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표제지

목차

논문요약 13

I. 서론 16

II. 이론적 고찰 19

1. 젖산균의 특성 19

1.1. 젖산균의 특성 및 분류 19

1.2. Leuconostoc 속 젖산균의 특성 24

1.3. Weissella 속 젖산균의 특성 26

2. 젖산균이 생성하는 기능성 탄수화물 28

2.1. Exopolysaccharide (EPS)의 분류와 이용 28

2.2. Dextran의 구조 및 용도 32

2.3. Acceptor reaction에 의한 oligosaccharides 생성 35

3. Yogurt 37

3.1. Yogurt의 특성 및 분류 37

3.2. 시판 요구르트의 기준 및 요구르트에 관한 선행연구 38

4. 쌀의 특성 및 쌀 가공산업의 현황 39

III. 실험 재료 및 방법 41

1. 김치로부터 EPS 생성균주의 분리 및 동정 41

1.1. 김치로부터 EPS 생성균주의 분리 41

1.2. EPS 생성균주의 동정 42

2. EPS 생성 균주의 특성 43

2.1. 배양시간 43

2.2. 배양온도 43

2.3. 배지 초기 pH 43

3. 분리 균주의 장내 정착 가능성 44

3.1. 내산성 44

3.2. 인공위액 및 인공담즙 저항성 44

4. 분리균주로부터 생성된 기능성 탄수화물의 특성 45

4.1. Dextransucrase 활성능 측정 45

4.2. 기능성 당류의 수율 측정 46

4.3. HPLC를 통한 구성당 분석 46

5. 김치유산균을 이용한 쌀 요구르트의 특성 47

5.1. 쌀 요구르트의 제조 47

5.2. pH 및 적정산도 50

5.3. 유산균 수 50

5.4. 기능성 당류의 수율 측정 50

5.5. 점도 51

5.6. Syneresis 51

5.7. HPLC를 이용한 구성당 분석 51

6. 통계분석 51

IV. 결과 및 고찰 52

1. 김치로부터 EPS 생성균주의 분리 및 동정 52

1.1. 김치로부터 EPS 생성균주의 분리 및 동정 52

1.2. 분리균주 중 EPS 생성 우수균주의 선발 53

2. EPS 생산 균주의 특성 59

2.1. 배양시간 59

2.2. 배양온도 59

2.3. 배지 초기 pH 60

3. 분리 균주의 장내 정착 가능성 64

3.1. 내산성 및 인공위액 저항성 64

3.2. 인공담즙 저항성 68

4. 분리균주로부터 생성된 기능성 탄수화물의 특성 70

4.1. Dextransucrase 활성능 측정 70

4.2. 기능성 당류의 생성량 측정 72

5. 분리균주의 탄소원 이용 효율 77

5.1. EPS생성 후 탄소원의 변화 77

5.2. 올리고당류 생성 후 탄소원의 변화 79

6. 김치유산균을 첨가한 쌀 요구르트의 특성 84

6.1. pH 84

6.2. 적정 산도 88

6.3. 쌀 요구르트의 유산균 수 92

6.4. 생성된 다당류 수율 98

6.5. 점도 100

6.6. Syneresis 측정 102

6.7. HPLC를 이용한 구성당 분석 104

V. 요약 및 결론 106

VI. 참고문헌 109

ABSTRACT 129

List of Tables

Table 1. Differentiation of Leuconostoc and Weissella from other lactic acid bacteria. 22

Table 2. The species in the genus Luconostoc, Weissella, Oenococcus 23

Table 3. Homopolysaccharides produced by lactic acid bacteria. 31

Table 4. Acceptor reaction products formed by dextransucrase. 36

Table 5. HPLC operating conditions for the analysis of carbohydrates 47

Table 6. Identification of exopolysaccharide (EPS) producing isolates in kimchi and its ingredients by partial 16S rRNA sequencing 54

Table 7. Dextransucrase specific activity of LAB isolated from kimchi 71

Table 8. EPS production by KC1, KC6, and KC10 in sucrose medium 73

Table 9. Oligosaccharides production by KC1, KC6, KC7 and KC10 in various ratio of sucrose to maltose medium 76

Table 10. Comparison of sucrose utilization and saccharide formation by KC1, KC6, KC7 and KC10 in 10% sucrose medium 78

Table 11. Comparison of sucrose utilization and saccharide formation by KC1, KC6, KC7 and KC10 in various ratio of sucrose to maltose medium 80

Table 12. Funtional carbohydrates production of rice yogurt added by L. mesenteroides KC1, L. mesenteroides subsp. mesenteroides KC6, W. cofusa KC7 and W. cibaria KC10 99

Table 13. Viscosity of rice yogurt added by L. mesenteroides KC1, L. mesenteroides subsp. mesenteroides KC6, W. cofusa KC7 and W. cibaria KC10 101

Table 14. Syneresis of rice yogurt added by L. mesenteroides KC1, L. mesenteroides subsp. mesenteroides KC6, W. cofusa KC7 and W. cibaria KC10 103

Table 15. Comparison of sucrose and maltose utilization by L. mesenteroides KC1, L. mesenteroides subsp. mesenteroides KC6, W. cofusa KC7 and W. cibaria KC10 in rice yogurt 105

List of Figures

Fig. 1. Major phylogenetic group of lactic bacteria and related gram-positive bacteria with low (upper part) and high (lower part) mol% G+C in the DNA.... 21

Fig. 2. The chemical structure of dextran. The main chain of dextranis α-1,6 linkages and it's branch comsists of α-1,2), α-1,3), and α-1,4 glucose residue.... 33

Fig. 3. Various mechanisms for the synthesis α-1,6 glucan by L.mesenteroides B-512F(ATCC 10830). 34

Fig. 4. Procedure for the rice yogurt 49

Fig. 5. The phylogenetic consensus tree of the composition of the LAB from kimchi. The length of the bar next to scientific name points out the number of the microorganism which was isolated from kimchi 55

Fig. 6. The phylogenetic consensus tree of the composition of the LAB from kimchi. The length of the bar next to scientific name points out the number of the microorganism which was isolated from kimchi 56

Fig. 7. EPS production by LAB isolated from kimchi in 10% sucrose medium 57

Fig. 8. Thin layer chromatogram of oligosaccharides formation from two to one ratio between with sucrose to maltose 58

Fig. 9. Growth of LAB isolated from kimchi in MRS broth at 28℃ 61

Fig. 10. Growth of LAB isolated from kimchi at different temperatures in MRS broth 62

Fig. 11. Effect of initial pH for growth of LAB isolated from kimchi in MRS broth 63

Fig. 12. Acid tolerance of the EPS producing isolates in 0.05M sodium phosphate (pH 2.5) 66

Fig. 13. Survival of the EPS producing isolates in artificial gastric juice of pH 2.5 67

Fig. 14. Bile resistance of the EPS producing isolates against 0.3% oxgall 69

Fig. 15. HPLC profiles of fermentation by KC1, KC6, KC7 and KC10 in one to one ratio of sucrose to maltose medium 81

Fig. 16. HPLC profiles of fermentation by KC1, KC6, KC7 and KC10 in one to two ratio of sucrose to maltose medium 82

Fig. 17. HPLC profiles of fermentation by KC1, KC6, KC7 and KC10 in two to one ratio of sucrose to maltose medium 83

Fig. 18. Change in pH of rice yogurt added with sucrose 86

Fig. 19. Change in pH of rice yogurt added with sucrose and maltose 87

Fig. 20. Change in T.A of rice yogurt added with sucrose 90

Fig. 21. Change in pH of rice yogurt added with sucrose and maltose 91

Fig. 22. The viable cells of rice yogurt added with sucrose in MRS medium at 37℃ 93

Fig. 23. The viable cells of rice yogurt added with sucrose and maltose in MRS medium at 37℃ 94

Fig. 24. The viable cells of rice yogurt added with sucrose in Sucrose medium at 28℃ 96

Fig. 25. The viable cells of rice yogurt added with sucrose and maltose in sucrose medium at 28℃ 97

초록보기

 본 연구에서는 우리나라 대표적 발효식품인 김치로부터 기능성 다당류 생산이 가능한 유산균들을 분리하고, 분리된 유산균 중 기능성 다당류 생산성이 좋은 균주를 선별하여 그 특성을 규명하였다. 또한 분리 균주들을 쌀 요구르트에 starter로서 이용하여 제조된 쌀 요구르트의 특성 및 EPS 와 oligosaccharides의 생성을 확인하고자 하는 목적에서 시행되었다.

김치로부터 분리·동정된 12종의 균주들 중 최종적으로 Leu. mesenteroides KC1, Leu. mesemteroides subsp. mesenteroides KC6, W. confusa KC5, W. cibaria KC10 이 선발되어 실험에 사용하였다.

분리된 균주들의 생육도 측정결과 모든 균주들은 12시간-24시간 사이에 흡광도 값이 최대를 나타내었으며, 24시간 이후부터는 정지기로 들어가는 것으로 나타났으며, 10, 20, 30℃의 배양온도에서는 모든 균주가 증식하는 결과를 나타내었으며, 배지의 pH가 pH 6.0-pH 7.0 의 범위에서 높은 증식속도를 나타내었다.

내산성 실험 결과 KC1, KC10 은 100% 생존율을 나타내었고, KC6, KC7은 90% 의 생균수를 유지하며 높은 산 저항성을 나타내었다. 인공위액 저항성의 경우 KC1, KC6, KC10 의 경우 초기균수를 그대로 유지하였으며, KC7은 초기균수에 비해 1 log cycle이 감소되었다. 인공담즙 저항성의 경우 KC1의 경우 초기균수를 그대로 유지하였으며, KC4, KC5, KC10은 초기균수에 비하여 1 log cycle이 감소되었다.

Dextransucrase 활성 및 EPS 생성 수율을 측정한 결과 KC10 이 가장 높은 수치를 나타내었으며, 수용체 반응을 통해 생성된 올리고당의 양은 S:M＝1:2의 비율이었지만 올리고당의 생산수율적인 측면에서는 S:M＝2:1 비율인 경우가 가장 높았다.

HPLC 분석한 결과 역시 KC10 이 sucrose 와 maltose 의 소비량이 가장 높게 측정되었으며 발효 부산물 중 하나인 mannitol은 KC6 이 가장 많이 생성해 냈으며, KC10 의 경우 mannitol을 생성을 하지 않았다.

혼합균주와 김치유산균을 접종하여 제조한 쌀 요구르트의 경우 발효시간 동안 pH 는 급격히 떨어졌으며, 커드 안정화 기간 동안도 pH는 지속적으로 떨어져 안정화 기간이 끝난 뒤에는 pH 4.0-pH 4.2 로 나타났다. 적정산도의 경우 sucrose첨가 쌀 요구르트에 비해 sucrose와 maltose를 첨가한 쌀 요구르트의 적정산도가 높게 나타났다.

쌀 요구르트의 혼합균수의 수는 Control 과 시료 모두 발효 2.5시간까지 균수가 감소하였다가 그 이후 기간 동안 106-107 CFU/mL 수준으로 유지되었으며, 김치유산균 수는 2.5시간까지 급격히 감소하다 저장 마지막 기간까지 107 CFU/mL 의 수준으로 유지되었다.

Sucrose를 넣어 EPS 생성을 유도한 쌀 요구르트의 경우 SYKC1 의 EPS 생성량이 가장 높았지만, sucrose와 maltose를 넣어 올리고당류의 생성시킨 쌀 요구르트의 경우 올리고당류의 생성량은 MYKC6 이 가장 높게 나타냈다.

다당류를 생성시킨 쌀 요구르트의 점도의 경우 시료 모두 control 보다 높은 점도를 나타내었으며, syneresis 실험 결과 역시 모든 시료는 control에 비해 유청분리도가 낮게 나타났다.

접종한 균주들의 탄소원 이용률을 분석한 결과 KC6을 접종한 SYKC6 와 MYKC6 가 가장 높은 sucrose 감소율을 보였지만, maltose의 감소량은 MYKC10 의 감소율이 가장 높게 나타났다.

본 연구결과를 종합하여 볼 때, 김치로부터 분리한 균주들의 다양한 온도 및 pH에서 생육가능성 및 in vitro 실험을 통하여 probiotics 균주로서의 가능성 확인하고, 제공된 탄소원 이용률과 기능성 당류 생성량을 비교·확인 할 수 있었다. 또한 김치분리균주를 이용하여 쌀 요구르트의 발효에 이용하여, 발효 중 기능성 당류의 생성 가능성을 확인하였다. 따라서 기능성 당류 생성이 가능한 김치 유산균을 쌀 요구르트뿐만 아니라 다양한 발효식품에 적용할 수 있다고 예상되어진다.

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