전통발효식품인 김치에서 분리된 젖산균으로부터 ${\beta}$-glucuronidase 효소활성이 높은 균주를 선발하였다. 김치에서 분리된 156점의 젖산균 중 52점의 균주가 glucuronic acid를 탄소원으로 대사하였으며, 대부분의 젖산균은 세포내 ${\beta}$-glucuronidase 활성이 세포외 활성보다 유의적으로 높았다. 순무김치에서 분리된 Leu. mesenteroides KFRI 73007 균주가 $0.77{\pm}0.01U/mg$ protein로서 가장 높은 세포내 ${\beta}$-glucuronidase 효소활성을 나타내었다. 최적 반응조건은 pH 7, $37^{\circ}C$이었으며 $1.14{\pm}0.01U/mg$ protein의 효소활성을 나타냈다. 양이온 금속이온은 ${\beta}$-glucuronidase 효소활성을 약 70% 이상 저해하였으며, 균주 배양에 사용한 탄소원 중 ${\beta}$-glucuronidase 생산을 위한 최적의 탄소원은 glucuronic acid이었다.
김치로부터 분리된 젖산균들의 16S rDNA 부분 염기서열 결정 결과, 6균주 중 2균주는 Leuconostoc mesenteroides로, 나머지 균주는 Lactobacillus속으로 재동정되었다. 이들 김치유래 젖산균들은 유제품 유래 젖산균과 마찬가지로 cell-envelope proteinase (CEP)로 추정되는 세포외 proteinase 활성을 보유하고 있는 것으로 나타났고, 젖산균의 CEP 특이적 primer를 제작하여 PCR을 수행한 결과, Leu. mesenteroides로부터는 예상 크기의 PCR 산물이 증폭되지 않았지만 Lactobacillus속 균주들로부터는 예상되는 1.2 kb 의 DNA 단편이 증폭되었다. Lactobacillus pentosus KFR1821의 genomic DNA로부터 증폭된 PCR 산물의 추정 아미노산서열은 Lactococcus lactis subsp. cremoris의 PrtP와 95%, Labtobacillus paracasei subsp. paracasei이 PrtP와 92%의 높은 상동성을 보였다. 증폭된 PCR 산물을 probe로 하여 Southern hybridization을 수행한 결과, Lb. pentosus KFR1821의 CEP 유전자는 chromosomal DNA에 암호화 되어있는 것으로 확인되었다.
아미노산이 김치유산균에 미치는 영향을 검토하였다. 발효온도 $15^{\circ}C$에서 형태가 다른 집락을 73개 분리하였다. 이 중에서 69.9%가 덱스트란 생성균주이었으며, Leuconostoc 속이 4.1%, Lactobacillus 속이 65.8%를 차지하였다. Tyrosine 500 ppm이 되도록 첨가한 배지에서 분리균주의 생장은 완전히 억제되었다. 그러나 실제로 이 아미노산을 첨가하여 만든 김치에서 분리된 총 집락수는 58개 이었고, 이 중에서 덱스트란 생성균주가 70.7%로 큰 변동이 없었으나 대신에 Leuconostoc 속이 41.4%로 증가하였고, Lactobacillus 속은 29.3%로 감소하였다. 각 속에서 우점종은 Leu. mesenteroides와 Lac. minor이었다. 따라서 실제 김치에서 tyrosine은 Lactobacillus 속의 생장을 억제하는 효과가 있었다.
Comparative genomic analysis was performed on eight species of lactic acid bacteria (LAB)-Lactococcus (L.) lactis, Lactobacillus (Lb.) plantarum, Lb. casei, Lb. brevis, Leuconostoc (Leu.) mesenteroides, Lb. fermentum, Lb. buchneri, and Lb. curvatus-to assess their glutamic acid production pathways. Glutamic acid is important for umami taste in foods. The only genes for glutamic acid production identified in the eight LAB were for conversion from glutamine in L. lactis and Leu. mesenteroides, and from glucose via citrate in L. lactis. Thus, L. lactis was considered to be potentially the best of the species for glutamic acid production. By biochemical analyses, L. lactis HY7803 was selected for glutamic acid production from among 17 L. lactis strains. Strain HY7803 produced 83.16 pmol/μl glutamic acid from glucose, and exogenous supplementation of citrate increased this to 108.42 pmol/μl. Including glutamic acid, strain HY7803 produced more of 10 free amino acids than L. lactis reference strains IL1403 and ATCC 7962 in the presence of exogenous citrate. The differences in the amino acid profiles of the strains were illuminated by principal component analysis. Our results indicate that L. lactis HY7803 may be a good starter strain for glutamic acid production.
온도와 식염농도를 달리하여 김치를 발효시키면서 생화학적 및 미생물의 변화를 검토하였다. 김치의 적숙시기는 발효온도와 식염농도에 따라 달랐다. 김치발효는 저온, 고식염농도에서 보다, 고온 저식염 농도에서 더 빨리 진행되었고 김치의 비휘발성 유기산에 대한 휘발성 유기산의 비는 김치 적숙시기에 최대로 되었다가 김치가 시어지면서 감소되었다. 식염농도와 발효온도를 달리 하여 숙성시킨 김치에서 Leu. mesenteroids, Lac. brevis, Lac. plantarum, Ped. cerevisiae, St. faecalis 및 산생성이 낮은 Lactobacilli가 분리되었다. 그러나 김치발효에 관여하는 주 미생물은 Leu. mesenteroides이며, Lac. plantarum은 김치의 숙성보다는 산패와 더 관련이 있는 것으로 추정되었다. 총 생균수는 발효초기에 급증하여 적숙기간에 최대로 되었다가, 그 이후 서서히 감소되었고, 호기성 세균과 사상균수는 발효가 진행되면서 계속 감소하였고, 효모는 $10^{\circ}C$ 전후의 온도와 고 식염농도에서 그 수가 증가하였다가 다시 감소되었다.
Kimchi is a traditional Korean fermented vegetable probiotic food. The use of high quality ingredients and predominant LAB (lactic acid bacteria)-whether it be ambient bacteria or adding starters, low temperature and facultative anaerobic condition for the fermentation are important factors for preparing kimchi with better taste and functionality. The predominated LAB genera are Leuconostoc, Lactobacillus, and Weissella in kimchi fermentation. The representative species are Leu. mesenteroides, Leu. citrium, Lab. plantarum, Lab. sakei, and Wei. koreensis. Kimchi, especially the optimally fermented kimchi, has various health benefits, including control of colon health, antioxidation, antiaging effects, cancer preventive effect, antiobesity, control of dyslipidemic and metabolic syndrome, etc.; due to the presence of LAB, various nutraceuticals, and metabolites from the ingredients and LAB. The kimchi LAB are good probiotics, exhibiting antimicrobial activity, antioxidant, antimutagenic and anticancer effects, as well as immunomodualatory effect, antiobesity, and cholesterol and lipid lowering effects. Thus, kimchi ingredients, LAB, fermentation methods, and metabolites are important factors that modulate various functionalities. In this review, we introduced recent information showing kimchi and its health benefits in Korean Functional Foods (Park & Ju 2018).
부재료를 달리하여 제조한 김치의 발효속도특성 및 미생물학적 발효양상을 조사하였다. 발효 진행에 따라 김치 시료들의 pH는 감소하고 총산도는 증가하였고, 산화환원전위는 감소되다가 다시 증가하는 현상을 보였고 발효 최적기에 가장 낮은 값을 나타내었다. 또한 전 발효 기간 동안 생강, 고추가루 및 혼합시료에서 총생균수와 젖산균수가 많았으며, Leu. mensenteroides의 수는 생강과 고추가루 시료에 많았다. 김치의 적숙기에 젖산균 및 Leu. mensenteroides의 수가 최대이었고 Leu. mensenteroides가 감소하는 시기에 Lac. plantarum이 생기기 시작하였다. 이러한 발효속도 및 미생물 특성의 경시적 변화가 마늘 시료에서는 느리게 적생고추 시료에서는 빠르게 진행되었다. 따라서, 마늘은 젖산균 발효를 비교적 낮은 수준으로 오래 지속되게 하여 김치의 가식일수를 늘이는 저장성 향상에 필요한 부재료이고, 생강과 고추가루는 젖산균과 그 중 Leu. mensenteroides의 생육을 촉진하여김치 맛을 좋게하는데 도움이 되는 부재료라고 생각된다. 그리고, 산화환원전위가 김치의 발효 최적기를 찾는데 유용한 지표가 됨을 알 수 있었다.
배추김치를 담근 직후 $4^{\circ}C$, $10^{\circ}C$, 그리고 $20^{\circ}C$에서 최고 50일까지 발효시키면서 매일 시료를 취하여 pH 및 적정산도의 변화를 경시적으로 관찰하였다. pH 와 산도는 발효온도에 따라서 크게 영향을 받은 것으로 나타났으며 이러한 결과는 발효 김치중의 미생물학적 성상이 발효 온도에 따라서 상당하게 달라진다는 점을 암시하였다. 각 발효 온도별로 숙성 김치의 상미범위로 알려진 적정산도 0.6~0.8%(pH 4.2)에 도달하여 유지되는 시간을 보면 $4^{\circ}C$에서는 20~30일, 1$0^{\circ}C$에서는 3~5일 그리고 $20^{\circ}C$에서는 1~2일이 소요되었다. 각 김치 시료로부터 vancomycin(300$\mu$g/m1)이 함유된 modified Lactobacilli MRS agar를 이용하여 vancomycin에 대한 내성을 나타내는 127주를 분리하였다. 이 중에서 저온에서 분리한 균주를 중심으로 13개를 선택하여 생화학적 동정(API 50 CHL kit)을 실시함으로서 분리균 중 Leuconostoc 속 균주가 차지하는 비율을 검토한 결과 Leuconostoc 속과 Lactobacillus 속은 각각 6 균주로 나타났으며, 한 균주는 생화학적 동정이 불가능하여 아직 보고되지 않은 새로운 균종으로 추정되었다. 생화학적 방법의 재현성이 문제가 되어 다시 ITS-PCR법을 사용하여 동정하였다. 그 결과 8 균주는 크기가 564 bp인 1개의 DNA 밴드를 형성하였으며, Leuconostoc mesenteroides ssp. mesenteroides/dextraniucm로 동정되었다. 또 3개의 DNA밴드를 나타낸 4개의 균주는 L. brevis로 동정 되었으나 1 균주는 ITS-PCR법으로도 동정할 수 없었다. 본 연구의 결과로 미루어 볼 때 4~$10^{\circ}C$ 발효초기에는 Leuconostoc 속이 우점 세균으로 지목되었고 발효기간이 경과 할수록 L. brevis도 김치의 균총에서 상당한 부분을 차지할 것으로 추정된다. 이에 반해서 $20^{\circ}C$에서는 Leuconostoc속 균주가 우세하게 출현할 것이라는 예상과는 달리 발효 초기부터 L. brevis와 같은 세균이 발효를 주도하는 균종으로 생각되었다.
To understand the effect of supplement of water extract of pine needle(WEPN) on shelf-life enhancement of the kimchi, activities of four enzymes and number of lactic acid bacteria, during fermentation of the kimchi, were assayed. Enzyme activities of kimchi fermented for 7 days with supplement by 2% water extract of pine needle showed amylase of 86.4%, protease of 85.8%, polygalacturonase of 61.5% and $\beta$-galactosidase of 58.8% against the control kimchi. WEPN showed weak inhibitory effect when it was applied to the isolated enzymes in vitro then those menifested by the kimchi in vivo. Number of total bacterial cell of WEPN supplemented kimchi increased by 10 folds than control between 7 to 14 days of fermentation. On contrast, number of lactic acid bacteria decreased maximaly to 21% of control by fermentation. The clear zone formed on paper disk by WEPN against L. plantarum was larger than that of Leu. mesenteroides.
천일염, 한주 소금, 구운 소금 및 죽염이 김치 발효에 중요한 영향을 미치는 미생물인 Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum과 산막효모인 Pichia membranaefaciens 및 식품오염의 지표균인 E. coli의 생육에 미치는 영향을 조사하였다. 각각의 소금을 3%, 5% 농도로 첨가하여 김치 발효 조건에 따라 배양 온도를 각각 1$0^{\circ}C$, 18$^{\circ}C$, 37$^{\circ}C$로 나누어 비교하였다. 그 결과 Leuconostoc mesenteroides는 배양 온도가 낮을수록, 소금 농도가 높을수록 성장이 저해되었으나 소금 종류별로는 특이할 만한 저해 효과는 나타나지 않았다. Lactobacillus plantarum도 마찬가지로 배양 온도가 낮을수록, 소금 농도가 높을수록 성장이 억제되었으며, 특히 18$^{\circ}C$, 5% 소금농도에서 죽염에 대해 저해 효과가 두드러졌고 1$0^{\circ}C$배양에서는 소금 종류와 농도에 관계없이 생육이 상당히 저조했다. Pichia membranaefaciens는 배양 온도에 관계없이 죽염에서 상당한 저해효과를 보였으며, 특히 18$^{\circ}C$, 5$^{\circ}C$ 소금농도에서는 전혀 자라지 못해 완전한 억제 효과를 보였다. E. coli도 다른 소금에 비해 1$0^{\circ}C$와 18$^{\circ}C$에서 죽염에 대해 저해 효과가 두드러졌다. 따라서 본 실험 결과 김치발효에도 어느 정도 관여하나 과다한 산 생성으로 김치의 가식기간을 단축시키는 Lactobacillus plantarum과 김치 표면에 산막을 형성하여 부패를 촉진시키는 Pichia membranaefaciens 그리고 식품오염의 지표균인 E. coli의 성장에 죽염이 다른 소금에 비해 상당한 저해 효과를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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