The effect of Bacillus subtilis natto on hindgut fermentation and microbiota of early lactation Holstein dairy cows was investigated in this study. Thirty-six Holstein dairy cows in early lactation were randomly allocated to three groups: no B. subtilis natto as the control group, B. subtilis natto with $0.5{\times}10^{11}cfu$ as DMF1 group and B. subtilis natto with $1.0{\times}10^{11}cfu$ as DMF2 group. After 14 days of adaptation period, the formal experiment was started and lasted for 63 days. Fecal samples were collected directly from the rectum of each animal on the morning at the end of eighth week and placed into sterile plastic bags. The pH, $NH_3$-N and VFA concentration were determined and fecal bacteria DNA was extracted and analyzed by DGGE. The results showed that the addition of B. subtilus natto at either treatment level resulted in a decrease in fecal $NH_3$-N concentration but had no effect on fecal pH and VFA. The DGGE profile revealed that B. subtilis natto affected the population of fecal bacteria. The diversity index of Shannon-Wiener in DFM1 decreased significantly compared to the control. Fecal Alistipes sp., Clostridium sp., Roseospira sp., beta proteobacterium were decreased and Bifidobacterium was increased after supplementing with B. subtilis natto. This study demonstrated that B. subtilis natto had a tendency to change fecal microbiota balance.
Sheng, Q.K.;Zhou, K.F.;Hu, H.M.;Zhao, H.B.;Zhang, Y.;Ying, W.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제29권5호
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pp.716-721
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2016
This study investigated the effect of Bacillus subtilis (B. subtilis) natto on meat quality and skatole in TOPIGS pigs. Sixty TOPIGS pigs were randomly assigned to 3 groups (including 5 pens per group, with 4 pigs in each pen) and fed with basic diet (control group), basic diet plus 0.1% B. subtilis natto (B group), and basic diet plus 0.1% B. subtilis natto plus 0.1% B. coagulans (BB group), respectively. All pigs were sacrificed at 100 kg. Growth performance, meat quality, serum parameters and oxidation status in the three groups were assessed and compared. Most parameters regarding growth performance and meat quality were not significantly different among the three groups. However, compared with the control group, meat $pH_{24}$, fat and feces skatole and the content of Escherichia coli (E. Coli), Clostridium, $NH_3$-N were significantly reduced in the B and BB groups, while serum total cholesterol, high density lipoprotein, the levels of liver P450, CYP2A6, and CYP2E1, total antioxidant capability (T-AOC) and glutathione peroxidase and Lactobacilli in feces were significantly increased in the B and BB groups. Further, the combined supplementation of B. subtilis natto and B. coagulans showed more significant effects on the parameters above compared with B. subtilis, and Clostridium, and $NH_3$-N. Our results indicate that the supplementation of pig feed with B. subtilis natto significantly improves meat quality and flavor, while its combination with B. coagulans enhanced these effects.
Bacillus natto 및 Bacillus subtilis 균(菌)을 이용(利用)한 청국장메주 발효과정중(醱酵過程中)의 아미노산(酸) 함량(含量)과 질소성분(窒素成分)의 변화(變化)는 다음과 같았다. (1) 발효과정(醱酵過程)중에 pH는 시험구(試驗區) 모두 증가(增加)되어 발효초기(醱酵初期)에 6.37에서 72시간(時間) 후(後)에는 8.2로 나타났으며 조단백질(粗蛋白質) 함량(含量)은 16.82%에서 18%로서 불규칙적(不規則的)인 증감현상을 보였고 총당(總糖)은 시험구(試驗區) 모두 감소한 반면에 Reducing sugar는 발효(醱酵) 24시간(時問)에 최대치(最大値)를 나타내다가 다소(多小)감소 하였으며 protease활성(活性)은 발효시간(醱酵時間)이 경과함에 따라 증가(增加)하여 $48{\sim}60$시간(時間)에서 최대활성(最大活性)을 보였으며 Bac. subtilis보다 Bac. natto구(區)가 높은 활성(活性)을 보였다. (2) Amino nitrogen과 수용성질소도 서서히 증가(增價)하였으며 Bac. natto구(區)가 더 높았다. 단백분해율(蛋白分解率)에 있어 Bac. natto시험구(試驗區)가 Bac. subtilis 보다 발효(醱酵) 72시간(時間)후에 4.4%가 더높은 것으로 나타났다. (3) 유리(遊離)아미노산(酸) 함량(含量)에 있어 두 시험구(試驗區) 모두 glutamic acid가 가장 높았고 그 다음이 leucine, phenylala nine, histidine, alanine, arginine순(順) 이었으며 Bac. natto구(區)가 Bac. subtilis구(區)에 비(比)하여 다소(多小) 높았다. 이상의 결과(結果)로 보아 청국장 제조(製造) 균주(菌株)로서 Bac. subtilis보다 Bac. natto가 더욱 우수 하였다.
Bacillus subtilis S.N.U. 816 균주를 이용하여 natto 제조 중 발효시간에 따른 성분의 변화를 조사하였다. 아미노태질소 및 수용성질소의 함량은 발효 20시간 후 감소하는 경향이었고, pretense 역가는 16시간 후 최고치를 나타내었으며 그 후 강소하는 경향이었다. 동정된 유리당(fructose, glucose, sucrose, maltose) 중 fructose와 glucose는 발효 4시간에 최고치를 나타냈으나, 후에는 차츰 감소하였고 sucrose는 증자 직후 최고치였으나 발효됨에 따라 10% 수준까지 급격하게 감소하였다. 유리 아미노산의 함량은 증자 직후 보다 발효 20시간후에 11배에 달하였으며, 24시간 후에는 그 함량이 반으로 급격히 감소하였다. 관능검사 결과 20시간 발효한 natto가 가장 우수하게 나타나 성분치와 거의 일치하는 경향이었다. 이상의 결과로 볼 때 상기 균주로 제조한 natto의 최적발효조건은 $42^{\circ}C$에서 20시간이었다.
청국장의 산업적인 대량생산 system에 B. subtilis, B. natto, B. licheniformis 그리고 B. natto와 B. licheniformis의 혼합 균주를 starter로 하여 45시간 동안 청국장을 발효시키면서 각 시험제품의 미생물 생장, 일반성분, 효소활성, 향기성분 등을 분석하고 관능을 평가하였다. 청국장의 수분은 점질물의 형성이 많은 B.subtilis와 B. natto 시험구에서 다소높았으며 pH는 B. licheniformis에서 8.68로 가장 높았고 B. subtilis 에서 8.13으로 가장 낮았다. 미생물의 생장정도는 B. subtilis가 $10^{9}$ CFU/g까지, B. licheniformis는 $10^{8}$ CFU/g까지 생장하였으며 단백질분해효소의 활성은 B. subtilis에서 1.35 unit/g으로 가장 높았고 B. licheniformis에서 0.45 unit/g으로 가장 낮았다. 암모니아태 질소의 함량 은미생물의 생장률 및 단백질분해 효소의 활성에 비례하여 B. subtilis > B. natto> B. licheniformis의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 한편, B. natto와 B. licheniformis의 혼합균주를 starter로 하여 제조한 청국장의 일반 품질은 B. natto와 B. licheniformis를 단독 접종한 제품의 평균치에 해당하는 특성을 보였다. 검출된 향기성분의 화학적 구성은 ketones 9종, alcohols 11종, aldehyde 6종, heterocyclic compounds 4종, ester 6종, acids 4종, hydrocarbons 4종, 기타 14종이었으며 균주별로는 B. subtilis에서 25종, B. natto에서 30종, B. licheniformis에서 28종, B. natto와 B. licheniformis를 혼합하여 접종한 청국장에서는 41종의 향기성분이 검출되었다. 유기산의 총량은 B. subtilis를 접종한 청국장에서 3.98%로 가장 높았고 B. natto는 2.24%, B. licheniformis는 1.53%이었으며 B. natto와 B. licheniformis의 혼합 시험구에서 는 1.67%의 함량을 보였다. 분석된 향기성분과 유기산은 starter로 접종된 Bacillus의 종류에 따라 각각 특징적 인 조성을 나타내었다. 관능평가 결과 색, 향, 맛 그리고 전체적인 선호도의 모든 항목에서 B. natto와 B. licheniformis의 혼합 시료가 가장 높은 선호도를 보였고 B. subtilis를 starter로 한 시료의 선호도가 가장 낮았다.
두유박에 함유되어 있는 불용성 형태의 단백질을 Bacillus subtilis IAM 1071 natto가 생산하는 효소를 이용하여 가용성 형태의 단백질로 용출시키기 위하여 효소작용 최적 조건으로서 pH, 온도 및 소화 시간을 결정한 다음 추출액의 ·아미노산 조성을 분석하였다. 두유박의 단백질 용출을 위한 최적 pH는 7.5였으며 최적온도는 $45^{\circ}C$였고 최적조건하에서 15시간의 소화로 63%의 단백질 추출율을 보였다. 추출액의 아미노산은 고르게 분포되었으며, 특히 필수 아미노산의 조성도 상당히 좋은 편이다.
건강 식품인 병아리콩을 화장품의 원료로 활용하기 위하여 Bacillus subtilis Natto 균주로 병아리콩을 발효한 낫토를 마스크 팩에 적용하여 피부개선 효과를 연구하였다. 병아리콩 낫토를 동결건조하여 얻은 분말을 paste 제형으로 얼굴 마사지 팩에 적용하였다. 50~60대 여성을 대상으로 낫토 팩의 피부개선 효과를 조사하였다. 낫토 팩의 처치 횟수가 증가함에 따라 피부가 개선되며 4회 처치 후 개선효과가 두드러졌다. 4회 처치 후 수분 함량과 피지 분비량이 각각 $8.4{\pm}3.6%p$와 $4.0{\pm}2.3%p$ 증가하였고, 피부 모공과 주름도 각각 $1.8{\pm}0.3%p$와 $1.8{\pm}0.9%p$ 감소하였다. 피부 색소침착은 $1.3{\pm}0.2%p$ 감소되었고, 피부 톤은 55.2%에서 55.9%로 $0.7{\pm}0.2%p$ 밝아졌다. 병아리콩을 발효하여 얻은 낫토 발효물이 보습, 모공, 주름, 색소침착, 피지분비, 피부톤 등의 피부개선 효과가 있으며, 다양한 기능성 화장품의 원료로 활용 가능성을 확인하였다.
소원콩(소립 황색콩)과 Bacillus subtilis KCCM 11315를 이용한 생청국장을 제조하기 위하여 생청국장 발효 및 후숙 기간별로 아미노태 질소, 암모니아태 질소, pH, 총산, 총당, 갈색도 및 생균수 등의 품질 특성을 조사하였다. $40^{\circ}C$에서 72시간 동안 발효하는 과정 중에 아미노태 질소와 암모니아태 질소는 발효시간에 비례하여 크게 증가하였고, pH는 발효가 진행될수록 알칼리화하였으며, 총산과 총당은 발효시간이 경과함에 따라 점차 감소하였다. 갈색도를 조사한 결과 발효가 진행될수록 많은 수용성 갈변물질이 생성되었고, 생균수는 발효 36시간에 최대 균수를 나타낸 후 하락하였다. 발효 완료후 $4^{\circ}C$에서 48시간 동안 후숙시키는 과정에서 암모니아태 질소의 감소가 뚜렷하였으며, 갈변물질과 생균수는 약간 감소하는 경향이었다. 아미노태 질소, pH, 총산 및 총당의 변화는 크지 않았다. 생청국장의 맛과 색을 좌우하는 아미노태질소의 함량과 갈변물질의 생성, 불쾌치의 원인물질이 되는 암모니아태 질소의 함량, 그리고 발효균의 생균수 등을 고려하였을 때 생청국장의 제조를 위해서는 소원콩에 Bacillus subtilis 균주를 접종한 후 $40^{\circ}C$에서 36시간 발효시킨 다음 $4^{\circ}C$에서 48시간 정도 후숙시키는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다.
Maillard 반응 중 생성된 Maillard 반응생성물(MRPs)에 대한 세균의 생육 패턴을 조사하고자 반응표면분석을 적용하였으며, 세균의 생육배지에 MRPs를 첨가시 균의 생육에 대한 반응표면회귀식의 $R^{2}$는 Bacillus subtilis 및 Bacillus natto 균에서 각각 0.9544 및 0.9598였다(p<0.01). Bacillus subtilis의 생육에 관한 MRPs의 영향에서 Maillard 반응온도가 높고 반응시간이 긴 MRPs 첨가군은 생육이 감소하다가 반응시간이 $8{\sim}12\;hrs$ 범위 및 반응온도가 $150^{\circ}C$ 이상의 생성조건에서 크게 감소하였다. Bacillus natto균에 대한 생육에서는 Maillard 반응시간의 영향을 거의 받지 않았고, $150^{\circ}C$보다 낮은 반응온도에서는 온도가 낮고 용매 pH가 낮아질수록 생성된 MRPs에 대한 균의 생육이 증가하였으나 $150^{\circ}C$ 이상에서는 pH의 영향을 받지 않고 온도가 증가할수록 생성된 MRPs에 대한 균의 생육이 감소하였다. 능선분석에서 Bacillus subtills 균에 대한 생육은 $159.10^{\circ}C$, 9.69시간 및 용매 pH 12.21에서 생성된 MRPS가 가장 생육억제 효과가 컸으며, Bacillus natto균의 생육은 $169.94^{\circ}C$, 9.22시간 및 용매 pH 9.66에서 생성된 MRPs에 의해 가장 크게 억제되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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