투과성 증진 방법과 펄스전기장의 병합처리에 의한 Phaffia rhodozyma로부터의 Carotenoid 추출

Extraction of Carotenoid from Phaffia rhodozyma by Combining Permeabilizing Methods and Pulsed Electric Fields Treatments

고전압 PEF는 P. rhodozyma 세포막에 손상을 주어 투과성을 80% 이상 증진시키지만, carotenoid 색소가 P. rhodozyma 세포막의 지방체와 결합한 생태로 존재하기 때문에 고전압 PEF 처리에 의한 세포막 투과성 증진의 효과만으로는 색소 추출 효과가 거의 없다는 김$^({12})$ 등의 보고에 이어서, 본 실험에서는 투과성을 증진시키는 물리적, 화학적 또는 생물학적 방법을 전처리하고 고전압 PEF 처리를 하는 병합 처리가 색소 추출에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 유기 용매 처리 또는 냉동-해동의 반복 처리 후에 50 kV/cm, 300 Hz에서 $1000\;{\mu}s$ 동안 PEF처리하는 병합 처리의 경우에는 색소 추출에 synergy 효과가 없었다. 효모 세포벽 용균 효소 처리나 ultra turrexer를 이용하는 기계적 처리를 한 후에 PEF 처리를 하는 병합 처리의 경우에는 색소 추출이 PEF단독 처리보다 각각 13.7배 또는 3.3배 증가하였다. 위의 2가지 경우에는 PEF와 전처리에 따른 색소 추출량의 산술적 합계보다도 병합처리 하는 경우의 색소 추출량이 각각 52% 및 69.8% 증가하였다. 따라서 병합처리가 synergy 효과가 있다는 것을 알 수 있었지만 연속 공정으로 적합하지 못하였다. 한편 세포 투과성을 증진시키는 11가지의 permeabilizing agents를 $0.01{\sim}0.5%(v/v)$의 농도로 0.01% $CaCl_2$ 세포 현탁액에 첨가하여 상온에서 2시간 교반 후에 고전압 PEF 처리하는 병합 처리를 한 결과, 계면활성제인 Tween 20과 탄소수 10개의 포화지방산인 capric acid는 각각 0.01% 및 0.1% 첨가했을 때 색소 추출량이 60.7 및 $75.2\;{\mu}g$으로서 가장 효과적이었다. 이러한 병합 처리는 연속 공정으로서의 가능성도 충분하다. 뿐만 아니라 capric acid를 첨가하고 난 후에 PEF 처리하는 병합 처리 효과를 직접 확인 하고자 무처리, PEF 단독처리 및 병합처리 후의 세포 내 외부의 변화를 SEM과 TEM으로 관찰하였다. SEM으로 관찰한 결과 PEF 처리에 의해서 세포 표면이 거칠어지고 쭈글쭈글한 모양을 띠어 무처리 세포와는 다른 형태로 나타내었으며, 병합처리의 경우에는 정도가 심하였다. TEM으로 관찰한 결과 병합 처리에 의하여 세포벽은 유지되었으나 세포막은 그 구성물질이 많이 빠져나가 손상된 모습을 나타내었다. 이와 같은 결과들은 P. rhodozyma로부터 연속적으로 색소 추출 가능성을 제시하고 있다.

This study was done for the extraction of carotenoid from Phaffia rhodozyma in combination with PEF and other methods. PEF treatment conditions were $30{\sim}80\;kV/cm,\;100{\sim}1000\;Hz\;and\;100{\sim}1000\;{\mu}s$. In order to increase permeability of yeast cell wall, various methods such as freezing-thawing, mechanical treatment, solvents, permeabilizing agents, and yeast cell wall lytic enzyme were used before PEF treatment. The combination of PEF $(50\;kV/cm,\;300\;Hz,\;1000\;{\mu}s)$ and conventional methods such as solvent and freezing-thawing pre-treatment had no effects on the extraction of carotenoid pigments. The extent of extracted carotenoid by the PEF $treatment(50\;kV/cm,\;300\;Hz,\;1000\;{\mu}s)$ combined with yeast cell wall lytic enzyme and mechanical pre-treatment increased 52% and 69.8% more than the sum of that by each treatment, respectively. Permeabilizing agents, especially Tween 20 and capric acid, enhanced the extraction efficiency of carotenoid pigments from P. rhodozyma cells. These results indicated the feasibility for the continuous extracting carotenoid pigments from P. rhodozyma by PEF combined with other permeabilizing methods.