미세조류는 카로티노이드와 같은 고부가 가치 물질을 생산할 수 있기 때문에 최근에 많은 관심을 받고 있다. 루테인은 자연 산화제로써 심혈관계 질병, 백내장, 특히 노인황반변성(Age-relrated macular degeneration, AMD)의 발병을 낮추어 주는 효능을 가지고 있다. 루테인 생산을 위해 다양한 후보 미세조류 주들이 보고되었지만 낮은 루테인 함량과 높은 공정 처리 비용으로 인해 산업화에 도달하기 어려운 실정이다. 그러므로 본 연구는 높은 루테인 함량 (>10 mg/g)을 보유한 미세조류 주를 탐색하고 산업화를 가능케 할 루테인 생산공정을 연구하였다. 실험실에서 보유하고 있는 미세조류 주 중 루테인 함량이 비교적 높은 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076을 실험 대상으로 선정하였다. JD076은 원형이며 6-8 μm의 크기를 지닌 것을 ...
미세조류는 카로티노이드와 같은 고부가 가치 물질을 생산할 수 있기 때문에 최근에 많은 관심을 받고 있다. 루테인은 자연 산화제로써 심혈관계 질병, 백내장, 특히 노인황반변성(Age-relrated macular degeneration, AMD)의 발병을 낮추어 주는 효능을 가지고 있다. 루테인 생산을 위해 다양한 후보 미세조류 주들이 보고되었지만 낮은 루테인 함량과 높은 공정 처리 비용으로 인해 산업화에 도달하기 어려운 실정이다. 그러므로 본 연구는 높은 루테인 함량 (>10 mg/g)을 보유한 미세조류 주를 탐색하고 산업화를 가능케 할 루테인 생산공정을 연구하였다. 실험실에서 보유하고 있는 미세조류 주 중 루테인 함량이 비교적 높은 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076을 실험 대상으로 선정하였다. JD076은 원형이며 6-8 μm의 크기를 지닌 것을 광학현미경을 통해 관찰하였다. 선별균주 JD076의 최적 성장 온도는 30℃인 것을 확인하였고, 최적 성장 온도에서 다양한 광생물반응기에서 배양했을 때 관형 광생물반응기에서 비교적 높게 성장하는 것을 확인하였다. 관형 관생물반응기에서 1,000 μmol/m2/s 광량을 조사하였을 때 독립영양상태에서 0.94 day-1 성장률을 보였고, 4일 만에 8.45 g/L인 최대 바이오매스 생산을 보였다. 이 때, JD076의 루테인 함량은 1.1%이고, 루테인 생산성은 25.0 mg/L/day를 보였다. 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076를 산업적으로 루테인 생산에 활용하기 위해 대량 배양을 수행하였다. 250L 급 원형 광생물반응기에서 0.57 g/L의 바이오매스를 획득하였으며, 루테인 생산성은 0.58 mg/L/day로 획득하였다. 루테인 함량이 높은 우수한 조류 주를 획득하기 위해 Gamma ray를 이용해 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076를 random mutagenesis한 후 8개의 mutant 조류주를 획득하였다. 8개의 mutant 조류주 중 wild type보다 성장률이 높고 루테인 함량이 높은 mutant 조류주를 총 3개를 획득하였지만 최적 루테인 생산 조건에서 루테인 생산성은 wild type보다 낮았다. 본 연구를 통하여 루테인의 산업적 생산을 위한 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076을 분리 및 선별하였고, 그 생산조건을 최적화하였다. 그러나 경제적인 한계를 극복하기 위한 산업적 규모의 생산 연구가 더 필요한 실정이다.
미세조류는 카로티노이드와 같은 고부가 가치 물질을 생산할 수 있기 때문에 최근에 많은 관심을 받고 있다. 루테인은 자연 산화제로써 심혈관계 질병, 백내장, 특히 노인황반변성(Age-relrated macular degeneration, AMD)의 발병을 낮추어 주는 효능을 가지고 있다. 루테인 생산을 위해 다양한 후보 미세조류 주들이 보고되었지만 낮은 루테인 함량과 높은 공정 처리 비용으로 인해 산업화에 도달하기 어려운 실정이다. 그러므로 본 연구는 높은 루테인 함량 (>10 mg/g)을 보유한 미세조류 주를 탐색하고 산업화를 가능케 할 루테인 생산공정을 연구하였다. 실험실에서 보유하고 있는 미세조류 주 중 루테인 함량이 비교적 높은 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076을 실험 대상으로 선정하였다. JD076은 원형이며 6-8 μm의 크기를 지닌 것을 광학현미경을 통해 관찰하였다. 선별균주 JD076의 최적 성장 온도는 30℃인 것을 확인하였고, 최적 성장 온도에서 다양한 광생물반응기에서 배양했을 때 관형 광생물반응기에서 비교적 높게 성장하는 것을 확인하였다. 관형 관생물반응기에서 1,000 μmol/m2/s 광량을 조사하였을 때 독립영양상태에서 0.94 day-1 성장률을 보였고, 4일 만에 8.45 g/L인 최대 바이오매스 생산을 보였다. 이 때, JD076의 루테인 함량은 1.1%이고, 루테인 생산성은 25.0 mg/L/day를 보였다. 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076를 산업적으로 루테인 생산에 활용하기 위해 대량 배양을 수행하였다. 250L 급 원형 광생물반응기에서 0.57 g/L의 바이오매스를 획득하였으며, 루테인 생산성은 0.58 mg/L/day로 획득하였다. 루테인 함량이 높은 우수한 조류 주를 획득하기 위해 Gamma ray를 이용해 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076를 random mutagenesis한 후 8개의 mutant 조류주를 획득하였다. 8개의 mutant 조류주 중 wild type보다 성장률이 높고 루테인 함량이 높은 mutant 조류주를 총 3개를 획득하였지만 최적 루테인 생산 조건에서 루테인 생산성은 wild type보다 낮았다. 본 연구를 통하여 루테인의 산업적 생산을 위한 토착 미세조류 Parachlorella sp. JD076을 분리 및 선별하였고, 그 생산조건을 최적화하였다. 그러나 경제적인 한계를 극복하기 위한 산업적 규모의 생산 연구가 더 필요한 실정이다.
Microalgae have been used to produce high-value compounds such as carotenoids. But commercial production of carotenoids from microalgae is limited to β-carotene and astaxanthin. Among the 600 known naturally occurring carotenoids, lutein is a xanthophyll and is one of fastest growing product in the ...
Microalgae have been used to produce high-value compounds such as carotenoids. But commercial production of carotenoids from microalgae is limited to β-carotene and astaxanthin. Among the 600 known naturally occurring carotenoids, lutein is a xanthophyll and is one of fastest growing product in the carotenoid market. Lutein is used as an animal feed as well as for alleviating cardiovascular diseases, age-related macular degeneration (AMD), cataract risk and as a natural antioxidant. Although various candidate microalgae strains have been reported for lutein production, low lutein content and high process cost has hampered commercial applications. Here, we introduce a novel highly efficient lutein producer, Parachlorella sp. JD076. After isolating and identifying this microalgal strain, we characterized JD076 at first. JD076 had 6-8 μm size with the circular shape through the light microscope and scanning electron microscope (SEM). JD076 exhibited the fastest growth at 30℃ through Photobiobox. For optimization of lutein production condition for JD076, selecting the efficient photobioreactor type and light intensity for cultivation was investigated. Among different photobioreactor types such as intra-light type, cylinder type, flat panel type and tubular type, tubular type photobioreactor exhibited the highest biomass density of JD076 in equal condition. As 1,000 μmol/m2/s light intensity was exposured for cultivation in tubular type photobioreactor, the biomass density of 8.45 g/L and lutein content of 1.1% were shown respectively. Furthermore, lutein productivity of 25.0 mg/L/day was shown, which is the highest reported so far. Large scale cultivation of Parachlorella sp. JD076 was carried out for lutein production commercially. In cylinder type photobioreactor with 250L scale, biomass density of 0.57 g/L and lutein productivity of 0.58 mg/L/day were exhibited. For obtaining the superior possessing high lutein, Parachlorella sp. JD076 was radiated by gamma ray through random mutagenesis. Eight of mutants were screened and three of mutants which had faster growth rate and higher lutein content than wild type were screened finally. However, the lutein productivity of three mutants was lower than this of wild type. Thus, the optimization of lutein production for mutants will be necessary. Although we isolated JD076 for industrial lutein production and optimized the lutein production condition in lab scale, the investigation of lutein production using this microalgal in industrial scale was necessary to overcome the technical and economic viability threshold.
Microalgae have been used to produce high-value compounds such as carotenoids. But commercial production of carotenoids from microalgae is limited to β-carotene and astaxanthin. Among the 600 known naturally occurring carotenoids, lutein is a xanthophyll and is one of fastest growing product in the carotenoid market. Lutein is used as an animal feed as well as for alleviating cardiovascular diseases, age-related macular degeneration (AMD), cataract risk and as a natural antioxidant. Although various candidate microalgae strains have been reported for lutein production, low lutein content and high process cost has hampered commercial applications. Here, we introduce a novel highly efficient lutein producer, Parachlorella sp. JD076. After isolating and identifying this microalgal strain, we characterized JD076 at first. JD076 had 6-8 μm size with the circular shape through the light microscope and scanning electron microscope (SEM). JD076 exhibited the fastest growth at 30℃ through Photobiobox. For optimization of lutein production condition for JD076, selecting the efficient photobioreactor type and light intensity for cultivation was investigated. Among different photobioreactor types such as intra-light type, cylinder type, flat panel type and tubular type, tubular type photobioreactor exhibited the highest biomass density of JD076 in equal condition. As 1,000 μmol/m2/s light intensity was exposured for cultivation in tubular type photobioreactor, the biomass density of 8.45 g/L and lutein content of 1.1% were shown respectively. Furthermore, lutein productivity of 25.0 mg/L/day was shown, which is the highest reported so far. Large scale cultivation of Parachlorella sp. JD076 was carried out for lutein production commercially. In cylinder type photobioreactor with 250L scale, biomass density of 0.57 g/L and lutein productivity of 0.58 mg/L/day were exhibited. For obtaining the superior possessing high lutein, Parachlorella sp. JD076 was radiated by gamma ray through random mutagenesis. Eight of mutants were screened and three of mutants which had faster growth rate and higher lutein content than wild type were screened finally. However, the lutein productivity of three mutants was lower than this of wild type. Thus, the optimization of lutein production for mutants will be necessary. Although we isolated JD076 for industrial lutein production and optimized the lutein production condition in lab scale, the investigation of lutein production using this microalgal in industrial scale was necessary to overcome the technical and economic viability threshold.
학위논문 정보
저자
신동식
학위수여기관
과학기술연합대학원대학교
학위구분
국내석사
학과
청정화학 및 생물학전공(Green Chemistry and Environmental Biotechnology)
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