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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 생리적 활성 및 기능성이 우수한 스피루리나를 요구르트에 첨가함으로써 건강 증진 효과가 향상된 기능성 요구르트의 제조 가능성을 검토하고자 한다. 따라서 스피루리나에 적합한 유산균주 및 배양 방법과 스피루리나의 적정 첨가 범위를 정하기 위하여스피루리나 첨가가 S.
- 한다. 따라서 스피루리나에 적합한 유산균주 및 배양 방법과 스피루리나의 적정 첨가 범위를 정하기 위하여스피루리나 첨가가 S. thermophilus, L. acidophilus, L. bulgaricus 등을 단독 및 혼합 배양하는 동안 유산균의 증식 및 산 생성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 본 연구는 BK21 사업의 일환으로 교육인적자원부와 (주)이에스바이오텍의 지원에 의해 수행된 것이므로 이에 감사를 표합니다.
제안 방법
- 또한 스피루리나 첨가량에 따른 요구르트의 발효 특성을 평가하기 위하여 스피루리나를 0%, 1%, 3%, 5%, 10%로 첨가한 예비실험에서 5%이상 스피루리나를 첨가했을 때 선호도가 현저히 떨어지는 것을 고려하여 본연구에서는 스피루리나를 0%, 1%, 2%, 3% 농도로 멸균된 10%(w/v) skim milk 배지에 첨가한 후 계대 배양한 유산 균주 S. themophUns와 L. btilgaricus를 1:1의 비율로 2%(v/v) 접종하여 37℃ 에서 15시간 배양하면서 시간별 (0, 3, 6, 9, 12, 15시간)로 pH, 적정산도 및 유산균 수를 측정하였다.
- thermophiles와 L bulgaricus 각 균주를 1:1의 비율로 2%(v/v) 접종하여 37℃에서 15시간 배양하였다. 배양시간은 Bae HC 등(2004)이 L. casei, L. acidophilus의 단독균주와 S. therrmophihus와 L. bulgaricus 의 혼합균주를 15시간 배양했을 때 12시간에서 최대 균수를 보이고 배양 15시간에는 유산균 수가 감소했다는 연구를 토대로 설정하였다.
- 스피루리나 원말을 각각 1%, 2%, 3% 첨가하여 S. thermophiles와 L. bulgaricus 혼합균주를 접종하여 37℃ 에서 15시간 배양하면서 pH, 적정산도 및 유산균 수를 측정 한 결과는 다음과 같다. pH는 대조구에 비해 스피루리나 첨 가구가 낮게 나타났으며 스피 루리나 첨 가농도에 따른 유의적인 차이는 보였고, 적정산도는 배양 시간이 경 과함에 따라 스피 루리나 첨 가 농도가 높아질 수록 높아졌다.
- 85% NaCl)로 희석하여 각각의 배지에 분주하여 표준 평판 배양법에 따라 측정하였다. 유산균 측정을 위한 배지는Man Rogosa Sharp(MRS) broth(Difco, Sparks, MD 21152, USA) 와 agar powder(Daejung Chemicals & Metals Co., Korea)를 혼합하여 만든 배지를 사용하였고, 35~37℃ 배양기에서 48시간 배양한 후 나타난 colony를 계수하였다.
- 유산균주의 종류에 따른 요구르트의 발효 특성을 평가하기 위하여 멸균된 10%(w/v) skim milk 배지에 스피루리나 무첨가군(Control)과 예비실험에서 가장 선호도가 높았던 스피루리나 첨가군(SP 1%)으로 농도를 달리한 후 계대 배양한 유산균주를 단독균주 또는 혼합 균주로 접종하였다. 단독균주인 경우에는 각각 2%(v/v)씩 접종하였고, 혼합균주인 경우에는 Jung DW 등(2005)이 S.
대상 데이터
- s. thermophilus(KCTC, Korean Collection for Type Cultures 5092)와 유산간균에 속하는 L. acidophilus(KCTC 3164), L bulgaricusOLCTC 3635)를 한국생 명공학연구원 생물자원센터 로부터 분양받아 사용하였다. 유산균주는 121 ℃ 에서 15분간 고압멸균된 MRS broth(Difco 0881, USA) 배지에서 37℃에서 18시간 가량 2회 계대 배양한 후 121 ℃ 에서 15분간 고압멸균된 10%(w/v) skim milk (Difco, USA) 배지에 접종하여 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 스피루리나는 (주)이에스바이오텍에서 공급받은 스피루리나 원말을 500 mL 실험용 bottle 에 담아 Autoclave(Hanbaek Scientific Co., HB-506-6, Korea)를 이용하여 고온고압(120℃, 20 min, 1.5 kgf/m2)에서 멸균하여 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 3회 반복하였으며 실험 결과는 SPSS12.0(Statistical Package for Social Sciences. SPSS Inc., Chicago IL, USA) software package 프로그램을 이용하여 분산 분석(ANOVA)을 실시하여 유의성이 있는 경우에 Duncan의 다중범위검정(Duncan's multiple range test)으로 시료간의 유의차를 검중하였다.
이론/모형
- pH는 pH meter(Orion 420A, Orion Research Inc., USA)를 이용하여 3회 반복 측정하였고, 산도는 AOAC method(1990)에 따라 시료 용액 10 mL에 pH meter 전극을 담그고 0.1 N NaOH로 pH가 8.3이 될 때까지 적정하여 중화시키는데 소요된 NaOH량(mL)을 lactic acid 함량(%)으로 환산하여 총산함량을 표시하였다.
- 요구르트 1 g을 멸균수 9 mL에 넣고 균질화(Bagmixer 400, Timer Imin, Speed 7)한 후 멸균생리식염수(0.85% NaCl)로 희석하여 각각의 배지에 분주하여 표준 평판 배양법에 따라 측정하였다. 유산균 측정을 위한 배지는Man Rogosa Sharp(MRS) broth(Difco, Sparks, MD 21152, USA) 와 agar powder(Daejung Chemicals & Metals Co.
성능/효과
- 2X& CFU/mL)에서는 다소 빠른 유산균 성장을 보였으나 배양 9시간부터는 첨가구가 대조구와 유사한 성 장 속도를 나타내었다. L bulgaricMs는 스피루리나 첨가구는 배양 6시간까지 대조구(1.4x108 CFU/mL)보다 약간 낮은 균수 (9.3xlO7 CFU/mL)를 나타내 었으나 배 양 9시간에는 대조구(6.3xl08 CFU/mL)보다 첨가구(l.bio’ CFU/mL)가 높은 균수를 나타내었고, 배양 15시간까지도 대조구(8.9xl08 CFU/mL)에 비해 첨가구(3.4xl09 CFU/mL)의 균수가 높게 나타났다. L.
- 62%로 대조 구에 비해 첨가구가 유의적으로 높은 결과를 보였다. L. bulgaricMS는 배양 9시간부터 스피루리나 첨가구와 대조 구의 pH가 각각 5.95, 5.43이고, 적정산도는 0.32%, 0.95%로 S. thermophiles와 비슷한 경향을 보여 스피루리나가 유산균 발효 과정에서 산 생성을 촉진하는 것을 알 수 있었다. 乙 acidophilus는 배양 12시간 이후에 스피루리나 첨가에 의한 증식 효과가 나타나서 스피루리나첨가구에서 유의적으로 pH가 감소하고 산도가 증가하는 경향을 보였다.
- bulgaricus는 스피루리 나。% 첨가시 배양 12시간 후 l.OxlO, CFU/mL, 1% 첨가시 배양 15시간 후 2.3xlO9 CFU/mL, 또한 S. thermophilus + L. acidophilus는 스피루리나 0%, 1% 첨가 시 배양 15시간 후 6.3xl08 CFU/mL, 1.2xl09 CFU/mL로 최대 균수를 나타내었으며, pH 저하와 적정 산도 상승이 뚜렷 하게 나타났다. 따라서 스피 루리나 첨 가 기능성 요구르트 개발에 있어 단독균주보다 혼합 균주가 유산균 증식에 효과적이며 특히 S.
- 77%로 유의적 차이를 보여 혼합 균주 중에서 젖산의 생성 속도가 가장 빠른 것으로 나타났다. S. thermophilus + L. acidophilus는 배양 6시간 후대조구와 첨가구의 pH가 각각 6.46, 5.81 로 첨가구의 pH 가 낮게 나타났고, 산도는 각각 0.31%, 0.54%로 나타났으나 S. thermophilus + L. bulZgariczts복합균주보다는 젖산의 생성 속도가 빠르게 진행되지 않았다. 이것은 가루녹차를 첨가시 유산균 단독균주보다 혼합균주로 배양하였을 경우 유산균주의 산 생성력이 향상되었다고 보고한 결과(Jung DW 등 2005)와 단독균주와 혼합균주 모두 유산균의 증식으로 인한 pH 저 하와 적 정 산도 상승이 뚜렷하여 산 생성에 긍정적인 영향을 주었다고 보고한 결과(Go JK 등 2004)와 유사하였다.
- bulgaricus 혼합균주를 접종하여 37℃ 에서 15시간 배양하면서 pH, 적정산도 및 유산균 수를 측정 한 결과는 다음과 같다. pH는 대조구에 비해 스피루리나 첨 가구가 낮게 나타났으며 스피 루리나 첨 가농도에 따른 유의적인 차이는 보였고, 적정산도는 배양 시간이 경 과함에 따라 스피 루리나 첨 가 농도가 높아질 수록 높아졌다. 또한 대 조구에 비해 스피 루리나첨가구가 균수 증식을 빠르게 나타내었으나 12시간 배양 후에는 유산균주의 증식이 활발히 일어나지 않았으므로 발효 시간은 12시간 전후가 적당한 것으로 사료된다.
- 접종하여 37 ℃ 에서 24시간 배양하면서 시간별(0, 3, 6, 9, 12, 15시간)로 pH, 적정산도 및 유산균수를 측정한 결과는 다음과 같다. 단독 균주의 경우, S. thermophilus와 L acidophilus는 스피루리나 첨가에 의해 증식 효과가 미비하게 나타났으나 L. bulgaricus는 배양 9시간부터 스피루리나 첨가구에서 대조 구에 비해 높은 생균수를 보이고 급격하게 적정 산도가 증가하여 생육 촉진 효과가 있는 것으로 나타났다. 혼합균주의 경우, S.
- 2에 나타내었다. 단독균주의 경우, S. thermophiles는 배양 6시간에 대조구는 pH 6.50, 스피루리나 첨가구는 pH 5.77로 첨가구의 pH가 낮게 나타났고, 적정산도는 대조구 0.29%, 첨가구 0.62%로 대조 구에 비해 첨가구가 유의적으로 높은 결과를 보였다. L.
- 9xl06 CFU/mL)가 약간 높은 균수를 나타냈으나 첨가 구 사이에는 큰 차이가 보이지 않았다. 대조구에 비해스피루리나 첨가구가 균수 증식을 빠르게 나타내어 스피루리나 1%와 2% 첨가구는 배양 12시간 후 각각 6.4 xlO8 CFU/mL, 1.5 xlO9 CFU/mL로 최대 균수를 보였으며, 3% 첨가구는 배양 15시간 후 1.3xl09 CFU/mL로 최대 균수를 나타내면서 스피루리나의 첨가량이 증가할수록 유산균수가 높은 것으로 나타났다. 유산균수의 증식률을 대조구(0%)를 기준하여 백분율(%)로 환산하여 살펴보아도 배양 3시간에 대조구가 212%이나 스피루리나 첨가구가 각각 316, 355, 406%로 스피루리나의 첨가량이 증가할수록 유산균 증식이 높아졌다.
- 2xl09 CFU/mL로 최대 균수를 나타내었으며, pH 저하와 적정 산도 상승이 뚜렷 하게 나타났다. 따라서 스피 루리나 첨 가 기능성 요구르트 개발에 있어 단독균주보다 혼합 균주가 유산균 증식에 효과적이며 특히 S. thermophilus 와 L. bulgaricus를 혼합한 균주가 효과적인 것으로보여진 다.
- 3xlO9 CFU/mL로 유산균주,중에서 가장 높은 균수를 보였다. 또한 S. thermophilus + L acidophiluse: 배양 3시간까지 대조구와 스피루리나첨가구의 차이가 나타나지 않았으며 배 양 6시간부터 최종 배양까지 대조구(2.3xK)7~6.3xl08 CFU/mL)에 비해 첨가 구(5.5x107~1.2x10。9 CFU/mL)의 생균수가 비교적 높은 경향을 보여 증식 속도가 빠른 것으로 나타났다. 이것은 가루녹차의 첨가 농도를 달리하였을 때 혼합 균주로 배양할 경우가 단독균주로 배양하였을 때보다 가루녹차에 의한 유산균의 증식이 촉진되었다는 연구 (Jung DW 등 2005), 비파 착즙액을 요구르트에 첨가함으로써 유산균 배양시 대조구에 비하여 균의 증식이 촉진되었고 단독균주보다는 혼합균주로 첨가하는 것이 유산균 증식 속도를 빠르게 진행시킨다는 연구(Go JK 등 2004)와 유사한 결과를 보였다.
- pH는 대조구에 비해 스피루리나 첨 가구가 낮게 나타났으며 스피 루리나 첨 가농도에 따른 유의적인 차이는 보였고, 적정산도는 배양 시간이 경 과함에 따라 스피 루리나 첨 가 농도가 높아질 수록 높아졌다. 또한 대 조구에 비해 스피 루리나첨가구가 균수 증식을 빠르게 나타내었으나 12시간 배양 후에는 유산균주의 증식이 활발히 일어나지 않았으므로 발효 시간은 12시간 전후가 적당한 것으로 사료된다. 이는 스피루리 나를 Zarrouk 배지 에 배 양하여 수확한 후 여과하여 이 여액을 MRS배지와 송화 배지에 각각 가하였을 때 유산균의 성장을 촉진시켰다는 보고(Jose L 등 1998)에서 처 럼 스피루리나의 첨가량이 증가할수록 유산균 증식에 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
- 88%로 대조구와 첨가구 간에는 유의적 차이를 보이지 않았으나, 첨가군간에서는 첨가량이 증가할수록 산도가 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다. 배 양 15시간에도 스피루리 나 1%, 2%, 3% 첨가 구의 적정 산도가 0.95, 1.16, L18%로 첨가 농도가 높아질수록 적정산도가 유의적으로 증가하여 산 생성이 촉진되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 오디추출물1%, 5%, 10%(Suh HJ 등 2006), 가루녹차 0.
- 또한 적정 산도는 배 양 6시간까지는 대조구와 스피루리 나 첨가구 사이 에큰 차이를 보이지 않아 배 양 6시간에는 모든 시료에서 유의 적 차이를 보이지 않았다. 배 양 9시간에 대조구가 0.65% 스피루리나 1%, 2%, 3% 첨가구의 적정 산도가 각각 0.68, 0.74, 0.88%로 대조구와 첨가구 간에는 유의적 차이를 보이지 않았으나, 첨가군간에서는 첨가량이 증가할수록 산도가 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다. 배 양 15시간에도 스피루리 나 1%, 2%, 3% 첨가 구의 적정 산도가 0.
- 6에 나타내었다. 배양 0시간에는 대조 구와 스피루리나 1%, 2%, 3% 첨가구의 pH가 각각 6.31, 6.34, 6.44, 6.49로 대조구와 스피루리나 1%에서는 유의적 차이를 보이지 않았으나, 스피루리나 첨가구간에는 유의적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 이는스피루리나가 알칼리성 식품이기 때문에 배양 0시간에는 스피 루리나 첨가 농도가 높아질수록 pH가 높게 나타난 것으로 사료된다. 배양 3시간까지는 pH가 서서히 감소하였다가 그 이후에는 급격히 떨어져 배양 6시간에 는 pH가 대 조군은 4.
- 유산균수의 증식률을 대조구(0%)를 기준하여 백분율(%)로 환산하여 살펴보아도 배양 3시간에 대조구가 212%이나 스피루리나 첨가구가 각각 316, 355, 406%로 스피루리나의 첨가량이 증가할수록 유산균 증식이 높아졌다. 배양 12시간에는 스피루리나 1%와 2% 첨가구에서 증식률이 각각 83, 017%, 194, 705%로 최대 증식률을 나타냈으며, 3% 첨가 구는 배양 15시간 후 168, 731%로 최대 증식률을 보였다. 이러한 결과를 보면 스피루리나는 S.
- 49로 대조구와 스피루리나 1%에서는 유의적 차이를 보이지 않았으나, 스피루리나 첨가구간에는 유의적으로 증가하는 것으로 나타났으며, 이는스피루리나가 알칼리성 식품이기 때문에 배양 0시간에는 스피 루리나 첨가 농도가 높아질수록 pH가 높게 나타난 것으로 사료된다. 배양 3시간까지는 pH가 서서히 감소하였다가 그 이후에는 급격히 떨어져 배양 6시간에 는 pH가 대 조군은 4.94 스피 루리나 1%, 2%, 3% 첨가 구는 각각 4.83, 4.90, 4.98로 스피루리나 첨가구간에는 유의적으로 증가하는 경향을 보였다. 배 양 6시간 이후에는 pH가 다시 서서히 감소하였으며, 대조구에 비해 스피루리나 첨가구의 pH가 더 큰 폭으로 감소하였다.
- 또한 요구르트의 발효에 있어 혼합배 양은 단독배 양보다 균주간의 상호보완적인 상승작용이 있어서 유산균의 성장 및 젖산의 생성등을 증진시켜 배양시간을 단축시킬 뿐만 아니라 유용한 대사산물의 생성에도 유리하게 작용하기 때문에 요구르트의 품질 향상 효과가 있다고 하였다(이수원 등 2005). 본 실험 결과에서는 유산균을 단독 배양할 때보다 혼합 배양하는 경우에 젖산의 생성이 빠르게 진행되었는데, 특히, S. thermoplhjilus와 L. bulgaricuse 혼합 배양하는 경우에 두 젖산균간의 공생효과로 인하여 산 생성이 촉진되는 것으로 나타났다.
- 3xl09 CFU/mL로 최대 균수를 나타내면서 스피루리나의 첨가량이 증가할수록 유산균수가 높은 것으로 나타났다. 유산균수의 증식률을 대조구(0%)를 기준하여 백분율(%)로 환산하여 살펴보아도 배양 3시간에 대조구가 212%이나 스피루리나 첨가구가 각각 316, 355, 406%로 스피루리나의 첨가량이 증가할수록 유산균 증식이 높아졌다. 배양 12시간에는 스피루리나 1%와 2% 첨가구에서 증식률이 각각 83, 017%, 194, 705%로 최대 증식률을 나타냈으며, 3% 첨가 구는 배양 15시간 후 168, 731%로 최대 증식률을 보였다.
- 배양 12시간에는 스피루리나 1%와 2% 첨가구에서 증식률이 각각 83, 017%, 194, 705%로 최대 증식률을 나타냈으며, 3% 첨가 구는 배양 15시간 후 168, 731%로 최대 증식률을 보였다. 이러한 결과를 보면 스피루리나는 S. thermophilus와 L. bulgaricus 혼합균주의 배양 초기에 유산균의 생육에 영향을 미쳐 생육을 촉진시켜 산 생성과 생균수를 증가시키는 것을 알 수 있었다. 이것은 유산균이 제한된 생합성 능력을 지니고 있어 아미노산, 비타민, purine,pyrimicine 등의 복합 영양소를 필요로 하는데, 스피루리나 원말에는 양질의 단백질과 다양한 아미노산, 비타민 및 무기질이 함유되어 있어 스피루리나 첨가에 의해 유산균의 초기 생육이 촉진되었던 것으로 사료된다.
- bulgaricus의 산 생성은 저조하였으며 이러한 경향은 대조 구와 탈지분유 첨가구, 곡류 첨가구에서 모두 일치하였으며 각각의 유산균 사이에 유의차가 있었다고 보고하였다. 이상의 결과를 보면 스피루리나의 첨가에 의해 유산균 단독 또는 혼합 균주의 증식이 촉진되었으며, S. thermophilus와 L. bulgaricus 혼합균주의 유산균 증식 효과가 가장 좋은 것을 알 수 있었다.
- 乙 acidophilus는 배양 12시간 이후에 스피루리나 첨가에 의한 증식 효과가 나타나서 스피루리나첨가구에서 유의적으로 pH가 감소하고 산도가 증가하는 경향을 보였다. 혼합균주의 경우, S. thermophilus + L. bulgaricus는 첨가구의 pH는 배양 6시간에 대조구의 pH 6.07보다 매우 낮은 5.35를 보였고, 적정산도는 대조구 (0.44%)보다 높은 0.77%로 유의적 차이를 보여 혼합 균주 중에서 젖산의 생성 속도가 가장 빠른 것으로 나타났다. S.
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