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문제 정의
- 이처럼 현재까지 이루어진 국내외 연구들은 해조로부터 미리 추출된 다당을 사용하거나 또는 시판 다당 및 효소를 이용하여 가수분해 특성을 밝힌 것이 대부분이었으나, 본 연구에서는 단단 한 조직을 갖는 해조 자체를 직접 시료로 사용하되, 자연계에서 미생물을 탐색하여 그 미 생물계 효소를 사용하고자 하였다. 따라서 본 연구에서는 조직이 단단하여 이용률이 낮은 해조류의 조직을 가수분해시키고 유용성분을 효율적으로 주줄 하기 위하여 우선 자연계에서 해조류 가수분해 능이 있을 것으로 추측되는 미생물군 시료를 수집하여 다시마와 미역의 조직파괴 및 가수분해 가능성에 대하여 검토하였다.
- 이처럼 현재까지 이루어진 국내외 연구들은 해조로부터 미리 추출된 다당을 사용하거나 또는 시판 다당 및 효소를 이용하여 가수분해 특성을 밝힌 것이 대부분이었으나, 본 연구에서는 단단 한 조직을 갖는 해조 자체를 직접 시료로 사용하되, 자연계에서 미생물을 탐색하여 그 미 생물계 효소를 사용하고자 하였다. 따라서 본 연구에서는 조직이 단단하여 이용률이 낮은 해조류의 조직을 가수분해시키고 유용성분을 효율적으로 주줄 하기 위하여 우선 자연계에서 해조류 가수분해 능이 있을 것으로 추측되는 미생물군 시료를 수집하여 다시마와 미역의 조직파괴 및 가수분해 가능성에 대하여 검토하였다.
- 조직이 단단하여 이용률이 낮은 해조류의 조직을 가수분해시키고 유용성분을 直율적으로 추출하기 위하여, 자연계에서 미생물을 탐색하여 해조류의 가수분해에 사용하고자 하였다. 우선 자연계에서 약 200종류의 미생물군 시료를 수집하고, 이 중에서 다시마와 미역의 조직파괴가 인정되는 33군의 시료를 사용하여 다시마와 미역의 조직파괴 및 가수분해 가능성에 대하여 검토하였다.
제안 방법
- 다시마와 미역은 각각 멸균된 해수에 침지시켜 충분히 복원시킨 다음 일정한 크기(5X5 cm)로 절단하여 무게를 측정하고, petri- dish에 한 장씩 펼친 다음 자외선을 조사하여 자체에 존재하거나 오염된 균을 살균하였다. 여기에 예비실험을 통하여 선별된 33개의 미생물군 채취 시료를 멸균수로 희석하여 접종하고, 조체가 건 조되지 않을 정도로 계속하여 보충하여 주며 30±l℃에서 4주간 배양하며, 육안관찰과 디지털카메라 (DSC F707, Sony Co.
- Ja- pan)로 촬영하였다. 동일한 방법으로 2차와 3차 실험을 실시하여 육안관찰을 통해 조체 붕괴 정도가 심한 것을 선택하여 다시 동일한 방법으로 4주간 배양하며 전당과 환원당 함량을 측정하고 추 출율 및 분해율을 구하였다.
- 그리고 환원당 함량 측정은 Somogyi-Nelson 법 (日本食品工業 學會, 1984)으로 먼저 조제한 시료 용액 ImL와 구리시약 ImL를 시험관에 각각 취하고, water bath에서 20분간 가열하여 산화제1 구리 (CihO)를 생성시켰다. 여기에 몰리브덴 용액 ImL를 가하여 발색시킨 다음, 520nm에서 흡광도를 측정하여, 검량 선으로부터 환원당을 정량하였다.
- 다시마와 미역은 각각 멸균된 해수에 침지시켜 충분히 복원시킨 다음 일정한 크기(5X5 cm)로 절단하여 무게를 측정하고, petri- dish에 한 장씩 펼친 다음 자외선을 조사하여 자체에 존재하거나 오염된 균을 살균하였다. 여기에 예비실험을 통하여 선별된 33개의 미생물군 채취 시료를 멸균수로 희석하여 접종하고, 조체가 건 조되지 않을 정도로 계속하여 보충하여 주며 30±l℃에서 4주간 배양하며, 육안관찰과 디지털카메라 (DSC F707, Sony Co. Ja- pan)로 촬영하였다. 동일한 방법으로 2차와 3차 실험을 실시하여 육안관찰을 통해 조체 붕괴 정도가 심한 것을 선택하여 다시 동일한 방법으로 4주간 배양하며 전당과 환원당 함량을 측정하고 추 출율 및 분해율을 구하였다.
- 조직이 단단하여 이용률이 낮은 해조류의 조직을 가수분해시키고 유용성분을 直율적으로 추출하기 위하여, 자연계에서 미생물을 탐색하여 해조류의 가수분해에 사용하고자 하였다. 우선 자연계에서 약 200종류의 미생물군 시료를 수집하고, 이 중에서 다시마와 미역의 조직파괴가 인정되는 33군의 시료를 사용하여 다시마와 미역의 조직파괴 및 가수분해 가능성에 대하여 검토하였다.
- 전당은 Phenol-sulfuric acid법 (日本食品工業學會, 1984)으로 시료 용액 ImL (10~100姒11丄)를 시험관에 취하고, 5% phenol 용액 1 mL를 가한 후 혼합하고, 여기에 진한 황산 5mL를 가하여 발열시키며 잘 혼합하였다. 이 반응액을 실온에서 30분 방치한 후 470nm에서 홉 광도를 측정하여 검량 선으로부터 환원당 함량을 구하였다.
- 즉 시료 번호 5, 8, 10, 26, 27, 28, 30 및 33번이었다. 이들 8개의 시료는 동일한 방법으로 다시 4주간 배양하여 각각의 전당 및 환원당 함량과 추출율 및 분해율을 측정하였으며, 사진 촬영도 함께 실시하였다.
- 환원당과 전당의 추출율은 원료 다시마 및 미역의 전당에 대한 환원당 및 전당의 비율로 각각 나타내어 원료 해조에서 어느 정도의 당이 가수분해되면서 용출되어 나왔는가를 나타내었고, 분해율은 Joo et al. (1996)의 방법을 응용하여 추출액 중의 전당에 대한 환원당의 비율로 나타내었다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 다시마 (Laminaria japonica)와 미역 (Undaria pinnali/ida)은 각각 전남 완도와 여수 연안에서 생산, 건조된 것을 구입하여 사용하였다. 한편 자연계에서 채취한 미생물군 시료는 2000년 7월부터 2001년 7월 사이에 여수 인근의 야산, 논, 밭, 해변 및 어판장에서 약 200종류의 미생물군 시료를 수집하여 예비실험을 통하여 다시마와 미역의 조직파괴가 인정되는 다음의 시료만을 선택하여 본 실험에 사용하였다.
- 즉, 소의 배설물 1군, 초산균 (Acetobator aceti KCCM 32409)1종, 공중낙하균 1군, 해사와 해 토 3군、해수 3군. 어패류 4군, 토양 5군, 담수 5군 및 부식한 식물 9군으로 총 33군의 미생물군 채취 시료를 사용하였다. 이 중 어패류는 각각 소라, 낙지, 붕장어 및 멍게의 내장에서 채취하였다.
- 어패류 4군, 토양 5군, 담수 5군 및 부식한 식물 9군으로 총 33군의 미생물군 채취 시료를 사용하였다. 이 중 어패류는 각각 소라, 낙지, 붕장어 및 멍게의 내장에서 채취하였다.
- 자연계에서 채취한 33개의 미생물군을 접종한 다시마와 미역의 3차에 걸친 육안관찰의 결과를 Table 2에 나타내었는데, 전체적인 경향에 있어서 다시마와 미역 간의 차이는 거의 찾아볼 수 없었다. 첫 번째 배양 실험에서 조직 붕괴가 확연히 관찰되는 16개의 시료만을 선택하여 2차 실험에 사용하였다. 1차 실험에서 조직의 붕괴가 일어났으나, 2차 실험에서는 조직 붕괴 정도가 미미한 8개의 시료는 제외하고 8개의 시료만으로 3차 실험에 사용하였는더], 3차 실험에서는 8개 시료 모두 완전한 조직의 파괴와 외부로 해조 성분들이 유출되는 것을 관찰할 수 있었다.
- 실험에 사용한 다시마 (Laminaria japonica)와 미역 (Undaria pinnali/ida)은 각각 전남 완도와 여수 연안에서 생산, 건조된 것을 구입하여 사용하였다. 한편 자연계에서 채취한 미생물군 시료는 2000년 7월부터 2001년 7월 사이에 여수 인근의 야산, 논, 밭, 해변 및 어판장에서 약 200종류의 미생물군 시료를 수집하여 예비실험을 통하여 다시마와 미역의 조직파괴가 인정되는 다음의 시료만을 선택하여 본 실험에 사용하였다. 즉, 소의 배설물 1군, 초산균 (Acetobator aceti KCCM 32409)1종, 공중낙하균 1군, 해사와 해 토 3군、해수 3군.
- 미생물 시료 30번을 제외한 대부분의 실험 구에서 1주 만에 높은 값을 보여 미역의 분해 작용은 초기에 거의 이루어지고 그 이후에는 다당의 추출량과 분해가 비슷한 속도로 이루어진다고 할 수 있다. 해조류의 조섬유 중식이 섬유가 다시마는 33.37% (건 중량), 미역 43.36% (건 중량)이었던 Hwang et al. (1996)의 보고로 보아 본 실험에서 선별된 시료는 단순히 해조류의 다당 또는 환원당의 추출율이나 분해율을 높이는 것 이외에 해조의 섬유질을 가수분해하는 효소를 생산하는 미생물도 함께 포함된 미생물군으로 생각되어 진다.
이론/모형
- 그리고 환원당 함량 측정은 Somogyi-Nelson 법 (日本食品工業 學會, 1984)으로 먼저 조제한 시료 용액 ImL와 구리시약 ImL를 시험관에 각각 취하고, water bath에서 20분간 가열하여 산화제1 구리 (CihO)를 생성시켰다. 여기에 몰리브덴 용액 ImL를 가하여 발색시킨 다음, 520nm에서 흡광도를 측정하여, 검량 선으로부터 환원당을 정량하였다.
- 일반성분 측정은 AOAC(2000)법에 준하여 측정하였다. 즉, 수 분은 상압 가열건조법, 조단백질은 Kjeldahl법, 조지방은 Soxhlet법 및 조회분은 건식회화법으로 측정하였다.
- 일반성분 측정은 AOAC(2000)법에 준하여 측정하였다. 즉, 수 분은 상압 가열건조법, 조단백질은 Kjeldahl법, 조지방은 Soxhlet법 및 조회분은 건식회화법으로 측정하였다.
성능/효과
- 첫 번째 배양 실험에서 조직 붕괴가 확연히 관찰되는 16개의 시료만을 선택하여 2차 실험에 사용하였다. 1차 실험에서 조직의 붕괴가 일어났으나, 2차 실험에서는 조직 붕괴 정도가 미미한 8개의 시료는 제외하고 8개의 시료만으로 3차 실험에 사용하였는더], 3차 실험에서는 8개 시료 모두 완전한 조직의 파괴와 외부로 해조 성분들이 유출되는 것을 관찰할 수 있었다. 즉 시료 번호 5, 8, 10, 26, 27, 28, 30 및 33번이었다.
- 8, 28)에서 다시마와 미역의 조체 붕괴가 관찰되었다. 그리고 이들 미생물군들을 다시 다시마와 미역에 접종하여 4주간 배양하고, 그 배양물 중의 전당과 환원당 함량, 추출율 및 분해율을 측정한 결과 두 해조 모두에서 시료 번호 27번과 8번이 가수분해에 가장 효과적이었다. 이들 미 생물군에 의하여 가수분해된 배양물에서 전당의 추출율은 다시마에서 각각 68.
- 60%이었다. 그리고 환원당의 추출율은 다시마에서 각각 47.59% 및 28.81%, 미역에서는 각각 76.83% 및 39.01%이었다.
- 실험에 사용한 해조의 일반성분을 Table 1에 나타내었다. 다시 마는 수분 92.52%, 조단백질 0.77%, 조지방 0.25%, 조회분 1.41% 및 총당 5.05%이었고, 미역은 각각 93.43%, 1.32%, 0.32%, 0.95% 및 3.98%로 다시마가 미역에 비해 총당의 함량이 약 1% (건 중량 7%) 정도 많이 함유하고 있었다.
- 3에 나타내었다. 다시 마와 미역 모두에서 담수에서 수집한 미생물군 시료인 5번이 각각 44.59%와 76.83%로 가장 높은 추출율을 보였으며, 모든 실험 구에서 대조구에 비하여 월등히 높은 추출율을 나타내었다. 이처럼 대 조구에 비해 환원당의 추출율이 월등히 높은 것으로 보아 이들 시료 ■중에는 다당을 분해하여 저분자화 시키는 효소를 가진 미생물들이 존재할 것으로 추측되었다.
- Table 4에는 8개의 미생물 채취 시료를 접종한 다시마와 미역의 배양 기간에 따라 주줄된 액중의 환원당 함량을 나타내었다. 다시 마의 경우 4주 배양 후 27번 시료, 즉 담수에서 수집한 미생물군 시료를 접종한 실험 구가 2, 402mg%로 가장 높은 함량의 환원당이 추출액 중에 존재하였으며, 다음으로 8번 부식한 식물에서 수집한 미생물군 시료에서 1, 454mg%, 5번 소의 배설물에 수집한 미생물군 시료에서 1, 400mg%, 30번 담수에서 수집한 미생물군 시료에서 887 mg% 의 순으로 높은 값을 나타내었으며, 나머지 시료들도 대조구 (293 mg%)에 비해 높은 함량을 유지하고, 배양 기간이 길어짐에 따라 추출액 중의 환원당 함량도 증가하였다. 한편 미역의 경우도 다시마와 비슷한 경향을 나타내었는데, 27번 시료가 3, 061 mg%로 가장 많은 함량을 나타내었고, 다음으로 8번 (1, 555 mg%), 5번 (1, 144 mg%), 28번(900 mg %) 및 30번(885 mg%) 등의 순이었고, 모든 실험구의 주출액 중에는 대조구(81 mg%)에 비하여 월등히 높은 함량의 환원당을 함유하고 있었다.
- (1996)에 의하면 미역과 톳의 생 세포액 제조에서 수 율이 다시마에 비하여 월등히 높았는데, 그 이유는 100K 막을 통과할 수 없는 고분자 물질이 톳이나 미역에 비하여 다시마에 훨씬 많이 함유되어 있는 것과 같이 미역보다 다시마의 조직이 더 강인하여 가수분해되기가 어렵다고 판단되었다. 또한, 다시마와 미 역의 전체적인 가수분해 경향은 배양 2주까지 가수분해되어 추출되는 속도가 빠르고 그 이후 3~4주부터 다시 큰 폭으로 추출율이 높아지는 것을 알 수 있었으나, 4주 이후로는 추출율이 계속하여 증가하지 않았다 (Fig. 2).
- 8개의 미생물 채취 시료를 접종한 다시마와 미역의 4주간 배양에 따른 추출된 전당의 함량을 Table 3에 나타내었다. 모든 시료에서 대조구에 비하여 높은 추출량을 나타내었는데, 특히 다시마와 미역 모두에서 시료 번호 27번 (담수에서 수집한 미생물군)이 각각 4주 후 3, 460 mg % 및 3, 222 mg %로 가장 높은 추출량을 나 타내었고 다음으로 8번 (부식한 식물에서 수집한 미생물군)이 각각 2, 222 mg% 및 2, 494 mg%으로 높게 나타났다. 이들 미생물 시료의 경우 4주 후 추출된 전당 함량의 절반 정도가 배양 1주 만에 추출된 것을 볼 수 있었는데, 이는 이들 미생물군들이 대부분 1주 이내에 최고의 성장율을 보이는 것으로 추정된다.
- 미역의 경우 역시 가장 추출율이 높았던 27번의 미생물 시료가 1주부터 높은 값을 가지며 4주에는 가장 높은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었는더】, 이로서 27번 시료에는 조체의 파괴로 인한 다당의 추출을 용이하게 할 뿐만 아니라 다당을 저분자화 시키는 효소를 다량 함유하고 있을 것으로 추측되었다. 미역의 경우 다시 마와는 달리 대조구가 1주와 2주 동안 배양한 경우 가장 높은 값을 가지는데, 이것은 초기에 다당의 추출액 중으로 용출된 함량보다 원료에 함유되어 있던 저분자 환원당들이 쉽게 추출되어 상대적으로 높게 나타난 것으로 판단되었다.
- 1에 나타내었다. 사진에서 미역의 경우는 최초 조체 형태를 완전히 갖추고 있던 것이 1주 배양 후 조체가 두 겹으로로 분리되고 내부의 충진물이 거의 다 빠져나왔으며, 4주 후에 는 완전히 붕괴되어 형태를 알아볼 수 없을 정도로 파괴되었다. 한편 다시마의 경우는 미역보다는 붕괴속도가 느린 것으로 보이 나, 1주 후부터 서서히 충진물이 흘러나오고 있는 것이 보이고, 4주 후에는 엽체가 두 장으로 분리되었다.
- 83%로 가장 높은 추출율을 보였으며, 모든 실험 구에서 대조구에 비하여 월등히 높은 추출율을 나타내었다. 이처럼 대 조구에 비해 환원당의 추출율이 월등히 높은 것으로 보아 이들 시료 ■중에는 다당을 분해하여 저분자화 시키는 효소를 가진 미생물들이 존재할 것으로 추측되었다. 다시마에서는 배양 1주까지 많은 추출율을 보이고, 그 후는 거의 변화가 없었으며, 미역 경우에는 27번 시료가 배양 4주간 꾸준이 증가하고 나머지는 배양 2주 후에는 큰 변화를 보이지 않았다.
- 앞에서 전당과 환원당의 추출율이 가장 높았던 미생물 시료 27번의 경우 배양 2주 만에 가장 높은 분해율을 나타내었고 다른 실험구에 비하여 가장 높은 값을 나타내었다. 한편 전당과 환원당의 추출율이 3번째로 높았던 시료 5번은 1주 만에 상당히 높은 분해율을 보이고 배양 시간이 경과함에 따라 꾸준히 증가하여 배양 4주에는 가장 높은 분해율을 보였는데, 이로서 미생물 시료 5번은 다당을 저분자화 시키는 효소를 가진 미생물의 활성이 꾸준히 유지되었다는 것을 알 수 있었다.
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