옻나무 추출물의 고초균 및 젖산균 혼합발효를 통한 poly-γ-glutamic acid 및 γ-aminobutyric acid 생산 최적화 :Optimization of the production for poly-γ-glutamic acid and γ-aminobutyric acid in Toxicodendron vernicifluum extract by co-fermentation of Bacillus subtilis HA and Lactobacillus plantarum KS2020

강혜미

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강혜미 (계명대학교, 계명대학교 대학원)

지도교수: 이삼빈

발행연도: 2022

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이용수9

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

옻나무 추출물의 고초균 및 젖산균 혼합발효를 통한 poly-γ-glutamic acid 및 γ-aminobutyric acid 생산 최적화

강혜미 식품가공학과 2022.01 학위논문

2021

옻나무 추출물의 효모-젖산균 혼합발효를 통한 고농도 γ-aminobutyric acid 생산

강혜미 , 임종순 , 이삼빈 Food Science and Preservation 2021.02 학술저널

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본 연구에서는 옻나무 추출물을 이용하여 기능성이 강화된 발효 소재 개발을 위해 고초균 균주인 Baciilus subtilis HA와 젖산균 균주인 Lactobacillus plantarum KS2020를 이용하여 혼합발효의 최적화를 수행하였다. 옻나무 추출물의 혼합발효기술은 생리활성물질인 γ-PGA 및 GABA와 peptide 생성뿐만 아니라 항산화능을 향상시켜 기능성이 강화된 발효물을 제조하였다.
옻나무 추출물의 pH는 5.58±0.02, 산도는 0.05±0.01%, 수분함량은 98%, 환원당 함량 0.55%를 비롯하여 무기질 함량은 17.78 mg%로 K함량이 가장 높았다.
1차 고초균 발효는 멸균된 옻나무 추출물 30%에 glucose 2%와 MSG 10%를 첨가하여 5% skim milk 배지에서 배양한 B. subtilis HA 스타터를 5% 접종한 후 42℃에서 2일간 160 rpm에서 진탕배양을 진행하였다. 1차 고초균 발효물은 pH 7.77, 산도 0.08%, B. subtilis HA 생균수 9.24 log CFU/mL, 점조도 6.28 Pa?sn, 5.80%의 점질물을 나타내었다.
옻나무 추출물의 1차 고초균 발효물에 탄소원과 질소원이 함유된 skim milk를 5% 첨가한 후 L. plantarum KS2020 스타터를 1% 접종한 후 30℃에서 5일간 정치배양을 진행하였다. 2차 고초균과 젖산균 혼합발효믈은 pH 5.36, 산도 1.14%, B. subtilis HA 생균수 5.40 log CFU/mL, L. plantarum KS2020 생균수 9.26 log CFU/mL를 나타내었다. 또한 TLC 분석을 통해 잔존하는 MSG는 대부분 소진되어 GABA로 전환되었음을 확인하였다.
옻나무 추출물 발효물의 유리당과 GABA 및 고초균 발효 후 회수한 γ-PGA의 함량의 정량분석을 위해 HPLC를 이용하여 분석하였다. 회수한 점질물에는 79.3%의 γ-PGA가 함유되어 있었으며, 혼합 발효물은 0.99% glutamic acid와 1.79% GABA를 나타내었다. Tyrosine 함량은 1차 고초균 발효부터 점차 증가하여 2차 젖산균 혼합 발효물에는 124.4 mg%로 나타났다. 또한 옻나무 추출물의 발효 전후에 따른 항산화 활성을 측정한 결과 DPPH 및 ABTS radical 소거능은 발효된 TVE가 RC50값이 각각 1.56 mg/g and 0.14 mg/g으로 발효전보다 낮은 농도에서 항산화 효과가 있는 것으로 나타났다.
또한 옻나무 추출물의 혼합 발효물을 멸균 유무, 첨가농도에 따라 시판 간장에 첨가하여 실온에서 보관하여 비교 분석한 결과 멸균 유무, 혼발 발효물의 첨가 농도에 따라 외관상 품질 차이는 없는 것으로 확인되었다.
결론적으로 옻나무 추출물의 고초균과 젖산균 혼합발효를 통해 기능성 성분인 점질물, peptides 및 probiotics 및 고농도의 GABA가 강화된 발효소재는 항산화 효과도 높은 것으로 나타났다. 따라서 다양한 생리활성물질 및 probiotics가 강화된 옻나무 추출물 발효물은 식품 및 기능성 식품소재 이용이 가능한 것으로 사료된다.

In this study, co-fermentation was optimized by Bacillus subtilis HA and Lactobacillus plantarum KS2020 for the development of fermented materials with improved functionality using Toxicodendron vernicifluum extract (TVE). Consequently, a fermented TVE with enhanced functionality was prepared with γ-PGA, GABA and peptides, as well as improved antioxidant ability.
The TVE exhibited pH 5.58±0.02 and 0.05±0.01% acidity, while the moisture content and reducing sugar content were 98% and 0.55%, respectively. The mineral content was 17.78 mg%, with the highest content in potassium.
For the first alkaline fermentation, 5% of B. subtilis HA starter cultured in 5% skim milk medium was added with 2% glucose and 10% MSG in 30% sterilized TVE. Shaking culture was performed at 42℃ and 160 rpm for two days. As a result, the first fermented TVE exhibited pH 7.77, 0.08% acidity, viable cell counts of 9.24 log CFU/mL (B. subtilis HA), consistency of 6.28 Pa?sn, and 5.80% mucilage content.
For the second co-fermentation of the first fermented TVE by L. plantarum KS2020, 5% of skim milk was added to the first fermented TVE, and then 1% of L. plantarum KS2020 starter was inoculated. Stationary culture was performed at 30℃ for five days. The co-fermented TVE exhibited pH 5.36 and 1.14% acidity. The viable cell counts of B. subtilis HA and L. plantarum KS2020 were 5.40 log CFU/mL and 9.26 log CFU/mL, respectively. Additionally, it was confirmed that GABA was highly produced, resulting in the complete consumption of MSG. The HPLC was used to analyze the content of GABA quantitatively, as well as γ-PGA purity of recovered mucilage. The recovered viscous mucilage contained 79.3% of γ-PGA. The second co-fermented TVE exhibited 0.99% glutamic acid and 1.79% GABA.
The tyrosine content gradually increased from the first fermentation of B. subtilis HA and reached 124.4 g% after the second co-fermentation of L. plantarum KS2020.
The antioxidant activity before and after fermentation of the TVE was determined. The DPPH and ABTS radical scavenging activity of fermented TVE exhibited higher than non-fermented TVE, indicating an RC50 value of 1.56 mg/g and 0.14 mg/g, respectively.
In addition, the co-fermented TVE was added to a commercial soy sauce product which was sterilized or non-sterilized and then stored at room temperature. It was found that the soy sauce with non/co-fermented TVE indicated the constant quality without any particular appearance. Conclusively, TVE co-fermented by B. subtilis HA and L. plantarum KS2020 indicated the enhanced antioxidant property, and could be fortified with mucilage, GABA, peptides, and probiotics. Thus, co-fermented TVE enriched with multi-bioactive compounds can be utilized as food and functional foods.

#옻나무 #poly-γ-glutamic acid #γ-aminobutyric acid #Bacillus subtilis HA #Lactobacillus plantarum KS2020 #혼합발효

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 재료 및 방법 4
1. 재료 4
2. 스타터 배양액 제조 4
3. 옻나무 추출물 발효물의 B. subtilis HA와 L. plantarum KS2020 혼합 발효를 통한 γ-PGA 및 GABA 생산 9
1) 1차 고초균 발효 9
2) 2차 젖산균 혼합발효 9
4. 옻나무 추출물의 이화학적 특성 분석 11
1) pH 및 적정산도 측정 11
2) 수분 및 고형분 함량 측정 11
3) 환원당 함량 측정 11
4) 무기질 함량 측정 11
5. 옻나무 추출물 고초균과 젖산균 혼합 발효물의 이화학적 특성 분석 14
1) 생균수 측정 14
2) 옻나무 혼합 발효물의 유리아미노산 정성분석 14
3) 옻나무 혼합 발효물의 유리아미노산 정량분석 14
4) 옻나무 추출물 고초균 발효물의 점조도 측정 19
5) 옻나무 추출물 고초균 발효물의 점질물 함량 측정 19
6) 점질물의 -PGA 함량 분석 19
7) Peptide 함량 측정 21
6. 옻나무 추출물 고초균과 젖산균 혼합 발효물의 항산화 평가 22
1) 총 폴리페놀 함량 측정 22
2) 총 플라보노이드 함량 측정 22
3) DPPH radical 소거활성 측정 22
4) ABTS radical 소거활성 측정 23
7. 통계처리 23
Ⅲ. 결과 및 고찰 24
1. 옻나무 추출물의 이화학적 특성 24
1) 옻나무 추출물의 이화학적 특성 24
2) 옻나무 추출물의 무기질 함량 26
2. 옻나무 추출물의 B. subtilis HA와 L. plantarum KS2020 혼합발효에 의한 γ-PGA 및 GABA 생성의 최적화 28
1) 고초균 균주에 따른 발효 최적화 28
(1) 고초균젖산균 혼합발효 중 고초균 균주에 따른 생균수 변화 28
(2) 고초균젖산균 혼합발효 중 고초균 균주에 따른 pH 및 적정산도 변화 32
(3) 고초균 발효 중 고초균 균주에 따른 점조도 및 점질물 함량 차이 36
(4) 고초균젖산균 혼합발효 중 고초균 균주에 따른 GABA 생성량 비교 38
2) Glucose 첨가 농도에 따른 γ-PGA 및 GABA 생산 최적화 40
(1) 고초균젖산균 혼합발효 중 glucose 농도에 따른 생균수 변화 40
(2) 고초균젖산균 혼합발효 중 glucose 농도에 따른 pH 및 적정산도 변화 44
(3) 고초균 발효 중 glucose 농도에 따른 점조도 및 점질물 함량 차이 48
(4) 고초균젖산균 혼합발효 중 glucose 농도에 따른 GABA 생성량 비교 50
3) MSG 첨가 농도에 따른 γ-PGA 및 GABA 생산 최적화 52
(1) 고초균젖산균 혼합발효 중 MSG 농도에 따른 생균수 변화 52
(2) 고초균젖산균 혼합발효 중 MSG 농도에 따른 pH 및 적정산도 변화 56
(3) 고초균 발효 중 MSG 농도에 따른 점조도 및 점질물 함량 차이 60
(4) 고초균젖산균 혼합발효 중 MSG 농도에 따른 GABA 생성량 비교 63
(5) 고초균젖산균 혼합발효 중 MSG 농도에 따른 펩타이드 생성량 비교 65
3. 옻나무 추출물의 고초균과 젖산균 혼합 발효물 분석 68
1) 고초균 발효물에 대한 γ-PGA 함량 분석 68
2) 혼합 발효물의 GABA 함량 분석 72
4. 옻나무 추출물의 고초균과 젖산균 혼합 발효물의 항산화 활성 77
1) 총 폴리페놀 함량 77
2) 총 플라보노이드 함량 80
3) DPPH radical 소거활성 83
4) ABTS radical 소거활성 85
5. 옻나무 추출물의 고초균과 젖산균 혼합 발효물을 첨가한 간장 제조 87
1) 옻나무 추출물 혼합 발효물을 첨가한 간장의 저장 중 생균수 변화 87
2) 옻나무 추출물 혼합 발효물을 첨가한 간장의 저장 중 pH, 산도 및 염도 변화 90
Ⅳ. 결론 94
참고문헌 97
영문초록 106
국문초록 110

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