산삼 세포배양에 의한 생리활성물질 생산과 바이오리액터 배양에 관한 연구
Studies on the Production of Bio-active Materials and Bioreactor Operations in Suspension Cultures of Wild Mountain Ginseng
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 변상요
- 발행년도 2006
- 학위수여년월 2006. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 응용생명공학과정
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 실험에서는 산삼 세포를 플라스크와 생물 반응기에 배양하여 각각의 세포 성장성과 대사산물 생산성을 비교해 봄으로써 생물 반응기를 이용한 산삼 세포의 대량 배양 가능성을 타진해 보았다. 산삼 세포의 삼각 플라스크 회분 배양에서는 배양 14일째에 DCW가 20.99 g/L으로 최대치를 나타내었고, 배양 6일째에 3.32 mg/g으로 최대 ginsenoside 생산성을 보였으며, 18 L airlift 배양기에서는 배양 14일 째 DCW가 18.78 g/L으로 최대치를 나타내었고, 배양 6일 째 4.15 mg/g의 최대 ginsenoside 생산성을 나타내었다. 또한, DPPH를 이용한 항산화 효능 실험에서 플라스크 회분 배양의 경우 배양 6일째에 49.5%의 DPPH scavenging activity를 나타내었고, 18 L airlift 배양기의 경우에는 배양 6일째에 91.83%의 DPPH scavenging activity를 나타내었다. 결과적으로, 산삼 세포의 생물 반응기 배양에서는 소규모 삼각 플라스크 배양에 비해 세포 성장성이 10.52%로 약간의 감소를 보였을 뿐, 유용물질인 ginsenoside 생산성과 항산화 효능은 오히려 각각 25%와 85.5% 증가되는 결과를 얻었다. 이러한 결과는 식물 배양에 적합한 용도로 제작한 생물 반응기를 적용함으로써 세포 배양의 대량 배양 적용에 문제가 되었던 microenvironment의 차이를 줄여 적합한 배양 환경을 제공함으로써 나타난 결과라 생각되며, 앞으로 airlift 배양기 운전에서 aeration 및 기체 성분의 영향에 관한 연구가 더 진행된다면 생물 반응기를 이용한 산삼 세포의 대량 배양이 가능하다고 생각된다. 또한 산삼 세포의 상업적 적용에서 문제가 제기되는 성장 호르몬인 2,4-D의 잔존 문제는 exponential phase말기 상태의 세포를 2,4-D가 무첨가 된 배지에서 한 차례 더 계대 배양을 해 줌으로써 자연적으로 안전하게 2,4-D를 제거할 수 있다는 결과를 확인함으로써 앞으로 산삼 세포를 대량 생산하였을 때 실제적으로 상업화 적용도 역시 가능할 것으로 보인다.
more초록/요약
Wild mountain ginseng(KM3), cultured by plant cell, was incubated in flask and bioreactor, and investigated its cell growth and secondary metabolite production to suggest the possibility of mass culture in bioreactor. In the 500 ml flask culture, the maximum cell density(DCW) and ginsenoside production was each 20.99 g/L and 3.32 mg/g at 6th day of culture and in the 18 L bioreactor culture, each 18.78 g/L and 4.15 mg/g at same time. The cell growth in 18 L bioreactor showed a slight decline of 10.52% compare with flask culture, but the maximum ginsenoside production increased by 25%. Also, in the 18 L bioreactor culture, DPPH scavenging activity was 91.83% and it was about 1.85 times higher than in the flask culture. The overall results could be employed in commercial scale bioreactor culture of wild mountain ginseng.
more목차
국 문 요 약 ___________________________I
목 차_________________________________II
LIST OF FIGURES____________________IV
1. 서론_________________________________1
1.1 연구배경____________________________1
1.2 산삼의 식물학적 정의 및 약용 가치_____3
1.3 식물 유래 생리활성 물질_______________5
1.4 Ginsenoside의 정의 및 효능___________7
1.5 생물 반응기의 적용____________________12
1.6 본 연구의 목적________________________14
2. 실험재료 및 방법_______________________15
2.1 세포주_______________________________15
2.2 Callus 및 Suspension culture _________15
2.3 삼각 플라스크에서 회분 배양 실험________15
2.4 Airlift 배양기의 운전_____________________16
2.5 분석 방법_______________________________18
2.5.1 세포량 측정____________________________18
2.5.2 유효 생리활성 물질 분석_________________19
2.5.2.1 Ginsenoside 추출 및 분석_____________19
2.5.2.2 DPPH scavenging activity 측정________22
2.6 Toxic phytohormone 제거 실험____________23
2.6.1 Toxic phytohormone (2,4-D)_____________23
2.6.2 2,4-D 제거 실험을 위한 현탁 배양__________24
2.6.3 2,4-D 추출 및 분석________________________25
2.6.3.1 산삼 세포에서의 2,4-D 추출법_____________25
2.6.3.2 HPLC를 이용한 2,4-D 분석 ________________25
3. 실험 결과 및 고찰______________________________26
3.1 삼각 플라스크 회분 배양에서의 기초 연구________26
3.2 Airlift 배양기에서의 Basic Kinetics______________29
3.3 유용물질 및 항산화 효과 연구____________________32
3.3.1 삼각 플라스크 회분 배양에서의 유용 물질 및 항산화 효과 연구______________________________________ 32
3.3.2 Airlift 배양기에서의 유용 물질 및 항산화 효과 연구__ 36
3.4 Toxic phytohormone 연구_______________________41
4. 결론____________________________________ 44
5. 참고 문헌________________________________46
ABSTRACT________________________________48
목차
List of Figures
Figure 1. Primary and secondary metabolic pathway____6
Figure 2. A type of saponin____________________________8
Figure 3. Molecular structure of sapogenin (aglycon of ginsenoside)_________________________________________8
Figure 4. Chemical structure of major protopanaxadiol(PPD) saponin______________________________________________9
Figure 5. Chemical structure of major protopanaxatriol(PPT) saponin______________________________________________10
Figure 6. Pharmacology effect of ginsenosides__________11
Figure 7. The configuration of 18 L airlift bioreactor system_17
Figure 8. Schematic diagram for the extraction and separation of the ginsenoside__________________________21
Figure 9. The structure of 2,4-D________________________23
Figure 10. Time course behaviors of cell growth in batch suspension culture____________________________________27
Figure 11. Time course change of pH in batch suspension culture________________________________________________28
Figure 12. Time course behaviors of cell growth in 18 L airlift bioreator______________________________________________30
Figure 13. Time course change of pH in 18 L airlift bioreator______________________________________________31
Figure 14. Time course behaviors of intracellular ginsenoside production in batch suspension culture______33
Figure 15. Content of ginsenosides in batch suspension culture________________________________________________34
Figure 16. Time course behaviors of free radical scavenger activity in batch suspension culture_____________________35
Figure 17. Time course behaviors of intracellular ginsenoside production in 18 L airlift bioreactor___________37
Figure 18. Content of ginsenosides in 18 L airlift bioreactor_38
Figure 19. Time course behaviors of free radical scavenger activity in 18 L airlift bioreactor__________________________39
Figure 20. Comparison of free radical scavenger activity between suspension culture and 18 L airlift bioreactor____40
Figure 21. Time course behaviors of total content of 2,4-D_42
Figure 22. Time course behaviors of 2,4-D content in cell and medium___________________________________________43
