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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 Monascus purpmreus의 변이주로서 황색 색소 생성능이 우수한 Monascus purpureus MMK2 가 세포 외부로 분비하는 황색 색소를 이용하여 식품에 기능성을 부여하고 이용성의 증가를 위한 목적으로 황색 색소 생성능에 관여하는 배지의 조성과 배양 조건에 대하여 최적조건을 조사하였다.
제안 방법
- Monascus purpureus MMK2가 생 산하는 황색 색소 생산을 위한 배지 조성의 최적 조건을 규명하기 위하여 Lin's medium을 기본 배지로 하여 탄소원, 질소원, 인산염의 종류와 농도 및 MgSd의 영향을 조사하였다. 또한 황색색소 생산에 미치는 배양 온도의 영향은 초기 pH 5.
- 공시 균주인 Monascus purpureus MMK2을 장기간 보관할 경우에는 활성유지 및 보존을 위해서 PDB (Potato dextrose broth)배지에서 5일간 배양한 균주를 25% glycerol (v/v)용액을 첨가하여 -20℃에 냉동 보관하였다. 또한 단기 보존을 위해 PDA (Potato dextrose agar)배지에 접종하여 30℃에서 5일간 배양한 후 4C에 보관하면서 사용하였으며, 균의 생리적 활성을 유지하기 위하여 2주 간격으로 계대 배양하였다.
- Monascus purpureus MMK2가 생 산하는 황색 색소 생산을 위한 배지 조성의 최적 조건을 규명하기 위하여 Lin's medium을 기본 배지로 하여 탄소원, 질소원, 인산염의 종류와 농도 및 MgSd의 영향을 조사하였다. 또한 황색색소 생산에 미치는 배양 온도의 영향은 초기 pH 5.5, 진탕 속도를 130 rpm으로 하여 배 양 온도를 20℃, 25 ℃, 30℃, 35 ℃ 및 4(/C에서 배양하여 황색색소 생성을 비교하였다. 초기 pH의 영향을 조사하기 위하여 배양온도 30℃, 진탕속도 130 rpm으로 하여 초기 pH를 5.
- 색소 생산을 위해 Monascus purpureus MMK2의 전배 양 은 색소 생산용 배지로 널리 알려진 Lin's medium (5% rice powder, 0.15% NaNO3, 0.1% MgSO4 - 7H2O 및 0.25% KH2PO4)(16)을 사용하였으며, 종배양은 포자 현탁액 1 mL 을 접종하여 30℃에서 130 rpm의 속도로 5일간 진탕배양하였고, 본 배양은 종배양과 동일한 배지를 250 mL 삼각플라스크에 50 mL 용량으로 넣고 종배양액을 2% (v/v)로 첨가한 후 초기 pH 5.5, 배 양온도 30℃에서 130 rpm으로 7일간 진탕 배양하였다.
- 5, 진탕 속도를 130 rpm으로 하여 배 양 온도를 20℃, 25 ℃, 30℃, 35 ℃ 및 4(/C에서 배양하여 황색색소 생성을 비교하였다. 초기 pH의 영향을 조사하기 위하여 배양온도 30℃, 진탕속도 130 rpm으로 하여 초기 pH를 5.0에서 8.0까지 0.5간격으로 조절하여 황색색소 생성능을 조사하였으며, 배양 시간의 영향을 조사하기 위하여 최적 배지 조건과 배양 조건하에서 배양하면서 일정 간격으로 배양액을 취하여 황색색소 생성 정도를 측정하였다.
- 황색색소 생산에 미치는 각종 영양소들의 종류와 농도의 영향을 조사하기 위하여 Lin, medium을 기본 배지로 하여 탄소원, 질소원 및 무기 성분의 종류와 농도를 각각 다르게 하여 실험을 행한 후 황색색소 생산에 적합한 배지 조성을 조사하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 균주는 한국식품연구원에서 분양받은 Monascus purpureus KFRI 1134와 누룩에서 분리한 홍국균을 UV 조사로 돌연변이를 유도한 다음 야생형 균주보다 색소 생성능이 우수한 균주를 선발하여 Monascus purpureus MMK2라 명명하고 이를 본 실험에 사용하였다. 변이주인 Monascus purpureus MMK2S] 황색 색소의 생성능(2891 unit)이 모 균주인 Monascus purpureus KFRI 1134의 황색 색소 생성능(3.
성능/효과
- MgSO4 · 7H2O의 영향 : MgSO4 · 7H2O는 미생물 균체의 세포벽 및 세포막의 구성성분 활성인자로 작용하는데, 이러한 MgSO , 7H2O의 농도에 따른 Monascus purpureus MMK2의 황색색소 생성능을 조사하기 위하여 3.0% wheat flour, 0.15% NaNO3, 0.25% Na2HPO4· 12H2O를 기본 배지에 MgSO4 · 7H2O를 0.05~0.2%까지 첨가하여 초기 pH 5.5, 배양온도 30℃에서 130 rpm으로 진탕 배양하여 황색색소 생성능을 조사한 결과(Table 7), MgSO4 · 7H2O의 농도가 0.15%일 때 황색색소의 생산이 26.64 unit로 가장 높게 나타났다. 이러한 결과는 무기염류로가 첨가된 것이 가장 높은 색소의 생성능을 보였다는 Kim(21)의 보고와는 다른 결과를 나타내었다.
- Monascus purpureus MMK2의 배양시간에 따른 황색 색소 생성능을 조사하기 위하여 최적 배지와 최적 배양조건하 에서 배양하면서 일정 간격으로 배양액을 검체하여 황색색소의 생성능을 조사한 결과(Fig. 3), 배양 2일까지는 색소의 생성이 거의 이루어지지 않았으며,4일 이후부터 급격하게 증가되어 배양 7일일 때 황색색소의 생성능이 28.91 unit로 써 가장 높게 나타났으며, 8일째부터는 오히려 색소의 생성능이 감소되는 것을 알 수 있었다.
- 89unit로서 가장 우수한 색소의 생성능을 보였다. 또한, 배양온도를 35℃ 이상으로 하였을 경우 색소의 생산능이 급격하게 감소함을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 배 양온도를 각각 26~36℃로 조절하여 배양한 결과 색소 생성력은 30~32℃에서 가장 우수하였다는 kim(22)의 결과와 Juzlova 등(23)의 액체배양에서 Monascus sp.
- 91 unit로서 가장 높은 색소의 생성능을 보였다. 또한, 초기 pH를 7.0 이상으로 하였을 경우에는 색소의 생성능이 현저히 떨어짐을 볼 수 있었다. 이와 같은 결과는 YosWinura 등(24)도 배지의 초기 pH가 6.
- 배 양온도에 따른 Mg&xs purpureus MMK2의 황색 색소 생성능을 조사하기 위하여 최적배지에서 초기 pH 5.5, 130 rpm으로 진탕 배양하였으며 배양온도는 20, 25, 30, 35 및 40℃로 하여 황색색소 생성능을 조사한 결과(Fig. 1), Monascus purpureus MMK2는 30℃의 배 양온도에서 황 색색소의 생산이 27.89unit로서 가장 우수한 색소의 생성능을 보였다. 또한, 배양온도를 35℃ 이상으로 하였을 경우 색소의 생산능이 급격하게 감소함을 볼 수 있었다.
- 본 실험에 사용한 균주는 한국식품연구원에서 분양받은 Monascus purpureus KFRI 1134와 누룩에서 분리한 홍국균을 UV 조사로 돌연변이를 유도한 다음 야생형 균주보다 색소 생성능이 우수한 균주를 선발하여 Monascus purpureus MMK2라 명명하고 이를 본 실험에 사용하였다. 변이주인 Monascus purpureus MMK2S] 황색 색소의 생성능(2891 unit)이 모 균주인 Monascus purpureus KFRI 1134의 황색 색소 생성능(3.12 unit)보다 약 9.27 배 우수한 색소 생성능을 보였다.
- Monascus purpureus MMK2를 이용하여 황색색소 생산을 위한 배양 조건의 최적화에 관한 결과는 다음과 같다. 실험 균주가 생산하는 황색색소의 최적 배양 조건은 탄소원으로 wheat flour 3.0% 첨가, 질소원으로 NaNCh 0.15%, 인산염으로 Na2HPO4 · 12H2O의 농도가 0.25% 및 MgSO4 · 7H2O의 농도가 0.15%일 때 가장 높은 황색색소 생성을 나타내었다. 배양 온도는 30℃, 초기 pH가 6.
- 인산염의 영향 : 미생물의 증식에 있어 주요 영양원의 하나인 인산은 세포 구성성분으로 중요한 역할을 한다. 이러한 인산염의 종류에 따른 Monascus purpureus MMK2의 황색색소 생성능을 조사하기 위하여 최적 탄소원(3.0% wheat flour)과 질소원(0.15% NaNO)이 포함된 Lin, medium에 인산염으로 NH4H2PO4, K2HPO4, KH2PO4, NaH2PO4 및 Na2HPO4 · 12H2O를 0.25% 첨가하여 초기 pH 5.5, 배양온도 30℃에서 130 rpm으로 진탕 배양하여 황색색 소 생성능을 조사한 결과(Table 5), Na2HPO4 · 12H2O를 처가하였을 때 황색색소의 생산이 25.38 unit로 가장 높게 나타났으며, Na2HPO4 · 12H2O농도에 따른 황색색소 생성 능은 Table 6과 같이 Na2HPO4 · 12H2O농도가 0.25%일 때 황색색소의 생산이 25.76 unit로써 가장 높은 색소의 생성능을 보였으며, 0.3% 이상에서는 색소의 생성능이 급격히 감소하였다.
- 탄소원의 영향 : 탄소원의 이용에 있어 세포 구성성분의 약 50%를 차지하고 있는 탄소는 미생물의 증식에 있어 그 구성성분 뿐만이 아니라 증식에 필요한 에너지원으로 작용하는데, 세포내로 들어간 탄소원은 미생물의 증식을 위한 에너지를 생산하기 위하여 전구체로 전환되어 세포의 형성에 이용하게 된다. 이러한 탄소원의 종류에 따른 Monascus purpureus MMK2의 황색 색 소 생 성능을 조사하기 위하여 Lin's medium의 rice powder 대신에 sucrose, maltose, glucose, rice flour, barley flour, soybean flour, wheat flour 및 buckwheat flour를 3.0% 첨가하여 초기 pH 5.5, 배양 온도 30℃에서 130 rpm으로 진탕 배양하여 황색색소 생성능을 조사한 결과(Table 1), 탄소원으로 3.0% wheat flour를 사용하였을 때 황색색소의 생산이 13.50 unit로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로는 buckwheat flour, barley flour 및 maltose 순으로 높게 나타났다. 이러한 결과는 Monascus sp.
- 질소원의 영향: 미생물에 있어서 질소는 건조 균체중 6~13%를 차지하는 중요 성분으로 세포 내 단백질, 세포벽의 합성 등에 이용되는데, 이러한 질소원의 종류에 따른 Monascus purpureus MMK2의 황색 색소 생성능을 조사하기 위하여 최적 탄소원인 3.0% wheat flour 가 함유된 Lin, medium을 기본 배지로 하여, 유기태 질소원으로 malt extract, yeast extract, peptone, 무기태 질소원으로 NaNOj, KNO3, NH4CI, (NHQ2SO4를 0.15% 첨가하여 초기 pH 5.5, 배양온도 30℃에서 130 rpm&로 진탕 배양하여 황색색소 생성능을 조사한 결과(Table 3), 무기태 질소원인 NaNQ를 사용하였을 때 황색 색소의 생산이 14.38 unit로 가장 높게 나타났으며, 그 다음으로는 KNO3가 높은 색소 생성능을 보였다. 이러한 결과는 질소원으로 NaNO를 첨가하였을 때 최대 색소 생성능을 보였다는 So(20)의 보고와 일치하였다.
- pH는 미생물의 생장에 커다란 영향을 미치는데 각각의 미생물들은 주어진 pH 범위에서만 생장하고 생장하기에 가장 좋은 최적 pH가 있다. 초기 pH에 따른 Monascus purpureus MMK2의 황색색소 생성능을 조사하기 위하여 최적배지 의 초기 pH를 5.0 ~ 8.0으로 0.5단위로 조절하여 7일간 배양온도 30℃, 130 rpm으로 배양한 결과(Fig. 2), 초기 pH를 6.5일 때 황색색소가 28.91 unit로서 가장 높은 색소의 생성능을 보였다. 또한, 초기 pH를 7.
- 이러한 결과는 질소원으로 NaNO를 첨가하였을 때 최대 색소 생성능을 보였다는 So(20)의 보고와 일치하였다. 최적 질소원으로 결정된 NaNO의 농도에 따른 황색 색소 생성능을 조사한 결과(Table 4), NaNCh 농도가 0.1%이 상부터 색소의 생성능이 급격히 증가하여 NaNO3 농도가 0.15%에서 15.30 units. 황색 색소의 생성능이 가장 우수하였으며, 0.
- (5), Monascus purpureus(19)가 최적 탄소원으로 각각 rice flour 4%라고 보고하였는데, 이와는 다른 결과를 보였다. 최적 탄소원으로 조사된 wheat flour의 첨가 농도 에 따른 황색 색소 생성능을 조사한 결과(Table 2), wheat flour의 농도가 3.0%일 때 13.78 unit가 생산됨으로서 가장 높은 색소의 생성능을 보였다. 하지만 4.
- 30 units. 황색 색소의 생성능이 가장 우수하였으며, 0.2% 이상에서는 황색색소의 생성능이 감소함을 볼 수 있었다.
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