KR101338788B1 - 미생물 발효를 이용한 불가사리 추출물의 항산화 활성 증진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물 발효를 통한 불가사리 추출물의 항산화 활성도를 증진 시키는 방법이다. 이를 위해 본 발명은 미생물 발효에 있어, 식품 원료로도 사용되는 고초균을 선택하여, 고초균의 최적 생육을 나타내게 할 수 있는 불가사리 전처리 조건을 결정하고, 전처리된 불가사리 추출물을 30~37℃ 온도에서 5일간 발효를 유도 하였다. 이렇게 발효 된 불가사리 추출물을 DPPH법을 이용한 항산화 활성도를 측정한 결과 비발효 불가사리에 비해 발효 불가사리가 높은 항산화 활성도를 나타내었다. 본 발명은 폐 유용 자원인 불가사리의 활용도를 높이는 방법에 관한 것이다.

Description

미생물 발효를 이용한 불가사리 추출물의 항산화 활성 증진 방법{The enhance method of antioxidant acitivity of starfish extracts using fermentation}

본 발명은 불가사리의 추출물의 항산화 활성도을 증진 시키는데 있어, 발효 미생물을 이용하여 발효하여 불가사리 고유의 항산화 활성도 높임으로써 수산자원에 막대한 폐해를 끼치는 불가사리의 활용성을 높이는 방법에 관한 기술이다.

본 발명은 연안 및 양식장에 큰 피해를 주는 불가사리를 유용 자원으로 이용하는 기술로, 폐자원으로 인식되어 구제 후 단순 폐기되는 불가사리를 전처리, 최적 발효 조건으로 발효하여, 식품, 사료등의 유용 원료로 사용 할 수 있는 기술이다.

해양 생태계 교란생물인 불가사리는 연근해에 서식하는 피조개, 전복, 홍합, 조개 등을 성체 1 마리당 년간 10 Kg을 잡아 먹어 패류 총생산량의 약 6.6%인 18,000 M/T(피해 금액 120억원)의 수산자원에 피해를 준다. 천적이 거의 없고 번식력이 왕성하여 바다 어장을 황폐화 시키고 있으나, 수거 이외에는 방제 방법이 없는 실정이다.

그러나 불가사리 구성 성분은 수분이 67%, 조단백질 10%, 조지방 3.7%, 회분 18%이며, 회분량 중 칼슘 함량이 20% 정도이며, 그 중 탄산칼슘(CaCO₃)이 40~50% 차지하며, 단백질 및 칼슘 함량이 높아 기능성 식품, 화장품, 사료등의 원료로 이용 가능성이 매우 높다.

불가사리를 활용하기 위한 목적으로 개발된 기술로는 불가사리 칼슘분말을 함유하는 항균 조성물(10-0379024)에 관한 기술, 불가사리 추출물을 포함하는 식품영양제 및 유기질 비료 및 이들의 제조 방법(10-0433785)에 관한 기술, 불가사리에서 유래한 칼슘 제제 및 그 제조방법(10-0387936)에 관한 기술, 한국산 불가사리 유래의 면역증강용 추출물, 그 추출방법 및 이를 함유하는 약제(10-0531114)에 관한 기술, 단백질분해효소 처리에 의한 아므르불가사리 유래의 기능성 화장품용 조성물(10-0620151)에 관한 기술등이 개발되어 있는 실정이다.

그러나 현재 개발되어 있는 기술들은 불가사리 자체를 이용한 유기질 비료, 화장품용 원료등으로 사용하는 방법과 불가사리 주요 성분이 칼슘, 단백질등을 추출하여 칼슘제, 면역증강제로써 이용하는 방법에 국한되어 있다. 이에 유용 폐자원으로 원료로써의 가격적인 장점이 있고, 해양 생태계와 어민 소득 증대를 위한 불가사리의 다양한 활용 방법 개발에 있어 불가사리의 다른 생리활성 물질을 이용한 기능성이나 이를 배가 시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.

항산화 효과는 생명유지에 절대적으로 필요한 산소가 체내 효소계, 환원대사, 화학약품, 공해물질, 광화학반응 등 각종 물리·화학적 요인에 의해 반응성이 매우 큰 활성산소(종류 : 슈퍼옥사이드 라디칼, 하이드록실 라디칼, 과산화수소등)로 전환되는데, 이것이 생체에 치명적인 산소독성을 일으킨다. 즉 활성산소는 세포구성 성분들인 지질, 단백질, 당, DNA등을 파괴함으로써, 암을 비롯하여 각종 질환과 노화를 일으키는 것으로 알려져 있는데, 이러한 활성산소를 소거사는 기작이 항산화 활성이다.

본 발명은 불가사리의 항산화 활성을 증진 시키는 방법으로 본 발명자등의 선행 연구를 통해 밝혀 낸 불가사리 추출물의 고유의 항산화 활성을 전처리(탈염, 산처리)후, 미생물 발효 과정을 통해 불가사리 추출물의 항산화 활성을 배가 시키는 방법을 고안하고자 한다.

본 발명을 완성하기 위해 수거된 불가사리를 탈염(salt-out), 산처리(acid : HCl) 방법을 통한 전처리 공정 후 대표적인 식품 미생물로 이용되고 있는 고초균(Bacillus subtilis)을 이용하여, 고초균 최적 발효 조건하에서의 발효를 통한 불가사리 추출물의 항산화 활성을 배가 시키기 위한 전처리 및 발효 조건을 조성하여 발명을 완성하였다.

본 발명은 폐 유용 자원인 불가사리의 이용성을 다각화 할 수 있는 기술로써 불가사리 유용 생리 활성 물질을 이용하여 새로운 생리활성 및 기존 생리 활성을 배가 시킬 수 있는 유용 기술이다. 폐자원인 불가사리는 원료로서 사용하기에 가격적인 부분에 큰 장점이 있으며, 어민이나 지자체에서 어민 생계 및 연안 생태계 보호를 위해 적극적인 구제를 통해 원료 수급도 안정적이다. 이에 본 발명을 통해 개발된 기술을 통해 주름개선 기능성 화장품, 고 기능성 가축사료 등의 원료로써 사용 가능한 불가사리 활용 기술로써 널리 이용 될 수 있을 것으로 사료됨.

본 발명의 방법을 설명한 상세 모식도이다.

본 발명에 사용한 불가사리는 경북 동해안에서 직접 수거하여 발명에 사용하였다. 수거된 불가사리의 종류는 아므르 불가사리와 별 별가사리가 주종을 이루고 있었다.

수거된 불가사리는 장기간 보관을 위해 아이스 박스에 넣고, -70℃ 극저온 냉동고(ILLSIN Co.)에 소분(5kg 단위씩)하여 넣은 후 보관하다가, 실험 24시간 전에 상온(15℃)에서 해동하여 발명에 사용하였다.

발효에 사용한 미생물은 생명자원센터(KCTC)에서 고초균( Bacillus subtilis KCTC 1021) 균주를 사용하였다. 고초균의 생육 정도 측정은 분광광도계를 이용하여 660nm에서 측정하여 결정하였다("+++" : 매우 우수, "++" : 우수, "+" : 미약, "-" : 없음).

항산화 활성 측정 방법은 디피피에이치 활성 산소 소거법 (DPPH : 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl method)와 리보플라빈 광산화 활성법(riboflavin photo-oxidation method)를 사용하여 측정하였다.

디피피에이치 활성 산소 소거법 (DPPH : 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl method)은 96 well plate에 시료(20 ul)를 D.W 각 농도별로 조제한 용액에 1.5×10^-4M의 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH)을 100 ul씩 가하였다. 10초간 진탕한 후 37℃에서 30분간 방치한 후 microplate reader를 이용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 대조군은 L-ascorbic acid(Vit-C)를 사용하였다. 항산화 효과는 시료를 첨가하지 않은 대조군의 흡광도와 비교하여 결정하였고, 3회 반복하여 측정하였다.

항산화 활성 증가를 목적으로 효과적인 불가사리 발효를 위한 전처리 조건을 결정하였다. 전처리 과정은 크게 탈염-산처리 단계로 이뤄지며, 효과적인 발효 유도를 위한 최적의 조건을 조성하고자 한다.

탈염은 해동 된 불가사리 5 ㎏을 물(10 ℓ)에 넣은 후 표 1에서 보는 조건으로 탈염을 실시하였다. 염도는 미생물 생육에 영향을 미치므로, 낮은 염도 유지가 최적 발효 조건 조성에 관건이다. 따라서 해양에서 채취한 불가사리의 염도를 낮추는 것이 중요하다.

조건	탈염 전		탈염 후
4℃, 24시간 순환	염도	고초균 생육	염도	고초균 생육
	2.4	+(미약)	0.4	+++(우수)

이상의 조건으로 불가사리를 탈염 할 경우 불가사리 내 염도는 2.4%에서 0.4%로 감소하였고, 탈염 후 100℃ 물에서 불가사리(불가사리 100 g에 물 300 ㎖)를 추출한 추출액에 고초균을 접종 후, 30℃, 24시간 배양 하였을 때 탈염 하지 않은 불가사리에 비해 탈염 한 불가사리 추출물에서 우수한 발효 미생물(고초균)의 생육을 나타내었다.

표1의 조건으로 탈염 된 불가사리 100 g에 물을 300 ㎖을 넣은 후, 염산(30%, Daejung Co.)을 5% 농도로 처리하였다. 불가사리에 산을 처리할 경우 단백질등의 고분자 물질의 가수분해를 촉진하여 미생물 생장에 있어 좋은 탄소원, 질소원등으로 사용 가능하며, 분자량이 큰 콜라겐 형태 보다 분해가 된 펩타이드나 아미노산 형태의 저분자 물질로 분해 되었을 때 미생물이 이용하기에 용이하다.

5% 염산 처리 12시간 반응 유도	산처리 전(고초균 생육도)	산처리 후(고초균 생육도)
	++(우수)	+++(매우 우수)

표 2에서 보는 바와 같이 5% 염산을 처리 후 12시간 동안 반응을 유도 후 수산화 나트륨 중화하여 처리군 비처리군 pH를 같게 한 후 산 처리한 군과 처리 하지 않은 군을 100℃로 가열하여 추출된 추출액에 고초균을 접종, 30℃, 24시간 배양 하였을 때 산을 처리하지 않은 군에 비해 산을 처리한 불가사리 군의 추출물에서 좀 더 우수한 발효 미생물(고초균)의 생육을 나타내었다. 이는 산에 의해 불가사리 내 고분자 물질들이 산에 의한 가수 분해로 인해 미생물이 이용하기 쉽게 분해되어 것으로 사료된다.

이상의 고초균 최적 생육을 나타낼 수 있는 전처리 조건을 결정하였는데, 미생물 발효에 있어 본격적인 발효 전 충분한 발효 미생물의 생육이 이뤄져야만 원활한 발효를 유도할 수 있어, 발효 미생물의 최적 생육 조건은 매우 중요한 조건이다.

고초균 최적 생육을 유도할 수 있는 전처리 조건을 결정하고 결정된 전처리 조건하에서 전처리 된 불가사리(100 g를 300 ㎖ 물에 넣고 전처리)를 100∼121℃ 온도 범위에서 1시간 추출하였다. 가열 추출의 원인은 전처리된 불가사리에 열을 가함으로써 불가사리 성분의 연질화 및 발효 과정 중의 잡균 오염 방지를 목적으로 한다.

추출된 불가사리를 상온에서 충분히 식힌 후 1~5% 고초균을 접종하여, 30∼37℃ 온도에서 5일간 발효를 유도하였다. 초기 2일간은 30℃을 유지하여 고초균의 최적 생육을 유도하였고, 3일간은 37℃로 온도를 높여 최적 발효를 유도하였다.고초균을 접종하지 않은 비발효군도 같은 조건 하에서 방치 후, 121℃ ,30분간 가열 추출 후, 추출물을 여과지(Whatman pater, No.9)에 걸러 고형분을 제거하고, 상등액을 감압농축기(EYELA Co.)을 이용하여 감압 농축하여 분말화 하여 항산화 활성 측정에 사용하였다.

DPPH법	1% L-ascorbic acid	1% 비발효 불가사리 추출물	1% 발효 불가사리 추출물
항산화 활성(%)	87.8 ± 2.5%	21.7 ± 3.6%	88.9 ± 2.1%

표 3은 보는 바와 같이 비발효 불가사리 추출물(21.7 ± 3.6%)에 발효 불가사리 추출물(88.9 ± 2.1%)이 높은 DPPH 항산화 효과를 나타내었다. 이러한 결과는 양성 대조군으로 사용한 기존 항산화제인 L-ascorbic acid와 비슷한 항산화 활성도를 나타내었고, 같은 농도에서 발효 불가사리 추출물이 조추출물임을 감안하면 매우 높은 활성도를 나타낸 것이다.

이에 비발효 불가사리 추출물의 항산화 효능에 비해 고초균을 이용한 발효 과정을 거친 발효 불가사리 추출물의 항산화 활성이 약 4.19배 정도 증가한 것으로 나타났다.

DPPH법	1% L-ascorbic acid	1% 발효 불가사리 추출물
		전처리 미실시	전처리 실시
항산화 활성(%)	86.3 ± 1.3 %	63.7 ± 1.8 %	87.7 ± 2.6 %

표 4에서 보는 바와 같이 전처리 과정이 항산화 효과에 미치는 영향을 측정한 결과 전처리를 실시 않은 군(63.7 ± 1.8%)에 비해 전처리를 실시한 군(87.7 ± 2.6%)이 1.4배 정도 높은 항산화 증진 효과를 나타내었으며, 전처리를 실시를 통해 좀 더 높은 불가사리 추출물의 항산화 증진 효과를 나타낼 수 있었다.

Claims (3)

1. 고초균을 이용하여 미생물 발효를 통한 불가사리 추출물의 항산화 활성도를 증진 시키는 방법.
   
2. 1항에 있어 고초균을 이용하여 30℃에서 2일간 고초균의 최적 생육을 유도, 37℃에서 최적 발효를 유도하는 방법으로 발효하는 방법.
   
   
   
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