초록 ▼

1. 연구배경 및 목적
현재 국내에는 유산균 캡슐 제조에 대한 기술이 열악하기 때문에 대부분 비싼 가격으로 수입하여 사용하고 있는 실정이다. 따라서, 고기능성 복합유산균의 마이크로캡슐 제품을 개발하여 경제적, 기술적으로 경쟁력을 갖추고자 한다.
2. 연구내용
제 1 세부과제에서는 복합 유산균의 배양, 최척의 캡슐 제조, 동결건조 및 내산성 test, 시제품 제작에 대하여 연구하였고 제 2세부과제에서는 생물고분자 소재선발 및 캡슐 생산에 영향을 주는 요소 확인, 마이크로 캡슐의 controlled release에 대하

1. 연구배경 및 목적
현재 국내에는 유산균 캡슐 제조에 대한 기술이 열악하기 때문에 대부분 비싼 가격으로 수입하여 사용하고 있는 실정이다. 따라서, 고기능성 복합유산균의 마이크로캡슐 제품을 개발하여 경제적, 기술적으로 경쟁력을 갖추고자 한다.
2. 연구내용
제 1 세부과제에서는 복합 유산균의 배양, 최척의 캡슐 제조, 동결건조 및 내산성 test, 시제품 제작에 대하여 연구하였고 제 2세부과제에서는 생물고분자 소재선발 및 캡슐 생산에 영향을 주는 요소 확인, 마이크로 캡슐의 controlled release에 대하여 연구하였다.
3. 컬파 빚 고찰
동아대학교 이진우 교수로부터 다종(Lactobacllus acidophillus KCCM 3282, Lactobadllus addophillus KCCM 40265, Lactobcillus reuteri KCCM 40717)의 유산균을 분양받았으며 이 균주들은 monocolony를 분리하여 안정성을 확인하였다. 이 균주들 중 향균활성이 뛰어난 균주들만을 선별하여 계대배양을 통해 보존하였다. 유산균 배양 실험을 통하여 고가인 MRS 배지 대신 Skim milk와 yeast extract를 사용하였으며 물리적 요인과 화학적 요인에 따른 영향올 검토하였다. 이러한 결과들은 대량배양 공정을 확립하는데 기초 자료가 되었다. 그 결과 최적 배지는 2% skim milk, 0.5% yeast extract로 결정하였으며 최적의 배양조건은 37℃, 초기 pH 7.0, 300 rpm，1.0 vvm 접종량 1% 이었고 이러한 결과들을 대량배양에 적용하기 워하여 100 L fermenter에서 실험을 수행하였다. 생산수율은 배양 12hr째 생균수 0.9x$10^{8}$ CFU/mL를 나타내었다. 플라스크 배양에서 세 균주(L.acidoaphillus KCCM 3282, L.acidophillus KCCM 40265, L. reuteri KCCM 40717)중 L. reuteri KCCM 40717의 균체성장이 가장 높게 나타났으나 이 균주는 배양시 악취를 배출하기 때문에 제품화에 있어서 상당한 문제점올 나타낼 것을 예상하여 L.acidophillus에 더 많은 중점을 두어 실험 수행하였다.
본 실험에서는 마이크로캡슐을 제조하였다. Wall material과 응고액에 의한 matriX 형성시 가소제 첨가조건과 가소제의 종류 및 캡슐의 표면장력등을 고려하여 점착력과 응집력을 향상 시킬수 있게 하였고, 캡슐의 외부뿐만 아니라 내부까지도 단단하게 젤화를 시키기 때문에 위산에서 유산균의 생존률을 높이고 장에서 높은 활성을 보이는 유산균 캡슐을 만들 수 있게 하였다. 1차 coating solution으로 Na alginate 2%, Glycerol 10%, Xanthan gum 0.26%, Tween 20 0.1%, MRS 5.5%을 사용하였고 hardening solution으로 $CaCl_{2}$ 0.5 M, Tween 80 0.5%를 사용하였으며 2차 coating solution으로 Chitosan 1.0%, Lactic acid 1.0%을 사용하였다. 또한, Air atomizer system을 자체 제작하여 사용함으로써 기존의 dripping 방식이 아닌 spraying 방식을 통하여 캡슐의 모양이 완전구형이면서 크기를 약 50㎛ 정도로 매우 작게 만들 수 있고, 균일한 크기로 단시간에 대량을 생산할 수 있게 하였다.
식물성 생물고분자인 Na-alginate의 첨가 농도는 2%가 최적임을 확인하였고， air atomizer system의 노즐크기와 분사압력은 각각 650033과 17 kgf/㎠일때 가장 적합한 캡슐이 형성됨을 주사현미경 (SEM)을 이용하여 관찰할 수 있었다. 이러한 조건들로 생산을 할 경우 1 L/min를 처리할 수 있다.
최적의 유산균 배양 조건과 캡슐제조 조건을 확립하였으나 유용제품을 만들기 위하여는 첨가물 형태의 활용과 유통기한 등을 고려하여 동결건조 과정이 필요하였다. 동결건조 과정에서 문제점이 발견되었는데 서울대(NICEM)의 보유장비인 bottle type 동결건조기를 사용한 결과 캡슐이 심하게 찌그러지는 현상이 나타났었고 이의 문제점 해결을 위해 반복 실험을 수행하게 되었다. 이러한 문제점들이 쉽게 해결되지 않아 동결건조 전문회사인 (주)일신랩에 찾아가게 되었고 여러종류의 동결건조기를 접할 수 있었다， 자체동결과 온도조절이 가능한 tray type 동결건조기를 사용하게 되어 캡슐형태를 보존하는 시간에 따른 온도 조건을 확립하게 되었다. 또한, 동결보호제인 saline buffer + 10% skim milk를 사용함으로써 생존율을 99% 이상으로 확보하여 제품화에 필요한 사항들을 점검하게 되었다.
pH 7.4인 인공장액에서 release test를위하여 시간의 차이를 두고 release 정도를 측정한 결과 30min정도면 대부분이 release 됨을 알 수 있었고， 내산성 test를 워하여 pH 1.4인 인공위액에서 시간의 간격을 두어 180분까지 반응시킨 후 각각을 인공장액으로 release 하여 생균수를 측정한 결과 인공위액에서 180분 반응시킨 sample의 생존율은 약 88% 이었다. 이러한 결과는 타시대비 월등한 내산성을 나타내며 정장작용을 위한 제품제조시 탁월한 효과를 기대할 수 있게 되었다.
제 1세부과제의 결과들은 마이크로캡슐화된 유산균 분말을 제조단가 약 86 천원/kg으로 600 kg/month 생산할 수 있게 되었고 판매가는 129 천원/kg으로 월 매출액 77,940 천원을 예상하게 되었다. 이러한 결과들은 수입제품에 비해 비교우위적인 경쟁력을 확보함으로써 수입대체 효과를 가질 수있고 기술적으로도 위 기능 개선제, 순환기계통의 약물 등 의약품 제제화 연구(DDS)에 응용할 수 있는 기술적 가치를 확보하였다. 제품으로는 기능성 음료와 기능성 식품(스틱형 과립포， 캡슐형 정장제)을 시제품제작 하였고 이는 소재판매에 따른 매출보다도 더 많은 부가가치를 창출해 낼 것으로 판단된다. 앞으로 대부분 수입에 의존하던 고기능성 캡슐제를 자체 대량생산함으로써 원가절감 요인으로 작용하여 유산균제품의 가격이 낮아져서 국민건강 증진에 도움이 되리라 기대한다. 제 2세부에서는 Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 loaded alginate microparticles 는 sodium alginate와 cell culture의 혼합물을 air-atomizing device룰 사용하여 calcium chloride solution에 스프레이 하여 제조 되었다. 이 논문의 목적은 chitosan-coated alginate microparticles가 인공위액과 장액에서 Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 의 생존율에 미치는 영향을 측정하는 것이다. 4℃와 22℃의 냉장 온도에서 Lactobacllus bulgaricus KFRI 673 loaded chitosan-coated alginate microparticles의 저장 안정성도 측정하였다. 결과를 보면，alginate particles를 사용한 캡슐화는 산에 약한 Lactobacillus bulgaricus KFRI 673의 인공위액에서 생존율을 중가시켰고, 분자량이 큰 chitosan을 사용한 코팅은 인공 위액에서 유산균의 생존율에 가장 좋은 효과를 주었다， 그러나 chitosan의 분자량에 따라서는 인공위액에서 Lactobacillus bulgaricus .KFRI 673의 생종율에 큰 영향을 주지는 못하였다. 캡슐화 되지 않은 유산균과 캡슐화 된 유산군 모두 4주 동안 4℃에서 실시한 저장 실험에서 비슷한 안정성을 보였다， 그러나 분자량이 큰 Chitosan C로 코팅된 Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 loaded alginate microparticles은 22℃에서 실시한 저장성 실험에서 확실히 가장 좋은 저장 안정성을 보여주었다. 따라서 Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 loaded chitosan-coated alginate microparticles는 많은 수의 살아있는 유산균을 장까지 전달 시켜주는 효과적인 방법이라 보여진다.

Abstract ▼

1. Purpose and Significante of the Study
According to recent news, microcapsule production within the country depend on importation, the aim of this project was development of Lactic add .bacteria complex microcapsule with various functions

2. Contents of the Study
. 1st part of this pr

1. Purpose and Significante of the Study
According to recent news, microcapsule production within the country depend on importation, the aim of this project was development of Lactic add .bacteria complex microcapsule with various functions

2. Contents of the Study
. 1st part of this project In the liquid culture of lactic acid bacteria using bioreactor, the Optimized conditions for microcapsule with various functions, freeze dry, acid tolerance test and prototype production
. 2nd part of this project Isolation of biopolymer material, identification of factor for microcapsule production and controlled release of microcapsule

3. Results and Recommendation
Lactic acid bacteria was Lactobacillus acidophillus KCCM 32820，Lactobacillus acidophillus KCCM 40265 and Lactobacillus reuteri KCCM 40717 from Dong-A University. Stability was idenltified after isolation of monocolony. Among others there was lactic acid bacteria with high anhoacteriaI activity. With the results from the. antibacterial activity, lactic add bacteria was coUected and maintained. Physical and chemical conditions was investigated for biomass production in liquid culture of lactic add bacteria. In this results, the culture condition5 were 37℃, initial pH 7.0, 300 rpm， 1.0 vvm and inoculum size 1%. Optimized medium for the biomass production contained skim milk 2 % and yeast extract 0.5%. The pilot plant scale(100 L fennenter) was applied by the basic data. In batch culture using a 100 L fennenter, the maximum biomass concentration was 0.9x$10^{8}$ cfu/mL at the 12 hr.
This study was process development for microcapsule production. Coating solution was consist of biopolymer, plasticizer and so on. 1st coating soIution was Na-alginate 2 %, Glycerol 10 %, Xanthan gum 0.26 %, Tween 20 0.1 %, MRS 5.5 %. Hardening solution was Ca02 0.5 M and Tween 80 0.5 %. 2nd coating soIution was Chitosan 1.0 % and Lactic acid 1.0 %. In addition to, microcapsule produced using the air atomizer system. Air atomizer system was spray type.
Nozzle size and pressure of the optimized air atomizer system was 650033 and 17 kgf/㎠, respectively. This study was investigated by SEM.
It has been necessary to develope the freeze dry process for the useful microcapsule production. Tray type freeze dryer was controlled temperature and itself freezing from Ilshin Lab Co., Ltd. The freeze dry conditions was developed for the microcapsule production. To increase viability, saline buffer and skim milk 10 % was added to microcapsule production. In result, the viability was 99 %. Microcapsule production was released after 30 min to simulated intestinal juice of pH 7.4. Microcapsule was reacted to simulated gastric juice of pH 1.4 until the 180 min, and that was released all. In results, viability was 87 %.
Microcapsule powder was produced 600 kg/month, and the unit cost of production was 86,600 won/kg. Accordingly selling price waS expected 77,940,000 won/month. Prototype production was consist of drink type, Stick type and capsule type. Microcapsule production within the country depend on the importation until now but we are full of hope for the future because Fusionbt Co. can produce mass prodution

The aim of this study was to investigate the effect of chitosan-coated alginate microencapsulation on the survival of Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 in simulated gastric juice (SGJ) and simulates intestinal juice (SIJ) and on their stability during storage at 4℃ and 22℃. Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 loaded in alginate microparticles were prepared by spraying the mixture of sodium alginate and cell culture into calcium chloride solution using an air-atomizing device. The results indicated that microencapsulation in alginate microparticles improved the survival of acid-sensitive Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 exposed to SGJ of pH2.0 and high molecular weight chitosan coating resulted in the highest survival in SGJ. Variations in the molecular weight of chitosan did not much influence the survival of Lactobacillus bulgaricus KFRI 673 in SGJ. Both free and microencapsulated cells showed similar stability for 4 weeks storage at 4℃. However, the stability of lactobacillus at 22℃ was appreciably improved when loaded in high molecular weight chitosan-coated alginate microparticles. In conclusion, microencapsulation of lactic acid bacteria with alginate and chitosan coating offers an effective way of delivering viable bacterial cells to colon and maintaining the survival dun...g refrigerated storage.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 목차...3
• I. 연구개발경과 요약문...4
• 요약문...4
• SUMMARY...6
• II. 총괄연구개발과제 연구결과...8
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표...8
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 방법...12
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...13
• 4. 사업화 목표 달성도 및 계획...15
• 5. 총괄연구개발과제의 연구성과...19
• 6. 연구개발결과의 파급효과...26
• III. 제 1 세부연구개발과제 연구결과...28
• 1. 제 1 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표...29
• 2. 제 1 세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...31
• 3. 제 1 세부연구개발과제의 최종 연구개발결과...36
• 4. 제 1 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...55
• 5. 제 1 세부연구개발과제의 연구성과...57
• 6. 참고문헌...63
• IV. 제 2 세부연구개발과제 연구결과...65
• 1. 제 2 세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표...66
• 2. 제 2 세부연구개발과제의 연구대상 및 방법...68
• 3. 제 2 세부연구개발과제의 최종 연구개발결과...70
• 4. 제 2 세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론...76
• 5. 제 2 세부연구개발과제의 연구성과...77
• 6. 참고문헌...80