보고서 정보
주관연구기관 |
을지대학교 |
연구책임자 |
강희규
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2011-06 |
과제시작연도 |
2010 |
주관부처 |
중소기업청 |
사업 관리 기관 |
한국산업기술평가관리원 (중기청) |
등록번호 |
TRKO201100013673 |
과제고유번호 |
1425062665 |
사업명 |
산학연공동기술개발 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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초록
▼
1. 최종목표
○ 산업적 경쟁력을 갖는 스피루리나 인공 배양 기술 확보 및 산업화
○ 우수한 성분을 함유하는 스피루리나 인공 배양 기술 개발 및 산업화: 어류 양식 생사료 분야
○ 농축액 및 함유성분(추출물)을 이용한 건강보조식품류(음료) 개발 및 산업화
○ 스피루리나 함유 세포활성 물질을 이용한 색조 원료, 의료용 원료 생산기술 확보 및 산업화
○ 스피루리나 인공 배양 기술의 응용 및 장비의 완성도로 추후 해양 바이오 에너지(Bio-Mass)의 산업화
2. 개발내용 및 결과
◎ 스피루리나 배양
1. 최종목표
○ 산업적 경쟁력을 갖는 스피루리나 인공 배양 기술 확보 및 산업화
○ 우수한 성분을 함유하는 스피루리나 인공 배양 기술 개발 및 산업화: 어류 양식 생사료 분야
○ 농축액 및 함유성분(추출물)을 이용한 건강보조식품류(음료) 개발 및 산업화
○ 스피루리나 함유 세포활성 물질을 이용한 색조 원료, 의료용 원료 생산기술 확보 및 산업화
○ 스피루리나 인공 배양 기술의 응용 및 장비의 완성도로 추후 해양 바이오 에너지(Bio-Mass)의 산업화
2. 개발내용 및 결과
◎ 스피루리나 배양기술 개발
스피루리나 배양액으로 통상적으로 사용되는 배양액과 차별화된 배양액 (NaCl과 NaOH를 미포함)을 개발하고 최적 배양 온도인 32℃를 확립하여 스피루리나 대량 배양 (300L)에 성공하였음. 개발된배양액은 기존 배양액 제조에 비해 약 48.6% (1톤 기준)의 비용 절감 효과를 창출하였음. 또한, 스피루리나 최적 배양 조건 확립을 위해 다양한 배양법 개발 (이산화탄소 공급, 배양액 재사용, 무균 동정 등) 및 이에 따른 스피루리나의 성상을 파악함으로써 대량 배양 단계에서 응용될 수 있는 기본데이터를 확보함.
◎ 광배양 시스템 구축
기존의 스피루리나와 같은 미세조류의 육상 수조식 노지 배양법은 필연적인 외부 오염원 (화학적 오염원, 생물학적 오염원)에 의한 오염을 방지 할 수 없어 생산된 스피루리나 품질에 결정적인 영향을미치게 되며 고부가가치를 창출에 걸림돌이 됨. 본 연구에서는 closed 광배양 시스템을 개발하여 이러한 문제점을 완전히 해소하고 이를 이용한 스피루리나 배양 시스템 확보에 성공함.
◎ 광배양 시스템 최적화
본 연구에서는 광배양 시스템을 이용하여 초기 배양액 투입 후 동일한 생존조건 (빛, 온도, 생성가스의 방출)을 부여하고 추가적인 신선 배양액을 일정 비율 씩 공급하여 배양액의 순도를 최소 1년이상 일정하게 유지하는 연속 배양법과, 일정 수준 (O.D. : 2.0)까지 성장되어진 스피루리나를 일정량 (10~50%)을 회수하여 재 배양 (1~14일)하고, 일정기간 후 일정량 (10-50%)을 회수하고, 배양하는파동형 배양방법을 개발하였으며, 균일한 생산성 및 품질 관리 등의 공정을 개발함.
◎ 대량 생산된 스피루리나 품질 분석
스피루리나의 경우 연못이나 노지와 같은 옥외에서 배양하는 것보다 광배양기와 같은 폐쇄조에서배양하는 것이상대적으로 단백질의 함량이 높음 (60~75%)을 확인하였으며, 이외 스피루리나 특이성분인 beta-carotene, c-phycocynin, γ-linoleic acid등의 유용물질을 확인하고 정량화 하였음. 광배양시스템에서 배양하여 성분 분석한 결과 이들 함유 성분등도 높은 것으로 확인됨.
◎ 새우 및 치어 양식에서의 기능성 연구
스피루리나 세포막은 클로렐라등의 조류와는 달리 대단히 탄력성이 있는 부드러운 점액 다당류를포함하며 이는 어류가 포식하였을 때 소화·흡수율이 높으며 플랑크톤과 치어의 초기사료로써 높은가치를 가지고 있음을 확인 함.또한, 초기사료가 요구하는 단백질 함량은 높을수록 좋으며, 스피루리나는단백질 함량은 60%를 초과하여 양식어류의 증체량을 좋게 하고 건강한 종묘로 성장하게 하여폐사율을 줄임을 확인함.
◎ 스피루리나 생리활성 및 기능성 물질 추출 및 특성 규명.
본 연구에서는 항산화 단백질인 C-phycocyanin, allophycocyanin, beta-carotene, superoxidedismutase 등을 이용한 In vitro 당뇨병 유발 모델 실험에서 스피루리나 추출물이 싸이토카인으로인? 세포 독성에 탁월한 방어기작을 산화스트레스, NFkB, MAPk 경로를 통하여 확인하였음. 또한,rat을 이용한 In vivo 실험에서는 당뇨 유발 치료군에서 반응성 산소기 (ROS), STZ로 유발한 베타세포에 대한 방어효과를 확인하였음.
◎ 건강 음료 및 화장품 색소 원료 공급효과.
선진국에서는 스피루리나를 샴푸, 토닉, 보디마스크, 크림 등 피부 관리 제품에 주로 사용하고 있으며, 특히 미국과 유럽에서는 일반적인 정제와 파우더, 캡슐제 이외의 다양한 제품으로 판매 되고 있음. 본 연구에서는 광배양 시스템에서 배양된 스피루리나를 이용하여 body wash, baby shampoo,soothing water, baby lotion, moisture cream, baby sun lotion, baby diper cream, spot oil등의 상품을 개발하여 시제품을 제작하고, 판매처 확보 및 유통망 구축 단계에 있음.
3. 사업성과
○ 기술적 성과
◎ 스피루리나 대량 배양 기술 개발
- 스피루리나 배양액 및 배양 조건 최적화
- 배양 공정 배개 변수 평가 및 표준화 기술 개발
- 무균 배양 환경 확립 기술 개발
◎ 광배양 시스템 구축, 최적 배양조건 확립 및 생산성 검증 기술 개발
- 배양공정, 유체조절장치, 이산화탄소 공급, 조도조절, 회수 공정기술 개발
- 생장 곡선 및 성상 변화 분석, 품질 관리 분석 기술 개발
- 연속 배양 공정 최적화 기술 개발
◎ 어류, 양식 생사료 효용성검증 기술 개발
- 동물성 플랑크톤, 윤충류등의 미소 갑각류 영양 강화
- 고효율의 소화 흡수 율에 의한 초기 양식 사료로의 효용성 검증
- 치어 생육 촉진 및 종묘 생존률 증가 (양어지 수질 개선 효과)
- 상품성이 높은 종묘 생산성 극대화 (어류 색상 향상, 항병성 향상)
◎ 화장품 색소 원료원으로의 효용성검증 기술 개발
- 화장품 색소 원료로의 효용성 검증 (다양한 시제품 개발 및 원료 물질로의 효용성 검증)
- 원료 및 최종제품의 물리화학적, 미생물 동정 기술 개발
◎ 스피루리나 유래 생리활성 물질 개발 및 기능성 평가 기반기술 개발
- 지표 물질 선정 및 규격화, 신 기능성 물질 발굴 및 특성분석 기술 개발
- 유효 성분 특성 및 작용 기전 규명기술 개발
- 동물 모델을 이용한 기능성 검증 기술 개발
- 스피루리나 유래 유용 물질 제품화 및 산업화 기술 확보
- 스피루리나 대량 생산 공정 개발
- 유용 물질 표준화 및 안정성 검증 기술 개발
○ 경제적 성과
광배양시스템을 이용한 스피루리나의 인공대량 배양의 성공은 기후 및 환경에 영향을 받지 않고 우수한 맞춤형 스피루리나의 양산이 가능하게 하여 전량 수입에 의존하던 국내 시장에서 수입의 대체효과 (연간 300억) 뿐만 아니라 해외 수출로써 외화 획득 및 원천 기술의 라이선스 사용료 등의 부가적 경제 파급효과를 이룰 수 있을 것으로 기대 됨. 또한, 스피루리나의 인공대량배양을 통해 안정적 수입대체뿐 아니라 살아있는 스피루리나를 공급함으로써 그 효과를 배가시켜 2차 생산물의 품질향상을 이루는데 큰 공헌을 할 것으로 기대됨.
○ 활용 성과 등
- 바이오 메스 생산에 필요한 배양 및 배양공정을 확보하였으므로 미세조류을 활용한 대체에너지 생산분야에 활용이 기대됨. 또한, 광합성 미세조류를 활용한 탄소저감설비분야에의 활용을 통한 향 후탄소배출권과 관련된 산업의 key 공정으로 활용이 기대되며, 국가에서 진행중인 신성장 동력 사업의 녹색기술 (탄소 저감 에너지:이산화탄소 포집 및 저장, 해양바이오에너지)에 부여함.
- 미세조류의 대량 배양과 추출은 향후 비료와 사료 등에도 접목될 수 있으며 특히 특정원료 추출 이후의 부산물의 새로운 용도의 창출도 기대됨. 스피루리나 유래 기능성 물질의 동정은 생리적 기능의유효성 검증, 바이오마커의 개발을 동반하게 되며 이는 다양한 질환의 발병기전에 대한 이해를 깊게해 질환 치료의 새로운 주요정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 효과가 좋은 소재는 향후 신약으로의 개발도 가능함.
- 본 연구과제에서는 스피루리나 원료 대량생산 기술, 광배양 시스템 확립 및 유지 기술, 스피루리나정도 관리 및 품질 분석 기술, 유용 성분 분리, 정제 시스템 구축 기술, in vitro, in vivo 유효성분검증 기술, 바이오마커 적용기술, 유효성분 메카니즘 규명 기술, in vitro, in vivo 안전성 평가 기술,원료 및 제품의 안정성 평가 기술등을 기반으로 하여 스피루리나 유래 유용성 물질을 분석하고 그효용성 연구에 이용될 수 있음.
4. 향후추진계획
- (주)카이로스에서는 대량 인공 광배양 시스템 개발을 위한 약 30톤 규모의 공장을 건설 중에 (2011년 6월 완공 예정) 있으며, 이는 본 연구 과제에 연구 성공 및 기술 개발에 큰 역할을 할 것으로 기대됨. 당해년도의 성공적인 시장 진입을 발판으로 추가시설 확장으로 생산량을 증대하여 시장 마켓쉐어 잠식과 설비 확보 및 확충을 목표로 함.
- 대량 생산된 스피루리나를 이용하여 양식사료 (어류나 패류, 새우류 유생) 사료로의 첨가제뿐만 아니라 동물사료의 특수첨가물, 건강식품 및 첨가제, 생리활성 및 기능성 물질 추출 및 특성 규명 등에 이용하고자 함.
- 기존 시장의 경쟁 제품과의 가격을 비교 설명하여 유통과 판매망을 구축하고, 유통경로와 유통방법 제시, 제품안내 책자, 교육 훈련, 샘플, 인센티브제 광고 및 홍보: 광고방법, 광고 및 홍보대행업자의 선정하여 판로를 개척할 예정임.
- 본 연구과제에서 도출된 대부분의 연구 성과들은 실제로 산업화 될 수 있는 충분한 가능성을 가지고 있으므로, 특허 출원 및 관련 산업체와의 유기적인 연계를 중요한 부분으로 판단하여 적극적으로추진할 계획임.
목차 Contents
- 최종보고서...1
- 과제별 최종 보고서...6
- 최종보고요약서(초록)...8
- 목차...12
- 제 1 장. 서론...12
- 제 1 절...12
- 제 2 절...20
- 제 3 절...23
- 제 2 장. 과제개발 내용 및 방법...27
- 제 1 절...27
- 제 2 절...30
- 제 3 절...55
- 제 3 장. 사업성과...76
- 제 1 절 기술적 성과...76
- 제 2 절 경제적 성과...77
- 제 3 절 기타 성과...79
- 제 4 장. 결론...84
- 제 1 절...84
- 제 2 절 향후계획...85
- 개발결과 의견서...86
- 사업비사용실적 보고서...88
- I. 일반현황...88
- II. 사업비 집행실적...89
- 연구전담인력 연구원 연구일지...101
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