KR20180137729A - 스피룰리나 생산증진을 위한 미네랄 함유 배지조성물 및 이를 이용한 스피룰리나 대량생산 방법 - Google Patents
스피룰리나 생산증진을 위한 미네랄 함유 배지조성물 및 이를 이용한 스피룰리나 대량생산 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 스피룰리나 생산증진을 위한 미네랄 함유 배지조성물 및 이를 이용한 스피룰리나 대량생산 방법에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물 및 상기 배지조성물을 이용한 스피룰리나의 대량생산방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배지조성물을 이용한 스피룰리나의 배양은 일반 배양배지에 함유된 다양한 성분을 모두 사용하지 않아도 되므로 경제적인 효과가 있고, 스피룰리나의 생산수율을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라 생산된 스피룰리나는 매우 높은 함량의 카로티노이드를 함유하고 있어 건강 기능성 식품, 의약품, 화장품 및 사료 산업에 널리 활용될 수 있는 효과가 있다.
Description
스피룰리나 생산증진을 위한 미네랄 함유 배지조성물, 이를 이용한 스피룰리나 대량생산 방법 및 스피룰리나의 용도에 관한 것이다.
해양 미세조류는 생장이 빠르며 배양이 비교적 용이하여 의약품과 건강식품의 소재, 염료 및 화장품 소재(carotenoids, biliprotein 등), 정제 화학약품(bioflocculant, polyols, 탄수화물 등), 바이오 연료(oil, 탄화수소 등) 등에 사용될 수 있고 나아가 환경(수질과 토양 정화)과 농업 분야(생물학적 비료, 생육증진제 등)까지 그 활용도가 매우 폭넓은 우수한 생물 소재이다.
한편, 스피룰리나(Spirulina(Arthrospira))는 시아노박테리아(Cyanobacteria)에 속하는 원핵생물로 균체의 70% 이상이 고단백질을 함유하고 있어 단백질원으로 사용될 수 있고, 카로틴(carotene), 오메가 3, 오메가 6-이중결합을 가진 지방산(omega 3,omega 6 polyunsaturated fatty acids)을 생산할 수 있으며, 일반 영양원에서 부족하기 쉬운 라이신, 메티오닌 등과 같은 필수 아미노산을 풍부하게 함유하고 있어 의약품 대용 식품 또는 체질 개선용 식품으로 널리 인식되고 있다. 또한, 스피룰리나는 단백질의 함량이 높을 뿐만 아니라 그 필수 아미노산의 조성이 매우 균형적이어서 소화 흡수율(95% 이상) 등의 생체 이용률이 매우 높고, 많이 먹어도 인체에 축적될 수 있는 성분이 별로 없을 뿐만 아니라 그 지방산 조성, 미네랄 성분이 인체의 건강증진에 이상적으로 되어 있고 강력한 항산화 활성 물질인 베타-카로틴 등의 카로티노이드의 함량이 어떤 식품보다 높은 완전식품으로 알려져 있다. 초기에는 단순한 양식어류의 먹이 사료로서 배양되기 시작하여 현재에는 건강식품 개발, 기능성 물질인 감마-리놀렌산 추출 등 그 연구가 증가되어 가고 있는 실정으로 그 이용 범위가 점점 확대되어 가고 있다.
또한, 스피룰리나는 면역촉진 효과(immune-promoting effects), 산화억제 효과를 가지는 비타민 B12(Estrada et al. 2001)의 훌륭한 원료이기도 하다(Xue et al. 2002). 높은 단백질 바이오매스, 건조(arid), 반건조(semi-arid) 지역의 적합성 및 소금물(saline water)에서의 배양 가능성 등은 스피룰리나가 가지고 있는 장점이다.
한편, 미세조류가 생산하는 다양한 유용물질 중에서 카로티노이드(Carotenoids)는 지용성 색소로서 자연계에 약 700 여종이 존재하며, 이러한 카로티노이드는 식물과 미세조류만이 생산하며 인간을 포함한 동물은 자체 합성이 불가능하다. 따라서 인체 유용한 카로티노이드를 식물 및 미세조류로부터 대량 생산하려는 연구가 시도되고 있다.
또한, 베타 카로틴은 비타민 A의 전구물질로서 해양 미세조류인 규조와 녹조류에도 다량 함유 되어 있으며, 비타민 A의 활성은 물론이고 소의 번식성 향상, 어류의 부하율 향상효과가 있으며 특히 암세포 파괴와 종양괴사인자의 산출, 발안 물질의 억제에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 베타 카로틴은 비타민 A와 달리 과잉섭취에 따른 부작용이 없으며, 비타민 E와 비교해 약 100배의 활성산소 소거력을 갖고 있다고 알려져 있고, 연어, 송어, 갑각류의 양식에 필수적인 카로티노이드계 색소이다.
한편, 이러한 베타 카로틴은 국내의 경우, 생산력이 부족하여 대부분 수입에 의존하고 있고, 주로 화학적 합성품이 사용되고 있다.
따라서 화학적 합성품이 아닌 천연의 카로티노이드를 식물 또는 미세조류로부터 대량 생산할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은 미세조류인 스피룰리나로부터 카로티노이드를 대량 생산할 수 있으며, 스피룰리나의 성장 및 배양을 촉진시킬 수 있는 새로운 배양배지를 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는, 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 배지조성물을 이용하여 스피룰리나를 대량 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 본 발명의 방법으로 제조된 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 사료용 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는, 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 배지조성물 총 1L를 기준으로, NaHCO3 15~17g, K2HPO4 0.3~0.7g, NaNO3 2~3g, K2SO4 0.1~0.3g, NaCl 0.8~1.0g, MgSO4*7H2O 0.4~0.6g 및 CaCl2 0.7~1.0g의 양으로 함유되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 배지조성물을 이용하여 스피룰리나를 대량 생산하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 배지조성물 총 1L를 기준으로 NaHCO3 15~17g, K2HPO4 0.3~0.7g, NaNO3 2~3g, K2SO4 0.1~0.3g, NaCl 0.8~1.0g, MgSO4*7H2O 0.4~0.6g 및 CaCl2 0.7~1.0g의 양으로 함유되어 있을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 스피룰리나는 상기 배지조성물을 이용하여 30~33℃의 온도, 광량 150 μmol/㎡/s 및 광주기 낮(Light) : 밤(Dark)이 16:8인 조건 하에서 배양하는 것일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 본 발명의 방법으로 제조된 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 제공한다.
또한 본 발명은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품을 제공한다.
또한 본 발명은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 사료용 조성물을 제공한다.
본 발명은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물 및 상기 배지조성물을 이용한 스피룰리나의 대량생산방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배지조성물을 이용한 스피룰리나의 배양은 일반 배양배지에 함유된 다양한 성분을 모두 사용하지 않아도 되므로 경제적 효과가 있고, 스피룰리나의 생산수율을 증진시킬 수 있을 뿐만 아니라 생산된 스피룰리나는 매우 높은 함량의 카로티노이드를 함유하고 있고 건강 기능성 식품, 의약품, 화장품 및 사료 산업에 널리 활용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에서 일반 배양배지, 해양심층수 농축수 함유 배양배지 및 본 발명의 농축미네랄 함유 배양배지를 이용하여 16일 동안 배양 후, 스피룰리나의 건중량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 스피룰리나 생산증진을 위한 새로운 배지 조성물에 관한 것으로, 특정 미네랄을 이용한 스피룰리나 생산증진을 위한 배지조성물, 이를 이용한 스피룰리나 대량생산 방법 및 스피룰리나의 용도에 관한 것이다.
현재 스피룰리나의 생산을 위해 사용되고 있는 배양배지는 사용 성분의 종류가 많고 많은 성분으로 인해 가격이 비싸 스피룰리나의 대량생산에 어려움이 있다.
이에 본 발명자들은 경제적이면서 스피룰리나를 효과적으로 대량생산할 수 있는 방법을 연구하던 중, 특정 미네랄인 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 배지를 사용할 경우, 종래 사용되던 배지에 비해 더 효과적으로 스피룰리나를 생산할 수 있으며, 스피룰리나로부터 유용성분의 생산수율도 증진시킬 수 있음을 확인하였고, 최대 생산을 위한 배지 조성물의 조건 및 배양 조건도 확립하였다.
따라서 본 발명은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는, 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물을 제공함에 특징이 있다.
본 발명의 배지 조성물에 유효성분으로 함유된, 상기 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2 미네랄은 시중에서 또는 천연에서 수득한 것이라면 모두 사용할 수 있으며, 바람직하게는 해양심층수로부터 수득한 농축된 형태의 미네랄을 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 해양심층수를 수득하고, 심층수를 농축한 후, 농축물로부터 상기 미네랄들을 수득하여 사용하였다.
해양심층수는 태양광이 도달하지 않는 수심 200m 아래에 존재하는 해수로서, 내내 저온으로 유지하고 있으며(저온안정성), 질산염, 인산염, 규산염 등의 무기 영양염이 풍부한 해수자원(영양성)으로, 특히 칼슘, 칼륨 및 마그네슘 등 미네랄이 함유되어 있고 인체에 유용한 다양한 무기염류를 함유하고 있으며(미네랄성), 표층수의 영향이 없고 세균이나 병원균이 거의 없는 것이 특징(청정성)이다. 따라서 최근에는 해양심층수의 개발 공정과정에서 원수, 농축수, 탈염수, 미네랄 농축수 등의 산물이 산업화에 활용되고 있는데, 원수는 농업 및 수산분야에 다양하게 이용되고, 농축수는 발효식품, 화장품, 해양요법 등에 이용되고 있으며, 탈염수는 미네랄워터, 청량음료, 발효식품, 화장수 등에 활용되고 있으며, 미네랄 농축수는 수산물의 선도유지, 얼음 제조 등과 양액 재배, 수경재배 등에 주로 활용되고 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 각 미네랄 성분의 종류 및 적절한 함량이 스피룰리나의 배양 및 생산에 미치는 영향을 분석하였는데, 그 결과, 배지조성물 총 1L를 기준으로, NaHCO3 15~17g, K2HPO4 0.3~0.7g, NaNO3 2~3g, K2SO4 0.1~0.3g, NaCl 0.8~1.0g, MgSO4*7H2O 0.4~0.6g 및 CaCl2 0.7~1.0g의 양으로 첨가한 배지가 스피룰리나의 배양에 적합하다는 것을 확인할 수 있었다.
상기 미네랄 성분의 함량이 기술된 범위를 벗어나는 경우, 스피룰리나의 생장 및 성장 증가가 둔화되거나 배양 배지물 내에 불순물이 생성되거나 스피룰리나로부터 유용성분의 생산이 감소되는 것으로 확인되었다.
따라서 각 미네랄에 대한 배지 첨가량은 상기 기술된 범위로 사용하는 것이 좋다.
나아가 본 발명은 NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 배지조성물을 이용하여 스피룰리나를 대량 생산하는 방법을 제공할 수 있는데, 이때 스피룰리나의 배양은 상기 본 발명의 배지조성물을 이용하여 30~33℃의 온도, 광량 150 μmol/㎡/s 및 광주기 낮(Light) : 밤(Dark)이 16:8인 조건 하에서 배양한다.
본 발명은 스피룰리나의 대량 생산방법과 함께 상기 방법으로 제조된 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 제공할 수 있다.
카로티노이드는 항산화 활성을 가지고 있는 C40 이소프레노이드 화합물(isoprenoid compounds)로서 자연계에 널리 분포되어 있는 한 군의 색소를 총칭하며, 분자 구조에 따라 노란색, 적색, 주홍색, 주황색 등 여러 색으로 존재한다. 카로티노이드는 인체 내에서 비타민 A의 전구체로서의 역할을 하며, 산화 방지 효과와 유해산소 소거작용, 암세포 증식 억제작용 및 발암 억제작용이 강하여 순환기 질환, 암 및 성인병 등을 예방하는 효능을 가진 것으로 알려져 있다. 최근에는 카로티노이드가 직접적인 자외선에 의한 신체의 면역기능을 향상시켜 자외선 노출로부터 피부의 손상을 줄여주거나 멜라닌 생성을 억제함이 밝혀지면서 유럽이나 미국에서 미용 소재로도 각광 받고 있다. 현재 카로티노이드는 건강식품 소재(영양보충제), 인간을 대상으로 한 약학적 제제와 식품 착색제 또는 동물용 사료의 색소 등으로 사용되고 있다.
따라서 본 발명의 배지 조성물로 배양한 스피룰리나는 이러한 카로티노이드를 대량 생산할 수 있는 바, 본 발명은 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품, 화장료 조성물, 약학적 조성물 및 사료용 조성물을 제공할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 따른 식품 조성물은 공지의 식품 적용 성분과 함께 혼합하여 조성물 형태로 제조할 수 있으며, 식품학적으로 허용가능한 식품보조첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 식품 조성물은 기능성 식품(functional food), 영양 보조제(nutritional supplement), 건강식품(health food) 및 식품 첨가제(food additives) 등의 모든 형태의 식품에 대한 조성물을 포함한다. 상기 유형의 식품 조성물은 당 업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다. 예를 들면, 건강식품으로는 본 발명의 카로티노이드가 강화된 스피룰리나를 함유하는 껌, 비타민 복합체, 차, 쥬스 및 드링크 형태로 제조 할 수 있으며, 카로티노이드이 강화된 스피룰리나를 유효성분으로 하는 식품 조성물을 과립화, 캡슐화 또는 분말화하여 섭취할 수 있다. 본 발명의 기능성 식품 조성물은 식품 제조 시에 통상적으로 첨가되는 성분을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 단백질, 탄수화물, 지방, 영양소 및 조미제를 포함할 수 있다.
본 발명에서 정의되는 식품보조첨가제는 당업계에 통상적인 식품첨가제, 예를 들어 향미제, 풍미제, 착색제, 충진제, 안정화제 등을 포함한다. 본 발명의 건강 음료 조성물은 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 스피룰리나를 함유하는 외에는 액체 성분에는 특별한 제한 점은 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물의 예로는 예를 들어, 포도당, 과당 등의 모노사카라이드, 말토스, 슈크로스 등의 디사카라이드, 덱스트린, 시클로덱스트린 등의 폴리사카라이드 등과 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상술한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어, 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등)) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100㎖당 일반적으로 약 1 내지 20g, 바람직하게는 약 5 내지 12g이다. 상기 외에 본 발명의 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그밖에 본 발명의 조성물들은 천연 과일 쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 그렇게 중요하진 않지만 본 발명의 조성물 100 중량부 당 0 내지 약 20 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
또한 본 발명은 약학적 조성물은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 방법에 따라, 약제학적으로 허용되는 담체 및/또는 부형제를 이용하여 제제화함으로써 단위 용량 형태로 제조되거나 또는 다용량 용기 내에 내입시켜 제조될 수 있다. 이때 제형은 산제, 과립제, 정제, 캅셀제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 연고, 크림 등의 외용제, 첩부제, 좌제 및 멸균 주사용액 등을 비롯하여 약제학적 제제에 적합한 어떠한 형태로든 사용할 수 있으며, 분산제 또는 안정화제를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물에 포함되는 약제학적으로 허용되는 담체는 제제 시에 통상적으로 이용되는 것으로서, 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아카시아 고무, 인산 칼슘, 알기네이트, 젤라틴, 규산 칼슘, 미세결정성 셀룰로스, 폴리비닐피롤리돈, 셀룰로스, 물, 시럽, 메틸 셀룰로스, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 활석, 스테아르산 마그네슘 및 미네랄 오일 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 약학적 조성물은 상기 성분들 이외에 윤활제, 습윤제, 감미제, 향미제, 유화제, 현탁제, 보존제 등을 추가로 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 약제학적 조성물은 쥐, 생쥐, 가축, 인간 등의 포유동물에 경구 또는 비경구 등의 다양한 경로로 투여할 수 있으며, 적합한 투여량은 제제화 방법, 투여 방식, 환자의 연령, 체중, 성, 병적 상태, 음식, 투여 시간, 투여 경로, 배설 속도 및 반응 감응성과 같은 요인들에 의해 다양하게 처방될 수 있다. 본 발명의 약제학적 조성물의 투여량은, 경구형 제형인 경우 성인 기준으로 0.001-100 ㎎/kg 의 양을 1일 1회 내지 수 회 투여할 수 있다.
본 발명에 따른 화장료 조성물은 활성 산소종의 작용에 의해 악화된 피부 상태 또는 노화를 개선하기 위한 용도로 이용될 수 있으며, 구체적으로, 피부의 산화에 의한 손상, 예를 들면 반점(갈색반), 주근깨, 피부균열, 자외선 손상(햇볕에 탐), 피부 표면의 주름 생성, 탄력의 감소와 같은 증상들을 예방 또는 개선할 수 있으므로, 피부 노화 억제용, 피부 탄력 유지용, 피부 주름 개선용, 피부 미백용으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 스피룰리나는 항산화 활성이 있으므로, 화장품 자체의 산화를 방지함으로써 화장품의 품질을 유지하는데도 매우 유용하게 사용 될 수 있다. 상기 본 발명의 카로티노이드가 강화된 스피룰리나는 항산화 활성을 가지는 화장료 조성물에 0.01 내지 40중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.01 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 그 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 항산화 활성이 미미할 수 있으며, 40중량%를 초과할 경우에는 투입 농도대비 항산화 효과가 상대적으로 낮을 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물에 있어서, 상기 카로티노이드가 강화된 스피룰리나는 화장품 분야에서 통상적으로 사용되는 기제, 보조제 및 첨가제를 사용하여 액체 또는 고체 형태로 제조될 수 있다. 액체 또는 고체 형태의 화장품으로는, 예를 들면 이에 한정되지는 않으나 화장수, 크림제, 로션제, 입욕제 등의 형태를 포함할 수 있다. 화장품 분야에서 통상적으로 사용되는 기제, 보조제 및 첨가제는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 물, 알코올, 프로필렌글리콜, 스테아르산, 글리세롤, 세틸알코올, 유동 파라핀 등이 있다.
본 발명의 사료용 조성물은 동물 사료용으로 사료첨가제 형태로도 사용할 수 있고, 급여할 수 있는 동물로는 특별한 제안이 없으며, 예를 들어 돼지, 소, 닭, 오리 등 일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
농축 미네랄 함유 배지를 이용한 스피룰리나의 배양 및 생산
<1-1> 농축 미네랄 함유 스피룰리나 배양배지의 제조
본 발명자들은 스피룰리나의 생산을 증진시킴과 동시에 스피룰리나로부터 카로티노이드의 생산을 증가시킬 수 있는 새로운 배지를 제조하기 위해, 해양심층수로부터 농축 미네랄을 수득하고, 특정 미네랄을 선택하여 스피룰리나 배양을 위한 최적의 배지 조건을 규명하였다.
이를 위해, 먼저 동해바다에서 해수면에서 수심 250m보다 깊은 해저심층에서 해양심층수를 취수한 후, 한외여과를 거쳐 해양심층수를 수득하였다. 이후 수득한 해양심층수를 감압 농축시켜 해양심층수의 농축수를 제조하였으며, 상기 농축수에 함유된 각 미네랄 종류를 분석하였다.
이후, 해양심층수 농축수에 함유된 미네랄 종류 중에서 하기 표에 기재된 미네랄 종류 및 함량을 증류수에 각각 용해시켜, 스피룰리나 배양을 위한 배지를 제조하였다. 이때 대조군으로 상기 제조된 해양심층수를 함유한 배지, 배양심층수의 농축수 함유 배지 및 일반 시중판매 배지를 각각 사용하였으며, 하기 실험에 사용된 각 배지의 성분 및 함량은 하기 표 1과 같다.
<1-2>
스피룰리나의
배양
상기 <1-1>에서 제조된 각 배양배지를 이용하여 스피룰리나를 배양하기 이전에 스피룰리나(Arthrospira platensis) 는 다음과 같은 조건으로 배양하였다.
배양 전 해수 100ml을 담아 놓은 용기를 배양용기를 멸균처리 한 후, 식은 해수에 NaNO3 50㎕, KH2PO4 50㎕, tracemetalsolution 50㎕, F/2 A, B 13.2㎕씩을 첨가한 다음, 클린벤치에서 10ml의 스피룰리나를 첨가하여 접종하고 일주일 간격으로 배양하는데, 이때 온도는 28~32℃, 광량은 150 μmol/㎡/s 조건에서 배양하였으며, 광주기 조건 L(light): D(dark)는 16:8 시간으로 수행하였다. 이후 상기 표 1의 제조예 1의 시중에서 판매하고 있는 일반배지를 이용하여 배양하였다.
이후 스피룰리나의 배양배지를 상기 표 1의 제조예 1 ~ 5의 배지(각 4L씩)로 각각 교체한 후, 광량 150 μmol/m2/s, 온도 30~33℃의 조건으로 배양하였으며, 배양을 진행하면서 매일 OD meter, Spectrophotometer, pH meter를 이용하여 OD, 흡광도(665 nm), pH를 각각 측정하였다. 또한, 접종일부터 약 5일 간격으로 배지 내 스피룰리나의 건중량을 측정하였다.
<실시예 2>
본 발명의 농축 미네랄 함유 배지를 이용한 스피룰리나 생산성 분석
상기 실시예 1의 각 배양배지를 이용하여 스피룰리나를 배양하였고, 배양시간에 따른 스피룰리나의 생산성 정도를 분석하기 위해, 스피룰리나 접종일로부터 5일 간격으로 배지 내 스피룰리나의 건중량을 측정하였다.
| Unit : g/L | 배양 16일째 건중량 측정결과 |
| 제조예 1(기존배지) | 1.42 ± 0.20(g/L) |
| 제조예 3(농축수 0.1% 첨가배지) | 1.32 ± 0.05(g/L) |
| 제조예 5(농축미네랄 첨가배지) | 2.30 ± 0.65(g/L) |
분석 결과, 상기 표 2 및 도 1과 같이, 다른 종류의 배지를 사용한 군에 비해 본 발명의 농축미네랄을 이용한 배지를 사용한 군이 가장 높은 건중량을 보였다. 특히 본 발명의 농축미네랄을 이용한 배지는 배양 9일차에 스피룰리나 생산 수율이 1g/L로 나타났고, 배양 16일 차에는 2.30g/L로 나타나, 종래 판매하는 배지를 사용한 것에 비해 무려 61.7% 증가된 수율을 확인할 수 있었다.
따라서, 이러한 결과를 통해 본 발명자들은 본 발명에서 제조한 농축미네랄 함유 배지를 이용할 경우, 스피룰리나를 효과적으로 생산할 수 있음을 알 수 있었고, 종래 배지에 함유된 많은 다른 성분을 사용할 필요가 없어 경제적으로도 훨씬 효과적일 수 있음을 알 수 있었다.
<실시예 3>
카로티노이드 함량 분석
본 발명자들은 본 발명에 따른 배양배지를 이용하여 배양한 스피룰리나로부터 유용성분인 카로티노이드의 생산 정도를 분석하였는데, 이를 위해 상기 실시예 1의 각 배양배지를 이용하여 배양된 스피룰리나를 분쇄하여 분말화시키고, 99% 에탄올 용매에 스피룰리나 분말을 500:1의 중량비로 혼합한 후, 4℃ 냉암소에서 24시간 동안 카로티노이드의 추출을 수행하였다. 이후 추출 용액을 4000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 상층액을 취한 후 Spectrophotometer를 이용하여 470, 644, 645, 653, 662, 666 nm 에서 흡광도를 각각 측정하였고, 흡광도 값을 이용하여 카로티노이드 함량을 산출하였다.
| 구분 | A : 카로티노이드 함량 (mg/g DW) | B : 스피룰리나 생산수율 (g/L) |
C : 총 카로티노이드 함량(mg) (C=A × B) |
| 기존배지 | 3.99 | 1.42 | 5.66 |
| 농축수 0.1% 첨가 | 3.68 | 1.32 | 4.86 |
| 농축미네랄 첨가 | 3.98 | 2.30 | 9.15 |
분석 결과, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 기존배지 및 해양심층 농축수를 이용한 배지에 비해, 본 발명의 미네랄 함유 신규 배지를 사용한 군이 월등히 높은 카로티노이드 함량을 나타내었다.
따라서 본 발명자들은 이러한 결과를 통해, 본 발명에서 제조한 특정 미네랄 함유 배지가 스피룰리나의 생산수율 증진과 유용성분인 카로티노이드 생산수율 증진에 매우 효과적임을 알 수 있었고, 값비싼 기존 배지를 대체할 수 있어 경제적으로도 매우 효과적임을 알 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는, 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물.
- 제1항에 있어서,
배지조성물 총 1L를 기준으로, NaHCO3 15~17g, K2HPO4 0.3~0.7g, NaNO3 2~3g, K2SO4 0.1~0.3g, NaCl 0.8~1.0g, MgSO4*7H2O 0.4~0.6g 및 CaCl2 0.7~1.0g의 양으로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 스피룰리나 대량생산을 위한 배지조성물. - NaHCO3, K2HPO4 , NaNO3 , K2SO4 , NaCl, MgSO4*7H2O 및 CaCl2을 포함하는 배지조성물을 이용하여 스피룰리나를 대량 생산하는 방법.
- 제3항에 있어서,
배지조성물 총 1L를 기준으로 NaHCO3 15~17g, K2HPO4 0.3~0.7g, NaNO3 2~3g, K2SO4 0.1~0.3g, NaCl 0.8~1.0g, MgSO4*7H2O 0.4~0.6g 및 CaCl2 0.7~1.0g의 양으로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는, 스피룰리나를 대량 생산하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 스피룰리나는 상기 배지조성물을 이용하여 30~33℃의 온도, 광량 150 μmol/㎡/s 및 광주기 낮(Light) : 밤(Dark)이 16:8인 조건 하에서 배양하는 것을 특징으로 하는 스피룰리나를 대량 생산하는 방법. - 제3항의 방법으로 제조된 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나.
- 제6항의 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품.
- 제6항의 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물.
- 제6항의 카로티노이드 함량이 증가된 스피룰리나를 유효성분으로 포함하는 사료용 조성물.
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| KR102095967B1 (ko) * | 2019-08-28 | 2020-04-01 | 송성은 | 축산동물과 산물의 면역관리와 영양관리를 위한 기능성 미세조류 배양법 및 이를 이용한 한방발효 이온 미네랄 복합체 및 이의 제조 방법 |
-
2017
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