베타-카로틴은 비타민 A 전구체로서 면역기능 증강효과, 항산효과, 항암효과가 있는데, 합성 베타-카로틴은 사용이 금지 되어 있어 이를 얻기 위해서는 천연 베타-카로틴을 저렴히 생산할 수 있는 생물공정개발이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 베타-카로틴만을 과량으로 생합성하는 재조합 대장균 및 이의 유가식 배양을 통해 베타-카로틴을 대량생산할 수 있는 생물공정과 고순도 베타-카로틴을 얻기 위한 간단하고 효율적인 추출정제방법을 개발하였다.
<h1>서 론</h1> <p>베타-카로틴은 비타민 A 전구체로서 면역기능 증강효과가 있고, 강력한 항산화제로서 인체 내 유해한 활성산소를 제거함으로써 노화예방은 물론 항암효과도 있는 것으로 알려졌다. 산업적으로는 의약품, 기능성 식품, 화장품 및 음식물 첨가제로 사용되고 있다. 베타-카로틴은 상업화된 화학합성공정에 의해 생산되고 있으나 최근 미국, 유럽 및 우리나라 정부에서는 식품 및 화장품 참가제로 합성 베타-카로틴의 사용을 엄격히 금지하고 있어, 천연 베타-카로틴을 값싸게 생산할 수 있는 생물공정개발에 대한 관심이 점점 증가하고 있다. 당근, 토마토, 호박과 같은 녹황색 채소에서 추출되는 천연 베타-카로틴은 가격이 매우 비싼데, 이는 식물체 재배에 상당한 기간이 소요되는 반면 생합성되는 배타-카로틴의 함량은 매우 적기 때문이다. 뿐만 아니라 견고한 세포벽 때문에 이를 회수하기 위해서는 복잡한 추출 과정이 필요하고, 다른 카로테노이드 성분들도 함께 존재하기 때문에 이들로부터 순수한 베타-카로틴을 얻기 위한 추가적인 분리정제과정이 필요하다.</p> <p>최근에는 조류(algae) 또는 효모 균의 발효를 통해 베타-카로틴을 생산하는 연구가 시도되고 있으나 낮은 생산수율, 다른 카로테노이드의 동시 생성으로 인한 분리정제의 어려움 둥 해결해야 할 많은 문제점들이 보고되고 있다. 특히 미생물로-부터 베타-카로틴을 추출하기 위해 기존에 사용된 핵산의 독성 문제가 꾸준히 제기되어, 미국 식품의약품안전청(FDA)에서는 제약 또는 식품 산업에 이의 사용을 엄격히 제한하게 되었다. 뿐만 아니라 화장품에 이를 사용하기 위해서는 고순도 \( (98 \% \) 이상\( )\) 의 베타-카로틴이 필요하지만 이를 얻는 것은 쉽지 않다.</p> <p>최근 본 연구팀에서는 베타-카로틴만을 과량으로 생합성하는 재조합 대장균 및 이의 유가식 배양을 통해 베타-카로틴을 대량생산할 수 있는 생물공정을 개발하였다. 특히 사람 섬유아세포(normal human primary fibroblast) 배양을 통하여 재조합 대장균으로 부터 회수된 베타-카로틴이 주름개선 활성이 있음을 실험적으로 증명함으로써 이를 기능성화장품의 주름개선제로 사용할 수 있음을 제시하였다.</p> <p>본 연구는 이의 일환으로서 고순도 베타-카로틴을 얻기 위한 간단하고 효율적인 추출정제방법을 개발하는 데 그 목적이 있다. 베타-카로틴은 세포내에 축적되므로 베타-카로틴을 효과적으로 추출하기 위하여 세포 파쇄가 필요한지를 조사하였다. 세포와 추출용매의 적정비율 및 추출온도의 영향을 조사하였다. 또한 추출성능이 뛰어나며 저 독성의 용매를 탐색하기 위하여 미국 식품의약품 안전청(FDA)에서 제약 및 식품산업에 사용을 허가한 3 계열 용매들 중에서 몇 가지를 선발하여 베타-카로틴 추출 성능을 비교하였다. 추출용액으로부터 베타-카로틴 결정을 회수하였고, 결정의 순도를 \(98\%\)이상으로 향상시킬 수 있는 간단한 에탄올 세척방법을 개발하였다.</p>