KR20240026429A - 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가-3 지방산을 포함하는 바이오매스를생산하는 신규한 스키조키트리움 속 균주 및 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가3 지방산을 포함하는 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 균주 및 이를 이용한 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가3 지방산을 함유하는 바이오매스 생산방법에 관한 것으로, 본 발명의 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 균주는 세포 내 글루탐산, 알지닌 및 아스파르트산 등의 아미노산을 포함하는 고함량의 단백질 성분, 베타카로틴 및 칸타산틴의 항산화 색소, 및 에이코사펜타엔산와 도코사헥사엔산을 포함하는 오메가-3 불포화지방산 성분을 동시에 포함하는 특성을 가지므로, 균주 그 자체 또는 균주의 배양 및 발효에 의해 생산된 바이오매스 및 바이오오일은 사료용 조성물 또는 식품용 조성물 등으로 유용하게 활용될 수 있다.

Description

고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가-3 지방산을 포함하는 바이오매스를생산하는 신규한 스키조키트리움 속 균주 및 이의 용도{Novel Schizochytrium sp. strain producing a biomass containing high protein content, antioxidant pigments and omega-3 fatty acid and uses thereof}

본 발명은 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가3 지방산을 포함하는 바이오매스를 생산하는 신규한 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.) 균주 및 이를 이용한 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가3 지방산을 함유하는 바이오매스 생산방법에 관한 것이다.

생물이 생명을 유지하고 성장, 발육하기 위해서는 외부에서 여러 가지 영양 물질을 체내로 섭취하여 이용해야 한다. 영양물질은 열량에 주로 이용되는 당류, 지질 성분의 열량소와 단백질, 무기질의 구성 영양소 그리고 비타민 등의 조절 영양소로 크게 분류할 수 있다. 이 중, 단백질 성분은 생물체 내의 구성 성분, 세포 안의 각종 화학반응의 효소로서의 촉매 역할, 항체를 형성하여 면역을 담당하는 등의 여러 가지 중요한 역할을 수행함으로 특히 체내에의 공급과 소비가 중요하다.

영양학적으로 품질이 우수한 동물성 단백원이 가장 큰 시장을 형성하며 소비되어 왔지만, 최근 인구 증가와 온실 가스 저감 등의 환경적인 이슈 대응 및 동물 복지 증진 등의 전세계적인 사회적 변화에 발맞추어 식물성 단백원이 많은 주목을 받고 있다. 식물성 단백질 공급원으로 가장 잘 알려진 것은 대두로서, 그 자체로서의 식품 단백질로 활용되거나 식품용 오일을 추출하고 남은 잔류물인 대두박을 동물 사료로서 활용하고 있다. 그러나 대두 단백질의 수요가 증가함에 따라 대두 집중 경작에 따른 생물 다양성의 부족 및 이에 따른 다른 식물에의 피해 발생, 유전적 변형(GMO) 종자의 확대에 따른 이슈 등으로부터 자유롭지 못하다. 또한 사료로서의 활용 시에 탄수화물 조성 비율이 높아 소화율이 낮고, 피틴산(Phytic acid)의 함유량이 높아 단백질 흡수 저하 및 미네랄 이용성의 저하 등의 문제가 있다. 또한 대두 경작 시 활용되는 잔류 농약 성분과 기타 곰팡이 등의 유해 미생물 오염 이슈가 여전히 존재한다.

이에 대한 대안으로서, 식물성 플랑크톤인 미세조류를 활용한 SCP(Single Cell Protein) 형태의 단백질이 주목을 받고 있다. 특히 스피룰리나 및 클로렐라가 잘 알려져 있다. 필수 아미노산을 포함한 다양한 아미노산 조성의 단백질 성분을 함유하여 영양학적으로 우수하지만, 클로로필 성분 유래의 특유의 취(臭)와 맛에 대한 비기호성과 광합성을 통한 배양 및 생산 방식으로 공급가가 높아진다는 단점이 있다.

본 연구에서는 이러한 기존의 식물성 단백원의 단점을 보완할 수 있는 새로운 소재를 제시하고자, 해양 미세조류인 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 균주 유래의 식물성 단백원을 개발하고자 하였다. 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.) 균주는 해양 미세조류로, 체내에 클로로필이 없으며, 종래의 종속발효 방식으로 발효조에서 배양이 가능하다. 이를 통해, 잔류 농약 및 기타 오염원 이슈로부터 자유로우며, 일정한 품질의 제품으로 대량 생산이 가능하다. 또한 세포 내 DHA 와 EPA 를 포함한 오메가 3 성분의 불포화 지방산을 함유할 수 있다는 장점이 있어, 기존 대두박 또는 기타 미생물 유래의 SCP 와 달리 필수지방산을 추가로 공급할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 세포벽이 없이 단백질을 주성분으로 하는 세포막을 가지는 특징으로 체내 소화율 역시 높은 장점을 지닌다.

이러한 장점을 바탕으로, 최근 미세조류를 이용한 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid, DHA), 에이코사펜타엔산 (Eicosapentaenoic acid, EPA), 아라키돈산(Arachidonic acid, ARA), 도코사펜타엔산 (Docosapentaenoic acid, DPA), 및 α-리놀렌산 등과 같은 오메가-3 불포화 지방산(Omega-3 unsaturated fatty acid)을 포함하는 다중불포화 지방산 생산에 관한 연구 및 산업화가 매우 빠르게 진행되고 있다. 일 예로, 미국 특허 제5,130,242호는 스키조키트리움 속 미생물인 스키조키트리움 sp. ATCC20888 (Schizochytrium sp. ATCC20888) 및 스키조키트리움 sp. PTA10208 (Schizochytrium sp. PTA10208)를 이용하여 오메가-3 다중불포화지방산을 제조하는 방법을 개시하고 있다.

본 발명은 고함량의 단백질과 오메가3 지방산 외에 항산화 색소를 동시에 포함 및/또는 이를 생산하는 신규한 스키조키트리움 속의 돌연변이 균주를 제공하여 이를 통한 새로운 식물성 단백질 소재로서의 대량 생산 가능성을 제시한다.

본 출원의 일 예는 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주(기탁번호 KCTC15006BP)를 제공한다.

본 출원의 다른 예는 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 바이오매스를 제공한다.

본 출원의 다른 예는 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 사료용 조성물을 제공한다.

본 출원의 다른 예는 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 식품용 조성물을 제공한다.

본 출원의 다른 예는 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 항산화용 조성물을 제공한다.

본 출원의 다른 예는 상기 스키조키트리움 속 균주를 배양하는 단계; 및

상기 균주의 배양물로부터 카로티노이드 계열의 항산화 색소를 추출하는 단계; 를 포함하는 항산화 색소 생산 방법을 제공한다.

본 출원에서 개시되는 각각의 설명 및 실시 형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다. 또한, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 통상의 실험만을 사용하여 본 출원에 기재된 본 출원의 특정 양태에 대한 다수의 등가물을 인지하거나 확인할 수 있다. 또한, 이러한 등가물은 본 출원에 포함되는 것으로 의도된다.

본 출원의 일 예는 미세조류인 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주(기탁번호 KCTC15006BP)를 제공한다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "트라우스토키트리드(Thraustochytrid)"는 트라우스토키트리알레스(Thraustochytriales) 목의 미세조류를 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어, "스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.)"은 트라우스토키트리알레스 목의 트라우스토키트리아세애(Thraustochytriaceae) 과에 속하는 속명 중 하나로, 용어 "스키조키트리움 속(genus Schizochytrium)"과 혼용될 수 있다. 또한, 상기 용어 "미세조류(microalgae)"는 본 명세서에서“균주”와 혼용될 수 있고, 육안으로 볼 수 없어 현미경을 통해서만 볼 수 있는 수준의 작은 조류이며, 물 속에서 자유로이 부유하여 살아가는 생물을 의미한다. 상기 미세조류에는 다양한 종류가 있으며, 광합성이 불가능하여 종속영양으로만 생장하는 균주까지 포함한다.

본 출원에서는 일 예로, 야생형 스키조키트리움 속 CD01-5000 균주에 감마선을 조사하여 돌연변이를 발생시키고, 상기 돌연변이 균주 중 항산화 색소 생산능이 있는 균주를 선별하여, 이를 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004로 명명하였고, 2022년 6월 20일자로 부다페스트 조약 하의 국제 기탁 기관인 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures: KCTC)에 기탁하여 수탁번호 KCTC15006BP를 부여받았다.

상기 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주는 높은 항산화, 항염 등의 효능을 가진 카로티노이드 계열 항산화 색소를 생산 및/또는 포함하거나, 카로티노이드 계열 항산화 색소 생산능을 가진다.

상기 카로티노이드 계열의 항산화 색소는 베타카로틴(Beta-carotene) 또는 칸타잔틴(Canthaxanthin)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 명세서에서 사용되는, “생산능”이란 미세조류 단위 개체수 또는 단위 건조 중량 당 총 단백질 양 증가, 다가불포화지방산의 양의 증가, 오메가-3 불포화 지방산의 증가, 또는 도코사헥사엔산 (docosahexaenoic acid: DHA) 및 에이코사펜타엔산 (eicosapentaenoic acid: EPA) 양의 증가 또는 생산된 지방산 중 다가불포화 지방산의 상대적 비율 증가, 생산된 총 지방산 또는 다가불포화지방산 중 오메가-3 불포화 지방산의 상대적 비율 증가, 또는 도코사헥사엔산 및 에이코사펜타엔산 양의 상대적 비율 증가; 또는 미세조류 단위 개체수 또는 단위 건조 또는 습 중량 당 총 바이오매스 양 증가, 또는 미세조류 단위 개체수 또는 단위 건조 중량 당 총 카로티노이드 계열의 항산화 색소 양 증가, 베타카로틴 및 칸타잔틴의 양의 증가, 또는 생산된 카로티노이드 계열의 항산화 색소 중 베타카로틴 및 칸타잔틴의 상대적 비율 증가를 포함한다. 상술한 것 중 어느 하나라도 목적하는 유용 물질의 생산 증가로 이어질 수 있으며, 예를 들면 상대적 비율이 증가하는 경우에는 목적하는 유용 물질 증가는 물론, 농도가 높아지게 되어, 분리가 용이해질 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, “카로티노이드(carotenoid)”는 항산화 활성을 가지고 있는 C40 이소프레노이드 화합물(isoprenoid compounds)로서, 분자 구조에 따라 노란색, 적색, 주황색 등 여러 색으로 존재한다. 카로티노이드는 산화로 인한 손상을 방지할 수 있는 항산화 효과, 암을 포함한 질환을 예방 또는 치료하는 효과 및 자외선 노출로부터 피부의 손상을 줄여 주거나 멜라닌 생성을 억제하는 효과가 있음이 알려져 있어 건강식품, 식품 착색제, 동물용 사료 등에 사용되고 있다.

본 명세서의 “베타카로틴(beta-carotene)”은 카로티노이드 계열의 항산화 색소 중 하나로, 거의 모든 카로티노이드들의 전구체이다. 베타카로틴은 황색을 띠는 비타민 A의 전구물질로서 체내에서 비타민 A로 전환되며 난황이나 피부의 착색 효과가 적다. 베타카로틴은 산화로 인한 손상을 방지할 수 있는 항산화 효과, 높은 영양가 및 특유의 색으로 인해 식품 첨가제로 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 유해 산소로 인한 암, 동맥경화증, 관절염, 백내장 등과 같은 성인병을 예방할 수 있어 항암제, 혈관 질환제, 안구 질환제 및 피부 노화와 관련된 산화 방지제 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

본 명세서의 “칸타잔틴(Canthaxanthin)”은 베타카로틴의 산화로 생성되는 카로티노이드 색소의 한 종류로, 오렌지색을 가지며, 4,4' 디케토-베타-카로틴(4,4'-diketo-beta-carotene)으로도 불린다. 칸타잔틴은 화장품 및 식품 착색제; 항산화제(Palozza, P et al., Arch. Biochem. Biophys., 297, 291-295, 1992; Palozza, P et al., Arch. Biochem. Biophys., 325, 145-151, 1996); 항암제(Tanaka, T. et al., Cancer Res., 55, 4059-4064, 1995; Tanaka, T. et al., Carcinogenesis, 16, 2957-2963, 1995; Grubbs, C. J. et al., 48, 239-245, 1991; Katsumura, N. et al., Nutr. Cancer, 26, 203-208, 1996) 등으로 사용되고 있다.

상기 스키조키트리움 속 균주는 고함량의 오메가-3 불포화 지방산을 생산 및/또는 포함한다.

상기 오메가-3 불포화 지방산은 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid: DHA) 또는 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "도코사헥사엔산(docosahexaenoic acid: DHA)"은 C₂₂H₃₂O₂의 화학식을 갖는 다중불포화지방산 중 하나로, 알파-리놀렌산(α-linolenic acid: ALA) 및 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA)과 함께 오메가-3 지방산에 해당하며, 관용명은 세르본산(cervonic acid)이고, 약칭으로 22:6 n-3으로도 표기될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA)"은 C₂₀H₃₀O₂의 화학식을 갖는 다중불포화지방산 중 하나로, ALA 및 DHA와 함께 오메가-3 지방산에 해당하며, 약칭으로 20:5 n-3으로도 표기될 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주는 지방산 총 중량을 기준으로 35 내지 60 중량%의 도코사헥사엔산을 생산 및/또는 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 스키조키트리움 속 균주는 지방산 총 중량을 기준으로 35 내지 60 중량%, 40 내지 60 중량%, 42 내지 60 중량%, 45 내지 60 중량%, 49 내지 60 중량%, 35 내지 55 중량%, 40 내지 55 중량%, 42 내지 55 중량%, 45 내지 55 중량%, 35 내지 50 중량%, 40 내지 50 중량%, 42 내지 50 중량%, 45 내지 50 중량%, 또는 48 내지 52 중량%의 도코사헥사엔산을 생산 및/또는 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주는 지방산 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%의 에이코사펜타엔산을 생산 및/또는 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 스키조키트리움 속 균주는 지방산 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%, 0.5 내지 5 중량%, 0.7 내지 5 중량%, 1 내지 5 중량%, 1.5 내지 5 중량%, 2 내지 5 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.5 내지 3 중량%, 1 내지 3 중량%, 1.5 내지 3 중량%, 2 내지 3 중량%, 0.1 내지 2.5 중량%, 0.5 내지 2.5 중량%, 1 내지 2.5 중량%, 1.5 내지 2.5 중량%, 1.7 내지 2.5 중량%, 2 내지 2.5 중량%, 또는 1.8 내지 2.4 중량%의 에이코사펜타엔산을 생산 및/또는 포함하는 것일 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주의 유전체(genomic) DNA는 서열번호 5 (tgcttgcttgctttt)의 염기서열을 연속적으로 두번 포함하는 서열을 포함하는 것일 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주의 유전체(genomic) DNA는 야생형인 스키조키트리움 속 CD01-5000 균주(스키조키트리움 속 CD03-7004 변이 균주의 모균주)의 서열번호 2의 염기서열에서 15개의 뉴클레오티드가 추가된 염기서열을 포함하는 것일 수 있고, 상기 15개의 뉴클레오티드는 “tgcttgcttgctttt(서열번호 5)”일 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주의 유전체(genomic) DNA는 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 것일 수 있다.

본 명세서에 있어서, 서열번호 1의 염기서열은 프라이머 세트, 프로브 등을 이용하여 확인할 수 있고, 구체적으로, 프라이머 세트로 확인할 수 있으며, 보다 구체적으로, 서열번호 3으로 이루어진 프라이머 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머를 포함하는 프라이머 세트를 이용하여 확인할 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주는 서열번호 3으로 이루어진 프라이머 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머를 포함하는 프라이머 세트를 이용하여 야생형 균주로부터 확인(선별, 선택)할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 본 발명의 신규한 스키조키트리움 속 돌연변이 균주와 야생형 균주의 전체 유전체 서열을 비교한 결과, 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주는 모균주인 야생형 CD01-5000 균주의 유전체에서 15 bp의 뉴클레오티드가 추가된 부분이 있음을 확인하였고, 이를 이용하여 해당 부분을 포함하는 DNA 단편을 증폭할 수 있는 프라이머 세트로 PCR 결과, 모균주인 야생형 균주와 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주를 구별(확인, 선별, 선택)할 수 있음을 확인하였다.

본 출원은 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주를 확인(선별)하기 위한 프라이머 세트를 제공한다.

상기 프라이머 세트는 서열번호 3로 이루어진 프라이머 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머를 포함하는 프라이머 세트일 수 있다.

상기 프라이머 세트가 증폭하는 염기서열은 서열번호 1 및/또는 서열번호 2의 염기서열인 것일 수 있다.

상기 프라이머 세트를 이용하여 증폭된 DNA 단편의 크기를 비교하여 스키조키트리움 속 CD03-7004 균주를 야생형 스키조키트리움 속 CD01-5000 균주로부터 구별(확인, 선별, 선택)할 수 있다.

또한, 본 출원은 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 바이오매스 또는 바이오오일을 제공한다.

상기 스키조키트리움 속 균주는 상술한 바와 같다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "바이오매스(biomass)"는 화학적 에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 생물체, 즉 바이오에너지의 에너지원을 의미하며, 생태학적으로 단위 시간 및 공간 내에 존재하는 특정 생물체의 중량 또는 에너지량을 의미하기도 한다. 또한, 상기 바이오매스는 세포에 의해 분비되는 화합물을 포함하지만 이에 제한되지 않고, 세포 외 물질뿐만 아니라 세포 및/또는 세포 내 내용물을 함유하는 것일 수 있다. 본 출원에서 상기 바이오매스는 스키조키트리움 속 균주 그 자체, 이의 배양물, 이의 건조물, 이의 파쇄물, 또는 상기 균주를 배양하거나 발효하여 생산된 산물일 수 있으며, 또는 상기 바이오매스의 농축물 또는 건조물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 스키조키트리움 속 균주의 "배양물"은 상기 균주를 배양하여 생성된 산물을 지칭하는 것으로, 구체적으로 균주를 포함하는 배양액 또는 상기 배양액에서 균주가 제거된 배양여액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 스키조키트리움 속 균주 배양물의 "건조물"은 상기 균주의 배양물에서 수분이 제거된 것으로, 예를 들어 상기 균주의 건조 균체 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 건조물의 "파쇄물"은 상기 균주의 배양물에서 수분이 제거된 건조물을 파쇄한 결과물을 총칭하는 것으로, 예를 들어 건조 균체 분말일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 스키조키트리움 속 균주의 배양물은 미세조류 배양 배지에 상기 균주를 접종하고, 당업계에 공지된 배양 방법에 따라 제조될 수 있고, 상기 배양물의 건조물 및 이의 파쇄물 역시 당업계에 공지된 균주 또는 배양액의 처리 또는 건조 방법에 따라 제조될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "바이오오일(bio-oil)"은 생물학적, 열화학 그리고 물리화학 추출공정에 의해 바이오매스로부터 얻어지는 오일을 의미하며, 본 출원에서 제조된 바이오오일은 다중불포화지방산을 함유하는 것일 수 있고, 구체적으로 DHA 및 EPA를 함유하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서, 상기 바이오오일은 바이오매스의 추출물을 포함하는 것일 수 있다.

상기 바이오오일 추출물을 제조하는 방법으로, 세포막 또는 세포벽 성분을 파쇄 또는 용해시키는 방법에 따라 프로테아제, 셀룰라아제, 펙티나아제 또는 키티나아제 등의 효소를 활용하는 방법, 호모게나이저, 초음파 분쇄기, 비드 처리 등을 이용하여 물리적으로 세포막 또는 세포벽 성분을 파쇄하는 방법, 용매를 직접 첨가하여 세포 내 투과하여 추출하는 방법, 다양한 파쇄 공정 후에 원심분리 과정을 통해 분리하는 무용매 추출 공정 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 카로티노이드 계열 항산화 색소를 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 바이오매스 총 중량을 기준으로 10 mg/kg 이상, 20 mg/kg 이상, 30 mg/kg 이상, 40 mg/kg 이상, 50 mg/kg 이상, 60 mg/kg 이상, 70 mg/kg 이상, 80 mg/kg 이상, 90 mg/kg 이상, 100 mg/kg 이상, 110 mg/kg 이상, 10 내지 200 mg/kg, 30 내지 200 mg/kg, 50 내지 200 mg/kg, 70 내지 200 mg/kg, 90 내지 200 mg/kg, 100 내지 200 mg/kg, 110 내지 200 mg/kg, 10 내지 150 mg/kg, 30 내지 150 mg/kg, 50 내지 150 mg/kg, 70 내지 150 mg/kg, 90 내지 150 mg/kg, 100 내지 150 mg/kg, 110 내지 150 mg/kg, 10 내지 120 mg/kg, 30 내지 120 mg/kg, 50 내지 120 mg/kg, 70 내지 120 mg/kg, 90 내지 120 mg/kg, 100 내지 120 mg/kg, 또는 110 내지 120 mg/kg의 카로티노이드 계열 항산화 색소를 포함하는 것일 수 있다.

상기 카로티노이드 계열의 항산화 색소는 베타카로틴(Beta-carotene) 또는 칸타잔틴(Canthaxanthin)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 바이오매스 총 중량을 기준으로 0.1 mg/kg 이상, 0.5 mg/kg 이상, 1 mg/kg 이상, 1.5 mg/kg 이상, 2 mg/kg 이상, 2.5 mg/kg 이상, 0.1 내지 5 mg/kg, 0.5 내지 5 mg/kg, 1 내지 5 mg/kg, 1.5 내지 5 mg/kg, 2 내지 5 mg/kg, 2.5 내지 5 mg/kg, 0.1 내지 4 mg/kg, 0.5 내지 4 mg/kg, 1 내지 4 mg/kg, 1.5 내지 4 mg/kg, 2 내지 4 mg/kg, 2.5 내지 4 mg/kg, 0.1 내지 3 mg/kg, 0.5 내지 3 mg/kg, 1 내지 3 mg/kg, 1.5 내지 3 mg/kg, 2 내지 3 mg/kg, 또는 2.5 내지 3 mg/kg의 베타카로틴을 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 바이오매스 총 중량을 기준으로 10 mg/kg 이상, 20 mg/kg 이상, 30 mg/kg 이상, 40 mg/kg 이상, 50 mg/kg 이상, 60 mg/kg 이상, 70 mg/kg 이상, 80 mg/kg 이상, 90 mg/kg 이상, 100 mg/kg 이상, 110 mg/kg 이상, 10 내지 200 mg/kg, 30 내지 200 mg/kg, 50 내지 200 mg/kg, 70 내지 200 mg/kg, 90 내지 200 mg/kg, 100 내지 200 mg/kg, 110 내지 200 mg/kg, 10 내지 150 mg/kg, 30 내지 150 mg/kg, 50 내지 150 mg/kg, 70 내지 150 mg/kg, 90 내지 150 mg/kg, 100 내지 150 mg/kg, 110 내지 150 mg/kg, 10 내지 120 mg/kg, 30 내지 120 mg/kg, 50 내지 120 mg/kg, 70 내지 120 mg/kg, 90 내지 120 mg/kg, 100 내지 120 mg/kg, 또는 110 내지 120 mg/kg의 칸타잔틴을 포함하는 것일 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 고함량의 단백질을 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 바이오매스 총 중량을 기준으로 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 75 중량% 이상, 60 내지 90 중량%, 65 내지 90 중량%, 70 내지 90 중량%, 75 내지 90 중량%, 60 내지 85 중량%, 65 내지 85 중량%, 70 내지 85 중량%, 75 내지 85 중량%, 60 내지 80 중량%, 65 내지 80 중량%, 70 내지 80 중량%, 또는 75 내지 80 중량%의 조단백을 포함하는 것일 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 고함량의 오메가-3 불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 지방산 총 중량을 기준으로 42 중량% 이상, 45 중량% 이상, 50 중량% 이상, 52 중량% 이상, 55 중량% 이상, 60 중량% 이상, 65 중량% 이상, 70 중량% 이상, 42 내지 70 중량%, 45 내지 70 중량%, 50 내지 70 중량%, 52 내지 70 중량%, 55 내지 70 중량%, 42 내지 65 중량%, 45 내지 65 중량%, 50 내지 65 중량%, 52 내지 65 중량%, 55 내지 65 중량%, 42 내지 60 중량%, 45 내지 60 중량%, 50 내지 60 중량%, 52 내지 60 중량%, 또는 55 내지 60 중량%의 오메가-3 불포화 지방산을 포함하는 것일 수 있다.

상기 오메가-3 불포화 지방산은 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid: DHA) 또는 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 지방산 총 중량을 기준으로 5 내지 60 중량%, 40 내지 60 중량%, 42 내지 60 중량%, 45 내지 60 중량%, 49 내지 60 중량%, 35 내지 55 중량%, 40 내지 55 중량%, 42 내지 55 중량%, 45 내지 55 중량%, 35 내지 50 중량%, 40 내지 50 중량%, 42 내지 50 중량%, 45 내지 50 중량%, 또는 48 내지 52 중량%의 도코사헥사엔산을 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 일 예에서, 상기 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오매스는 지방산 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%, 0.5 내지 5 중량%, 0.7 내지 5 중량%, 1 내지 5 중량%, 1.5 내지 5 중량%, 2 내지 5 중량%, 0.1 내지 3 중량%, 0.5 내지 3 중량%, 1 내지 3 중량%, 1.5 내지 3 중량%, 2 내지 3 중량%, 0.1 내지 2.5 중량%, 0.5 내지 2.5 중량%, 1 내지 2.5 중량%, 1.5 내지 2.5 중량%, 1.7 내지 2.5 중량%, 2 내지 2.5 중량%, 또는 1.8 내지 2.4 중량%의 에이코사펜타엔산을 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 다른 하나의 양태는 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 조성물을 제공한다.

상기 조성물은 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주 유래 바이오매스, 상기 균주 유래 바이오오일, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.

상기 조성물은 용액, 분말, 또는 현탁액 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 조성물은 예를 들어, 식품용 조성물, 사료용 조성물 또는 사료 첨가제 조성물일 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "사료 조성물"은 동물에게 급여되는 먹이를 지칭한다. 상기 사료 조성물은 동물의 생명을 유지, 또는 고기, 젖 등을 생산하는데 필요한 유기 또는 무기 영양소를 공급하는 물질을 말한다. 상기 사료 조성물은 동물의 생명 유지, 또는 고기, 젖 등을 생산하는 필요한 영양성분을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 사료 조성물은 당업계의 공지된 다양한 형태의 사료로 제조 가능하며, 구체적으로는 농후사료, 조사료 및/또는 특수사료가 포함될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "사료 첨가제"는 영양소 보충 및 체중감소 예방, 사료 내 섬유소의 소화 이용성 증진, 유질 개선, 번식장애 예방 및 수태율 향상, 하절기 고온 스트레스 예방 등 다양한 효과를 목적으로 사료에 첨가하는 물질을 포함한다. 본 출원의 사료 첨가제는 사료관리법상의 보조사료에 해당하며, 탄산수소나트륨, 벤토나이트(bentonite), 산화마그네슘, 복합광물질 등의 광물질제제, 아연, 구리, 코발트, 셀레늄 등의 미량 광물질인 미네랄제제, 케로틴, 비타민 E, 비타민 A, D, E, 니코틴산, 비타민 B 복합체 등의 비타민제, 메티오닌, 라이신 등의 보호아미노산제, 지방산 칼슘염 등의 보호지방산제, 생균제(유산균제), 효모배양물, 곰팡이 발효물 등의 생균, 효모제 등이 추가로 포함될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "식품 조성물"은 기능성 식품(functional food), 영양 보조제(nutritional supplement), 건강식품(health food) 및 식품 첨가제(food additives)등의 모든 형태를 포함하며, 상기 유형의 식품 조성물은 당업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다.

상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 바람직하게는 식품은 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주를 함유하는 형태일 수 있으며, 또한 다른 식품의 첨가물로서도 이용될 수 있다. 상기 물질을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 건강식품을 모두 포함한다.

본 출원의 조성물은 곡물, 예를 들면 분쇄 또는 파쇄된 밀, 귀리, 보리, 옥수수 및 쌀; 식물성 단백질 사료, 예를 들면 콩 및 해바라기를 주성분으로 하는 사료; 동물성 단백질 사료, 예를 들면 혈분, 육분, 골분 및 생선분; 당분 및 유제품, 예를 들면 각종 분유 및 유장 분말로 이루어지는 건조 성분 등을 더 포함할 수 있으며, 이외에도 영양 보충제, 소화 및 흡수 향상제, 성장 촉진제 등을 더 포함할 수 있다.

본 출원의 조성물은 동물에게 단독으로 투여하거나 식용 담체 중에서 다른 사료 첨가제와 조합하여 투여할 수도 있다. 또한, 상기 조성물은 탑 드레싱으로서 또는 이들을 사료에 직접 혼합하거나 또는 사료와 별도의 경구 제형으로 용이하게 동물에게 투여할 수 있다. 상기 조성물을 사료와 별도로 투여할 경우, 당해 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 약제학적으로 허용 가능한 식용 담체와 조합하여, 즉시 방출 또는 서방성 제형으로 제조할 수 있다. 이러한 식용 담체는 고체 또는 액체, 예를 들어 옥수수 전분, 락토오스, 수크로오스, 콩 플레이크, 땅콩유, 올리브유, 참깨유 및 프로필렌글리콜일 수 있다. 고체 담체가 사용될 경우, 상기 조성물은 정제, 캡슐제, 산제, 트로키제 또는 함당정제 또는 미분산성 형태의 탑 드레싱일 수 있다. 액체 담체가 사용될 경우, 상기 조성물은 젤라틴 연질 캡슐제, 또는 시럽제나 현탁액, 에멀젼제, 또는 용액제의 제형일 수 있다.

본 출원의 조성물은, 예를 들어, 보존제, 안정화제, 습윤제 또는 유화제, 동결보호제, 또는 부형제 등을 함유할 수 있다. 상기 동결보호제는, 글리세롤, 트레할로스, 말토덱스트린, 탈지분유 및 전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.

상기 보존제, 안정화제, 또는 부형제는 상기 조성물에 포함되는 스키조키트리움 속 균주의 저하(deterioration)를 감소시키는데 충분한 유효량으로 조성물에 포함되는 것일 수 있다. 또한, 상기 동결보호제는 상기 조성물이 건조된 상태일 때 조성물에 포함되는 스키조키트리움 속 균주의 저하를 감소시키는데 충분한 유효량으로 조성물에 포함되는 것일 수 있다.

상기 조성물은 침주, 분무 또는 혼합하여 동물의 사료에 첨가하여 이용될 수 있다.

본 출원의 조성물은 포유류, 조류, 어류, 갑각류, 두족류, 파충류 및 양서류를 포함하는 다수의 동물 식이에 적용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 포유류는 돼지, 소, 양, 염소, 실험용 설치 동물, 또는 애완 동물 등을 포함할 수 있고, 상기 조류는 가금류를 포함할 수 있고, 상기 가금류는 닭, 칠면조, 오리, 거위, 꿩, 또는 메추라기 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 어류는 상업적 축양 어류 및 이의 치어류, 관상어 등을 포함할 수 있고, 상기 갑각류는 새우, 따개비 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 조성물은 동물성 플랑크톤인 로티퍼(rotifer)의 식이에도 적용될 수 있다.

본 출원의 또 다른 하나의 양태는 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 항산화용 조성물을 제공한다.

상기 항산화용 조성물은 상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주 유래 바이오매스, 상기 균주 유래 바이오오일, 또는 이들의 조합을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주는 높은 항산화, 항염의 효능을 가진 카로티노이드 계열 항산화 색소를 생산 및/또는 포함하거나, 카로티노이드 계열 항산화 색소 생산능을 가지므로 항산화용 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.

상기 항산화 조성물은 약학적 조성물, 식품 조성물, 사료 조성물 또는 사료 첨가제 조성물일 수 있다.

상기 식품 조성물은 기능성 식품 조성물일 수 있다.

본 발명의 기능성 식품에는 상기 유효성분 외에도 필요에 따라 다양한 보조성분을 추가로 함유할 수 있다. 본 발명의 기능성 식품의 경우, 비타민 A, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B3, 비타민 B6, 비타민 B12, 엽산 (folic acid), 비타민 C, 비타민 D3, 비타민 E 등의 비타민류와 구리, 칼슘, 철, 마그네슘, 칼륨, 아연 등의 미네랄 또는 유산균 등을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 기능성 식품 중, 건강음료는 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 포함할 수 있다. 향미제로는 타우마틴, 스테비아 추출물과 같은 천연 감미제나, 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제 등을 들 수 있다. 천연 탄수화물로는 포도당, 과당 등의 단당류, 말토스, 수크로오스 등의 이당류, 덱스트린, 사이클로덱스트린 등의 다당류, 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알코올류 등을 들 수 있다.

본 출원의 또 다른 하나의 양태는 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주를 배양하는 단계; 및 상기 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물로부터 바이오매스를 회수하는 단계를 포함하는, 스키조키트리움 속 미세조류 유래 바이오매스 제조방법을 제공한다.

상기 스키조키트리움 속 균주, 바이오매스, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 및 상기 건조물의 파쇄물은 상기한 바와 같다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "배양"은 상기 균주를 적당히 조절된 환경 조건에서 생육시키는 것을 의미한다. 본 출원의 배양 과정은 당업계에 알려진 적당한 배지와 배양 조건에 따라 이루어질 수 있다. 이러한 배양 과정은 선택되는 균주에 따라 당업자가 용이하게 조정하여 사용할 수 있다.

구체적으로, 본 출원의 스키조키트리움 속 균주의 배양은 종속영양 조건 하에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 용어, "종속영양"은 에너지원 또는 영양원을 체외에서 얻어낸 유기물에 의존하는 영양 방식으로, 독립영양에 대응되는 용어이며, 용어 '암배양'과 혼용될 수 있다.

상기 스키조키트리움 속 균주를 배양하는 단계는, 특별히 이에 제한되지 않으나, 공지된 회분식 배양방법, 연속식 배양방법, 유가식 배양방법 등에 의해 수행될 수 있다. 본 출원의 균주의 배양에 사용되는 배지 및 기타 배양 조건은 통상의 균주의 배양에 사용되는 배지라면 특별한 제한 없이 어느 것이나 사용할 수 있다. 구체적으로, 본 출원의 균주를 적당한 탄소원, 질소원, 인원, 무기화합물, 아미노산 및/또는 비타민 등을 함유한 통상의 배지 내에서 호기성 조건 하에서 온도, pH 등을 조절하면서 배양할 수 있다.

구체적으로, 염기성 화합물(예: 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 암모니아) 또는 산성 화합물(예: 인산 또는 황산)을 사용하여 적정 pH(예컨대, pH 5 내지 9, 구체적으로는 pH 6 내지 8, 가장 구체적으로는 pH 6.8)를 조절할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 배양물의 호기상태를 유지하기 위하여, 배양물 내로 산소 또는 산소 함유 기체를 주입하거나, 혐기 및 미호기 상태를 유지하기 위해 기체의 주입 없이 혹은 질소, 수소 또는 이산화탄소 가스를 주입할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 배양온도는 20 내지 45℃ 또는 25 내지 40℃를 유지할 수 있고, 약 10 내지 160시간 동안 배양할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 배양 중에는 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 스키조키트리움 속 균주를 배양하는 단계에서 사용되는 배지에 포함되는 탄소원은 글루코스, 프럭토스, 말토스, 갈락토스, 만노스, 수크로스, 아라비노스, 자일로스 및 글리세롤로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나, 미세조류를 배양하는데 사용되는 탄소원이라면 이에 제한되지 않는다.

상기 스키조키트리움 속 균주를 배양하는 단계에서 사용되는 배지에 포함되는 질소원은 i) 효모 추출물(yeast extract), 우육 추출물(beef extract), 펩톤 및 트립톤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 유기질소원, 또는 ii) 암모늄 아세테이트, 암모늄 나이트레이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 설페이트, 소듐 나이트레이트, 우레아 및 MSG(Monosodium glutamate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 무기질소원일 수 있으나, 미세조류를 배양하는데 사용되는 질소원이라면 이에 제한되지 않는다.

상기 스키조키트리움 속 균주를 배양하는 단계에서 사용되는 배지에, 인 공급원으로 인산 이수소칼륨, 인산수소이칼륨, 이에 상응하는 나트륨 함유염 등을 개별적으로 포함하거나 또는 혼합하여 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물로부터 바이오매스를 회수하는 단계는 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용하여 목적하는 바이오매스를 수집하는 것일 수 있다. 예를 들어, 원심분리, 여과, 음이온 교환 크로마토그래피, 결정화 및 HPLC 등이 사용될 수 있고, 정제 공정을 더 포함하는 것일 수 있다.

본 출원의 또 다른 하나의 양태는 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주를 배양하는 단계; 및 상기 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물로부터 지질을 회수하는 단계를 포함하는, 스키조키트리움 속 균주 유래 바이오오일 제조방법을 제공한다.

상기 스키조키트리움 속 균주, 바이오오일, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 및 상기 건조물의 파쇄물, 상기 균주를 배양하는 단계는 상기한 바와 같다.

상기 균주, 상기 균주의 배양물, 상기 배양물의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물로부터 지질을 회수하는 단계는 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용하여 목적하는 지질을 수집하는 것일 수 있다. 예를 들어, 원심분리, 여과, 음이온 교환 크로마토그래피, 결정화 및 HPLC 등이 사용될 수 있고, 정제 공정을 더 포함하는 것일 수 있다.

예를 들면, 지방 알데하이드, 지방 알콜 및 탄화수소(예를 들어, 알칸)와 같은 지질 및 지질 유도체는 헥산과 같은 소수성 용매로 추출할 수 있다. 지질 및 지질 유도체는 또한 액화, 오일 액화 및 초임계 CO₂ 추출 등 방법을 사용하여 추출할 수 있다. 또한, 공지된 미세조류 지질 회수 방법은 예를 들어, i) 원심분리에 의해 세포를 수거하고 증류수로 세척한 후, 동결 건조에 의해 건조시키고, ii) 수득한 세포 분말을 분쇄한 후, n-헥산으로 지질을 추출하는 방법이 있다(Miao, X and Wu, Q, Biosource Technology (2006) 97:841-846).

본 출원의 또 다른 양태는

스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주를 배양하는 단계; 및 상기 균주의 배양물로부터 카로티노이드 계열의 항산화 색소를 추출하는 단계; 를 포함하는 항산화 색소 생산 방법을 제공한다.

상기 항산화 색소는 베타카로틴 또는 칸타잔틴일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 스키조키트리움 속 균주, 상기 균주를 배양하는 단계는 상기한 바와 같다.

상기 항산화 색소, 베타카로틴 및 칸타잔틴은 상기한 바와 같다.

상기 항산화 색소는 당 분야의 통상의 방법으로 추출 또는 분리 정제할 수 있다. 균체 내에 존재하는 항산화 색소는 유기 용매, 예를 들어, 헥산(hexane), 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 메틸 알콜(methyl alcohol), 디클로로메탄(dichloromethane), 사이크로헥산(cyclohexane), 에탄올(ethanol), 벤젠(benzene), 카본 디설피드(carbon disulfide), 디에틸 에테르(diethyl ether) 또는 이들의 혼합 용매를 사용하여 추출할 수 있다.

본 발명은 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가3 지방산을 포함하는 바이오매스를 생산하는 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 균주 및 이를 이용한 고함량의 단백질, 항산화 색소 및 오메가3 지방산을 함유하는 바이오매스 생산방법에 관한 것으로, 본 발명의 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 균주는 세포 내 글루탐산, 알지닌 및 아스파르트산 등의 아미노산을 포함하는 고함량의 단백질 성분, 베타카로틴 및 칸타산틴의 항산화색소, 및 에이코사펜타엔산 및 도코사헥사엔산의 오메가-3 불포화지방산 성분을 동시에 포함하는 바이오매스를 생산하는 특성을 가지므로, 균주 그 자체 또는 균주의 배양 및 발효에 의해 생산된 바이오매스 및 바이오오일은 사료용 조성물 또는 식품용 조성물 등으로 유용하게 활용될 수 있다.

도 1은 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.) CD03-7004 변이균주와 야생형 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) 균주 CD01-5000의 순수 분리 배양 결과, 색깔의 차이를 나타낸 도이다.
도 2는 야생형 CD01-5000 균주 대비 돌연변이 CD03-7004 균주에서 추가된 15 bp의 염기서열을 포함하는 DNA 단편을 증폭하는 프라이머 세트를 이용하여 PCR을 수행한 후, 야생형 CD01-5000 균주와 돌연변이 CD03-7004 균주의 증폭된 DNA 단편의 크기를 확인한 도이다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 감마선 조사 방법을 통한 신규 스키조키트리움 속( Schizochytrium sp.) CD03-7004 변이균주의 개발

순수 분리된 야생형 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주(기탁번호 KCTC 14344BP)를 글루코스 30 g/L를 포함하는 modified-GYEP(글루코스 10 g/L, 효모 추출물 1 g/L, 펩톤 1 g/L, MgSO₄·7H₂O 2 g/L, H₃BO₃ 5.0 mg/L, MnCl₂ 3.0 mg/L, CuSO₄ 0.2 mg/L, NaMo₄·2H₂O 0.05 mg/L, CoSO₄ 0.05 mg/L, ZnSO₄·7H₂O 0.7 mg/L) 배지에 약 24시간 이상 배양하여 초기 대수기(Early Exponential phase)단계에 이르도록 한 후, 배양액 샘플을 원심분리하여 균체를 수확하였다. 수확된 균체는 세포수가 약 10⁹ cells/mL가 되도록 NaCl 1.0%를 포함하는 0.1M Phosphate Buffer Solution에 현탁하여 감마선 조사에 활용하였다.

감마선 조사 실험은 한국원자력연구원 첨단방사선연구소에서 진행하였으며, 2000~5000 GY 선량의 감마선을 조사하였다. 감마선이 조사된 미세조류 배양액 샘플은 암실에서 O/N 동안 Recovery 과정을 거친 후, 한천(Agar) 20 g/L를 포함한 GYEP 배지에 도말하여 30℃에서 약 5일간 배양한 후 생육 콜로니 수를 계수하여 감마선량 별 사멸율을 측정하였다.

[계산식 1]

사멸률(%) = [{(무처리구의 콜로니 수) - (처리구의 콜로니 수)}/(무처리구의 콜로니 수)] X 100

감마선 선량 (kGY)	생육 콜로니 수 (EA)	사멸률 (%)
2.0	≥ 250	-
3.0	≥ 23	90.8
4.0	≥ 7	98.2
4.5	0	100
5.0	0	100
방사선 무처리구	≥ 250	0

그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 감마선 조사선량에 따른 생육 콜로니 수, 생균수의 CFU값이 95% 이상 감소되는 적정 선량을 확인하였다. 구체적으로, 2.0, 3.0, 4.0, 4.5, 5.0 kGY의 감마선 조사선량에서 각각 0%, 90.8%, 98.2%, 100%, 100%가 사멸되는 결과를 나타냈다. 4.5 GY 이상의 감마선 선량 조사 조건에서는 모두 사멸되어 미세조류 콜로니를 확보할 수 없었으며, 98.2%의 사멸률을 나타내는 4.0 kGY의 감마선 선량 조건을 선택하였다.

동일한 방법으로 신규 미세조류 균주 CD01-5000에 4.0 kGY 선량의 감마선을 조사한 후 GYEP 배지에서 배양하였다. 배양 중에 생육이 가능한 콜로니를 선별하여, 동일한 배지 및 배양 환경 조건에서 계대를 진행하였다. 계대 간 형태적으로 붉은색을 띄는 콜로니를 선별하여 단일 세포주로 순수 분리 배양한 후, 이를 촬영한 결과를 도 1에 나타내었다. 상기 스키조키트리움 속 균주를 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주로 명명하고, 2022년 6월 20일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures: KCTC)에 기탁하여 수탁번호 KCTC15006BP를 부여받았다.

실시예 2. 스키조키트리움 속( Schizochytrium sp.) CD03-7004 변이균주 배양액의 조지방 및 지방산 함량 분석

실시예 2-1. CD01-5000 균주 및 CD03-7004 균주의 배양

야생형 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주와 감마선 조사를 통해 얻은 돌연변이 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주 배양액의 성분을 비교하기 위하여 각 균주를 발효 배양한 배양액을 건조한 건조 균체를 성분 분석 시료로 사용하였다. 30L scale의 본 배양에 앞선 예비 배양을 위해, 500 ml 플라스크에서 작업량(working volume) 50 ml 및 글루코스 30 g/L를 포함하는 GYEP 배지에 각 균주를 접종하고, 진탕 인큐베이터(Shaking incubator)에서 30℃, 180 rpm으로 약 20시간 동안 배양하였다. 예비 배양물은 동일한 조건의 배지를 포함한 30L 발효조에 접종하여 총 작업량(working volume) 20L에서 발효 배양하였다. 30℃, 500 rpm, 0.5-1 vvm, pH 5-7 조건에서 작업량(working volume)의 20%에 해당하는 글루코스를 연속 투입하여 세포 배양에 활용하고, 이때의 글루코스 농도는 20 g/L 수준에서 유지되도록 주입하였다. 공급한 탄소원인 글루코스가 모두 소모되면 배양을 종료하였다. 배양이 끝난 배양액은 동결건조기를 활용하여 수분 함량이 약 5~8%가 되도록 건조하였으며, 획득된 건조 균체는 조지방, 조단백 및 카로티노이드 성분 분석에 사용하였다.

실시예 2-2. CD01-5000 균주와 CD03-7004 균주 배양액의 조지방 및 지방산 함량 분석

야생형 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주와 본 발명의 돌연변이 스키조키트리움 속 (Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주 배양액의 조지방 및 지방산 함량을 분석하기 위해 하기와 같은 방법을 이용하였다.

구체적으로, 미세조류 균체의 세포벽을 가수분해하기 위하여 상기 실시예 1-1에서 수득한 건조된 미세조류 균체 2 g에 8.3M 염산 용액을 가하여 80℃로 가열한 후, 에틸 에테르(Ethyl ether) 30 mL 및 석유 에테르(Petroleum ether) 20 mL을 첨가하고 30초간 섞어준 후 원심분리하는 과정을 3회 이상 반복하였다. 분리된 용매 층을 회수하여, 미리 무게를 측정해 둔 라운드 플라스크(round-flask)에 옮기고, 질소를 주입하여 용매를 제거한 후 데시게이터(Desicator)에서 냉각 항량하였다. 건조 후 플라스크 무게에서 빈 플라스크 무게를 뺀 값으로 건조된 오일의 무게를 측정하여, 전체 오일 함량을 산출하였다. 오일 중에 포함된 DHA함량은 메탄올성 0.5N NaOH 및 14% 트리플루오로보란메탄올(BF3)을 전처리하여 기체크로마토그래피법으로 측정하여 나타내었다.

[계산식 2]

전체 오일 함량(%)= (*오일 g/건조 균체량 g) X 100

*오일 g: 산 가수분해 및 용매 제거 후 플라스크 무게 - 공 플라스크 무게

하기 표 1의 “바이오매스”는 배양액 내의 균체 농도를 의미하는 것으로서, DCW(dry cell weight)와 혼용되어 사용될 수 있다.

	Schizochytrium 　sp. CD01-5000	Schizochytrium 　sp. CD03-7004
배양시간(hr)	26.6	28.3
O.D (680nm)	166.9	124.6
DCW (g/L)	107.9	105
바이오매스 중 조지방량　(%)	25.3	14.4
조지방 중 지방산　(%)
- C20:5 n-3	0.6	2.1
-　C22:6 n-3	41.3	49.4

(상기 표에서 C20:5 n-3는 에이코사펜타엔산(Eicosapentaenoic acid: EPA)을 의미하고, C22:6 n-3는 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid: DHA)을 의미한다.)

그 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 실험 결과, 야생형 균주 CD01-5000 균주와 돌연변이 CD03-7004 균주는 모두 약 30시간 내 공급된 탄소원인 글루코스를 전량 소화하였으며, 약 100 g/L 수준의 바이오매스를 생산하여 비슷한 바이오매스 생장성을 나타냈다. CD03-7004 균주의 경우 CD01-5000 균주에 비해 바이오매스 중 조지방 함량이 14.4%로 낮았으나, 에이코사펜타엔산(Eicosapentaenoic acid: EPA, C20:5 n-3) 함량은 2.1%, 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid: DHA, C22:6 n-3) 함량은 49.4%로 나타나 CD01-5000 균주에 비해 현저히 높은 것을 확인하였다. 즉, CD03-7004 균주는 조지방 내 50% 이상의 높은 함량의 오메가 3 지방산을 함유하였음을 확인하였다.

실시예 3. 스키조키트리움 속( Schizochytrium sp.) CD03-7004 변이 균주 배양액의 조단백 및 아미노산 함량 분석

야생형 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주와 본 발명의 돌연변이 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주 배양액 건조 균체의 조단백 및 아미노산 함량을 분석하기 위해 아래와 같은 방법을 이용하였다.

구체적으로, 상기 실시예 1-1에서 수득한 건조된 미세조류 균체 1 g을 킬달 장치 (Kjeldahl system, Kjeltec 2100) 분석용 튜브에 담고, 98% 황산 12~15 mL 및 촉매제를 넣어 분해기에서 분해 후, 분해 튜브를 오토 샘플러에 장착하였다. 킬달 장치 내에서 가성소다와 스팀으로 가열 증류하여 발생하는 기체 암모니아를 냉각 포집한 후, 이를 0.1N 염산 용액으로 적정하여 자동으로 질소 함량을 계산하는 방식으로 미세조류 건조 바이오매스 (dry biomass)의 조단백 함량을 측정하였다. 실시예 1-1에서 수득한 건조된 미세조류 균체 0.5 내지 1 g을 6N HCl 용액으로 산 가수분해한 뒤, 액체크로마토그래피를 이용하여 총 아미노산 분석을 수행하였다. 개별 아미노산의 분석 결과는 사용된 미세조류 건조 균체 양으로 표준화하여 건조 균체 내 개별 아미노산의 함량비를 산출하였고, 분석 결과 검출된 모든 아미노산의 함량비를 합하여 균체 내 총 아미노산 함량비를 계산하였다.

	Schizochytrium sp. CD01-5000	Schizochytrium sp. CD03-7004
바이오매스 중 조단백량 (%)	59.7	75.1
바이오매스 중 아미노산량 (%)
아스파르트산	3.98	3.86
트레오닌	1.82	1.75
세린	2.23	1.99
글루탐산	13.57	21.30
글라이신	1.87	1.86
알라닌	2.50	2.53
시스테인	0.59	0.52
발린	1.90	2.21
메티오닌	0.76	0.70
이소류신	1.16	1.34
류신	2.80	2.72
타이로신	1.24	1.10
페닐알라닌	1.52	1.66
리신	2.50	2.61
히스티딘	0.72	0.84
아르기닌	5.59	8.27
프롤린	0.77	0.16

(상기 표에서 바이오매스 중 아미노산량은 바이오매스 중(kg) 각 아미노산의 양(g)을 비율(%)로 나타낸 것을 의미한다.)

그 결과, 표 3에 나타낸 바와 같이, CD03-7004 변이 균주 배양액 건조 균체 내의 조단백 함량은 75.1%로, 야생형 CD01-5000 균주 배양액 건조 균체 내의 조단백 함량 59.7% 보다 현저히 높음을 확인하였다. 또한, CD03-7004 변이 균주 배양액 건조 균체 내의 아미노산 함량은 글루탐산이 가장 높았으며, 페닐알라닌, 아르기닌, 아스파르트산, 리신의 순서로 높음을 확인하였다.

실시예 4. 스키조키트리움 속( Schizochytrium sp.) CD03-7004 변이균주 배양액의 항산화 색소 함량 분석

야생형 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주와 본 발명의 돌연변이 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주 배양액의 항산화 색소 함량을 분석하기 위해 하기와 같은 방법을 이용하였다.

구체적으로, 상기 실시예 1-1에서 수득한 건조된 미세조류 균체를 적정량 칭량하여, 헥산(Hexane), 아세톤(Acetone), 클로로포름(Chloroform) 및에틸아세테이트로 구성된 추출 용액으로 추출 및 농축하여 고성능 액체 크로마토그래피(high performance liquid chromatography; HPLC)로 분석하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

항산화 색소	Schizochytrium sp. CD01-5000	Schizochytrium sp. CD03-7004
베타카로틴 (mg/kg)	불검출	2.77
칸타잔틴 (mg/kg)	6.22	112.09

그 결과, 표 4에 나타낸 바와 같이, 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주를 배양한 배양액 건조 균체에서 베타카로틴은 불검출되었고, 칸타산틴 함량은 6.22 mg/kg인데 비해, 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주를 배양한 배양액 건조 균체에서는 베타카로틴 함량은 2.77mg/kg, 칸타잔틴 함량은 112.09 mg/kg로 나타나, 본 발명의 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 변이균주는 베타카로틴 및 칸타잔틴의 항산화 색소를 고생산함을 확인하였다.

실시예 5. CD03-7004 돌연변이 균주와 야생형 CD01-5000 균주의 구별 마커 도출

야생형 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD01-5000 균주와 돌연변이 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주의 전체 게놈 서열(whole genome sequence)를 비교하여 CD03-7004에서 변이된 서열을 찾아 PCR 마커(marker)를 제작하였다.

구체적으로, 돌연변이 CD03-7004 균주는 게놈 상에서 야생형 CD01-5000 균주의 게놈과 비교하였을 때, 15 base pairs의 추가된 부분(하기 서열번호 1의 서열에서 굵은 글씨 부분)이 있음을 확인하였다.

[돌연변이 CD03-7004 균주의 증폭 대상 DNA 단편 서열(서열번호 1)]

tttcagactgctttttgctttttgcttgcttgctttttgcttgcttgcttttggcttgctttctttttgcttcttcctgcttgatccggtgaagaagaacggagcgaactaaaagaaaagagtcaatccgaagagag

[야생형 CD01-5000 균주의 증폭 대상 DNA 단편 서열(서열번호 2)]

tttcagactgctttttgctttttgcttgcttgcttttggcttgctttctttttgcttcttcctgcttgatccggtgaagaagaacggagcgaactaaaagaaaagagtcaatccgaagagag

이 부분을 증폭하는 프라이머 A: 5’-TTTCAGACTGCTTTTTGCTTTTTG-3’(서열번호 3), 프라이머 B: 5’-CTCTCTTCGGATTGACTCTTTTCT-3’(서열번호 4)를 선정하였고, 이를 이용하여 PCR 증폭 반응을 진행하였다. PCR 반응은 taq polymerase를 함유하는 반응용액을 활용하여 95℃에서 5분간 변성 후, 95℃ 10초 변성, 50℃ 10초 어닐링, 72℃ 15초 중합을 35회 반복한 후, 72℃에서 5분간 중합반응을 수행하였다. PCR 과정을 통하여 증폭된 반응액은 1.7% 아가로즈겔에 전기영동하여 증폭된 DNA 크기를 확인하여 도 2에 나타내었다.

그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 돌연변이 CD03-7004 균주에서 증폭된 DNA 단편은 약 140 bp 크기로 나타나, 약 120 bp 크기의 DNA 단편이 증폭된 야생형 CD01-5000 균주와 차이가 있음을 확인하였다.

따라서, 상기 결과를 통해, 돌연변이 CD03-7004 균주를 선별하기 위해 프라이머 A: 5’-TTTCAGACTGCTTTTTGCTTTTTG-3’(서열번호 3)와 프라이머 B: 5’-CTCTCTTCGGATTGACTCTTTTCT-3’(서열번호 4)를 활용할 수 있음을 알 수 있다.

이상의 설명으로부터, 본 출원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 출원이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 출원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

한국생명공학연구원 생물자원센터 (KCTC) KCTC15006BP 20220620

Claims (18)

1. 신규한 스키조키트리움 속(Schizochytrium sp.) CD03-7004 균주(기탁번호 KCTC15006BP).
2. 제1항에 있어서, 상기 균주는 카로티노이드 계열의 항산화 색소 생산능을 가지는 것인, 균주.
3. 제2항에 있어서, 상기 항산화 색소는 베타카로틴(Beta-carotene) 또는 칸타잔틴(Canthaxanthin)인, 균주.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 균주는 오메가-3 불포화 지방산 생산능을 가지는 것인, 균주.
5. 제4항에 있어서, 상기 오메가-3 불포화 지방산은 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid: DHA) 및 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA)인, 균주.
6. 제1항에 있어서, 상기 균주의 유전체(genomic) DNA는 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 것을 특징으로 하는, 균주.
7. 제1항에 있어서, 상기 균주는 서열번호 3으로 이루어진 프라이머 및 서열번호 4로 이루어진 프라이머를 포함하는 프라이머 세트로 선별될 수 있는 것을 특징으로 하는, 균주.
8. 제1항의 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 바이오매스.
9. 제8항에 있어서, 상기 바이오매스는 카로티노이드 계열의 항산화 색소를 포함하는 것인, 바이오매스.
10. 제9항에 있어서, 상기 항산화 색소는 베타카로틴(Beta-carotene) 또는 칸타잔틴(Canthaxanthin)인, 바이오매스.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오매스는 지방산 총 중량을 기준으로 42% 이상의 오메가-3 불포화 지방산을 함유하는 것인, 바이오매스.
12. 제11항에 있어서, 상기 오메가-3 불포화 지방산은 도코사헥사엔산(Docosahexaenoic acid: DHA) 및 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA)인, 바이오매스.
13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이오매스는 단백질을 건조 중량 대비 60% 이상 포함하는 것인, 바이오매스.
14. 제1항의 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 사료용 조성물.
15. 제1항의 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 포함하는 식품용 조성물.
16. 제1항의 균주, 상기 균주의 배양액, 상기 배양액의 건조물, 또는 상기 건조물의 파쇄물을 유효성분으로 포함하는 항산화 조성물.
17. 제1항의 균주를 배양하는 단계; 및
    상기 균주의 배양물로부터 카로티노이드 계열의 항산화 색소를 추출하는 단계; 를 포함하는 항산화 색소 생산 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 항산화 색소는 베타카로틴 또는 칸타잔틴인, 항산화 색소 생산 방법.