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반응 표면 분석법을 사용한 미생물 발효에 의한 스피루리나(Arthrospira platensis) 단백질 추출 조건 최적화

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Alternative Title
Optimization of Protein Extraction Conditions from Spirulina (Arthrospira platensis) by Microbial Fermentation Using Response Surface Methodology
Abstract
The global population continues to grow at an alarming rate, creating significant challenges in maintaining a sustainable and sufficient food supply to meet rising demand. Compounding this issue are factors such as increasing greenhouse gas emissions, environmental pollution, ecosystem degradation, and the overexploitation of land and natural resources, all of which necessitate innovative approaches to food production. Protein, a vital macronutrient, is projected to become increasingly scarce, underscoring the need for alternative protein sources and more efficient production technologies. Marine biomass has emerged as a promising resource for the future due to its low greenhouse gas emissions and high nutrient density. This resource category includes all marine organisms that can be harnessed for various applications, with microalgae such as spirulina (Arthrospira platensis) standing out due to their exceptional nutritional profile and versatility. Recent research has focused on optimizing the extraction of key components from marine biomass. Microbial fermentation has proven particularly suitable for large-scale and industrial applications. This study aimed to optimize the microbial fermentation process to extract protein from spirulina effectively and to evaluate its viability as an alternative protein source. Using response surface methodology, the fermentation conditions were optimized to enhance protein yield. The selection of strains and media that facilitated high protein extraction was followed by single-factor analysis and a Box-Behnken design to refine fermentation parameters. The model demonstrated high reliability, with an R² value of 0.9900. The optimal conditions identified were a fermentation temperature of 35.39℃, a fermentation time of 24 h 2 m 24 s, and a microbial inoculation rate of 4.275%. The composition and amino acid profile of the spirulina protein extract (FSP), produced via microbial fermentation, were compared with those of untreated spirulina (unFSP). Results revealed a higher concentration of essential amino acids (EAA) in FSP. Electrophoresis confirmed that FSP contained proteins with lower molecular weights. Additionally, FSP exhibited significant antioxidant activity and higher levels of phenols and flavonoids, demonstrating its strong potential as an alternative protein source.
Author(s)
최지선
Issued Date
2025
Awarded Date
2025-02
Type
Dissertation
Keyword
Spirulina", "Arthrospira platensis", "microbial fermentation", "optimization", "antioxidant", "protein source
Publisher
국립부경대학교 대학원
URI
https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/34115
http://pknu.dcollection.net/common/orgView/200000861811
Alternative Author(s)
Choi Ji Sun
Affiliation
국립부경대학교 대학원
Department
대학원 식품공학과
Advisor
김영목
Table Of Contents
Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. 재료 및 방법 4
1. 시료 준비 및 시약 4
2. 스피루리나 단백질 추출을 위한 처리 방법 5
2.1. 물리적 처리 방법 5
2.2. 효소 처리 방법 6
2.3. 미생물 발효 방법 8
3. 스피루리나 단백질 추출법에 따른 수율 계산 및 아미노산 분석법 10
3.1. 단백질 추출 수율 계산 10
3.2. 유리아미노산 분석 11
4. 스피루리나 발효법에 의한 단백질 추출 최적화 13
4.1. 발효 배지 탐색 13
4.2. Single-factor 분석 및 실험 디자인 15
4.3. 최적 발효 조건의 검증 16
5. 최적 조건으로 발효한 스피루리나의 일반 성분 분석 16
5.1. 수분 16
5.2. 회분 17
5.3. 조단백질 17
5.4. 조지방 18
5.5. 탄수화물 18
6. 최적 조건으로 발효한 스피루리나의 단백질 특성 분석 19
6.1. 유리 아미노산 분석 19
6.2. SDS-PAGE 21
6.3. Native-PAGE 21
7. 최적 조건으로 발효한 스피루리나에 대한 항산화 활성 측정 22
7.1. DPPH radical 소거 활성 측정 22
7.2. ABTS radical 소거 활성 측정 23
7.3. Ferric reducing antioxidant power (FRAP) 23
7.4. Oxygen radical absorbance capacity (ORAC) 24
7.5. 총 페놀 함량 측정 25
7.6. 총 폴라보노이드 함량 측정 25
8. 통계 분석 26
Ⅲ. 결과 및 고찰 27
1. 스피루리나 단백질 추출 방법 탐색 결과 및 선정 27
1.1. 물리적 처리를 이용한 스피루리나 단백질 추출 27
1.2. 효소 처리를 사용한 스피루리나 단백질 추출 29
1.3.미생물 발효를 통한 스피루리나 단백질 추출 31
1.4.유리아미노산 분석을 이용한 스피루리나 단백질 추출 방법 선정 33
2. 스피루리나 단백질 발효법을 위한 발효 배지 선정 36
3. 반응 표면 분석법을 이용한 스피루리나 단백질 추출을 위한 발효 최적 조건 확립 38
3.1. Single-factor 분석 38
3.2. Box-Behnken Design 을 통한 스피루리나 발효 최적화 모델 41
3.3. 최적화된 모델의 검증 55
4. 최적 조건으로 발효한 스피루리나 단백질 추출물의 특성 분석 결과 58
4.1. 일반 성분 분석 결과 58
4.2. 아미노산 분석 결과 60
4.3. SDS-PAGE 및 Native-PAGE 결과 63
4.4. 항산화 분석 결과 65
4.5. 총 페놀 및 플라보노이드 함량 결과 68
Ⅳ. 요 약 71
참고문헌 74
Degree
Master
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대학원 > 식품공학과
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  • Embargo2025-02-19
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