최근 새로운 바다 자원으로서 “해양 심층수”가 주목받고 있다. 해양 심층수(深層水, deep sea water)는 태양광이 도달하지 않는 수심 200 m 이상 깊이의 물로 수온이 2$^{\circ}C$ 이하로 연중 거의 변화가 없는 저온안정성과 무기 영양염을 다량 포함하는 특징이 있어 심층수의 활용도는 매우 높다. NaCl만 제거하면 훌릉한 생수가 되기 때문에 심층수를 원료로 한 식품, 화장품, 의약품 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 미국, 일본 등지에서는 10여년전부터 심층수를 이용한 에너지, 수자원, 생수 및 식품 산업이 활발히 진행되어졌다. 현재 식품 산업분야로는 두부제조, 빵, 청주, 간장, 된장 등의 발효식품에 대한 연구가 진행되어지고 있다. 심층수를 적당하게 첨가하면 알코올 농도가 높아지는 발효강화작용이 있다. 새로운 건강 먹거리를 갈망하는 현대인들에게 해양 심층수를 이용한 발효식품은 매우 환영받을 것으로 사료된다. 이에 본 연구는 해양 심층수의 다양한 자원성을 효율적으로 활용하기 위해 심층수의 청정성과 풍부한 미네랄을 함유한 심층수의 농도에 따른 효모의 증식도를 알아봄으로서 적응력 강한 효모를 조사하였다. 실험에 사용한 해양 심층수는 淸凉飮料水(日本ナチュラルヘルス株式會社, 深透水 1550) 사용하였다. 효모균주는 경북과학대 전통식품 연구소에서 보유하고 있는 9종의 효모를 사용하였으며, 심층수 경도 250, 500, 1000의 심층수와 1차 증류수(대조군)에 sucrose 10% 첨가한 당용액을 사용하였다. 또한 당의 적응력을 알아보기 위해 sucrose 10, 15, 20% 첨가 당용액을 사용하여 Sacch.cerevisiae kluyvery DJ97 효모의 증식도를 알아보았다. 그 결과, Saccharomyces cerevisiae 12호 균주가 심층수 경도 500인 시험군에서 증식력이 높았으며, Saccharomyces cerevisiae 901 균주는 경도 1000인 시험군이 대조군에 비해 증식력이 높게 나타나 효모균주의 종류와 심층수의 첨가량에 따라 적응력이 차이가 있었다. 당농도와 심층수 첨가량에 따른 효모 균주의 발효력을 알아본 결과 심층수 경도 200의 당 10% 첨가군에서 가장 잘 증식하는 것으로 나타나, 알코을 효모균주의 발효력을 높이는데는 최적의 농도가 있음을 알 수 있었다. 따라서 심층수를 이용한 다양한 발효식품에 대한 연구가 요구되어진다.
우유를 원료로하여 만든 치-즈나 발효유에는 Streptococcus나 Lactobacillus와 같은 유산균이 주로 사용되는데 이러한 제품에 발효가 많이 존재한다는 것이 보고되어 있으나, 그 존재의의에 대해서는 아직 불명한 점이 많다. 따라서 본 실험에서는 발효유에 존재하는 효모의 역활을 검토하기 위하여, 발효유제품의 starter로 사용되는 Lactobacillus와 효모 Saccharomyces fragillis 그리고 Deba-ryomyces hansenii 사이에 어떠한 상호작용이 있는지 를 알아보았다. 본 실험에 사용한 유산균수는 L.casei와 L. bulgaricus를 시판발효유제품에서 분리하였고 효모균수는 당학과 보존중인 D. hansenii, S. fragilis를 사용하였다. 유산균과 효모에 대한 단독배양과 혼합배양을 실시하고, 온도와 배양기간중에 나타나는 생균수와 산도변화를 관찰하였다. 유산균의 생균수 측정에는 B.C.P agar, 효모는 Y.M agar를 사용하였다. 산도는 일반분석법에 준하여 실시하였다.
본 연구에서는 홍차 흑효모 발효물의 기능성화장품 소재로서의 가능성을 규명하고자 항산화, 미백, 항주름 효능을 확인하였다. 홍차 흑효모 발효물의 결과는 홍차 추출물, 흑효모 발효물과 비교하여 나타내었다. 항산화능 평가 결과 홍차 흑효모 발효물은 흑효모 발효물보다 뛰어난 DPPH 라디칼 소거능을 나타냈으며 홍차 추출물과는 유사한 결과를 나타냈다. 과산화수소로 유도된 세포 내 활성산소종 실험에서도 홍차 흑효모 발효물은 유의적 제거 활성을 보였다. 또한 홍차 흑효모 발효물은 tyrosinase 저해 활성을 보이며 Melan-a, B16F10 세포를 이용한 멜라닌 형성이 억제됨을 확인하였다. 항주름 효능 확인을 위해 콜라겐 분해 효소(MMP-1)를 측정한 결과 홍차 흑효모 발효물이 홍차 추출물, 흑효모 발효물보다 높은 항주름 활성을 보였다. 본 연구 결과를 통해 홍차 흑효모 발효물은 항산화능 효능을 보이며 미백, 항주름 효능을 보아 기능성 화장품 소재로 개발될 수 있음을 확인하였다.
갈대뿌리를 첨가하여 효모 발효시킨 산머루주의 발효특성을 조사하였다. 산머루주 발효 과정에 갈대뿌리의 첨가는 효모의 당 소모를 촉진시켜 발효를 빠르게 진행시키는 효과가 있음을 보여주었고, 발효액의 pH의 증가와 산도의 감소를 가져와서 효모가 발효를 더 잘할 수 있도록 해주었다. 특히 갈대뿌리 2%를 첨가한 산머루주는 발효기간 4일 이내에 에탄올이 약 13% 생성되는 것으로 나타나 갈대뿌리 첨가가 발효시간을 단축하는데 큰 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한, 갈대뿌리 2%를 첨가하여 발효시킨 산머루주의 관능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 즉, 효모를 사용하여 산머루의 알코올 발효 시에 갈대뿌리의 첨가는 당의 소모와 에탄올 생성을 촉진하고 관능을 좋게 하는 긍정적인 효과를 갖는다는 것을 확인하였다.
효모가 찹쌀 발효주에 미치는 영향을 조사하기 위해 전통 누룩에서 분리한 보유효모 Y18-2(Andong), Y54-3(Chungju), Y90-2(Hapchun), Y90-9(Hapchun) Y272-7(Boryung)과 시판효모 LP(La Parisienne, Saccharomyces cerevisiae)를 대조군으로 효모종류를 달리하여 발효주를 제조하여 이화학적 특성과 휘발성 향기성분을 비교하였다. 17일 발효 후 최종 알코올 함량은 모든 술이 시판효모를 이용한 발효주($13.40{\pm}0.70%$)보다 높게 나타나 양호한 발효상태를 보였으며 pH는 4.06-4.32, 총산은 0.33-0.44% 수준으로 나타났고 아미노산은 Y90-9를 사용한 발효주가 가장 높게 나타났다. 고형분 함량은 시판효모를 이용한 발효주가 가장 높게 나타났고 착색도는 Y90-9를 사용한 발효주가 가장 낮게 나타나 좋았으며 자외부흡수는 Y90-2를 사용한 발효주가 가장 낮게 나타나 쓴맛이 가장 적을 것으로 추측되고 환원당 함량은 고형분 함량이 가장 높았던 시판효모를 이용한 발효주가 가장 높게 나타나 단맛이 가장 강할 것으로 사료된다. 유기산 중 함량이 가장 많은 succinic acid는 Y90-9를 사용한 발효주에서 가장 높게 나타나 감칠맛 성분이 높은 것을 알 수 있었고 좋지 않은 신맛에 기여하는 lactic acid와 acetic acid는 시판효모를 사용한 발효주에서 가장 높게 나타났다. 발효가 진행되면서 생성되는 대표적인 유리당성분 maltose와 glucose는 환원당 함량이 가장 높았던 시판효모를 이용한 발효주에서 가장 높게 나타났다. GC와 GC-MSD를 사용한 휘발성 향기성분 분석 결과 Alcohol 10종, Ester 19종, Acid 8종, Aldehyde 1종, 기타 1종으로 39종이 검출되었고 Y18-2를 사용한 발효주에서 가장 많은 향기성분이 확인되었다. 시판효모를 이용한 발효주에서는 ethanol의 면적비율이 가장 높은데 반해 Y18-2와 Y90-9를 사용한 발효주에서는 ester류의 면적비율이 가장 높게 나타났으며 그 중 hexadecanoic acid ethyl ester의 면적비율이 가장 높게 나타나 찹쌀 발효주에서 효모 종류에 따른 향기성분의 많은 차이를 볼 수 있었다. 따라서 발효주 제조 시 원료, 담금 방법 및 발효 조건 등을 최적으로 맞 추고 향기성분 생성이 우수한 효모를 사용한다면 색, 맛과 함께 향미가 우수한 찹쌀발효주가 제조되리라고 여겨지며 관련된 많은 연구가 요구된다.
Ale과 lager 효모를 이용하여 맥주발효 실험한 결과, lager 효모는 발효가 활발하게 일어나는 발효 초기에 많은 양의 황화수소를 발생하였으며 ale 효모보다 더욱 많은 양의 황화수소가 발생되었다. 효모의 증식이 활발한 발효 초기에 많은 양의 황화수소가 만들어지는 것을 보아 효모의 증식과 황화수소의 생성 사이에는 상관관계가 있음을 확인하였다. 온도 차이에 따른 실험 결과에서, lager 효모의 경우에는 발효 온도가 높은 것이 발효율이 더 높아 발효 시간을 줄일 수 있는 장점은 있으나, 많은 양의 황화수소가 발생되는 것을 알 수 있었다. 또한 APL은 $15^{\circ}C$에서 발효시켰을 때, 발효 끝 부분에서 많은 양의 황화수소가 발생되었는데, 이것은 맥주에 좋지 않은 냄새의 원인이 되므로 장시간의 숙성기간을 필요로 한다는 것을 의미한다. EA의 경우에는 낮은 온도에서 오히려 더 많은 양의 황화수소가 생성이 되었으나, HA의 경우에는 lager 효모에서와 같이 높은 온도에서 더 많은 양의 황화수소가 생성되었는데, 이는 각 효모마다 $H_2S$를 생성하기에 적합한 온도가 있음을 의미한다.
된장의 발효 숙성 과정중 경시적으로 분리친 180주의 효모를 동정한 결과 Candida rugosa, Candida zelyanoides, Pichia farinosa, Sacccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces rouxii 등 4속 5종으로 분리 동정되었다. 이들 효모 중 가스 및 알콜 생성능이 높은 효모는 S. cerevisiae와 Z. rouxii였으며, 특히 Z. rouxii는 속성 14일째 26%, 30일째는 76%의 분리빈도를 보여 된장의 발효숙성에 주로 분포되는 효모로 나타났다. 된장 발효숙성중의 효모수는 숙성초기부터 서서히 증가하여 숙성 14일 경과시 초기보다 약 30배 증가하여 최고수준에 이르렀으며, 이후 감소하기 시작하여 숙성 60일째는 숙성초기 효모수 보다 낮게 나타났다. 발효 속성중 에탄올은 숙성 30일째 1.87%가 생성되었고, 이후 60일째 까지 2.19%로 완만히 증가하였다. 가스생성은 숙성 14일의 시료 된장에서 가장 많았으며 보존중 최대 가스 생성량은 9.75ml/g이었으며 30일째의 시료 된장에서는 4.5ml/g로 가스 생성이 감소되었고, 숙성 45일과 60일째의 시료에서 가스생성이 억제된 것은 발효숙성시 생성된 에탄올로부터 기인되는 것으로 생각된다.
쌀단백질을 이용한 고부가가치 천연 조미소재를 개발하기 위하여 쌀단백질을 프로테아제로 효소분해한 배지에서 Saccharomyces cerevisiae를 배양하여 제조한 효모 추출물(Yx)에, 효소분해 후 남은 쌀단백질 잔사를 Bacillus licheniformis 혹은 Bacillus subtilis로 발효하여 얻은 발효물(Rfl, Rfs)을 각각 첨가하였다. 쌀단백질 잔사의 발효물이 첨가된 효모추출물(YxRfl, YxRfs)의 전체적 선호도는 첨가전의 효모추출물(Yx)에 비하여 높았으며, 특히 쌀단백질 발효물의 보충에 의해서 감칠맛과 같은 풍미가 증가함을 미각센서 분석 및 관능검사에 의해서 확인할 수 있었다. 쌀단백질 잔사발효물에 의한 감칠맛의 상승은 감칠맛을 내는 아미노산 이 외에도 쌀단백질의 발효에 따라 유리된 다양한 펩타이드 분획의 영향이 있었을 것으로 예상된다. 이와 같이 감칠맛 아미노산 및 펩타이드가 함유된 쌀단백질 발효물이 보충된 효모추출물은 감칠맛과 풍미의 상승작용으로 전체적인 기호도가 높아짐에 따라 고부가가치 천연조미소재의 제조에 응용될 수 있을 것으로 기대되었다.
곱게 갈아 액화시킨 음식물 찌꺼기를 기질로 생균사료를 생산하기 위한 효모의 호기적 액상발효에 있어서 효모증식에 대한 교반속도의 영향을 연구하였다. screening을 통해 선택한 효모인 Kluyvermyces marxianus를 종균으로 2liter jar fermenter를 이용하여 호기적 조건에서 곱게 분쇄해 10% 고형분 함량을 갖는 기질에 교반속도를 500rpm, 900rpm, 1200rpm를 다르게 조정하여 $35^{\circ}C$에서 증식시켰다. 효모의 증식을 촉진시키기 위하여 고분자물질을 분해하는 효소를 분비하는 곰팡이 Aspergillus oryzae와 혼합발효를 실시하여 단독발효와 비교하였다. 발효결과 교반속도가 증가할수록 생균수도 높아져 400rpm에서보다는 900rpm에서 높은 생균수를 보였으나 1200rpm에서는 오히려 감소하였다. 혼합발효는 amylase의 역가를 높여주어 증식속도를 높여 주나 발효종료단계에서 최고 생균수를 증가시켜주지는 않는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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