Effects of High Voltage Pulsed Electric Fields on the Extraction of Carotenoid from Phaffia rhodozyma

Phaffia rhodozyma로부터 Carotenoid 추출에 미치는 고전압 펄스 전기장의 영향

High voltage pulsed electric fields (PEF) technology is a non-thermal technique which is applicable to extract useful components froms biological materials. This research suggested the possibility for extracting carotenoid pigments from Phaffia rhodozyma by PEF treatments. The yeast cell suspensions were treated with high voltage pulses in a recycled PEF treatment chamber which consists a pair of thin plates of stainless steel adhering to a small chamber with approximately $1{\sim}4\;mm$ gap. A 2.5 log reduction in survivability and more than 98% of electropermeabilization of the yeast cells could be achieved by PEF treatment for $300\;{\mu}s$ with an electric field of 30 kV/cm and pulse duration of $1\;{\mu}s$. When the yeast cell suspended in 0.01% NaCl solution were treated with PEF under various conditions, carotenoid pigments were not extracted. However, the PEF treatment of the yeast cell suspensions in 0.01% $CaCl_2$ solution, have positive effects on the extraction of carotenoid pigments ($27.3\;{\mu}g/g$ of dried yeast).

고전압 펄스 전기장(PEF)가 P. rhodozyma 세포의 형태학적 변화와 carotenoid의 추출에 미치는 영향을 연구하였다. 전기장 세기 $10{\sim}50\;kV/cm$와 처리시간 $100{\sim}300\;{\mu}s$의 범위에서 세포를 PEF 처리했을 때 전기장의 세기와 처리시간이 증가함에 따라 세포의 팽창, 손상 정도와 세포내 물질이 유출되는 정도가 증가하였다. $10{\sim}50\;kV/cm$, 100 Hz의 exponential decay파로 세포현탁액을 $100\;{\mu}s$ 또는 $300\;{\mu}s$ 처리하였을 때 최대 전기장(50 kV/cm)에서 생균수가 각각 1.5 및 2.5 log 감소하였다. 50 kV/cm의 전기장에서 세포막에 형성되는 electroporation 정도는 98%에 달하였고, 이 때 세포의 회복률은 5% 미만으로 확인되었다. Phloxine B 색소로 세포를 염색했을 때 생균세포는 염색되지 않았으나, PEF 처리한 세포는 색소가 내부로 침투되어 적색으로 염색되었으므로 세포막이 손상된 것을 알 수 있었다. Carotenoid 색소가 P. rhodozyma 세포막의 지방체와 결합한 상태로 존재하기 때문에 고전압 PEF 처리에 의한 세포막 투과성 증진의 효과만으로는 색소 추출이 어려웠으나, 세포현탁액 조제시에 0.01% NaCl 용액 대신에 0.01% $CaCl_2$ 용액을 사용하는 경우에는 $10{\sim}20\;{\mu}g$의 색소 추출 증진 효과가 있었다.