Sustainable valorization of Haematococcus pluvialis cell wall residues : Functional biomaterial development for skin health

국문 초록 (Abstract)

Haematococcus pluvialis에 대한 연구 및 산업적 활용은 주로 고부가가치 카로티노이드인 아스타잔틴(Astaxanthin)의 생산에 집중되어 있다. 그러나 아스타잔틴은 전체 바이오매스의 약 3–5%에 불과하며, 다단계 추출 공정 이후 잔여로 남는 H. pluvialis 세포벽 부산물(cell wall debris, HCW)은 대부분 활용되지 않거나 일부 양식 산업에서 사료 첨가제로 제한적으로만 이용되고 있다. 이에 본 연구에서는 HCW를 새로운 피부 기능성 소재로 활용할 수 있는 가능성을 탐색하였다. LC-MS/QTOF 분석을 통해 HCW에서 피부 탄력, 장벽/보습 및 항염 효과를 각각 대표하는 물질로 γ-aminobutyric acid, glucosylceramide, umbelliferone을 선별하였으며, MS/MS 분석을 통해 물질이 추출물 내에 있음을 확인하였다. 이후 HCW을 처리한 세포에서 관련 유전자의 mRNA 발현을 분석한 결과, 탄력 및 장벽/보습 관련 유전자는 발현이 증가한 반면, 염증 관련 유전자는 유의하게 감소하는 경향을 보였다. 종합적으로 본 연구는 그동안 저활용되던 HCW를 피부에 유용한 자원으로 전환하여 고부가가치로 활용할 수 있는 가능성을 입증하였다. 특히 HCW를 단순한 부산물이 아닌 생리활성 물질의 공급원으로 재조명하였다는 점에서 의의가 크며, 향후 기능성 화장품 및 바이오소재 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Research and industrial utilization of Haematococcus pluvialis have focused mainly on producing astaxanthin, a high-value-added carotenoid. However, astaxanthin accounts for only about 3–5% of the total biomass and the remaining H. pluvialis cell wall debris (HCW) is primarily unused or has limited use as a feed additive in some aquaculture industries. Therefore, the potential of HCW as a new skin material was explored. γ-aminobutyric acid, glucosylceramide, and umbelliferone were selected from HCW through LC-MS/QTOF analysis as representative substances with skin elasticity, barrier/moisturizing and anti-inflammation effects, respectively, and their actual existence was confirmed through MS/MS analysis. Finally, mRNA expression of relevant genes was analyzed after HCW treatment of the cells and genes related to elasticity and barrier/moisturizing were increased, while genes related to inflammation were significantly decreased. Consequently, this study demonstrated the potential for high value-added utilization of underutilized HCW by converting them into a useful resource for the skin. In particular, this study is significant in that it rediscovered HCW as a source of bioactive substances rather than just a byproduct, which can be utilized as a basis for developing functional cosmetics and biomaterials in the future.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and methods 3
• Ⅲ. Results and discussion 11
• Ⅳ. Conclusions 25
• V. References 26
• 국문초록 30