KR101895208B1

KR101895208B1 - 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법

Info

Publication number: KR101895208B1
Application number: KR1020170053592A
Authority: KR
Inventors: 국광호; 송우시; 최다혜
Original assignee: 이진국
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-09-05

Abstract

본 발명은 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법에 관한 것으로서, 특히 별도의 광(光)시설이 필요없는 등 많은 시설투자 없이 자연광으로 노지에서 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법에 관한 것으로서, 담수 100중량부에 NaHCO₃ 0.9 내지 1.1 중량부, K₂HPO₄ 0.02 내지 0.04 중량부, NaCl 0.05 내지 0.15 중량부, KNO₃ 0.05 내지 0.15 중량부, 글루코스 0.04 내지 0.06 중량부, FeSO₄ 0.2 내지 0.3 중량부, 2NA-EDTA 0.6 내지 0.8 중량부, MgSO₄ 0.004 내지 0.006 중량부가 혼합된 배양액에 스피루리나 속 조류를 접종하고 배양하는 것을 특징으로 한다.

Description

자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법{Method of culturing Spirulina}

본 발명은 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법에 관한 것으로서, 특히 별도의 광(光)시설이 필요없는 등 많은 시설투자 없이 자연광으로 노지에서 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법에 관한 것이다.

현재, 전세계적으로 경작되고 있는 농작물류는 인류의 주식량공급원으로 활용되어 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 희귀물질 생산이 가능하다. 더욱이, 세포의 크기가 큰 조류는 쉽게 침전되어 다양한 방법을 통한 추출 및 분리가 용이하고, 주에너지원으로 태양 에너지를 사용함으로써 지구상에 조사되는 태양에너지의 효율적이 이용이 가능하며, 탄소원으로 이산화탄소를 사용하고 부산물로 산소를 방출하는 광합성 과정을 갖고 있어 대기오염을 낮추는 기능까지도 가지고 있다.

이에 따라, 다양한 종류의 미세 광합성 조류가 연구되고 있는데, 주로 클로렐라(Chlorella) 속, 두날리엘라(Dunaliella) 속, 스피루리나(Spirulina) 속 등의 미세 광합성 조류에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특히, 스피루리나 속 미세 광합성 조류(이하, '스피루리나 조류'라 함)는 다른 미세 광합성 조류에 비해 세포의 크기가 크고, 알칼리 오염성 환경에서도 쉽게 성장할 수 있는 조류이다. 스피루리나는 나선 모양의 식물성플랑크톤 남조류 일종, 단백질함량이 높고, 항산화성분, 베타카로틴 외 칼슘, 철, 아연, 셀레늄 등의 영양성분이 풍부하게 들어있음. 70 여 가지 영양소가 균형 있게 들어 있는 슈퍼푸드로서 미래 식량 자원 및 에너지 자원이다.

스프루리나에는 피코시아닌 등 유효성분들을 다량 함유하고 있어 항산화능이 높음. 이 항산화 효과는 당뇨병뿐만 아니라 인체 내에서 끊임없이 만들어지는 활성산소로 인해 발생하는 여러 질병에 대한 예방 또는 치료제로 사용될 수 있다고 보고되었다. 또한 국제연합식량농업기구에서 인류의 미래 식량으로 지정하였고, 체내 소화 흡수율이 95% 이상으로 소화기능이 약한 환자, 노약자, 유아 등이 섭취 할 때 효과가 크며 알칼리성 식품이기 때문에 장기간 복용하여도 영양에 불균형을 일으키지 않는다고 보고되고 있다.

스피루리나는 우리 몸에 필요한 필수 영양소를 다양하게 대량으로 함유하고 있어 최근에 기능성 건강식품뿐만 아니라 의약품 등 다양한 제품으로 응용되고 있다.

스피루리나 조류가 가장 활발하게 생육할 수 있는 조건에서는 스피루리나 조류 이외의 다양한 식물성 조류 또는 미생물들이 함께 성장하기 때문에, 스피루리나 조류의 수율이 상대적으로 감소하고, 이로 인하여 스피루리나 조류의 생육에 적절한 환경을 실내에 조성하기 위하여 소요되는 비용에 비하여, 스피루리나 조류의 생산으로 얻어지는 부가가치가 크지 못하기 때문에, 이를 보다 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 개발하려는 방향으로 연구가 진행되고 있다.

이와 관련하여 특허문헌 0001의 스피룰리나의 배양용 배지 조성물을 이용한 스피룰리나의 배양 방법이 제안되었다. 요소 및 토양추출물을 함유하는 배지 조성물을 이용하면 저렴한 비용으로 스피룰리나 배양용 배지를 만들 수 있고, 이를 이용하면 높은 바이오매스 생산량을 가지는 스피룰리나를 경제적으로 대량 생산할 수 있어 유용한 이점이 있으나, 일정한 광조건, 즉 6,000Lux을 유지해줘야 하는 등 별도의 광(光)설비를 구축해야하는 번거로움이 있다.

KR

10-1256434

B1 (2013.04.12)

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 별도의 광(光)시설에 의하지 않고 자연광으로 노지에서 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

담수 100중량부에 NaHCO₃ 0.9 내지 1.1 중량부, K₂HPO₄ 0.02 내지 0.04 중량부, NaCl 0.05 내지 0.15 중량부, KNO₃ 0.05 내지 0.15 중량부, 글루코스 0.04 내지 0.06 중량부, FeSO₄ 0.2 내지 0.3 중량부, 2NA-EDTA 0.6 내지 0.8 중량부, MgSO₄ 0.004 내지 0.006 중량부가 혼합된 배양액에 스피루리나 속 조류를 접종하고 배양하는 것을 특징으로 하는 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법을 제공한다.

본 발명의 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법은 별도의 광(光)시설에 의하지 않고 자연광으로 노지에서 스피루리나를 최소비용으로 대량 배양할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 1차 배양액에 스피루리나 원종을 접종한 상태에서 촬영한 전자현미경사진이고,
도 2는 최종 4차 배양된 스피루리나 원종을 촬영한 전자현미경 사진임.

이하, 본 발명의 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법은 담수 100중량부에 NaHCO₃ 0.9 내지 1.1 중량부, K₂HPO₄ 0.02 내지 0.04 중량부, NaCl 0.05 내지 0.15 중량부, KNO₃ 0.05 내지 0.15 중량부, 글루코스 0.04 내지 0.06 중량부, FeSO₄ 0.2 내지 0.3 중량부, 2NA-EDTA 0.6 내지 0.8 중량부, MgSO₄ 0.004 내지 0.006 중량부가 혼합된 배양액에 스피루리나 속 조류를 접종하고 배양한다.

상기 배양액은 해수가 아닌 담수를 사용함으로서, 스피루리나의 배양과 관련하여 장소적 제약이 없는 이점이 있다. 그리고 상기 배양액에는 NaHCO₃, K₂HPO₄, NaCl, KNO₃, 글루코스, FeSO₄, 2NA-EDTA, MgSO₄가 적정하게 포함되어 있어,식물성 조류인 스피루리나가 필요한 영양소 C,H,O,N,S,Fe,P,Mg,Ca,K가 모두 들어가 있으며, 이산화탄소 공급 및 알칼리성으로 유지시켜 완충작용을 해주고, 광합성을 촉진시켜주며 광시스템에서 산소 방출을 해주어 좋다.

특히, 상기 배양액에는 KNO3가 포함되어 있어, 질소와 칼륨을 공급해주고, 성장속도를 증가시켜주어 좋다.

그리고 상기 배양액에 스피루리나 속 조류를 접종한다. 상기 스피루리나 속 조류로서 Spirulina Maxima를 사용할 수 있다. 상기 배양액에 상기 스피루리나 속 조류는 담수 100부피부에 15~25부피부를 접종한다.

상기 스피루리나 속 조류가 접종된 상기 배양액을 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 비닐하우스, 온실 등에서 25~35일간 1차 배양한다.

그리고 상기 1차 배양된 스피루리나를 상기 배양액과 조성이 동일한 2차 배양액에 접종한 후 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 비닐하우스, 온실 등에서 25~35일간 2차 배양한다. 이때 상기 1차 배양된 스피루리나는 상기 2차 배양액의 담수 100부피부에 1~3부피부를 접종한다.

또한, 상기 2차 배양된 스피루리나를 상기 배양액과 조성이 동일한 3차 배양액에 접종한 후 CO₂를 공급한 상태에서 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 비닐하우스, 온실 등에서 25~35일간 3차 배양한다. 이때 상기 2차 배양된 스피루리나는 상기 3차 배양액의 담수 100부피부에 0.1 내지 0.3부피부를 접종한다.

그리고, 상기 3차 배양된 스피루리나를 상기 배양액과 조성이 동일한 4차 배양액에 접종한 후 CO₂를 공급한 상태에서 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 비닐하우스, 온실 등에서 25~35일간 4차 배양한다. 이때 상기 3차 배양된 스피루리나는 상기 4차 배양액의 담수 100부피부에 0.1 내지 0.3부피부를 접종한다.

이와 같은 본 발명의 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법은 자연광을 이용하여 비닐하우수, 온실 등의 노지에서 종래의 배양방식과 대비하여 수배 이상 대량으로 배양할 수 있다.

이하, 본 발명의 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

[ 실시예 ]

스피루리나 1차 배양

500㎖ 둥근바닥 플라스크에 수돗물 250㎖를 담고 물을 끓인 후 식혔다. 수돗물에 아래의 표 1의 시약들을 첨가한 후 완전 용해시켜 1차 배양액을 제조하였다.

No	시약	첨가량(1L 기준)
1	NaHCO₃	10g
2	K₂HPO₄	0.3g
3	NaCl	1g
4	KNO₃	1g
5	글루코스	0.5g
6	FeSO₄	2.5g
7	2NA-EDTA	7g
8	MgSO₄	0.05g

1차 배양액에 스피루리나 원종을 5㎖ 접종하였다. 그리고 잘 흔들어 섞어 준 후 30℃로 유지되는 온실에서 30일동안 1차 배양시켰다.

스피루리나 2차 배양

3L 둥근바닥 플라스크에 수돗물 2L를 담고 물을 끓인 후 식혔다. 2L의 수돗물에 위 표 1의 시약들을 첨가한 후 완전 용해시켜 2차 배양액을 제조하였다.

1차 배양된 스피루리나 원종 40㎖를 2차 배양액에 접종하였다. 그리고 잘 흔들어 섞어 준 후 30℃로 유지되는 온실에서 30일동안 2차 배양시켰다.

스피루리나 3차 배양

온실 내에 배치된 수조에 수돗물 1000L를 담고 24시간동안 방치하였다. 1000L의 수돗물에 위 표 1의 시약들을 첨가한 후 완전 용해시켜 3차 배양액을 제조하였다.

2차 배양된 스피루리나 원종 2L를 3차 배양액에 접종하였다. 그리고 CO2공급과 shaking을 위하여 기포기를 이용하여 7일간은 스피루리나 원종이 접종된 3차 배양액에 약하게 폭기하고, 다음 7일은 강하게 폭기하여 스피루리나를 깨주어 개체수를 증가시키고, 그 다음 7일은 다시 약하게 폭기하여 안정시켜 30℃로 유지되는 온실에서 30일동안 3차 배양시켰다.

스피루리나 4차 배양

온실 내에 배치된 수조에 수돗물 1000L를 담고 24시간동안 방치하였다. 1000L의 수돗물에 위 표 1의 시약들을 첨가한 후 완전 용해시켜 4차 배양액을 제조하였다.

3차 배양된 스피루리나 원종 2L를 4차 배양액에 접종하였다. 그리고 CO₂공급과 shaking을 위하여 기포기를 이용하여 7일간은 스피루리나 원종이 접종된 4차 배양액에 약하게 폭기하고, 다음 7일은 강하게 폭기하여 스피루리나를 깨주어 개체수를 증가시키고, 그 다음 7일은 다시 약하게 폭기하여 안정시켜 30℃로 유지되는 온실에서 30일동안 4차 배양시켰다.

1차 배양액에 접종된 스피루리나와, 최종적으로 4차 배양된 스피루리나에 대하여 각각 전자현미경으로 관찰 및 촬영하였고, 각 전자현미경 사진은 도 1 및 도 2로 나타냈다.

1차 배양액에 접종된 스피루리나의 경우 도 1과 같이 적은 객체수가 식별되었으나, 자연광으로 비닐하우스에서 최종 4차 배양된 스피루리나의 경우 도 3과 같이 스피루리나의 많은 객체수가 확인되었다.

Claims

a) 담수 100중량부에 NaHCO₃ 0.9 내지 1.1 중량부, K₂HPO₄ 0.02 내지 0.04 중량부, NaCl 0.05 내지 0.15 중량부, KNO₃ 0.05 내지 0.15 중량부, 글루코스 0.04 내지 0.06 중량부, FeSO₄ 0.2 내지 0.3 중량부, 2NA-EDTA 0.6 내지 0.8 중량부, MgSO₄0.004 내지 0.006 중량부가 혼합된 배양액을 준비하는 단계와;
b) 상기 배양액의 담수 100 부피부에 스피루리나 속 조류 15~25부피부를 접종한 후, 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 곳에서 25~35일 동안 1차 배양하는 단계와;
c) 상기 a)단계의 배양액과 조성이 동일한 2차 배양액의 담수 100 부피부에 상기 b)단계의 1차 배양된 스피루리나 속 조류 1~3 부피부를 접종한 후, 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 곳에서 25~35일 동안 2차 배양하는 단계와;
d) 상기 a)단계의 배양액과 조성이 동일한 3차 배양액의 담수 100 부피부에 상기 c)단계의 2차 배양된 스피루리나 속 조류 0.1~0.3 부피부를 접종한 후, CO₂를 공급한 상태에서 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 곳에서 25~35일 동안 3차 배양하는 단계와;
e) 상기 a)단계의 배양액과 조성이 동일한 4차 배양액의 담수 100 부피부에 상기 d)단계의 3차 배양된 스피루리나 속 조류 0.1~0.3 부피부를 접종한 후, CO₂를 공급한 상태에서 28~32℃로 유지되고 자연광이 유입되는 곳에서 25~35일 동안 4차 배양하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자연광 배양이 가능한 스피루리나의 노지 배양방법.