세포벽 분해 효소와 단백질 분해 효소를 이용하여 스피루리나 추출물을 효율적으로 생산할 수 있는 방법을 조사하였다. 특히 단백질 분해 효소의 처리 조건을 최적화하여 효율적인 스피루리나 추출물의 제조공정을 제시하였다. 세포벽 분해 효소인 Tunicase는 스피루리나의 중량 기준으로 2%를 사용하였고 2시간 동안 반응시켰다. 상업용 단백질 분해 효소로는 Alcalase를 사용하였다. 이때, Alcalase의 최적 사용량은 1%이었으며, 효소 반응 시간은 2시간이 적절하였다. Tunicase와 Alcalase의 처리 방법에서 Tunicase를 먼저 사용한 후 Alcalase를 사용하는 순차적으로 처리하는 것이 고형분 회수율과 spirulina extraction (SE) index를 최대로 증가시킬 수 있는 효과적인 방법이었다. 두 효소를 순차적으로 반응시키면 단순 열수 추출보다 고형분 회수율은 약 56%($45.2%\;{\rightarrow}\;70.7%$), SE index는 약 100%($11.4%\;{\rightarrow}\;22.8%$) 증가하였다.
세포벽 분해 효소와 단백질 분해 효소를 이용하여 스피루리나 추출물을 효율적으로 생산할 수 있는 방법을 조사하였다. 특히 단백질 분해 효소의 처리 조건을 최적화하여 효율적인 스피루리나 추출물의 제조공정을 제시하였다. 세포벽 분해 효소인 Tunicase는 스피루리나의 중량 기준으로 2%를 사용하였고 2시간 동안 반응시켰다. 상업용 단백질 분해 효소로는 Alcalase를 사용하였다. 이때, Alcalase의 최적 사용량은 1%이었으며, 효소 반응 시간은 2시간이 적절하였다. Tunicase와 Alcalase의 처리 방법에서 Tunicase를 먼저 사용한 후 Alcalase를 사용하는 순차적으로 처리하는 것이 고형분 회수율과 spirulina extraction (SE) index를 최대로 증가시킬 수 있는 효과적인 방법이었다. 두 효소를 순차적으로 반응시키면 단순 열수 추출보다 고형분 회수율은 약 56%($45.2%\;{\rightarrow}\;70.7%$), SE index는 약 100%($11.4%\;{\rightarrow}\;22.8%$) 증가하였다.
An efficient production method of spirulina extract was developed by enzymatic treatment using proteolytic enzymes. The suitable dosage of Tunicase, a cell lytic enzyme, was used to be 2.0% (w/w). To maximize solid recovery and spirulina extraction (SE) index, which indicates nucleic acid-related su...
An efficient production method of spirulina extract was developed by enzymatic treatment using proteolytic enzymes. The suitable dosage of Tunicase, a cell lytic enzyme, was used to be 2.0% (w/w). To maximize solid recovery and spirulina extraction (SE) index, which indicates nucleic acid-related substances content, the dosage of Alcalase, commercially available pretense, was found to be 1.0% (w/w). By simultaneous treatments using optimal dosages of Tunicase and Alcalase, the highest SE index and solid recovery were obtained. The SE index and solid recovery of simultaneous treatments were notably enhanced by 100% ($11.4%\;{\rightarrow}\;22.8%$) and 56% ($45.2%\;{\rightarrow}\;70.7%$), respectively, than those of the non-treated extracts.
An efficient production method of spirulina extract was developed by enzymatic treatment using proteolytic enzymes. The suitable dosage of Tunicase, a cell lytic enzyme, was used to be 2.0% (w/w). To maximize solid recovery and spirulina extraction (SE) index, which indicates nucleic acid-related substances content, the dosage of Alcalase, commercially available pretense, was found to be 1.0% (w/w). By simultaneous treatments using optimal dosages of Tunicase and Alcalase, the highest SE index and solid recovery were obtained. The SE index and solid recovery of simultaneous treatments were notably enhanced by 100% ($11.4%\;{\rightarrow}\;22.8%$) and 56% ($45.2%\;{\rightarrow}\;70.7%$), respectively, than those of the non-treated extracts.
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문제 정의
따라서 전보[15]에서는 스피루리나 추출의 효율을 향상시키기 위하여 효소 처리 후 열수로 추출하는 제조 방법으로, 세포벽 분해 효소와 단백질 분해 효소의 사용이 고형분의 회수율과 유용 성분의 지표로 260 皿에서 흡광도를 보이는 핵산 관련 성분의 함량에 미치는 영향을 보고하였다. 본 연구에서는 특히 스피루리나추출물 제조 과정에서 추출물의 수율과 품질에 중요한 영향을 미치는 단백질 분해 효소의 처리 조건을 최적화하여 효율적인 스피루리나 추출물의 제조공정을 제시하였다.
제안 방법
것이 필요하다. 간편하고 효율적인 방법으로 세포벽을 분해하는 효소를 사용하였다. 본 연구에서는 Arthrobacter sp.
다양한 생리적인 기능성이 알려져 있는 미세조류인 스피루리나로부터 세포벽분해 효소와 단백질 분해 효소를 이용하여 스피루리나 추출물을 효율적으로 생산할 수 있는 방법을 조사하였다. 특히 추출물의 수율과 품질에 중요한 영향을 미치는 단백질 분해효소의 처리 조건을 최적화하여 효율적인 스피루리나 추출물의 제조공정을 제시하였다.
Alcalase가 적합하였다[15]. 두 효소 중 Alcalase는 매우 높은 고형분 회수율을 보였으며 식품용 효소이므로 Alcalase를 선택하여 연구를 진행하였다. Alcalase의 최적 사용량을 설정하기 위하여, Alcalase를 스피루리나 중량의 04%로 첨가한 후 2시간 반응시킨 결과, 고형분 회수율과 SE index는 Alcalase 사용량에 비례하여 증가하였으며 1% 이상의 조건에서는 효소 사용량이 증가하여도 거의 일정한 결과를 나타내었다 [그림 1].
Tunicase 를 l%(w/w) 스피루리나 현탁액을 기준으로 스피루리나 중량의 2%(w/w)로 첨가하고 1시간 반응시키는 것이 추출물의 고형분 회수율과 SE index를 최대로 하는 조건이었다[15]. 따라서 효소 처리 순서의 최적화 연구에도 기존의 결과를 이용하였다. 세포벽 분해 효소와 단백질 분해효소의 처리 순서와 방법을 최적화하기 위하여 스피루리나 현탁액에 선별한 효소를 2가지 방법으로 처리하였다.
효소 분해는 스피루리나 현탁액에 먼저 Tunicase 를 첨가하고 40℃에서 1시간 처리하여 세포벽을 분해시킨 후 Alcalase를 반응시키는 2단계로 실시하였다. 모든 효소는 스피루리나 분말의 중량을 기준으로 0-4%(w/w) 범위에서 첨가하였다. 효소 처리가 끝난 반응액은 20 분간 끓여서 효소 반응을 정지시킨 다음 1,000 X g로 10분간 원심분리하여 상등액을 얻은 후 이를 분석에 사용하였다.
따라서 효소 처리 순서의 최적화 연구에도 기존의 결과를 이용하였다. 세포벽 분해 효소와 단백질 분해효소의 처리 순서와 방법을 최적화하기 위하여 스피루리나 현탁액에 선별한 효소를 2가지 방법으로 처리하였다.
스피루리나 분말을 100 ml 증류수에 l %(w/w) 농도로 현탁하고 0.1 N HC1 혹은 NaOH를 사용하여 효소반응 pH로 조정하였다. 세포벽 분해 효소의 경우에는 pH 8.
이상의 결과를 대조 구로 효소를 사용하지 않은 조건과 Tunicase와 Alcalase를 각각 사용한 조건을 포함하여 효소 처리 조건에 따른 고형분 회수율과 SE index를 3회 반복하여 [표 1]에 정리하였다. 효소를 사용하는 것이 단순 열수 추출보다는 효과적이었으며, Tunicase와 Alcalase를 단독으로 사용하는 것보다 두 종류의 효소를 모두 사용하는 것이 효과적이었다.
추출 수율은 기존의 방법과 동일하게 고형분 회수율 (solid recovery)로 나타내었으며 원료로 사용한 스피루리나 분말과 동결 건조하여 얻은 추출물의 중량비로 계산하였다. 클로렐라 추출물에서 chlorella growth factor (CGF)의 함량을 표시하는 것과 동일하게[16] 스피루리나추출물 중 260 nm에서 흡광도를 보이는 핵산 관련 성분의 함량을 나타내는 방법으로 spirulina extraction (SE) index를 다음 식으로 계산하여 사용하였다[15].
방법을 조사하였다. 특히 추출물의 수율과 품질에 중요한 영향을 미치는 단백질 분해효소의 처리 조건을 최적화하여 효율적인 스피루리나 추출물의 제조공정을 제시하였다. 세포벽분해 효소인 Tunicase는 스피루리나의 중량 기준으로 2%를 사용하였고 2시간 반응시켰다.
그러므로 Alcalase의 사용량은 1%가 적당하였다. 효소 반응 시간을 결정하기 위하여 Alcalase를 1%로 첨가한 후 경시적으로 고형분 회수율과 SE index의 변화를 분석하였다. 그 결과 고형분 회수율과 SE index는 반응 시간의 경과에 따라 향상되었으며 2시간 반응 후 최대로 되었고 그 이상 반응시켜도 고형분 회수율과 SE index는 증가하지 않았다 [그림 2].
0으로 조절하였다. 효소 분해는 스피루리나 현탁액에 먼저 Tunicase 를 첨가하고 40℃에서 1시간 처리하여 세포벽을 분해시킨 후 Alcalase를 반응시키는 2단계로 실시하였다. 모든 효소는 스피루리나 분말의 중량을 기준으로 0-4%(w/w) 범위에서 첨가하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 Arthrobacter sp. ATCC 21712 기원의 것으로 pH 8.0에서 효모의 세포벽을 분해시켜 효모를 lysis 시키는 활성을 나타내는 효소인 Tunicase를 사용하였다. Tunicase 를 l%(w/w) 스피루리나 현탁액을 기준으로 스피루리나 중량의 2%(w/w)로 첨가하고 1시간 반응시키는 것이 추출물의 고형분 회수율과 SE index를 최대로 하는 조건이었다[15].
세포벽분해 효소인 Tunicase는 스피루리나의 중량 기준으로 2%를 사용하였고 2시간 반응시켰다. 상업용 단백질 분해효소로는 Alcalase 를 사용하였다. Alcalase의 최적 사용량은 1%이었으며, 효소 반응 시간은 2시간이 적절하였다.
(Taichung, Taiwan) 의 제품이었다. 세포벽 분해 효소로는 Daiwa Kasei사 (Osaka, Japan) 의 Tunicase FN을, 단백질 분해 효소로 Novozytnes사(Bagsvaerd, Denmark)의 Alcalase 2.4L을 사용하였다.
실험에 사용된 스피루리나는 Spirulina platensis의 건조 분말로 Vedan Biotechnology Corp. (Taichung, Taiwan) 의 제품이었다. 세포벽 분해 효소로는 Daiwa Kasei사 (Osaka, Japan) 의 Tunicase FN을, 단백질 분해 효소로 Novozytnes사(Bagsvaerd, Denmark)의 Alcalase 2.
이론/모형
클로렐라 추출물에서 chlorella growth factor (CGF)의 함량을 표시하는 것과 동일하게[16] 스피루리나추출물 중 260 nm에서 흡광도를 보이는 핵산 관련 성분의 함량을 나타내는 방법으로 spirulina extraction (SE) index를 다음 식으로 계산하여 사용하였다[15].
성능/효과
순차적 처리로 AlcalaseS. 1시간 반응시킨 결과 단순 열수 추출(반응 0시간)보다 고형분 회수율은 약 60%(44.0% — 72.0%), SE index는 약 120%(10.3 … 22.6) 증가하였다. 작용 기작과 반응 조건이 상이한 두 종류의 효소는 처리함에 있어 각 효소의 최적 반응 조건에서 반응시킬 수 있는 순차적 처리법이 효과적임을 나타낸다.
Alcalase를 1%로 처리한 결과를 효소를 사용하지 않은 결과와 비교하면 고형분 회수율은 30% 이상, SE index는 35% 이상 향상되었다. 그러므로 Alcalase의 사용량은 1%가 적당하였다.
두 효소 중 Alcalase는 매우 높은 고형분 회수율을 보였으며 식품용 효소이므로 Alcalase를 선택하여 연구를 진행하였다. Alcalase의 최적 사용량을 설정하기 위하여, Alcalase를 스피루리나 중량의 04%로 첨가한 후 2시간 반응시킨 결과, 고형분 회수율과 SE index는 Alcalase 사용량에 비례하여 증가하였으며 1% 이상의 조건에서는 효소 사용량이 증가하여도 거의 일정한 결과를 나타내었다 [그림 1].
Alcalase의 최적 사용량은 1%이었으며, 효소 반응 시간은 2시간이 적절하였다. Tunicase와 Alcalase의 처리 방법에서 두 효소를 동시에 반응시키는 것보다 Tunicase를 먼저 사용한 후 Alcalase를 사용하는 순차적으로 처리하는 것이 고형분회수율과 SE index를 최대로 증가시킬 수 있는 효과적인 방법이었다. 두 효소를 순차적으로 반응시키면 단순 열수 추출보다 고형분회수율은 약 56%(45.
효소 반응 시간을 결정하기 위하여 Alcalase를 1%로 첨가한 후 경시적으로 고형분 회수율과 SE index의 변화를 분석하였다. 그 결과 고형분 회수율과 SE index는 반응 시간의 경과에 따라 향상되었으며 2시간 반응 후 최대로 되었고 그 이상 반응시켜도 고형분 회수율과 SE index는 증가하지 않았다 [그림 2]. 따라서 Alcalase의 반응시간은 2시간으로 결정하였다.
Tunicase와 Alcalase의 처리 방법에서 두 효소를 동시에 반응시키는 것보다 Tunicase를 먼저 사용한 후 Alcalase를 사용하는 순차적으로 처리하는 것이 고형분회수율과 SE index를 최대로 증가시킬 수 있는 효과적인 방법이었다. 두 효소를 순차적으로 반응시키면 단순 열수 추출보다 고형분회수율은 약 56%(45.2% → 70.7%), SE index는 약 100%(11.4 → 22.8) 증가하였다 .
[표 1]에 정리하였다. 효소를 사용하는 것이 단순 열수 추출보다는 효과적이었으며, Tunicase와 Alcalase를 단독으로 사용하는 것보다 두 종류의 효소를 모두 사용하는 것이 효과적이었다. 그러나 Tunicase와 Alcalase를 동시에 반응시킨 경우 고형분 회수율은 66.
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