KR100741644B1 - 계면활성제를 이용한 녹조류에서의 아스타잔틴 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 녹조류로부터 아스타잔틴을 효율적으로 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아스타잔틴 생성 녹조류에 계면활성제를 처리하여 녹조류의 세포벽을 비활성화시켜, 상기 세포벽이 비활성화된 녹조류에 용매투과성을 높이고 알코올용매를 처리하여 고농도의 아스타잔틴을 추출하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 아스타잔틴 생성 녹조류의 배양액으로부터 고농도의 아스타잔틴을 간단한 공정으로 용이하게 회수할 수 있는 방법을 제공함으로써, 치어의 사료, 의약품, 식품첨가제로 사용되는 아스타잔틴을 보다 효율적으로 추출할 수 있다.

녹조류, 해마토코쿠스 플루비알리스, 아스타잔틴, 계면활성제

Description

계면활성제를 이용한 녹조류에서의 아스타잔틴 추출방법{Method for Extracting Astaxanthin Using Surfactant from Green algaes}

도 1은 해마토코쿠스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 포낭 세포배양액에 계면활성제를 처리한 군과 계면활성제를 처리하지 않은 군의 메탄올 추출시간에 따른 아스타잔틴 추출 비율을 비교한 그래프이다.

본 발명은 녹조류로부터 아스타잔틴을 효율적으로 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아스타잔틴 생성 녹조류에 계면활성제를 처리하여 녹조류의 세포벽을 비활성화시켜, 상기 세포벽이 비활성화된 녹조류에 용매투과성을 높이고 알코올용매를 처리하여 고농도의 아스타잔틴을 선택적으로 추출하는 방법에 관한 것이다.

적색의 케토카로티노이드(Ketocarotenoid)인 아스타잔틴(Astaxanthin, 3,3'-dihydroxy-β,β'-carotene-4,4'-dione)은 베타-카로틴(β- carotene)과 같은 화학 적 구조를 가진 카로티노이드계 색소의 일종으로, 노화나 암의 원인이 되는 유해 활성산소를 없애는 능력을 지닌 항산화 기능성 물질이다. 아스타잔틴은 베타-카로틴에 비해 양쪽 말단기에 하이드록실기(-OH)와 케톤기(=O)를 하나씩 더 가지는 독특한 분자 구조적 특성 때문에 기존의 항산화 물질보다 월등히 높은 항산화 활성을 갖는다. 대표적인 항산화제인 비타민 E보다 500배, 베타-카로틴보다 20배 정도 높은 항산화 활성을 지닌다 (Fisheries Sci., 62:134, 1996, Crit . Rev . Biotechnol., 11:297, 1991). 이러한 높은 항산화 활성기능으로 인해 아스타잔틴은 의약품, 식품 첨가제 및 동물과 치어의 사료 첨가제로 널리 사용되고 있고, 그 수요량 및 활용 범위가 급격히 확대될 것으로 예상되고 있다.

상기 아스타잔틴은 효모균주인 파피아 로드지마(Phaffia rthodozyma)와 조류인 해마토코쿠스 종(Haematococcus) 및 버비박테리아(Bervibacterium)에서 생성되며, 해양동물과 담수동물에 많이 분포되어 있지만(Phytochemistry, 15; 1003, 1976), 새우나 가재 등의 갑각류에서 추출된 아스타잔틴은 함량이 적고, 추출과정이 어려워 적용되지 않고 있으며, 파피아 로드지마 균주는 성장률이 높으나 아스타잔틴의 생산성이 적고, 단단한 세포벽 때문에 추출에도 많은 어려운 점이 있다. 또한 녹조류 해마토코쿠스 종(Haematococcus)은 효모 파피아 로드지마에 비해 월등히 높은 아스타잔틴 축적량을 가지고 있으나, 낮은 성장속도와 두꺼운 세포벽 및 낮은 세포밀도와 같은 문제점으로 인해 빠른 성장성을 갖는 파피아 로드지마 보다 선호성 및 산업성이 미약하다. 하지만, 높은 아스타잔틴의 축척량을 가지고 있는 해마토코쿠스 종(Haematococcus)의 단단한 세포벽을 효율적으로 파괴하여 축척된 아스 타잔틴을 추출할 수 있다면, 고농도의 아스타잔틴을 회수할 수 있을 것이다.

따라서 아스타잔틴의 상업화를 위해서는 해마토코쿠스 종의 세포내에 축적된 아스타잔틴의 고효율 추출방법의 개발이 필수적이라 할 수 있다.

지금까지 제시된 대표적 해마토코쿠스 종(Haematococcus)의 아스타잔틴 추출 방법으로는 수분을 완전히 제거한 균주를 액체 질소로 냉동시킨 후 임팩트 밀(High speed impact mill or jet mills)을 이용하여 분말화하고, 이를 통하여 균주의 세포벽을 파괴시켜 아스타잔틴을 추출하는 기계적 처리법 (미국특허 제4,871,551호, 미국특허 제6,022,701호), 물리적 균질화기(Homogenizer)와 같은 기계를 사용하여 세포벽을 파괴한 후 용매로 아스타잔틴을 추출하는 물리적 처리법 및 세포벽을 분해하는 효소, 즉 셀룰라이제, 팩틴나아제, 프로테아제 등을 이용하여 세포벽을 파괴한 후 아스타잔틴을 추출하는 생물학적 처리법 (Appl . Environ . Microbiol ., 35; 1155, 1978) 등이 있다. 또한 해마토코쿠스 종을 물에 현탁시켜 마이크로웨이브로 처리함으로서 세포의 소기관 및 세포벽을 파괴한 후, 용매로 추출하여 아스타잔틴을 회수하는 방법을 개시하였다 (대한민국 특허공개 2000-0072136).

그러나 이와 같은 방법들은 낮은 추출 속도와 높은 아스타잔틴 파괴율, 많은 노동력 및 고처리 비용 등의 문제점들이 존재하고, 이로 인해 개발된 기술들이 실용화에 이르지 못하고 있다. 따라서 해마토코쿠스 종(Haematococcus)을 이용한 아스타잔틴의 상업적 대량 생산을 위해서는 균주로부터 고농도의 아스타잔틴을 효율적으로 추출할 수 있는 새로운 고효율 아스타잔틴 분리 공정이 절실하다.

이에 본 발명자들은 아스타잔틴을 생성하는 녹조류에서 고농도의 아스타잔틴을 고효율로 추출하는 방법을 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 녹조류인 해마토코쿠스 플루비알리스에 계면활성제를 처리하여 세포벽을 비활성화시킨 다음, 알코올용매를 사용하여 아스타잔틴을 추출한 결과, 고효율로 아스타잔틴을 분리할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 주된 목적은 아스타잔틴 생성 녹조류에 계면활성제 처리한 후 알코올용매로 추출하는 것을 특징으로 하는 고농도의 아스타잔틴의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 아스타잔틴을 생성 녹조류를 배양한 다음, 상기 배양된 녹조류에 계면활성제를 처리하여, 아스타잔틴 생성 녹조류의 세포벽을 비활성화시키는 단계; (b) 상기 세포벽이 비활성화된 녹조류에 알코올 용매을 첨가하고 혼합하여, 아스타잔틴을 함유하는 알코올 용매분획을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 아스타잔틴을 함유하는 알코올 용매분획으로부터 아스타잔틴을 분리하는 단계를 포함하는 아스타잔틴의 추출방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 아스타잔틴 생성 녹조류는 해마토코쿠스 플루비알리스인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 Tween계 계면활성제인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 알코올용매는 C₁~C₆의 저급 알코올로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (c)단계는 밀도 차이를 이용하여 상분리하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 아스타잔틴을 생산하여 세포내에 축적하는 녹조류라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 해마토코쿠스 플루비알리스를 사용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 사용한 녹조류인 해마토코쿠스 플루비알리스는 휴면단계로 유도된 적색의 포낭세포형태이며, 그 균체 내에 고농도의 아스타잔틴을 축적하고 있다. 상기 녹조류의 세포벽은 일반적으로 소수성의 물질로 이루어져 있기 때문에 계면활성제 물질들은 세포벽 사이에 효과적으로 결합하여, 녹조류의 세포벽을 비활성화시켜 용매의 침투를 용이하게 한다. 본 발명에서 계면활성제는 녹조류 세포벽의 소수성 부분과 결합할 수 있는 계면활성제라면 제한없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 Tween계 계면활성제를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 Tween-20(Polyethylene glycol sorbitan monolaurate) 또는 Tween-80(Polyethylene glycol sorbitan monoleate)을 사용할 수 있다.

또한, 상기 비활성화된 세포벽을 갖는 해마토코쿠스 플루비알리스에 알코올 용매를 혼합하여, 알코올 용매상으로 해마토코쿠스 플루비알리스에 함유되어 있던 아스타잔틴을 추출한다. 본 발명에서 사용된 알코올은 해마토코쿠스 플루비알리스로부터 아스타잔틴을 추출할 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 알코올이든지 사용할 수 있으며, 바람직하게는 C₁~C₆의 저급알코올을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메탄올을 사용할 수 있다. 이때, 알코올의 사용량은 세포배양액의 농도에 따라 조절되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 알코올 용매로 추출되는 아스타잔틴을 수득하는 방법으로는 용매증발, 진공감압, 상분리 등의 당업계에서 통상적인 방법에서 선택되는 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상분리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.

실시예 : 계면활성제를 이용한 아스타잔틴의 추출

제1단계: 해마토코쿠스 플루비알리스 세포벽의 비활성화

해마토코쿠스 플루비알리스 포낭 세포를 함유하는 세포배양액에 Tween계 계면활성제 중 Tween-80을 첨가하여 혼합하였다. 이때 첨가하는 Tween-80의 농도는 0.5%(v/v)로 하여 해마토코쿠스 플루비알리스의 포낭 세포 배양액에 투입하였다.

제2단계: 세포벽이 비활성화된 해마토코쿠스 플루비알리스에서 아스타잔틴 추출

상기 제1단계에서 수득된 해마토코쿠스 플루비알리스에 메탄올(methanol)을 기존 배양액과 부피비 1:1로 혼합하였다. 수십 분의 메탄올 용매 추출 반응 후 메탄올 상에서 아스타잔틴을 95% 이상의 회수율로 추출하였다 (도 1).

그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이 메탄올의 추출시간이 길수록 용매상의 아스타잔틴의 비율이 높아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 용매상에서 추출된 아스타잔틴은 용매의 증발에 의해 용이하게 수득하였다.

비교예 : 알코올 용매만을 이용한 아스타잔틴의 추출

상기 실시예 제1단계에서 사용한 해마토코쿠스 플루비알리스 포낭 세포를 함유하는 세포 배양액과 같은 양의 배양액에 Tween계 계면활성제를 이용한 세포벽 비활성화 단계를 제외하고 즉, 계면활성제를 처리하지 않고, 메탄올(methanol)을 상기 배양액과 부피비 1:1로 혼합하였다. 수십 분의 메탄올 용매 추출 반응 후 용매상의 아스타잔틴의 비율을 측정하였다.

도 1에 나타난 바와 같이, 해마토코쿠스 플루비알리스 포낭 세포를 함유하는 세포 배양액에 계면활성제 Tween-80을 첨가한 실시예의 결과와 계면활성제를 첨가하지 않은 비교예의 결과를 메탄올 추출시간에 따른 메탄올상에 함유된 아스타잔틴 양의 비율로 비교하였다. 상기 비교예에서는 Tween계 계면활성제에 의한 세포벽의 비활성화 기작이 일어나지 않아, 메탄올의 세포 내부로의 출입이 용이하게 이루어 지지 않았기 때문에, 메탄올상에 추출된 아스타잔틴의 비율이 계면활성제를 처리하여 세포벽을 비활성화시킨 실시예의 경우에 비교하여 낮게 나타났음을 확인할 수 있었다.

이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 아스타잔틴 생성 녹조류에 계면활성제 처리한 후 알코올용매로 추출하는 것을 특징으로 고농도의 아스타잔틴의 추출방법을 제공하는 것에 효과가 있다. 본 발명에 따르면, 아스타잔틴 생성 배양액으로부터 고농도의 아스타잔틴을 간단한 형태의 공정으로 용이하게 추출할 수 있는 방법을 제공함으로써, 치어의 사료, 의약품, 식품첨가제로 사용되는 아스타잔틴을 보다 효율적으로 분리할 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점을 명백할 것이다.

Claims (5)

1. 다음 단계를 포함하는 아스타잔틴의 추출방법;

   (a) 아스타잔틴을 생성 녹조류를 배양한 다음, 상기 배양된 녹조류에 계면활성제를 처리하여, 아스타잔틴 생성 녹조류의 세포벽을 비활성화시키는 단계;

   (b) 상기 세포벽이 비활성화된 녹조류에 알코올용매을 첨가하고 혼합하여, 아스타잔틴을 함유하는 알코올 용매분획을 수득하는 단계; 및

   (c) 상기 아스타잔틴을 함유하는 알코올 용매분획으로부터 아스타잔틴을 추출하는 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기 아스타잔틴 생성 녹조류는 해마토코쿠스 플루비알리스인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 Tween계 계면활성제인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 알코올 용매는 C₁~C₆의 저급 알코올로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계는 밀도 차이를 이용하여 상분리하는 것을 특징으로 하는 방법.

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