KR101797070B1

KR101797070B1 - 스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물 및 이를 이용하여 스피루리나의 성장을 촉진시키는 양식 방법

Info

Publication number: KR101797070B1
Application number: KR1020170039899A
Authority: KR
Inventors: 이세진; 김양수
Original assignee: 한국기초과학지원연구원; (주)유광화학
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2017-11-20

Abstract

본 발명은 스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물 및 이를 이용하여 스피루리나의 성장을 촉진시키는 양식 방법에 관한 것으로, 담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.05~0.09 M; KH₂PO₄ 2.50~3.00 mM; MgSO₄ 1.00~2.00 mM; FeSO₄ 0.600~0.700 uM; NaHCO₃ 0.150~0.170 M; 및 EDTA 0.01~0.03 uM을 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하면 오픈형 담수공간에서 대량배양이 가능하며, 기존의 스피루리나 배양액에 비하여 원가가 저렴하여 매우 경제적일 뿐만 아니라 월평균 성장이 기존의 배양에 비하여 5배까지 향상되는 이점이 있다.

Description

스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물 및 이를 이용하여 스피루리나의 성장을 촉진시키는 양식 방법 {Culture compositions for promoting growth of spirulina and the method culturing for promoting growth of spirulina by using the same}

본 발명은 스피루리나(Spirulina maxima)의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물 및 이를 이용하여 스피루리나의 성장을 촉진시키는 양식 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스피루리나의 길이 및 무게에 있어서 월등한 성장 촉진 효과를 나타낼 수 있는 담수를 매질로 사용하는 배양액 조성물 및 이를 이용하여 스피루리나를 배양함으로써 성장을 촉진시키는 스피루리나의 양식 방법에 관한 것이다.

현재, 전세계적으로 경작되고 있는 농작물류는 인류의 주요한 식량공급원으로 사용되어 왔으나, 농지 면적당 수확량이 많지 않고 태양 에너지의 이용률이 극히 낮다. 이에 비해서, 수중에서 태양 에너지와 이산화탄소, 소량 함유된 무기염류로 생육할 수 있는 미세 광합성 조류는 농작물의 생육이 불가능한 지역에서도 생육이 가능하고, 농작물과 비교하여 단위 경작면적당 20배 이상의 단백질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 종류의 유용물질과 미생물 혹은 동 식물 세포로부터 생산이 불가능한 천연의 희귀물질의 생산이 가능하다. 특히, 세포의 크기가 큰 조류는 쉽게 침전되어 다양한 방법에 의하여 추출 및 분리하는 것이 가능하고, 주에너지원으로 태양 에너지를 사용함으로써 지구상에 조사되는 태양에너지의 효율적인 이용이 가능하며, 탄소원으로 이산화탄소를 사용하고 부산물로 산소를 방출하는 광합성 과정을 갖고 있어 대기오염을 낮추는 기능도 가지고 있다.

해조류 산업은 다양한 상품을 제공하고 1년에 50~60억 달러 가치의 수익을 불러일으킨다. 그 중 인간이 음식으로서 소비하는 비용은 50억 달러에 달한다(McHugh, 2003). 해조류는 크게 녹조류, 갈조류, 홍조류로 나뉘는데 아시아에서는 산업적으로 녹조류, 갈조류, 홍조류의 비율로 사용되고 있다. 또한 해조류는 알긴산염, 한천, 카라기난이 풍부하여 한 해에 75-80억 톤의 해조류를 사용하는데 이는 자연적으로 성장한 것이나 양식을 통하여 얻는다.

주로 클로렐라(Chlorella) 속, 두날리엘라(Dunaliella) 속, 스피루리나(Spirulina) 속, 이중에서도 스피루리나 속(Spirulina sp.)의 미세 광합성 조류(이하, '스피루리나'라 함)는 다른 미세 광합성 조류에 비해 세포의 크기가 크고, 알칼리 오염성 환경에서도 쉽게 성장할 수 있는 조류로서, 식품, 의약, 공업용 제품 등의 다양한 제품에 응용되고 있어 연구가 활발히 진행되고 있다. 한편, 우리나라는 사계절이 뚜렷하고 계절에 따른 온도 변화 및 일조량의 차이가 심한 기후적인 특성 때문에 스피루리나의 야외배양보다는 실내배양과 관련된 기술이 개발되어 있다.

특히, 스피루리나는 우리 몸에 필요한 필수 영양소를 다양하게 대량으로 함유하고 있기 때문에 최근에 기능성 건강식품으로서 각광받고 있지만 국내시장의 대부분은 수입제품이 주를 이루고 있다. 국내에서 시도하고 있는 생산방식은 생산설비 비용이 높은 폐쇄형 배양방식이 주를 이루고 있어 해외 유수의 개방형 대량생산 업체와의 제품경쟁력이 취약한 실정이다. 스피루리나는 남조류에 속한 실나선형 폭 약 5 ~ 8μm, 길이 300 ~ 500μm의 단세포 조류로서, 염분을 포함한 호수 등에 서식하고 스피루리나 플라텐시스(Spirulina platensis), 스피루리나 맥시마(Spirulina maxima), 스피루리나 서브살사(Spirulina subsalsa) 등 약 35 종류가 확인되고 있지만, 대부분 스피루리나 플라텐시스(Spirulina platensis), 스피루리나 맥시마(Spirulina maxima)로 이루어지고 있다.

따라서, 스피루리나를 대량으로 배양할 수 있는 기술개발(개방형 배양 시스템 개발)이 필요하며, 이를 통해 경쟁력 있는 제품 생산을 통해 국내 시장에서의 수입대체효과를 이루고, 저가의 스피루리나 대량 생산기술을 확보하여 해외시장을 개척해 나가는 전략이 필요하다.

또한, 미래식량 자원 및 에너지 자원 확보로 발전시킬 수 있는 분야로서 대량 양식 기술을 상용화하고 70여가지 영양소가 균형 있게 들어 있는 슈퍼 푸드로서 스피루리나 재배 및 관련 소재 생산을 위한 미래 수산업 개념을 세워나갈 필요성이 있다.

이에 당분야에서는 스피루리나를 양식하는 기술이 다수 보고되었는데, 예를 들어, 대한민국 특허공개 제10-2004-0073693호에는 NaOH 대신에 숯을 부가하여 pH를 조절하는 동시에 탄소원으로 활용하여 스피루리나 조류를 배양하는 방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허등록 제10-0697610호는 심층수의 앙금을 제거하고 여과 정제하여 배지 조성물에 사용하는 방법을 개시하였으며, 대한민국 특허공개 제10-2006-17033호에는 스피루리나 조류의 성장 최적화 및 최대 수확을 위하여 질소 및 탄소의 농도를 조절한 배지 조성물이 개시되어 있으며, 대한민국 특허등록 제10-0420492호에는 상부에 뚜껑을 구비하고 내부에 pH 센서와 분산기가 설치된 배양수조, 형광등이 구비된 배양수조틀, pH 조절기, 에어펌프 및 이산화탄소 배양탱크를 포함하는 미세조류용 고밀도 배양장치가 개시되어 있고, 특허등록 제10-0609736호에는 배양용기를 가로로 배치된 내부통과 외부통으로 이루어지는 이중 원통상으로 성형함과 아울러, 적어도 외부통을 가시광선을 투과하는 투명재료로 구성하고, 가스주입구를 배양용기 내 하부에 개구시킨 미세조류 배양장치가 개시되어 있다.

그러나, 숯을 이용할 경우에는 숯에 스피루리나가 흡착되어, 결과적으로는 생산성을 악화시킨다는 문제점이 있었고, 새로운 배지를 사용할 경우에는 생산성의 향상 정도보다 배양액의 단가상승 정도가 더 높아서 실제로 활용되지 못하였다. 뿐만 아니라, 스피루리나 조류는 광합성 세균에 속하므로, 스피루리나 조류를 배양할 경우에는 빛을 충분한 양으로 조사하여야 하는데, 배양시간이 경과함에 따라 배양장치의 표면에 스피루리나 조류가 고착되어 빛의 조사량을 감소시키므로, 시간의 경과에 따라 배양효율이 저하된다는 문제점이 있었다.

이와 같이, 스피루리나의 배양효율을 향상시킬 수 있는 배지 조성물이 다수 개발되었지만, 스피루리나의 성장을 가장 효율적으로 촉진시킬 수 있는 배양액 조성물은 아직까지 보고된 바가 없다.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 스피루리나 (Spirulina maxima)의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명에서 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 스피루리나의 성장을 촉진시킬 수 있는 양식 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.05~0.09 M; KH₂PO₄ 2.50~3.00 mM; MgSO₄ 1.00~2.00 mM; FeSO₄ 0.600~0.700 uM; NaHCO₃ 0.150~0.170 M; 및 EDTA 0.01~0.03 uM을 포함하는 스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물을 제공한다.

또한, 상기한 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상기 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하는 것을 특징으로 하는 스피루리나의 성장을 촉진시키기 위한 양식 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 담수를 매질로 사용한 스피루리나 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하면 오픈형 담수공간에서 대량배양이 가능하다.

본 발명의 스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물은 담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.05~0.09 M; KH₂PO₄ 2.50~3.00 mM; MgSO₄ 1.00~2.00 mM; FeSO₄ 0.600~0.700 uM; NaHCO₃ 0.150~0.170 M; 및 EDTA 0.01~0.03 uM을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시양태에서, 상기 스피루리나의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물은 담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.06M; KH₂PO₄ 2.87 mM; MgSO₄ 1.3 mM; FeSO₄ 0.66 uM; NaHCO₃ 0.162M; 및 EDTA 0.0215 uM을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 배양액 조성물에는 상기 성분들 이외에 스피루리나의 성장 촉진 유도에 도움이 될 수 있는 성분을 추가로 함유할 수 있다.

본 발명의 배양액 조성물의 조성은 기존의 스피루리나 배양액에 비하여 원가가 저렴하여 매우 경제적일 뿐만 아니라 월평균 성장이 기존의 배양에 비하여 5배까지 향상되는 이점이 있다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 상기 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하는 것을 특징으로 하는 스피루리나의 성장을 촉진시키기 위한 양식 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 담수를 매질로 사용한 스피루리나 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하면 오픈형 담수공간에서 대량배양이 가능할 뿐만 아니라 월평균 성장이 기존의 자연 배양에 비하여 5배까지 향상되는 이점이 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 스피루리나의 성장을 촉진시키기 위한 양식 방법에서는 본 발명에 따른 배양액 조성물에 스피루리나를 침지시켜 양식하는 것을 특징으로 하며, 이 때 배양액의 온도는 25 내지 40℃ 인 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 상기 방법에 의해 양식된 스피루리나를 제공한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 담수를 매질로 사용한 스피루리나 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하면 오픈형 담수공간에서 대량배양이 가능하며, 기존의 스피루리나 배양액에 비하여 원가가 저렴하여 매우 경제적일 뿐만 아니라 월평균 성장이 기존의 배양에 비하여 5배까지 향상되는 이점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 스피루리나 배양액을 이용하면 스피루리나의 대량생산에 있어 경제적인 배지로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명에 따른 스피루리나 배양액의 사진이다.
도 2는 본 발명에 따라 양식된 스피루리나(A)와 자연 양식한 스피루리나(B)의 비교 사진이다.
도 3은 본 발명의 스피루리나 배양액으로 양식된 스피루리나(A)와 기존의 SOT 배양액을 이용하여 양식한 스피루리나(B)의 비교 사진이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<실시예 1> 스피루리나 배양액 제조

멸균 담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.06M; KH₂PO₄ 2.87 mM; MgSO₄ 1.3 mM; FeSO₄ 0.66 uM; NaHCO₃ 0.162M; 및 EDTA 0.0215 uM을 혼합하여 스피루리나 배양액을 제조하였다. 도 1은 본 발명에 따른 스피루리나 배양액의 사진으로, 왼쪽 배양액은 본 발명에 따른 배양액이고, 오른쪽 배양액은 기존의 SOT 배양액이다.

<실시예 2> 스피루리나 성장 측정

상기 실시예 1에서 제조된 스피루리나 배양액을 이용하여 1달 동안 양식된 스피루리나의 성장 정도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 비교를 위하여, 본 발명에 따른 배양액을 사용하지 않고 스피루리나를 자연 배양하였다.

길이 (cm)		무게 (g)
자연 양식	본 발명에 따른 양식	자연 양식	본 발명에 따른 양식
25	45	47	254

도 2는 본 발명에 따라 양식된 스피루리나(A)와 자연 양식한 스피루리나(B)의 비교 사진이다.

상기 표 1 및 도 2에서 보듯이, 본 발명에 따른 배양액을 사용하여 양식된 스피루리나는 자연 양식에 비하여 길이에 있어서 1.8배 증가를 나타내었으며, 무게에 있어서는 5배 이상의 성장 향상을 나타냈다.

<실시예 3> 기존의 배양액과 본 발명의 배양액에 따른 스피루리나 성장 측정

상기 실시예 1에서 제조된 스피루리나 배양액과 기존의 SOT 배양액을 이용하여 1달 동안 스피루리나를 양식한 다음 성장 결과를 비교하였다.

하기 표 2에는 각각의 SP 배양액, SOT 배양액 및 Zarrouk 배양액의 조성 및 비용을 나타내었다.

Medium element	Cost (won/g)	SP		SOT		Zarrouk		본 발명
Medium element	Cost (won/g)	첨가량 (g)	Cost (won/g)	첨가량 (g)	Cost (won/g)	첨가량 (g)	Cost (won/g)	첨가량 (g)	Cost (won/g)
NaHCO₃	9	13.61	122.49	16.8	151.2	6	54	10	90
Na₂CO₃	21	4.03	84.63	-	-	1	21
NaCl	10	-	-	1	10	1.5	15	1	10
K₂HPO₄	20	0.5	10	0.5	10	0.5	10
K₂SO₄	25	1	25	1	25	1	25
CaCl₂·2H₂O	28	0.04	1.12	0.04	1.12	0.04	1.12
KH2PO4	0.003							0.3	0.001
MgSO₄·7H₂O	14	0.2	2.8	0.2	2.8	0.01	0.28	0.05	0.04
FeSO₄·7H₂O	28	0.01	0.28	0.01	0.28	0.01	0.28	2.5	2.8
Soil	60	-	-	-	-	2.0	120
NaNO₃	15	2.5	37.5	2.5	37.5	2.5	37.5
H3BO₃	16	0.62	9.2	2.86	45.76	-	-
MnSO₄·7H₂O	50	-	-	2.5	125	-	-
ZnSO₄·7H₂O	14	0.04	0.56	0.22	3.08	-	-
CuSO₄·5H₂O	25	0.02	0.5	0.08	2.0	-	-
Na₂MoO₄·2H₂O	110	0.01	1.10	0.02	2.2	-	-
A5 solution	120	-	-	0.1	12	-	-
KNO₃	0.003							1	0.003
Vitamin B12	10,000	0.0015	15	-	-	-	-
Na₂EDTA	46	0.08	3.68	0.08	3.68	0.08	3.68	7	0.152
total		314.58		431.62		290.38		103

상기 표 2에서 보듯이, 본 발명에 따른 스피루리나 배양액은 기존의 배양액에 비하여 생산단가가 낮아서 경제면에서 매우 유용함을 확인할 수 있었다.

도 3은 본 발명의 스피루리나 배양액으로 양식된 스피루리나(A)와 기존의 SOT 배양액을 이용하여 양식한 스피루리나(B)의 비교 사진이다. 여기에서 보듯이, 본 발명에 따른 배양액을 사용하여 양식된 스피루리나는 기존의 SOT 배양액을 이용하여 양식된 스피루리나에 비하여 월등하게 성장향상을 나타냄을 알 수 있다.

Claims

담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.05~0.09 M; KH₂PO₄ 2.50~3.00 mM; MgSO₄ 1.00~2.00 mM; FeSO₄ 0.600~0.700 uM; NaHCO₃ 0.150~0.170 M; 및 EDTA 0.01~0.03 uM을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피루리나 맥시마(Spirulina maxima)의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 배양액이 담수 1L에 대하여 KNO₃ 0.06M; KH₂PO₄ 2.87 mM; MgSO₄ 1.3 mM; FeSO₄ 0.66 uM; NaHCO₃ 0.162M; 및 EDTA 0.0215 uM을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피루리나 맥시마(Spirulina maxima)의 성장 촉진을 위한 배양액 조성물.
제 1 항 또는 제 2 항에 따른 배양액 조성물을 이용하여 스피루리나를 배양하는 것을 특징으로 하는 스피루리나 맥시마(Spirulina maxima)의 성장을 촉진시키기 위한 스피루리나의 양식 방법.
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