해산스피룰리나의 생산기술개발 및 고부가가치 사업 최종보고서

한국산 스피루리나의 분리 및 동정. 용해된 스피루리나의 최적 성장 조건 확인.

경제성 분석

파급효과

스피루리나 개발 프로젝트 총 생산량 10억 원 대비 직원 비율. R&D는 Spirulina 개발 프로젝트의 총 입력 간의 차이입니다.

연구개발결과의 활용방안

스피루리나 기능성 검색 기술은 의약/의료기능식품 분야에서 면역조절 및 항알레르기 분야가 가장 큰 비중을 차지했고, 화장품 분야에서 피부주름개선 분야가 가장 큰 비중을 차지했다. 스피루리나 재배 기술 분야에서는 재배 방법 분야의 특허가 가장 많은 비중을 차지했으며, 배지 발굴 및 개발 방법 분야의 특허가 많았다.

기대성과

지하해수, 지하담수, 해양심층수는 깨끗하고 순환하며 재생 가능한 자원으로 미국과 일본에서는 이미 양식업, 식품개발 등 다양한 분야에서 산업화가 추진되어 그 격차가 벌어지고 있어 앞으로 기술의 결과로 경제적 격차가 줄어들 것입니다. . 국내에 서식하는 유익한 미세조류의 종보전 및 생물자원관리.

SUMMARY

Summary of research and development project
Technology trends in domestic and foreign countries

Technology trends in domestic countries

Performances and results about research and development 1. Introduction

Separation and identification of domestic marine Spirulina
Investigation of optimum growth condition of marine Spirulina
Components changes with variations of growth condition of marine Spirulina
Establishment of extraction process of functional materials from marine Spirulina
Bioactivity assessment of substances extracted from marine Spirulina
Pilot plant scale research for marine Spirulina culture and utilization

Economic analysis and ripple impact

Economic analysis
Ripple impact

Patent analysis map of Spirulina
Plan to utilize the research and development results 1. Utilization of research and development results

In total, it was analyzed that 1 billion won of production increase in Spirulina development activities puts 2.5173 people to work. For example, it was analyzed that 1 billion won of production increase in Spirulina development activities puts 5.1520 people to work.

실험에 사용한 제주산 미나리 실험에 사용한 안산산 미나리.

그림 5-3. 연도별 전체 특허출원동향 ························································································· 205 그림 5-4

List of Tables

제 1 장

사업발굴의 개요
연구개발을 위한 기술의 일반 현황
사업의 추진 주체
사업의 추진경위
과학기술적 측면
경제․산업적 측면
사회․문화적 측면

이 R&D의 대상 종인 스피루리나(그림 2)는 봄의 모습을 하고 있습니다. 스피루리나 기능성 식품 연구 분야: WHO는 스피루리나를 완전 천연 식품으로 인정합니다.

제 2 장

국외 연구사례
국내 연구사례
기술현황 분석 결론
향후 전망

현재 미국과 일본이 연구를 주도하고 있다. 국내 미세조류 대량배양 연구는 일반적으로 광생물반응기(PBR)를 사용하여 실험실 수준에서 수행된다.

[그림 2-1] 국내외 해양바이오산업 현황(임번삼, 해양바이오산업, 과학기술정보연구원 2002)

제 3 장

영양성분 조합을 통한 배양조건 연구

6 해수와 지표수(-K2HPO4)를 이용한 개질된 자루옥 배지의 생산 질소원으로 비료급 우레아 사용. 12 해수와 지표수(-K2HPO4)를 이용한 개질된 자루옥 배지 생산 전처리된 해수 사용.

[그림 3-4] 해산 스피룰리나 최적성장 측정을 위한 영양성분별 배양 사진

환경조건 변화를 통한 배양조건 연구

지금까지 스피루리나를 생산하는 생명공학산업은 높은 생산비용 문제로 어려움을 겪었고, 이로 인해 많은 국가들이 산업화로 나아가지 못하고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 오염되지 않은 열대 지하수와

[그림 3-8] 해산 스피룰리나의 성장 기간 중 각 실험조건별 pH 변화

pH 측정기를 이용하여 2일마다 pH를 측정하였고, 배양액 20ml를 여과하여 건조시킨 여과지의 무게를 측정하여 바이오매스를 계산하였다. 염분의 변화에 따른 변화는 바이오매스 채취 과정에서 많은 염분 성분이 검출되어 정확한 측정이 불가능하였다.

실험에 사용된 인산염 성분을 비교한 결과, K2HPO4 배지가 P2O5 배지보다 높은 바이오매스 값을 나타냈고, A2KP 배지의 바이오매스는 기존의 SOT-배지와 유사한 값을 보였다. 이는 Spirulina 배지용 K2HPO4 배지가 SOT 배지와 함께 사용될 수 있음을 나타내며, 배지의 조성을 비교할 때 SOT 배지보다 적은 양으로 경쟁 배지로 간주된다.

A2KPO4 배지의 바이오매스는 꾸준히 증가했습니다. 기존 SOT 미디엄보다 새로운 구성입니다.

[그림 3-14] Carbon source 변화에 따른 S. maxima의 biomass 변화

중형 SOT배지에서 재배함으로써 SOT배지보다 적은 비용으로 생산성을 높일 수 있음을 보여준다. 각 배지 조성을 살펴보면, 배양 초기에는 SOT 배지의 바이오매스가 더 많았으나, 배양 기간이 길수록 AK 배지의 바이오매스가 더 많이 얻어지는 것을 확인하였다.

[그림 3-17] Nitrogen source 변화에 따른 S. maxima의 pH 변화

8일째의 첫 번째 수확 후, 바이오매스는 감소하는 경향을 보인 다음 다시 증가했습니다. 모든 그룹 중에서 그룹 C의 바이오매스가 높았고 이.

기존 SOT 매질의 미디엄 개질 상태에서도 충분히 생산이 가능하며, 보다 저렴한 비용으로 생산됩니다. 실험은 현재 진행 중이며 생산량은 겨울 동안 계산될 것입니다.

K2HPO4 함량과 관련하여 거의 변화가 없음을 알 수 있었다. 암석 단백질 함량이 감소한 것을 확인하였다.

Phosphate source 및 염분변화에 따른 구성성분 분석

따라서 회분 함량을 줄이면서 단백질 함량을 높이는 연구는 다양하게 진행되어야 한다. 각 인산염 공급원 처리군의 단백질 함량은 P2O5 처리군에서 약간 더 높았으나 유의한 차이는 없었다.

[그림 3-27] 배지성분 및 염분 변화에 따른 S. maxima의 일반성분 분석

Carbon source 변화에 따른 구성성분 분석

그 결과 SOTR은 단백질 함량이 2차 수확까지 증가하다가 점차 감소하는 반면, 탄수화물 함량은 비례하여 증가하였다. 반면, NaHCO3의 양을 조절한 A2KPR의 경우 초기 단백질 함량이 SOTR에 비해 다소 낮았으나 수확 시 단백질 함량이 일정하게 유지됨을 확인하였다.

Nitrogen source 변화에 따른 구성성분 분석

그 결과 SOT군의 경우 질소원의 함량에 따른 단백질 함량 변화에 큰 차이가 없었으나 AK군의 경우 AKPHR에서 가장 높은 단백질 함량을 나타내었다. 질소원이 낮고 함량이 증가할수록 수확시기가 감소하는 경향을 보였다. 회분 함량은 두 군 모두 수확시기가 증가함에 따라 약간씩 증가하는 경향을 보였고, 수분함량은 일부를 제외하고는 대체로 큰 변화를 보이지 않았다.

[그림 3-29] Nitrogen source 변화에 따른 harvesting time 별 S. maxima의 일반성분 조성 변화

8일째 채취한 스피루리나 맥시마의 성분에 대한 종합분석 결과와 달리 대부분의 배지에서 단백질 함량이 감소하고 탄수화물 함량이 증가하는 경향을 보였다. B군의 환경은 A군의 환경과 달리 탄수화물의 함량이 가장 높았고, 단백질, 지질, 회분의 함량은 약간 감소하는 경향을 보였다.

[그림 3-30] 8일째 수확한 A, B, C그룹 배지 스피룰리나의의 일반성분

야외 대량배양 시 배지조건 및 샘플 건조방법 변화에 따른 구성성분 분석

따라서 많은 시약을 필요로 하는 기존의 상용 배지인 SOT 대신 석탄을 첨가하여 전처리한 유기탄소가 풍부한 해수를 사용하였다. 그러나 SM1과 SM4의 단백질 함량은 동결건조된 것 중에서 상대적으로 낮았다. 의 샘플은 샘플 수집 중 염 제거가 불충분하여 회분 함량이 상대적으로 높고 단백질 함량이 상대적으로 낮기 때문인 것으로 나타났습니다.

배지조건에 따른 구성성분 분석

일반성분 분석 결과 단백질 함량이 가장 높았으며, 특히 FRP1 배지의 조성은 약 60%의 우수한 단백질 함량을 보였다. FRP1의 경우 회분 함량도 높았으며, 추후 실험을 통해 회분 함량을 줄일 수 있다면 단백질 함량도 높일 수 있을 것으로 판단했다.

5절 용해된 스피루리나로부터 기능성 물질 추출 공정 확립. 따라서 초음파추출법은 유용성분의 용출증가와 신물질의 생성 또는 능동적 변환을 통한 추출을 통해 보다 나은 생리활성을 나타내어 새로운 기능성 식품 및 소재로서의 가능성을 높인 것으로 판단된다.

초음파 병렬추출시 추출수율이 높은 이유는 유용성분의 용출량이 증가하고 신물질의 생산이나 변형에 따른 수율의 증가가 높기 때문이라고 한다. 그 결과 전파하는 파동의 주파수를 높이고 초미세진동의 작용을 통해 침투와 진동의 효과를 높이는 용도로 높은 효율을 보인 것으로 판단된다. 그러나 큰 단백질과 다당류로 구성된 스피루리나 맥시마의 변성, 고압 처리로 인한 조직과 세포벽의 변형 등의 단점이 있다.

따라서 고압 액화 및 초고압에 비해 추출 효율이 다소 떨어지지만 경제적 관점에서 저렴한 비용으로 단백질과 다당류를 비교적 미세하게 분리하여 추출 효율을 높이고, 유용한 생리 활성 물질의 변성이 적은 온도 초음파 병렬 추출 기술이 최적이며 추출 조건으로 선정되었습니다.

결과적으로 추출은 용매비 > 추출온도 > 초음파 > 추출시간에 영향을 받았다.

표 3-24와 같이 각 인자의 조건에 따라 물과 에탄올이 10:0 (v/v) 용매에서는 14 ~ 17%

평행 초음파 열수추출은 기존 열수추출에 비해 용출량을 크게 증가시켰고 우수한 물질 분리를 보였다. 특히 13절에 나타낸 색소 단백질계 물질인 pheophorbide a와 chlorophyll a의 용출량이 크게 증가함을 알 수 있다. HPLC 피크분석 결과 초고압추출과 고압액화추출에 의한 추출물질의 용출량 및 분리량은

[그림 3-34] S. maxima 추출물의 HPLC 피크 비교. (a) Water Ex. 60 ℃ , (b) Water Ex. 60 ℃ with ultrasonification, (c) High pressure, (d) High temperature and high pressure, (e) Spirulina platensis

따라서 저온 초음파와 병행한 열수 추출물의 추출 조건이 다른 추출 조건보다 더 효과적임을 비교할 수 있다. 섹션 6 용해된 스피루리나 추출물의 생리활성 평가.

[그림 3-35] 정상세포에 대한 해산 스피룰리나 추출물의 세포독성 평가. Results are expressed as mean ± S.D.M of data obtained from three independent experiments

지질 과산화 억제 효과를 위해 Mitsuda et al.(1996)과 Sidwell et al.(1954)의 방법에 따라 TBA(thiobarbituric acid)를 기질로 linoleic acid를 사용하였다. 지질 과산화 억제 활성을 알아보기 위해 기질과 4일간 배양하여 확인하였으며, 모든 추출물이 시료 처리를 하지 않은 대조군과 비교하여 지질 과산화 억제 활성을 나타내는 것을 확인하였다.