KR20200013363A - 미세 조류 성장 촉진액 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 영양가를 가지고 다양한 용도로 유용하게 사용되는 베타카로틴을 안정성이 높은 천연 베타카로틴으로 효과적으로 생산하기 위한 베타카로틴 생산 미세 조류를 효과적으로 성장시킬 수 있는 미세 조류 성장 촉진액, 이들로부터 다량으로 생산된 베타카로틴을 효과적으로 분리하는 방법 및 이에 의해 생산된 베타카로틴에 관한 것으로, 상기한 본 발명의 미세 조류 성장 촉진액은 해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올을 포함하는 막걸리 술밑 성분에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 미세 조류 성장 촉진액은 특정한 구성의 배양액을 사용하여 미세 조류의 성장을 촉진시키고 이에 의해 조류가 베타카로틴을 고농도로 생산할 수 있는 생장 촉진액을 제공하여 베타카로틴을 대량 생산할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 미세 조류 성장 촉진액은 특정한 구성의 배양액을 사용하여 미세 조류의 성장을 촉진시키고 이에 의해 조류가 베타카로틴을 고농도로 생산할 수 있는 생장 촉진액을 제공하여 베타카로틴을 대량 생산할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 미세 조류 성장 촉진액에 관한 것으로, 보다 자세하게는 높은 영양가를 가지고 다양한 용도로 유용하게 사용되는 베타카로틴을 안정성이 높은 천연 베타카로틴으로 효과적으로 생산하기 위한 베타카로틴 생산 미세 조류를 효과적으로 성장시킬 수 있는 미세 조류 성장 촉진액, 이들로부터 다량으로 생산된 베타카로틴을 효과적으로 분리하는 방법 및 이에 의해 생산된 베타카로틴에 관한 것이다.
현재, 전 세계적으로 경작되고 있는 농작물류는 인류의 주식량 공급원으로 활용되어 왔으나, 농지 면적당 수확량이 많지 않고 태양 에너지의 이용률이 극히 낮다. 이에 비해서, 수중에서 태양 에너지와 이산화탄소, 소량 포함된 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 동식물 세포로부터 생산이 불가능한 천연의 희귀물질 생산이 가능하다. 이에 따라, 다양한 종류의 미세 광합성 조류가 연구되고 있는데, 주로 스피룰리나 속(Spirulina sp), 헤마토코커스 속(Haematococcus sp), 클로렐라 속(Chlorella sp), 두날리엘라 속(Dunaliella sp) 등의 미세 광합성 조류에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편, 베타카로틴은 카로티노이드계 적색 색소로 당근, 토마토 등의 녹엽 야채류에 널리 분포되어 있으며, 높은 영양가와 특유의 색으로 인해 식품 첨가제로 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 항암제, 산화 방지제, 피부병 치료제, 항균제 등으로도 유용하게 사용되고 있는 성분으로 다량의 생산이 요구되고 있는데도 상기한 이유로 농작물로부터의 천연 베타카로틴은 대량생산되지 못하고 있다. 따라서, 종래 베타카로틴의 대표적인 생산 방법으로 녹엽 야채류로부터 추출하여 얻는 방법에 따른 문제점인 계절, 기후 변동 등에 따른 생산성 저하와 장시간의 생산기간 및 낮은 생산수율의 문제점을 해결하기 위해, 다양한 연구가 이루어져 왔는데, 예를 들어 대한민국 특허공개번호 2002-0012351호(특허문헌 1)에서는 두날리엘라 살리나를 이용한 천연 베타-카로틴의 생산 방법이라는 명칭으로, 두날리엘라 살리나 균주를 4,000 lx 내지 8,000 lx의 광 조건하에서 고농도로 배양한 후 18,000 lx 내지 21,000 lx의 광 조건하에서 천연 β-카로틴의 생산을 유도하는 단계를 포함하는, 천연 β-카로틴의 생산 방법을 개시하고 있다. 상기 특허문헌 1에서 이용된 두날리엘라 속은 광합성을 하는 녹조류에 속하는 진핵생물로서, 해수의 1/10 정도에 해당하는 염 농도로부터 포화용액에 가까운 5M에 이르는 범위의 염 농도에서도 생존할 수 있는 염 적응 범위가 높은 특성을 가지고, 베타카로틴을 엽록체 내의 틸라코이드 막간 공간에 유성 과립구와 함께 축적하여 생산하는 것으로 알려져 있다. 그런데, 상기 특허문헌 1의 단지 특정한 광 조건하에서 배양하고 β-카로틴의 생산을 유도하는 것을 개시하는 것으로, 효과적으로 베타카로틴을 생산하고 분리 및 정제하는 방법에 대해서는 여전히 만족스럽지 못하며, 따라서 이러한 부분에 대해 많은 연구가 이루어 져 왔는데, 예를 들어 대한민국 특허공개번호 2016-0055714호(특허문헌 2)에서는 미생물의 배양방법 및 그 배양미생물로부터 9-시스 베타카로틴의 분리 및 정제방법이라는 명칭으로, 기체의 미세분사 및 광원 조절에 의해 생성된 광화학적 기체를 이용하여 두날리엘라와 같은 미생물을 배양하는 단계; 및 상기 배양된 미생물로부터 9-시스 베타카로틴(9-cis β-카로틴)을 분리 및 정제하는 단계;를 포함하는, 미생물로부터 9-시스 베타카로틴의 생산방법을 개시하고 있으며, 이와 같이 기체의 미세분사 및 광원 조절에 의해 배양된 미생물로부터 분리 및 정제됨으로써, 생산이 용이하고, 또한 친환경적으로 대량생산이 가능하고, 우수한 순도를 나타내는 효과가 있다고 기술하고 있다.
그러나, 상기한 특허문헌 2의 방법은 비록 베타카로틴을 친환경적으로 대량생산하고 우수한 순도로 생산할 수 있다고는 하지만, 여전히 생산된 수율이 만족할만한 수준으로 되지는 않는다는 문제점이 있으며, 한편 이러한 문제점을 극복하기 위한 또 다른 방법으로 베타카로틴을 화학적으로 합성하는 방법이 시도된 바 있으나, 이러한 합성 베타카로틴은 안전성이 확립되지 못한 단점이 있다.
따라서, 본 발명자 등은 상기한 종래의 문제점을 인지하고 이로부터 안전성이 확보된 천연 베타카로틴을 효율적이고 경제적으로 생산할 수 있는 방법에 대해 예의 연구한 결과, 본 발명자 등은 특정한 해양 미세 조류를 이용하여 천연 베타카로틴을 생산함에 있어 특정한 성장 촉진액을 사용하므로 효율적으로 베타카로틴을 생산할 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 기술적 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주요 목적은 안전성이 확보된 천연 베타카로틴을 빠른 시간 내에 효율적이고 경제적으로 생산할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같이 높은 영양가를 가지고 다양한 용도로 유용하게 사용되는 베타카로틴을 안정성이 높은 천연 베타카로틴으로 효과적으로 생산하기 위한 베타카로틴 생산 미세 조류를 효과적으로 성장시킬 수 있는 미세 조류 성장 촉진액을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 미세 조류 성장 촉진액에 의해 다량으로 생산된 안정성이 높은 천연 베타카로틴을 베타카로틴 생산 미세 조류로부터 효과적으로 분리하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 미세 조류 성장 촉진액에 의해 다량으로 생산되고 분리된 베타카로틴을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
상기한 발명의 목적을 달성하기 위해 예의 연구한 결과 베타카로틴을 생산하는 미세 조류들은 질소 함량이 낮고, 햇빛이 강하고, 염 농도가 높은 곳에서 발견된다는 사실과, 이들 미세 조류는 상기한 강한 환경적 스트레스 조건에 노출되는 경우에 세포 내에 베타카로틴을 다량 축적하여 황록색에서 오랜지색을 띠는 것과, 이들 베타카로틴은 엽록체 내의 틸라코이드 막간 공간에 유성 과립구와 함께 축적되는 것으로 보고되었으며, 이렇게 축적된 베타카로틴은 강한 빛으로부터 광합성계를 보호하기 위한 것으로 작용기전에 근거한다는 판단에 기초하여, 이로부터 이러한 작용기전을 가장 효율적으로 작동시킬 수 있는 미세 조류 성장 촉진액 조성을 밝혀내어 상기한 본 발명의 목적을 달성할 수 있었다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 조류 성장 촉진액은;
해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로서,
상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 30 내지 40 중량%에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 60 내지 70중량%를 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 염화구리(CuCl2)를 주 성분으로 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 염화구리(CuCl2)는 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 주 성분으로 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 35 내지 45 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올은 발효하여 얻은 막걸리를 2일 내지 3일 정치하여 상등부 2/3의 맑은 부분을 제거하고 가라 앉은 나머지 1/3을 얻어 사용함을 특징으로 한다. 이와 같이 얻어진 막걸리의 침전된 부분은 주정성분인 에탄올을 상당부분 포함하면서 막걸리의 통상적인 주원료인 녹말로부터 얻어진 성분으로서 식물의 생육에 필요한 각종 영향 성분과 방향성 물질을 함유하고 있다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 베타카로틴 생산 미세 조류로부터 천연 베타카로틴을 분리하는 방법은;
베타카로틴을 생산하는 미세 조류를 해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로 배양하고, 배양된 미세 조류를 산 침출이나 알카리성 추출의 방법을 사용하여 미세 조류로부터 베타카로틴을 추출하며,
여기서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 30 내지 40 중량%에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 60 내지 70중량%를 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 미세 조류 성장 촉진액임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 산 침출 방법은 미세 조류 고형물을 pH 4 내지 5의 물에 1시간 동안 침지하는 단계, 그 후 샘플을 약 2,500 내지 4,000 rpm으로 수 분간 원심분리하는 단계, 및 상청액을 제거하고 잔여 고체를 희석 산으로 3회 세정하고 동결건조하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 알칼리성 추출 방법은 미세 조류 고형물을 pH 10 내지 12의 물에 1시간 동안 침지하는 단계, 그 후 pH-조정된 물을 부가하는 단계, 그런 다음을 약 2,500 내지 4,000 rpm으로 원심분리하는 단계, 상청액을 제거하고 상청액을 pH 4.5의 산으로 중화한 뒤 원심분리하는 단계, 및 잔여 고체를 희석 산으로 3회 세정하고 동결건조하는 단계로 구성됨을 특징으로 한다.
상기한 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 베타카로틴은;
베타카로틴을 생산하는 미세 조류를;
해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로서,
상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 30 내지 40 중량%에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 60 내지 70중량%를 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 미세 조류 성장 촉진액으로 성장시킨 후 상기한 본 발명의 방법에 따라 분리하여 얻은 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구성에 따르면, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 염화구리(CuCl2)를 주 성분으로 포함하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 염화구리(CuCl2)는 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 주 성분으로 포함하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 35 내지 45 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 구성에 따르면, 상기 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올은 발효하여 얻은 막걸리를 2일 내지 3일 정치하여 상등부 2/3의 맑은 부분을 제거하고 가라 앉은 나머지 1/3을 얻어 사용하는 것임을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 미세 조류 성장 촉진액은 특정한 구성의 배양액을 사용하여 미세 조류의 성장을 촉진시키면서, 이들 조류가 베타카로틴을 고농도로 생산할 수 있는 생장 촉진액을 제공하여 베타카로틴을 대량 생산할 수 있도록 하여 상기한 종래의 문제점을 해결한다. 더욱이, 본 발명에 따른 미세 조류에서 다양한 방법을 통해 베타카로틴을 추출 및 분리가 용이하게 하고, 또한 주 에너지원으로 태양 에너지를 사용함으로써 지구상에 조사되는 태양에너지의 효율적이 이용이 가능하며, 탄소원으로 이산화탄소를 사용하고 부산물로 산소를 방출하는 광합성 과정을 갖고 있어 대기오염을 낮추는 기능까지도 가지고 있는 미세 조류의 성장을 용이하게 촉진할 수 있도록 하면서 유용한 성분인 베타카로틴을 다량으로 생산할 수 있는 방법을 제공하는 환경친화적인 기술을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 미세 조류 성장 촉진액을 제조하는 제조공정 흐름도이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고로 하여 바람직한 실시형태에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명의 범주가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 명세서에서, 본 실시형태는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로서, 본 발명의 범주는 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시형태들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명하지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어들은 실시형태를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명에서 사용된 것으로, 용어 "미세 조류"는 뿌리, 줄기와 잎이 구별되지 않으면서 광합성을 하는 생물로 육안으로 개체가 식별되는 거대조류와 구별되는 현미경상에서 관찰이 가능한 생물을 의미하는 것으로서, 이러한 미세 조류는 지구 전체에 다양하게 존재하며 아직 밝혀지지 않은 종이 더 많은 것으로 알려져 있지만 지구 생태계 먹이사슬에서 최하위에 위치하여 지구상 생물의 주요 근원적인 먹이이며 광합성을 통해 지구상에 공급되는 산소 양의 약 반 정도를 생산하고 있는 생물군을 지칭한다.
본 발명에서 사용된 것으로, 용어 "미세 조류 성장 촉진액"은 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 통상적인 막걸리를 증류하여 이로부터 증류하여 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)에 조류성장에 필요한 원소인 탄소, 질소, 인, 황, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 철, 망간, 구리, 아연, 몰리브덴, 붕소, 규소 등으로 구성된 미량원소를 포함하는 혼합성분을 부가하여 혼합하고, 추가적으로 요망되는 부가 성분을 더 혼합하여 얻은 혼합물을 지칭하는 것으로서, 본 촉진액은 상기한 미세 조류를, 본 발명의 촉진액을 사용하지 않고 생산한 것에 비하여 성장속도와 베타카로틴 등의 체내 성분의 생산량을 적어도 50% 이상, 바람직하기로는 80% 이상, 가장 바람직하기로는 100% 이상 증가시키는 조성물을 의미한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 미세 조류 성장 촉진액을 제조하는 제조공정 흐름도이다. 도 1을 참고로 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 미세 조류 성장 촉진액은 해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액을 준비하는 단계 (S1), 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올은 발효하여 얻은 막걸리를 2일 내지 3일 정치하여 상등부 2/3의 맑은 부분을 제거하고 가라 앉은 나머지 1/3의 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분을 얻는 단계(S2), 상기 막걸리 술밑 성분에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 일정 비율로 부가하는 단계(S3); 상기 막걸리 술밑 성분과 미량원소의 혼합물을 얻는 단계(S4); 및 상기 미세 조류 성장 촉진액에 상기 단계 S4에서 얻은 혼합물을 부가하는 단계(S5)에 의해 제조될 수 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리의 침전된 부분을 일정 비율로 포함하며, 이러한 부분은 주정성분인 에탄올을 상당부분 포함하면서 막걸리의 통상적인 주원료인 녹말로부터 얻어진 성분으로서 식물의 생육에 필요한 각종 영향 성분과 방향성 물질을 함유하고 있어, 미세 조류의 성정을 효과적을 촉진할 수 있을 뿐만 아니라, 미세 조류의 체내에 유효성분인 베타카로틴을 고농도로 생산하고 축적할 수 있게하는 작용을 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액은 염화구리(CuCl2)를 주성분으로 포함할 수 있으며, 이때 염화구리(CuCl2)는 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 만일, 염화구리(CuCl2)를 30 중량% 미만으로 포함하면 미세조류의 성장 촉진효과가 현저하게 저하하고, 50 중량%를 초과하는 경우 베타카로틴의 생산능 증가에 악영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 주성분으로 포함할 수 있으며, 이때 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 35 내지 45 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 만일, 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 35 중량% 미만으로 포함하면 미세조류의 성장 촉진효과가 현저하게 저하하고, 반대로 45 중량%를 초과하는 경우 베타카로틴의 생산능 증가에 악영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액은, 예를 들어 두날리엘라 살리나를 포함한 미세 조류의 생장 및 베타카로틴을 생산하기 위한 촉진액으로, 이들 두날리엘라 살리나의 생장 배지는, 예를 들어 NaCl 0.1 내지 50M, Mg 이온 0.05 내지 500mM, K 이온 0.1 내지 10mM, Ca 이온 0.1 내지 20mM을 포함하는 pH 7 내지 9의 완충용액으로 구성될 수 있다. 상기한 배지에 또한 FeCl3와 같은 철 공급원, NO3와 같은 질소원, 암모니아 공급원, 인산을 추가로 포함할 수 있고, 또한, 탄소원으로서는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 첨가하거나 CO2, CaCO3 등을 공급할 수 있다. 또한, 미량 원소를 공급하기 위해, 여기에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 H3BO3, CuCl2, CoCl2, ZnCl2, NaVO3, Na2MoO4 등이 첨가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 미세 조류 성장 촉진액은 상기한 두날리엘라 살리나에 구애됨이 없이 조류 배양시 성장 배지에 투여해주면 촉진액 속에 함유되어 있는 주정성분인 에탄올이 조류 체내로 강하게 흡수 확산되면서 이에 함유되어 있는 다른 미량원소를 포함한 각종 영양소를 신속하게 세포 안으로 순환 공급시켜 줌에 따라 미세 조류의 성장촉진을 도모하고 나아가 체내에 베타카로틴과 같은 유용성분의 생성과 축적을 용이하게 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따른 미세 조류 성장 촉진액에 의해 배양된 미세 조류는 에탄올에 의해 미세 조류의 탈수 및 추출 수확을 통해 조류 물질은 전형적으로 약 3 내지 8 %(w/w)의 고체를 함유한다. 이것을, 이에 제한되지는 않지만, 막 여과, 원심분리, 가열, 침전 또는 부유와 같은 통상적으로 공지된 임의의 분류 방법을 이용하여 탈수할 수 있으며, 부유 또는 침강을 보조하기 위해 응집제를 사용할 수 있다. 이러한 분리 방법의 전형적인 결과는 약 10% w/w 이상의 고체를 함유하는 미세 조류 슬러리를 얻고, 이를 더욱 탈수하기 위하여, 또 다른 탈수 방법을 사용하여 일부의 잔여하는 유리 물을 제거하고 더욱 고농도의 고체 농도를 얻을 수 있다.
상기와 같은 방법에 의해 얻은 미세 조류 고형물을, 예를 들어 다음과 같은 산 침출이나 알카리성 추출의 방법을 사용하여 미세 조류 고형물로부터 베타카로틴을 추출할 수 있다.
산 침출 방법은 미세 조류 고형물을 pH 4 내지 5의 물에 1시간 동안 침지하고, 그 후 샘플을 약 2,500 내지 4,000 rpm으로 수 분간 원심분리하고, 상청액을 제거하고 잔여 고체를 희석 산으로 3회 세정하고 동결건조하여 베타카로틴을 얻을 수 있다.
알칼리성 추출 방법은 미세 조류 고형물을 pH 10 내지 12의 물에 1시간 동안 침지하고, 그 후 pH-조정된 물을 부가하고, 그런 다음을 약 2,500 내지 4,000 rpm으로 수 분간, 예를 들어 바람직하기로는 3분간 원심분리하고, 상청액을 제거하고, 상청액을 pH 4.5의 산으로 중화한 뒤 원심분리한 후, 잔여 고체를 희석 산으로 3회 세정하고 동결건조하여 베타카로틴을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 일 실시예를 통하여 보다 자세하게 기술하지만, 본 발명의 범위가 여기에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
실시예 1
해수 10L에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 8로 조절된 미세 조류 성장 촉진액을 준비하였다.
한편, 별도로 발효하여 얻은 막걸리를 2일 동안 정치하여 상등부 2/3의 맑은 부분을 제거하고 가라앉은 나머지 1/3의 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 3L를 얻고, 여기에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 성분 7L를 부가하여 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 미리 준비한 미세 조류 성장 촉진액에 1L 부가하여 본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액을 제조하였다.
실시예 2
상기 혼합물을 미리 준비한 미세 조류 성장 촉진액에 2L 부가하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액을 제조하였다.
실시예 3
상기 혼합물을 미리 준비한 미세 조류 성장 촉진액에 3L 부가하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액을 제조하였다.
비교예 1
상기 혼합물을 미리 준비한 미세 조류 성장 촉진액에 4L 부가하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 미세 조류 성장 촉진액을 제조하였다.
비교예 2
상기 혼합물 제조시 막걸리 술밑 성분을 통상의 해수로 사용하는 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액을 제조하였다.
실험예 1
미세 조류 배양
한국해양 미세 조류 은행에서 분양받은 광합성 미세조류인 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina, KMCC 1064)를 상기 각각의 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 미세 조류 성장 촉진액으로 배양하였다.
실험예 2
상기 실험예 1에 따라 배양한 미세 조류 배양물로부터의 베타카로틴을 다음과 같은 방법으로 각각 추출하였다.
- 산 침출: 각 실시예 및 비교예에 따라 배양된 조류 배양물을 pH 4.5의 물에 2시간 동안 침지한 후 3000 rpm으로 3분간 원심분리하고, 상청액을 제거한 후, 잔여 고체를 희석 산(pH 4.5)으로 3회 세정하고 동결건조하여, 베타카로틴을 얻고 그 결과를 다음 표 1에 나타냈다.
- 알칼리성 추출: 각 실시예 및 비교예에 따라 배양된 조류 배양물을 pH 11의 물에 2시간 동안 침지한 후, pH-조정된 물을 부가하고, 그 후 3000 rpm으로 3분간 원심분리하고, 상청액을 제거하고, 수득한 상청액을 산(pH 4.5)으로 중화한 뒤 원심분리했다. 그런 다음 잔류 고체를 희석 산(pH 4.5)으로 3회 세정하고 동결건조하여, 베타카로틴을 얻고 그 결과를 다음 표 1에 나타냈다.
| 구분 | 산 침출 베타카로틴 수율(g) | 알카리성 추출 베타카로틴 수율(g) | |
| 실시예 1 | 60 | 42 | |
| 실시예 2 | 68 | 49 | |
| 실시예 3 | 65 | 46 | |
| 비교예 1 | 52 | 28 | |
| 비교예 2 | 26 | 12 | |
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세 조류 성장 촉진액 및 이를 제조하는 방법, 이를 분리하는 방법 등에 대한 기술적 사상은 바람직한 실시형태에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시형태는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
(사용부호 없음)
Claims (15)
- 해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로서,
상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 30 내지 40 중량%에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 60 내지 70중량%를 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 것임을 특징으로 하는 미세 조류 성장 촉진액.
- 제1항에 있어서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 염화구리(CuCl2)를 주 성분으로 포함함을 특징으로 하는 미세 조류 성장 촉진액.
- 제2항에 있어서, 상기 염화구리(CuCl2)는 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 하는 미세 조류 성장 촉진액.
- 제1항에 있어서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 주 성분으로 포함함을 특징으로 하는 미세 조류 성장 촉진액.
- 제4항에 있어서, 상기 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 35 내지 45 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 하는 미세 조류 성장 촉진액.
- 제1항에 있어서, 상기 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올은 발효하여 얻은 막걸리를 2일 내지 3일 정치하여 상등부 2/3의 맑은 부분을 제거하고 가라 앉은 나머지 1/3을 얻어 사용함을 특징으로 하는 미세 조류 성장 촉진액.
- 베타카로틴을 생산하는 미세 조류를 해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로 배양하고, 배양된 미세 조류를 산 침출이나 알카리성 추출의 방법을 사용하여 미세 조류로부터 베타카로틴을 추출하며,
여기서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 30 내지 40 중량%에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 60 내지 70중량%를 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 미세 조류 성장 촉진액임을 특징으로 하는 베타카로틴 생산 미세 조류로부터 천연 베타카로틴을 분리하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 산 침출 방법은 미세 조류 고형물을 pH 4 내지 5의 물에 1시간 동안 침지하는 단계, 그 후 샘플을 약 2,500 내지 4,000 rpm으로 수 분간 원심분리하는 단계, 및 상청액을 제거하고 잔여 고체를 희석 산으로 3회 세정하고 동결건조하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 베타카로틴 생산 미세 조류로부터 천연 베타카로틴을 분리하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 알칼리성 추출 방법은 미세 조류 고형물을 pH 10 내지 12의 물에 1시간 동안 침지하는 단계, 그 후 pH-조정된 물을 부가하는 단계, 그런 다음을 약 2,500 내지 4,000 rpm으로 원심분리하는 단계, 상청액을 제거하고 상청액을 pH 4.5의 산으로 중화한 뒤 원심분리하는 단계, 및 잔여 고체를 희석 산으로 3회 세정하고 동결건조하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 베타카로틴 생산 미세 조류로부터 천연 베타카로틴을 분리하는 방법.
- 베타카로틴을 생산하는 미세 조류를;
해수에 석탄 및 수산화나트륨을 첨가하고 산화처리하여 pH 7 내지 9로 조절된 미세 조류 성장 촉진액으로서,
상기 미세 조류 성장 촉진액은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분 30 내지 40 중량%에 40mM 트리스-HCl(pH 7.5), 25mM NaHCO3, 10M NaCl, 4mM KNO3, 4mM MgSO4, 3mM CaCl2, 3mM KH2PO4, 2mM FeCl3, 1.5mM H3BO3, 1mM MnCl2, 0.8mM ZnCl2, 0.3mM CuCl2, 0.2mM CoCl2, 8mM EDTA(pH 7.5)가 동일비로 구성된 미량원소를 함유하는 혼합성분을 60 내지 70중량%를 혼합하여 얻은 혼합물을 미세 조류 성장 촉진액의 중량대비 10 중량% 내지 30중량% 부가하여 얻어진 미세 조류 성장 촉진액으로 성장시킨 후 상기한 본 발명의 방법에 따라 분리하여 얻은 것임을 특징으로 하는 베타카로틴.
- 제10항에 있어서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 염화구리(CuCl2)를 주 성분으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 베타카로틴.
- 제11항에 있어서, 상기 염화구리(CuCl2)는 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 하는 베타카로틴.
- 제10항에 있어서, 상기 미세 조류 성장 촉진액은 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 주 성분으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 베타카로틴.
- 제13항에 있어서, 상기 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 미세 조류 성장 촉진액에 부가되는 혼합물의 총 중량을 기준으로 35 내지 45 중량%의 범위로 포함된 것임을 특징으로 하는 베타카로틴.
- 제10항에 있어서, 상기 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올(Entanol)을 포함하는 막걸리 술밑 성분은 막걸리로부터 얻은 주정성분 에탄올은 발효하여 얻은 막걸리를 2일 내지 3일 정치하여 상등부 2/3의 맑은 부분을 제거하고 가라 앉은 나머지 1/3을 얻어 사용하는 것임을 특징으로 하는 베타카로틴.
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