세포에 존재하는 베타-카로틴을 효과적으로 추출하기 위해 최적화 조건을 구한다. 별도의 물리적인 방법은 필요하지 않았고, 베타-카로틴이 비극성 지용성 물질이기 때문에 비극성 유기용매 IBA 사용했다. IBA양이 \( 5 \mathrm{~mL} \)일 때 보다 \( 10 \mathrm{~mL} \)로 증가시켰을 때 추출 수율이 급격히 증가하였고 이후에는 용매의 양이 증가해도 수율이 증가하지 않았다. 즉 \( 0.4 \mathrm{~g} \) 의 동결건조 세포에서 베타-카로틴을 최대로 추출하기 위해서는 IBA \( 10 \mathrm{~mL} \)가 필요하다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>세포의 물리적 파쇄 여부에 따른 베타-카로틴 추출</h2> <p>베타-카로틴은 세포 내에 축적되기 때문에 세포의 파쇄여부가 베타-카로틴 추출수율에 미치는 영향을 조사하였다. Fig. 1은 온전한 세포와 파쇄된 세포로부터 추출된 베타-카로틴의 수율을 보여준다. 두 경우의 추출 수율은 각각 \( 16.2 \pm \) \( 0.3 \) 과 \( 16.7_{\pm 0.1} \mathrm{mg}-\beta \)-carotene/g-dry cells로서 큰 차이를 나타내지 않았다. 이는 세포 내 대사산물을 회수하기 위해서는 세포파쇄가 필요하다는 일반적 예상과 상반되는 결과이다. 한편 배양 후 원심분리에 의해 세포를 회수하고 유기용매를 이용하여 베타-카로틴을 추출하게 되는데, 세포표면에 존재하는 수분은 유기용매가 베타-카로턴을 추출하는 성능을 떨어뜨릴 수 있다. 이를 해결하기 위하여 \( 85 \% 2 \) 2-프로판올 용액을 사용하여 세포를 탈수시켰다. 이 과정에서 소량의 베타-카로틴이 2-프로판올 용액으로 빠져나오는 것이 관찰되었다. 이와 같은 결과로 부터 2-프로판올 용액을 이용한 세포탈수과정에서 상당 부분의 세포막이 파괴되는 것으로 여겨진다. 70-80\%의 알코올 (에탄올 또는 프로판올) 용액이 세포의 막단백질을 변성시키고 막의 지질을 분해하는 것으로 알려져 있다. 이는 탈수 세포로부터 베타-카로틴을 추출하는 경우에 별도의 물리적 방법이 필요 없다는 것을 나타낸다.</p> <p>그러나 두 경우에 추출 후에도 세포가 여전히 불그스름한 색깔을 띠고 있음을 관찰하였다. 이는 세포에 존재하는 베타-카로틴이 완전히 추출되지 않았음을 의미하고 효과적인 추출을 위하여 추출조건을 최적화시킬 필요가 있음을 나타낸다.</p> <h2>추출조건 최적화</h2> <p>베타-카로틴은 비극성의 지용성 물질이므로 세포로 부터 이를 회수하기 위하여 비극성 유기 용매를 사용하여야 한다. 추출량을 극대화하기 위하여 적합한 추출 용매 선정, 최적 추출온도 및 세포 대 유기 용매의 최적 비율 결정을 위한 실험을 수행하였다.</p> <p>탈수 및 동결건조된 세포 \( 0.4 \mathrm{~g} \) 에 IBA를 \( 5-80 \mathrm{~mL} \) 까지 변화시키면서 세포로부터 추출되는 베타-카로틴의 양을 조사하였다. Fig. 2에 나타내었듯이, IBA양을 \( 5 \mathrm{~mL} \) 에서 \( 10 \mathrm{~mL} \)로 증가시켰을 때 추출수율은 15.3에서 \( 27.2 \mathrm{mg}-\beta \)-carotene/ g-dry cells로 급격히 증가하였고, 이후 용매 양의 증가에도 불구하고 더 이상 증가하지 않았다. 이는 \( 0.4 \mathrm{~g} \) 의 동결건조 세포로부터 베타-카로틴을 최대로 추출하기 위해 필요한 IBA의 최적양은 \( 10 \mathrm{~mL} \) 임을 나타내고 단위 건조 세포(g-dry cells) 당 \( 25 \mathrm{~mL} \) 의 IBA가 필요함을 의미한다. 이와 같이 미생물로부터 카로테노이드 추출을 극대화하기 위하여 세포 대 용매 비를 최적화하는 것이 중요하다. 광합성 세균인 Rhodobacteria. sphaeroides로부터 베타-카로틴 추출 최적화 연구에서, 용매 대 건조 세포 비는 약 \( 40 \mathrm{~mL} / \mathrm{g} \)-dry cells로 보고되었다.</p>