KR101952369B1 - 미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법 - Google Patents

미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 바닷물을 중화제를 이용하여 pH를 7.5~8.0으로 조절하는 단계; (b) 상기 바닷물에 F/2 배지를 첨가하여 배양배지를 조성하는 단계; (c) 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita) 1~2L 시드배양액을 10~20L 배양기에 접종하는 단계; (d) 10~14일 배양한 상기 10~20L 배양액을 100~200개로 분주하여 3~4개월 동안 배양하여 1차 스케일-업을 수행하는 단계; (e) 상기 10~20L 배양액을 200~400L 배양기에 접종하고 10~14일 배양하여 2차 스케일-업을 수행하는 단계; (f) 2차 스케일-업이 완료된 배양액으로부터 50%를 회수하고, 배양배지를 채운 후 1~2개월 동안 연속배양하는 단계를 포함하되, 상기 각 단계에서의 배양은 15 ~ 20℃에서 공기를 0.03㎥/min~0.05로 공급하면서 세포밀도가 16×104~20×104개/mL가 되도록 배양하는 것을 특징으로 하는 미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법을 제공한다.

Description

미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법{The Mass Production Method of Odontella Aurita}
본 발명은 미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강력한 항산화력과 안티에이징 효과를 갖는 미세조류 오돈텔라 아우리타를 배지를 이용하여 빠른 시일내에 저렴한 비용으로 대량으로 생산할 수 있는 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법에 관한 것이다.
최근 해조류에 포함된 성분이 인체 건강에 유익하다는 연구 결과가 보고되고 있다. 특히, 푸코잔틴 성분은 갈조류에서 풍부하게 발견되는 특유의 카로티노이드로, 항-비만 효과를 갖는 것으로 보고되고 있다(K. Miyashita, Lipid Technology, August/September 2009, Vol. 21, No. 8/9).
푸코잔틴의 항-비만 메커니즘은 백색 체지방(white adipose tissue: WAT) 미토콘드리아에서 탈 결합 단백질1(uncoupling protein 1: UCP 1)의 발현을 유도하여 WAT에서 지방산 산화 및 열 생성을 일으킴으로써 지방 세포의 아포토시스(apoptosis) 작용을 일으키는 것을 특징으로 한다.
UCP 1은 항-비만 효과에 있어 핵심 분자이다. UCP 1의 발현은 신체 에너지 소모의 중요 요소로 알려져 있고, UCP 1이 기능 장애를 일으킬 경우에 비만이 발생하기 쉽다.
푸코잔틴과 UCP 1 발현의 관련성을 나타내는 실험 및 그 실험 결과가 상기 문헌에 개시되어 있다. 동 문헌에 의하면 푸코잔틴이 WAT에서 UCP 1의 단백질 및 mRNA 발현을 유도한다는 것을 알 수 있다. 이는 푸코잔틴의 구조적 특징, 즉, 푸코잔틴 대사물질인 푸코잔틴올 및 아마로우시아잔틴 A의 측쇄기 위에 있는 부가적인 하이드록시 치환기 및 알렌 결합에 기인한 것으로 보인다.(H. Maeda, Molecular Medicine Reports 2: 897-902, 2009; 및 K. Miyashita, 상동).
이러한 푸코잔틴은 종래 갈조류로부터 분리정제하여 왔으나, 그 농도가 크지 않고 분리 정제에 있어 시간과 비용이 많이 드는 문제가 있어, 미세조류 특히 오돈텔라 아우리타로부터 푸코잔틴을 분리하고자 하는 시도가 있어 왔다.
하지만, 오돈텔라 아우리타는 배지 및 배양기술의 한계로 인해 충분한 양의 푸코잔틴을 분리할 수 있는 만큼의 생산량을 확보하기에 많은 시간과 비용이 투입되고 있다.
일부 실험실 수준에서 합성배지를 이용하여 오돈텔라 아우리타를 배양하려는 시도가 있어 왔으나, 아직까지 이렇다 할 성과는 보고되지 못하고 있는 실정이다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 그 목적은 강력한 항산화력과 안티에이징 효과를 갖는 미세조류 오돈텔라 아우리타를 배지를 이용하여 빠른 시일내에 저렴한 비용으로 대량으로 생산할 수 있는 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.
(1) (a) 바닷물을 중화제를 이용하여 pH를 7.5~8.0으로 조절하는 단계;
(b) 상기 바닷물에 F/2 배지를 첨가하여 배양배지를 조성하는 단계;
(c) 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita) 1~2L 시드배양액을 10~20L 배양기에 접종하는 단계;
(d) 10~14일 배양한 상기 10~20L 배양액을 100~200개로 분주하여 3~4개월 동안 배양하여 1차 스케일-업을 수행하는 단계;
(e) 상기 10~20L 배양액을 200~400L 배양기에 접종하고 10~14일 배양하여 2차 스케일-업을 수행하는 단계;
(f) 2차 스케일-업이 완료된 배양액으로부터 50%를 회수하고, 배양배지를 채운 후 1~2개월 동안 연속배양하는 단계를 포함하되,
상기 각 단계에서의 배양은 15 ~ 20℃에서 공기를 0.03㎥/min~0.05로 공급하면서 세포밀도가 16×104~20×104개/mL가 되도록 배양하는 것을 특징으로 하는 미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법.
(2) 상기 (1)에 있어서,
(a) 바닷물을 중화제를 이용하여 pH를 7.5로 조절하는 단계;
(b) 상기 바닷물에 F/2 배지를 첨가하여 배양배지를 조성하는 단계;
(c) 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita) 2L 시드배양액을 20L에 접종하는 단계;
(d) 14일 배양한 상기 20L 배양액을 200개로 분주하여 3개월 동안 배양하여 1차 스케일-업을 수행하는 단계;
(e) 상기 20L 배양액을 400L 배양기에 접종하고 14일 배양하여 2차 스케일-업을 수행하는 단계;
(f) 2차 스케일-업이 완료된 배양액으로부터 50%를 회수하고, 배양배지를 채운 후 1개월 동안 연속배양하는 단계를 포함하되,
상기 각 단계에서의 배양은 18℃에서 공기를 0.03㎥/min로 공급하면서 세포밀도가 16×104개/mL가 되도록 배양하는 것을 특징으로 하는 미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 강력한 항산화력과 안티에이징 효과를 갖는 미세조류 오돈텔라 아우리타를 배지를 이용하여 빠른 시일내에 저렴한 비용으로 대량으로 생산할 수 있는 오돈텔라 아우리타의 대량으로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오돈텔라 아우리타의 20L 배양 프로파일.
도 2는 본 발명에 따른 오돈텔라 아우리타의 400L 배양 프로파일.
도 3은 본 발명에 따른 오돈텔라 아우리타의 400L 연속배양 프로파일.
도 4는 본 발명에 따른 오돈텔라 아우리타의 400L 반응기별 세포밀도.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미세조류의 대량 생산방법은,
(a) 바닷물을 중화제를 이용하여 pH를 7.5~8.0으로 조절하는 단계;
(b) 상기 바닷물에 F/2 배지를 첨가하여 배양배지를 조성하는 단계;
(c) 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita) 1~2L 시드배양액을 10~20L 배양기에 접종하는 단계;
(d) 10~14일 배양한 상기 10~20L 배양액을 100~200개로 분주하여 3~4개월 동안 배양하는 단계;
(e) 상기 10~20L 배양액을 200~400L 배양기에 접종하고 1~2개월 동안 연속배양하는 단계를 포함하되,
상기 각 단계에서의 배양은 15 ~ 20℃에서 공기를 0.03~0.05㎥/min로 공급하면서 세포밀도가 16×104~20×104개/mL가 되도록 배양하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 내용을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)의 배양배지는 바닷물을 필터 장치를 통과시켜 불순물들을 거른 후, 중화제(Na2S2O3)를 이용하여 pH를 중성 영역인 7.5~8.0으로 조절하고, 여기에 공지의 F/2 배지를 상법에 따른 첨가량으로 투입하여 조제한 것을 사용한다. 상기 F/2 배지를 이루는 각 성분들은 미세조류의 생육을 증진시키는 것으로, 현재 다양한 판매회사를 통해 국내에서도 시판되고 있으며, 본 발명에서는 여기에 다른 첨가물을 강화한 변형 F/2 배지를 사용할 수 있음은 물론이다.
바람직하게는 상기 배양액에 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)의 배양속도를 증가시키기 위해 글리세롤 또는/및 유기산을 첨가할 수 있으며, 상기 유기산의 대표적인 예로는 숙신산, 타르타르산, 구연산을 들 수 있다.
상기 글리세롤의 첨가량은 100~200 g/톤의 비율로 투입하며, 100 g/톤의 비율로 투입할 경우 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)의 배양속도 증가 효과를 기대하기 어렵고, 200g/톤을 넘으면 경제성이 떨어지거나 오히려 증식에 악영향을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 유기산은 글리세롤과 함께 사용시 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita) 배양속도를 보다 가속하기 위해 첨가하는 것으로, 총 유기산의 함량이 100~200 g/톤의 비율이 되도록 첨가하는 것으로 충분하다.
본 발명에서는 우선 상기와 같이 준비된 배양배지에 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 접종하여 1~2L 시드배양액으로 배양한다.
상기와 같이 얻어진 1~2L 시드배양액을 다시 10~20L 배양기에 나누어 접종하고, 15~20℃에서 10~14일 동안 공기를 0.03~0.05㎥/min로 투입하면서 배양하여 1차 스케일-업을 수행한다.
다음으로, 상기 10~20L 배양액을 다시 100~200개로 분주하여 3~4개월 동안 동일한 조건에 따라 배양하여 200~400L 배양기의 시드로 준비한다.
상기와 같이 준비된 10~20L 배양액을 200~400L 배양기 100~200개에 시드로 접종하고 15~20℃에서 10~14일 동안 공기를 0.03~0.05㎥/min로 투입하면서 배양하여 2차 스케일-업을 수행한다.
상기 2차 스케일-업을 거친 배양액의 50%를 회수한 후, 다시 배양배지를 첨가하여 1~2개월 동안 연속배양한다. 이와 같이 회수된 배양액으로부터 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 계속적으로 연속배양할 수 있으며, 연속배양액의 회수공정은 후술하는 바와 같다.
즉, 본 발명에서는 배양액의 회수를 위해 각 배양기의 1/4 지점 높이에 회수용 라인을 두어 배양액의 1/2이 빠져나갈 수 있도록 하고, 이때 회수된 배양액은 회수라인의 단부에 연결된 침전 탱크로 이동한다.
회수된 배양액이 저장된 침전 탱크에는 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 침전시키기 위한 침전제가 투입되어진다. 본 발명에 사용되는 침전제로는 폴리염화알루미늄 계열의 응집제가 투입되며, 투입량은 배양액 톤 당 0.4 ~ 0.5 mL로 하는 것이 바람직하다.
침전제를 배양액과 섞는 방법은 배양액이 침전 탱크에 모일 때 응집제 원액을 물에 약 1000 배 희석한 용액을 조금씩 섞어 침전제가 탱크 안에서 골고루 섞일 수 있도록 한다. 침전 시간은 최소 12시간 이상을 유지하여 침전물이 바닥에 충분히 가라앉을 수 있도록 하고, 침전 후 바닥에 쌓인 부유물 이외의 배양액은 배출 밸브를 통해서 배출시켜 침전물의 농도를 최대한 높일 수 있도록 한다.
바람직하게는 상기와 같이 침전된 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 일반 수돗물을 첨가한 후 다시 미세조류 응집물을 침전시키는 작업을 2~3회 반복하여 침전물 중 바닷물에 포함된 염분과 배지 성분이 미세조류 침전물로부터 충분히 제거하는 것이 좋다.
다음 과정으로, 상기와 같이 최대한 농축된 미세조류의 침전물을 회수하여 원심분리를 이용하여 농축시킨다. 원심분리기 작동은 회전수 약 15000 ~ 18000 rpm에서 미세조류의 침전물을 시간당 500~600 L 속도로 원심분리기 아래 부분을 통해 주입시켜 원심분리기 바울 내부에 농축시킨 후 맑은 배양액만 위로 빠져나가는 방식을 이용한다.
이하 본 발명의 내용을 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 하나 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것으로 해석되어져서는 아니된다.
[실시예 1]
바닷물을 중화제를 이용하여 pH를 7.5로 조절하고, 상기 바닷물에 F/2 배지를 상법에 따라 첨가하여 배양배지를 조성하여 4일간 배양하여 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita) 2L 시드배양액을 얻었다. 이와 같이 얻은 2L 시드배양액을 20L 배양기에 접종하고, 15℃에서 14일 동안 공기를 0.03㎥/min로 투입하면서 배양하였다(도 1의 배양 프로파일 참조). 상기 20L 배양액을 다시 100~200개로 분주하여 3개월 동안 유지 및 관리하여 400L 배양기의 시드로 준비하였다. 20L 배양액을 400L 배양기 200개에 접종하고 14일 동안 배양하였다(도 2의 배양 프로파일 참조).
14일이 지난 후, 배양액의 50%를 회수한 후, 배양배지를 첨가하여 1개월 동안 연속배양하였으며, 연속배양에 따른 배양 프로파일은 도 3에 나타낸 바와 같다. 상기와 같이 본 발명의 실시예에 따라 연속배양을 수행한 결과 얻어진 배양액의 세포밀도를 측정한 결과는 도 4에 도시한 바와 같으며, 16×104개/mL 이상으로 확인되었다.
[실시예 2]
배양액에 글리세롤 200 g/톤의 비율로 첨가한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 과정을 통해 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 배양하였다.
[실시예 3]
배양액에 글리세롤 200 g/톤 및 숙신산 200 g/톤의 비율로 첨가한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 과정을 통해 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 배양하였다.
[실시예 4]
배양액에 글리세롤 200 g/톤, 숙신산 100 g/톤 및 타르타르산 100 g/톤의 비율로 첨가한 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 과정을 통해 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 배양하였다.
상기 결과에서 확인할 수 있듯이, 본 발명은 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 배양액에 투입하여 연속배양법을 이용하여 빠른 시일내에 저렴한 비용으로 대량으로 생산할 수 있도록 하여 부가가치가 높은 식품 혹 화장품의 생산에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. (a) 바닷물을 중화제를 이용하여 pH를 7.5로 조절하는 단계;
    (b) 상기 바닷물에 F/2 배지를 첨가하여 배양배지를 조성하는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)에서 조성한 배양배지에 미세조류 오돈텔라 아우리타(Odontella Aurita)를 배양하여 얻은 2L 시드배양액을 접종하여 20L 배양액을 얻는 단계;
    (d) 상기 단계 (c)에서 얻은 20L 배양액을 14일간 배양하고, 상기 20L 배양액을 단계 (b)에서 조성된 배양배지를 함유한 200개의 20L 배양기에 분주한 후, 3개월 동안 배양하여 200개의 20L 배양액으로 1차 스케일-업을 수행하는 단계;
    (e) 상기 단계 (d)에서 얻은 200개의 20L 배양액을 단계 (b)에서 조성된 배양배지를 함유한 400L 배양기 200개에 접종하고, 14일 배양하여 200개의 400L 배양액으로 2차 스케일-업을 수행하는 단계;
    (f) 2차 스케일-업이 완료된 각 400L 배양액으로부터 50%의 배양액을 회수하고, 단계 (b)에서 조성된 배양배지를 채운 후 1개월 동안 연속배양하는 단계를 포함하되,
    상기 각 단계에서의 배양은 18℃에서 공기를 0.03㎥/min로 공급하면서 세포밀도가 16×104개/mL가 되도록 배양하는 것을 특징으로 하는 미세조류 오돈텔라 아우리타의 대량 생산방법.
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