KR101798485B1 - 미세조류의 배양 농도 또는 푸코잔틴 및 클로로필의 생산을 증대시키는 미생물 스타피아 또는 스타피아 배앙물 - Google Patents

미세조류의 배양 농도 또는 푸코잔틴 및 클로로필의 생산을 증대시키는 미생물 스타피아 또는 스타피아 배앙물 Download PDF

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Abstract

본 명세서에는 미세조류의 성장을 촉진시키는 배양 조성물 및 배양 방법과, 미세조류에 함유된 기능성 성분의 함량을 증대시키는 배양 조성물 및 배양 방법이 개시된다. 상기 배양 조성물 및 배양 방법은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 이용한다. 이에 따라, 미세조류, 구체적으로 페오닥틸룸 속(Phaeodactylum sp.) 규조류의 성장이 촉진되고, 푸코잔틴, 클로로필의 기능성 성분의 함량이 증대되는 효과가 있다.

Description

미세조류의 배양 농도 또는 푸코잔틴 및 클로로필의 생산을 증대시키는 미생물 스타피아 또는 스타피아 배앙물{BACTERIA STAPPIA SP. OR STAPPIA SP. CULTURE FOR INCREASING MICROALGAE CULTURE CONCENTRATION OR PRODUCTION OF FUCOXANTHIN AND CHLOROPHYLLS}
본 명세서에는 미세조류의 성장을 촉진시키는 배양 조성물 및 배양 방법과, 미세조류에 함유된 기능성 성분의 함량을 증대시키는 배양 조성물 및 배양 방법이 개시된다.
미세조류(microalgae)는 광합성 색소를 가지고 광합성을 하는 생물들에 대한 통칭으로, 태양광 등 빛을 에너지원으로 이산화탄소를 고정화시키고 광합성을 하여 성장하는 마이크로 단위의 크기를 갖는 수중 생물을 의미한다. 이러한 미세조류는 이산화탄소를 고정화시킬 수 있고 단백질 및 지질 함량이 높으므로 식품, 사료 또는 연료 생산용 바이오매스(biomass)로 활용될 수 있다. 구체적으로, 미세조류에 함유된 지질 성분은 액체 연료로 사용되는 바이오디젤 오일 생산의 원료로 사용될 수 있다.
한편, 푸코잔틴은 다양한 생리활성을 갖는 화합물이며 현재까지 푸코잔틴의 다양한 생리활성이 세포 실험, 동물 실험 등을 통하여 밝혀졌다. 예를 들면, 푸코잔틴의 항산화, 항염증, 항암, 간보호, 항당뇨, 항비만, 항고지혈증 활성 등이 다양한 연구자들에 의해서 확인되었으며, 그 외 피부보호, 혈관신생억제, 뼈보호, 눈보호 및 항말라리아 효과 등이 보고된 바 있다.
푸코잔틴과 관련된 제품의 원료는 주로 다시마, 미역과 같은 갈조류(brown seaweed)가 대부분이고, 제품에 첨가되는 푸코잔틴의 형태는 갈조류 추출물이다. 하지만, 일반적으로 갈조류에 포함되어 있는 푸코잔틴은 그 양이 매우 제한적이어서 푸코잔틴을 활용한 제품 개발에 있어 가장 큰 장애 요소가 되고 있다.
푸코잔틴을 생산하기 위한 수단으로 미세조류는 갈조류보다 많은 푸코잔틴을 함유하고 있어 새로운 푸코잔틴 생산 원료로서 우수한 특성을 가지고 있으며, 실내 배양을 통한 연중 생산이 가능하기 때문에 향후 푸코잔틴의 글로벌 소재화에 매우 유리할 것으로 보여진다.
한국 등록특허공보 제10-1417718호
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속 미생물의 새로운 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 미세조류의 성장 촉진용 조성물 및 미세조류의 성장을 촉진시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 미세조류 내 함유된 푸코잔틴, 클로로필과 같은 기능성 성분의 함량을 증대시키는 미세조류의 배양 배지용 조성물 및 상기 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 포함하는 미세조류의 성장 촉진용 조성물을 제공한다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 포함하고, 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 미세조류의 배양 배지용 조성물을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 이용하여 미세조류의 성장을 촉진시키는 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 이용하여 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 스타피아 속 미생물은 기탁번호 KFCC11655P인 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 미세조류는 규조류일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 규조류는 페오닥틸룸 속(Phaeodactylum sp.) 규조류일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 페오닥틸룸 속(Phaeodactylum sp.) 규조류는 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)일 수 있다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속 미생물의 새로운 용도를 제공하는 효과가 있다.
다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 미세조류의 성장 촉진용 조성물 및 미세조류의 성장을 촉진시키는 방법을 제공하는 효과가 있다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 미세조류 내 함유된 푸코잔틴, 클로로필과 같은 기능성 성분의 함량을 증대시키는 미세조류의 배양 배지용 조성물 및 상기 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 명세서의 일 시험예에서 페오닥틸룸 배양액으로부터 분리된 박테리아 콜로니를 나타내는 사진이다.
도 2a 및 2b는 본 명세서의 일 시험예에서 분리된 박테리아 콜로니에 대한 16S rRNA 시퀀싱 결과이다.
도 3은 본 명세서의 일 시험예에서 분리된 박테리아 5종이 미세조류 페오닥틸룸 배양 농도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서의 일 시험예에서 스타피아 속 미생물의 접종 후 미세조류 페오닥틸룸의 배양 변화를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 명세서의 일 시험예에서 스타피아 속 미생물의 접종 후 미세조류 페오닥틸룸 내 푸코잔틴 및 클로로필의 함량 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속 미생물의 새로운 용도를 제공한다. 종래 스타피아 속 미생물은 산업적으로 특별히 사용되고 있지 못하였다.
일 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 포함하는 미세조류의 성장 촉진용 조성물을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 포함하고, 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 미세조류의 배양 배지용 조성물을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 이용하여 미세조류의 성장을 촉진시키는 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 이용하여 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 스타피아 속 미생물은 기탁번호 KFCC11655P인 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 미세조류는 규조류일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 미세조류는 페오닥틸룸 속(Phaeodactylum sp.), 오돈텔라 속(Odontella sp.) 및 아이소크라이시스 속(Isochrysis sp.)으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 미세조류는 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum), 오돈텔라 아우리타(Odontella aurita) 및 아이소크라이시스 갈바나(Isochrysis galbana)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 개시된 기술은 기탁번호 KFCC11655P인 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물을 제공한다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물은 미세조류의 성장을 촉진시키는 것일 수 있다.
예시적인 일 구현예에서, 상기 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물은 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 것일 수 있다.
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 있어서 자명할 것이다.
시험예 1. 미생물의 분리
본 시험예에서는 해양 미세조류 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)의 배양액에 존재하는 해양 미생물을 분리하고 이들의 염기서열을 분석하여 균주를 동정하였다.
구체적으로, 미세조류 페오닥틸룸 배양액으로부터 단일 박테리아 콜로니를 얻기 위해 페오닥틸룸 배양액을 LB agar plate에 접종하고 37℃ 배양기에서 오버나이트 배양하였다. 이후, 도 1에서 확인되는 바와 같이 LB agar plate에 자란 각각의 단일 콜로니를 master plate에 옮겨 다시 동일한 조건으로 배양한 후 무작위로 20개의 콜로니를 선정하여 시퀀싱하였다.
16S rRNA 시퀀싱은 Macrogen(한국)에서 수행하였다. PCR을 위한 16S rRNA gene fragment는 eubacteria universal primer인 27F와 1492R를 사용하였다. 시퀀싱 반응은 ABI BigDye(R) Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied Biosystems)를 이용하여 제조업자에 의해 공급되는 프로토콜에 따라 DNA Engine Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler (BIO-RAD)로 수행되었다. 20개의 콜로니를 시퀀싱한 결과, 5개의 다른 미생물이 검출되었고, 그 중 50%가 스타피아 속(Stappia sp.)인 것으로 조사되었다(도 2a 및 2b 참조). 이를 Stappia sp. K01로 명명하였고, 한국미생물보존센터에 기탁하여 2016년 4월 1일자로 기탁번호 KFCC11655P를 부여받았다.
시험예 2. 해양 미생물 5종이 미세조류의 배양 농도에 미치는 영향
본 시험예에서는 상기 시험예 1에서 분리한 해양 미생물을 각각 미세조류의 배양액에 첨가하여, 다른 해양 미생물과 달리 스타피아 속 미생물이 미세조류의 배양 농도를 증대시키는 것을 확인하였다.
구체적으로, 미세조류는 페오닥틸룸 트리코누툼을 이용하여 시험하였다. 페오닥틸룸은 멸균된 해수로 만든 F/2 배지를 사용하여 배양하였으며, 페오닥틸룸의 무균 배양(bacteria-free)을 위해 항생제 앰피실린(50 μg/mL), 카나마이신(10 μg/mL), 스트렙토마이신(50 μg/mL)이 처리되었다. 배양은 2 L 유리병에 20±1℃에서 3,000 lx의 강도인 40 W 형광램프의 조건으로 배양하였고, 공기는 펌프를 통해 공급되었다. 모든 배양은 24시간 동안 빛 조건에서 수행되었다.
각 미생물은 LB 배지를 통해 오버나이트 배양되었다. 이 배양액 50 mL를 2L 페오닥틸룸 배양액에 첨가하였으며, 배양 시작 3일이 지난 페오닥틸룸 배양액에 첨가하여 매일 페오닥틸룸의 배양 농도를 측정하였다. 미세조류의 성장을 측정하기 위해 배양액으로부터 매일 샘플을 채취하였고, 세포 수는 현미경으로 혈구계산판을 이용하여 직접 계수하였다. 먼저 페오닥틸룸 배양액 10 μL를 혈구계산판에 주입한 후 현미경을 이용하여 세포 수를 세었다. 세포 수는 104 cells/mL 단위로 표시하였다.
그 결과, 배양 5일 후 다른 미생물 그룹은 미생물을 처리하지 않은 대조군과 비슷한 1 × 104 cells/mL의 농도까지 자랐지만, 스타피아 속 미생물을 접종한 그룹에서는 1.5 × 104 cells/mL 농도까지 자라는 것을 확인하였다(도 3 참조). 또한, 육안으로 확인한 결과에서도 현저하게 배양 농도가 증가하였음을 확인하여 스타피아 속 미생물이 미세조류의 배양 농도를 증대시켜 미세조류의 생장 촉진 효과가 있음을 알 수 있었다(도 4 참조).
시험예 3. 푸코잔틴 및 클로로필 생합성 증대 효과
본 시험예에서는 상기 시험예 1에서 분리한 해양 미생물 중 스타피아 속 미생물을 미세조류 배양액에 첨가 시, 미세조류에 함유된 기능성 성분인 푸코잔틴(fucoxanthin)과 클로로필(chlorophyll)의 함량을 증대시키는 것을 확인하였다.
구체적으로, 미세조류는 페오닥틸룸 트리코누툼을 이용하여 시험하였다. 동결건조된 페오다틸룸 10 mg을 100%의 에탄올 10 mL로 실온에서 1시간 동안 추출하였다. 이후 멤브레인 여과 후 HPLC 분석 및 흡광도 분석에 사용하였다.
푸코잔틴 함량은 Agilent 1200 HPLC 시스템(Agilent Technologies, USA)을 사용하여 측정하였다. 분리는 YMC 카로티노이드 컬럼(250 mm length × 4.6 mm i.d. 및 5 μm particle size; Waters)을 사용하였다. 이동상인 메탄올과 물은 유속 0.7 mL/min으로 용출되었다. 200 ~ 800 nm 범위의 diode array detector(DAD)가 사용되었고 크로마토그램은 445 nm에서 기록되었다. 검량선을 만들기 위해, 푸코잔틴을 0.5 ~ 50 μg/mL의 범위로 에탄올에 녹여 표준용액으로 사용하였다.
클로로필 함량은 다음과 같이 측정하였다. 먼저, 페오닥틸룸 1 mL의 배양액을 회수하였을 때의 건조 시료량을 계산하여 100% 메탄올 1 mL를 첨가하였다. 그리고 60 ℃에서 30분 동안 추출한 다음 0 ℃에서 5분간 냉각시켜 650, 655 nm에서 UV-Vis 분광광도계(Agilent Technologies)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 아래의 식을 이용하여 클로로필의 함량을 계산하였다.
클로로필(mg/g) = (A650×25.5)+(A655×4)(37)
분석 결과, 대조군은 미세조류 건조 중량 g 당 푸코잔틴 7 mg, 클로로필 10mg 정도로 분석되었지만, 스타피아 속 미생물 처리군은 푸코잔틴 10 mg, 클로로필 13 mg 정도로 모두 대조군에 비해 증가함을 확인하였다(도 5 참조).
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.
한국미생물보존센터(국내) KFCC11655P 20160401

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 미세조류의 배양 배지용 조성물로서,
    상기 조성물은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 포함하고,
    상기 조성물은 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키고,
    상기 미세조류는 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)인, 미세조류의 배양 배지용 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 조성물은 미세조류의 성장을 촉진시키는 것인, 미세조류의 배양 배지용 조성물.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 스타피아 속 미생물은 기탁번호 KFCC11655P인 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물인, 미세조류의 배양 배지용 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 미세조류 내 함유된 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법으로,
    상기 방법은 스타피아 속(Stappia sp.) 미생물 또는 이의 배양물을 이용하여 미세조류를 배양하여 미세조류 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 것이며,
    상기 미세조류는 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)인, 미세조류 내 함유된 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 방법은 미세조류의 성장을 촉진시키는 것인, 미세조류 내 함유된 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 스타피아 속 미생물은 기탁번호 KFCC11655P인 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물인, 미세조류 내 함유된 기능성 성분의 함량을 증대시키는 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum) 내 함유된 푸코잔틴 및 클로로필로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 기능성 성분의 함량을 증대시키는 기능을 갖는 기탁번호 KFCC11655P인 스타피아 속(Stappia sp. K01) 미생물.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 미생물은 페오닥틸룸 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)의 성장을 촉진시키는 것인, 미생물.
  15. 삭제
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KR20230173405A (ko) 2022-06-17 2023-12-27 한양대학교 산학협력단 바이오매스를 생산하는 니치아 팔래 hy1

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jichang Han et al., Co-culturing bacteria and microalgae in organic carbon containing medium, Journal of Biological Research-Thessaloniki, vol. 23, no.8 (2016.04.26.)*

Cited By (1)

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KR20230173405A (ko) 2022-06-17 2023-12-27 한양대학교 산학협력단 바이오매스를 생산하는 니치아 팔래 hy1

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