Optimization of Enzymatic Extraction of Astaxanthin from Xanthophyllomyces dendrorhous Using a Recombinant Cellulase

Abstract

In the food industry, interest in and consumption of health-functional foods for antioxidants and immune enhancement are increasing significantly due to aging and the emergence of novel infectious diseases. As a result, research on functional compounds is being actively conducted. Astaxanthin, a ketocarotenoid-type red pigment, has been studied for its potent antioxidant properties, which are approximately ten times stronger than those of other carotenoids. However, the chemical form of astaxanthin has lower bioavailability and stability compared to natural extracts. In this study, a cellulase enzyme for degrading the cell wall of Xanthophyllomyces dendrorhous was developed using a recombinant microorganism. Additionally, astaxanthin extracted from X. dendrorhous was analyzed using HPLC. As a result, enzyme production was successfully achieved in the recombinant microorganism, and the enzymatic activity of the prepared enzyme was confirmed both qualitatively and quantitatively. The enzyme reaction method, which yielded an astaxanthin concentration of 0.04966 mg/mL, was identified as a more suitable extraction approach compared to the soy oil mixing method, which resulted in a lower concentration of 0.00251 mg/mL. Through these findings, the extraction method using enzymatic reactions is expected to be directly applicable to the functional food market for products containing astaxanthin extracted from X. dendrorhous.|식품 산업에서 노령화 및 신종 감염병의 등장으로 인해 항산화 및 면역 증진을 위한 건강기능식품에 대한 관심과 소비가 크게 증가하고 있습니다. 이에 따라 기능성 화합물에 대한 연구가 활발히 수행되고 있습니다. 케토카로티노이드(ketocarotenoid) 계열의 붉은 색소인 아스타잔틴(astaxanthin)은 다른 카로티노이드(carotenoid)에 비해 약 10배 강한 강력한 항산화 특성으로 인해 연구되어 왔습니다. 그러나 아스타잔틴의 화학적 형태는 천연 추출물에 비해 생체 이용률(bioavailability) 및 안정성(stability)이 낮은 단점이 있습니다. 본 연구에서는 Xanthophyllomyces dendrorhous의 세포벽을 분해하는 셀룰라아제(cellulase) 효소를 재조합 미생물을 이용하여 개발하였습니다. 추가적으로 X. dendrorhous로부터 추출된 아스타잔틴을 HPLC를 이용하여 분석하였습니다. 그 결과, 재조합 미생물에서 효소 생산이 성공적으로 이루어졌으며, 제조된 효소의 효소 활성은 정성적 및 정량적으로 모두 확인되었습니다. 아스타잔틴 농도가 0.04966 mg/mL로 확인된 효소 반응 방법은 0.00251 mg/mL로 더 낮은 농도를 보인 대두유 혼합 방법에 비해 더 적합한 추출 방법으로 확인되었습니다. 이러한 결과를 통해 효소 반응을 이용한 추출 방법은 X. dendrorhous로부터 추출된 아스타잔틴을 함유하는 기능성 식품 시장에 직접 적용 가능할 것으로 기대됩니다.