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회분식과 연속식에 의한 루테린 생산 및 루테린의 항균 특성
Production of Reuterin by Batch and Continuous Reactor and Antimicrobial Characteristics of Reuterin 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.36 no.1 = no.173, 2004년, pp.111 - 115  

염은미 (서울대학교 식품영양학과) ,  김지연 (서울대학교 식품영양학과) ,  신현경 (한림대학교 식품영양학과) ,  지근억 (서울대학교 식품영양학과, (주)비피도 기술연구소)

초록
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Lactobacillus reuteri는 혐기적 조건에서 글리세롤을 대사하여 강력한 항균물질인 루테린을 생산한다. 본 연구의 목적은 다양한 조건에서 루테린의 생산성을 비교 연구하는 것이었다. 회분식 배양에서 $32,\;37,\;42^{\circ}C$에서 비교하였을 때 온도가 높을 수록 시간당 생산되는 량은 많았고 생산이 더 빠른 시간내에 둔화되었으며 생산되는 총량이 더 많았다. 다양한 아미노산을 첨가한 상황에서 생산된 루테린 활성을 조사하였을 때 proline을 제외하고 대부분의 아미노산은 루테린 활성을 저하시켰다. 생산된 루테린은 다양한 식중독균의 사멸을 유도하였다. 생산성을 증가시키기 위하여 L. reuteri 세포를 반응기에 현탁시키고 글리세롤 용액을 연속적으로 통과시켰다. 회분식에 비교하여 연속식 공정으로 루테린 생산성은 현저히 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Reuterin production efficiency of Lactobacillus reuteri, which converts glycerol into reuterin (antimicrobial substance) under anaerobic condition, was examined. When compared at $32,\;37,\;and\;42^{\circ}C$, production rate and total amount produced increased with increasing incubation t...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 37% HCl 150 μL를 혼합하여 37℃ 배양기에서 20분간 반응시켰다. 그 후, EL1SA reader를 이용히여 570nm에서 반응액의 absorbance를 측정하였다. 필요에 따라 시료를 증류수를 사용하여 희석하여 실험하였다.
  • 본 실험에서는 루테린 생산에 대한 온도의 영향을 조사하였으며 각 시간별로 새로운 글리세롤 용액으로 대치하여 시간에 따른 추가적인 루테린 생산성을 조사하였다(Fig. 2). 서로 다른 3가지의 온도에서 실험한 결과.
  • 본 실험에서는 몇 종류의 아미노산 첨가가 루테린 생성 반응에 미치는 엉향을 조사하였다(Fig. 3). Glutamine을 함유한 시료의 경우 항균효과는 대조구와 비교하여 약 50% 정도 감소한 것으로 나타났고 arginine과 glycine의 경우에는 상성된 루테린의 활성이 매우 미약하였다.
  • 또한 생산 균주의 안정화에 대한 연구도 필요할 것이다. 본 연구에서는 루테린의 β-HRA의 monomeric, hydrated monomeric and cyclic dimeric form의 3가지 형태에 대한 자세한 분석은 이루어지지 않았다. 회분식과 연속식 또는 기타의 각기 다른 반응에서 생산되는 루테린의 형태별 비율이 상이할 가능성이 있고 이 또한 루테린 항균활성의 극대화 연구를 위한 추가 연구에서 분석되면 좋을 것이다.
  • 생산된 루테린을 이용하여 다양한 균들에 대한 항균력을 조사하였다. 항균력은 10AU의 루테린을 함유하는 각각의 배지 (재료 및 방법)에 E.
  • 본 배양시에는 MRS broth에 집종하여 계대 배양한 배양액을 3% 접종하였고 37℃ 배양기에서 15-18 시간동안 혐기적인 상태로 배양하였다. 세포의 증식정도는 상법에 의하여 spectrophotometer(O.D. 600nm)에서 탁도를 측정하거나 건조 균체량 측정을 위하여 4,000×g에서 원심 분리하여 수세한 세포 pellet을 건조하여 함량를 구하였다. 루테린의 항균성을 실험하기 위한 지시균 배양을 위하여 Escherichia coli KI2, Salmonella typhimurium.
  • 5로 누 번 수세하고 1시간 starvation time을 주었다. 수세된 세포는 배양액 부피의 5%에 해당하는 250 mM 글리세롤 용액에 재현탁하여 37℃ 배양기에서 혐기적으로 유지하며 일정 시간별로 시료를 채취하였다. 반응 시료는 8.
  • β-HPA) 함량의 분석법은 Luthi-Peng 등의 분석법에 준하였고 acrolein을 표준물질로 사용하였다(13). 실험을 위하여 0.05 N HCl 용매에 tryptophan(Trp)를 넣어 최종 10mM의 Trp-HCF용매를 만들었다. 다음은 10mM Trp-HCl 용매를 38μL.
  • 루테린의 상대적 활성은 MIC까지 도달할 때의 회석배수를 AU(activity unit) 단위로 나타내었다. 아미노산 존재하에서의 루테린 생산 실험에서는 각 아미노산을 50mM과 100mM을 cell-glyccrol 현타용액에 넣었고 대조구는 아미노산을 넣지 않았다. 모든 시료는 루테린을 생성하도록 37℃ 배양기에서 24시간 보존하였다.
  • 22 ㎛여과기를 사용하여 여과한 후에 분석에 이용하였다. 온도별 루테린 생산 실험에서는 1시간 단위로 반응액을 회수하고 다시 농량의 글리세롤 용액을 가하여 실험하였다.
  • 45 ㎛의 이과막이 중산에 장착되어 있으며 상층과 하층으로 구획되어 있는 것을 이용하였다. 준비한 세포 현탁액을 상층에 넣고 magnetic bar를 돌리면 일정속도로 세포가 포함되지 않은 반응액이 믿으로 떨어시게 되고 하층의 반응액은 tube를 통해 collector 모으는 방식으로 실험을 설계하였다. 여과기에서 떨어지는 반응액의 속도는 하충 반응액의 유입, 유출압이 맞게되면 일성 속도로 전체적 용매의 흐름이 유지되었다.
  • 그 후, EL1SA reader를 이용히여 570nm에서 반응액의 absorbance를 측정하였다. 필요에 따라 시료를 증류수를 사용하여 희석하여 실험하였다.
  • 4℃에서 10분 간 원심분리하여 사용하였다. 항균성은 각 지시균의 성장 저해정도를 흡광도 또는 MIC(minimal inhibition concentration assays) 검사를 수행하여 관찰하였다. MIC는 연속된 2-fold 희석식 방법을 사용하여 지시균의 성장을 확인 할 수 없을 때까지의 최소 루테린의 함량이라고 정의하였다(12).

대상 데이터

  • 루테린의 항균성을 실험하기 위한 지시균 배양을 위하여 Escherichia coli KI2, Salmonella typhimurium. Listeria nionocytogenesxz LB 배지에, Staphylococcus cumms는 TSB 배지에 Propionibac- terium omes는 RCM 배지에 배양하였다.
  • 필요하였다. 따라서 본 실험에서는 루테리 균의 세포를 보유하기 위한 반응소 설계를 위하어 Nalgene disposable filterware(115 mL)를 사용하였는데 이 제품의 경우 0.45 ㎛의 이과막이 중산에 장착되어 있으며 상층과 하층으로 구획되어 있는 것을 이용하였다. 준비한 세포 현탁액을 상층에 넣고 magnetic bar를 돌리면 일정속도로 세포가 포함되지 않은 반응액이 믿으로 떨어시게 되고 하층의 반응액은 tube를 통해 collector 모으는 방식으로 실험을 설계하였다.
  • 본 실험에 사용된 균주는 ATCC에서 구입한 L truteri ATCC 53608 균주를 사용하였디-. 본 배양시에는 MRS broth에 집종하여 계대 배양한 배양액을 3% 접종하였고 37℃ 배양기에서 15-18 시간동안 혐기적인 상태로 배양하였다.

이론/모형

  • 루테린(β-hydroxypropionaklehyde. β-HPA) 함량의 분석법은 Luthi-Peng 등의 분석법에 준하였고 acrolein을 표준물질로 사용하였다(13). 실험을 위하여 0.
  • 본 실험에서는 루테린 생산법으로 two-step fennentation pro­cess-homologous method를 사용하였다(5). MRS broth에서 15-18 시간 배양된 L.
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참고문헌 (13)

  1. Cleveland J, Montville TJ, Nes IF, Chikindas ML. Bacteriocins: Safe, natural antimicrobials for food preservation. Int. J. Food. Microbiol. 71: 1-20 (2001) 

  2. Ahn C, Kim CH, Shin HK, Lee YM, Lee YS, Ji GE. Antibiosis of pediocin-producing Pediococcus sp. KCA1303-10 against Listeria monocytogenes in mixed cultures. J. Microbiol. Biotechnol. 13: 429-436 (2003) 

  3. Klaenhammer TR. Bacteriocins of lactic acid bacteria. Biochimie 70: 337-349 (1988) 

  4. Talarico TL, Dobrogosz WJ. Chemical characterization of an antimicrobial substance produced by Lactobacillus reuteri. Antimicrob. Agents Chemother. 33: 674-679 (1989) 

  5. Dobrogosz WJ, Lindgren SE. Method of determining the presence of an antibiotic produced by Lactobacillus reuteri. US patent. 5,352,586 (1994) 

  6. Ganzle MG, Holtzel A, Walter J, Jung G, Hammes WP. Characterization of reutericyclin produced by Lactobacillus reuteri LTH2584. Appl. Environ. Microbiol. 66: 4325-4333 (2000) 

  7. El-Ziney MG, Debevere JM. The effect of reuterin on Listeria monocytogenes and Escherichia coli 0157:H7 in milk and cottage cheese. J. Food Prot. 61: 1275-1280 (1998) 

  8. Lindgren SE, Dobrogosz WJ. Antagonistic activities of lactic acid bacteria in food and feed fermentations. FEMS Microbiol. Rev. 87: 149-163 (1990) 

  9. Daeschel MA. Antimicrobial substances from lactic acid bacteria for use as food preservatives. Food Technol. 4: 164-167 (1989) 

  10. Speck ML, Dobrogosz WJ, Casas I. Lactobacillus reuteri in food supplementation. Food Technol. 7: 90-94 (1993) 

  11. Chen CC, Chen JY, Lee SR. Growth inhibition of glycerol metabolites of Lactobacillus reuteri on microorganisms and human cancer cell lines. J. Chin. Agric. Chem. Soc. 37: 117-125 (1999) 

  12. Chen CN, Sung HW, Liang HF, Chang WH. Feasibility study using a natural compound (reuterin) produced by Lactobacillus reuteri in sterilizing and crosslinking biological tissues. J. Biomed. Mater. Res. 61: 360-369 (2002) 

  13. Luthi-Peng Q, Scharer S, Puhan Z. Production and stability of 3-hydroxypropionaldehyde in Lactobacillus reuteri. Appl. Microbiol. Biotechnol. 60: 73-80 (2002) 

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