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문제 정의
- 사용된 토마토 페이스트를 이용하여 glutamic acid와 GABA의 함유량을 검토한 결과, 매우 적은 양의 glutamic acid와 GABA가 검출되었다. 따라서 본 연구에서는 현저한 GABA 전환을 확인하기 위하여 1%(w/w) 수준의 MSG(mono sodium glutamate)를 첨가한 군과 미첨가 군을 나누어 선별된 Lb. brevis B1-31, Lb.
- 본 연구를 통하여 선행 연구를 통해 확보된 한국 전통식품 유래 균들인 식물성 유산균 중에서 토마토 발효에 적합한 GABA 생산 유산균을 선별하고, 이를 활용하여 GABA 함유 토마토 발효물의 최적 조건을 확립하고자 한다.
제안 방법
- brevis B3-39 등 3종의 유산균을 각각 1.5×107 CFU/㎖ 수준으로 접종하여, 30℃에서 72시간 동안 정치 배양하여 그 결과를 살펴보았다.
- 8주의 Lactobacillus brevis와 1주의 Lb. sakei를 이용하여 토마토 페이스트에서 생육 및 GABA 생산량을 검토하였다. 사용된 토마토 페이스트는 시중에서 구입하여 사용하였으며, 초기 pH 4.
- 균체 농도는 채취된 시료를 순차적 희석법을 이용하여 생균수를 측정하였다. 또, 발효물의 pH는 MP 220 pH meter(Mettler Toledo, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.
- 선행되어진 실험을 통하여 확보된 9주의 김치 유래 GABA(gamma-aminobutyric acid) 생산 유산균을 이용하여 본 실험에 GABA 생산 후보 유산균으로 사용하였다. 사용된 균주는 -70℃에서 보관하여 사용하였으며, 사용된 유산균은 Lactobacilli MRS broth(Difco, Spark, MD, USA)에서 2～3회 계대배양한 후 발효 균주로 사용하였다.
- 선행된 실험에서 최대 GABA 전환율을 보인 군에서도 첨가된 1%(w/w) MSG는 GABA로 100% 전환되지 않았으며, 이러한 원인으로 높은 고형분량이라고 판단하여 가수량을 조절하여 발효를 수행하였다. 토마토 페이스트에 각각 5:5, 4:6, 3:7, 2:8, 1:9(wet-base) 비율로 물을 첨가하여, MSG를 1%(w/w) 수준으로 첨가한 후, Lb.
- 2)을 용매 B로 사용하였다. 이동상의 농도 구배는 용매 A를 100%로 하여 분석을 시작해서 30분 경과 후에는 용매 B가 100%가 되고, 40분 경과 후까지 용매 B가 100%, 45분 경과 후까지는 다시 용매 A가 100%가 되게 하였으며, 60분 후까지 용매 A가 100%가 되도록 조절하였다. 이동상의 유속은 1 ml/min로 고정하였고, 358 nm의 U.
- 사용된 균주는 -70℃에서 보관하여 사용하였으며, 사용된 유산균은 Lactobacilli MRS broth(Difco, Spark, MD, USA)에서 2～3회 계대배양한 후 발효 균주로 사용하였다. 종균 배양 후 GABA 생산 유산균을 시판 중인 토마토 페이스트에 접종하여, 30℃에서 72시간 배양한 후 생산된 GABA를 TLC 및 HPLC를 이용하여 정성 및 정량 분석하였다.
- 첨가된 MSG를 GABA로 100% 전환시키기 위하여 당과 질소원을 첨가하여 GABA 생산을 위한 조건을 검토하였다. 당원의 첨가에 따른 GABA 생산량의 변화는 보이지 않았으나(data 보이지 않음), 질소원으로 yeast extract를 0.
- 첨가된 glutamic acid 및 생산된 GABA를 정량 분석하기 위하여 RP-HPLC(Waters 2487 Dual λ Absorbance detector, Waters 1525 Binary HPLC pump, Waters 717 plus Autosampler, Milford Massachusetts, USA)를 이용하였다.
- 선행된 실험에서 최대 GABA 전환율을 보인 군에서도 첨가된 1%(w/w) MSG는 GABA로 100% 전환되지 않았으며, 이러한 원인으로 높은 고형분량이라고 판단하여 가수량을 조절하여 발효를 수행하였다. 토마토 페이스트에 각각 5:5, 4:6, 3:7, 2:8, 1:9(wet-base) 비율로 물을 첨가하여, MSG를 1%(w/w) 수준으로 첨가한 후, Lb. brevis B3-20을 1.
- 66% 전환율을 보였다. 하지만 5%(w/w) 이상의 MSG 첨가는 발효물에 다량의 MSG가 잔존하게 되므로, 이에 따른 진미 등의 이취가 발생할 수 있으므로, 본 연구에서 GABA 생산을 위한 최대 MSG 첨가량은 3%(w/w) 수준으로 확정하였다.
- 한국 전통식품 유래 균들인 식물성 유산균 중에서 토마토 발효에 적합한 GABA 생산 유산균을 선별하고, 이를 활용하여 GABA 함유 토마토 발효물의 최적 조건을 확립하였다. 토마토 페이스트에 50%(wet-base) 수준으로 가수를 한 후, GABA 생산 유산균을 각각 1.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 GABA 생산 식물성 유산균은 선행된 연구를 통해 확보된 유산균으로 전통 발효 식품인 김치에서부터 분리하여(data 보이지 않음) 사용하였다.
- 선행되어진 실험을 통하여 확보된 9주의 김치 유래 GABA(gamma-aminobutyric acid) 생산 유산균을 이용하여 본 실험에 GABA 생산 후보 유산균으로 사용하였다. 사용된 균주는 -70℃에서 보관하여 사용하였으며, 사용된 유산균은 Lactobacilli MRS broth(Difco, Spark, MD, USA)에서 2～3회 계대배양한 후 발효 균주로 사용하였다. 종균 배양 후 GABA 생산 유산균을 시판 중인 토마토 페이스트에 접종하여, 30℃에서 72시간 배양한 후 생산된 GABA를 TLC 및 HPLC를 이용하여 정성 및 정량 분석하였다.
- 사용된 토마토 페이스트는 시중에서 구입하여 사용하였으며, 초기 pH 4.5±0.1, 고형분량은 40%±1이었으며, 소량의 glutamic acid가 검출되었다.
이론/모형
- RP-HPLC를 이용한 분석 조건은 Ibolya & Vasanits(1999), Tcherkas 등(2001)이 보고한 것을 참조로 확립하였다.
- 균체 농도는 채취된 시료를 순차적 희석법을 이용하여 생균수를 측정하였다. 또, 발효물의 pH는 MP 220 pH meter(Mettler Toledo, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.
- 유해산소 또는 활성산소(free radical)는 성인병과 인체 노화, 특히 피부 노화의 원인 물질이다. 활성 산소를 제거해 주는 항산화 실험은 Takashi 등(2000)의 방법에 의해 측정하였다. 에탄올에 용해시킨 0.
성능/효과
- 5×107 CFU/㎖ 수준으로 접종하여, 30℃에서 72시간 동안 정치 배양하여 그 결과를 살펴보았다. 1%(w/w) 수준의 MSG를 첨가한 배양에서 최대 31.85 mM 이상의 GABA가 생산되었다. MSG를 미첨가한 배양에서는 발효 균주에 상관없이 15 mM 수준의 GABA가 생산되었으며, 1%(w/w) 수준의 MSG를 첨가한 경우, Lb.
- 1). 50% 활성 산소를 제거할 수 있는 각 발효물의 농도를 살펴본 결과, 3%(w/w) 수준의 MSG를 첨가하여 발효한 토마토 페이스가 가장 낮은 농도에서 50% 수준의 활성산소를 제거할 수 있었다(Table 4). 따라서, GABA 함유 토마토 페이스트 발효물은 원물 토마토의 ascorbic acid, lycopene, carotenoid 등과 같은 기능성 성분뿐만 아니라, 유산균 발효에 의한 GABA 등을 함유하고 있기 때문에 우수한 기능성 소재로 그 가능성이 있다고 판단되며, 토마토 음료, 토마토 케첩 등과 같은 다양한 가공식품의 소재로서 사용될 수 있다고 판단된다.
- 38 mM의 GABA 가 생산되었다. GABA 함유 토마토 페이스트의 활성산소 제거능력을 검토한 결과, 활성 산소 제거능이 증가한 결과를 얻을 수 있었으며, 3%(w/w) MSG를 첨가하여 발효한 토마토 페이스가 가장 낮은 농도에서 50% 수준의 활성산소를 제거할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 볼 때, GABA 함유 토마토 페이스트 발효물은 원물 토마토의 ascorbic acid, lycopene, carotenoid 등과 같은 기능성 성분뿐만 아니라, 유산균 발효에 의한 GABA 등을 함유하고 있기 때문에, 우수한 기능성 소재로 그 가능성이 있다고 판단되며, 토마토 음료, 토마토 케첩 등과 같은 다양한 가공식품의 소재로서 사용될 수 있다고 판단된다.
- MSG를 미첨가한 배양에서는 발효 균주에 상관없이 15 mM 수준의 GABA가 생산되었으며, 1%(w/w) 수준의 MSG를 첨가한 경우, Lb. brevis B3-20을 이용하여 배양한 군에서 최대의 GABA 생산을 보였으며, 다른 두 균에서도 GABA 생산량이 증가한 결과를 얻을 수 있었다(Table 1). 하지만 최대 GABA 전환율을 보인 군에서도 첨가된 1%(w/w) MSG는 GABA로 100% 전환되지 않았다.
- brevis B3-39 등 3종의 유산균이 우수한 생육을 보였으며, 최종 1.5×109 CFU/g～3.0×109 CFU/g의 생균수를 보였다(data 보이지 않음).
- 5×107 CFU/㎖ 수준으로 접종하여, 30℃에서 72시간 동안 정치 배양하였다. 가수량을 조절하여 배양한 결과, 토마토 페이스와 물의 비율이 2:8(wet-base) 수준으로 하여 배양한 경우, 최대 54.7 mM 수준의 GABA가 생산되었으며, 이러한 결과는 첨가된 MSG가 99% 이상 GABA로 전환된 결과이다(Table 2).
- 첨가된 MSG를 GABA로 100% 전환시키기 위하여 당과 질소원을 첨가하여 GABA 생산을 위한 조건을 검토하였다. 당원의 첨가에 따른 GABA 생산량의 변화는 보이지 않았으나(data 보이지 않음), 질소원으로 yeast extract를 0.5%(w/w) 수준으로 첨가한 경우, GABA 생산량이 현저히 증가하여 첨가된 MSG가 GABA로 100% 전환되는 것을 확인하였다(data 보이지 않음).
- 유해 산소 또는 활성산소는 성인병과 인체 노화, 특히 피부 노화 등의 원인으로 알려져 있다. 본 연구는 최적화된 GABA 함유 토마토 페이스를 이용하여 활성산소 제거능을 검토한 결과, 원물 토마토 페이스트에 비하여 GABA 함유 발효 토마토 페이스트에 의한 활성 산소 제거능이 증가한 결과를 얻을 수 있었다(Fig. 1). 50% 활성 산소를 제거할 수 있는 각 발효물의 농도를 살펴본 결과, 3%(w/w) 수준의 MSG를 첨가하여 발효한 토마토 페이스가 가장 낮은 농도에서 50% 수준의 활성산소를 제거할 수 있었다(Table 4).
- 사용된 토마토 페이스트를 이용하여 glutamic acid와 GABA의 함유량을 검토한 결과, 매우 적은 양의 glutamic acid와 GABA가 검출되었다. 따라서 본 연구에서는 현저한 GABA 전환을 확인하기 위하여 1%(w/w) 수준의 MSG(mono sodium glutamate)를 첨가한 군과 미첨가 군을 나누어 선별된 Lb.
후속연구
- 따라서 천연적으로 많은 양의 글루탐산을 함유한 토마토를 주원료로 하여 GABA를 생산할 수 있는 식물성 유산균을 배양할 경우, 토마토의 영양성분은 물론 유산균이 글루탐산을 전환시켜 생산하는 GABA와 함께 유기산이 함유되어 각종 생리활성이 보강된 토마토 발효물을 개발할 수 있을 것으로 기대하며, 자체로 음료화 및 토마토를 주원료로 하는 토마토 주스, 퓨레, 케첩 등에 용이하게 적용할 수 있다.
- 50% 활성 산소를 제거할 수 있는 각 발효물의 농도를 살펴본 결과, 3%(w/w) 수준의 MSG를 첨가하여 발효한 토마토 페이스가 가장 낮은 농도에서 50% 수준의 활성산소를 제거할 수 있었다(Table 4). 따라서, GABA 함유 토마토 페이스트 발효물은 원물 토마토의 ascorbic acid, lycopene, carotenoid 등과 같은 기능성 성분뿐만 아니라, 유산균 발효에 의한 GABA 등을 함유하고 있기 때문에 우수한 기능성 소재로 그 가능성이 있다고 판단되며, 토마토 음료, 토마토 케첩 등과 같은 다양한 가공식품의 소재로서 사용될 수 있다고 판단된다.
- GABA 함유 토마토 페이스트의 활성산소 제거능력을 검토한 결과, 활성 산소 제거능이 증가한 결과를 얻을 수 있었으며, 3%(w/w) MSG를 첨가하여 발효한 토마토 페이스가 가장 낮은 농도에서 50% 수준의 활성산소를 제거할 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 볼 때, GABA 함유 토마토 페이스트 발효물은 원물 토마토의 ascorbic acid, lycopene, carotenoid 등과 같은 기능성 성분뿐만 아니라, 유산균 발효에 의한 GABA 등을 함유하고 있기 때문에, 우수한 기능성 소재로 그 가능성이 있다고 판단되며, 토마토 음료, 토마토 케첩 등과 같은 다양한 가공식품의 소재로서 사용될 수 있다고 판단된다.
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