# 미생물의 생육 환경 지배할것인가?, 지배당할것인가? 내적인자 (물리적구조, 영양인자, 천연저해제, pH,

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1 # 미생물의 생육 환경 지배할것인가?, 지배당할것인가? 내적인자 (물리적구조, 영양인자, 천연저해제, pH, 수분활성, 산화환원전위) 3. 외적인자 (환경인자) 수분 산소, 산화환원전위 온도 pH 압력 및 삼투압 이산화탄소 빛 항균성 물질 식품열화방지: 생육환경의 가혹한 조합으로 미생물 증식저해

2 Aw (water activity) : 증기상태의 상대습도 Aw = Ps / Pw = ERH /100
미생물과 수분 (자유수만 이용가능) Aw (water activity) : 증기상태의 상대습도 Aw = Ps / Pw = ERH /100 where, Ps; 식품, 용액상태의 증기압 Pw: 순수한 물의 증기압 T: constant closed system ; Osmotolerant, Osmophile 1 0.96 0.94 0.91~0.85 0.8 0.75 0.65 0.6 Pathogen bacteria Bact, yeast limit Osmophile Fungi limit Mold limit Halophile limit Osmophile Yeast limit Food-spoilage organism

3 식품의 수분활성 식품고유의 등온흡습곡선 (water absorption isotherm) 생식품: Aw (0.98~0.99) 건조식품: Aw (0.65이하) 가당, 염장식품:Aw (0.75정도; osmotic pressure효과) 동결식품 : 온도저하 및 수분이동 중지로 대사저해 식품수분 활성 측정법 (p232) Pouncy & Summers (1939 년) Kvaals & Dalhoff (1963 년)

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5 미생물과 산소 분류 절대호기성균 (Azotobacter vinelandii) 통성혐기성균 (Pediococcus, Bifidobacterium등) - aerotolerant anaerobe, catalase (+) - respiration & fermentation 절대혐기성균 (Clostridium acetobutylicum) Microaerophiles : 0.2 atm 산소분압보다 낮은 상태에서 잘 성장 (aerobe) - Norcardia opaca, Vibrio fetus, - high oxidation 상태에서 실활되는 효소계 보유 2. 산소 독성과 해독 독성(활성)산소: (singlet oxygen,superoxide, peroxide,OH.) Detoxification: 1) carotenoid, 2) enzymes SOD. Catalase. Peroxidase Photodynamic effect: 빛 + 산소 + photosensitive pigment

6 미생물과 온도 생육속도, 세포 효소조성, 화학적조성, 영양요구성에 영향 Q10 = 2 (온도계수; 화학반응,2 ; 생물반응 < 2) 일반적 생육범위 (-7 ~ 75도) 분류 (minimum, optimum, maximum growth temperature) Psychrophile (opt, 18도내외) Mesophile (opt, 25~37도) Thermophile (opt, 50 도 이상) – obligate, facultative, 최적온도를 가지는 이유 세포 거대분자의 파괴 (지질막 파괴, 단백질, DNA 변성) (고온) 활성화에너지부족 (저온), 유해대사산물의 축척 (고온, 저온) - 극한미생물, 극한환경의 효소의 상업적 이용성 증가.

7 Psychrophile의 생육기작 (unknown)
중온 및 고온에서의 효소활성 상실 세포막의 높은 불포화지방산 함량으로 저온에서도 세포막 기능유지 Thermophile의 생육기작 세포벽의 외부 열 차단효과 세포막의 높은 포화지방산 함량으로 고온내성 세포내 효소 및 단백질 생산시스템의 고온안정성 핵산의 고온 안정성 (high GC%)

8 식품과 가열 멸균 DRT (decimal reduction time) : 90% 사멸에 소요되는 시간, 생균수가 1 log cycle 감소하는데 걸리는 시간 TDT (thermal death point): 일정 생균량을 10분간 가열하여 완전히 사멸시킬수 있는 최저농도 방법 LTLT; 저온장시간살균 (63∼65℃ / 30분), HTST; 고온순간살균 (72∼75℃ / 15∼20초), UHT ; 초고온순간살균 (130∼150℃ / 0.5∼5초) # Tyndallization : 100 ℃ / 30min X 3 days

9 미생물과 pH - 생육 및 효소생성에 관여 E.coli (pH 5: glutamate decarboxylase, pH 8: glutamate deaminase 생성) - 세포구성성분 합성의 대사계의 관여 효소의 작용에 필요한 pH의 한계 곰팡이, 효모 (5.0~6.5), 세균 (7~7.5) 미생물 생육저지효과 (수소이온농도 및 산의 전리된 음이온) 무기산 < 유기산 (동일 pH라도, HCl, H2SO4 < acetic acid, lactic acid etc) 생육, 또는 효소반응에 필요한 적정 pH 의 제공 : buffer, CaCO3,

10 미생물과 압력 - 30도, 300기압에서부터 생육저해 시작 - 세포막의 점성, 탄성에 영향 미쳐 대사기능의 이상초래 - 심해, 600기압; barophile (기준: 500 기압) Bacillus submarines, Pseudomonas xanshocrus

11 미생물과 삼투압 - Osmophile: (1) saccharophile (2) halophile Nonhalophile : 2% 이하에서 생육가능 Halophile : slight (2~5%) moderate (5~20%) extreme (20~30%) - 염류에 의한 생육저해: 삼투압에 의한 수분유실, 효소활성저해, 용존산소 감소, 이산화탄소 감수성 증가, Cl- 의 독성 내염성 기작 : 세포내 compatible solute 생산 (효소보호와 삼투압조절); 아미노산 축척, polyol, glycerol 축척

12 - 삼투내성 : 구균 > 간균, 비병원성 > 병원성
장내세균 (8~9% NaCl), C.botulinum (6~12%) 호염성의 기작 1. 세포벽의 안정화에 Na+ 가 필수적 (Gram +의 peptidoglycan, Gram – 의 outer menb 이 아니라, 산성아미노산의 glycoprotein으로 구성) 2. 세포내 효소계에 Na+가 cofactor로 요구

13 미생물과 CO2 - 생육 및 pH 에 영향 - autotroph, heterotroph 모두 정상 대사를 위해 CO2 요구 * Animal cell: 5% CO2 미생물과 빛 (r, x-ray, UV, Visible, IR, Hertz wave) - 생육에 유해 (살균력 : UV 영역- DNA 265nm, protein 280nm), mutation induction - UV-induced inactivation photoreactivation - photodynamic inactivation 형광색소, proflavin, acridine orange, eosin등의 존재시 약한 자외선으로 사멸가능) - 전리방사선 (ionizing irradiation): DNA 손상, free radical 생성촉진 – 보호제; thiol containing reducing agent.

14 미생물과 항균물질 (Antimicrobial substance)
Disinfectant (살균제) Antiseptics (방부제) 화학물질 (chemotherapeutic agent: CA) : 비특이적 생물물질 (Antibiotics: Ab) : 생물 특이적 CA : 단백질 변성 (HgCl2, AgNO3, CuSO4, phenol, cresol, Alc) 산화작용 (H2O2, KMnO4) 환원작용 (HCHO) 표면장력저하 (bile acid, hexylresorcinol)

15 Ab 세포벽합성저해; Penicillin, Cephalosporin C, cycloserine, bacteriocin, ristocetin 2. 세포막 저해: polymyxin B, calistin, gramidicin S, nalinomycin 3. 단백질 합성저해: chloramphenicol, erythromycin, mikamycin, tetracyclin, streptomycin, kanamycin, viomycin, lincomycin, puromycin, blasticidin S등 DNA 합성저해: mitomycin C, novobiocin, phleomycin nalixidic acid, CPT 등 5. RNA 합성저해: rifamycin, actinomycin, tubercidin 6. Ntd 합성 저해: Azaserine, 5’-Flurouracil, toyocamycin 7. 조효소 합성저해: actithiazic acid, sulfanilamide (PABA 유도체: growth factor analog) 8. 에너지 대사저해: antimycin A, oligomycin, valinomycin, gramicidin S. # Anticancer, Antibacterial, Antifungal, Antiviral…