김치의 기능성을 향상시키기 위하여 김치제조 중에 프락토올리고당, 대두올리고당, 이소말토올리 고당을 각각 첨가하여 발효과정에서 이들 올라고 당류가 mannitol의 생성에 미치는 영향을 고찰하 였다. 프락토올리고당을 첨가한 김치의 경우, $25^{\circ}C$에서 첨가된 올리고당이 mannitol의 생성량을 증가 시킨데 비해, 대두올라고당의 경우는 $35^{\circ}C$에서 증가 효과가 관찰되었다. 그러나 이소말토올리고당의 첨 가영향은 모든 실험조건에서 나타나지 않았다. 따라서 프락토올리고당과 대두올라고당은 조건에 따라 김치발효 중에 mannitol의 생성량을 증가시키는 효 과를 나타내므로 냉음미와 기능성이 동시에 강화된 김치제조의 효과적인 첨가제로 인정되었다.
Yun Ji Kang;Min Jae Kim;Tae Jin Kim;Jeong Hwan Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제33권6호
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pp.780-787
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2023
Two mannitol producing lactic acid bacteria were isolated from pa (green onion)- kimchi, identified and named as Leuconostoc mesenteroides SKP 88 and Leuconostoc citreum SKP 92, respectively. Both isolates grew well at 25-30℃, initial pH 6-8, and 3% and lower NaCl concentration. Both isolates converted fructose into mannitol efficiently when grown on MRS broth containing fructose and glucose. Glucose was used as a carbon source and fructose was used as a precursor for mannitol. Mannitol yields were the highest in MRS broth with 3% fructose and 2% glucose. Shine muscat juice fermentation was done using each isolate as a starter. As fermentation progressed, decrease in pH and increases in titratable acidity and viable counts were observed. L. mesenteroides SKP 88 showed better mannitol conversion ability than L. citreum SKP 92, and shine muscat juice fermented with L. mesenteroides SKP 88 showed the mannitol production of 41.6 g/l at 48 h, and juice fermented with L. citreum SKP 92 showed 23.4 g/l at the same time. Yogurt fermentations showed similar patterns, and yogurt fermented with L. mesenteroides SKP 88 showed the mannitol production of 15.13 g/l. These results showed that both strains are useful as starters for healthy fermented foods with reduced fructose contents.
The process for the production of mannitol with fructose (5% to 25%) using Leuconostoc mesenteroides NRRL B-1149 was investigated. Optimization study for mannitol production was carried out in 8 liter batch or fed-batch cultures at $28^{\circ}C$, pH 5.0, without aeration. When 5% fructose was used in a batch culture fermentation, the yield of mannitol was 78% of theoretical. As the concentration of fructose was increased to 10% in a batch culture, the yield was reduced to 59.6% of theoretical. Using a fed-batch fermentation with 10% fructose, the yield was increased to 81.9%. When 15% fructose was used for a fed batch fermentation 5% fructose was initially added and the last 10% fructose was supplied continuously. The final yield of mannitol was 83.71% of theoretical. When 20% fructose was used, the yield was more higher, 89.48%.
To optimize co-production of dextran and mannitol from sucrose by Leuconostoc mesenterides ATCC 13146, a batch culture fermentation was conducted by using various concentrations of sucrose and initial culture pHs. The production of dextran and mannitol showed a growth-associated pattern. The highest yields of both dextran and mannitol were obtained at pH 6.0 and $10\%$ (w/v) sucrose. They could be easily separated by using alcohol fractionation. Maximum yields of dexran and mannitol were 0.45 and 0.35 of the consumed sucrose, respectively. Overall productivities of dextran and mannitol were 1.47 and 0.37 g/l/h, respectively.
김치숙성 중 유리당의 변화를 GC로서 분석하였다. 김치에 존재하는 주요 유리당은 mannose, fructose, glucose, galactose등이었고 이들은 숙성이 진행됨에 따라 점차 감소한 반면 mannitol은 숙성이 진행됨에 따라 생성되었다가 서서히 감소하였다. 여러종류의 김치 중 유리당의 변화를 비교한 결과 그 변화양상이 비슷하였으며, 이로부터 대부분의 김치는 비슷한 발효기작을 따르는 것 같았다.
Fermentation of wort was investigated with an ultimate goal to develop a fermented beverage rich in prebiotics and functional ingredients as well as desirable in flavors. Wort was fermented with Leuconostoc citreum HJ-P4 originated from kimchi and subjected to sensory descriptive analysis. L. citreum HJ-P4 produced various organic acids (e.g., lactic acid, acetic acid) as well as functional sugars (e.g., mannitol, panose) during wort fermentation. The concentration and ratio of lactic acid and acetic acid were significantly influenced by roasting conditions of malts used for wort preparation and aeration conditions during fermentation. The concentration of mannitol and panose varied depending on the sucrose content of wort and aeration conditions. Sensory characteristics of the fermented worts were clearly differentiated according to the roasting conditions of malts used for wort preparation and aeration conditions during fermentation. These results indicate that metabolite concentration of fermented wort and its sensory properties can be manipulated with roasting conditions of malts and fermentation conditions.
A process for the production of mannitol from fructose (5% to 25%) using Leuconosyoc mesenteroides NRRL B-1149 was investigated. Fermentations were carried out in bat도 of fed-batch fermentations without aeration at 28℃, pH 5.0. When 5% fructose was used in batch culture fermentation, the yield of mannitol was 78% of that expected theoretically. When the fructose concentration was increased to 10%, the yield dropped to 59.6% of the theoretical value. However, in the fed-batch culture, using 10% fructose, the yield was 81.9% of the theoretical value. In a 15% fructose fed-bat도 culture, with 5% fructose being added initially and the other 10% fructose being added as a continuous supply, the final yield was 83.7% of the theoretical yield. When 20% fructose was used in the same manner, the yield was 89.5% of theoretical yield.
본 연구에서는 경제성 있는 생물학적 만니톨 고생산을 위해 선별균주의 만니톨 생산 최적화 배지조성을 RSM 방법을 이용하여 확립하고자 하였다. 먼저 김치로부터 분리된 10균주의 만니톨 생산량과 과당으로부터 만니톨 전환율 분석을 통하여 SRCM201425 균주를 선발하였으며, 선발균주는 16S rRNA 유전자 염기서열과 당 발효 분석을 통하여 Leuconostoc mesenteroides로 동정하였다. Plackett-Burman design (PBD)을 이용하여 만니톨 생산에 영향을 주는 배지 인자를 선별하기 위해 총 11개의 탄소원, 질소원, 무기원소의 영향을 조사하였으며, 통계학적 분석을 통하여 최종적으로 fructose와 sucrose, peptone을 선정하였다. 만니톨 생산을 위한 선별된 각 변수의 최적 농도를 결정하기 위한 방법으로 central composite design (CCD)과 반응표면 분석법을 이용하였으며, 최종적으로 CCD를 통해 만니톨 생산을 위한 배지 조성의 최적 농도는 fructose 38.68 g/l, sucrose 30 g/l, peptone 39.67 g/l으로 예측되었으며, 통계학적 분석을 통해 실험모델의 적합성을 확인하였다. 최종적으로 MRS 배지에서의 생산량의 약 20배의 만니톨을 생산할 수 있었으며, 100 g/l의 fructose가 포함된 MRS 배지 대비 97.46%의 만니톨을 생산하면서, 산업화시 기존 배지 대비 생산비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 예상되었다. 본 연구를 통하여 만니톨 생산을 위한 배지 조성의 최적화를 확립하였으며, 만니톨을 생산하기 위한 방법으로 주로 사용되고 있는 고비용의 촉매환원 방법을 대체할 방법을 제시할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
해조류 중 갈조류인 미역으로부터 분리당화발효(SHF)를 위한 전처리 및 효소당화를 검토하고, 기존의 분리당화발효(SHF)를 개선하기 위해 공배양발효(co-culture)를 수행하였다. 비순치 효모와 고농도 mannitol에 순치(adaptive evolution)한 효모를 이용한 공배양발효를 실시한 결과 발효 72시간에 12.2 g/l의 에탄올과 에탄올 수율($Y_{EtOH}$) 0.41을 나타내었다. 이러한 기존의 분리당화발효(SHF)를 개선한 공배양발효를 통해 에탄올 생산 수율이 0.23에서 0.41로 35.2% 증가하였으며, 에탄올 발효시간도 108시간에서 72시간으로 33.3% 감소하였다. 이러한 연구결과는 해양 바이오매스인 해조류로부터 바이오연료 생산과정에 있어 유용한 정보를 제공하는 것으로 판단된다.
1) OBT mutant는 Clostridium saccharoperbutylacetonicum ATCC 13564(N1-4주(株))로부터 UV light와 butanol tolerance에 의해 분리했다. 동 돌연변이주(株)는 16.46g/l(1.4배 증가)의 부타놀과 4.6g/l(1.5배 증가)의 아세톤을 생산하고 전체 용매는 21.47g/l를 생산했다. 이 결과는 n-butanol을 생산하는 clostridial bacteria에서 error-prone pathway를 통한 misrepair의 약한 효과가 UV light와 butanol tolerance에 의해서 극복되었다는 것을 제시했다. 2) glucose 발효에 비교해서 mannitol 발효에서 OBT mutant는 acetone과 acetic acid는 생산되지 않았다. 전체용매에 대한 n-butanol과 ethanol의 비는 각각 10.3%와 10.6%씩 증가되었고 전체적으로는20.9% 증가된 반면, acetone의 비는 21.2%가 감소되었다. 또한 전체 용매에 대한 n-butanol의 최대비는 94.8%까지 증가하였다. 이들 결과는 산화합물(acetone, acetic acid, butyric acid)이 환원화합물(n-butanol, ethanol)로 전환된 것을 의미했다. 따라서 mannitol은 부산물인 산화합물을 제거하는데 사용할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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