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문제 정의
- 본 연구는 상업용 효모를 이용하지 않고 천연발효종 야생효모를 이용하는 천연발효빵의 제조를 목적으로, 과일향의 풍미와 이산화탄소 발생능이 우수한 야생효모를 건포도 배양액으로부터 분리하여 동정하였으며, 분리효모의 당 이용성 및 빵 반죽 팽창력을 검정하였다. 또한 관능적 향기성분이 우수한 것으로 알려져 있는 다른 효모균주와 비교하였다.
제안 방법
- PDB에서 48시간 기 배양된 배양액에 10%의 포도당을 첨가하였다. 30℃에서 4시간 동안 정치ㆍ배양 후 Einhorn 발효관에 포집된 이산화탄소 생성량(ml)을 측정하여 상대적으로 결과치를 비교하였다. 비교 균주로 풍미 야생효모인 Hanseniaspora uvarum MF10004, S.
- 본 실험에서는 배양된 효모배양액에 직접 당류를 용해한 후 Einhorn 발효관에 주입한 다음 입구를 밀봉하여 30℃ 항온기에 정치하였다. 4시간 및 24시간 정치후 생성된 이산화탄소양을 측정하였다.
- 분리효모의 포도당을 이용한 이산화탄소 발생력을 비교하였다. PDB에서 48시간 기 배양된 배양액에 10%의 포도당을 첨가하였다. 30℃에서 4시간 동안 정치ㆍ배양 후 Einhorn 발효관에 포집된 이산화탄소 생성량(ml)을 측정하여 상대적으로 결과치를 비교하였다.
- 건포도 발효액으로부터 서로 다른 형태의 효모 colony를 1차 분리하였으며, Einhorn 발효관 실험을 통하여 단위 시간 동안 가장 이산화탄소 발생력이 우수한 효모를 최종 선별하였다. 분리 효모의 현미경적 형태는 Fig.
- 본 연구는 상업용 효모를 이용하지 않고 천연발효종 야생효모를 이용하는 천연발효빵의 제조를 목적으로, 과일향의 풍미와 이산화탄소 발생능이 우수한 야생효모를 건포도 배양액으로부터 분리하여 동정하였으며, 분리효모의 당 이용성 및 빵 반죽 팽창력을 검정하였다. 또한 관능적 향기성분이 우수한 것으로 알려져 있는 다른 효모균주와 비교하였다.
- 효모의 알코올발효와 관련된 당 이용성의 파악을 위하여 단당류로 glucose, fructose, galactose, rhamnose, xylose, xylitol, sorbitol, mannitol, 이당류로 sucrose, lactose, maltose, trehalose, cellobiose, 다당류로 soluble starch를 사용하였다. 또한 당이 첨가되지 않은 PDB에 배양된 효모배양액을 비교대조군으로 사용하였다.
- 일반적으로 제빵용 효모는 반죽과 혼합되어 3-4시간 이내의 짧은 시간에 최대의 이산화탄소 발생이 요구된다. 본 실험에서는 배양된 효모배양액에 직접 당류를 용해한 후 Einhorn 발효관에 주입한 다음 입구를 밀봉하여 30℃ 항온기에 정치하였다. 4시간 및 24시간 정치후 생성된 이산화탄소양을 측정하였다.
- 분리 효모 집락으로부터 Wizard genomic DNA purification kit (Promega, WI, USA)를 이용하여 genomic DNA를 정제한 후 universal primer인 ITS1 (5'-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3') 및 ITS4 (5'-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3')를 이용하여 PCR 증폭하였다.
- 증류수 1,000 ml에 건포도 500 g과 꿀 60 g을 첨가하여 30℃에서 7일간 배양한 건포도 발효액을 potato-dextrose agar (PDA)에 도말하여 효모 집락(colony)을 분리하였다. 분리 효모는 internal transcribed spacer (ITS) 염기서열 상동성을 비교하여 동정하였다. 분리 효모 집락으로부터 Wizard genomic DNA purification kit (Promega, WI, USA)를 이용하여 genomic DNA를 정제한 후 universal primer인 ITS1 (5'-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3') 및 ITS4 (5'-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3')를 이용하여 PCR 증폭하였다.
- 분리효모 S. cerevisiae MF10003의 당 이용 특성 및 이산화탄소 발생력을 측정하였다. Fig.
- 분리효모의 빵반죽 팽창력 검정을 위하여 PDB에 48시간 배양된 효모 배양액을 사용하였다. 분리효모 전배양액 6 ml, 정제수 6 ml와 밀가루 20 g을 혼합 후 치대어 제조한 빵반죽을 메스실린더 하단에 정치한 다음 30℃ 항온기에서 4시간 후의 부풀려진 빵반죽 팽창력(ml)을 측정하여 시간당 단위부피로 비교하였다(Fig. 5).
- 분리효모의 동정을 위하여 분리된 genomic DNA를 PCR 증폭하였으며, 18S rDNA ITS 영역의 염기서열을 분석하였다. 분석된 염기서열은 NCBI의 BLAST 검색을 통해 기존 효모의 염기서열과 상동성을 비교하였으며 그 결과는 Table 1 및 Fig.
- 분리효모의 발효팽창력 측정을 위하여 mineral water 6 ml 및 효모 전배양액 6 ml을 밀가루(강력분) 20 g에 혼합하여 10분간 치대어 반죽(dough)을 제조하였다. 제조된 빵반죽을 메스실린더(내구경, 27 mm)에 넣고 입구를 밀봉하였다.
- 분리효모의 빵반죽 팽창력 검정을 위하여 PDB에 48시간 배양된 효모 배양액을 사용하였다. 분리효모 전배양액 6 ml, 정제수 6 ml와 밀가루 20 g을 혼합 후 치대어 제조한 빵반죽을 메스실린더 하단에 정치한 다음 30℃ 항온기에서 4시간 후의 부풀려진 빵반죽 팽창력(ml)을 측정하여 시간당 단위부피로 비교하였다(Fig.
- 분리효모의 포도당을 이용한 이산화탄소 발생력을 비교하였다. PDB에서 48시간 기 배양된 배양액에 10%의 포도당을 첨가하였다.
- 분리 효모 집락으로부터 Wizard genomic DNA purification kit (Promega, WI, USA)를 이용하여 genomic DNA를 정제한 후 universal primer인 ITS1 (5'-TCC GTA GGT GAA CCT GCG G-3') 및 ITS4 (5'-TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC-3')를 이용하여 PCR 증폭하였다. 증폭된 ITS partial sequence의 DNA 염기서열을 분석하고, 염기서열은 NCBI의 BLAST search (NCBI, http://www.ncbi.nlm.nih.gov)를 수행한 후 bioedit 프로그램과 Cluster W를 이용하여 align을 조사하였으며, 이를 분리 효모의 동정에 이용하였다[9]. Align된 염기서열은 Neighbor Joining 방법으로 NJ phylogram을 작성하였다.
대상 데이터
- 본 실험에는 type strain인 Saccharomyces cerevisia KCTC7296T과 독특한 향기성분[14]을 나타내는 것으로 알려진 하면효모 S. carlsbergensis KCTC7294, 포도와 포도발효액(must)에서 분리되는 풍미효모[18]로 알려진 S. ellipsoideus KCTC7243 및 Hanseniaspora uvarum MF10004 그리고 켈리포니아산 건포도 발효액으로부터 분리한 야생효모 Saccharomyces cerevisiae MF10001 및 MF10003 등 주로 제빵의 풍미를 증진시킬 수 있는 것으로 알려진 기탁 효모를 사용하였으며, 본 연구 수행을 위하여 과일 배양액에서 분리되어 관능적으로 풍미를 나타내는 분리균주를 사용하였다.
- 30℃에서 4시간 동안 정치ㆍ배양 후 Einhorn 발효관에 포집된 이산화탄소 생성량(ml)을 측정하여 상대적으로 결과치를 비교하였다. 비교 균주로 풍미 야생효모인 Hanseniaspora uvarum MF10004, S. cerevisiae MF10001, S. ellipsoideus KCTC7243, S. carlsbergensis KCTC7294 및 type strain S. cerevisiae KCTC7296T를 사용하였다. PDB에 잔존하는 당에 의한 이산화탄소 발생 여부를 확인하기 위하여, 포도당 무첨가의 음성대조군 실험결과 첨가된 포도당에 의해서만 이산화탄소가 발생됨을 확인하였다.
- 효모의 알코올발효와 관련된 당 이용성의 파악을 위하여 단당류로 glucose, fructose, galactose, rhamnose, xylose, xylitol, sorbitol, mannitol, 이당류로 sucrose, lactose, maltose, trehalose, cellobiose, 다당류로 soluble starch를 사용하였다. 또한 당이 첨가되지 않은 PDB에 배양된 효모배양액을 비교대조군으로 사용하였다.
데이터처리
- 분리효모의 동정을 위하여 분리된 genomic DNA를 PCR 증폭하였으며, 18S rDNA ITS 영역의 염기서열을 분석하였다. 분석된 염기서열은 NCBI의 BLAST 검색을 통해 기존 효모의 염기서열과 상동성을 비교하였으며 그 결과는 Table 1 및 Fig. 2와 같다. 분리효모는 Saccharomyces cerevisiae의 rDNA의 유전자와 99%의 상동성을 나타내었다.
이론/모형
- gov)를 수행한 후 bioedit 프로그램과 Cluster W를 이용하여 align을 조사하였으며, 이를 분리 효모의 동정에 이용하였다[9]. Align된 염기서열은 Neighbor Joining 방법으로 NJ phylogram을 작성하였다.
성능/효과
- Fig. 4에서 보는바와 같이 분리효모 S. cerevisiae MF10003의 이산화탄소 생성력이 가장 우수하였으며, 기존의 와인 발효 및 풍미생성 균주로 알려진 S. ellipsoideus KCTC7243에 비해 1.9배 높은 결과를 나타내었다. 맥주 하면효모이며 독특한 풍미를 나타낸다고 알려진 S.
- cerevisiae KCTC7296T를 사용하였다. PDB에 잔존하는 당에 의한 이산화탄소 발생 여부를 확인하기 위하여, 포도당 무첨가의 음성대조군 실험결과 첨가된 포도당에 의해서만 이산화탄소가 발생됨을 확인하였다.
- 3에서 보는 바와 같이 분리효모는 glucose, sucrose, fructose 및 maltose 첨가시 4시간 이내에 이산화탄소가 발생되었다. Xylitol은 사용된 다른 종류의 당과 비교시 이산화탄소 발생 시간이 상대적으로 늦게 나타남(24시간)을 보여주었다.
- 분리효모는 Saccharomyces cerevisiae의 rDNA의 유전자와 99%의 상동성을 나타내었다. 따라서 건포도 분리 효모는 MF10003은 Saccharomyces cerevisiae로 동정하고 Saccharomyces cerevisiae MF10003으로 명명하였다.
- 1과 같다. 또한 분리균의 평판배지 상의 colony에서 기존의 다른 효모에서는 나타나지 않았던 과일향의 flavor를 관능확인 할 수 있었다.
- 1배 우수한 팽창력을 보여주었다. 또한 제빵용으로 시판되고 있는 건조효모를 이용한 실험결과와 비교시 약 2.6배 우수한 팽창력을 나타내어 제빵용 효모로 사용할 수 있음을 보여주었다.
- 9배 높은 결과를 나타내었다. 맥주 하면효모이며 독특한 풍미를 나타낸다고 알려진 S. carlsbergensis KCTC7294 및 type strain S. cerevisiae KCTC7296T와 비교시에도 각각 약 2.0 및 2.7배 우수한 이산화탄소 생성력을 보여주었다. 3-4시간 이내에 빵반죽의 부풀림 발효가 완료되어야 하는 제빵업체의 시간적 요구를 고려할 때, 분리효모의 우수한 초기 이산화탄소 생성력은 제빵용 효모로 사용될 수 있는 장점이라 사료된다.
- 2와 같다. 분리효모는 Saccharomyces cerevisiae의 rDNA의 유전자와 99%의 상동성을 나타내었다. 따라서 건포도 분리 효모는 MF10003은 Saccharomyces cerevisiae로 동정하고 Saccharomyces cerevisiae MF10003으로 명명하였다.
- 분리효모의 빵반죽 팽창력은 상기 포도당 첨가시 이산화탄소 발생력의 실험의 결과와 같이 풍미 생성 야생효모 중 가장 우수하였다. 특히, 우수 발효균주로 알려져 있는 풍미효모 S.
- 분리효모의 빵반죽 팽창력은 상기 포도당 첨가시 이산화탄소 발생력의 실험의 결과와 같이 풍미 생성 야생효모 중 가장 우수하였다. 특히, 우수 발효균주로 알려져 있는 풍미효모 S. ellipsoideus KCTC7243의 팽창능과 비교시 비해 3.1배 우수한 팽창력을 보여주었다. 또한 제빵용으로 시판되고 있는 건조효모를 이용한 실험결과와 비교시 약 2.
후속연구
- cerevisiae KCTC7296T균주의 경우 이산화탄소발생 실험에서는 포도당을 이용하여 발효할 수 있는 능력을 보였으나 dough의 단위시간 팽창능력은 확인 할 수 없었다. 따라서 본 결과를 통해 분리 야생효모의 제빵응용시 당류의 이산화탄소 발생력과 더불어 dough의 발효 팽창력 실험이 반드시 수행되어야 할 것으로 판단되었다.
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