치자의 황색소를 L. plantalium, V. vulinficus, P. aeruginosa, S. mutans, B. subtilis, S. epidermidis, S. typhimurium, S. aureus 등 8종의 균주의 배지에 첨가하고 배양하면 청녹색계 색소로 변환된다. 미생물에 의해 변환된 색소의 분광학적 성질을 경시적으로 추적하면 색소의 변환형태는 3군으로 나뉘어지며, 색차계로 측정된 ${\Delta}E$ 값의 변환형태도 그러하였다. 청녹색계색소로의 변환속도는 균주에 따라 차이를 보였는데 8종의 미생물중 S. epidermidis는 가장 빨라 배양 16시간에 색소변환이 완성되었다. 치자황색소와 변환된색소는 $H_2O-MeOH$ 용매계에 의한 Amberlite XAD-4 column chromatography에 의해 완전히 분리되었으며, 광과 열에 대한 저장안정성은 치자황색소보다 변환된 색소가 보다 안정함을 나타냈다.
S. epidermidis에 의해 치자황색소에서 변환된 청녹계색소와 치자황색소의 저장안정성에 미치는 광, 온도, pH, 무기이온에 의한 영향을 조사하였다. 두 색소는 광과 $40^{\circ}C$ 이상의 온도조건에서 변색에 영향을 받았으나, 변환된 색소가 보다 안정성이 있으며, 광에 의한 영향은 green filter에 의해 감소시킬 수 있었다. pH와 무기이온에 의한 영향은 두 색소 모두 작았다.
세균을 이용한 복귀돌연변이 시험계는 Salmonella typhimurium 히스티딘 요구성 변이주를 이용하여 염기대치환(base change)의 돌연변이를 검출하는 S. typhimurium TA100, TA1535와 frameshift형의 돌연변이를 검출하는 S. Tphimurium TA98, TA1537로 구성되어 있으며, 화학물질의 변이원성에 의하여 히스티딘 비요구성으로 복귀하는 돌연변이를 검토하는 시험계로 널리 이용되고 있다. 시험결과, Yellow pigment는 S. typhimurium에 대한 독성도 나타나지 않았으며, 배지 1$m\ell$당 200$\mu\textrm{g}$ 이하의 모든 농도에서 S-9 Mix(대사활성계)의 유무에 관계없이 S. typhimurium 모든 변이주에서 히스티딘 요구성에 대한 복귀돌연변이를 유발하지 않는 물질로 판단되었다. 이상의 결과로부터 치자황색색소는 S. typhimurium을 이용한 복귀돌연변이 시험에서 유전독성이 없는 물질로 사료되었다.
치자에서 분리한 황색색소에 대한 랫드 및 토끼에 있어서의 단회투여 경구 독성시험을 수행하였다. 황색색소는 랫드의 경우 5,000, 2,500, 1,250, 625, 312,5 및 1mg/kg의 용량으로 경구로, 토끼에는 5,000, 2,500 및 1,250mg/kg의 용량으로 경구로 암.수 각각에 1회 투여한 후 14일 동안 관찰하였다. 시험결과에 있어 랫드 및 토끼의 모든 황색색소 투여군에서 사망예, 임상증상, 체중변화, 육안적 소견 및 병리조직학적 소견에서 특기할만한 이상은 관찰되지 않았으며 랫드와 토끼에서 황색색소의 LD50치를 산출할 수 없었다. 따라서 LD50치는 랫드 암.수 모두에서 체중 kg당 5,000mg 이상인 것으로 판단되었다. 이상의 결과로부터 치자로부터 분리한 황색색소는 랫드 및 토끼에서 단회 투여 경구 독성시험에서 어떠한 독성 및 부작용을 유발하지 않는 안전한 제제로 사료된다.
치자황색소로부터 미생물에 의해 변환된 색소의 색조차이를 규명하고자 L. plantarum과 S. epidermidis에 의해 변환된 색소를 Amberlite XAD-4 column chromatography로 정제 한 다음 Sephadex LH-20 column의 gel filtration 용출양상과 분리된 색소의 분광학적 특성을 조사 하였다. L. plantarum에 의해 변환된 색소는 crocetin보다 큰 분자크기를 갖고 588 nm에서 홉수극대를 갖는 단일의 청색소를 생성하며, S. epidermidis에 의해 변환된 색소는 L. plantarum에 의해 생성되는 588 nm에 흡수극대를 갖는 청색소와 함께 crocetin 보다 작은 분자크기와, 413 nm에서 흡수극대를 갖는 황색소를 동시에 생성함으로서 청녹색을 띠는 것임이 밝혀졌다.
치자황색소로부터 생물변환색소를 생산하기 위하여 Gram 양성 세균 7종, Gram 음성세균 4종, 효모 2종 등 총 13종의 미생물을 jar fermentor에서 배양하고 치자황색소를 첨가한 후 7일간 생물변환된 색소의 색가에 대해 조사한 결과,S. mutans MK-34에 의해 변환된 색소의 색가가 가장 높았다. 치자황색소가 jar fermentor 안에서 S. mutans MK-34에 의한 변환의 특징은 588 nm에서 새로운 흡수극대가 나타나며, 흡광도값은 배양시간이 경과함에 따라 증가하였다 S. mutans에 의한 생물변환 색소를 대상으로 광 및 온도에 대한 안정성 조사에서 치자황색소에 비해 생물변환 색소가 일광 조건 및 $60^{\circ}C$ 온도조건에서 안정성을 나타내었다.
치자로부터 청색 및 황색색소, 고량으로부터 암갈색 색소를 주정을 이용하여 추출ㆍ농축하여 60$^{\circ}$Brix 농도의 추출물을 회수하였는데, 각각의 수율은 0.68, 1.97, 0.63% (w/w)였다. 이들을 대두유: 물: 유화제: 치자청: 치자황: 고량색소=8: 22: 42: 10: 15: 13 (w/w)의 비율로 혼합하고 균질화하여 유용성 천연 검정색소를 얻었다. 이 색소를 대두유에 용해시킨 결과 대두유의 품온이 30∼4$0^{\circ}C$ 범위에서 가장 높은 용해도를 나타내었다. 대두유에 한 번 용해된 색소물질은 혼합 대두유의 품온을 2$0^{\circ}C$ 이하로 유지하여도 재분리현상이 발생하지 않는 것으로 확인되었다
Gardenia callus was induced in MS medium containing $10{\;}{\mu}M$ of 2,4 diphenoxy acetic acid (2,4-D), $1{\;}{\mu}M$ kinetin, and 3% sucrose in the dark. $B_5$ medium was identified to be the most adequate medium for cell growth. Indole-3-acetic acid (IAA) was better growth regulator than 2,4-D not only for cell growth but slso for carotenoid production. Ligt also played a critical role on synthesis of carotenoid. Gardenia cells grown in $B_5$ medium could utilize a polysaccharide, soluble starch, as a carbon source. The cell growth was stimulated in $B_5$ medium fortified with 0.2% yeast extract. The optimum pH for cell growth was 5.7. High density cultures can be maintained by increasing inoculum size and medium concentration accordingly. Specific growth rate and mass doubling time were 0.095 $day^{-1}$ and 7.3 days, respectively. The cell immobilized in alginate tends to formulate more enlarged vacuoles containing yellow pigment compared with those of suspended cell. Carotenoid content of immobilized cell was about $264.4{\;}{\mu}g/g$ fresh weight (F.W.) corresponding twice of the content of suspended cell ($112.08{\;}{\mu}g/g$ F.W.). The color of gardenia cell was shifted from yellow to red when carbohydrase-secreting fungus, Trichoderma reesei, was co-cultivated with gardenia cells.
미쇄(微碎)한 치자분말(粉末)에서 Orange-Yellow 색소(色素)를 추출(抽出)하면 짧은 시간(時間)에서 $log\;t^{1{\cdot}15}$에 비례(比例)하였고 최적(最適) 추출시간(抽出時間)은 30분(分)이 선정(選定)되었으며 온도(溫度)가 상승(上昇)함에 따라 $log\;T^{3{\cdot}73}$에 비례(比例)하였고 최적(最適) 추출온도(抽出溫度)는 $40^{\circ}C$가 선정(選定) 되었으며 시료(試料) 0.1 g당(當) 용매량(溶媒量)의 증가(增加)에는 $log\;S^{3{\cdot}7}$의 색소(色素) 추출량(抽出量)을 나타냈고, 지방(脂肪)을 완전(完全)히 제거(除去)한 시료(試料)는 전혀 제거(除去)하지 않은 시료(試料)보다 $0.6(O.D\;448\;m{\mu})$만큼의 좋은 추출효과(抽出效果)를 보였다. 이들을 綜合하여, $P_{total}{\simeq}1.15\;log\;t+3.73\;log\;T+3.7\;log\;S-4X-6.4$$P_{total}$: total amounts of extracted orange-yellow pigment from Gardenia. t: extraction time $(0.5{\sim}60\;min)$ T: extraction temperature $(5{\sim}50^{\circ}C)$ S: volume of solvent $(5{\sim}50\;ml)$ X: fat contents $(0{\sim}15%)$ 와 같은 수정(修正)된 실험식(實驗式)을 유도했다.
치자나무 (Gardenia jasminoides)는 우리나라 남부 지방에 널리 분포하는 이리도이드 (iridoid)계 꼭두서니과의 수목으로서 그 열매인 치자는 예로부터 옷감의 염료, 식용 색소 및 한방 약재로 널리 사용되어 왔다. 치자에 함유된 주요성분으로는 치자 과실에 이리도이드 배당체인 제니핀 (genipin: $C_{11}H_{14}O_5$)과 제니포사이드 (geniposide: $C_{17}H_{24}O_{10}$) 및 겐티오비오시드 (gentiobioside), 크로신 (crocin), 노나코산, 기르네노시드, 만니톨 등이 있고 잎에는 가데오시드 (gardeoside)가 포함되어 있다. 치자색소중 가장 대표적인 치자황색소는 매염처리에 따라 색상이 거의 변하지 않는 단색성 염료이면서 매염처리를 하지 않고도 면직물 등의 식물섬유에 염색이 되는 직접 염료로서 그 시장가치가 높다. 현재 치자황색소는 가격경쟁의 격화에 따라 금액 기준으로 약간 감소하고 있으나 수요 그 자체는 라면 등 식품을 중심으로 광범위한 시장을 형성하고 있다. 다음으로 치자청색소는 치자추출물을 효소반응이나 미생물 배양을 통한 가수분해에 의해 다량의 제니핀으로 전환하여 여러 아미노산과 함께 생산이 이루어지게 된다. 치자청색소는 단백질 섬유에 염색한 결과 매염제 없이도 우수한 착색을 보였으며, 견뢰도도 우수하게 나타났다. 또한 냉과류의 합성착색료 대체품으로 신장하고 있는 스피룰리나 청색소와 가격경쟁력이 있어서 앞으로의 수요는 더 커질 수 있을 것으로 사료된다. 치자적색소는 520-540 nm에서 최대흡광도를 나타내며, 이는 청색소와 마찬가지로 이리도이드 배당체를 효소 및 미생물로 가수분해한 구성물과 일차 아미노 그룹을 포함한 기질과 함께 반응함으로써 형성된다. 치자 색소는 식품 뿐만 아니라 섬유의 염색에도 우수한 천연색소로서 가치가 있다고 사료된다. 따라서 앞으로 식품에 있어서 천연색소로의 대체가 당면한 과제이며 이를 위해 식용색소로서 조건들을 만족시킬 수 있는 기술개발은 계속 이루어져야 할 것이다. 천연색소의 안정성 문제는 식품 뿐만 아니라 화장품, 섬유 염색 등 거의 모든 부분에서 제약이 되므로 추후 천연염료 (특히 치자 염료)의 안정성을 증가시킬 수 있는 품질 개발과 생산 코스트 다운을 위한 연구는 전체 천연색소 시장의 성장에 필수불가결하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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