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Title Page 2

Contents 5

요약 9

1. Introduction 11

2. Materials & Methods 14

2.1. Microalgae and culture condition 14

2.2. Optimization of culture conditions for cell growth 14

2.3. Environmental factors for astaxanthin accumulation 15

2.4. Analysis of microalgae growth 16

2.5. Astaxanthin extraction 18

2.6. HPLC analysis 19

2.7. Statistical analysis 19

3. Results and Discussion 20

3.1. Effect of microalgae growth on the media composition 20

3.1.1. Effect of carbon source type 20

3.1.2. Effect of glucose concentration 20

3.1.3. Effect of NaNO₃ concentration 21

3.1.4. Effect of K₂HPO₄ concentration 22

3.2. Effect of light wavelength and intensity on the cell growth and astaxanthin accumulation 27

3.2.1. Effect of light wavelength on the cell growth and astaxanthin accumulation 27

3.2.2. Effect of light intensity on the cell growth and astaxanthin accumulation 32

3.2.3. Effect of glucose and light parameters on astaxanthin accumulation 36

3.3. Effect of various metal compounds on the cell growth and astaxanthin accumulation 41

3.3.1. Effect of sodium selenite on the cell growth and astaxanthin accumulation 41

3.3.2. Effect of iron (Ⅱ) sulfate on the cell growth and astaxanthin accumulation 46

3.3.3. Effect of copper (Ⅱ) sulfate on the cell growth and astaxanthin accumulation 51

4. Conclusion 56

5. References 57

List of Tables 7

Table 1. Culture conditions used for first stage and second stage 37

List of Figures 7

Figure 1. Effect of different types of carbon sources on the growth of H. pluvialis. (A)... 23

Figure 2. Effect of glucose concentration on the growth of H. pluvialis. (A) Cell growth,... 24

Figure 3. Effect of NaNO₃ concentration on the growth of H. pluvialis. (A) Cell growth,... 25

Figure 4. Effect of K₂HPO₄ concentration on the growth of H. pluvialis. (A) Cell... 26

Figure 5. Cell growth and residual nitrate concentration during the first stage under... 29

Figure 6. Cell growth and residual nitrate concentration during the second stage under... 30

Figure 7. Astaxanthin accumulation during the second stage under different light... 31

Figure 8. Cell growth and residual nitrate concentration during the first stage under... 33

Figure 9. Cell growth and residual nitrate concentration during the second stage under... 34

Figure 10. Astaxanthin accumulation during the second stage under different light... 35

Figure 11. Cell growth and residual nitrate concentration during the first stage under... 38

Figure 12. Cell growth and residual nitrate concentration during the second stage under... 39

Figure 13. Astaxanthin accumulation during the second stage under three different... 40

Figure 14. Cell growth and residual nitrate concentration during the first stage under... 43

Figure 15. Cell growth and residual nitrate concentration during the second stage under... 44

Figure 16. Astaxanthin accumulation during the second stage under different... 45

Figure 17. Cell growth and residual nitrate concentration during the first stage under... 48

Figure 18. Cell growth and residual nitrate concentration during the second stage under... 49

Figure 19. Astaxanthin accumulation during the second stage under different... 50

Figure 20. Cell growth and residual nitrate concentration during the first stage under... 53

Figure 21. Cell growth and residual nitrate concentration during the second stage under... 54

Figure 22. Astaxanthin accumulation during the second stage under different... 55

초록보기

 아스타잔틴은 비타민, 베타 카로틴 등의 다른 항산화제보다 훨씬 강력한 항산화 능력을 가지고 있는 색소이다. 아스타잔틴은 강력한 항산화 활성을 바탕으로 건강기능식품, 사료 등 여러 분야에서 활용되고 있다. 천연 아스타잔틴 공급원 중 Haematococcus pluvialis는 가장 많은 아스타잔틴을 세포 내에 축적하는 것으로 알려져 있으나 성장 속도가 느리고, 수율이 낮다는 단점이 있다. 본 연구에서는 two stage cultivation system을 이용하여 first stage에서 바이오매스 성장을 높이고, second stage에서 여러 배양 조건으로 H. pluvialis의 아스타잔틴 축적을 유도시켰다.

H. pluvialis의 성장을 높이기 위해서 BG-11 배지를 mixotrophic 배양으로 탄소원, 질소원, 인원의 농도에 따른 바이오매스 생산량에 대한 최적화 실험을 진행하였고, 최적화된 조건으로 first stage를 진행하였다. BG-11 배지에 7.5 g/L glucose, 1.5 g/L NaNO₃, 80 mg/LK₂HPO₄를 첨가했을 때 11.6 g/L의 최대 바이오매스를 얻을 수 있었다. 최적화 조건으로 7일간 배양 후 아스타잔틴 축적을 유도하기 위한 second stage를 진행하였다. Second stage 조건으로는 LED 파장, 광도, 금속이온 첨가에 따른 실험을 진행하였다. LED 파장 실험은 red (625 nm), green (520 nm), blue (465 nm)의 세 가지 파장에서 아스타잔틴 축적 함량을 알아보았다. H. pluvialis는 green 파장에서 150 µmol/m2/s의 세기로 빛을 조사한 실험군에서 가장 높은 아스타잔틴 함량을 보였다. 앞선 LED 파장과 광도 실험을 바탕으로 green 파장의 빛을 150 µmol/m2/s의 세기로 설정하고 금속 화합물을 첨가하여 실험을 진행하였다. Sodium selenite를 첨가한 실험군은 전체적으로 대조군 대비 바이오매스가 감소하였으며, 아스타잔틴 함량은 25 mg/L sodium selenite를 첨가한 실험군에서 가장 높은 아스타잔틴 함량 (1.85 mg/g)을 보였다. Iron (Ⅱ) sulfate를 첨가한 실험군은 전체적으로 대조군에 비해 아스타잔틴 함량이 감소하는 경향을 보였다. Copper (Ⅱ) sulfate를 첨가한 실험군에서는 아스타잔틴 함량이 증가하였으며, 5 µM copper sulfate를 첨가했을 때 1.7 mg/g의 가장 높은 아스타잔틴 함량을 보였다.

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