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문제 정의
- 본 연구에서는 식품 또는 생리 활성 물질 소재로 phycocyanin을 생산하기 위해 소규모의 tubular system에서 S. platensis를 배양하고 배양된 조류로부터 phycocyanin을 추출하였다. 아울러 S.
제안 방법
- Phycocyanin 색소 추출을 위한 미세조류의 배양은 helical tubular photobioreactorS 용량은 18 L였고, 배양 온도와 빛 강도는 각각 35℃, 1450~15001ux로 조절하였다. pH조절은 인위적으로 행하지 않았고, 별도의 CO2 공급없이 공기만을 0.
- 동결 건조한 S. platensis 2.0g을 250 mL 원심관에 정평한 다음 200 mL 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0)를 가한 다음 30분간 vo- rtex하고 냉장고에서 하룻밤 방치한후 원심분리(3, 500rpm, 5 min, 5℃)하여 crude phycobilins을 추출하였다. Crude phycobi- lins를 정제하기위해 100 mL 색소 추출물에 황산암모늄 16.
- 0M 농도로 CI형 금속을 첨가한 다음 2시간 동안 약하게 교반하여 반응시킨 다음 흡광도를 측정하여 변화를 측정하였다. 반응시키지 않은 원시료를 대조구로하여 반응 전후의 흡광도를 측정하여 c-phycocyanin 함량을 계산하였으며, 반응 전후의 c-phycocyanin 잔존 함량으로 안정성을 비교하였다.
- 배양된 균체는 원심분리(3000rpm, 5min)하여 분리하였고, 분리된 균체에 1.0% NaCl 용액으로 간단하게 수세한 다음 다시 원심분리하여 균체를 얻었고, 얻어진 균체는 동결 건조하여 phycocyanin 추출용 시료로 하였다.
- 부분 정제하여 얻어진 phycocyanin의 온도 조건에 따른 안정성은 c-phycocyanin (phycocyanin 함량%90jug/mL)을 각 온도 조건에서 4시간 방치한 다음 c-phycocyanin의 흡광도 변화를 측정하였다. 빛에 대한 안정성은 각 빛 강도 조건(25℃)으로 조절된 배양기에 시료를 2mL씩 분주한 샤레를 4시간 방치한 다음 흡광도 값을 측정하여 비교하였다.
- 5cmX 100cm)에 시료를 5mL 흡착시킨 다음 동일한 완충액으로 용출(40 mL/hr, 6mL/fraction)시켰다. 분획된 각 획분 시료들의 스펙트럼 특성을 spectrophotometer (HP 8453)로 300~700nm 범위에서 확인하였고, 아울러 c-phycocyanin, allophycocyanin 및 phycoerythrin으로 분획하였다.
- 부분 정제하여 얻어진 phycocyanin의 온도 조건에 따른 안정성은 c-phycocyanin (phycocyanin 함량%90jug/mL)을 각 온도 조건에서 4시간 방치한 다음 c-phycocyanin의 흡광도 변화를 측정하였다. 빛에 대한 안정성은 각 빛 강도 조건(25℃)으로 조절된 배양기에 시료를 2mL씩 분주한 샤레를 4시간 방치한 다음 흡광도 값을 측정하여 비교하였다. 한편, pH 용액에 대한 안정성은 각 pH로 조절된 buffer (1.
- platensis를 배양하고 배양된 조류로부터 phycocyanin을 추출하였다. 아울러 S. p/atensis로부터 추출된 phycocyanin 색소를 부분 정제하여 스펙트럼 특성을 간단히 실험하였고, 부분 정제된 phycocyanin의 온도, pH, 빛 및 금속에 대한 안정성을 실험하였다.
- 2). 이 과정에서 c-phycoeyanin을 포함한 대부분의 색소 단백질은 침전하여 쉽게 회수할 수 있었고, 얻어진 phycobilins를 gel chromatography하였다 (Fig. 3). 한편, gel chromatography에서 가장 먼저 용출된 획분은 옅은 황색으로 스펙트럼은 allophycocyanin과 c-phycocya- nin의 최대 흡수 파장인 652 nm와 620nm 부근에서 peak가 약하게 나타났으며, phycoerythrin 최대 흡수 파장에서는 확실한 peak 가 나타나지 않아 옅은 황색 획분이 어떤 종류의 색소인지는 확인할 수 없었다 (Fig.
- 빛에 대한 안정성은 각 빛 강도 조건(25℃)으로 조절된 배양기에 시료를 2mL씩 분주한 샤레를 4시간 방치한 다음 흡광도 값을 측정하여 비교하였다. 한편, pH 용액에 대한 안정성은 각 pH로 조절된 buffer (1.0M) 2mL에 시험 시료 0.5 mL을 가하여 상온(25℃)에서 4시간 방치한 후 흡광도를 측정하였으며, 금속이온에 의한 안정성은 시험 시료에 1.0M 농도로 CI형 금속을 첨가한 다음 2시간 동안 약하게 교반하여 반응시킨 다음 흡광도를 측정하여 변화를 측정하였다. 반응시키지 않은 원시료를 대조구로하여 반응 전후의 흡광도를 측정하여 c-phycocyanin 함량을 계산하였으며, 반응 전후의 c-phycocyanin 잔존 함량으로 안정성을 비교하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 균주 Spirulina platensis SAG 25Z80은 독일 Albrecht-v.-Haller Institute의 Sammlung von Algenkulturen에서 분양받은 것이었다.
이론/모형
- 동결 건조된 S. platensis의 일반성분은 상법에 따라 수분은 상압가열 건조법, 회분은 회화법, 지방은 Soxhlet법, 단백질은 micro- kjeldahl법으로 행하였으며, 당질은 100에서 이들 성분을 제외한 나머지 값으로 나타내었다.
성능/효과
- 4). Fig. 5는 전형적인 allophycocyanin 최대 흡수 파장인 652nm에서 주요 peak가 확인되어 일부 c-phycocya- nin도 포함되어 있지만 allophycocyanin으로 판단할 수 있었고, allophycocyanin 획분 다음으로 용출된 색소는 allophycocyanin보다 훨씬 진한 청색으로 스펙트럼을 분석한 결과 (Fig. 6), 6:22nm에서 최대 흡광 영역을 가지는 색소로 전형적인 c-phycocyanin 획분인 것을 확인할 수 있었다. 본 실험에서 목표로 하는 청색 색소가 이 획분으로 겔크로마토그래피후 얻어진 c-phycocyanin의 수율은 균체량에 대해 약 1.
- Helical tubular photobioreactor로 배양하여 얻어진 S. platensis 동결 건조 시료의 일반성분을 분석한 결과, 단백질은 63.5±3.7%, 당질은 19.5±1.6%, 지질은 7.0±1.8이었고, 회분은 7.9±1.1 그리고 수분은 2.1±0.7이었다. 당질 함량이 다소 높고 회분 함량이 다소 낮은 것이 특징적이었으나, 통상의 S.
- 빛에 대한 반응은 150001ux까지도 전혀 변색이 일어나지 않았으나, 250001ux에서는 약 25%의 변색이 일어난 것으로 나타났다. pH에 대해서는 중성부근이하 pH 4까지의 산성영역에서는 매우 안정한 것으로 나타났으며, pH 9 이상의 알칼리 영역에서는 다소 불안한 것으로 나타났는데, pH 11의 조건에서는 15% 정도의 변색이 일어난 것으로 확인되었다. 한편, pH, 온도 및 빛 강도의 변화에 따른 금속의 영향을 확인하지는 않았으나 본 실험 조건에서는 종류에 관계없이 ophycocyanin의 안정성에 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다.
- 7이었다. 당질 함량이 다소 높고 회분 함량이 다소 낮은 것이 특징적이었으나, 통상의 S. platensis의 일반성분 함량과 일치하며, 회분 함량은 배양기내 배양으로 배양지 배양보다 외부 오염이 적었기 때문에 다소 낮게 나타난 것으로 판단되었다. 한편, 얻어진 균체의 c-phycocyanin 함량은 9.
- 8이었다. 본 균체로부터 c-phycocy- anin을 추출하여 염석과 Sephadex GT00으로 정제한 결과 크게 3개의 획분이 확인되었다. 이 획분들의 스펙트럼을 분석한 결과, 최대 흡광 영역 652 nm의 allophycocyanin과 최대 흡광 영역 622 nm의 c-phycocyanin이 확인되었고, 확실하지는 않지만 phycoer- ythrin으로 추측되는 한 획분을 얻을 수 있었다.
- 6), 6:22nm에서 최대 흡광 영역을 가지는 색소로 전형적인 c-phycocyanin 획분인 것을 확인할 수 있었다. 본 실험에서 목표로 하는 청색 색소가 이 획분으로 겔크로마토그래피후 얻어진 c-phycocyanin의 수율은 균체량에 대해 약 1.5% 정도로 완전 정제된 색소는 아니지만 수율이 매우 높았다.
- 5% 정도의 매우 높은 수율을 나타내었다. 부분 정제된 c-phycocyanin의 안정성을 실험한 결과, 저온에서는 매우 안정하였으며, 50t 이상의 온도에서는 약간 변색이 일어나는 것으로 확인되었다. 빛에 대한 반응은 150001ux까지도 전혀 변색이 일어나지 않았으나, 250001ux에서는 약 25%의 변색이 일어난 것으로 나타났다.
- 실린더 배양기에서 구한 최적의 조건을 helical tubular photobioreactor (18 L)에 맞도록 조절하여 수확한 S. p/atensis의 일반 성분을 분석한 결과, 단백질은 64.5±2.8, 당질은 20.8±1.9, 지방질은 1.2+12 및 회분 함량은 7.8±0.8이었다. 본 균체로부터 c-phycocy- anin을 추출하여 염석과 Sephadex GT00으로 정제한 결과 크게 3개의 획분이 확인되었다.
- 7 및 8과 같다. 온도에 대한 안정성은 동결 저장에서는 물론이고 15℃까지 안정하였으며, 35℃ 이상의 온도에서는 변색이 진행되어 c-phycocyanin 함량이 낮아졌으며, 55℃에서는 17℃ 정도의 c-phy- cocyanin 함량이 감소하였다. 본 실험에서는 단백 색소라는 이유로 단백 변성이 쉽게 일어날 것으로 판단하여 고온의 조건에서는 안정성 실험을 행하지 않았지만, 산업적으로 이용성을 고려한다면 가열 살균 온도 범위까지 온도를 높혀서 경시적 변화를 관찰하여 시간에 따른 탈색 정도를 확인할 필요가 있을 것으로 판단되었다.
- 본 균체로부터 c-phycocy- anin을 추출하여 염석과 Sephadex GT00으로 정제한 결과 크게 3개의 획분이 확인되었다. 이 획분들의 스펙트럼을 분석한 결과, 최대 흡광 영역 652 nm의 allophycocyanin과 최대 흡광 영역 622 nm의 c-phycocyanin이 확인되었고, 확실하지는 않지만 phycoer- ythrin으로 추측되는 한 획분을 얻을 수 있었다. 한편, c-phycocya- nin 획분은 건조 균체량에 대해 1.
- 이 획분들의 스펙트럼을 분석한 결과, 최대 흡광 영역 652 nm의 allophycocyanin과 최대 흡광 영역 622 nm의 c-phycocyanin이 확인되었고, 확실하지는 않지만 phycoer- ythrin으로 추측되는 한 획분을 얻을 수 있었다. 한편, c-phycocya- nin 획분은 건조 균체량에 대해 1.5% 정도의 매우 높은 수율을 나타내었다. 부분 정제된 c-phycocyanin의 안정성을 실험한 결과, 저온에서는 매우 안정하였으며, 50t 이상의 온도에서는 약간 변색이 일어나는 것으로 확인되었다.
- pH에 대해서는 중성부근이하 pH 4까지의 산성영역에서는 매우 안정한 것으로 나타났으며, pH 9 이상의 알칼리 영역에서는 다소 불안한 것으로 나타났는데, pH 11의 조건에서는 15% 정도의 변색이 일어난 것으로 확인되었다. 한편, pH, 온도 및 빛 강도의 변화에 따른 금속의 영향을 확인하지는 않았으나 본 실험 조건에서는 종류에 관계없이 ophycocyanin의 안정성에 영향을 미치지는 않는 것으로 나타났다.
- 이는 빛에 대해 어느 정도 민감한 것으로 판단되는데, 여름철 태양 빛 강도와 유사한 100000lux 정도까지 빛 강도를 변화시키면서 안정성을 시험해볼 필요가 있을 것으로 판단되었다. 한편, pH에 대한 phycoc- yanin의 안정성을 시험한 결과에서 있듯이 중성부근이하 pH 4까지의 산성영역에서는 매우 안정한 것으로 나타났으며, pH 9 이상의 알칼리 영역에서는 다소 불안한 것으로 나타났는데, pH H의 조건에서는 15% 정도의 변색이 일어난 것으로 확인되었다. 그리고 중금속에 의한 변색도 크게 관찰되지 않았다.
- 본 실험에서는 단백 색소라는 이유로 단백 변성이 쉽게 일어날 것으로 판단하여 고온의 조건에서는 안정성 실험을 행하지 않았지만, 산업적으로 이용성을 고려한다면 가열 살균 온도 범위까지 온도를 높혀서 경시적 변화를 관찰하여 시간에 따른 탈색 정도를 확인할 필요가 있을 것으로 판단되었다. 한편, 빛에 의한 탈색 정도를 시험한 결과 빛 강도 15000lux까지도 전혀 변색이 일어나지 않았는데, 250001UX에서는 최종 4시간 방치로 25% 정도의 변색이 일어나는 것으로 확인되었다. 이는 빛에 대해 어느 정도 민감한 것으로 판단되는데, 여름철 태양 빛 강도와 유사한 100000lux 정도까지 빛 강도를 변화시키면서 안정성을 시험해볼 필요가 있을 것으로 판단되었다.
후속연구
- 온도에 대한 안정성은 동결 저장에서는 물론이고 15℃까지 안정하였으며, 35℃ 이상의 온도에서는 변색이 진행되어 c-phycocyanin 함량이 낮아졌으며, 55℃에서는 17℃ 정도의 c-phy- cocyanin 함량이 감소하였다. 본 실험에서는 단백 색소라는 이유로 단백 변성이 쉽게 일어날 것으로 판단하여 고온의 조건에서는 안정성 실험을 행하지 않았지만, 산업적으로 이용성을 고려한다면 가열 살균 온도 범위까지 온도를 높혀서 경시적 변화를 관찰하여 시간에 따른 탈색 정도를 확인할 필요가 있을 것으로 판단되었다. 한편, 빛에 의한 탈색 정도를 시험한 결과 빛 강도 15000lux까지도 전혀 변색이 일어나지 않았는데, 250001UX에서는 최종 4시간 방치로 25% 정도의 변색이 일어나는 것으로 확인되었다.
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