기능성 생물소재로 각광받고 있는 미세조류(Microalgae)는 지구표면의 대부분을 차지하고 있는 호수나 해양에 존재하는 다양한 생물자원 중의 하나이다. 특히 미세조류의 한 종류인 클로렐라(Chlorella)는 담수 녹조 단세포생물로 다량의 ...
기능성 생물소재로 각광받고 있는 미세조류(Microalgae)는 지구표면의 대부분을 차지하고 있는 호수나 해양에 존재하는 다양한 생물자원 중의 하나이다. 특히 미세조류의 한 종류인 클로렐라(Chlorella)는 담수 녹조 단세포생물로 다량의 엽록소, 식물성 단백질, 필수 아미노산, 복합 당질, 각종 비타민 및 미네랄 등 인체 필수 6대 영양소를 균형 있게 함유한 완전식품으로 알려져 있다. 또한 클로렐라는 알카리성 식품으로 면역력 증강, 항암작용, 중금속 해독 작용, 골다공증 예방, 성장발육 촉진, 알레르기 개선 및 대사이상 개선(간질환, 당뇨, 통풍, 담석, 비만) 등의 효능이 알려져 지면서 건강기능식품, 식품첨가물, 화장품 원료의 소재로 많이 활용되고 있다. 또한 클로렐라 열수 추출물에도 동식물 성장촉진, 면역력 증강, 혈압강화, 간 기능 개선작용이 알려져 있으나 당뇨에 대한 구체적인 효능은 알려져 있지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 클로렐라 추출물의 항당뇨 효능을 가지는 건강기능식품 소재를 개발하기 위하여 배양 클로렐라의 동정, 최적 대량 배양 조건, 이화학적 분석 및 제1형 당뇨동물모델 Streptozotocin(STZ)-유발 당뇨쥐에서 항당뇨 효능에 대하여 검토하였다. 1. 본 연구에 사용된 클로렐라는 (주)클만사에서 생산 판매되고 있는 것으로 균체를 18S r-RNA 분석법으로 동정한 결과 Chlorella sp. IFRPD 1018 유전자와 99%의 상동성을 가지는 Chlorella sp.로 확인되었다. 순수 분리된 클로렐라는 3㎛ 크기의 구형 형태를 유지하였다. 따라서 Orthogonal method에 의하여 밝혀진 클로렐라 배양의 최적 조건은 포도당 농도 0.01%, 요소 농도 0.1%, 초기 배지의 pH 7.0 그리고 배양온도는 25℃이었으며, 클로렐라의 농도는 2.78 × 106/ml이었다. 2. 확립된 대량생산 최적 배양조건에서 생산된 클로렐라를 M/F농축기로 농축시킨 여액을 121℃에서 30분간 열처리한 후 Filter Press로 여과하여 클로렐라 추출물을 얻었다. 최종 여과된 클로렐라 추출물을 동결 건조시켜 얻은 추출물 분말에 대하여 이화학적 분석을 실시한 결과 조단백질 59.21% 함유되어 있으며, 미네랄은 K 2.52% > P 2.25% > Na 1.09% > Mg 0.63% 순으로 골고루 함유되어 있었다. 클로렐라 추출물의 구성 아미노산은 glutamic acid 6.21% > alanine 5.76% > aspartic acid 5.44% 순으로 함유되어 있었고, 유리 아미노산 조성은 γ-Aminobutyric acid(GABA)가 63.8%로 대부분을 차지하였다. 3. 클로렐라 추출물의 항당뇨 효능을 검토하기 위하여 제1형 당뇨 모델 Streptozotocin(STZ)-유발 당뇨쥐를 사용하였다. STZ-유발 당뇨쥐에 클로렐라 추출물을 3% 및 6%씩 각각 첨가한 식이를 4주간 투여한 후 혈당, 인슐린, 프락토사민, 뇨당, 췌도세포의 형태에 미치는 영향을 검토하였다. 정상군에서 혈당치는 100 mg/dl 정도를 실험기간 동안 유지하였으나, STZ-당뇨군에서는 경시적으로 혈당치가 증가하였고, 클로렐라 추출물 투여군에서는 투여량 농도 의존적으로 혈당치가 감소하는 경향을 보였다. 뇨당도 STZ-당뇨군에 비해 클로렐라 추출물 투여군에서 감소경향을 보였다. 인슐린 농도는 정상군에 비해서 STZ-당뇨군에서 현저히 감소하였으나, STZ+CE6군에서는 거의 정상군 수준으로 증가하는 경향을 보였다. 혈청 fructosamine 농도는 정상군보다 STZ-당뇨군에서 현저히 증가하였고, 클로렐라 추출물 투여군에서 감소하는 경향을 보였다. 혈청 중성지질 및 콜레스테롤 농도는 당뇨군에서 현저한 증가가 클로렐라 6% 첨가군에서 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 췌장 조직의 형태학적 관찰 결과, 정상군의 췌도 세포는 둥근 모양으로 정상 형태를 잘 유지하였으나 STZ-당뇨군은 베타-세포의 파괴로 췌도 세포가 작아지면서 형태학상 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는 클로렐라 추출물 투여군에서 췌장 소도세포의 크기가 커지면서 원형을 회복하는 형태를 나타내었다. 이상의 결과에서 클로렐라 추출물을 제1형 당뇨 모델 인 STZ-유발 당뇨쥐에서 인슐린 농도 증가에 의한 혈당치 감소가 확인되었으며, 특히 손상된 췌도 세포의 파괴가 회복되는 것으로 보아 클로렐라 추출물이 당뇨병 치료 및 예방 효과가 있는 것으로 나타나 기능성식품 소재로 활용할 가치가 높은 것으로 사료되어진다.
기능성 생물소재로 각광받고 있는 미세조류(Microalgae)는 지구표면의 대부분을 차지하고 있는 호수나 해양에 존재하는 다양한 생물자원 중의 하나이다. 특히 미세조류의 한 종류인 클로렐라(Chlorella)는 담수 녹조 단세포생물로 다량의 엽록소, 식물성 단백질, 필수 아미노산, 복합 당질, 각종 비타민 및 미네랄 등 인체 필수 6대 영양소를 균형 있게 함유한 완전식품으로 알려져 있다. 또한 클로렐라는 알카리성 식품으로 면역력 증강, 항암작용, 중금속 해독 작용, 골다공증 예방, 성장발육 촉진, 알레르기 개선 및 대사이상 개선(간질환, 당뇨, 통풍, 담석, 비만) 등의 효능이 알려져 지면서 건강기능식품, 식품첨가물, 화장품 원료의 소재로 많이 활용되고 있다. 또한 클로렐라 열수 추출물에도 동식물 성장촉진, 면역력 증강, 혈압강화, 간 기능 개선작용이 알려져 있으나 당뇨에 대한 구체적인 효능은 알려져 있지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 클로렐라 추출물의 항당뇨 효능을 가지는 건강기능식품 소재를 개발하기 위하여 배양 클로렐라의 동정, 최적 대량 배양 조건, 이화학적 분석 및 제1형 당뇨 동물모델 Streptozotocin(STZ)-유발 당뇨쥐에서 항당뇨 효능에 대하여 검토하였다. 1. 본 연구에 사용된 클로렐라는 (주)클만사에서 생산 판매되고 있는 것으로 균체를 18S r-RNA 분석법으로 동정한 결과 Chlorella sp. IFRPD 1018 유전자와 99%의 상동성을 가지는 Chlorella sp.로 확인되었다. 순수 분리된 클로렐라는 3㎛ 크기의 구형 형태를 유지하였다. 따라서 Orthogonal method에 의하여 밝혀진 클로렐라 배양의 최적 조건은 포도당 농도 0.01%, 요소 농도 0.1%, 초기 배지의 pH 7.0 그리고 배양온도는 25℃이었으며, 클로렐라의 농도는 2.78 × 106/ml이었다. 2. 확립된 대량생산 최적 배양조건에서 생산된 클로렐라를 M/F 농축기로 농축시킨 여액을 121℃에서 30분간 열처리한 후 Filter Press로 여과하여 클로렐라 추출물을 얻었다. 최종 여과된 클로렐라 추출물을 동결 건조시켜 얻은 추출물 분말에 대하여 이화학적 분석을 실시한 결과 조단백질 59.21% 함유되어 있으며, 미네랄은 K 2.52% > P 2.25% > Na 1.09% > Mg 0.63% 순으로 골고루 함유되어 있었다. 클로렐라 추출물의 구성 아미노산은 glutamic acid 6.21% > alanine 5.76% > aspartic acid 5.44% 순으로 함유되어 있었고, 유리 아미노산 조성은 γ-Aminobutyric acid(GABA)가 63.8%로 대부분을 차지하였다. 3. 클로렐라 추출물의 항당뇨 효능을 검토하기 위하여 제1형 당뇨 모델 Streptozotocin(STZ)-유발 당뇨쥐를 사용하였다. STZ-유발 당뇨쥐에 클로렐라 추출물을 3% 및 6%씩 각각 첨가한 식이를 4주간 투여한 후 혈당, 인슐린, 프락토사민, 뇨당, 췌도세포의 형태에 미치는 영향을 검토하였다. 정상군에서 혈당치는 100 mg/dl 정도를 실험기간 동안 유지하였으나, STZ-당뇨군에서는 경시적으로 혈당치가 증가하였고, 클로렐라 추출물 투여군에서는 투여량 농도 의존적으로 혈당치가 감소하는 경향을 보였다. 뇨당도 STZ-당뇨군에 비해 클로렐라 추출물 투여군에서 감소경향을 보였다. 인슐린 농도는 정상군에 비해서 STZ-당뇨군에서 현저히 감소하였으나, STZ+CE6군에서는 거의 정상군 수준으로 증가하는 경향을 보였다. 혈청 fructosamine 농도는 정상군보다 STZ-당뇨군에서 현저히 증가하였고, 클로렐라 추출물 투여군에서 감소하는 경향을 보였다. 혈청 중성지질 및 콜레스테롤 농도는 당뇨군에서 현저한 증가가 클로렐라 6% 첨가군에서 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 췌장 조직의 형태학적 관찰 결과, 정상군의 췌도 세포는 둥근 모양으로 정상 형태를 잘 유지하였으나 STZ-당뇨군은 베타-세포의 파괴로 췌도 세포가 작아지면서 형태학상 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는 클로렐라 추출물 투여군에서 췌장 소도세포의 크기가 커지면서 원형을 회복하는 형태를 나타내었다. 이상의 결과에서 클로렐라 추출물을 제1형 당뇨 모델 인 STZ-유발 당뇨쥐에서 인슐린 농도 증가에 의한 혈당치 감소가 확인되었으며, 특히 손상된 췌도 세포의 파괴가 회복되는 것으로 보아 클로렐라 추출물이 당뇨병 치료 및 예방 효과가 있는 것으로 나타나 기능성식품 소재로 활용할 가치가 높은 것으로 사료되어진다.
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