스피룰리나 (Spirulina)와 중금속에 관한 연구

스피루리나 (Spirulina)는 원핵 생물인 아르스로스피라 (Arthrospira)의 통칭이다, 알칼리이온수 (pH 약 9.5)에서 자연적으로 발생하는 청록색 플랑크톤의 일종으로, 몇몇 종은 벤트성 [1]이 있다.스피룰리나는 가지 모양의 필라멘트가 없는 단세포세포로 이루어져 있다.조류의 길이 필라멘트는 200 500 μ m과 두께를은 5~10 μ m 입니다.그것들은 규칙적인 나선 모양으로 느슨하게 또는 단단히 똬리를 틀고 있다.일정 길이 (나선수)까지 자라난 후 파편화에 의해 번식한다.1519년 스페인의 과학자 에르난도 코르테즈 (Hernando Cortez) 가 멕시코의 텍스코코 호수 (Lake Texcoco)에서 스피룰리나를 처음 발견하였다 [2].남아프리카 공화국의 차드 공화국 에서는 말린 스피룰리나 알갈 슬러지 케이크 가루에 케첩과 후추를 섞어 음식 (쌀, 콩, 생선, 고기) [3] 위에 부어서 먹는 것이 관례이다.스피루리나는 식품 (기능성 식품, 첨가제), 의약 (천연 카로틴) 및 사료 산업에 사용될 수있을뿐만 아니라 환경 (검출, 교정), 생명 공학, 재생 가능 에너지 및 기타 분야의 분야에서 광범위한 응용 전망이 있습니다.

현재, 총스피룰리나의 세계 생산량은 연간 약 1만 2 천 t,최대 생산량 91.0 t/(hm2· 년) [2].중국에는 60개 이상의 스피룰리나 영농기업이 있으며, 연간 총 생산량은 전세계 생산량의 80%, 즉 약 9,600톤을 차지한다 [4];농사 면적은 약 750 hm2 이며 [5], 단위 생산량은 약 13 t/(hm2· 년)에 불과하다.스피룰리나 농업 및 경영 수준을 시급히 향상시켜야 한다.본 논문은 주로 스피루리나의 재배, 수확, 건조 과정에서 영향을 미치는 인자와 스피루리나의 영양적 특성 및 안전성에 대한 연구 진행 상황을 검토하여, 스피루리나 산업 및 식품 산업에 종합적인 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다.

스피루리나 재배 및 영향요인 1

There are about-리그베다위키스피룰리나의 38 종, 그리고 인공적으로 배양된 두 주요 종은 S. platensis와 S. maxima이다 [6-7].스피룰리나의 형태는 성장 및 발육 과정에서 생리, 영양, 유전, 단백체 등의 변화를 동반하며 환경 스트레스에 의해 쉽게 변화된다 [8].

스피룰리나 배양액의 조성 1.1

대규모로 재배할 수 있는 미세조류로서, 다음과 같습니다스피룰리나의 영양성분문화 매체의 구성과 밀접한 관련이 있다.실제 생산에서는 자루크 매개체 [1-2], 변형된 자루크 매개체 [1], 라오 매개체, 오페르 매개체 [2] 가 일반적으로 사용되며, 다른 간단한 매개체도 재배용으로 사용할 수 있다 [9].스피룰리나는 전통적으로 재배 과정에서 많은 양의 NaHCO3를 필요로 한다.이는 충분한 탄소원을 제공하고 스피룰리나의 성장에 도움이 되는 중간 pH를 알칼리성으로 유지하기 위한 것입니다.녹조 팽창기에는 매질 중 NaHCO3의 농도가 일반적으로 8~10 g/L인데, 일반 재배시에는 NaHCO3를 2.5~4.0 g/L까지 줄일 수 있다.Olgu에서등은 1998년부터 2001년까지 spirulina를 배양하기 위한 배양액으로서 양돈분뇨를 혐기성 발효한 후 해수와 담수를 1:4의 부피비율로 혼합하고 초산액을 2% (부피분율) 첨가하였다.동시에 2 g/LNaHCO3를 배양조 0일, 3일, 5일에 첨가하여 물의 pH를 9.5로 유지하였다.여름철 spirulina의 평균 생산량은 14.4 g/(m2·d) (수영장 물의 수심은 0.15 m)와 15.1 g/(m2·d) (수영장 물의 수심은 0.20 m);배양수 내 암모니아성 질소의 이용률은 84%에서 96%, 인의 이용률은 72%에서 87% [10]이다.

의 구성스 피 루 리나 문화중량은 배양수의 수질을 기준으로 하여야 한다.기타 조류의 생장과 오염과 스피룰리나의 품질을 피면하기 위해서는 배양수가 기준에 부합되여야 한다.도시 배관망의 물은 편리한 선택이다.재배 후의 물은 재사용하기 전에 적절한 처리를 할 필요가 있다.이러한 치료 중에서 역삼투는 스피루리나 성장에 가장 적은 영향을 주며 스피루리나 품질의 안정성도 보장할 수 있습니다.

배치 사이의 배양액에 대한 주요 보충제는 질산 나트륨 또는 요소입니다.요소와 질산염 이온은 스피룰리나를 공급할 수 있습니다질소는 충분하지만 농도가 높으면 독성이 있을 수 있습니다.스피룰리나는 질산염 또는 요소만을 함유한 배양액에서 생장할수 있는데 두가지 질소원을 함께 사용하면 스피룰리나의 생장에 리롭다.첨가된 인산염, Mg2 +, Ca2 +의 양은 조절될 필요가 있다.K +는 적절히 증가시킬 수 있으며, 가급적이면 N한+ [2] 농도의 5배를 넘지 않도록 한다.배양 매체의 구성은 실제 성장 조건에 따라 결정될 수 있습니다.

조류는 육상 식물과 비슷하게 광합성을 통해 이산화탄소 (CO2)를 고칠 수 있다.이론상 미세조류 1 hm2는 12.6%의 태양 에너지를 사용해 연간 280 t의 건조 물질을 생산할 수 있으며, 이는 이산화탄소513 t의 생물 변환과 맞먹는다 [11-12].Sydney 등은 스 피 루 리나platensisLEB-52의 이산화탄소생물전환능력이 318.61 mg/(L·d) [13] 임을 발견하였다.유기 아민은 탄소 분리 효율이 높은 CO2포집 흡착제의 일종입니다.D한Rosa 등은 탄소원으로 Zarrouk 매질에 NaHCO3대신 CO2를 사용하였으며, CO2의 공급은 1일 배양액 1 밀리리터 당 0.36 mL CO2를 공급한 후 광주기 동안 1시간 당 2분간 에어레이트하였다.이얻어진 스피룰리나 분말의 최종 단백질 함량(스 피 루 리나sp. LEB18)는 60.8%, 탄수화물 함량은 14.4%, 지방 함량은 10.0% [14];배양액 내 CO2의 유지시간을 연장하기 위하여 0.2 mmol/L ethanolamine (MEA)을 배양액에 첨가하였다.

이그 결과 스피룰리나 분말의 단백질 함량은 44.4%였다, 탄수화물 함량은 28.2%, 지방 함량은 8.3%;스피룰리나 생산량은 31.4% 증가했다.그러나 ethanolamine의 첨가는 spirulina에 의한 질소의 생물학적 전환에 영향을 미쳐 탄수화물을 더 많이 함유한 spirulina 분말을 생성하였다.

Wang Zhaoy에서등은 ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine 및 N-methyl-diethanolamine이 성장에 미치는 영향을 비교하였고spirulina의 탄소 고정, 그리고 triethanolamine은 스피루리나의 CO2로의 생물학적 전환을 상당히 촉진하고, 스피루리나의 생산량을 증가시키며, 탄소 고정 속도를 증가시킬 수 있음을 발견했다 [15];그러나 da Rosa 등 [14]의 결과와 유사하게 스피루리나의 다당류 함량은 증가한 반면 단백질 함량은 감소하였다.유기아민은 독성이 있어 식용 스피루리나 재배에 사용하면 안전상의 위험이 있다.

스피루리나 재배에 영향을 미치는 요인 1.2

…의 성장스피룰리나는 문화 매체의 구성에 의존할 뿐만 아니라그리고 CO2의 공급도 그렇지만 조류종, 배양연못, 배양지의 지리적 위치, 배양계절 (온도, 빛), 기타 요인 (pH, 해충) 등과도 밀접한 관련이 있다.

1.2.1 해조류의 종

Arthrospiraplatensis의 성장률은 Arthrospira maxima의 성장속도와는 다르다.동일한 문화 조건하에서,Arthrospira platensis는 Arthrospira maxima보다 빨리 자란다.스피루리나 균주마다 광합성 및 호흡속도는 다르다.아프리카 차드 호수의 Arthrospira platensis와 멕시코 텍스코코 호수의 Arthrospira maxima의 광합성률은 내몽골 오르도 모래 지역 (차한나오어 호수) [16]의 알칼리성 호수의 Arthrospira platensis의 광합성률보다 훨씬 높다.스피루리나의 광합성속도의 일별 변화는 매일 13시에 스피루리나의 광합성속도가 최대치에 달하고이 시점을 전후하여 스피루리나의 광합성속도가 감소함을 나타낸다.스피루리나의 호흡률은 생장률과 음의 상관관계가 있으며 온도가 증가함에 따라 증가한다.

1.2.2 재배 연못

스피루리나 재배는 종속영양재배와 독립영양재배로 나뉜다다.대규모재배는 모두 독립영양재배로서 개방재배시스템 (개방연못, 경주연못, 원형연못), 폐쇄재배시스템 (광생물반응기), 복합시스템 등이 포함된다.Soni et al.은 다음과 같은 지표를 기반으로 서로 다른 스피루리나 재배 시스템을 평가했습니다:공간 요구량, 면적/부피 비율, 증발, 물 손실, CO2 손실, 온도, 기후 의존성, 공정 제어, 청정성, 바이오매스 품질, 바이오매스 밀도, 수확 효율, 수확 비용, 광 이용률, 가장 비용이 많이 드는 공정, 오염 제어, 투자량, 생산량, 스피루리나에 대한 유체역학적 스트레스.

개방된 문화시스템에는 자연호수, 해안호수, 연못, 인공연못이나 컨테이너 등이 포함된다.가장 흔한 것은 인공적으로 굴착된 길고 좁은 풀, 원형 풀과 레이스 트랙 풀이다.개방배양시스템은 비교적 구성과 운용이 간단하지만 상대적으로 낮은 산출량, 낮은 광이용률, 증발손실, CO2 등의 단점이 있다 도망자 손실, 큰 발자국과 오염에 대한 감수성 (동물 및 기타 종속영양류 포함).

폐쇄 양식 시스템의 광-생물 반응기는 수직 컬럼, 트레이, 튜브 및 플레이트 타입과 같은 다양한 유형으로 제공됩니다.광원에는 자연광과 인공광이 있어 바이오매스 축적에 편리하고 오염을 최소화할 수 있다.반응 시스템의 재료는 유리, 폴리 에스테르 플라스틱 및 기타 재료를 포함합니다.그러나 시스템 청소 및 대규모 영농은 여전히 더 많은 기술적 개선이 필요합니다.

합성 시스템은 운영비를 줄이기 위해 광생물 반응기를 개방된 연못과 비슷하게 만드는 것을 주로 포함합니다.두 종류가 있는데, 한 종류는 개방된 연못을 덮어 외부 오염을 차단하고, 다른 한 종류는 광생물반응기 파이프의 직경을 최대한 확장하여 개방된 연못과 비슷하게 만든 것 [18].이 복합 시스템은 개방형 연못과 광생물 반응기 모두의 장점을 결합하므로 생산량을 극대화하고 CO2 손실을 최소화하면서 오염을 최소한으로 보장합니다.그러나 아직도 많은 국토면적과 기술적돌파를 요구하고있다.

를 늘리기 위해서 (...)spirulina의 생물학적 수확, 연구 개발의 초점은 생체 필름 부착 배양 방법 [19]에 맞춰져 왔다.중국과학원 청도바이오에너지 및 생물공정기술연구소의 류천중 (Liu Tianzong) 팀이 설립한 바이오필름 부착 배양기술은 CO2를 탄소원으로 사용하며 스피룰리나 생산량은 38 g/(m2·d)에 달하며 CO2 이용률은 75.1%이다.spirulina 분말의 단백질 함량은 60% 이상이지만 전체 파일럿 시스템의 건설 비용은 전통적인 노천 수영장보다 훨씬 높은 200 US달러/m2입니다.CO2를 탄소원으로 사용하는 스피루리나 재배는 스피루리나 재배의 환경 영향을 개선하고 재배 비용을 줄일 수 있는 중요한 방법입니다.미세조류 재배기술 개발의 트렌드로 자리 잡은 것이다.그러나 CO2의 이용률을 높이고 [20] 탄소 보충 비용을 줄이기 위해서는 더 많은 과학 기술 연구가 필요하다.

1.2.3 온도

온도는 그 중 하나입니다스피룰리나의 성장에 영향을 미치는 중요한 요소들다.스피룰리나는 45 ℃ 이하의 온도에서 자랄 수 있다.17 ℃ 이하, 38 ℃ 이상이면 스피룰리나의 생장이 억제되지만 죽지는 않는다.스피룰리나의 최적 생장 온도는 29~35 ℃이다.스 피 루 리나의 온도에 성장의 효과는 단백질과 탄수화물의 측면에서 중요 한 구성, 하지만의 측면에서 뚱뚱하지 않고 γ-linolenic 산 [21]다. 

1.2.4 빛

광원의 질, 빛의 세기, 빛의 지속시간은 조류의 성장에 영향을 미치는 중요한 요소이다 [10].스피루리나를 실제로 재배할 때는 재배조 내 수온을 빨리 올려야 하는 아침시간을 제외하고는 30%의 광속이 권장된다.스피루리나 성장은 빛이 있을 때만 일어난다스피룰리나는 단백질과 색소를 합성할 필요가 있다빛이 없는 간격 동안에는 24시간/d의 장기 조명은 권장되지 않습니다.

Bezerra 등은의 재배과정에서 광도 (광합성 광자속밀도)를 증가시켰다스 피 루 리나 36에서 μ mol/(m2 · s)를 72 μ mol/(m2 · s), 그리고 최대 세포 농도는 5200 mg/L에서 5800 mg/L로 증가하였다.조도 가 추가 되었을 때 108로 증가 μ mol/(m2 · s), 최대 세포 농도를 얻 으려면 시간를 8에서 6일 [22]까지 감소 했다.이는 낮은 광도가 새로운 생태 조류 필라메트의 성장에 더 적합한 반면, 높은 광도는 스피룰리나의 성장 주기를 단축시킬 수 있음을 보여준다 [23].2004년에 다네시 등도 2004년에 비슷한 결론을 내렸다 [24].스피루리나의 질소원으로 요소를 사용하면 2,000~5,000 lx의 광도에서 빠른 광합성으로 생성되는 ATP와 NADPH는 세포의 성장을 가속시킬 수 있지만, 세포의 농도가 5,800 mg/L에 도달하면 광속밀도의 포화로 인해 세포의 성장이 멈춘다.

1.2.5 pH

이스피룰리나 재배의 최적 pH는 9.0-11.0이다.알칼리성 pH는 다른 조류 균주에 의한 오염을 방지하고 스피룰리나의 색소와 단백질의 농축에도 영향을 줄 수 있습니다.pH 가 11보다 높아지면 스피룰리나 필라먼트가 뭉치고 짧아지며 세포용해를 거쳐 세포내 내용물이 밖으로 유출된다.배양물의 색깔은 점차 노르스름한 녹색으로 변하며, 결국 조류는 사멸한다 [2].스 피 루 리나platensis의 색소와 생장속도는 ph.8.5~9.5에서는 pH 가 증가함에 따라 Spirulina의 생장속도가 증가하지만 pH 9.5~11.0에서는 pH 가 증가함에 따라 Spirulina의 생장속도가 점차 감소하며, 8일 재배 후 Spirulina의 건세포 덩어리는 pH 가 증가함에 따라 감소한다 [25].

믹싱 및 에어레이션 1.2.6

스피룰리나의 대규모 재배는 현재 액상정지법을 이용하여 이루어지고 있다다.배양액은 배양과정에서 주기적으로 저어 영양액의 균질성과 스피룰리나 필라멘트가 받는 광도의 일관성을 확보한다.혼합 및 통기는 고밀도 조류 필라멘트와 고품질 스피룰리나 제품을 생산하는 데 필수적입니다.혼합 및 공기 (air)는 배양조의 스피룰리나 조류 필라멘트에 균일한 빛 노출을 제공하는 동시에 이산화탄소 가스를 분배하고 스피룰리나 성장을 억제하는 용존 산소를 제거하는 데 도움을 줄 수 있습니다.레이스웨이 연못에서는 보통 5-60 cm/s의 혼합속도가 사용된다.너무 낮은 혼합속도는 레이스웨이 연못의 모서리에 사각지대를 낳게 됩니다 (이는 레이스웨이 연못의 모서리를 곡선으로 만들어 피할 수 있습니다).너무 높은 혼합 속도는 더 높은 에너지 소비를 요구하게 되고 그에 따른 전단력은 조류 필라멘트의 파손을 증가시킵니다.NaHCO3 없이 Zarrouk 중간에서, 스 피 루 리나는 빛의 강도 하기 위한 최적의 매개 변수를 아래 200 μ mol/탈취 상 (m2 · s)과로 m/s 0.0056 율 0. 5% 이산화탄소 [26]이다.검사실 규모 배양에 따른 스피룰리나 단백질 함량의 배양변수 변화는 표 2 [27]에 나타나 있다.

1.2.7 해충

현재,스피룰리나의 농사는 종종 rotifer Brachionus plicatilis에 의해 피해를 입는다다.심한 경우 로티퍼가 스피룰리나를 대량으로 먹어치워 완전한 손실을 초래하고 재난적인 손실을 초래할수 있다.스피루리나 배양액의 로티퍼를 예방하고 제어하는 방법은 크게 두 가지로 물리적인 여과 (250 mesh screen 또는 finer 사용)를 통해 성충의 로티퍼를 제거하고 화학적 제어가 가능하다.화학적 방제는 표백분, 황산구리, 과망간산칼륨 등의 강한 산화제 또는 독극물을 사용하여 스피룰리나와 로티퍼를 모두 죽인 후 배양조를 세척하여 다시 씨를 뿌리고 재배하는 방법이다.물리적 제어 방법은 완전히 여과되지 않으며, 일부 성충과 유충, 그리고 거의 모든 알은 여과액과 함께 배양조로 돌아오므로 추가적인 여과가 필요하다.게다가 여과 시간이 증가할수록 위험 사이의 일수는 감소합니다.화학적방제는보다 장기간 그 해를 통제할수 있지만 스피룰리나를 한번에 죽이기때문에 일정한 경제손실을 초래한다.동시에 재재배는 시간과 돈을 낭비하고, 결과적으로 생산비를 증가시킨다.또한, 아베멕틴과 요소를 교대로 사용하면 로티퍼의 약제내성을 감소시킬 수 있다 [28~29].

스피룰리나 농업에서 마주칠 수 있는 해충으로는 다프니아, 반미자벌레, 원생동물, 물파리 등이 있다.40 메쉬 스크린으로 녹조 슬러지와 기타 불순물 속의 물파리 (유충, 번데기)를 제거/줄일 수 있으며, 녹조 밀가루 속의 곤충 조각 [30]을 줄일 수 있다.

2. spirulina의 수확 및 건조

2.1. 스피룰리나의 수확

이론상, 수확은 필라멘트의 단백질 농도가 가장 높을 때 수행되어야 합니다.그러나 실제로는 보통 재배수를 측정하여 흡광도를 측정하고 560 nm 에서의 흡광도가 >1.0 [31] 일 때 수확을 한다.680 nm 에서의 흡광도가 >0.8 [32] 일 때 채취가 수행된다는 보고도 있다.

스피루리나 수확은 일반적으로 세 가지 주요 단계를 포함한다:스피루리나 필라멘트 (녹조 세포)의 채취 및 분리, 스피루리나 집합체 (즉, 녹조 슬러지)의 세척, 스피루리나의 건조.스피루리나 조류 필라멘트 (조류 세포)를 수확하는 데 사용되는 기술에는 여과, 집적 및 침전, 원심 분리 및 침전 등이 있습니다.세척 공정에는 헹굼, 이온 교환, 전기 투석, 초음파 세척 등이 있으며 건조는 자연 태양 건조, 동결 건조, 분무 건조, 드럼 건조 및 튀김 등이 있습니다.스피루리나 해조류 필라멘트 수확 방법을 개선하고, 수확 효율을 높이며, 생산 비용을 절감하는 것은 여전히 업계의 중점 과제입니다.

에 사용되는 필터 스크린 또는 필터 천의 메쉬 밀도입니다스 피 루 리나를 수확하는 방식은 일반적으로 50 μ m 미만, 스피룰리나 필라멘트가 배양 매체로부터 효과적으로 분리 될 수 있도록.일반적으로 사용되는 필터 스크린은 경사 스크린과 진동 스크린입니다.경사진 스크린은 2~4 m2의 스크린 면적과 380~500 mesh의 스크린 조리개를 가지며 [33] 10~18 m3/h의 스피루리나 배양액을 여과할 수 있다.동일한 수확효율을 전제로 진동스크린에 필요한 스크린 면적은 고정경사진 스크린 면적의 약 1/3 이지만 진동스크린은 대규모 수확에는 적합하지 않다.진동으로 인한 스피룰리나 균사체의 변형 및 파손은 스피룰리나 생산량을 감소시킵니다.신선한 스피룰리나를 직접 섭취할 수는 있지만 장기 보관에는 적합하지 않다.식용 신선 스피룰리나의 유통기한은 6 h [2]에 불과하다.건조 된 spirulina 분말은 1년 이상 저장할 수 있습니다.

스피룰리나의 전개는 Ca2 +의 전개효과를 이용하여 빠르게 이루어질 수 있다.그러나, 사용되는 전지의 양이 많고, 전지의 해조류의 염분 함량이 높아 후속 가공이 어렵다.또한 전통적인 여과는 비효율적이고 손실이 많이 발생하는 단점이 있으므로 개선이 필요하다.Lai 등은 chitosan과 eggshell을 as로 사용하였다spirulina를 수확하기 위한 생물학적 전개체.그들은 325-mesh 무광분말을 염산 용액에 녹였을 때 4 g/L, pH 4에서 8분간 교반 후 최대 97.2%의 효율을 얻을 수 있음을 확인하였다.그리고 키토산을 염산에 녹여 50 mg/L와 pH 8에서 50분간 교반시켜 최대 80%의 효율을 보였다 [34].달걀 껍질의 생산량은 더 높지만, 키토산 배합제는 영양액의 재사용이라는 측면에서 실용생산에 더 가깝다.

스피룰리나의 건조 2.2

Nouri 등은 자연건조, 공기건조, 마이크로파건조, 동결건조, 진공건조 및 재래식 열풍건조가 spirulina의 물리 및 화학적 조성과 항산화성에 미치는 영향을 비교하였다 [35].진공 건조는 항산화 활성을 유지하는 데 도움이 됩니다spirulina 분말 내 총 phenolic 물질, 반면 분무 건조와 동결 건조는 스피루리나의 불포화 지방산을 유지하는 데 도움이됩니다.동결건조는 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 망간, 칼슘, 인의 손실이 현저하며, 다른 건조방법은 금속원소에 큰 영향을 미치지 않는다.

의 모공으로 지원의 사용을 크기 φ = 80 μ m을 용이하게스피룰리나의 급속 건조 (열풍 대류 건조).80 mm × 80 mm × 3 mm 크기의 spirulina algal mud 케이크의 건조 시간을 30% 줄일 수 있습니다.스 피 루 리나의 건조 시간 압출 조류의 진흙 스트립 (φ 3mm × = 120 mm) 한 간격으로 10~20 mm 떨어 져 있을 줄 일 수 있는 35% [36]에 의해 건조 시간이다.

기업들은 항상 노력하죠스피루리나 영양소의 손실을 줄이고 최대 순도의 제품을 얻으십시오건조 공정 비용을 관리 하에 유지하면서.스피룰리나의 세포벽은 특히 얇고 깨지기 쉽기 때문에 자연 햇빛 건조는 가장 원시적이고 전통적인 건조 방법으로 널리 사용되어 왔다.그러나 자연해볕건조는 속도가 아주 빨라야 한다. 그렇지 않으면 엽록소가 파괴되여 건조된 제품이 푸른색으로 변하게 된다.동결건조는 스피룰리나를 건조하는 데 가장 적합한 방법으로 꼽히지만 비용이 많이 들고 공정이 복잡해 상대적으로 덜 사용되고 있다.스프레이 건조는 실제 생산에서 스피룰리나 건조의 가장 일반적인 방법입니다.건조 과정에 따른 스피룰리나의 영양소 손실 범위는 표 3에 표시되어 있다.

스피룰리나의 영양과 안전성 3

스피룰리나의 영양 3.1

스피룰리나는 단백질함량이 건질량의 60%~70%를 차지하는바 영양이 매우 풍부하다다.식물에서 흔히 찾아볼 수 없는 비타민 B12와 철분도 풍부하다.비타민 B12 함량은 간에서 발견되는 것의 2~4배, 철분 농도는 일반적인 식물 철분의 8~12배이다.또한 스피룰리나에는 항암 효과가 있는 피코시아닌 (phycocyanin)이 함유되어 있어 [45] 최고의 미래 식품으로 각광받고 있다.2003년 유엔은 개발도상국의 기아와 영양실조 퇴치를 위한 스피룰리나의 개발 및 사용을 촉진하기 위해 미세조류 스피룰리나 사용 정부간 기관 (Intergovernmental Instituti에을이Use 의Micro-조류스 피 루 리나Against nutrition, IIMSAM)을 설립하였다 [2].

의 내용서로 다른 회사의 스피루리나 제품에 들어있는 기능성 성분이 같지 않다다.이러한 차이는 조류의 종뿐만 아니라 온도, pH 값, 배양액, 빛 등과 같은 일치하지 않는 재배 조건 때문에도 관련이 있습니다.예를 들어 스피룰리나의 단백질 함량은 17%~73% (건조 한mass) [30] 정도로 다양하다.일부 상용화된 스피룰리나 제품의 아미노산 조성은 표 4 [33, 46-48]에 표시되어 있다.

아미노산 점수법은 단백질 품질 평가를 위해 널리 사용되는 방법 중 하나이다.성인의 필수아미노산 요구량 [50]을 기준으로,의 필수아미노산 점수를 말한다서로 다른 스피룰리나 샘플은 표 5에 나와 있습니다.표 5를 보면 시리얼 단백질과 유사하게 스피룰리나 단백질의 제한 아미노산은 리신이다.그러나 부동한 원산지와 브랜드의 스피루리나 제품의 아미노산 점수는 모두 100점 이상이다.따라서 스피룰리나는 인체의 필수 아미노산 요구량을 모두 충족하는 양질의 단백질이다.따라서 스피룰리나의 소화율은 스피룰리나의 아미노산 점수 [50]의 첫 번째 제한 인자가 되므로, 교정된 스피룰리나의 아미노산 점수는 스피룰리나의 소화율과 같다.

Spirulina's 세포벽은 그람음성균의 펩티도글리칸세포벽과 비슷하며 소화가 매우 쉽다.스피룰리나의 평균 체외 소화 및 흡수율은 61% 이고 [51], 단백질의 소화 및 흡수율은 70%에서 85% [52] 이며,의 것으로 보고되었다스피룰리나 세포벽 다당류의 생물학적 가용성은 86%에 이른다[53].그러나 연구자마다 소화 및 흡수 검사를 위해 일관되지 않은 방법을 사용하고 있으며 자료의 비교가능성이 상대적으로 떨어진다.가공기술이 스피루리나의 체외 소화, 흡수율을 변화시킬 수 있다는 점을 간과해서는 안 되며 [54], 드럼통에 건조된 스피루리나와 자연건조된 스피루리나의 체외 소화, 흡수율은 각각 84%, 76%이다.

스피룰리나의 안전성 3.2

대부분의 미세조류처럼,spirulina는 잔류농약 흡착할 수 있습니다dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT)와 같은 [55], 중금속 (Cr3 +, Cd2 +, Cu2 +, Zn2 +,로, Hg, 등) [56-59], 석유 탄화수소 [60] 그리고로 겐 (17 α-ethinylestradiol, 17 β-estradiol) [61], 등, 그래서 스 피 루 리나은 또한 고려 하수 처리 [62]를 위한 자료를 뜨 거 운하였다.식용 스피루리나 생산에서 주요 불안전한 요인은 재배과정에서 중금속 (납, 비소 등), 생물독소 등에 의한 오염과 건조과정에서 열적 오염 (예:다환방향족탄화수소), 질산염/아질산염에 의한 오염, 황산염 잔류물, 방사선량 잔류물 등의 영향이다.

3.2.1 중금속

현재, 그스 피 루 리나 파우더중국 남방의 회사에서 생산하는 제품은 일반적으로 납 함량이 과도하며 북방의 회사 (주로 내몽골자치구)에서 생산하는 스피룰리나 분말은 비소 함량이 높다.2012년, 중화권 매체에서는 차이나&를 대대적으로 보도했다#39;의 스피룰리나의 품질에 의문을 제기하는 청해호 (납 함량 초과)의 오염으로 스피룰리나 농업 산업과 스피룰리나 제품.스피루리나 제품에 함유된 중금속의 조성과 함량은 배양수와 밀접한 관계가 있으며, 또한 재배과정에서 배양액 중의 중금속 잔류물 (탄산나트륨이나 중탄산나트륨과 같은 원료) 과도 밀접한 관계가 있다.GB 2762-2017"식품 중 오염물 식품안전 국가표준 제한"은 스피룰리나 및 그 제품의 납 함량 상한선을 2.0 mg/kg (건조중량)으로 규정하고 있다.유럽 연합은 건강보조식품의 납 잔류량 한도를 3.0 mg/kg으로 설정하였으나, 스피룰리나의 납 잔류량은 0.1~15.0 mg/kg 사이로 다양하다고 보고되었다 [63-64].Zhao Nan은 국내 spirulina 분말의 납 잔류량이 0.03에서 1.71 mg/kg인 것을 발견했습니다.그러나, 저자's 팀은 상업적으로 이용 가능한 일부 스피룰리나 분말 샘플의 납 함량이 2.0 mg/kg을 초과했음을 발견했습니다.납 잔류는 스피룰리나 [65] 재배에서 여전히 시급히 해결해야 할 문제 중 하나이다.

비소는 토양, 암석, 강 등 환경에서 다양한 형태로 발생하는 금속류이다.지구&를 구성하는 92개의 원소 중 20위를 차지한다#39; s 껍질.천연비소광석은 자연풍화와 빗물씻기과정에서 수체로 들어가며 흔히 비소와 아르센트의 형태로 존재한다.비소는 크게 유기비소와 무기비소로 나눌 수 있다.무기비소는 비소, 비소 (III), 비소 (V)의 3가지 형태로 더 나눌 수 있으며, 비소 (III) 가 가장 독성이 강한 반면, 유기비소는 인체에 독성이 적다.수산물에서 흔히 발견되는 아르센 베타인, 아르센 콜린 등의 유기비소 화합물은 인체에 독성이 없어 쉽게 배설된다.스피룰리나는 비소를 풍부하게 하는 특징이 있다.스피루리나 배양수의 비소 농도가 0.04 mg/L에 도달하면 차드호의 비소 함량이다스 피 루 리나분말은 1.0 mg/kg을 초과합니다[66]다.

에 잔류하는 비소중국에서 spirulina의 원래 분말0.01~0.41 mg/kg이다 [65].그러나, 저자's 팀은 많은 샘플의 비소 함량이 고형영양제 비소 잔류허용치 (0.5 mg/kg, GB 2762-2017"식품중 오염물 국가식품안전표준허용치")를 초과했지만 무기비소는 0.02 mg/kg 미만임을 발견했다.China& 일 때 권장합니다#39;s GB/T 16919-1997"식용 스 피 루 리나분말"및 NY/T 1709-2011"녹색 식품 해조류 및 제품"은 이후 개정되며, 비소 지수는 무기 비소로 명확하게 정의되어야합니다.

납은 신경독성이 있으며, 납에 노출되면 성장기에 있는 아이들의 학습과 기억력이 저하될 수 있다.납과 카드뮴 복합 노출의 신경독성은 납과 카드뮴 단독 노출보다 강하다 [67].유럽연합은 건강보조식품의 카드뮴 잔류량을 1.0 mg/kg으로 제한하였다.Muys 등은 스피루리나의 카드뮴 잔류량이 0.01~0.17 mg/kg 이었고, 카드뮴 잔류량은 in중국산 스피룰리나 분말은 0.003~0.123 mg/kg 이었다.보고된 모든 자료는 카드뮴 잔류 [27] 면에서 비교적 이상적이다.유럽연합은 건강보조식품의 수은 잔류량을 0.1 mg/kg으로 설정했다;니켈 잔류물의 한도는 정해지지 않았습니다.Muys 등은 스피룰리나 시료의 수은 잔류량이 0.02~0.11 mg/kg, 니켈 잔류량이 1.1~3.4 mg/kg 임을 확인하였다 [27].

다환 방향족 탄화수소 3.2.2

다환방향족탄화수소 (PAHs)는 자연발생원과 인간의 활동으로부터 얻어지는 것으로 유기물의 불완전연소가 가장 큰 원인이라고 할 수 있다.스피룰리나는 열원 (석탄, 유기물, 천연가스), 가열 방법 (직접 접촉, 간접 접촉) 및 가열 온도에 따라 건조 과정 중 PAHs에 오염될 수 있습니다.2015년 10월 27일, 2015년 10월 27일 EU (EU) 2015/1933는 foodstuffs (EU) No 1881/2006에서 PAHs에 대한 제한 값을 보충합니다.의 PAH 잔류물에 대한 EU의 한계스피룰리나가 함유된 건강보조식품그리고 자사의 제품은 벤 조 [a] pyrene ≤ 10 μ g/kg이다;그리고의 합계 4 PAHs 벤 조 [a] anthracene (BaA), chrysene (크리), 벤 조 [b] fluoranthene (친구사이인)와 벤 조 [a] pyrene (BaP)은 ≤ 50 μ g/kg이 [68].중국에서는 현재 스피룰리나 및 그 제품의 PAH 잔류물에 대한 규제가 없다.Zelinkova 등이 아일랜드에서 판매되고 있는 스피루리나 건강보조식품의 PAH 잔류량을 검사하였으며 [69], 그 결과는 표 6에 나와 있다.일반적으로 벤조 [a] 피렌이 기준을 초과하면 4개의 파의 합도 기준을 초과한다.

기타 안전요소 3.2.3

의 질산염 농도를 Muys 등이 검출하였다8~368 mg/kg의 스피룰리나 샘플다.이러한 자료들이 원료에 총 질소의 제한된 양만을 기여하지만, [27] 재배 중 질산염을 질소원으로 사용함에 따라 질산염 잔류가 많이 발생할 수 있다.스피룰리나가 후속 가공 중에 적절하게 세척된다면 아질산염의 수준은 가공 중 원료 부패 정도를 반영합니다.과일과 채소주스의 아질산염 잔류기준은 4 mg/kg 이며, 질산염의 1일 섭취허용량 (ADI)은 3.7 mg/kg body weight이다.

식품공업에서는 황산을 아황산가스, 아황산수소나트륨, 아황산나트륨, 메타비설파이트나트륨, 메타비설파이트나트륨, 메타비설파이트칼륨 등을 포함한 물질군으로 지칭한다.황산은 식품 원료의 발효에 의해 생성될 수 있고, 황산은 생식에 독성이 있으며 [70] 천식과 같은 알레르기 반응을 유발할 수 있다고 보고되었기 때문에 [71], 일부 국가에서는 가공 중 스피루리나 원료의 부패를 추적하기 위해 스피루리나의 황산을 엄격하게 통제한다.유럽연합과 미국은 아황산가스와 황산 (SO2로 계산)이 10 mg/kg 이상인 식품에는 라벨을 부착하도록하고 있다.2019년 8월 6일, 독일이 통보했다한 묶음의 식품 보충제대만, 중국 출신, 미신고 알레르겐 황산 (22 mg/kg)의 존재로 인해 부적격자로서.

에 있는 가장 일반적으로 보고된 녹조 독소스피룰리나는 주로 마이크로시스틴이다(MC)이다.MC는 시아노박테리아 독소의 일종으로 현재 가장 자주 노출되고, 가장 널리 오염되며, 가장 유해한 간독성 녹조독소 [72]이다.기형, 발암, 돌연변이 유발 효과가 있으며 지금까지 발견된 간 종양 촉진제 중 가장 강한 간암 촉진제이기도하다.MC는 100여 가지의 구조 변종이 있으며, 그 중 2B 군 발암물질로 분류되는 마이크로시스틴 LR(MC-LR)이 가장 독성이 강하다 [73].2002년 서혜빈 등은 마이크로시스틴에 대해 시중에서 판매되고 있는 71 종의 스피루리나 제품 19 종을 검사한 결과 평균 오염도는 317.2 ng/g, 정제와 캡슐의 마이크로시스틴 오염도는 각각 142.7, 222.6 ng/g으로 나타났다 [74].2001년에, Draisci et al. 5 다른 브랜드의 스 피 루 리나다고 보고 정제와 캡슐에서 수집 로마까지 포함 된 세 개의 샘플 공급업체 뿐만 아니라 10 μ g/g의 dihydrohomoanatoxin-a, 신경 독이었지만, 그들 중 두 명은도 포함 되어 있의 isomer anatoxin-a (18과 19 μ g/g, 각각) [75다]

2018년 11월 28일, 일본 후생노동성은 문서 요쇼쿠힌슈하 제1128호 제3:방사선에 노출된 식품에 대한 검사 방법의 개정, 가축 및 수산물, 농산물 등에 관련된 부록 II, III, IV-VI, 그리고 다음을 추가한 부록"IV-VI 방사선 피폭"을 발표했습니다spirulina 방사선 조사,검사 수는 10개 [76]였다.

스피룰리나 기준 3.3

여러 국가 및 지역의 스피루리나 분말에 대한 품질 기준은 표 7 [65, 77]에 나와 있습니다.

표 7은 다음과 같다spirulina의 품질 기준은 품질과 미생물학적 안전성에 더 중점을 둡니다제품 자체의, 그리고 생물학적, 화학적 오염 가능성이 있는 것은 아직 관리 기준으로 포함되지 않았습니다.그러나 스피루리나의 90% 이상이 건강보조식품으로 소비되고 있기 때문에 스피루리나 제품의 안전성에 영향을 미칠 수 있는 요인, 특히 재배에 사용되는 용수의 오염 지표에 대해 모니터링 할 필요가 있다.

결론 및 논의 4

스피루리나는 양질의 미생물 단백질 공급원으로,그리고 그 산업사슬은 재배, 1차 가공 (녹조 밀가루), 추가 가공 (녹조 정제, 스피룰리나 추출물 및 기타 완제품), 완제품 응용 등 4개 연결고리로 구성된다.본 문건에서는 스피룰리나 산업사슬의 상류 재배, 수확, 1차 가공에 대해 정리하였다.스피룰리나의 재배와 가공은 매우 까다롭다.스피루리나 재배는 외부 환경 요인에 크게 영향을 받는다.재배에 적합한 수질은 알칼리성이 강하고 기온이 높으며 해빛이 많이 들어야 한다.재배과정은 반드시 기타 조류나 미생물에 의한 오염을 방지해야 한다.스피룰리나의 수확과 거친 가공에는 펌핑, 린스, 필터링, 건조 등 과정이 포함된다.건조의 적시성은 spirulina 분말의 품질에 심각한 영향을 미칠 것입니다.

재배에 사용되는 물의 오염은의 상류 부분에 도전을 제기한다China'의 스피룰리나 산업 체인,그리고 제품 품질 기준 (중금속 등)은 더욱 개선되어야 한다.산업계에서는 수자원, 생산용 원료, 조류재배, 대규모 재배, 수확, 건조, 가공, 포장, 양식 폐수의 처리 등의 측면에서 운영 또는 가공 가이드를 수립할 필요가 있다.스피룰리나의 생산원가는 여전히 시장수요를 충족시킬수 없으며 기술혁신과 대규모적인 재배방식을 통해 해결해야 한다.생산과 가공 중 영양소 손실을 줄이거나 빠르게 발전하는 사물인터넷 산업과 통합하여 신선한 식품 배송을 이루는 것은 스피룰리나 산업사슬의 발전과 확장의 또 다른 방향이다.

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