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영어

This study was to optimize the medium components for astaxanthin production in Paracoccus sp. through surface response methodology. A screening test was first conducted on 5 medium components using a Plackett-Burman design, from which MgSO4 and yeast extract were identified as the significant factors affecting astaxanthin production. These significant factors were optimized by central composite design of experiments and response surface methodology, as 2.83 g/L MgSO4 and 7.02 g/L yeast extract, respectively. The expected astaxanthin concentration with these optimized medium compositions were 0.925 mg/L. In flask culture, the experimentally obtained concentration of astaxantin was 1.021 mg/L, where it had been 0.4 mg/L before optimization.

한국어

Astaxanthin (3,3`-dihydroxy-β,β-carotene-4,4`-dione)은 carotenoid 계열의 항산화 물질로서, 주로 새우, 붉은 도미류, 연어 및 바닷가재 등과 같은 해양 동물의 조직에 존재하는 것으로 알려져 있다(1, 2). Astaxanthin은 정상적인 호기적 대사과정 중 활성산소에 의한 세포벽 내 DNA, 단백질, 지질 등의 손상과 세포와 조직의 노화 및 발암을 유발하는 반응 을 억제할 뿐만 아니라, 유리 라디칼의 생성을 억제하는 작용 을 한다. Astaxanthin은 다른 carotenoid 보다 최소한 10배, α-tocopherol 보다 500배 이상의 항산화 활성을 가지고 있는 데 이는 C-4와 C-4`에 위치한 oxo- 그룹 때문이라고 보고되 어 있다. 특히 다른 많은 고등동물에서는 생합성 되지 않는 특성으로 인해 양계를 포함한 가금 산업이나, 연어, 송어 등 을 포함한 양식 사업에 있어서 색소, 풍미원 및 항산화 활성 으로 인해 중요한 첨가제 역할을 하고 있다(3). 또한 인체 내에서 vitamin A의 전구체 역할을 하며, cytokine 유도 활성으로 인한 면역기능 활성, oxygen radical의 제거에 의한 난소암, 간암 등의 예방효과 등이 입증되어 의료 및 화장품 산업에도 상당한 가치가 인정되고 있어 최근 많은 관심을 받고 있는 물질이다(4). 최근에 astaxanthin의 화학 합성법이 개발되었으나, 화학 합성으로 제조된 astaxanthin은 천연물에 비해 낮은 생체 흡수율을 보임에 따라, 천연 astaxanthin의 생산에 상업적 관심이 일고 있다. 현재 astaxanthin을 생성하는 균주로는 효모인 Phaffia rhodozyma(5), 녹색조류인 Haematococcus pluvialis(6), gram-positive 박테리아인 Brevundimonas sp.(7), 그리고 gram-negative인 Paracoccus sp.(8, 9) 등이 알려져 있다. 이중에서 Paracoccus sp.는 gram 음성균의 해양미생물로서, 최근 astaxanthin 생합성 유전자가 분리되어졌다. Paracoccus 를 이용한 astaxanthin의 생산은 연어 등의 양식 이나 양계 사업에서 생산 균주의 파쇄 및 astaxanthin의 추출공정 없이 균체를 바로 섭취 시킬 수 있고, 조류나 곰팡이에 비해 배양 하기 용이하다는 등의 장점을 가지고 있다. 하지만, 아직 까지 Paracoocus를 이용한 astaxanthin의 생산성이 낮다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 astaxanthin의 생산성 향상을 위한 Paracoccus 배양의 최적화를 수행하였다. 반응표면분석은 전형적인 최적화 방법으로 일반적으로 여러 변수를 사용하여 최적 조건을 찾는 system(10)으로 하나의 변수와 다른 변수들과의 상호작용으로 인한 효과 를 측정하여 변수들의 최적값을 확인할 수 있는 분석법이 다. 따라서 본 연구는 Paracoccus를 이용한 astaxanthin 생산 의 산업적 이용 가능성을 알아보기 위해 반응표면분석을 사용하여 astaxanthin의 최대 생산성을 보여주는 배지의 조성을 조사하였다.