전통장류 유래 Bacillus sp.를 이용한 콩 발효물의 품질 특성 Quality Characteristics of Fermented Soybean Products by Bacillus sp. Isolated from Traditional Soybean Paste원문보기
This study evaluated the quality characteristics of soybean fermented with several Bacillus sp., which were selected based on their high enzymatic and antimicrobial activities. Total aerobic bacterial counts of fermented soybeans with HJ5-2 ($3.00{\times}10^9CFU/mL$) were the highest amon...
This study evaluated the quality characteristics of soybean fermented with several Bacillus sp., which were selected based on their high enzymatic and antimicrobial activities. Total aerobic bacterial counts of fermented soybeans with HJ5-2 ($3.00{\times}10^9CFU/mL$) were the highest among all strains. Lactic acid bacteria numbered $2.50{\times}10^2{\sim}7.30{\times}10^4CFU/mL$ in soybeans fermented with isolates. Amylase and protease activities of the RD7-7 sample were the highest among all strains. Reducing sugar and amino-type nitrogen contents of fermented soybeans with HJ18-4 (2.35%) and RD7-7 (227.96 mg%) were the highest. Total amino acid contents of the samples were 16.62~18.38%, and glutamic acid, aspartic acid, leucine, lysine, arginine were major amino acids. Oxalic acid (36.51~63.57 mg/100 g) and succinic acid (429.49~600.15 mg/100 g) were the predominant organic acid. These results provide useful information for development starter (single and complex) as well as for the production of high quality fermented soybean foods.
This study evaluated the quality characteristics of soybean fermented with several Bacillus sp., which were selected based on their high enzymatic and antimicrobial activities. Total aerobic bacterial counts of fermented soybeans with HJ5-2 ($3.00{\times}10^9CFU/mL$) were the highest among all strains. Lactic acid bacteria numbered $2.50{\times}10^2{\sim}7.30{\times}10^4CFU/mL$ in soybeans fermented with isolates. Amylase and protease activities of the RD7-7 sample were the highest among all strains. Reducing sugar and amino-type nitrogen contents of fermented soybeans with HJ18-4 (2.35%) and RD7-7 (227.96 mg%) were the highest. Total amino acid contents of the samples were 16.62~18.38%, and glutamic acid, aspartic acid, leucine, lysine, arginine were major amino acids. Oxalic acid (36.51~63.57 mg/100 g) and succinic acid (429.49~600.15 mg/100 g) were the predominant organic acid. These results provide useful information for development starter (single and complex) as well as for the production of high quality fermented soybean foods.
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문제 정의
단일 접종 콩 발효물의 품질 특성을 규명하여 기능성 콩 발효물의 기초자료로 제시하고자 한다.
향기 성분을 분석한 결과 총 28종(esters 3종, ketones 6종, aldehydes 2종, alcohols 4종, hydrocarbons 2종, pyrazines 2종, acids 4종, 기타 4종)이 검출되었으며, RD7-7과 HJ18-4를 접종한 콩 발효물에서 23종의 향기 성분이 검출되었다. 본 연구는 고품질 장류용 스타터 개발을 위한 단일균 접종 콩 적용 시험으로 향후 혼합배양 스타터 개발 및 기능성 콩 발효소재 개발을 위한 기초자료로 제시하고자 한다.
제안 방법
DNS 시약 3 mL와 희석한 시료 추출용액 1 mL를 가하고 37°C, 5분간 반응 후 냉각시킨 다음 550 nm에서 흡광도를 측정하였으며, glucose를 이용한 표준곡선으로부터 환원당 함량을 산출하였다.
Protease의 활성은 Kim 등(21)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 추출액 1 mL에 0.
대두를 20°C에서 18시간 침지한 후 100°C에서 2시간 증자하였다.
전통 장류 유래 효소 활성 및 항균 활성 우수 Bacillus sp.를 스타터로 한 콩 발효물의 품질 특성을 분석하였다. 총균수는 HJ5-2를 접종한 시료가 3.
상등액을 여과(No.2, Whatman)한 후, 여액을 0.2 μm syringe filter(Merck Millipore)를 이용하여 재 여과하여 분석 시료로 사용하였다.
아미노태 질소 함량은 Formol 적정법(23)으로 측정하였다. 시료 추출용액 5 mL, 중성 formalin 용액 10 mL 및 증류수 10 mL를 혼합한 용액에 0.5% phenolphthalein 용액을 2~3방울 가한 후, 이에 0.1 N NaOH를 가하여 미홍색이 될 때까지의 적정량과 blank test의 적정량을 이용하여 산출하였다.
유기산 분석은 HPLC(Agilent technologies, Palo Alto, CA, USA) column은 cap cell pak C18-AQ(80Å, Shiseido, Tokyo, Japan), detector는 UV 210 nm, mobile phase는 0.1 M NH4H2PO4(pH 2.5)를 사용하였으며, flow rate는 1.0 mL/min의 조건으로 분석하였다.
이 농축물을 0.02 N HCl 20 mL에 녹이고 10배 희석하여 0.45 μm membrane filter(Merck Millipore, Darmstadt, Germany)로 여과한 후 아미노산 자동분석기(Blochrom 30, Biochrom Ltd., Cambrdge, UK)를 이용하여 분석하였다.
화합물 동정은 GC-MS로 얻은 mass spectrum을 Wiley 275 data base로 검색하여 동정하였다. 정량 분석을 위하여 각 화합물의 함량은 50 ppm 농도의 내부표준물질(4-methyl-2-pentanol)을 이용하여 정량하였다.
증자된 콩은 40°C 이하가 되도록 냉각 후, 대두 1 kg에 선별균주를 LB broth(Difco, Sparks, MD, USA)에 18시간 배양된 배양액(OD: 0.5, 108 CFU/mL)을 1%(v/w) 접종하고 혼합한 후 스티로폼 상자(21×27×1.8 cm)에 담았으며, control은 균주를 접종하지 않고 자연발효 하였다.
총균수와 유산균수 측정은 각 시료 1 g을 멸균 생리식염수를 이용하여 10진 희석법에 의해 10단계로 희석한 후, 희석액을 총균수는 plate count agar(Difco)에 배양(37°C, 24시간)하여 계수하였고, 유산균수는 MRS agar(Difco)에 gas pack(Oxoid, Hampshire, England)을 이용하여 혐기적 조건으로 배양(37°C, 48시간)한 후 계수(CFU/g)하였다.
향기 성분 분석은 GC/MS(QP2010, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하였고, 칼럼은 HP-innowax(60 m/ID 0.25 μm, Agilent, Santa Clara, CA, USA)를 사용하였다.
74 mL/min으로 하였다. 화합물 동정은 GC-MS로 얻은 mass spectrum을 Wiley 275 data base로 검색하여 동정하였다. 정량 분석을 위하여 각 화합물의 함량은 50 ppm 농도의 내부표준물질(4-methyl-2-pentanol)을 이용하여 정량하였다.
대상 데이터
발효조건은 습도 70%, 온도 37°C의 배양기에 36시간 발효시켜 콩 발효물을 제조하였다. 본 실험에 사용된 균주는 장류 유래 효소활성(amylase, protease, lipase, cellulose activity)이 높은 균주를 선발하였고, 16S rDNA sequencing을 통해 동정된 B. amyloliquefaciens RD7-7, B. subtilis HJ18-4, B. amyloliquefaciens HJ5-2, B. amyloliquefaciens HJ39-5를 이용하였다.
데이터처리
실험결과는 3회 반복으로 측정하였으며, 평균치간의 유의성 검증은 SPSS system(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) soft-ware package(version 12)를 이용, P<0.05 수준으로 Duncan's multiple range test에 의하여 검정하였다.
이론/모형
α-Amylase 활성 측정은 DUN(Dextrinogenic Unit of Nagase)법에 의하여 측정하였다(22).
유리 아미노산 함량은 Lee 등의 방법(25)에 따라 분석하였다. 시료 3 g을 취하여 70% ethanol 30 mL를 가하고 1시간 동안 균질화한 후 21,000×g, 15분 동안 원심분리하였다.
환원당 함량은 dinitrosalicylic acid(DNS)법(24)으로 측정하였다. DNS 시약 3 mL와 희석한 시료 추출용액 1 mL를 가하고 37°C, 5분간 반응 후 냉각시킨 다음 550 nm에서 흡광도를 측정하였으며, glucose를 이용한 표준곡선으로부터 환원당 함량을 산출하였다.
성능/효과
아미노산 18종 측정 결과는 Table 1과 같다. Glutamic acid(3.18~3.39%)가 함량이 가장 많이 검출되었고, aspartic acid(1.87~2.07%), leucine(1.28~1.48%), lysine(1.05~1.18%), arginine(1.03~1.32%) 순으로 검출되었다. 총 아미노산 함량은 HJ5-2와 HJ39-5를 접종한 콩 발효물이 18.
subtilis-SKm을 스타터로 이용하여 제조한 청국장의 α-amylase가 12~26 unit/g 범위를 나타내어 본 실험과 비슷하거나 다소 높게 나타났다. Protease 활성 측정 결과는 RD7-7 균주를 접종한 콩 발효물이 647.92 unit/mL로 활성이 가장 높았으며, 균주를 접종하지 않은 control이 318.13 unit/mL로 가장 낮은 활성을 보였다. Protease 활성이 높은 균주는 청국장의 이취를 감소시키고 맛을 향상시킨다고 보고된 바 있다(29).
이는 자연 발효로 인한 다양한 미생물에 의한 영향으로 사료된다. RD7-7과 HJ18-4를 접종한 콩 발효물 20.82, 18.45 unit/mL로 활성이 가장 높았다. Amylase 활성은 당분의 감미성분 등에 관여하여 품질 면에서 중요한 효소라고 할 수 있다(28).
균주의 종류를 달리하여 측정한 결과, HJ5-2를 접종한 발효물이 3.00×109 CFU/mL로 가장 높았다.
또한 유산균수를 측정한 결과, 균을 접종하지 않은 control이 1.40×108 CFU/mL로 균수가 가장 높았으며, 균주를 접종한 콩 발효물은 2.50×102~7.30×104 CFU/mL로 control보다 낮은 균수를 나타냈다.
대두는 isoflavone, saponin, phytic acid, oligo-saccharides 등과 같은 기능성 성분을 많이 함유하고 있다(2). 발효 중 미생물 유래 효소들에 의해 콩의 섬유질 성분과 세포내 당류 그리고 단백질 등이 분해되어 소화율이 향상되며(3), amide, peptone, polyglutamate, polypeptide 등과 같은 생리활성물질이 생성되어 혈압 강하(4), 혈전 용해능(5), 항암 효과(6), 항산화(7) 등이 증가되는 것으로 알려졌다.
아미노태 질소 측정 결과는 Fig. 4와 같으며, 112.85~227.69 mg% 함량을 나타내었고 protease 활성이 높았던 RD7-7이 227.96 mg%로 함량이 가장 높았다. 아미노태 질소는 콩 발효식품의 발효 정도의 척도로써 발효숙성 중 미생물이 생산하는 protease에 의해 생성된 아미노산에 기인한다.
장류유래 Bacillus sp.에 따른 콩 발효물의 향기 성분을 분석한 결과 Table 3과 같이 총 28종(esters 3종, ketones 6종, aldehydes 2종, alcohols 4종, hydrocarbons 2종, pyrazines 2종, acids 4종, 기타 4종)이 검출되었으며, RD7-7과 HJ18-4를 접종한 콩 발효물에서 23종의 향기 성분이 검출되었고 HJ39-5를 접종한 콩 발효물에서 15종의 향기 성분이 검출되었다. 청국장에서 휘발성 향기 성분으로 알려진 pyrazine류는 trimethyl-pyrazine, tetramethyl-pyrazine이 검출되었으며, pyrazine류 중 청국장의 자극취로 보고(32)된 tetramethyl-pyrazine은 RD7-7과 HJ39-5 균주 발효물에서는 검출되지 않았다.
유기산 측정 결과는 Table 2와 같으며, oxalic acid가 모든 실험구에서 36.51~63.57 mg/100 g이 검출되었고 succinic acid는 control과 RD7-7 접종 콩 발효물에서 600.15~429.49 mg/100 g이 검출되었다. Control의 경우 균주를 접종한 콩 발효물보다 높은 유기산 함량이 검출되었는데, 이는 유산발효에 의한 유기산 생성에 의한 것이며, 이는 control의 유산균 수가 Bacillus sp.
32%) 순으로 검출되었다. 총 아미노산 함량은 HJ5-2와 HJ39-5를 접종한 콩 발효물이 18.38, 17.07%로 가장 높았다. Son 등(9)은 Bacillus sp.
총균수는 control이 1.12×108 CFU/mL로 균수가 가장 낮았으며, 발효가 순조롭게 진행된 것을 알 수 있었다.
총균수는 HJ5-2를 접종한 시료가 3.00×109 CFU/mL로 가장 높았으며, 유산균은 스타터 첨가 콩 발효물에서 2.50×102~7.30×104 CFU/mL를 나타나는 것으로 보아 접종된 균주가 우점종이 된 것을 확인하였다.
49 mg/100 g)는 control과 RD7-7 접종 콩 발효물에서 검출되었다. 향기 성분을 분석한 결과 총 28종(esters 3종, ketones 6종, aldehydes 2종, alcohols 4종, hydrocarbons 2종, pyrazines 2종, acids 4종, 기타 4종)이 검출되었으며, RD7-7과 HJ18-4를 접종한 콩 발효물에서 23종의 향기 성분이 검출되었다. 본 연구는 고품질 장류용 스타터 개발을 위한 단일균 접종 콩 적용 시험으로 향후 혼합배양 스타터 개발 및 기능성 콩 발효소재 개발을 위한 기초자료로 제시하고자 한다.
환원당의 양을 측정한 결과 1.31~2.35%의 함량을 나타내었으며, HJ18-4를 접종한 콩 발효물이 높은 함량(2.35%)으로 나타났다(Fig. 3). Baek 등(30)은 발효 균주에 따른 청국장의 환원당을 측정한 결과 발효 24시간째 1.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
청국장 또는 된장의 메주를 발효 시킬 때 어떤 균이 이용되는가?
콩 발효식품에 영양과 품질을 결정하는 가장 중요한 요인은 관여하는 미생물의 종류이며, 균주 및 발효조건에 따라 다양한 생리활성물질이 생성되고 기능성이 달리 나타난다. 대두 발효식품인 청국장 또는 된장의 메주를 발효시킬 경우, 볏짚에 존재하는 고초균이 이용되어 왔다. 볏짚 유래의 Bacillus sp.
대두는 어떤 기능성 성분을 함유하는가?
대두는 우리나라 전통 발효식품 원료 및 식물유래 기능성 소재로서 다양하게 이용되어 왔다(1). 대두는 isoflavone, saponin, phytic acid, oligo-saccharides 등과 같은 기능성 성분을 많이 함유하고 있다(2). 발효 중 미생물 유래 효소들에 의해 콩의 섬유질 성분과 세포내 당류 그리고 단백질 등이 분해되어 소화율이 향상되며(3), amide, peptone, polyglutamate, polypeptide 등과 같은 생리활성물질이 생성되어 혈압 강하(4), 혈전 용해능(5), 항암 효과(6), 항산화(7) 등이 증가되는 것으로 알려졌다.
볏짚 유래의 Bacillus sp가 분비하는 다양한 효소 중에서 protease는 어떤 역할을 하는가?
는 다양한 효소(protease, amylase, cellulase 등)를 분비하여 생리활성을 가지는 다양한 대사물질을 생산한다. 분비되는 protease는 카제인 분해능, 젤라틴 분해능의 특성을 지니고 발효 중 특유의 맛과 향을 생성하는 역할을 한다(8,9). 콩 발효식품의 이취는 Bacillus sp.
참고문헌 (32)
Kim JS. 1996. Current research trends on bioactive function of soybean. Korean Soybean Digest 13(2): 17-24.
Eom SM, Jung BY, OH HI. 2009. Changes in chemical components of cheonggukjang prepared with germinated soybeans during fermentation. J Appl Biol Chem 52: 133-141.
Lee JO, Ha SD, Kim AJ, Yuh CS, Bang IS, Park SH. 2005. Industrial application and physiological functions of cheonggukjang. Food Sci Ind 38: 69-78.
Cho YJ, Cha WS, Chun SS, Choi UK, Bok SK, Kim MU. 2000. Production and separation of anti-hypertensive peptide during chunggugjang fermentation with Bacillus subtilis CH-1023. J Korean Soc Agric Chem Biotechnol 43: 247-252.
Kim IJ, Kim HK, Chung JH, Jeong YK, Ryu CH. 2002. Study of functional chungkukjang contain fibrinolytic enzyme. Korean J Life Sci 12: 357-362.
Lee JJ, Cho CH, Kim JY, Lee DS, Kim HB. 2001. Antioxidant activity of substances extracted by alcohol from Chungkookjang powder. Kor J Microbiol 37: 177-181.
Hwang HA, Lee NK, Cho IJ, Hahm YT, Kwon KO, Kim BY. 2008. Selection of microorganisms and optimization of manufacture process for cheonggukjang. Korean J Food Sci Technol 40: 406-411.
Son DH, Kwon OJ, Ji WD, Choi UK, Kwon OJ, Lee EJ, Cho YJ, Cha WS, Chung YG. 2000. The quality changes of cheonggukjang prepared with Bacillus sp. CS-17 during fermentation time. J Korean Soc Agric Chem Biotechnol 43: 1-6.
Allagheny N, Obanu ZA, Campbell-Platt G, Owens JD. 1996. Control of ammonia formation during Bacillus subtilis fermentation of legumes. Int J Food Microbiol 29: 321-333.
Kim YS, Jung HJ, Park YS, Yu TS. 2003. Characteristics of flavor and functionality of Bacillus subtilis K-20 chunggukjang. Korean J Food Sci Technol 35: 475-478.
Youn KC, Kim DH, Kim JO, Park BJ, Yook HS, Cho JM, Byun MW. 2002. Quality characteristics of the chungkookjang fermented by the mixed culture of Bacillus natto and B. lichniformis. J Korean Soc Food Sci Nutr 31: 204-210.
Ashiuchi M, Kamei T, Baek DH, Shin SY, Sung MH, Soda K, Yagi T, Misono H. 2001. Isolation of Bacillus subtilis (chungkookjang), a poly-gamma-glutamate producer with high genetic competence. Appl Microbiol Biotechnol 57: 764-769.
Yoon KH. 2012. Properties of ${\beta}$ -galactosidase from Bacillus licheniformis isolated from Cheongkookjang. Korean J Microbiol Biotechnol 40: 17-22.
Yoon KH, Shin HY. 2010. Medium optimization for the protease production by Bacillus licheniformis isolated from Cheongkookjang. Kor J Mocrobiol Biotechnol 38: 385-390.
Kim SS, Lee JH, Ahn YS, Kim JH, Kang DK. 2003. A fibrinolytic enzyme from Bacillus amyloliquefaciens D4-7 isolated from Chungkook-Jang: its characterization and influence of additives on thermostability. Kor J Microbiol Biotechnol 31: 271-276.
Lee DG, Kim NY, Jang MK, Yoo BH, Kim KY, Kim SG, Jeong YK, Lee SH. 2006. Isolation of a fibrinolytic bacterium from Cheongkukjang and characterization of its bioactivity. Kor J Microbiol Biotechnol 34: 299-305.
Kwon HY, Kim YS, Kwon GS, Kwon CS, Sohn HY. 2004. Isolation of immuno-stimulating strain Bacillus pumilus JB-1 from Chungkook-jang and fermentational characteristics of JB-1. Kor J Microbiol Biotechnol 32: 291-296.
Woo SM, Kwon SH, Jeong YJ. 2006. Selection and fermentation characteristics of cheongkukjang stains. Korean J Food Preserv 13: 77-82.
Choi UK, Son DH, Ji WD, Im MH, Choi JD, Chung YG. 1998. Changes of taste components and palatability during chungkukjang fermentation by Bacilllus subtillis DC-2. J Koream Soc Food Sci Nutr 27: 840-845.
Kim HJ, Lee JJ, Cheigh MJ, Choi SY. 1998. Amylase, protease, peroxidase and ascorbic acid oxidase activity of kimchi ingredients. Korean J Food Sci Technol 30: 1333-1338.
Yoon KS. 1988. Changes of enzymatic activities during the fermentation of soybean-soy paste by Aspergillus spp. MS Thesis. Kunkuk University, Seoul, Korea.
Choi HS, Joo SJ, Song IG, Min KB, Kim KS, Yoon HS. 2007. Quality characteristic of hwangki (Astragalus membranaceus) chungkukjang during fermentation. Korean J Food Preserv 14: 356-363.
Miller GL, Blum R, Glennon WE, Burton AL. 1960. Measurement of carboxymethylcellulase activity. Anal Biochem 2: 127-132.
Lee SY, Park NY, Kim JY, Choi HS. 2012. Quality characteristics of rice-doenjang during fermentation by differently shaped meju and adding starter. Korean J Food & Nutr 25: 505-512.
Lee NR, Go TH, Lee SM, Hong CO, Park KM, Park GT, Hwang DY, Son HJ. 2013. Characteristics of chungkookjang prepared by Bacillus amyloliquefaciens with different soybeans and fermentation temperatures. Kor J Microbiol 49: 71-77.
Suk AR. 2006. Quality of chungkookjang with wild microorganisms. MS Thesis. Kyungpook National University, Daegu, Korea.
Park JS, Lee MY, Lee TS. 1995. Compositions of sugars and fatty acids in soybean paste (doenjang) prepared with different microbial sources. J Korean Soc Food Nutr 24: 917-924.
Hong SW, Kim JY, Lee BK, Chung KS. 2006. The bacterial biological response modifier enriched cheongkukjang fermentation. Korean J Food Sci Technol 38: 548-553.
Baek LM, Park LY, Park KS, Lee SH. 2008. Effect of starter cultures on the fermentative characteristics of cheonggukjang. Korean J Food Sci Technol 40: 400-405.
Rozan P, Kuo YH, Lambein F. 2000. Free amino acids presentin commercially available seedlings sold for human consumption. A potential hazard for consumers. J Agric Food Chem 48: 716-723.
Park JH, Han CK, Choi SH, Lee BH, Lee HJ, Kim SS. 2011. Development of odor-reduced Korean traditional cheonggukjang added with job's tears. J Korean Soc Food Sci Nutr 40: 259-266.
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