KR960016134B1 - 미생물에의한홍국색소의제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

미생물에 의한 홍국색소의 제조방법
본 발명은 미생물에 의한 홍국색소의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 홍국균의 일종인 모나스커스(Monascus)속의 균들을 이용하여 홍국색소를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 소득수준의 향상으로 식생활에 있어 인공 합성물질이 기피되고 건강 지향추세에 따라 천연 물질에 대한 국민적 관심이 증대되고 있는데, 특히 인공합성 색소가 안정성 등에서 인체에 미치는 문제가 매우 심각해짐에 따라 이에 대한 대책으로 천연 색소의 이용 및 생산에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 미국, 일본과 같은 선진국에서는 이미 많은 종류의 인공색소를 식품 착색료로 사용하는 것을 금하고 있으며, 일부 사용이 허가되고 있는 착색료도 그 양이 제한되고 있다.
따라서, 현재 많은 식품업계 및 학자들이 동물, 식물 또는 미생물에서 유래된 천연 색소를 식품에 이용하고자 연구하고 있으며, 일부는 이미 상품화 되고 있다.
이중 식물에서 추출되는 천연 색소로는 치자나무 색소, 비트레드, 잇꼬, 울금, 포도색소 등이 있으며, 동물색소로서는 코티닐 색소, 락색소 등이 있다. 이들 천연 색소들은 현재 수산연제품 및 육가공 제품들의 착책에 주로 이용되고 있다. 예를들면, 게맛살, 어묵 등에 코티닐 색소, 모나스커스 색소, 락색소 등이 사용되고 있는 실정이다(식품산업, 5월호, 35,1992).
이러한 천연 색소의 식품에의 이용에 앞서 색소의 안전성, 안정성, 경제성 등이 고려되어야 하는데, 동물, 식물 또는 미생물 중에서 색소의 제조, 제조상의 비용, 배양 및 추출조건 등의 측면을 고려할 때 미생물이 천연 색소원으로 가장 바람직하리라 사료된다.
한편, 방선균을 비롯한 많은 미생물중 홍국균(모나스커스)은 전통적으로 중국, 일본 및 동남아 일대에서 홍주, 홍두부 등의 발효식품의 제조에 사용되어 온 곰팡이로, 홍국색소를 생산하므로 많은 색소 연구자들의 관심을 받고 있다.
이러한 홍국균의 2차 대사산물중 하나로 3가지 색의 6종의 색소가 생산되는데 이들은 적색, 황색, 자색의 각가 2종씩의 다른 구조를 갖는 물질로 구성된다. 이들 6종의 색소는 적색 색소 루브로평타틴(C21H22O5), 모나스코루브린(C23H26O5), 황색 색소로서 모나신(C21H26O5), 앙카플라빈(C23H30O5), 자색 색소로서 루브로평타민(C21H23NO4), 모나스코루브라민(C23H27NO4) 등으로 구성된다(Y. C. Su, Kor. &. Appl. Microbiol. Bieng., 11, 325, 1983).
그리고 타다오 히로이는 홍국균의 안정성과 홍국색소의 안전성을 확인하기 위하여 몇가지 검사를 실시하였는데, 아플라톡신 B와 G의 경우 L50이 18.2㎍/50mg body wt.-172.5㎍/50mg body wt.로 인체에 매우 치명적인 물질인데, 상기 검사에서 홍국균은 아플라톡신 B1, B2, C1, C2의 어느것도 합성하지 않는 것으로 확인되었다. 또한, 살모넬라 에임셋 균주를 이용하여 홍국색소에 대한 리버젼 플레이트 검사를 행한 결과 프레임 쉬프트에 의한 돌연변이 유발작용이 없음이 확인되었고, 바실러스 섭틸리스 H-17 및 바실러스 섭틸리스 M-45를 이용하여 렉 어세이를 실시한 결과 유전자를 파괴하는 작용이 없는 것으로 확인되었다. 이상으로 홍국균 및 홍국색소는 인체에 무해함이 확인되었다(廣井 忠夫, New Food Industry, 30, 1, 1988).
한편, 많은 학자들이 상기의 홍국색소를 홍국균으로부터 생산하고자 할때, 배지 조성의 중요성을 지적하고 있다. 카렐(Carel)과 쉐퍼드(Shepherd) 등은 홍국색소 생산에 대한 질소원의 영향을 연구하였는데, 이들의 언급에 의하면 산화형 질소원(예 : 나이트레이트)은 자색 색소 즉, 루브로평타민 및 모나스코 루브라민 등의 색소의 수율을 높이고, 암모늄 등의 환원형 질소원은 적색 색소(루브로평타틴, 모나스코루브린)의 수율을 높일 수 있다.
또한, 유기 질소원은 홍국균의 성장에는 효과적이지만, 홍국색소의 생산에는 부적합하다고 한다. 나이트레이트는 아포자의 형성 즉, 무성생식을 촉진하며, 암모늄은 유성생식을 촉진한다고 한다(M. Carel and D. Shepherd, Can. & Microbiol., 23, 1360, 1977). 수(Su)의 보고에 의하면 홍국균의 색소는 유성생식기에 주로 생산되므로 나이트레이트의 사용은 부적합하다고 한다(Y. C. Su, Kor. &. Appl. Microbiol. Bieng., 11, 325, 1983). 따라서, 유성생식기가 발달된 홍국균을 사용하고 암모늄 형태의 질소원에 의해 유성생식을 촉진시키고, 적당히 홍국균의 성장이 촉진된다면 고수율의 홍국색소를 생산하는데 적합하리라 사료된다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 탄소원으로서 쌀가루의 영양분과 질소원으로서 펩톤을 함유한 배지에 홍국균을 접종하고 배양하여 고수율로 홍국색소를 제조함으로서 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 홍국균을 이용하여 새로운 배지 조성을 통해 홍국색소를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 홍국균을 탄소원과 질소원이 함유되어 있는 배지상에 접종 배양시켜서 홍국색소를 제조함에 있어서, 전체 배지 조성중에 탄소원으로서 쌀가루 5~11중량%와 질소원으로서 펩톤 0.1~1.0중량%가 함유되어 있는 색소 생산용 배지에 홍국균을 접종하고 배양하여 홍국색소를 제조하는 것을 특징으로 하는 홍국색소의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 상기의 홍국균으로서는 기존에 알려진 모든 홍국균이 가능하지만 이중 한국 종균협회에서 분양받은 모나스커스 퍼푸레우스(Monascus purpureus) Went KFCC 35473와 모나스커스 앵카(Monascus anka) KFCC 11832의 공지 균주와 모나스커스 앵카(Monascus anka) KFCC 11832의 변이주인 모나스커스 앵카(Monascus anka) 732Y3(KCCM10014)을 사용하였다. 이중 신규한 변이주 모나스커스 앵카(Monascus anka) 732Y3(KCCM10014)은 1992년 9월 29일부로 한국 종균협회에 기탁번호 KCCM10014로 기탁되었다.
상기 모나스커스 앵카 732Y3(KCCM10014)는 모나스커스 앵카 KFCC 11832로부터 자외선 처리하여 변이된 신균주로서 그 미생물학적 특성 모균주와 비교하여 그 결과를 다음 표 1,2,3-1 및 3-2에 나타내었다.
[표 1]
배양학적 특성
* 배양일 : 7일
주(1) CYA : 차펙 이스트 아가(Czapek Yeast Agar)
pH 7.1
NaNO33.0g
K2HPO41.0g
KCl0.5g
MgSO4·7H2O0.5g
FeSO4·7H2O0.1g
효모추출물5.0g
설탕30g
아가분말15g
증류수1ℓ
(2) MEA : 말트 익스트랙트 아가(Malt Extract Agar)
pH 5.6
맥아추출물20g
펩톤1g
포도당20g
아가분말15g
증류수1ℓ
(3) G25N : 글리세롤 25% 나이트레이트 아가(Glycerol 25% Nitrate Agar)
pH 7.1
NaNO33.0g
K2HPO41.0g
KCl0.5g
MgSO4·7H2O0.5g
FeSO4·7H2O0.01g
효모추출물5.0g
글리세롤25g
아가분말15g
증류수1ℓ
[표 2]
생리학적 특성
- → ++ : 잘안됨 → 잘됨
[표 3-1]
형태학적 특성
+ : 있음- : 없음
[표 3-2]
형태학적 특성
+~++++ : 적음~많음
상기 표 2와 3-1에 나타낸 바와같이 상기 두 균주는 생리학적인 면과 일부 형태학적인 면에서 유사하나, 표 1과 3-2에 나타낸 바와같이 배양학적인 면과 일부 형태학적인 면에서는 구별되는 바, 특히 형태학적인 특성을 살펴보면 본 발명의 신균주 모나스커스 앵카 732Y3(KCCM10014)는 클레이스토쎄시아(cleistothecia)의 형성이 모균주에 비하여 왕성하다는 것을 알 수 있다.
이러한 본 발명의 신균주 모나스커스 앵카 732Y3(KCCM10014)는 모균주인 모나스커스 앵카 KFCC11832와 미생물학적 특성에서는 다소 유사하나 홍국색소 생산량이 모균주에 비해 훨씬 많다는데 그 특징이 있다.
한편 본 발명에 있어서, 상기와 같은 홍국균을 배양할 때 일차적으로 설탕 10중량%, 포타슘포스페이트(KH2PO4) 0.1중량%, 마그네슘설페이트(MgSO4·7H2O) 0.05중량%, 소듐나이트레이트(NaNO3) 0.2중량%, KCl 0.05중량%, 아이론설페이트(FeSO4·7H2O) 0.001중량%, 효모추출물 0.3중량%, 카사미노산 0.5중량%, 아가(agar) 2.0중량% 및 기타로 이루어진 사면배지를 종배지로 하여 30℃에서 7일간 배양한다.
이와같이 배양된 홍국균을 무균적으로 준비된 쌀가루 5~11중량%, 질소원으로서 펩톤 0.1~1.0중량%, 마그네슘설페이트(MgSO4·7H2O) 0.01중량% 및 포타슘포스페이트(KH2PO4) 0.25중량%를 함유한 색소 생산용 배지에 한 백금니를 접종하고 배양한 후 여기에 95% 에탄올을 가하고 교반하여 홍국색소를 추출하였다.
상기의 색소 생산용 배지 첨가성분중 쌀가루는 탄소원으로서 첨가하였으며 그 첨가량은 7중량%가 경제적인 면이나 색소의 생산성에 있어서 가장 적당하였으며, 질소원으로서는 펩톤을 0.1~1.0중량%로 첨가하는 때가 흥국색소의 생산효과면에서 양호하였고, 특히 0.3중량%로 첨가하는 것이 균체의 성장과 색소의 수율면에서 가장 바람직하였다. 그리고 이러한 질소원의 첨가량이 0.1중량%로 낮을 때는 무기질소원 보다 유기질소원이 균체의 성장 및 색소의 생산에 효과적이었다.
또한 마그네슘설페이트(MgSO4·7H2O)와 포타슘포스페이트(KH2PO4)는 미량원소의 공급을 위해 첨가되는데 각각 0.01중량%와 0.25중량%로 첨가하는 것이 가장 적당하였다.
한편, 상기의 색소 생산용 배지에서 배양된 홍국균에서 추출된 홍국색소의 추출액은 여과지에 통과시켜 그 여과액을 500nm(적색)와 400nm(황색)에서 흡광도를 측정하여 색소량을 확인하였다.
이와같이 홍국균들을 이용하여 본 발명의 방법에 따라 제조된 홍국색소는 인체에 무해하고 안전성이 뛰어나며 경제성이 우수한 천연 색소로서, 최근 문제가 되고 있는 인공합성 색소를 대체하여 식품산업 전반에 아주 유용하게 널리 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
탄소원으로 쌀가루 첨가범위의 탐색
설탕 10중량%, KH2PO40.1중량%, MgSO4·7H2O 0.05중량%, NaNO30.2중량%, KCl 0.05중량%, FeSO4·7H2O 0.001중량%, 효모추출물 0.3중량%, 카사미노산 0.5중량%, Agar 2.0중량%의 조성을 갖는 사면배지를 종배지로 30℃에서 7일간 홍국균을 배양하였다. 그리고 500ml의 삼각 플라스크에 무균적으로 준비된 쌀가루를 5,7,9,11중량%로 하고 질소원으로서 NaNO3를 0.15중량%, MgSO4·7H2O 0.01중량%, KH2PO40.25중량%의 조성을 갖는 50ml의 배지를 색소 생산용 기본 배지로 하여 여기에 홍국균을 접종하여 30℃에서 120rpm으로 7일간 교반하여 배양하였다. 배양이 끝난 후 95% 에탄올 200ml을 가하여 30℃에서 1시간 동안 120rpm으로 교반하여 홍국색소를 추출하였다. 추출액은 Toyo No.2 여과지(일본 Toyo사 제품)에 통과시켜 여과액을 500nm(적색)와 400nm(황색)에서 흡광도를 측정하여 색소량과 건조 균체량을 측정하였고 그 결과를 다음 표 4에 나타내었다.
[표 4]
[실시예 2]
질소원으로서 펩톤 사용의 탐색
탄소원으로서 쌀가루 7중량%, 질소원으로서는 각종 질소원을 0.1중량%의 농도로 상기 실시예 1의 색소 생산용 배지에 첨가하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 색소량 및 건조균체량을 측정하였는 바, 질소원으로는 펩톤이 가장 효과적이었으며, 그 결과는 다음 표 5에 나타내었다.
[표 5]
질소원 농도 : 0.1%
[실시예 3]
탄소원으로 쌀가루 사용시 질소원인 펩톤의 사용범위 탐색
탄소원으로서 쌀가루 7중량%, 질소원으로서 펩톤을 0.1~1.0중량%까지 첨가하고, 상기 실시예 1의 색소생산용 배지에 홍국균을 접종하여 상기 실시예 1과 동일 방법으로 각 균주별로 홍국색소 생산량 및 건조균체량을 측정하여 그 결과를 다음 표 6에 나타내었다.
[표 6]
질소원으로서 펩톤 농도의 효과
[비교예]
쌀가루 3중량%, 소듐나이트레이트 0.15중량%, MgSO4·H2O 0.1중량%, KH2PO40.25중량%의 조성을 갖는 린(Lin)의 배지에서 홍국균을 배양하여 홍국색소를 생산할때와 쌀가루 7중량%, 펩톤 0.3중량%를 함유한 배지에서 배양한 본 발명의 방법은 비교한 결과 본 발명의 방법에 의한 홍국색소 생산량이 린의 배지에 의한 것보다 약 5배가량 더 생산됨을 확인하였고 그 결과를 다음 표 7에 나타내었다.
[표 7]
A : 쌀가루 3중량%, 소듐나이트레이트 0.15중량%, MgSO4·7H2O 0.1중량%, KH2PO40.25중량%
B : 쌀가루 7중량%, 펩톤 0.3중량%, MgSO4·7H2O 0.1중량%, KH2OP40.25중량%

Claims (1)

  1. 홍국균인 모나스커스 미생물을 탄소원과 질소원이 함유되어 있는 배지상에 접종 배양시켜서 홍국색소를 제조함에 있어서, 상기 모나스커스 미생물로는 모나스커스 앵카(Monascus anka) 732Y3(KCCM10014)를 사용하고, 상기 배지로는 전체 배지 조성중에 상기 탄소원으로서 쌀가루 5~11중량%가 함유되어 있는 색소 생산용 배지를 사용하여 홍국색소를 제조하는 것을 특징으로 하는 홍국색소의 제조방법.
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