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윤진 이
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1 Appl. Chem. Eng., Vol. 26, No. 4, August 2015, Article 나노기포수소수에서배양한 Arthrospira platensis 특성확인 서지혜 최수정 이상훈 *, ** 이재화 신라대학교의생명과학대학제약공학, * 한국식품연구원기능성식품연구본부, ** 과학기술연합대학원대학교식품생명공학 (2015 년 3 월 30 일접수, 2015 년 4 월 25 일심사, 2015 년 5 월 29 일채택 ) Characterization of Arthrospira platensis Cultured in Nano-bubble Hydrogen Water Ji-Hye Seo, Soo-Jeong Choi, Sang-Hoon Lee*, **, and Jae-Hwa Lee Department of Pharmaceutical Engineering, College of Medical & Life Science, Silla University, Busan , Korea *Division of Functional Food Research, Korea Food Research Institute, Seongnam , Republic of Korea **Department of Food Biotechnology, University of Science and Technology, Daejeon , Republic of Korea (Received March 30, 2015; Revised April 25, 2015; Accepted May 29, 2015) 초록미세조류 Arthrospira platensis는단백질함량이높고, 불포화지방산등을다량함유하고있어건강보조식품및다양한분야에서활용되고있다. 또한 phycocyanin, myxoxanthophyll, zeaxanthin 등의색소를함유하고있어서항산화물질, 식품첨가물로도이용되고있다. 나노기포수소수는수소기체를나노기포상태로물속에주입하여포화용해도이상으로용해시킨것이다. 이런나노기포수소수는항산화능이높고, 항암효과가있는것으로알려져있다. Arthrospira platensis를일반증류수배지와수소수로제조한배지에서배양한후특성을확인하였다. 배양결과, 세포성장및광합성으로인한색소인 chlorophyll과 carotenoid의함량은수소수배지에서배양하였을경우대조군에비해 15% 정도증가한것으로나타난다. 그리고 phycocyanin 역시 7% 정도증가하였다. 하지만, 지질함량은수소수배지배양과일반배지배양간에큰차이가없는것을확인하였다. 항산화물질의함량을확인하기위해 flavonoid 및 polyphenol의함량을측정하였다. Flavonoid는수소수배지에서배양하였을경우대조군에비해 70% 이상증가함을보이고있다. 하지만 polyphenol은대조군과유사한함량을보이고있다. Abstract 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. Keywords: Arthrospira platensis, nano-bubble hydrogen water, carotenoid, chlorophyll, antioxidant 1)1. 서론 미세조류는물, 이산화탄소, 빛을이용하여생장하고, 황무지, 해안가, 바다등어디서든배양이가능하다. 또한지질단백질, 색소, 비타 Corresponding Author: Silla University, Department of Pharmaceutical Engineering, College of Medical & Life Science, Busan , Korea Tel: jhalee@silla.ac.kr pissn: eissn: 2014 The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry. All rights reserved. 민의약성분및다양한유용물질들을생산한다고알려져있다 [1]. 잠재자원으로부각을나타내는미세조류는주로식량과생물사료또는생물학적비료로이용되어왔으며, 대표적으로 Arthrospira, Chlorella, Dunaliella, Nostoc, Aphanizomeno 등이생명공학분야에성공적으로사용되고있다 [2]. 이중남조류 (cyanobacteria) 는다양한생리학적, 생화학적인특징을가지고있으며, 이들중다수는식물, 동물등에서보기힘든불포화지방산을많이함유하고있다. 남조류중 Arthrospira platensis는알칼리성호수에서자생하는나선형의미세조류로단백질함량은건조체량의 60~70% 에달한다 [3]. A. platensis는광합성을통해생장하며, glycolysis, TCA cycle, 지방산 421

2 422 서지혜 최수정 이상훈 이재화 및지질합성을통해여러종류의유용물질을생산한다 [4]. A. platensis는엽록소와같은지용성색소 (chlorophyll, carotenoid) 와함께광합성보조색소인 phycobiliprotein을추가적으로생산하며 phycobiliprotein은 c-phycocyanin, allophycocyanin, phycoerythrin으로구성된다 [5]. A. platensis는 phycocyanin을비롯한 myxoxanthophyll, zeaxanthin과같은색소를다량함유하고있으며이는항산화, 지질과산화등의효능을통해건강기능식품및식품첨가물로이용되고있다 [6]. 이렇듯 A. platensis의지방산은재생가능한에너지원으로활용가능하고, 여러가지생리활성물질을생산하기에, A. platensis의여러유용한물질생산량을높일수있는배양조건을확립하기위한연구가필요하다. 나노기포수는산소나수소등의기체를나노기포상태로물속에체류시킨물의종류로, 포화용해도이상으로기체를물속에용해시킨다. 나노기포는마이크로기포가자연상태에서수축되어발생하는것으로크기가약 0.5~10 µm 범위의극초미세기포이다 [8]. 나노기포는여러방면에사용가능한물질로인정받고있는데, 특히생물학적인처리나 MEMS (Microelectromechanical systems) 기구들에유용한것으로알려져있다 [9]. 나노기포연구는폐수를정화하는데많이이용되고있는데나노기포를수처리에이용할때공기용해효율이높아대전작용, 물리적흡착효과가뛰어나다고보고되고있다 [10]. 대전효과가높아안정화된나노기포는기포특성이장시간유지되기때문에생명공학분야와의학적인응용이가능하다 [8]. 이런나노기포기술을미세조류배양에사용하여, 배양시고려해야하는요소인배지의 ph, 항산화능등과같은요소의차이를두고그로인한미세조류의특성을확인해볼수있다. 미세조류를배양시나노기포를함유한배지에서의성장이나특성이일반배지와차이를보인다는기존연구들이있다. CO 2 는배지의 ph를유지하는데사용되거나, high value biomaterial을생산하기위한 carbon source로사용된다. Yilu 등 [11] 은 Anthrospira plantesis 배양시스템에 CO 2 를인위적으로주입하였을때 CO 2 를주입하지않은대조군에비해 40% 높게성장한것을확인할수있었다. Kim 등 [8] 은나노기포산소수및수소수에서미세조류 Nannochloropsis oculata (N. oculata) 와 Chlorella vulgaris (C. vulgaris) 를배양하였다. 세포성장은대조군과비슷하였으나지질함량은대조군에미치지못하는것으로나타났다. 광합성으로인한색소의함량변화를확인하니 chlorophyll 함량은대조군에비해증가하고, carotenoid 함량역시증가하는것을확인하였다. 수소수는용존수소가풍부하여마이너스값의산화환원전위를나타낸다. 또한수소수는활성수소의함량이높기때문에음용시체내활성산소제거및항산화작용을돕는다는연구결과들이보고되고있다 [12]. 수소수는클러스터가다른액체에비해작아물질속에잘침투하는장점이있으므로, 활성산소제거에탁월한효과가있다. 본연구에서는나노기포를함유하고있는수소수를이용하여배지를만들어미세조류 Anthrospira plantesis를배양하였을때대조군에비해어떤차이가있는지확인하였다. 2. 실험 2.1. 사용균주및배양방법본연구에서사용한미세조류 Arthrospira platensis NIES39 (KCTCAG30033) 는한국생명공학연구원생물자원센터로부터분양받았다. 배양에사용한배지는알칼리서무기배지인 SOT 배지로, 성분은다음과같다 (Table 1). SOT-1과 SOT-2를각각 121 에서 15 min Table 1. Components of SOT Medium SOT-1 (600 ml) SOT-2 (400 ml) A5 trace-metal sol. (1 L) Components NaHCO 3 K 2HPO 4 NaNO 3 K 2SO 4 NaCl MgSO 4 7H 2O CaCl 2 2H 2O FeSO 4 7H 2O Na 2EDTA 2H 2O A5 trace-metal sol. H 3BO 3 MnSO 4 7H 2O ZnSO 4 7H 2O Na 2MoO 4 2H 2O CuSO 4 5H 2O Amounts 16.8 g 0.5 g 2.5 g 1 g 1 g 0.2 g 0.04 g 0.01 g 0.08 g 1 ml 2.86 g 2.50 g 0.22 g 0.21 g 0.08 g 간멸균, 냉각시켜혼합후 10N NaOH를이용하여 ph를 9로조절하여사용하였다. 온도 35, 교반속도 120 rpm, 광도 6,000 lux의조건으로배양하였고, 광주기는 12 h : 12 h ( 명 : 암 ) 으로명반응시형광등을사용하였다 2.2. 나노기포수소수제조 Hiroshima Kasei Ltd. 사가만든수소주입기를이용하여제작한수소수를 ( 주 ) 태창으로부터구입하여본연구에사용하였다. 이수소수는 900 nm 이하의지름을가진나노수소기체를함유하고있고, 전체기포중 71% 가나노기포이다. 또한용존수소량은 0.8~1.2 ppm이고, 일반수돗물의산화환원전위가 +100~200 mv인데반해수소수의산화환원전위는 -500~-600 mv이다 나노기포수소수배양 증식기의 Arthrospira plantesis 세포를수확하여 520 nm에서흡광도를 0.3으로조정하였다. 수소수배지를만들기위해 SOT배지제작시 3차증류수대신수소수로대체하고액체내수소잔존량을보존하기위해멸균과정은생략하였다 색소함량분석 A. platensis의광합성색소함량을측정하기위해 12일배양후 O.D 값을 0.5로조정한세포 1 ml을준비하였다. 이는각 sample의세포수를동일하게한후색소의함량을측정하기위함이다. 이세포를 13,000 rpm에서 2 min간원심분리하여상등액은버리고 methanol 1 ml을첨가하였다. methanol 첨가한 cell pellet을 60 에서 30 min간 incubation한후 0 에서 5 min간냉각시킨다. 이후 13,000 rpm에서 2 min간원심분리를통해상등액만분리하였다. 분리한상등액을 650, 654, 461, 664 nm 파장에서흡광도를측정하였다 [8]. phycocyanin을측정하기위해서 615 nm에서흡광도를측정한후, c-phycocyanin을농도별로흡광도를측정하여작성한표준검량선을이용하여정량하였다. Chlorophyll = (A ) + (A665 4) Carotenoid = [A461 + (0.046 A664)] 4 공업화학, 제 26 권제 4 호, 2015

나노기포수소수에서배양한 Arthrospira platensis 특성확인 423 2.5. 지질함량분석 A. platensis의총지질함량을측정하기위해 Chen 등 [13] 의방법을사용하였다. 흡광도 520 nm에서 0.

형광광도계 (Infinite F 200 pro, Tecan, Austria) 를이용하여 excitation 495 nm, emission 620 nm에서형광값 (fluorescence intensity) 을측정하였다.

Triolein의농도를 5, 15, 20, 25, 37.5, 50 µg/ml로 nile red로염색하여형광값을측정하였다. 각농도에따른형광강도를이용하여표준검량선을작성한후세포내중성지질함량을결정하였다 [13]. 0day 2day 5day 6d

세포를원심분리하여 얻은 pellet 에 nile red solution 을 500 µl 첨가하여혼합하고 37 에 서 5~10 min간방치하였다.

항산화물질측정 동결건조한미세조류 100 mg 을 0.5 M 인산완충용액 (ph 6.8) 5 ml 에넣고, homogenizer (Wheaton, USA) 를이용하여세포를분쇄하였 다.

각시 료 100 µl 에 diethylen glycol 1 ml 과 1N NaOH 100 µl 를혼합하고, 37 에서 1 h 동안 incubation 한후 420 nm 에서흡광도를측정하였 다.

시료 50 µl에 2% Na 2CO 3 1 ml을가하여혼합, 3 min간정치한후 1 N Folin-ciocalteu(sigma, USA) 50 µl를첨가하였다. 혼합액을 30 min간반응후 750 nm에서흡광도를측정하였다.

서로다른조건의배지에동일한 Arthrospira platensis 를접종하여배지에따른세포성장을살펴보았다. 수소수배지의세포성장은대조군과비슷한경향을보였지만 (Figure 1), 12일째수소수배지에서배양한미세조류의성장이약 15% 정도높게나타나 (c) Figure 1.

3 나노기포수소수에서배양한 Arthrospira platensis 특성확인 지질함량분석 A. platensis의총지질함량을측정하기위해 Chen 등 [13] 의방법을사용하였다. 흡광도 520 nm에서 0.5로조정한세포 10 µl와증류수 138 µl, Nile red 2 µl 그리고 DMSO 50 µl를혼합하여 40 에서 10 min간반응시켰다. 형광광도계 (Infinite F 200 pro, Tecan, Austria) 를이용하여 excitation 495 nm, emission 620 nm에서형광값 (fluorescence intensity) 을측정하였다. Nile red로염색된세포의형광값과미세조류자체의형광값을빼서나타내었다 [14]. 세포내중성지질함량을측정하기위해 Bertozzini 등 [12] 의방법을변형하여측정하였다. 중성지질의검량선으로는 triolein (Sigma) 를이용하였다. Triolein의농도를 5, 15, 20, 25, 37.5, 50 µg/ml로 nile red로염색하여형광값을측정하였다. 각농도에따른형광강도를이용하여표준검량선을작성한후세포내중성지질함량을결정하였다 [13]. 0day 2day 5day 6day 2.6. 지질형광현미경분석 Nile red 로염색한세포의형태를관찰하기위해 Malapascua 등 [14] 의방법을이용하여형광현미경촬영을하였다. 세포를원심분리하여 얻은 pellet 에 nile red solution 을 500 µl 첨가하여혼합하고 37 에 서 5~10 min간방치하였다. 이후 saline을이용해 2회세척후형광현미경 (Carl Zeiss, Axiskop Plus) 을이용하여 excitation 552nm, emission 636 nm 조건에서관찰하였다. 0 day Control H 2 Nano bubble Water 2.7. 항산화물질측정 동결건조한미세조류 100 mg 을 0.5 M 인산완충용액 (ph 6.8) 5 ml 에넣고, homogenizer (Wheaton, USA) 를이용하여세포를분쇄하였 다. 분쇄하여얻은조추출물액을 4 에서 10,000 rpm 으로 10 min 간 원심분리한후상등액을얻었다. 상등액을이용하여, total flavonoid content, total polyphenolic content 를측정하였다. 6 day Total flavonoid content Total flavonoid 는 NFRI[15] 의방법을이용하여측정하였다. 각시 료 100 µl 에 diethylen glycol 1 ml 과 1N NaOH 100 µl 를혼합하고, 37 에서 1 h 동안 incubation 한후 420 nm 에서흡광도를측정하였 다. Total flavonoid content 는 naringin (Sigma) 을이용하여작성한검 량선으로계산하였다 Total polyphenol content Total polyphenol content는 Folins-Denis[16] 방법으로측정하였다. 시료 50 µl에 2% Na 2CO 3 1 ml을가하여혼합, 3 min간정치한후 1 N Folin-ciocalteu(sigma, USA) 50 µl를첨가하였다. 혼합액을 30 min간반응후 750 nm에서흡광도를측정하였다. Total polyphenol content는 galic acid (Sigma) 를이용하여표준검량선을작성하여계산하였다. 3. 결과및고찰 3.1. 나노기포수소수배지배양시세포생장나노기포수소수, 3차증류수를이용하여 SOT배지를만들어실험에이용하였다. 서로다른조건의배지에동일한 Arthrospira platensis 를접종하여배지에따른세포성장을살펴보았다. 수소수배지의세포성장은대조군과비슷한경향을보였지만 (Figure 1), 12일째수소수배지에서배양한미세조류의성장이약 15% 정도높게나타나 (c) Figure 1. Cell growth of A. platensis in nano-bubble hydrogen water and distilled water. culture of A. platensis in nano bubble hydreogne water and distilled water, Microscopic image of A. platensis, (c) Optical density graph of cell growth. 는것을확인할수있었다 (Figure 1). 이는 Choi 등 [8] 이수소수배지에서 C. vulgaris, N. oculata를배양하였을때증류수배지에서배양하는것보다세포생장이약 10% 정도증가한것과유사한연구결과이다. Arthrospira platensis를배양 0일째, 6일째되는시점에현미경으로관찰하니일반적인나선형의모양을관찰할수있었다 (Figure 1(c))[17] 세포의색소함량 A. platensis 는주요광합성색소로서 chlorophyll, carotenoid, phycocyanin 등을가지고있다. Carotenoid는천연색소항산화물질로, 자유라디칼의생성을효율적으로억제한다 [14]. Chlorophyll은식용색소로 Appl. Chem. Eng., Vol. 26, No. 4, 2015

424 서지혜 최수정 이상훈 이재화 Control H 2 Figure 3. Lipid content of A. platensis in nano-bubble hydrogen water and distilled water Lipid content Lipid fluorescence image. (c) Figure 2.

-carotene과 zeaxanthine 등의 carotenoid를함유하고있어서항산화효과가있다고밝혀져있다 [24]. 미세조류배양환경의변화는미세조류의대사에영향을주어, 색소등의합성의변화를야기한다고알려져있다. 예를들어, nitrogen이부족한배양조건일경우, carotenoid의합성이증가한다 [25].

phycocyanin은항산화능이있다고알려져있기에, 높은 phycocyanin 함량은미세조류에서의항산화능을향상시킬수있을것으로판단된다. 많이쓰이고, 제약및화장품산업에서널리쓰이고있다 [18]. Phycocyanin 역시식용색소및화장품소재로많이사용되며항염증및항산화효과가있는것으로밝혀졌다 [19].

8 µg/ml) 에비해약 15% 증가함을확인할수있었다 (Figure 2). Dunaliela salina 배양시공기를주입했을때에 chlorophyll 생산량이 32.7 mg/l 로대조군 (4.3 mg/l) 에비해약 7.6배높은생산량을확인하였다. 이는수소주입된배지를사용한본연구에서 chlorophyll 함량이높게나타난것과비슷한연구결과이다.

3. 세포의지질함량미세조류 A. platensis의지질함량을확인하기위해서 nile red를이용하여측정하였다. Triolein을이영하여표준검량선을작성하였으며, triolein과형광강도사이에좋은직선성 (R 2 = 0.99935) 을나타내어지질정량에적합하다고판단하였다. 증류수배지에서배양한것 (61.8 µg/ml) 에비해수소수배지 (57.

4 424 서지혜 최수정 이상훈 이재화 Control H 2 Figure 3. Lipid content of A. platensis in nano-bubble hydrogen water and distilled water Lipid content Lipid fluorescence image. (c) Figure 2. Chlorophyll and carotenoid content of A. platensis in nano-bubble hydrogen water and distilled water Chlorophyll content, Carotenoid content. -carotene과 zeaxanthine 등의 carotenoid를함유하고있어서항산화효과가있다고밝혀져있다 [24]. 미세조류배양환경의변화는미세조류의대사에영향을주어, 색소등의합성의변화를야기한다고알려져있다. 예를들어, nitrogen이부족한배양조건일경우, carotenoid의합성이증가한다 [25]. 일반증류수배지보다수소수배지에서배양하였을때 carotenoid의양이증가한것으로보아, 미세조류의활성산소제거능력이증가한것으로판단할수있다. phycocyanin은수소수배지에서배양하였을경우대조군에비해 7% 정도증가한것을확인할수있었다 (Figure 2(c)). phycocyanin은항산화능이있다고알려져있기에, 높은 phycocyanin 함량은미세조류에서의항산화능을향상시킬수있을것으로판단된다. 많이쓰이고, 제약및화장품산업에서널리쓰이고있다 [18]. Phycocyanin 역시식용색소및화장품소재로많이사용되며항염증및항산화효과가있는것으로밝혀졌다 [19]. 미세조류 Arthrospira platensis를수소수배지와증류수배지에서 12일동안배양을한후, 광합성을통한색소함량을확인하기위해 chlorophyll과 carotenoid의양을측정하였다. 먼저 chlorophyll의함량을비교하면, 수소수배지에서배양하였을때는 6.7 µg/ml로, 대조군인증류수배지 (5.8 µg/ml) 에비해약 15% 증가함을확인할수있었다 (Figure 2). Dunaliela salina 배양시공기를주입했을때에 chlorophyll 생산량이 32.7 mg/l 로대조군 (4.3 mg/l) 에비해약 7.6배높은생산량을확인하였다. 이는수소주입된배지를사용한본연구에서 chlorophyll 함량이높게나타난것과비슷한연구결과이다. 그러므로미세조류배양시기포주입배지를사용한경우, 세포의색소함량을증가시키는것으로판단할수있다. 수소수배지에서배양을하였을경우의 carotenoid 함량이 (1.4 µg/ml) 대조군인증류수배지 (1.2 µg/ml) 와비교하니 15% 정도증가하였다 (Figure 2). Arthrospira platensis 는활성산소제거능이있는 β 3.3. 세포의지질함량미세조류 A. platensis의지질함량을확인하기위해서 nile red를이용하여측정하였다. Triolein을이영하여표준검량선을작성하였으며, triolein과형광강도사이에좋은직선성 (R 2 = ) 을나타내어지질정량에적합하다고판단하였다. 증류수배지에서배양한것 (61.8 µg/ml) 에비해수소수배지 (57.7 µg/ml) 에서배양하였을때 7% 정도감소하는것을확인할수있었다 (Figure 3). Nile red로염색한세포를형광현미경으로관찰하였다. 현미경상으로큰차이를보이지않는다 (Figure 3). 미세조류에서지질함량은환경적인스트레스에의해영향을많이받는다고알려져있으며, 특히영양성분중질소원의결핍에서지방축적이유도되고배양조건에따라그함량이크게달라진다고알려져있다 [26]. 미세조류가스트레스하에노출되면불리한조건에대처하기위해지질의대사를변경하거나지질의합성이증가하게된다 [27]. 그리고미세조류배지내의영양분이부족하거나스트레스하에노출되면미세조류의생장이늦어진다고알려져있다. 하지만본연구에서는수소수배지에서배양하였을경우, 대조군대비생장이증가하였고, 지질의함량을큰차이가없는것으로보아, 수소 공업화학, 제 26 권제 4 호, 2015

나노기포수소수에서배양한 Arthrospira platensis 특성확인 425 Figure 4. Total flavonoid content and Total polyphenol content. 수배지에서배양하는것이스트레스가적고미세조류세포배양에적절한환경일것으로판단된다. 3.4. 세포의항산화물질함량미세조류에함유된항산화물질인총 flavonoid양과, 총 polyphenol 양을측정하였다.

5 나노기포수소수에서배양한 Arthrospira platensis 특성확인 425 Figure 4. Total flavonoid content and Total polyphenol content. 수배지에서배양하는것이스트레스가적고미세조류세포배양에적절한환경일것으로판단된다 세포의항산화물질함량미세조류에함유된항산화물질인총 flavonoid양과, 총 polyphenol 양을측정하였다. flavonoid는일반적으로자유라디칼을효과적으로소거하는능력이있는항산화물질이다. polyphenol은항산화물질로, 자유라디칼산화억제제로알려져있다 [14]. 본연구에서총 flavonoid는배양조건에따라함량의큰차이를보이고있다. 증류수배지에서배양하였을경우총 flavonoid의양은 4.8 µg/ml이고, 수소수배지에서배양하였을때는 8.2 µg/ml로약 73% 정도증가한값을보이고있다 (Figure 4). 각종미세조류중 A. platensis에서 flavonoid가가장낮은것으로알려져있는데, 본연구에서수소수배지에서배양할경우, flavonoid가증가하기에이것은의미있는연구결과이다 [28]. 하지만, 총 polyphenol의경우는증류수배지에서배양하였을경우 12 µg/ml, 수소수는 12.2 µg/ml로차이를보이지않고있다 (Figure 4). 배양환경에따라항산화물질의생성및함량의차이를확인한선행연구들이있다. Meenakshi 등 [29] 은미세조류배양시금속을첨가하였을때금속이온이높을수록미세조류의 SOD 활성이증가함을확인하였다. 스트레스요인이미세조류의생리활성물질의생성에영향을끼침을알수있다. 수소수에서배양하는경우는미세조류의생장을방해하지않고, 오히려항산화물질의생성이증가되는의미있는결과를보인다. 4. 결론 본연구에서는수소수가주입된나노기포수소수를미세조류 A. platensis를배양하는데사용하여일반증류수배지와의차이를살펴보았다. 수소수배지와증류수배지에서배양한미세조류의생장은 비슷한경향을보였지만배양말기수소수배지에서의세포의생장이 15% 정도더높은것을확인할수있었다. 동일한세포수를이용하여색소및지질함량을비교해보았다. chlorophyll과 carotenoid의함량은대조군에비해나노기포수소수에서배양한실험군에서약 15% 증가함을확인하였으며 phycocyanin은 7% 정도증가하였다. 하지만지질함량은나노기포수소수에서배양한실험군이대조군에비해약 7% 감소함을알수있었다. 이는나노기포수소수를이용한미세조류배양이세포내광합성대사를촉진시킨다고판단할수있다. 또한미세조류에서생산되는항산화물질인 flavonoid와 polyphenol의함량을측정해보았다. 나노기포수와대조군배지에서배양한미세조류내항산화물질함량을측정하기위해총 flavonoid 및 polyphenol의함량을분석하였다. 그결과나노기포수를이용하여배양한미세조류실험군에서대조군에비해총 flavonoid 함량이약 73% 증가하였지만, 총 polyphenol의함량에서는큰차이가없음을확인하였다. 본연구를통해나노기포수소수를이용하여미세조류를배양하였을경우세포내지용성색소, 지질및항산화물질의함량증가를확인할수있었다. 수소수배지에서미세조류 A. platensis를배양할경우미세조류의세포막에서전자의이동으로진행되는광합성이 [30] 촉진되고부차적으로항산화물질이나색소들을생산하는메커니즘이활발하게되어일반배지에서배양하는경우보다색소나항산화물질의합성이더증가하는것으로추측할수있다. 본연구결과를통해수소수에서미세조류를배양할경우, 색소나항산화물질생성이증가하였다. 이를이용하여향후화장품소재개발이나항산화능이증대된기능성식품의개발을전망해볼수있다. 감 본연구는한국해양과학기술진흥원의 수산실용화기술개발사업 의지원을받아수행하였습니다. 사 References 1. D. S. Joo, K. W. Kim, and S. Y. Cho, Physiological properties of extracts and the chemical composition of Tetraselmis sp. JK-46 cultured with deep seawater, Kor. J. Fish Aquat Sci., 44(1), 1-7 (2011). 2. G. D. Gwak, M. S. Kim, and D. H. Kwak, Particle separation characteristics and harvesting efficiency of Spirulina platensis using micro-bubble, J. Korean Soc. Water Wastewater, 27(5), (2013). 3. M. R. Walach, M. J. Bazin, S. J. Pirt, and H. H. M. Balyuzi., Computer control of carbon-nitrogen ratio in Spirulina platensis, Biotechnol Bioeng., 29, (1987). 4. A. Kulshrshtha, Spirulina in health care management, Curr. Pharm. Biotechnol., 9(5), (2008). 5. P. Datla, The Wonder Molecule Called Phycocyanin, Parry Nutraceuticals and Valensa International (2011). 6. K. Hayashi, T. Hayashi, and I. Kojima, A natural sulfated polysaccharide, calcium spirulan, isolated from Spirulina platensis: in vitro and ex vivo evaluation of anti-herpes simplex virus and anti-human immunodeficiency virus activities, AIDS Res. Hum. Retroviruses, 12(15), (1996). 7. C.-J. Kim, Y. H. Jung, G. G. Choi, Y. H. Park, Ch. Y. Ahn, and H. M. Oh, Optimization of outdoor cultivation of Spirulina pla- Appl. Chem. Eng., Vol. 26, No. 4, 2015

6 426 서지혜 최수정 이상훈 이재화 tensis and control of contaminant organisms, Algae, 21(1), (2006). 8. S. J. Choi, Y. H. Kim, I. H. Jung, and J. H. Lee, Effect of nano bubble oxygen and hydrogen water on microalgae, Appl. Chem. Eng., 25(3), (2014). 9. M. Matsumoto and K. Tanaka, Nano bubble size dependence of surface tension and inside pressure, Fluid Dyn. Res., 40(7-8), (2008). 10. S. Saitoh, K. Takahashi, K. Nabeshima, Y. Yamashita, Y. Nakaseko, A. Hirata, and M. Yanagida, Aberrant mitosis in fission yeast mutants defective in fatty acid synthetase and acetyl CoA carboxylase., J. Cell Biol., 134(4), (1996). 11. Y. Bao, M. Liu, X. Wu, W. Cong, and Z. Ning, In situ carbon supplementation in large-scale cultivations of Spirulina platensis in open raceway pond, Biotechnol. Bioprocess Eng., 17, (2012). 12. R. Asada, K. Kageyama, H. Tanaka, H. Matsui, M. Kimura, Y. Saitoh, and N. Miwa, Antitumor effects of nano-bubble hydrogen-dissolved water are enhanced by coexistent platinum colloid and the combined hyperthermia with apoptosis-like cell death, Oncol. Rep., 24, (2010). 13. W. Chena, M. Sommerfelda, and Q. Hu, Microwave-assisted nile red method for in vivo quantification of neutral lipids in microalgae. Bioresour. Technol., 102, (2011). 14. Y. H. Kim and J. H. Lee, Isolation of Arthrospira platensis mutants producing high lipid and phycobiliproteins, KSBB, 27, (2012). 15. E. Bertozzini, L. Galluzzi, A. Penna, and M. Magnani, Application of the standard addition method for the absolute quantification of neutral lipids in microalgae using Nile red, J. Microbiol. Methods, 87, (2011). 16. S. J. Choi, Y. H. Kim, A. Kim, and J. H. Lee, Arthrospira platensis mutants containing high lipid content by electron beam irradiation and analysis of its fatty acid composition, Appl. Chem. Eng., 24(6), (2013). 17. J. R. Malapascua, H. N. Chou, W. J. Lu, and J. C. Lan, Development of an indirect method of microalgal lipid quantification using a lysochrome dye, Nile red, Afr. J. Biotechnol., 11(70), (2012). 18. E. D. G. Danesi, C. de O. Rangel-Yagui, J. C. M. de Carvalho, and S. Sato, An investigation of eect of replacing nitrate by urea in the growth and production of chlorophyll by Spirulina platensis, Biomass Bioenergy, 23, (2002). 19. V. B. Bhat and K. M. Madyastha, C-Phycocyanin: A potent peroxyl radical scavenger in vivo and in vitro, Biochem. Biophys. Res. Commun., 275, (2000). 20. NFRI, Manuals of Quality Chracteristic Analysis for Food Quality Evaluation (2). National Food Research Institute. Skuba. Japan, 61 (1990). 21. O. Folin and W. Denis., On phosphotungstic-phosphomolybdic compounds as color reagents, J. Biol. Chem., 12, (1912). 22. Y. H. Kim, S. J. Choi, H. J. Park, and J. H. Lee, Electron beam-induced mutants of microalgae Arthrospira platensis increased antioxidant activity, J. Ind. Eng. Chem., 20, (2014). 23. K. Ying, D. J. Gilmour, Y. Shi, and W. B. Zimmerman, Growth enhancement of Dunaliella salina by microbubble induced airlift loop bioreactor (ALB)-the relation between mass transfer and growth rate, J. Biomater. Nanobiotechnol., 4, 1-9 (2013). 24. A. Belay, New scientific developments in the health benefits of spirulina (Arthrospira): Phycocyanin and its potential health benefits, Nutr. Res. Pract., 7(3), (2004). 25. Z. Y. Liu, G. C. Wang, and B. C. Zhou, Effect of iron on growth and lipid accumulation in Chlorella vulgaris, Bioresour. Technol., 99, (2008). 26. T. M. Mata, A. A. Martins, and N. S. Caetano, Microalgae for biodiesel production and other applications: A review, RENEW SUST. ENERG. REV., 14, (2010). 27. S. H. Oh, J. G. Han, N. Y. Kim, J. S. Cho, T. B. Yim, S. Y. Lee, and H. Y. Lee, Cell growth and lipid production from fed-batch cultivation of Chlorella minutissima according to Culture Conditions, KSBB, 24, (2009). 28. K. Goiris, K. Muylaert, D. De Paepe, G. J. E Baart, and L. De Cooman, Detection of flavonoids in microalgae from different evolutionary lineages, J. Phycol., 50, (2014). 29. M. Choudhary, U. K. Jetley, M. A. Khan, S. Zutshi, and T. Fatma., Effect of heavy metal stress on proline, malondialdehyde, and superoxide dismutase activity in the cyanobacterium Spirulina platensis-s5, Ecotoxicol. Environ. Saf., 66, (2007). 30. A. Klanchu, T. Vorapreeda, W. Vongsangnak, C. Khannapho, S. Cheevadhanarak, and A. Meechai, System biology and metabolic engineering of Arthrospira cell factories., Comput. Struct. Biotechnol. J., 3, 1-8 (2012). 공업화학, 제 26 권제 4 호, 2015

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Journal of Life Science 2011 Vol. 21. No. 8. 1120~1126 ISSN : 1225-9918 DOI : http://dx.doi.org/10.5352/jls.2011.21.8.1120 μ μ μ α β Journal of Life Science 2011, Vol. 21. No. 8 1121 μ μ 1122 생명과학회지 2011,