Over a million tons of spent mushroom substrate (SMS) are generated as by-products of mushroom cultivation every year in Korea. Disposal of SMS by mushroom farmers is difficult, therefore, recycling solutions that do not harm the environment are necessary. SMS consists of mushroom mycelia and residues of fruiting bodies, containing a variety of bioactive substances, such as extracellular enzymes, antimicrobial compounds, and secondary metabolites. This paper reviews utility of SMS for bioremediation, controlling plant disease, and production of lignocellulytic enzymes, organic fertilizer, and animal feed.
계피로부터 항균성 물질은 ethanol로 추출하고 다시 여러 가지 유기용매로 분획하여 항균물질의 분획별 항균성과 안정성을 조사하고 균종별 항균효과를 검토한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 계피의 ethanol 추출물을 n-haxane, chloroform, ethyl acetate, n-butanol 등으로 분획한 결과 n-hxane 분획물의 항균력이 가장 우수하였다. 2. 계피의 n-hexane 분획물은 균종별로 차이는 다소 있으나 최저증식억제농도는 세균과 효모의 경우 각각 약 $320~640\;\mu\textrm{g}과\;160~320\;\mu\textrm{g}$, 그리고 곰팡이의 경우 $40~80\;\mu\textrm{g}$으로 나타나 세균보다는 곰팡이에 대한 항균력이 큰 것으로 나타났다. 3. 항균성 물질은 pH4.0~10.0 범위에서 항균력의 변화가 거의 없었다. 4. 항균성 물질을 $100^{\circ}C$에서 60분 또는 $121^{\circ}C$에서 15분간 열처리한 후에도 항균력은 거의 감소하지 않았다. 5. 계피추출물에 대하여 Ames test를 실시하여 돌연변이원성을 조사한 결과 plate당 $320\;\mu\textrm{g}$까지 첨가하여도 돌연변이능이 나타나지 않았으며, 오히려 $benzo(\alpha)pyrene$의 변이원능을 억제하는 항돌연변이원성을 가지는 것으로 나타났다.
항균 가식성 필름/코팅은 항균 물질을 식품에 직접 적용하는 경우보다 적은 양의 항균 물질로 지속적인 항균 효과를 기대할수 있는 효율적인 식품 살균 방법의 하나로서 제안 될 수 있다. 항균 가식성 코팅 필름은 섭취 기능하고 필름/코팅의 구조를 형성할 수 있는 탄수화물 고분자, 단백질, 왁스 등의 재료를 주재료로 사용하여 만들어진다. 최근 두가지 이상의 재료를 혼합해 주재료로 사용한 항균 가식성 필름/코팅과 식품 가공 부산물로 제작한 필름/코팅의 항균 기능 및 물리적 특성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 라이신, 유산균 분리 배양액, 전통주, 고초균, 메틸시클로프로펜, 엡실론-카프로락톤 나노 섬유, 질산 은과 나노 점토, 산화 아연 등 새로운 항균 물질을 기존 필름 주재료에 사용하거나 방향유, 유기산, 효소 등 기존 항균 물질을 키토산과 알긴산 혼합물, 한천과 바나나 가루 혼합물 등 새로운 조성의 필름 주재료에 첨가하여 항균 효과와 물리적 특성을 관찰한 연구들이 보고되었다. 필름 주재료 또는 항균 물질로 인해 필름/코팅의 항균 효과 및 인장 특성, 수분 방벽 능력이 개선된 경우와 그렇지 못한 경우를 보고한 연구들을 통해 원하는 항균 효과와 물리적 특성을 갖는 필름을 제조하기 위해서는 항균 가식성 필름/코팅의 주재료와 항균 물질의 상호 반응을 고려해야 함을 알 수 있었다. 가식성 필름/코팅 항균 효과의 통계적 예측을 통해 항균 가식성 필름/코팅을 제작하는데 필요한 요건들을 결정할 수 있으며, 항균 필름의 적용으로 식중독 사고 발생율이 얼마나 감소되었는지 예측 할 수 있다. 항균 가식성 필름/코팅들은 식중독균과 오염균을 저해 할 수 있고, 항균 물질의 방출을 조절할 수 있으며 식품 수분 유입을 방지할 수 있다. 또한, 합성 포장재를 대체 할 수 있는 친환경 포장재이므로 더욱 다양한 식품의 미생물안전성 향상과 보존을 위해 사용될 수 있을 것으로 전망된다.
신안산 손바닥선인장 butanol 추출물과 methanol 추출물이 10균주 중 세균에 대하여 항균활성이 강하였으나, 젖산균 및 효모에 대해서는 항균활성이 나타나지 않았다. 부위별 항균활성은 줄기 추출물이 열매 추출물 보다 강한 활성을 나타내었다. 손바닥선인장의 butanol 추출물의 최소저해 농도는 세균은 100 mg/mL 이었고, 효모와 젖산균은 500 mg/mL이었다. 손바닥선인장 추출물의 열 안정성은 $100^{\circ}C$에서 30분 가열시에도 항균활성이 거의 감소되지 않아 열에 안정한 물질로 확인 되었다. 손바닥선인장 butanol 추출물에 함유된 항균활성 물질의 pH 안정성은 산성인 pH 3과 알칼리인 pH 9 에서도 항균활성이 감소되지 않아 산과 알칼리에서도 안정한 물질로 확인되었다. 손바닥선인장의 추출물별 DPPH free radical scavenging activity는 열매와 줄기 모두 water, methanol, butanol, ethyl-acetate 및 diethylether 순으로 나타냈고, 시료 부위별로는 줄기가 열매에 비해 항산화성 활성이 높게 나타냈다. 손바닥선인장의 폴리페놀함량은 열매가 520.57 mg%로 줄기 203.26 mg% 보다 2배정도 높은 함량을 나타내었다.
효소에 의한 옥수수 단백가수분해물의 천연항균제로서의 이용가능성을 조사하기 위하여 zein 단백질에 단백 가수분해 효소를 작용시켜 얻어진 가수분해물의 항균활성을 측정하고 membrane filter로 한외 여과하여 항균활성이 가장 높은 분획을 HPLC로 분취한 후 항균활성을 측정하고 MIC, 각종 세균에 대한 생육저해농도를 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. Zein 단백질에 6종의 단백분해효소를 작용시켜 제조한 가수분해물 중 pepsin으로 작용시킨 것이 항균활성이 가장높았다. Membrane filter에 의하여 여과한가수분해물의 항균활성은 M.W. $10,000\~30,000$에서 가장 높았으며 $121^{\circ}C$에서 10분간 처리하여도 항균활성에 변화가 없는 열안정성이 매우 높았고 MIC는 2.5 mg/mL이었다. HPLC로 분리한 항균성 peptide의 N-말단 아미노산 조성은 leucine, glutamic acid, proline, phenylalanine, aspartic acid, argenine 순이었다. 분자량 $10,000\~30,000$의 가수분해 동결건조물을 3 mg/mL 농도로 nutrient broth 배지에 첨가하고 $37^{\circ}C$에서 배양하였을 때 크게 생육이 저해되었다.
충치발생의 주요 원인균으로 알려진 S. mutans를 이용하여 건강기능식품으로 사용되는 프로폴리스를 9개 지역으로부터 수집한 후 생리활성 물질 탐색과 주요성분 함량에 따라 활성차이를 조사하였다. S. mutans에 대한 항균활성은 제주도, 경상북도, 경상남도, 충청북도, 충청남도, 전라북도, 전라남도, 경기도, 강원도 프로폴리스 및 pinocembrin에서 모두 관찰되었다. 제주도를 제외한 모든 프로폴리스에서 총 플라보노이드 함량이 10mg/g 이상으로 건강기능식품 기준 및 규격에 적합하였고, 19mg/g 이상일 경우 우수한 항균활성을 유사하게 나타내었다. 국산 프로폴리스의 주요성분으로 알려진 pinocembrin의 UPLC 정량분석에서는 제주도산 프로폴리스를 제외한 모든 시료에서 주성분으로 검출되었고 12mg/g 이상일 경우 항균활성에 큰 영향을 주는 것으로 확인되었다.
매실의 개체당 평균 수분 함량은 $88.34{\sim}90.04%$ 범위로서 수확시기에 따른 차이가 없었으며 조단백질과 조지방은 수확시기별로 수확시기가 늦어질수록 함량이 다소 감소하였으나 조섬유는 수확시기가 늦어짐에 따라 함량이 증가하였다. 또한 polyphenol 함량은 매실이 성숙함에 따라 점차 증가하는 경향을 보였다. methanol, water, hexane, ethylacetate 및 ether 추출물의 항균활성 검색 결과 methanol에서 가장 크게 나타났으며 수확시기가 늦어질수록 항균활성은 증가하는 경향을 나타내었다. 항균활성을 가진 메탄을 추출물의 활성은 $100^{\circ}C$에서 30분 가열한 조건에서도 안정함을 확인하였고, pH 변화에 따른 안정성은 큰 차이를 보이지 않았다. 용매에 따른 전자공여능은 methanol > ethylacetate > water > ether > hexane 순으로 높게 나타났으며 수확시기에 따른 차이는 크지 않았다.
항균력이 있는 것으로 예측되는 몇몇 천연물로부터의 추출물과 유산균인 L. mesenteroides, L. citreum, P. pentosaceus의 대사산물인 박테리오신의 항균특성을 알아보기 위하여 최소억제농도 (MIC) 측정법, disc diffusion assay와 challenge법으로 항균력을 조사하였다. L. mesenteroides, L. citreum, P. pentosaceus 유산균에 의해 생산된 박테리오신은 P. aeruginosa, S. aureus, E. coli, B. subtillis 균에 대하여 뛰어난 항균특성을 보인 반면 C. albicans에 대해서는 상대적으로 약한 항균력을 보였다. 반면에 phenonip과 sandal wood 추출물은 C. albicans에 대해서는 강한 항균력을 나타냈으나 다른 대표균들에 대해서는 매우약하거나 거의 항균력을 나타내지 않았다.
토양시료로부터 광범위한 항생작용을 보이는 방선균 3개 균주를 분리하여 그 특성을 조사하였다. 분리주의 16S rRNA 유전자 염기서열 비교 분석을 통해 3개 분리주는 모두 Streptomyces 속에 속하고, S. tanashiensis, S. nashivillensis 및 S. rubiginosohelvolus와 근연 관계에 있는 것으로 나타났으나 독립적인 계통을 형성하여 신종으로서의 가능성을 보여주었다. 항균활성 검정 결과 세 균주는 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus 등의 그람 양성세균, Salmonella typhi, Enterobacter cloacae, Serratia marcescens, Pseudomonas aeruginosa 등의 그람 음성 세균, 그리고 Candida tropicalis 및 Candida krusei 등의 진균류에 대해 각각 서로 다른 길항작용을 보였다. 또한 세 균주 간에는 생리학적 활성에도 차이가 나타나 각 균주가 서로 다른 항생물질을 분비할 가능성이 있음을 보여주었다.
Sung Wook Hong;Jong-Hui Kim;Hyun A Cha;Kun Sub Chung;Hyo Ju Bae;Won Seo Park;Jun-Sang Ham;Beom-Young Park;Mi-Hwa Oh
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제32권11호
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pp.1462-1470
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2022
Natural antimicrobial substances are needed as alternatives to synthetic antimicrobials to protect against foodborne pathogens. In this study, a bacteriocin-producing bacterium, Bacillus subtilis HD15, was isolated from doenjang, a traditional Korean fermented soybean paste. We sequenced the complete genome of B. subtilis HD15. This genome size was 4,173,431 bp with a G + C content of of 43.58%, 4,305 genes, and 4,222 protein-coding genes with predicted functions, including a subtilosin A gene cluster. The bacteriocin was purified by ammonium sulfate precipitation, Diethylaminoethanol-Sepharose chromatography, and Sephacryl gel filtration, with 12.4-fold purification and 26.2% yield, respectively. The purified protein had a molecular weight of 3.6 kDa. The N-terminal amino acid sequence showed the highest similarity to Bacillus subtilis 168 subtilosin A (78%) but only 68% similarity to B. tequilensis subtilosin proteins, indicating that the antimicrobial substance isolated from B. subtilis HD15 is a novel bacteriocin related to subtilosin A. The purified protein from B. subtilis HD15 exhibited high antimicrobial activity against Listeria monocytogenes and Bacillus cereus. It showed stable activity in the range 0-70℃ and pH 2-10 and was completely inhibited by protease, proteinase K, and pronase E treatment, suggesting that it is a proteinaceous substance. These findings support the potential industrial applications of the novel bacteriocin purified from B. subtilis HD15.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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