3부 식품에서 미생물의 유용한 사용 - 식품과 환경 중 미생물의 스트레스에 대한 반응 - 발효식품에서 미생물의 사용

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1 3부 식품에서 미생물의 유용한 사용 - 식품과 환경 중 미생물의 스트레스에 대한 반응 - 발효식품에서 미생물의 사용
- 유용 형질의 생화학 - 유용 형질의 유전학 - 종균과 박테리오파지 - 발효식품 생산에의 미생물학 - 장의 유익한 세균 - 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 - 식재료 및 미생물 근원의 효소

2 12장. 유용 형질의 유전학 서론 - 1930년대 이후 낙농식품의 초기배양균의 여러 특징(형질 또는 표현형)들이 불안정하다.
예) 치즈 ∙ 우유의 발효 : Lactococcus lactis(젖산 발효, 응유효소생산)  상업적으로 역할을 잃어버린 것을 발견 ∙ 단백질가수분해(치즈생산) 능력, ∙ 구연산염을 활용하는 능력(디아세틸 생산) ∙ 박테리오파지에 대한 저항력 ∙ 설탕 가수분해 등  낙농과 비낙농발효에 사용되는 초기배양균의 상업적인 형질의 유실 - 형질의 불안정성에 대한 유전학적 이해를 위한 연구진행 초기배양균의 플라스미드와 그와 관련된 형질 - DNA (유전체) – 기본적인 대사(생존에 필수적인) - 보조유전자 (플라스미드, 전이인자) – 생존하는데 필수적이지 않은 유전자 - 젖산균에서 많은 산업적으로 중요한 표현형들이  플라스미드와 관련  유용유전자를 도입한 새로운 유용형질을 갖는 종을 개발

3 12장. 유용 형질의 유전학 플라스미드의 중요한 특징들
- 이중나선, 환형, 다양한 크기(1~100 kb), 자기복제가 가능한 DNA - 모든 종에 존재하지 않고, - 한종은 한가지 또는 그 이상의 다른 플라스미드를 가질 수 있다. - 한 개 또는 그 이상의 복제 수를 가질 수 있다. (제어체계를 조작  복제 수를 증가할 수 있음) - 세포 내에서 그 안정성에 차이가 있어 쉽게 잃어 버릴 수 도 있음 - 한 세포에서 두 가지 형태의 플라스미드는 공존할 수 없어서 하나를 손실하게 된다. - 다른 세포로 전달될 수 있다 - 플라스미드의 전달은 좁은 또는 넓은 숙주범위를 종에 따라 가질 수 있음 - 분리, 정제, 분자량 결정 및 염기서열 결정관련 기술이 확립 - 원하는 유전자를 삽입하여 발현할 수 도 있음(유전자 클로닝)

4 12장. 유용 형질의 유전학 작고 큰 플라스미드의 특징 작은 플라스미드 큰 플라스미드 크기 10 kb 미만 10~150 kb
복제수 많은 수(10~40개) 적음(한개) 증폭 많은 복제수로 증폭가능 증폭이 안됨 접합전달 비접합 접합 안정성 불안정 안정 유전암호 한 개 또는 몇 개의 표현형을 암호화 많은 표현형을 암호화

5 12장. 유용 형질의 유전학 어떤 초기배양균의 플라스미드
- Lactococcus : 다양한 아종과 생태형이 존재, 작고 큰 2-10개의 P. 를 갖는다. - Strep thermophiles : 1~3개의 작은 형태의 P.를 가짐 - Leuconostoc : 많은 종과 품종들은 다른 크기의 1~10 또는 그 이상의 P. 를 가짐 - Pediococcus : 제한 된 연구에서 P.를 갖지 않거나 작거나 큰 2~3개의 P. 가짐 - Lactobacillus : L. plantarum은 2~7개의 다양한 크기의 P.를 가짐. 그 외 종은 제한된 수를 가짐 - Bifidobacterium : 2~5개의 다른 형태의 P.를 가짐 - Propionibacterium : 어떤 종은 단지 몇 개의 P. 가짐

6 12장. 유용 형질의 유전학 어떤 초기배양균의 플라스미드
- Lactobacillus lactis : 락토스 발효능력(Lac+ 표현형, 53 kb)  능력의 상실 : 자발적 또는 화학적 처리(acriflavin)처리, 물리적 제제(높은 온도)처리시 Lac-로 전환 초기배양균에서 플라스미드 관련 형질 - Lactobacillus lactis : Lac+, Pro+, Cit+, Bac+, Phage+, R/M체계, Muc+ - Str thermophiles : 명확히 알려져 있지 않은 P. - Leuconostoc : Bac+ - Pediococcus : Suc+, Bac+ - Lactobacillus : Lac+, Mal+, Bac+, Muc+, 항생제 저항성(Em+), R/M체계 잠재 플라스미드 - 젖산균에 특정 표현형에 관련된지 않은 플라스미드를 일컬으며, 예) P acidilactici H: pSMB74 (박테리오신, 페디오신 AcH유전자를 암호) - 클로닝/발현 벡터로 이용(pWVO1, pSH71등)

7 12장. 유용 형질의 유전학 플라스미드 복제 - 젖산균 플라스미드 : 복제 개시인자(repA)와 복제단백질을 암호화하는
유전자(repB)에서 높은 서열 상동성을 가짐 - 크기에 따라 시그마형(12 kb이하 또는 잠재 p.)과 세타형 (12 kb이상, 안정적) 기작의 복제를 함 초기 배양균에서 유전자 전달방법 - 형질도입, 접합, 형질전환, 원형질 융합, 전기충격 형질전환, 접합 전이인자 유전자 클로닝 - 클로닝 벡터 - 대사공학 1) Lactococcus lactis에 의한 혼합 산성 발효  EMP의 피루브산  ldh유전자(젖산탈수소효소, LDH)  젖산생성  ldh유전자의 불활성화  아세트산, 포름산염, 에탄올 및 아세토인을 생성 2) L(+)-젖산생성  L(+)와 D(-)-젖산혼합물 생성  상업적으로 유용  일부 L(+)와 D(+)-젖산발효종  D-LDH를 발현하는 ldhD유전자를 불활성화  L(+)-젖산만 생성

8 12장. 유용 형질의 유전학

9 12장. 유용 형질의 유전학 3) Lactococcus lactis에 의한 디아세틸 생성
 기분 좋은 버터향과 관련  디아세틸의 과다발현 종을 개량  상업적 활용성 증대  nox유전자의 과다발현과 ALDB의 비활성화  아세토젖산염  디아세틸로 전환 4) 탄수화물에서 알라닌 생성  알라닌은 단맛을 가지고 있어 축척 되도록 조절 5) 만니톨과 다른 폴리톨 생성  당 알콜올은 체내에 축척되기 (Lac lactis, Lab plantarum, 90%가 체내축척, 낮은 생산성) 때문에 생산성을 높이기 위해 만니톨 전달시스템(Leuc mesenteroides)을 도입  생성된 당 알코올을 체외로 배출하도록 유도  만니톨외에 솔비톨, 타가토스, 알라닌 등은 식품에서 저칼로리 당화제로 사용 6) 엽산과 리보플라빈의 생성  Lac lactis, Str thermophiles등 여러 젖산균 우유와 발효식품에서 낮은 수준의 엽산을 합성, 체내축척  유전자 클로닝  3배이상의 생산성 증대  발효음식의 영양적 가치를

10 12장. 유용 형질의 유전학 7) 세포용해에 의한 단백질분해 촉진  치즈숙성을 위한 단백질분해효소가 서서히 방출
 치즈숙성을 위한 기간이 장기간 소요  파지유전자를 클로닝  니신이 존재시 세포용해가 일어나 단백질 분해효소 및 텝티다아제를 방출  치즈숙성을 촉진 단백질 표적이동 - 인터루킨 발현, 약물전달시스템, 이종 숙주에서의 페디오신 생산, 단백질 공학 - 하이브리드 프리페디오신 생산 - 페디오신의 아미노산 변이체들 유전체 지도작성 및 염기서열 해독 (표 12.1) 젖산균 박테리오파지 Lac와 Las 유전자 Lac 유전자 : 젖당을 2개의 6탄당으로 가수분해 유전자 Las 유전자 : 젖산합성(lactic acid synthesis) 유전자

11 12장. 유용 형질의 유전학

12 12장. 유용 형질의 유전학

13 13장. 종균과 박테리오파지 서론 - 종균(초기배양균, starter culture) 배양
안정적인 대사활성, 원하는 외관, 농도, 질감 및 풍미를 가지는 발효식품을 생산하는데 사용되는 다른 특성들을 가지는 식품등급의 미생물로 선택된 균종을 의미  프로바이오틱스, 약물투여를 위한 식품첨가물들을 생산하는 데 이용 - 버터, 치즈를 생산할 때 발효를 시작하기 위해 신선한 크림이나 우유에 적응양의 발효된 사워크림이나 우유를 각각 접종하는 것을 의미 - 이때는 알려지지 않은 세균들의 혼합물  계대배양(모배양, mother culture)을 통하여 관리  연속적인 계대동안 오염물질, 다른 우점종, 박테이오파지 등에 의해 제품화에 문제들이 발생  주된역할을 하는 단일종을 분리, 배양하여 균주관리가 효율적으로 진행

14 13장. 종균과 박테리오파지 역사 - 1950년대 이전  소규모 생산
 계대를 위해 모배양병을 배양  우유량의 1~2%를 접종  문제점 1) 오염균종의 혼합물 2) 일관성 있는 품질의 제품생산에 어려움 3) 박테리오파지의 오염시 종균배양이 실패  개선 : 단일종의 순수분리  종균관리시작 - 1950년대 이후  대규모 생산  품질유지  단일종균을 개발, 건조된 형태로 제공  다균주배양법 (한종이 바이러스에 감염되면 다른종이 발효에 이용)  교대배양과 다균주법에 의해 벌크배양균을 생산 - 1960년대  동결농축배양균의 도입, 파아지 저해배지(phage inhibitory media; PIM)  cfu/ml 로 농축  직접 우유에 접종 (벌크배양이 필요없음)  가공업자가 벌크배양균을 배양할 필요가 없는 치즈배트(direct vat set, DVS) - 1970년대  발효소시지, 전통발효 및 발효건강제품의 판매확대  원료에 직접 접종을 위한 다양한 유형의 동결농축(freeze-drying)배양균이 개발

15 13장. 종균과 박테리오파지 역사 - 그림 13.1

16 13장. 종균과 박테리오파지 농축배양 - 종균의 접종량 (106-7 cfu/ml 또는 g)  원하는 속도로 발효가 진행
 치즈공장에서 100,000갤런/일  1,000갤런의 벌크 스타터가 필요  종균을 확보하기 위해  높은 밀도로 확보 1010이상 cfu/ml  원심분리를 통한 농축  1012 cfu/ml로 액체에 현탁  생산공장  현탁배지(저온보존제 첨가)  냉동(드라이아이스-아세톤, -78℃), 액체질소(-196℃)에 보존  운반(스틸로폼 용기, -20℃ 또는 그 이하)  사용시 (45℃의 식수로 용기를 해동)  원료에 첨가 - 동결건조  동결후 진공으로 건조  건조된 제품이 소분  운반  건조된 배양균은 따뜻한 물(끓이거나 멸균된)에 혼합 후 원료에 첨가

17 13장. 종균과 박테리오파지 종균배양의 문제점 1) 균주의 길항작용
 배지내에서 성장이 억제(대사산물/파지등)되지 않는 균을 개발 2) 원하는 특성의 손실  플라스미드와 관련된 원하는 특성을 갖는 균  저장, 전배양, 일부 생장조건에서 특성을 상실(플라스미드의 상실)  물리화학적 스트레스와 장기간의 냉동 또한 특성의 손실에 영향을 받지 않는 균주의 개발  안정성이 높은 균주개발 3) 세포사멸과 손상  DVS, 냉동/동결건조시 요구되는 조건  많은 종의 생균세포를 가져야한다.  빠르게 성장하기 위한 짧은 유도기를 가져야 한다.  동결과 융해, 동결건조 및 수화  세포손상의 원인 : 동결방지제용, 낮은 온도에서 세포를 빠르게 동결  손상을 최소화  그외의 원인들 해동과 재냉동, 장기간의 해동, 소금과 양념혼합물에 의한 수화, 냉동조건에서의 장기간 보존 등  세포손상의 원인들을 이해함으로서 효율적인 생산(공정)관리 시스템 요구

18 13장. 종균과 박테리오파지 종균배양의 문제점 4) 원료의 저해제
 우유 (항생제, 장비소독제), 고기(인산염/아질산 등 살균제),  이러한 요소들의 조절을 통해 종균들의 생장을 방지하거나 줄일 수 있다. 5) 유산균의 박테리오파지 형태와 특성  과, 그룹, 형태로 분류 - 과 : 3개과(Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae) - 그룹 : 3개그룹(수축꼬리, A; 비수축긴 꼬리, B; 비수축 짧은 꼬리, C) - 형태 : 3가지 형태(작은 등척성 머리, 1; 작은 장구형 머리, 2; 큰 장구형 머리, 3)  Lactococcus lactis ssp. lactis; Lactococcus lactis ssp. cremoris : 광범위한 파아지 종류(12종)를 가짐 : Siphoviridae과 3종 (936, sk1; c2, c2; P335, TP901-1)  Streptococcus thermophilus (sfi 19; sfi 11)  Lactobacillus (L. delbrueckii(LL-H), L. plantarum (phi-gel), L. johnsonii (Lj 965), L. gasseri (adh), L. casei (a2)  Leuconostoc 과 Oenococcus : 적은 파지가 분리  Pediococcus : 아직 확인되지 않음

19 13장. 종균과 박테리오파지 종균배양의 문제점 5) 유산균의 박테리오파지 생활주기
 용균성주기: 부착(세균세포의 표면에 꼬리부착, 칼슘이온 요구)  DNA주입  DNA와 단백질 합성  조립  용혈에 의해 방출(200개정도)  생장주기 : 20~30분소요  용원성주기 - 세균의 게놈에 삽이되는 용원성상태 (프로파아지) - 5종의 프로파아지 가짐 - UV, mitomycine C 등에 의해 용균성 주기로 전환하는 것을 확인 숙주특이성  Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, Oenococcus에서 발견  특정파지가 한나의 특정 숙주를 가짐  감염시 칼슘이온이 필요 제어방법  파아지에 둔감한 배지, 균주의 교대, 혼합균주사용, 파아지 저항성균주 개발  유전공학적 방법 : 흡착억제, 제한효소시스템 등을 도입

20 13장. 종균과 박테리오파지 효모나 곰팡이의 배양 - 효모  베이커리, 맥주, 와인 및 증류주류에서 중요한 역할
 효모농축, 냉동 또는 건조된 형태로 공급 - 곰팡이  치즈등에서 곰팡이가 유용  균주개발의 조건 : 곰팡이독소를 생산해서는 않됨  포자를 수집, 분말형태로 건조, 포장, 유통

21 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 서론 - 발효식품  동식물 음식  오랜 저장  바람직한 산물로 변형하는 방법을 알게됨
 메소포타미아와 인더스 문명의 열대지역 (BC ) : 발효식품이 출현 : 발효유제품, 과일, 곡물을 이용한 알콜발효음료, : 효모 – 중동, 인더스. 이집트, 로마에서 인기  3500개의 발효식품이 전세계적으로 소비 : 소규모, 대규모 생산체계로 전환 : 치즈, 빵, 피클, 알코올음료 등이 확산  증가이유 : 소비자의 관심이 자연적이고 건강한 음식으로서 발효식품이 이를 충족 일반생산방법 - 제조의 2가지 요소  제품의 발효와 저장기간 동안 대사활동의 중요성  제품의 처리및 저장하는 동안 이용되는 변수 - 발효: 어떤 특정하고 바람직한 미생물의 대사와 성장을 촉진하기 위한 상태에 원료나 식자재를 노출시키는 것을 수반한다.  대부분 대사의 최종산물

22 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 - 원(시)재료  동식물 원료
우유(소, 버팔로, 양, 염소, 당나귀 등), 고기(소, 돼지, 양, 염소 및 닭) 달걀(닭과 오리), 채소 및 채소주스, 많은 과일과 과일주스, 곡물, 서류, 렌즈콩/콩, 종자 들이 포함 - 미생물의 사용  세균, 효모, 곰팡이 (개개 또는 혼합형태)  미생물의 최대성장과 최적 발효율 : 영양, 배양온도, 산화환원 잠재율, pH 등 - 발효과정  자연적 발효 : 자연적 품질의 일관성이 낮음, 원료에 의한 질병균의 유입 등  폐액 재사용 : 발효산물을 원재료로 사용되고 이전생산물의 미생물이 관여 제품의 실패와 식중독의 기회 또한 높다.  관리된 발효 : 스타터와 최적상태를 조절하여 지속적으로 예측가능한 품질을 유지

23 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 - 전세계에서 3500가지 발효식품  9가지 그룹으로 분류 표 14.1

24 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 발효 유제품들 - 두 그룹으로 분류 : 발효유제품과 치즈
 발효유제품 : 세균의 대사, 우유의 구성요소가 최종제품에 함유  치즈 : 우유의 구성요소의 큰 부분이 유장(청)에서 제거 우유조성과 품질  소 우유 : 3.2% 단백질, 4.8% 젖당, 3.9% 지방, 0.9% 미네랄/비타민/칼슘 87.2% 물로 구성  단백질 : 카제인 칼슘인 혼탁 콜로이드 카제인>용해성 단백질, 알부민, 글로불린  탄수화물 : 젖당  지방질 : 유화되어 방울거품으로 존재  미네랄 : 용해되어 카제인과 콜로이드로 존재  비타민 : 수용성과 지용성으로 존재  고체 구성물(칼슘 12.8%; total solids, TS) 지방 없는 TS  solid-not-fat(SNF, 칼슘 8.9%)  유청 : 수용성 요소, 지방 그리고 물로 구성  항미생물제 : 응집소, lactoperoxidase-isothoocynate 시스템  성장과 신진대사를 늦추고, 스타터배양을 억제  가열시 파괴되어 생유에서만 문제야기  열에 안정적인 프로테아제와 리파제(저온균에 의해 생성)를 함유  품질저하에 원인으로 작용 (치즈의 낮은 수율, 단백질분해, 악취)

25 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 - 발효 유제품들 1) 버터밀크
 Leuconostoc cremoris와 함께 또는 이것 없이 Lactococcus 종 2) 요구르트  Streptococcus thermophilus와 Lactobacillus delbrueckii subspp bulgaricus  그외 Lab acidophilus, casei, rhamnosus, Bifidobacterium spp 가 추가  몇몇 또한 Lactococcus, Lab plantarum, lactose-fermentating yeast (인도의 다히)가 추가 3) Acidophilus 우유 : Lab acidophilus로부터 생산 4) 비피더스 우유 : Bifidobacterium spp 로부터 생산 5) Lab casei 로부터 만들어진 우유 : Bifidobacterium spp 가 포함될 수 있음 6) Lab kefir 로부터 만들어진 kefir (Leuconostoc, Lactobacillus, Lactococcus spp 이스트 몇몇 종들) 7) Lab delbrueckii subsp 로부터 만들어진 Kumiss (bulgaricus 와 효모)

26 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 배양된 버터밀크 발효 미생물학 제품특성 제조과정
 신맛(젖산), 거품(CO2), 향기(디아세틸)  하얀색의 부드럽고 두꺼운 덩어리/쉽게 부서짐 제조과정  탈지우유 ≥9% SNF+구연산염(0.2%)  85℃로 20분 동안 가열(세균/바이러스 살균)  22℃로 냉각 스타터 첨가, 50분간 휘젓는다(공기 첨가)  12시간 동안 22℃에서 배양 (pH 4.7, 산도 0.9%)  젤을 부수고 4.5℃까지 식히고 간다(포장) 스타터 : Lac. Lactis ssp lactis 나 cremoris (산과 diacetyl) Leu. mesenteroides spp cremoris와(CO2) 성장 - 22℃에서 두 종이 균형 있게 성장 산, diacetyl, CO2가 균형 있게 생산 생화학 - Lactococcus(유당 분해), Leuconostoc(젖산, CO2, 디아세틸) - diacrtyl: acetaldehyde = 3:1~4.5:1 범위 (바람직한 풍미)

27 14장. 발효식품 생산에의 미생물학

28 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 요거트 발효의 미생물학 제품특성 제조과정
 플레인 요거트: 우유(틸지, 저지방)의 응고로 인한 반고체 덩어리, 신맛, 부드러운 식감  아세트알데히드(풍미의 90%), 젖산, 디아세틸 및 아세트산의 복합적 영향  플레인 요거트, 과일, 향료, 블랜드로된, 가당, 가열, 얼린, 건조된 및 탄산이든 요거트 제조과정  균질우유(12% TS)+안정제(1%)  85℃로 30분 동안 가열 43.3℃로 냉각(세균/바이러스 살균)  스타터 첨가, 43.3℃에서 6시간 배양 (pH 4.8, 산도 0.9%)  29.5℃로 냉각하고 30분간 배양, 교반  포장, 공기로 4.4℃까지 냉각하고  24시간 동안 유지(pH 4.3으로 감소) 스타터 : Streptococcus thermophilus와 Lactobacillus delbrueckii subspp bulgaricus (1:1로 유지하고 3:2를 초과하지 않는다) 성장 : 43.3℃이하에서 연쇄상균이 우점, 더 적은 산과 많은 풍미를 함유 생화학 : 젖당, 풍미, 포르산염, 점액형성(글리칸)

29 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 젖당 - 두 균 : 베타 갈락토시다아제 시스템 소유
- galactose : Lab (젖산 생산 또는 분비: 활성이 높지 않음); Str : 효소시스템이 없음 풍미 -디아세틸(0.5ppm), 아세트알데히드(25ppm) 포름산염 -락토바실러스 성장에 필요, Str. 에 의해 피루브산으로 부터 생산

30 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 점액형성(글리칸)
- Str. : 포도당을 중합하여 올리고당과 글루칸을 생성 – 요구르트의 점질성을 제공 단백질 분해 유전학 - Lac+ : 모두 효소시스템을 가짐 - Gal+ : 락토바실러스(+), Str(-) - Pro+, 파지저항(두균 파지를 가짐), 공생과 시너지효과, 대립효과, 결빙과 건조에 좋은 생존 미생물 문제 - 많은 아세트알데히드 생성 (떨은 맛을 제공), 쓴맛을 갖는 펩티드 생산, 점성, - 과일/견과류첨가로 과일의 맛을 제공, 색/맛 등 첨가

31 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 치즈 - 젖산, 레닌(카제인 응고), 우유생산 전체의 20%이상 사용
- 최근 치즈소비 증가로 유럽과 뉴질랜드에서 생산이 증가 1) 신선 치즈 ▪ Soft - 코티지 치즈 : Lac lactis ssp lactis/cremoris와 Leu mesenteroides ssp cremoris - 모짜렐라 치즈 : Str thermophilus와 Lactobacillus delbrueckii spp bulgaricus 2) 숙성 치즈 - Lac lactis ssp , Penicillium spp 이고 효모가 이차 세균집단인 브리치즈 ▪ 반경질 치즈 - Lac lactis ssp, Leuconostoc spp 인 고다치즈(프로피온산균이 2차 세균일 수 있다) - Lac lactis ssp, Leuconostoc spp 인 블루치즈(곰팡이, micrococci가 2차 세균일 수 있다) ▪ Hard - Lac lactis ssp인 체다치즈(일부 젖산균과 피데오코코시가 2차 세균일 수 있다) - Str thermophilus와 Lab helveticus, Propionibacterium spp 인 스위스치즈

32 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 코티즈 치즈의 미생물학 제품특성 제조과정(탈지우유)
 저지방 또는 탈지 우유로 제조, 80% 수분(부드러운 질감)  신선하고 디아세틸(젖산, 약간 아세트알데히드)로 인한 버터향을 갖음 제조과정(탈지우유)  살균, 22.2℃로 냉각, 스타터 첨가, pH 4.7에서 12시간 배양  경질의 응유  정육면체로 절단 51.7℃, 50분 또는 그 이상 조리  유장은 제거하고 마른 응유를 얻기 위해 추가로 작업  소금첨가  크림화 방부제첨가  포장후 냉장 스타터 : Lac lactis ssp lactis 와 cremoris의 혼합균주  산생성 Leu mesenteroides ssp cremoris  디아세틸 성장/생화학/유전학 : 버터우유와 유사 미생물의 문제점 : 젖당, 풍미, 포르산염, 점액형성(글리칸)

33 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 코티즈 치즈의 미생물학 미생물의 문제점 :
- 느린성장 (Lac+ 표현형이 약하거나 손실, 파지공격, 길항작용 - 커드의 부상분리법 : 많은 이산화탄소 생산 - 가혹한 맛 (아세트알데히드>디아세틸) - 낮은 생산 (단벡질분해효소) - 향미손실 (디아세티의 아세토인으로의 감소) - 부패 : 높은 수분과 낮은 산  부패저온균, 효모, 곰팡이에 의해 유도 : 방부제(소르베이트)사용  유통기한 연장

34 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 체다 치즈의 미생물학 제품특성 제조과정 스타터
 전유로 제조, 39% 미만의 수분함유, 48%지방 포함  오랜지-노란색, 향은 탄수화물, 단백질 및 지방의 효소가수분해를 통한 숙성기간 생성 제조과정  살균, 색소(안나토)+ 스타터 첨가  산도가 0.2% 증가하도록 30℃에서 배양  렛닛 추가  응고(30분) 정육면체로 절단  37.8℃에서 조리, 유장을 제거 체더링을 한다(응유)  갈고, 소금첨가, 틀에 넣어 16시간 압축을 통해 유장을 제거  10℃에서 5일간 말리고, 왁스칠, 4.4℃에서 1~12개월 정도 숙성 스타터 - Lac lactis ssp lactis 와 cremoris의 혼합균주  산생성 - Leu mesenteroides ssp cremoris (디아세틸) 향미를 위해 첨가할 수 있다. - 스타터는 냉동농축으로 사용(종균 직접 투여방식)

35 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 체다 치즈의 미생물학 성장 생화학 미생물의 문제
- 30℃에서 스타터 성장하여 60분 정도 0.2% 젖산을 생산 생화학 - 대사과정  디아세틸, 아세트산염, 에탄올 및 아세트알데히드, 젖산 등 생성 - 응유효소  응유, 낮은 산과 낮은 온도에서 응고 - 향미성분  지질 지방산  C8~C4, 기타 향미성분을 생산 유전학 - Lac+, 선호 ; 단백질분해효소(Pro+), 쓴맛과 응유의 저분자화 미생물의 문제 - 쓴 향 /쓴 펩타이드(소수성 느리게 생성/축척) - 표면이나 내부의 공기주머니(금형후 제거시) - 포자 (독소생성에 영향) - 식중독(황색포도상구균에 의한 장독소), 알레르기 유발

36 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 스위스 치즈의 미생물학 제품특성 제조과정 스타터
 전유(일부 탈지유)로부터 산과 응유와 함께 응고 단단하고 칼슘포함  41% 수분, 43% 지방 포함  중간크기의 눈(구멍)이 분포  프롤린에 의해 달콤한 맛, 견과 향이 남 제조과정  살균 + 스타터 첨가  산도가 0.2% 증가하도록 32.2℃에서 배양  렛닛(응유효소) 추가  응유(1/8인치로 제단) 51.7℃에서 1시간 조리  훼이제거, 커드를 6시간 압축, 사각형 덩어리를 제단, 소금물을 12.8℃에서 1~3일간 노출  표면 건조, 진공포장 12.8℃에서 7일간 숙성, 23.9℃에서 1~4주간 이동  2.8℃에서 3~9달 동안 보관 스타터 - Str thermophilus와 Lab helveticus  산생성 - Propionibacterium sp  치즈공형성, 맛, 풍미를 위해 2차적으로 첨가 (23.9℃에서 보관하는 동안 잘 성장)

37 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 스위스 치즈의 미생물학 생화학
- Str thermophilus (L(+) 젖산 ; Lab helveticus (D(-) 젖산  산생성 - Propionibacterium sp (23.9℃에서 프로피온산, 아세트산 및 CO2) , CO2(치즈공 형성) - Propionibacterium 의 펩티다아제  견과류의 향기와 단맛을 주는 아미노산으로 분해 미생물의 문제 - Clostridium tyrobutyricum 산이 낮은 치즈에서 오염  발아, 성장 부패취와 가스생성 - 니신은 보존제로 첨가

38 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 블루 치즈의 미생물학 제품특성 제조과정 스타터
 알맞게 단단하고(46% 수분, 50% 지방), 곰팡이에 의해 숙성된 치즈  잘 부서지고, 얼룩덜룩한 푸른색, 자극적인 지질 분해성 맛을 가짐 제조과정  균질화  저온살균  스타터 첨가 (산도 0.2% 상승시키기 위해, 32.2℃에서 배양)  레닌 추가  딱딱해질 때까지 배양, 절단 37.8℃에서 1시간 조리 유정제거  커드를 수집 6시간 압축(유청제거)  소금물에서 7일간 절임  공기를 통하여 곰팡이 포자를 첨가  10℃에서 4주간 높은 습도에서 저장  염지를 위해 4.4℃에서 3달 동안 저장 스타터 - Lac lactis ssp cremoris/lactis 그리고 Leu cremoris/lactis가 주된 스타터 (염지 전까지 성장; 젖산, 디아세틸, 아세트산 CO2, 아세트알데히드 생산) - Pen roquefortii의 포자가 2차 스타터로 역할 (10℃, 높은 습도에서 보관중 균사생산, 염지동안 유지, CO2제거, 공기공급)

39 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 블루 치즈의 미생물학 생화학
- Lac lactis ssp cremoris/lactis  젖산 생산 - Leu cremoris/lactis  젖산, 디아세틸, CO2 그리고 아세트산 - Pen roquefortii  지방(메틸케톤/D-락톤; 휘발성 지방산)/단백질 분해효소 생산

40 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 가속화된 치즈 숙성 고온에서의 경화 효소의 첨가 슬러리 방법 새론운 방법
- 효소(비효소) 작용 : 온도가 올라갈 때 증가  5~6℃보다 높은 온도에서 진행  13~16℃에서 숙성 : 경화시간은 50%이상 감소 (부패미생물의 생장 치즈에 문제를 일으키고, 식중독균의 성장에 우려) 효소의 첨가 - 종균의 세포내 효소가 경화에 중요한 역할  체다치즈에서는 경화시간은 감소되나 쓴맛이 발생 슬러리 방법 - 체다치즈 슬러리 : 40% 고체치즈와 물을 혼합(60%)  30℃에서 4~5일간 교반을 통하여 배양  풍미를 크게 향상, 치즈를 제조  단점 : 효소반응조절이 불가능하고 부패세균/병원균의 성장 가능성 새론운 방법 - 박테리오신을 적용시킨 치즈, 높은 정수압을 통하여 세포내 효소숙성 향상 등 연구….

41 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 발효된 육류제품
- 혼합물(고기, 지방, 소금, 설탕, 경화제 및 향신료)  종균첨가  발효  산, 경화제에 의해 고형화(세균과 부패균의 성장억제)  수분화성도 감소  건조, 훈연(안전성과 저장성) - 유래  지중해지역에서 유래되어 유럽과 북아메리카로 전파  건조(가열) 및 반건조제품(가열/훈연) - 제품  페퍼로니, 제노아 살라미, 단단한 살라미, 여름소시지, 소고기스틱, 소고기로그, 튜링거 소시지, 세르블라, 이탈리아 살라미 등  소고기, 돼지고기가 주로 이용  최근 닭, 칠면조 등이 이용

42 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 반건조 소시지의 미생물학 제품특성 제조과정
 여름소시지, 튜링거 소시지, 반건조 살라미를 포함  30% 지방, 20% 단백질, 3% 무기질(소금), 47% 수분으로 구성  젖산, 아세트산, 디아세틸, 단배질 및 지방 가수분해 산물이 결합  특징적인 맛과 톡쏘는 맛을 가짐, 향신료에 의한 맛에 기여, 아질산염 포함(핑크색)/무아질산(회색빛) 제조과정  고기, 염류, 포도당, 경호제, 향신료, 스타터를 혼합  포장 80-90% 상대습도  ℃에서 발효  pH 5.2~4.6으로 떨어질 때 까지 배양 (60℃에서 배양하고 10℃까지 냉각)  4.4~10℃에서 3-4일간 저장, 진공포장, 바로 판매  경화제(100 ppm), 아질산염을 포함, 훈연실에서 발효할 수 있음 (8~12시간, pH는 제조자 수준)

43 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 반건조 소시지의 미생물학 스타터 성장
- 높은 온도와 낮은 pH : Pediococcus acidilactici 가 선호 (Ped pentosaceus 도 이용) - 낮은 온도와 높은 pH : Lab plantarum 이 선호 (Ped pentosaceus 도 이용 ) - 그 외 Pediococcus, Lactobacillus - Micrococcus sp., Sta carnosus  소시지의 색상에 유익한 효과 - 자연발효시 원료에 존재하는 중요한 유산균 스타터  Lab sake, Lab curvatus, Leuconostoc spp. 성장 - 초기 스타터의 성장을 위해 pH 로 줄이기 위해 산 생성은 매우 중요 - 최적생육온도(40, 35, 30℃) : Pediococcus acidilactici, Ped pentosaceus , Lab plantarum - 32.2℃에서 성장 : Micrococcus sp., Sta carnosus - 60℃에서 사멸 : Ped pentosaceus , Lab plantarum - 60℃에서 성장가능 : Pediococcus acidilactici, Micrococcus sp., Sta carnosus - 낮은 pH 와 낮은 수분활성도 : 완제품에서 스타터의 성장을 억제

44 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 반건조 소시지의 미생물학 생화학 미생물적 문제점
- Pediococcus : 동형젖산균으로 젖산, 소량의 아세트산과 디아세틸 생성 - Lab plantarum 이: 이형젖산균, 젖산, 아세트산, 에탄올, 디아세틸 생산 - 과산화수산생산 (미오글로블린의 산화유도) - Micrococcus sp., Sta carnosus, Lab plantarum  아질산염을 질산염으로 줄일 수 있음  아질산을 생성시 핑크빛을 띄도록 함 - 단백질/지방가수분해효소  활성아민을 생성할 수 있음 유전학 - H2O2, 바이오제닉아민 비생산 - 박테리오신 생산  병원성과 부패세균을 제어 - Pediococcus acidilactici  설탕을 분해하지 못하여 단맛과 신맛을 내는 제품생산 - 다당류  제품의 질감을 향상 미생물적 문제점 - pH, 소금 등으로 인한 문제점 - 진공포장으로 인한 문제점 - 바이오제닉 아민생성

45 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 발효 채소제품 독일김치의 미생물 - 채소류 : 많은 종류의 유산균이 존재
 소량 및 대량생산에 이용  독일 김치(양배추), 올리브, 오이, 당근, 셀러리, 콩, 무, 옥수수, 오크라, 토마토, 꽃 양배추, 고추, 양파, 시트론, 비트, 순무, 무, 근대, 다년생 초본 등  우리나라 : 김치류 등 다야한 제품 독일김치의 미생물 제품특성  자른 양배추를 발효하여 생산, 깨끗한 산취와 신맛 제조과정  양배추를 깨끗이 씻고, 손질, 일정 크기로 자른다.  공기가 빠지도록 용기 눌러 담은 뒤 층층이 소금을 넣는다(2.2%)  공기를 없애기 위해 뚜껑을 덮은 다음 18℃에서 2달간 발효

46 14장. 발효식품 생산에의 미생물학 독일김치의 미생물학 스타터 성장 유전학
- Lactococcus, Leuconostoc속이며 소수 Lactobacillus, Pediococcus - 염도 2.25% Leuconostoc mesenteroides 성장 (혐기적, 낮은 온도에서 성장촉진)  1% 산도에서 성장속도가 감소  산도 1.5%에서 Lab brevis 성장속도 증가  Ped pentosaceus 는 산도 1.8%까지 증가  Lab plantarum 산도 2%에서 성장 성장 - Leuconostoc 속  젖산, 아세트산, 에탄올, CO2, 디아세틸 - 그 외 유산균 등에 의해 사우어크라우트의 독특한 풍미를 제공 유전학 - 산을 빨리 생성하고, 좋은 맛을 생산, 적은 양의 CO2 생산, 항균제 혼합물 생산 능력

47 15장. 장의 유익한 세균 서론 발효식품  장 질병 예방  건강상 유익한 식품으로 인식 - 초기 과학적인 근거 없음
- 최근 발효식품 = 인간 위장관 미생물의 활성에 기여  찬성 : 다양한 건강상의 이익을 주장  반대 : 과대 포장, 만병통치가 아니다 - 1907년 메치니코프  요구르트의 균과 대사산물  위장관내에서 해로운 산물을 무해화  건강 예방효과 - 1970년대  발효식품이 천연이고 건강에 좋다라는 인식 증가  판매량 급증  생균세포  프로바이오틱스(Probiotics)로 지정  건강상 이익에 영향을 미치는 특성 수로 섭취하는 살아있는 미생물을 포함 - 위장관에 유익한 미생물, 발효유제품의 유익한 효과에 대하여 살펴본다.

48 15장. 장의 유익한 세균 인간 위장관의 미생물학 - 위장관 : 인간의 전체세포 수보다 많은 1014 이상의 미생물
 웰빙에 커다란 영향을 미침 (신진대사 활성화)  1000종 이상  30-40종이 95%이상을 구성 소장(small intestine) 대장(large intestine, colon) CFU/g - Lactobacillus - Enterococcus CFU/g - Enterobacteriaceae - Bacteroides, Fusobacterium Clostridium, Eubacterium Enterococcus, Bifidobacterium Lactobacillus

49 소장 대장 위  104/g (pH 2) 직장 회장 103–105/g (pH 4) 공장 108/g (pH 5)
그림 25.30 위  104/g (pH 2) 직장 회장 103–105/g (pH 4) 공장 108/g (pH 5) 결장 1011–1012/g (pH 7) 십이지장 맹장 Figure Numbers of bacteria in the monogastric human gastrointestinal tract. 소장 대장

50 그림 25.31 Bacteroidetes (23%) Actinobacteria (3%) Firmicutes (64%)
Lachnospiraceae 1. 소속 불분명 2. Coprococcus 1 3. Dorea 4. Lachnospira 5. Roseburia 6. 소수 종류 Streptococcaceae Actinobacteria (3%) 2 6 미분류 및 기타 소수 세균 종류 3 4 5 Lactobacillaceae Ruminococcaceae 2 Verrucomicrobia 1. 소속 불분명 Enterococcaceae Firmicutes (64%) Proteobacteria (8%) 2. Faecalibacterium 기타 Firmicutes Figure Microbial composition of the human colon inferred from 16S rRNA gene sequences. 3. Papillibacter 1 Erysipelotrichales 4. Ruminococcus 3 4 기타 Clostridiales 5. Subdoligranulum 5 6 Veillonellaceae 6. 소수 종류

51 15장. 장의 유익한 세균 인간 위장관의 미생물학 - 자궁에서 태아의 소장 미생물이 없음
 출생  질과 분변으로 부터 미생물상이 소화기관으로 유입  모유와 분유로 키운 아기의 분변 (대장균과 Enterococcus 가 발견)  모유 : 대변  많은 수의 Bifidobacterium, 대장균, Enterococcus 낮은 수준으로 발생  분유 : 대변  대장균, Enterococcus, Clostridium, Bacteroides와 함께 Bifidobacterium과 같은 우점종이 결여되어 설사유발  모유로 자란아이가 다른 음식물을 섭취 : 대장균, Enterococcus, Clostridium, Bacteroides 은 증가하지만 Bifidobacterium 은 여전히 높은 수로 존재  모유가 완전히 중단 : 대장균, Enterococcus, Clostridium, Bacteroides는 유지 Bacteroides, Bifidobacterium 그리고 Lactobacillus 종이 우점 - 장의 미생물상 : 토착유형(자생종, autochthonous)와 단기 체류 유형(외래종, allochthonous)  토착종 : 장관세포에 부착, 특정 수를 유지(영구거주자)  외래종 : 자연적, 항생제 흡수와 같은 환경적 요소로 인한 토착종을 대체하는 임시종

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53 주요세균 기관 주요 생리작용 식도 pH 2 위 pH 4–5 소장 pH 7 대장 식도 Prevotella
Streptococcus Veillonella pH 2 산(HCl) 의 분비 거대분자의 소화 Helicobacter 위 Proteobacteria Bacteroidetes Actinobacteria Fusobacteria 십이지장 Enterococci pH 4–5 계속적인 소화 단당류, 아미노산, 지방산, 물의흡수 Lactobacilli 공장 소장 Bacteroides Bifidobacterium Clostridium 회장 Enterobacteria Enterococcus Escherichia Eubacterium Figure 27.9 The human gastrointestinal tract. pH 7 담즙산, 비타민 B12의 흡수 Klebsiella 결장 대장 Lactobacillus Methanobrevibacter (Archaea) Peptococcus Peptostreptococcus Proteus Ruminococcus 항문 Staphylococcus Streptococcus

54 15장. 장의 유익한 세균 - 토착미생물상  공장에서는 여러 종의 Lactobacillus 대장에서는 Bifidobacterium 등이  위장관의 건강에 유익한 효과를 보임 - 인간의 장과 내용물로부터 다양한 유산균과 비피더스균이 분리 - 나이, 음식습관, 건강조건 : 종과 분포에 영향을 미침 - Lactobacillus 종의 일부가  단기 체류형으로 판단  초기 주된 토착종 : Lab acidophilus, Lab reuteri, 그리고 일부 Bifidobacterium  Lab casei, Lab rhamnosus와 같은 Lactobacillus가 유익하다고 실험이 진행되어 왔음  대장의 많은 수가 토착 Lactobacillus 종의 존재는 소장으로부터 유입 유익한 세균의 주요한 특성 - Lab acidophilus, Lab reuteri, 그리고 일부 Bifidobacterium  3종은 인간의 위장관 뿐만 아니라 동물, 조류에서도 발견  그람 양성균, 혐기성조건에서 생장  대사산물 : Lab acidophilus(동형젖산), Lab reuteri (이형젖산, 젖산, 에탄올 및 CO2) Bifidobacterium (젖산과 초산, 2:3)  위산에 덜 민감, 담즙, 라이소자임, 소장에 존재하는 췌장효소(Pancreatic enzyme)에 내성  Lactobacillus: 공장에서는 낮은 수로 회장에서는 높은 수로 존재 Bifidobacterium : 결장의 중심부 쪽에 존재  집락을 형성하지만 점막에 부착하는 특성은 차이가 있음

55 15장. 장의 유익한 세균 - 3가지 종은 위장관 미생물상의 균형을 유지하는 데 도움을 줌
 많은 양의 젖산과 초산을 생산하는 능력을 통해 생성 - 항균물질 생산 : 장 건강을 유지하는 역할을 함 (유해균의 생장을 억제)  Lab acidophilus( 박테리오신을 생산)  그람양성균에 효과적  담즙산을 분해하여 항생물질을 대사하기도 함  Lab reuteri : 글리세롤에서 생장하는 동안 루테린 생성 (그람양성과 음성 모두 억제)  Bifidobacterium (일부 항생물질을 생산) - 유익한 효과  CFU/g 보다 높은 수로 존재시 나타남  동물보다는 식물유래 식품의 식이는 균의 수를 증가를 유도 - 항생제섭취, 정신적 스트레스, 굶주림, 부적절한 식이습관, 알코올 남용, 질병과 위장관 수술등  위장관내 미생물 수를 감소하는 데 원인으로 작용  유익균의 수의 감소  원하지 않는 토착, 단기 체류 세균의 성장을 촉진  장내 병원균에 의한 설사, 고창(복부팽만, 가스), 감염을 포함하는 장의 문제를 야기

56 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스의 유익한 효과 40년 동안 3가지 유형의 제품들이 소비되어 왔음 1) 발효유제품
 Lactobacillus delbrueckii ssp bulgaricus + Streptococcus thermophilus  Lab acidophilus와 다른 종의 유산균을 첨가한 요구르트  Lab acidophilus함유 저온살균우유 2) 음료와 첨가물  Lab acidophilus, Lab reuteri, Lab casei, Bifidobacterium 종들과 같은 하나, 둘 또는 더 많은 유형의 유익한 장내세균을 포함 3) 정제, 캡슐, 과립의 형태로 살아있는 세포들의 건강기능 또는 의약품 - 유익한 효과  장내 병원균에 대한 보호  유당을 분해/효소를 제공  유해식품성분과 대사산물을 무독화  장내 면역시스템을 자극  장 연동운동을 향상

57 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스의 유익한 효과 1) 유당가수분해
- 우유의 유당  결장내로 유입 (대장균등)  포도당과 갈락토스로 분해  산과 가스를 생성  고창을 유발 - 유산균 : 유당을 분해하여 젖산으로 전환  장내에서 고창을 경감 - 요구르트를 섭취  유당이 감소된 요구르트로 인하여 고창 등의 발생을 경감 - 유산균은 소장에서 성장  유당분해효소를 생산하여 제공 - 유산균제의 개발시 , 유당분해효소가 결여된 균주, 숙주특이성이 없는 균주, 장에 부착할 수 없는 종, 낮은 생균세포가 첨가 등은 효과를 보기 어려움 2) 혈청 콜레스테롤 수준 감소 - 유산균의 높은 증가  혈청 콜레스테롤의 낮은 수준을 제공 - 원인 1) 식이 콜레스테롤을 대사하는 장 유산균의 능력  혈액으로 흡수되는 양을 감소 2) 담즙산을 분해함으로서 간에서 재흡수를 방지  간에서 담즙산 합성을 위해 콜레스테롤을 더 많이 사용  혈청의 콜레스테롤 수준을 낮춘다 - 따라서 상기 두 가지 능력을 갖는 유산균주를 활용할 경우 유익한 효과를 얻을 수 있음

58 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스의 유익한 효과 3) 대장암 감소
- 결장 미생물군  발암전구물질 생성 효소  대장암을 유발하는 발암물질을 활성화 - 유익한 장내세균, Lactobacillus, Bifidobacterium 종은 결정에서 유해균의 성장을 억제  발암유발물질의 생성을 억제 - 유익균  장 연동운동을 증가  대변물질의 정기적인 제거를 도움 - 발암유발물질인,  베타-glucuronidase, azoredutase, nitroreductase 와 같은 효소의 배변 농도를 감소  유익균의 농도가 높게 유지  결정의 이상함몰 형성을 감소 - 아직 명확한 메커니즘은 밝혀져 있지 않음 4) 장의 장애 감소 - 원치않는 세균, 병원성균, 로타바이러스의 감염  장의 장애를 유발 - 항생제치료에서 유아와 성인 모두 유익균이 손실  유해균의 증가로 인한 설사 등 유발 - 유익균의 높은 수로 유지  유해균을 제어하는 항균물질(산, 박테리오신, 루테린 및 기타)을 생산  관련 기작들이 일부 밝혀져 있음 - 프로바이오틱 세균  특정 면역글로블린 항체 증가, 장 투과성 감소, 장 미생물을 정상화

59 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스의 유익한 효과 5) 면역반응 조절
- 장의 방어장벽에 영향을 주고, 체계적이고 국지적인 면역반응에 도움을 줌  소화관에서 림프조직의 발달기간인 어린 나이에 더 효과적임  어린 나이에 위장관의 생물상의 정상적인 확립  소화관에서 염증반응과 관련된 항원의 경구투여에 대한 면역력을 발달시키는 데 도움 - 그외 장투과성 변화, 소화관 미생물상 변화, 장의 면역장벽기능을 개선, 장염증성 반응을 완화 - 프로바이오틱스  세포 및 체액성 면역반응을 활성화  사이토카인 TNF-α, il-6, IL-2, IL-18을 생성하는 대식세포를 활성화  T세포를 활성화 예) 프로바이오틱스 : 로타바이러스 감염을 제거하기 위한 항바이러스 IgG와 부착을 막기위한 점막분비 IGA의 생성을 증가 6) 알러지 질병 감소 - 식품, 물, 공기 및 기타 환경근원들이 몸 속으로 들어온다.  지나치게 위생적인 환경과 반멸균 가공식품의 공급은 면역시스템을 약하게 할 수 있음 - 유익한 프로바이오틱스 : 소염사이토카인의 생산을 자극하고 민감한 알러지 반응을 줄임으로서 그런 반응에 대한 억제효과를 가질 수 있음

60 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스의 유익한 효과 다양한 이점 전염성이 있는 병원체를 위한 백신 운반제로서 프로바이오틱스
- 숙주에 병원체 집락형성 및 감염을 방지하기 위한 백신운반체로서 활용 - 질로부터 분리된 Lab jemsenii  HIV 특이 CD4를 수용체를 클로닝  HIV의 표면 단백질인 gp120와 숙주세포의 CD4수용체와 상호작용을 통하여 감염  CD4를 갖는 유산균에 HIV가 결합함으로서 숙주세포의 감염을 감소 - 내독소 결합지질다당류를 클로닝  장출혈성 대장균이나 Vibrio cholera 의 독소가 투여시  설사를 감소 - 아직 실용화되지는 않았지만 흥미롭고 유망한 연구 다양한 이점 - 비뇨생식기감염에 대한 예방, 장으로부터 칼슘흡수증가, 내분비체계 자극, 성장촉진, 항노화 등과 관련된 건강상의 이익들이 주장되고 있어 이에 대한 입증을 위한 연구가 필요

61 15장. 장의 유익한 세균 고려해야 할 일부 측면 - 유익한 유산균의 개발에 있어 고려되어야 할 인자들 1) 균주변이
- 유익한 균주들 : 부착능력과 특이성에 차이가 있다.  장내 부착성 증가는 균총의 형성에 중요한 요인으로 작용  균주의 실험실조건에서 보존시 이러한 부착능력의 손실로 인한 문제점 개선 요구 2) 위산에 대한 민감도 - 위의 낮은 pH에 대한 균주의 생존력은 매우 다양  대부분은 위를 통과할 때 사멸  위의 낮은 산도에서 생존함으로서 소장으로 이동할 수 있음, 3) 세포의 생존능력과 손상 - 냉동, 건조 낮은 pH, 높은 염분, 그리고 많은 화학물질에 노출  유익한 세균은 사멸될 수 있음 - 또한 위산, 담즙산염, 소장의 라이소자임에 의한 손상으로 사멸될 수 있음 - 현재 16~18시간 배양된 건강한 세포를 사용하거나 영양분의 공급으로 사멸을 경감

62 15장. 장의 유익한 세균

63 15장. 장의 유익한 세균 고려해야 할 일부 측면 - 유익한 유산균의 개발에 있어 고려되어야 할 인자들
4) 복용수준과 지속시간 - 유산균 복용에 따른 효과 : 14일간 매일 109 cfu를 소비하였을 때 이점을 준다고 함 - 실질적으로는 표 15-1과 같은 실험에서 2종만 효과적인 것으로 나타남 5) 유도된 유당 분해효소의 특성 - Lab acidophilus 에서 유당분해효소는 유도효소이다  포도당에서 생장될 때 유당 분해효소를 가지지 않는다. 6) 항세균 물질 - 유산균에서 여러 박테리오신, 유기산, 루테린 그람양성과 음성균에 항균성이 확인  향후 항균성물질에 대한 규명연구가 필요 7) 실제 종과 균주 - 균주의 동정과 유래에 대한 명확한 입증이 필요 예) Lab acidophilus 에 의한 프로바이오틱스가 판매  동정시 다른균주로 판명

64 15장. 장의 유익한 세균

65 15장. 장의 유익한 세균 고려해야 할 일부 측면 - 유익한 유산균의 개발에 있어 고려되어야 할 인자들
8) 연구분야의 전문지식 - 연구자들은 미생물학, 소화기병학, 면역학, 종양학 그리고 관련분야에 대한 이해의 부족  재현성이 약한 결과를 초래  효과에 대한 불신 - 명확한 연구결과의 확보를 위한 공동연구 등 활성화 개발현황 - 다양한 유형의 프로바이오틱 제품들이 출시되고 있음  유럽, 동남 아시아 국가에서 - 제품에 대한 건강상의 이점에 대한 홍보와 달리 효과가 명확하지 않음 - 제조된 제품의 경우도 종명, 함유량 및 효과가 불명확한 경우 가 많음  불신을 유도 동일성 규격 - 공동의 노력  동일성 규격 - 1) 위장관 상피세포애 부착 2) 위장관 상피세포에 장내 병원균들의 부착 방해 3) 정상적인 미생물의 불균형 없이 위장관에 끊임없이 지속되는 능력 4) 항균 대사물질의 생성 5) 공동응집 6) 위장관에 정상세균총을 형성 7) 숙주에 대한 능력을 포함

66 15장. 장의 유익한 세균 - 5종의 유산균들은 프로바이오틱스로 사용이 효과적이라고 간준
 Lab acidophilus NCFM , Lab casei Shirota, Lab casei CRL431, Lab rhamnosus GG Lab reuteri MM53  그 외에도 몇 년동안 Lactobacillus와 Bifidobacterium 의 여러종/균주들이 목록에 포함 과학적 위상 개요 - 최근 제조업자들이 사용하고 있는 다양한 균들  Lab acidophillus, bulgaricus, casei, fermentum, johnsonii, lactis, paracasei, plantarum, rhamnosus, reuteri,  Bifidobacterium bifidus, longum, brevis,  Streptococcus thermophilus,  일부 효모 - 미래연구  규주의 계통발생규명,  인체기반 건강상의 이익에 대한 연구들의 실시  균주가 어떻게 이점을 생성하는지에 대한 정확한 메커니즘 해명  이점을 위해 요구되는 기간과 생균세포의 복용수준을 규명  위장관의 상피세포에 부착하는 균주의 능력 해명  정상적인 위장관 미생물상에 프로바이오틱 균주가 미치는 영향을 연구  프로바이오틱균주의 적절하고 효과적인 전달체계 규명

67 15장. 장의 유익한 세균 병원성 - GRAS 의 증명 - 16세기 독일과학자 파라셀수스(Paracelsus)
“ 모든 물질은 독이다, 올바른 복용량은 독과 치료의 차이다.” 1. 균주의 실제 정체가 알려져 있지 않다. 2. 이점에 대한 너무 염려스러운 것은 개인이 대량으로 제품을 소비할 수 있다는 것 - 면역이 저하된 경우 대량복용은 건강에 위해를 일을 킬수 있다 3. 분류가 정확하지 않은 균이 많다. 4. 심지어 남용에도 불구하고 유익한 세균으로부터 건강 위해의 발생정도는 매우 낮다.

68 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스, 프리바이오틱스, 신바이오틱스 프로바이오틱스 (Probiotics)
-1989, 풀러(Fuller)  일반 영양성분이상으로 건강상 이익을 줄 수 있는 특정 수의 섭취(인간, 동물, 그리고 새들) 로 살아있는 미생물을 포함하는 제품  미생물은 살아 있어야 하고 높은 수(109/일)를 섭취해야한다.  얼마 동안, 어떤 미생물을 섭취해야 하는지는 명확하지 않다.  과학적인 임상연구  건강상 이익이 된다는 결과가  신뢰성을 확보한 공인된 학회지에 출간(일부의 주장이 아닌)  건강상 이익이 되는 메커니즘(작용기전)  명확한 기준도 없음 - 프로바이오틱을 나타내는 미생물의 기준 1) 출처나 유래 2) pH와 담즙산염에 대한 저항성 3) 부착과 집락형성 4) 병원체의 경쟁적 배제(제어능력) 5) 면역조절 6) 안전성 7) 식품가공조건에 안정성 8) 감각평가 9) 소비자 수용성 10) 인간임상시험을 통한 효능평가

69 15장. 장의 유익한 세균 프로바이오틱스, 프리바이오틱스, 신바이오틱스 프리바이오틱스(Prebiotics)
- 프로바이오틱 세균의 유익한 효과  위장관에서 높은 수로 존재  소장(Lactobacillus)/결장(Bifidobacterium) - Bifidobacterium의 선택적 생장을 자극하는 이점을 제공하고 높은 숫자에 도달하도록  하나 또는 그 이상의 선택적 탄소와 에너지원으로 제공되는 영양소를 일컬음  결장에서 하나 또는 제한된 수의 세균 또는 둘 다 생장이나 활성을 선택적으로 자극함으로서 숙주에게 유익한 영향을 미치고, 숙주의 건강을 개선시킬 수 있는 소화학기 어려운 식품재료로 정의 - 연구되고 있는 프리바이오틱스 : 락티톨(lactitol), 락툴로스(Lactulose), 프락토올리고당, 갈락토올리고당, 유과올리고당(lactosucrose), 알파-이눌린 등 신바이오틱(synbiotics) - 프로바이오틱 + 프리바이오틱 혼합(함께 사용) - 많은 수의 유익한 소화관 세균 뿐만 아니라 그들을 위한 영양분을 제공함으로서 빠르게 증식할 수 있도록 하고 더 효과적으로 건강상의 이익을 생성할 수 있을 것으로 추정 - 이들의 효과를 밝히기 위해 연구

70 15장. 장의 유익한 세균 바이오제닉 프로바이오틱 세균의 게놈 서열
- 발효유제품의 건강상 이익  유산균과 우유 영양소의 대사 부산물에 기인 식품영양에 있어서 미생물 대사활동을 통해 유래된 식품의 성분들을 바이오제닉으로 명명 - 예) 버터밀크  Lactococcus lactis 요구르트  lab delbrueckii ssp bulgaricus 단백질가수분해효소  펩타이드  고혈압을 가지고 있는 개인의 혈압을 낮추는 기능 프로바이오틱 세균의 게놈 서열 - 서열분석  유전적, 기능적 다양성을 비교

71 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 서론 발효식품 - 섬세하고, 상쾌한 맛을 제공할 뿐만 아니라
더 긴 유통기한을 가지며 식중독 발생으로부터 발병의 기회를 줄일 수 있음을 발견  원재료 보다 발효식품이 더 긴 보존기간을 가짐  안전성과 안정성을 가짐 - 식품등급의 세균유래 항균성 대사산물들 표16.1

72 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 보존료로서 유산균의 생균세포 식품 보존료로서 유기산, 디아세틸, 과산화수소, 루테린
- 5℃나 그 아래의 온도에서 식품의 냉장 저장동안 부패와 병원균을 제거하기 위해  중온성 Lactococcus lactis, 일부 Lactobacillus 속, Pediococcus 종의 많은 수의 생균 세포첨가  저온부패 및 병원성 세균의 생장이 억제 - 약간 더 높은 10~12℃에서 일부 부패 및 병원성 세균의 생장 또한 감소 - 저온발육생물의 생장은 냉장보관 4-10일 동안 90% 또는 그 이상까지 억제 - 억제특성  유기산, 박테리오신, 과산화수소인 항균성 화합물의 방출에 기인 식품 보존료로서 유기산, 디아세틸, 과산화수소, 루테린 유기산 - 젖산, 초산, 프로피온산을 생산하는 종균  안전하다고 간주되는 물질, 맛과 유통기한을 향상  1~2% 수준으로 사용 - 초산 염 및 식초(5-40%, 초산)  G+/-, 효모, 곰팡이 생장을 억제/생존력을 감소  초산 0.2%  정균작용; 0.3%이상 살균작용 (그람음성균에 더 효과적)  낮은 pH(4.5이하) 더 효과적임  셀러드 드레싱이나 마요네즈에 첨가, 사체의 세척제로도 사용 -

73 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 - 프로피온산과 그 염  진균증식 억제제로 식품에 사용, G+/-에도 억제/생존력 감소작용  pH 5 / 그 이하 , 0.1~0.2% 산성  치즈, 버터 및 베이커리 제품에서 곰팡이를 제어  시럼, 사과소스, 신선과일 : 세균과 효모의 생장을 방지 - 젖산과 그 염  pH 5이상으로 사용될 때 항균보다는 맛의 향상을 목적으로 사용  pH 5나 1-2%수준으로 사용될 때 확실한 항균효과, G+/- - 비해리성 분자  해리상수 pKa ; 초산 4.8, 프로피온산 4.9, 젖산 3.8  방출된 H+이온  양성자동력 무효화, 내부 pH의 감소로 단백질변성/생존력 손실을 유도 - Salmonella typhimurium, E, coli O157:H7  낮은 pH에 저항성 디아세틸 - 항균성 (G+/-)  G-, pH 5.0 또는 그 이하, %에서 효과적 - 열을 가할 경우 살균효과가 증가 - 강렬한 향으로 낙농제품에 한정, 장기 저장시 휘발에 의해 소실, 항균효과저감, - 항균작용: 효소 비활성화, 효소의 아르기닌과 반응 촉매자리를 변경 -

74 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 - 과산화수소
- 유산균의 호기적 배양시 생성, catalase, peroxidase의 결여  외부로 방출 - 생산량 : 일부 6-8 ug/ml(정균작용), 드물게 mg/ml (살균작용) - 강력한 산화제로, 세균, 곰팡이 및 바이러스에 대해 항균성을 가짐 - 혐기성에서는 생산량이 제한 - 생우유 (젖과산화효소-티오시안산염 시스템을 활성화) : 과산화수소와 반응  차티오시안산염 또는 차티오시안산염산  강력한 산화제로 그람 음성세포의 막단백질의 티올그룹을 산화,  저온살균시 위 시스템이 파괴 - 생우유와 생액체 달걀 : 부패 및 병원균의 제어를 위해 25 ppm을 허용  저온살균전에 catalase에 의해 제거 루테린 (Reuterine) - Lactobacillus reuteri  G+/-에 항균성을 갖는 작은 분자인, 루테린)을 생산  리보뉴클레오티드 환원효소와 간은 일부 효소를 불활성화, 항세균작용 - 글리세롤이 이 존재시만 생산 -

75 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 식품보존료로서 유산균의 박테리오신 박테리오신 생성균주
- G+/-균에서 생성되는 생물작용 펩타이드(bioactive peptide)  유산균과 일부 프로피온산 세균에 의해 생성되는 박테리오신  항균효과  리보솜에서 합성, 양이온, 양친매성, 알파나선 또는 베타판구조를 가지며, 또는 두 가지 모두 티오에테르, 이황화 다리 또는 자유 티올 그룹들을 가짐  양친매성의 알파나선구조의 존재  세포 막 표면에 결합될 때 세포의 사멸과 기능의 불안정을 야기 박테리오신 생성균주 - Lab lactis, acidophilus, plantarum, sake, cuvatus, Str thermophilus Leu mesenteroides, carnosum, gelidium, Ped acidilactici, pentosaceus, parvulus Tetragenococcus halophilus, Carnobacterium piscicola, Enterococcus faecalis,faecium Bif bifidum - 민감한 세포에 대해 살균작용, 낮은 농도에서 매우 빠르게 사멸  그람양성세균들이 민감; 그람음성세균이 저항성을 가지더라도 LPS구조의 손상에 따라 민감해질 수 있음 - 박테리오신의 일반적인 특징  생산균주 자신은 면역성을 가지나 다른 박테리오신에 대해서는 민감하거나 저항성을 가짐  하나이상의 박테리오신을 생산 할 수 있다.  다양한 종과 속의 균주들은 동일한 박테리오신을 생산할 수 있다.

76 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 박테리오신의 특성 -  다양한 아종의 균주들은 서로다른 박테. 을 생산할 수 있다
 기타,,,,,,, 박테리오신의 특성 - 박테리오신 생성은 보고되었으나 아미노산서열이 결정되지 않았다.  최근 45개 만이 결정  다양한 이름이 주어졌지만 아미노산 서열은 동일… - 살균작용  낮은 pH에서 더 높고, 고온에서 비교적 안정, 유기용매에 의해 영향을 받지 않음  높은 농도에서 음이온은 경쟁적배제에 의해 양이온 박테리오신의 살균효과를 줄임  가수분해효소에 의해 활성이 손실  이황화결합을 가지는 단량체는 결합교환에 의해 이량체와 삼양체를 형성(살균효과는 유지) - 리보솜합성 펩타이드로 특성화  N-말단 선도 펩타이드와 C-말단 프로박테리오신을 포함하는 프리박테리오신으로 지정  선도펩타이드는 ABC수송체를 통하여 이동하는 동안 제거  하나의 펩타이드를 가지거나 두 개의 펩타이드 사슬을 갖기도 함 - 그룹 : 클래스I(란티오닌 고리를 포함하는)과 II (란티오닌을 갖지 않음) 표 16.2  클래스II  하나 또는 두 개의 이황화 고리를 형성하는 2개 또는 4개의 시스테인을 가짐, -

77 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 -

78 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 박테리오신의 특성 -
- 그룹 : 클래스I(란티오닌 고리를 포함하는)과 II (란티오닌을 갖지 않음) 표 16.2  클래스II  하나 또는 두 개의 이황화 고리를 형성하는 2개 또는 4개의 시스테인을 가짐,  자유 티올 그룹을 가질 수 있다.(그림16.1) -

79 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 박테리오신의 특성 - - 아미노산서열의 매우 적은 유사성
일부 몇몇 클래스II : 선도 펩타이드(-1과 -2의 위치)의 C말단 끝에 –G-G-를 가진다. 선도 펩타이드를 제거하기 위한 인식자리 (표 6-3) -

80 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 박테리오신의 특성 - - 시스바이오틱스의 하위 그룹: 여러 서열 유사성을 갖는다,
 N-말단 절반에 있는-YGNGV-  살균특성에 중요한 역할을 함  적어도 2개의 시스테인은 이황화 결합을 형성 -

81 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 유전학과 유전자 구성 - - 유산균 프리박테리오신 분자를 암호화하는 구조유전자가
 생산균주의 플라스미드, 게놈, 또는 게놈 삽입 트렌스포존에 암호화 될 수 있음 - 생산과 관련된 여러 다른 유전자 들을 암호화한다.  페디오신 AcH (간단), 나이신 A(복잡)  단일 오페론을 갖기도 하고(아니신; 페디오신) 하나 이상의 오페론을 갖기도 함(사카신 P)  모든 유전자가 반대 방향(루코신 A)  두 개의 프로모터를 갖기도 하고 -

82 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 작용기전 - - 매우 빠르게 민감한 세균세포를 죽이며 낮은 농도에서 매우 강력하다.
 Lis monocytogenes 에 대한 페디오신 AcH의 MIC: ~0.01 ug/ml 1) G+세균에 대한 항균 스펙트럼이 다양 2) MIC도 매우 다양 3) 세재의 존재 하에서 산성 pH, 더 높은 온도, 대수기의 세포에 대해 증가한다 4) 가장 민간한 균주의 개체군에서도 저항성을 갖는 변형 세포가 존재 5) 등등 기술 - 세포질막 기능의 불안정화에 의해 생성  막표면에 흡수  일시적인 기공을 형성  양성자동력의 손실유도  내부 영양소의 누출, 영양소의 수송과 ATP합성에 영향을 주는 막의 투과성에 장애를 줌 생산과 정제 - 박테리오신의 생산: 세포질량과 직접적으로 연관 - 세포질량에 영향을 주는 매개변수: 영양구성, 초기 및 말기의 pH, 배지의 O-R퍼텐셜, 배양온도 및 시간을 포함  나이신A(pH 6에서 높고), 페디오신 AcH (말기 pH 3.6에서 훨씬 더 높다) - 정제: 환경의 pH에 의존하여 세포표면에 흡수(pH 6-7)/배지에 자유로이 남게됨(pH 1.5-2)  gel여과에 따른 황산암모늄에 의한 침전을 이용 -

83 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 응용 - 식품보존을 위해 보존료로  그람양성(억제)과 손상된 그람음성균의 제어를 위해 이용  2종류이상의 조합으로 적용, 열처리가공 식품에서 더 효과적 - 표 16.5 : 냉장보관시 가공육류제품에서 병원성과 부패세균에 나이아신과 페디오신의 효과  4에서 6주간 그람양성 부패세균, 병원성세균 및 그람음성 병원균을 효율적으로 감소 - 국부치료용으로 적용이 가능  항생제범위와 안전성을 위한 연구  규제기관의 승인이 필요

84 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 -

85 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 보존료로서 효모 대사산물 - Sac cerevisiae 종을 포함하는 효모
 제한된 항균특성을 가지는 단백질을 생산  Killer 독소, 지모신 : 유전자조작을 통해  곰팡이에 대한 폭넓은 스펙트럼을 가지도록 조작이 가능  작은 단백질 또는 효소들(베타 글루코나아제)  곰팡이의 세포벽을 분해, 사멸  과일, 채소 등의 보존을 향상시키기 위한 살진균제로 활용

86 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 미생물 단백질 및 식품 첨가물 서론 단세포 단백질 - 미생물의 대사산물
 식재료의 향미, 색, 질감, 및 영양적 가치를 개선하기 위해 사용  단백질, 필수아미노산, 비타민, 아로마 화합물, 화학조미료, 염 단백질, 감미료, 색, 안정제 및 유기산이 포함 - 미생물  발효식품에서 재료로 사용 - 효소들은 식재료의 가공처리에 사용  세균, 효모, 곰팡이, 식물 및 포유류 유래 효소  치즈의 풍미향상, 액상과당, 콘시럽, 과일 및 채소 추출물생산 등 미생물 단백질 및 식품 첨가물 단세포 단백질 - 곰팡이, 효모, 세균 및 조류는 단백질이 풍부, 소화율은 65-96% - 효모의 단백질  높은 소화율, 생물학적 가치가 높음  효모(Candida, Saccharomyces, Torulopsis)  세균(Methylophilus)

87 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 단세포 단백질 - 미생물 단백질은 동물성 단백질보다 몇가지 이점
 실험실 설정하에서 생산  토지부족 및 자연재해(가뭄이나 홍수)를 극복할 수 있다  농업/산업 폐기물을 활용하여 생산(저비용)  폐기물저감 및 생산비용을 줄이는 효과  비타민 B군, 카로틴, 탄수화물 등 의 좋은 원료를 획득 - 미생물 단백질의 단점  메티오닌과 같은 필수 아미노산이 결핍  인간체내에서 고농도의 핵산(RNA, DNA, 6-8%)dl 되어 요산으로 대사 아미노산 - 시리얼  단백질이 부족  필수 아미노산이 더 많음, 메티오닌, 라이신, 트립토판 - 필수아미노산의 보충을 위한 식물유래 활용, 유산균을 통한 라이신 생산 등

88 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 약효 식품과 비타민 - 식품에 부가되어 있으며, 정기적으로 많은 양을 보충
 비타민 B군, 비타민 C, D, E - 식물의 합성, 미생물로 부터 생산  효모에 의한 비타민 C 등 풍미와 풍미향상 - 풍미 화합물  Diacethyl(leuconostoc이 생산하는 버터향)  Acetaldehyde (Lac acidophilus, 요구르트 향)  질소와 유황함유 화합물(Lactococcus lactis가 생산하는 치즈향)  프로피온산(Propionibacterium이 생산하는 견과류 향)  Pyrazines (Bacillus subtilis 및 Lac lactis 가 생산하는 구운 견과류 향)  Terpenes (여러 효모나 곰팡이가 생산하는 과일이나 꽃 향) - 자연으로 부터 풍미화합물을 추출하기 에는 정교하고 비용이 많이 소비  미생물을 이용한 경제성 확보, 바닐라의 경우 1/10의 경제성

89 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 - 맛의 강화를 위한 화합물
 MSG (Corynebacterium glutamicum, Micrococcus glutamicus  inosine monophosphate, Guanosine monophosphate와 같은 5’ nucleotide  Lysylglycine 매우 짠맛을 가짐  NaCl 대체  감미로운 펩타이드,  monellin, thaumatins 식물로부터 유전자를 클로닝하여 미생물에 의해 생산  티펩타이드나 아스파탐  합성  대사공학적 적용 : Diacethyl(버터 향미용), Acetaldehyde (요구르트 향미), α-ketoglutarate(치즈 향미)… 색 - 유색색소생산 (세균, 효모, 곰팡이)  Phaffia sp : 붉은색 색소,  연어, 송어, 랍스타 및 게 등에 존재  Monascus sp.  붉은색 색소 외부 다당류 - 안정제, 질감을 높이기 위해 사용 - 대부분 식물에서 얻어지나 미생물로부터 얻기도 함

90 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 외부 다당류 - 안정제, 질감을 높이기 위해 사용
- 대부분 식물에서 얻어지나 미생물로부터 얻기도 함 - Str thermophilus, Lab rhamnosus, helveticus, casei, lactis  포도당, 갈락토오스, 람노오스, 만노오스 및 기타 탄수화물을 생산  치즈등 질감과 농도를 위해 유제품발효에 적용 - 덱스트란과 자당  Leu mesenteroides  EPS생산  아이스크림 및 과자류의 안정제 - Xanthomonas camperstris  잔탄껌  안정제  락토오스 분해 유전자를 도입  경제성 확보 유기산 - 젖산, 프로피온산, 아세트산 및 소금은 식품의 맛(풍미 및 질감)과 품질을 유지하기 위해 사용 - 아스코르빈산  색소유지(산화방지제) 및 항균을 목적으로 사용 - 구연산 (Asp niger 생산)  맛과 질감(음료)을 개선하고 색소(과일)를 안정화하기 위해 사용  항균작용

91 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 식품 가공에 쓰이는 미생물 효소 -

92 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 효소의 사용 -가수분해효소, 이성질화효소, 산화환원효소 가 대부분의 식품에 이용
1) amylase, Glucoamlyase, Glucose isomerase - amylase: -1의 위치에서 전분을 무작위로 분해하여 올리고당을 생성  빵제조시, 노화(수분손실로 인한 전분의 굳어짐) 방지에 사용  수분손실을 줄이고 빵의 유통기한을 연장 - Glucoamlyase: 덱스트린과 포도당을 분해 - Glucose isomerase : 포도당을 과당으로 분해 2) Catalase - 원유와 액란은 저온살균전에 H2O2에 의해 보존 3) Cellulase, Hemicellulase, Pectinase - 감귤주스 추출물 처리 주스의 수율을 증대  불용성인 다당류는 주스의 흐름을 방해 4) 자당효소(invertase) - 설탕을 전화당(포도당과 과당)으로 분해  단맛을 증가 예) 초코렛가공에 이용 5) 유당분해효소  유당  포도당과 과당을 생성  알코올등 생성에 이용 6) 지방분해효소 : 치즈의 풍미를 유지하는데 이용 7) 단백질 분해효소 : - 고기를 숙성, 어육단백을 추출, - 치즈를 만들 때 카제인을 분해(풍미향상 및 쓴맛펩타이드를 감소)

93 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 재조합 DNA 기술에 의한 효소 생산
- 효소원  세균, 곰팡이, 효모, 식품 및 포유류 등, GRAS 목록에 포함 - 효소공급의 문제점  비용이 높아 대량공급이 제한  곰팡이는 세균이나 효모보다 성장이 늦어  독소를 생성  세균에서 생성  더 편리하고, 효율성이 증가  DNA 재조합기술 도입 고정화효소 - 효소는 재사용이 가능  유동식/고형식품에 적용시  재사용이 어려움 - 특정기질에 고정화할 경우 반복적으로 재사용이 가능 - 적용사례 1) 고형 운반체에 대한 흡착성 : 비효소적 분자를 세척 2) 공유결합 : 고체표면에 부착  기질분자에 접근하기 쉽고, 효소는 안정적 3) 포괄고정화 : 고분자 겔에 에워싸임 4) 가교결합 : 큰 응집체를 형성 효소분자들을 화학적으로 연결하여 형성 - 단점  효소활성이 감소, 기질분자가 큰 경우 사용할 수 없음 - 적용 : 일부 식품원료 및 음료생산에 적용

94 16장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 -

95 17장. 식재료 및 미생물 근원의 효소 내열성 효소 - 내열성효소 : 60도 이상에서 촉매작용
 10에서 두 배로 촉매활성이 증가, 생산속도 증가, 사용량 감소, 미생물의 성장과 오염방지 식품 폐기물 처리에 대한 효소 취급법 - 식품산업 : 대량의 액체 및 고체 폐기물 발생 - 처리방법 : 물리, 화학 및 생물학적 방법 - 생물학적 방법  혐기성소화 및 SCPs 생산  경제적  폐기물을 줄이고, 부가가치 제품으로 변환  효소를 적용  다당류 (셀룰라아제, 펙틴아제, 헤미셀룰라아제, 키틴아제 및 아밀라제), 단백질 등  예) ▪ 과일  셀룰라아제, 펙틴아제처리  주스개선  고형분 분리  사료로 이용 ▪ 갑각류  키틴아제  껍질을 분해(키토산)  단세포단백질 생산 ▪ 곡류  아밀라아제  효모에 의한 알콜생산, 액상포도당 등  효모(빵, 알콜용) ▪ 어육과 식육  부산물  프로틴아제  단백분말을 생산

96 18장. 미생물기원의 식품 생물학적 보존료 -