행되면서 수입을 대체하고 있다. 현재 쎌바이오텍(유산균)과 비피도(비피더스균)가 생산하고 있으나, 아직 많은 양이 수입되고 이미 일본을 중심으로 선진국에서 생산하고 있어 이에 대비한 대량생산공정이 확립되어야 하며 그 성공여부가 기업화의 관건이 될 것으로 사료된다.