Microbiology and Biotechnology Letters (한국미생물·생명공학회지)

The Korean Society for Microbiology and Biotechnology (한국미생물·생명공학회)
권호 표지

Extraction & Purification of ${\beta}$-carotene from Recombinant Escherichia coli

재조합 대장균으로부터 고순도 베타-카로틴의 추출 및 정제

  • Jo, Ji-Song (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Nguyen, Do Quynh Anh (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Yun, Jun-Ki (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, Yu-Na (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Kim, You-Geun (KB Cosmetics) ;
  • Kim, Sung-Bae (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Seo, Yang-Gon (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University) ;
  • Lee, Byung-Hak (Whiteview Clinic) ;
  • Kang, Moon-Kook (Nalsinplus) ;
  • Kim, Chang-Joon (Department of Chemical & Biological Engineering and ERI, Gyeongsang National University)
  • 조지송 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원) ;
  • 엔구엔트구앙 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원) ;
  • 윤준기 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원) ;
  • 김유나 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원) ;
  • 김유근 (KB코스매틱) ;
  • 김성배 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원) ;
  • 서양곤 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원) ;
  • 이병학 (화이트뷰피부클리닉) ;
  • 강문국 (날씬플러스) ;
  • 김창준 (경상대학교 생명화학공학과 및 공학연구원)
  • Published : 2009.09.28
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Abstract

This paper aimed to develop a solvent extraction and purification process to recover high-purified ${\beta}$-carotene from recombinant Escherichia coli. Cells harvested from the culture broth were treated through numerous steps: dehydration, solvent extraction, crystal formation and separation. To optimize the extracting condition, experiments were carried out to investigate the effect of cell disruption, temperature, organic solvents, solvent-biomass ratio on the yield of ${\beta}$-carotene extracted from cells. The result indicated that no significant differences of extraction yield were observed from cells with or without step of cell disruption. Among different extracting solvents, the highest extraction yield of ${\beta}$-carotene, 30.3 mg-${\beta}$-carotene/g-dry cells, was obtained with isobutyl acetate at solvent-biomass ratio 25 mL/g-dry cells at $50^{\circ}C$. Notably, in case of acetone, the extraction yield was quite low when using acetone itself, but increased almost up to the highest value when combining this solvent and olive oil. The purity of ${\beta}$-carotene crystals obtained from crystallization and separation was 89%. The purity degree was further improved up to 98.5% by treating crude crystals with additional ethanol washing.

재조합 대장균으로부터 고순도 베타-카로틴을 효율적으로 회수하기 위한 추출정제 방법을 개발하기 위하여 세포파쇄의 유무, 추출온도, 추출용매의 종류, 세포 대 추출용매의 비율 및 결정세척 용매의 선정이 베타-카로틴 추출수율과 순도에 미치는 영향을 조사하였다. 세포파쇄의 유무는 베타-카로틴 추출수율에 영향을 미치지 않았으므로 별도의 물리적 세포파쇄 단계가 생략되었다. 테스트된 용매 종류에 관계없이 $50^{\circ}C$에서 베타-카로틴의 추출수율은 $30^{\circ}C$에서보다 월등히 높았다. 아이소부틸 아세테이트에 의해 추출되는 베타-카로틴의 양은 추출성능이 제일 낮은 아세톤을 사용한 경우에 비해 7.6배 높았다. 0.4g의 동결건조세포로부터 베타-카로틴을 최대로 추출하기 위해 필요한 아이소부틸 아세테이트의 최적양은 10mL였고, 이는 단위 건조 세포(g-dry cells)당 25mL의 아이소부틸 아세테이트가 필요함을 의미하였다. 아세톤과 올리브오일을 동일비율로 혼합한 용액에 의한 추출양은 아세톤만을 사용한 경우보다 훨씬 높았고 가장 높은 값을 나타낸 아이소부틸 아세테이트에 의한 값과 비슷한 수치를 나타내었다. 추출액에 용해되어 있는 베타-카로틴의 결정 생성을 촉진시켜 베타-카로틴을 추출용액으로 분리하여 얻어진 베타-카로틴 결정의 순도는 89%으나 이를 에탄올로 세척 시 순도가 98.5%로 향상되었다. HPLC, 분광광도계 분석외에 추가적으로 질량분석을 수행함으로써 회수된 결정이 베타-카로틴임을 확인하였다. 이와 같은 결과는 본 연구팀에서 개발한 방법으로 식품의약 안전청에서 고시한 화장품 및 식품의 첨가물 기준을 만족시키는 고순도 베타-카로틴을 효율적으로 생산할 수 있음을 시사한다.

Keywords

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