미세조류 Arthrospira platensis는 단백질 함량이 높고, 불포화 지방산 등을 다량함유하고 있어 건강보조식품 및 다양한 분야에서 활용되고 있다. 또한 phycocyanin, myxoxanthophyll, zeaxanthin 등의 색소를 함유하고 있어서 항산화물질, 식품 첨가물로도 이용되고 있다. 나노기포 수소수는 수소 기체를 나노기포 상태로 물속에 주입하여 포화용해도 이상으로 용해시킨 것이다. 이런 나노기포 수소수는 항산화능이 높고, 항암효과가 있는 것으로 알려져 있다. Arthrospira platensis를 일반 증류수 배지와 수소수로 제조한 배지에서 배양한 후 특성을 확인하였다. 배양 결과, 세포 성장 및 광합성으로 인한 색소인 chlorophyll과 carotenoid의 함량은 수소수 배지에서 배양하였을 경우 대조군에 비해 15% 정도 증가한 것으로 나타난다. 그리고 phycocyanin 역시 7% 정도 증가하였다. 하지만, 지질함량은 수소수 배지 배양과 일반 배지 배양 간에 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 항산화물질의 함량을 확인하기 위해 flavonoid 및 polyphenol의 함량을 측정하였다. Flavonoid는 수소수 배지에서 배양하였을 경우 대조군에 비해 70% 이상 증가함을 보이고 있다. 하지만 polyphenol은 대조군과 유사한 함량을 보이고 있다.
미세조류 Arthrospira platensis는 단백질 함량이 높고, 불포화 지방산 등을 다량함유하고 있어 건강보조식품 및 다양한 분야에서 활용되고 있다. 또한 phycocyanin, myxoxanthophyll, zeaxanthin 등의 색소를 함유하고 있어서 항산화물질, 식품 첨가물로도 이용되고 있다. 나노기포 수소수는 수소 기체를 나노기포 상태로 물속에 주입하여 포화용해도 이상으로 용해시킨 것이다. 이런 나노기포 수소수는 항산화능이 높고, 항암효과가 있는 것으로 알려져 있다. Arthrospira platensis를 일반 증류수 배지와 수소수로 제조한 배지에서 배양한 후 특성을 확인하였다. 배양 결과, 세포 성장 및 광합성으로 인한 색소인 chlorophyll과 carotenoid의 함량은 수소수 배지에서 배양하였을 경우 대조군에 비해 15% 정도 증가한 것으로 나타난다. 그리고 phycocyanin 역시 7% 정도 증가하였다. 하지만, 지질함량은 수소수 배지 배양과 일반 배지 배양 간에 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 항산화물질의 함량을 확인하기 위해 flavonoid 및 polyphenol의 함량을 측정하였다. Flavonoid는 수소수 배지에서 배양하였을 경우 대조군에 비해 70% 이상 증가함을 보이고 있다. 하지만 polyphenol은 대조군과 유사한 함량을 보이고 있다.
Arthrospira platensis (A. platensis) has been used in various fields including dietary supplements as it contains a high protein content and large amounts of unsaturated fatty acids. In addition, it has some pigments such as phycocyanin, myxoxanthophyll and zeaxanthin and thus has been used as a foo...
Arthrospira platensis (A. platensis) has been used in various fields including dietary supplements as it contains a high protein content and large amounts of unsaturated fatty acids. In addition, it has some pigments such as phycocyanin, myxoxanthophyll and zeaxanthin and thus has been used as a food additive and antioxidant substance. Nano-bubble hydrogen is to dissolve more than the saturation solubility in water by injecting the hydrogen gas in the nano-bubble hydrogen water. The nano-bubbles are known to possess higher antioxidant properties in addition to anticancer effects. In this paper, Arthrospira platensis was cultured in both a normal medium with distilled water and nano-bubble hydrogen water medium and their properties were compared. The cell growth and the content of chlorophyll and carotenoid in the nano-bubble hydrogen water was 15% higher than that of the control. The level of phycocyanin in nano-bubble hydrogen water was also 7% higher than that of the control. However, there were little differences in the lipid content between the nano-bubble and control. To determine the content of the antioxidants, the level of flavonoid and polyphenol were measured. The level of flavonoid in nano-bubble hydrogen water was found to be more than 70% increased when comparing to that of the control, while the level of polyphenol was similar to each other.
Arthrospira platensis (A. platensis) has been used in various fields including dietary supplements as it contains a high protein content and large amounts of unsaturated fatty acids. In addition, it has some pigments such as phycocyanin, myxoxanthophyll and zeaxanthin and thus has been used as a food additive and antioxidant substance. Nano-bubble hydrogen is to dissolve more than the saturation solubility in water by injecting the hydrogen gas in the nano-bubble hydrogen water. The nano-bubbles are known to possess higher antioxidant properties in addition to anticancer effects. In this paper, Arthrospira platensis was cultured in both a normal medium with distilled water and nano-bubble hydrogen water medium and their properties were compared. The cell growth and the content of chlorophyll and carotenoid in the nano-bubble hydrogen water was 15% higher than that of the control. The level of phycocyanin in nano-bubble hydrogen water was also 7% higher than that of the control. However, there were little differences in the lipid content between the nano-bubble and control. To determine the content of the antioxidants, the level of flavonoid and polyphenol were measured. The level of flavonoid in nano-bubble hydrogen water was found to be more than 70% increased when comparing to that of the control, while the level of polyphenol was similar to each other.
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문제 정의
본 연구에서는 나노기포를 함유하고 있는 수소수를 이용하여 배지를 만들어 미세조류 Anthrospira plantesis를 배양하였을 때 대조군에 비해 어떤 차이가 있는지 확인하였다.
본 연구에서는 수소수가 주입된 나노기포 수소수를 미세조류 A. platensis를 배양하는데 사용하여 일반 증류수 배지와의 차이를 살펴보았다. 수소수 배지와 증류수 배지에서 배양한 미세조류의 생장은 비슷한 경향을 보였지만 배양 말기 수소수 배지에서의 세포의 생장이 15% 정도 더 높은 것을 확인할 수 있었다.
이런 나노기포 기술을 미세조류 배양에 사용하여, 배양 시 고려해야 하는 요소인 배지의 pH, 항산화능 등과 같은 요소의 차이를 두고 그로 인한 미세조류의 특성을 확인해 볼 수 있다. 미세조류를 배양 시 나노기포를 함유한 배지에서의 성장이나 특성이 일반 배지와 차이를 보인다는 기존 연구들이 있다.
제안 방법
7 µg/mL)에서 배양하였을 때 7% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다(Figure 3(a)). Nile red로 염색한 세포를 형광현미경으로 관찰하였다. 현미경상으로 큰 차이를 보이지 않는다(Figure 3(b)).
각 시료 100 µL에 diethylen glycol 1 mL과 1N NaOH 100 µL를 혼합하고, 37 ℃에서 1 h 동안 incubation한 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. Total flavonoid content 는 naringin (Sigma)을 이용하여 작성한 검량선으로 계산하였다.
혼합액을 30 min간 반응 후 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. Total polyphenol content는 galic acid (Sigma)를 이용하여 표준 검량선을 작성하여 계산하였다.
분리한 상등액을 650, 654, 461, 664 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다[8]. phycocyanin을 측정하기 위해서 615 nm에서 흡광도를 측정한 후, c-phycocyanin을 농도 별로 흡광도를 측정하여 작성한 표준검량선을 이용하여 정량하였다.
5, 50 µg/mL로 nile red로 염색하여 형광값을 측정하였다. 각 농도에 따른 형광 강도를 이용하여 표준 검량선을 작성한 후 세포 내 중성지질 함량을 결정하였다[13].
또한 미세조류에서 생산되는 항산화 물질인 flavonoid와 polyphenol의 함량을 측정해보았다. 나노기포수와 대조군 배지에서 배양한 미세조류 내 항산화 물질 함량을 측정하기 위해 총 flavonoid 및 polyphenol의 함량을 분석하였다. 그 결과 나노기포수를 이용하여 배양한 미세조류 실험군에서 대조군에 비해 총 flavonoid 함량이 약 73% 증가하였지만, 총 polyphenol의 함량에서는 큰 차이가 없음을 확인하였다.
수소수 배지와 증류수 배지에서 배양한 미세조류의 생장은 비슷한 경향을 보였지만 배양 말기 수소수 배지에서의 세포의 생장이 15% 정도 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 동일한 세포 수를 이용하여 색소 및 지질 함량을 비교해 보았다. chlorophyll과 carotenoid의 함량은 대조군에 비해 나노기포 수소수에서 배양한 실험군에서 약 15% 증가함을 확인하였으며 phycocyanin은 7% 정도 증가하였다.
이는 나노기포 수소수를 이용한 미세조류 배양이 세포 내 광합성 대사를 촉진시킨다고 판단할 수 있다. 또한 미세조류에서 생산되는 항산화 물질인 flavonoid와 polyphenol의 함량을 측정해보았다. 나노기포수와 대조군 배지에서 배양한 미세조류 내 항산화 물질 함량을 측정하기 위해 총 flavonoid 및 polyphenol의 함량을 분석하였다.
미세조류 A. platensis의 지질 함량을 확인하기 위해서 nile red를 이용하여 측정하였다. Triolein을 이영하여 표준 검량선을 작성하였으며, triolein과 형광 강도 사이에 좋은 직선성(R2 = 0.
Phycocyanin 역시 식용색소 및 화장품소재로 많이 사용되며 항염증 및 항산화 효과가 있는 것으로 밝혀졌다[19]. 미세조류 Arthrospira platensis를 수소수 배지와 증류수 배지에서 12일 동안 배양을 한 후, 광합성을 통한 색소 함량을 확인하기 위해 chlorophyll과 carotenoid의 양을 측정하였다. 먼저 chlorophyll의 함량을 비교하면, 수소수 배지에서 배양하였을 때는 6.
미세조류에 함유된 항산화물질인 총 flavonoid양과, 총 polyphenol 양을 측정하였다. flavonoid는 일반적으로 자유 라디칼을 효과적으로 소거하는 능력이 있는 항산화 물질이다.
이후 13,000 rpm에서2 min간 원심분리를 통해 상등액만 분리하였다. 분리한 상등액을 650, 654, 461, 664 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다[8]. phycocyanin을 측정하기 위해서 615 nm에서 흡광도를 측정한 후, c-phycocyanin을 농도 별로 흡광도를 측정하여 작성한 표준검량선을 이용하여 정량하였다.
분쇄하여 얻은 조추출물액을 4 ℃에서 10,000 rpm으로 10 min간 원심분리한 후 상등액을 얻었다. 상등액을 이용하여, total flavonoid content, total polyphenolic content를 측정하였다.
나노기포 수소수, 3차 증류수를 이용하여 SOT배지를 만들어 실험에 이용하였다. 서로 다른 조건의 배지에 동일한 Arthrospira platensis 를 접종하여 배지에 따른 세포 성장을 살펴보았다. 수소수 배지의 세포 성장은 대조군과 비슷한 경향을 보였지만(Figure 1(a)), 12일째 수소수 배지에서 배양한 미세조류의 성장이 약 15% 정도 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(Figure 1(b)).
세포 내 중성지질 함량을 측정하기 위해 Bertozzini 등[12]의 방법을 변형하여 측정하였다. 중성지질의 검량선으로는 triolein (Sigma)를 이용하였다.
3으로 조정하였다. 수소수 배지를 만들기 위해 SOT배지 제작시 3차 증류수 대신 수소수로 대체하고 액체 내 수소 잔존량을 보존하기 위해 멸균과정은 생략하였다.
세포를 원심분리하여 얻은 pellet에 nile red solution을 500 µL 첨가하여 혼합하고 37 ℃에서 5~10 min간 방치하였다. 이후 saline을 이용해 2회 세척 후 형광현미경(Carl Zeiss, Axiskop Plus)을 이용하여 excitation 552nm, emission 636 nm 조건에서 관찰하였다.
5로 조정한 세포 10 µL와 증류수 138 µL, Nile red 2 µL 그리고 DMSO 50 µL를 혼합하여 40 ℃에서 10 min간 반응시켰다. 형광광도계(Infinite F 200 pro, Tecan, Austria)를 이용하여 excitation 495 nm, emission 620 nm에서 형광값(fluorescence intensity)을 측정하였다. Nile red로 염색된 세포의 형광값과 미세조류 자체의 형광값을 빼서 나타내었다[14].
대상 데이터
나노기포 수소수, 3차 증류수를 이용하여 SOT배지를 만들어 실험에 이용하였다. 서로 다른 조건의 배지에 동일한 Arthrospira platensis 를 접종하여 배지에 따른 세포 성장을 살펴보았다.
본 연구에서 사용한 미세조류 Arthrospira platensis NIES39 (KCTCAG30033)는 한국생명공학연구원 생물자원센터로부터 분양받았다. 배양에 사용한 배지는 알칼리서 무기배지인 SOT 배지로, 성분은 다음과 같다(Table 1).
Hiroshima Kasei Ltd.사가 만든 수소 주입기를 이용하여 제작한 수소수를 (주)태창으로부터 구입하여 본 연구에 사용하였다. 이 수소수는 900 nm 이하의 지름을 가진 나노 수소 기체를 함유하고 있고, 전체 기포 중 71%가 나노기포이다.
세포 내 중성지질 함량을 측정하기 위해 Bertozzini 등[12]의 방법을 변형하여 측정하였다. 중성지질의 검량선으로는 triolein (Sigma)를 이용하였다. Triolein의 농도를 5, 15, 20, 25, 37.
이론/모형
A. platensis의 총 지질함량을 측정하기 위해 Chen 등[13]의 방법을 사용하였다. 흡광도 520 nm에서 0.
Nile red로 염색한 세포의 형태를 관찰하기 위해 Malapascua 등[14]의 방법을 이용하여 형광현미경 촬영을 하였다. 세포를 원심분리하여 얻은 pellet에 nile red solution을 500 µL 첨가하여 혼합하고 37 ℃에서 5~10 min간 방치하였다.
Total flavonoid는 NFRI[15]의 방법을 이용하여 측정하였다. 각 시료 100 µL에 diethylen glycol 1 mL과 1N NaOH 100 µL를 혼합하고, 37 ℃에서 1 h 동안 incubation한 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Total polyphenol content는 Folins-Denis[16]방법으로 측정하였다. 시료 50 µL에 2% Na2CO3 1 mL을 가하여 혼합, 3 min간 정치한 후 1 N Folin-ciocalteu(sigma, USA) 50 µL를 첨가하였다.
성능/효과
(a)), 12일째 수소수 배지에서 배양한 미세조류의 성장이 약 15% 정도 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다(Figure 1
8 µg/mL) 에 비해 약 15% 증가함을 확인할 수 있었다(Figure 2(a)). Dunaliela salina 배양 시 공기를 주입했을 때에 chlorophyll 생산량이 32.7 mg/L 로 대조군(4.3 mg/L)에 비해 약 7.6배 높은 생산량을 확인하였다. 이는 수소 주입된 배지를 사용한 본 연구에서 chlorophyll 함량이 높게 나타난 것과 비슷한 연구 결과이다.
platensis의 지질 함량을 확인하기 위해서 nile red를 이용하여 측정하였다. Triolein을 이영하여 표준 검량선을 작성하였으며, triolein과 형광 강도 사이에 좋은 직선성(R2 = 0.99935)을 나타내어 지질 정량에 적합하다고 판단하였다. 증류수배지에서 배양한 것(61.
동일한 세포 수를 이용하여 색소 및 지질 함량을 비교해 보았다. chlorophyll과 carotenoid의 함량은 대조군에 비해 나노기포 수소수에서 배양한 실험군에서 약 15% 증가함을 확인하였으며 phycocyanin은 7% 정도 증가하였다. 하지만 지질 함량은 나노기포 수소수에서 배양한 실험군이 대조군에 비해 약 7% 감소함을 알 수 있었다.
세포 성장은 대조군과 비슷하였으나 지질 함량은 대조군에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 광합성으로 인한 색소의 함량 변화를 확인하니 chlorophyll 함량은 대조군에 비해 증가하고, carotenoid 함량 역시 증가하는 것을 확인하였다. 수소수는 용존 수소가 풍부하여 마이너스 값의 산화환원 전위를 나타낸다.
나노기포수와 대조군 배지에서 배양한 미세조류 내 항산화 물질 함량을 측정하기 위해 총 flavonoid 및 polyphenol의 함량을 분석하였다. 그 결과 나노기포수를 이용하여 배양한 미세조류 실험군에서 대조군에 비해 총 flavonoid 함량이 약 73% 증가하였지만, 총 polyphenol의 함량에서는 큰 차이가 없음을 확인하였다. 본 연구를 통해 나노기포 수소수를 이용하여 미세조류를 배양하였을 경우 세포 내 지용성 색소, 지질 및 항산화 물질의 함량 증가를 확인할 수 있었다.
먼저 chlorophyll의 함량을 비교하면, 수소수 배지에서 배양하였을 때는 6.7 µg/mL로, 대조군인 증류수 배지(5.8 µg/mL) 에 비해 약 15% 증가함을 확인할 수 있었다(Figure 2(a)).
platensis를 배양할 경우 미세조류의 세포막에서 전자의 이동으로 진행되는 광합성이[30] 촉진되고 부차적으로 항산화 물질이나 색소들을 생산하는 메커니즘이 활발하게 되어 일반 배지에서 배양하는 경우보다 색소나 항산화물질의 합성이 더 증가 하는 것으로 추측할 수 있다. 본 연구 결과를 통해 수소수에서 미세조류를 배양할 경우, 색소나 항산화물질 생성이 증가하였다. 이를 이용 하여 향후 화장품 소재 개발이나 항산화능이 증대된 기능성 식품의 개발을 전망해 볼 수 있다.
그 결과 나노기포수를 이용하여 배양한 미세조류 실험군에서 대조군에 비해 총 flavonoid 함량이 약 73% 증가하였지만, 총 polyphenol의 함량에서는 큰 차이가 없음을 확인하였다. 본 연구를 통해 나노기포 수소수를 이용하여 미세조류를 배양하였을 경우 세포 내 지용성 색소, 지질 및 항산화 물질의 함량 증가를 확인할 수 있었다. 수소수 배지에서 미세조류 A.
vulgaris)를 배양하였다. 세포 성장은 대조군과 비슷하였으나 지질 함량은 대조군에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 광합성으로 인한 색소의 함량 변화를 확인하니 chlorophyll 함량은 대조군에 비해 증가하고, carotenoid 함량 역시 증가하는 것을 확인하였다.
platensis를 배양하는데 사용하여 일반 증류수 배지와의 차이를 살펴보았다. 수소수 배지와 증류수 배지에서 배양한 미세조류의 생장은 비슷한 경향을 보였지만 배양 말기 수소수 배지에서의 세포의 생장이 15% 정도 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 동일한 세포 수를 이용하여 색소 및 지질 함량을 비교해 보았다.
예를 들어, nitrogen이 부족한 배양조건일 경우, carotenoid의 합성이 증가한다[25]. 일반 증류수 배지보다 수소수 배지에서 배양하였을 때 carotenoid의 양이 증가한 것으로 보아, 미세조류의 활성산소 제거능력이 증가한 것으로 판단할 수 있다.
증류수배지에서 배양한 것(61.8µg/mL)에 비해 수소수 배지(57.7 µg/mL)에서 배양하였을 때 7% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다(Figure 3
그리고 미세조류 배지 내의 영양분이 부족하거나 스트레스 하에 노출되면 미세조류의 생장이 늦어진다고 알려져 있다. 하지만 본 연구에서는 수소수 배지에서 배양하였을 경우, 대조군 대비 생장이 증가하였고, 지질의 함량을 큰 차이가 없는 것으로 보아, 수소수 배지에서 배양하는 것이 스트레스가 적고 미세조류 세포 배양에 적절한 환경일 것으로 판단된다.
chlorophyll과 carotenoid의 함량은 대조군에 비해 나노기포 수소수에서 배양한 실험군에서 약 15% 증가함을 확인하였으며 phycocyanin은 7% 정도 증가하였다. 하지만 지질 함량은 나노기포 수소수에서 배양한 실험군이 대조군에 비해 약 7% 감소함을 알 수 있었다. 이는 나노기포 수소수를 이용한 미세조류 배양이 세포 내 광합성 대사를 촉진시킨다고 판단할 수 있다.
후속연구
platensis는 phycocyanin을 비롯한 myxoxanthophyll, zeaxanthin과 같은 색소를 다량 함유하고 있으며 이는 항산화, 지질 과산화 등의 효능을 통해 건강기능식품 및 식품첨가물로 이용되고 있다[6]. 이렇듯 A. platensis의 지방산은 재생 가능한 에너지원으로 활용 가능하고, 여러 가지 생리활성 물질을 생산하기에, A. platensis의 여러 유용한 물질 생산량을 높일 수 있는 배양 조건을 확립하기 위한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미세조류는 어떻게 생장되며, 어디에서 배양할 수 있는가?
미세조류는 물, 이산화탄소, 빛을 이용하여 생장하고, 황무지, 해안가, 바다 등 어디서든 배양이 가능하다. 또한 지질 단백질, 색소, 비타민 의약성분 및 다양한 유용물질들을 생산한다고 알려져 있다[1].
미세조류가 생산하는 유용물질은 무엇이 있는가?
미세조류는 물, 이산화탄소, 빛을 이용하여 생장하고, 황무지, 해안가, 바다 등 어디서든 배양이 가능하다. 또한 지질 단백질, 색소, 비타민 의약성분 및 다양한 유용물질들을 생산한다고 알려져 있다[1]. 잠재자원으로 부각을 나타내는 미세조류는 주로 식량과 생물사료 또는 생물학적 비료로 이용되어 왔으며, 대표적으로 Arthrospira, Chlorella, Dunaliella, Nostoc, Aphanizomeno 등이 생명공학분야에 성공적으로 사용되고 있다[2].
미세조류는 어디에 활용되는가?
또한 지질 단백질, 색소, 비타민 의약성분 및 다양한 유용물질들을 생산한다고 알려져 있다[1]. 잠재자원으로 부각을 나타내는 미세조류는 주로 식량과 생물사료 또는 생물학적 비료로 이용되어 왔으며, 대표적으로 Arthrospira, Chlorella, Dunaliella, Nostoc, Aphanizomeno 등이 생명공학분야에 성공적으로 사용되고 있다[2]. 이 중 남조류(cyanobacteria)는 다양한 생리학적, 생화학적인 특징을 가지고 있으며, 이들 중 다수는 식물, 동물 등에서 보기 힘든 불포화지방산을 많이 함유하고 있다.
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