우리나라는 예전부터 전통적인 방법으로 누룩을 제조하고, 이를 발효제로 막걸리를 만들어 왔다. 막걸리는 여과 또는 살균 과정없이 다양한 미생물을 살아 있는 상태로 섭취하기 때문에 영양학적으로나 기능적인 측면에서 가치가 높다. 최근 많은 연구에서 막걸리로부터 미생물을 분리동정하고 다양한 기능성에 대해 스크리닝한 결과, 높은 프로바이오틱스 활성과 다양한 스펙트럼의 항균활성을 가진 균주들이 선별되었다. 특히 일부 유산균들은 GABA와 EPS 등의 기능성 물질을 생성하기도 했다. 또한, 일부 유산균과 효모의 경우 각각 bacteriocin 및 killer toxin을 통해 항균활성을 나타내는 것으로 여겨진다. 이러한 막걸리 유래 기능성 미생물과 그 대사산물은 기능성 식품 소재나 안전한 식품첨가물 및 다양한 산업분야에서 활용될 수 있을 것이다.
우리나라는 예전부터 전통적인 방법으로 누룩을 제조하고, 이를 발효제로 막걸리를 만들어 왔다. 막걸리는 여과 또는 살균 과정없이 다양한 미생물을 살아 있는 상태로 섭취하기 때문에 영양학적으로나 기능적인 측면에서 가치가 높다. 최근 많은 연구에서 막걸리로부터 미생물을 분리동정하고 다양한 기능성에 대해 스크리닝한 결과, 높은 프로바이오틱스 활성과 다양한 스펙트럼의 항균활성을 가진 균주들이 선별되었다. 특히 일부 유산균들은 GABA와 EPS 등의 기능성 물질을 생성하기도 했다. 또한, 일부 유산균과 효모의 경우 각각 bacteriocin 및 killer toxin을 통해 항균활성을 나타내는 것으로 여겨진다. 이러한 막걸리 유래 기능성 미생물과 그 대사산물은 기능성 식품 소재나 안전한 식품첨가물 및 다양한 산업분야에서 활용될 수 있을 것이다.
Korea has a long history of brewing traditional rice wine using a authentic starter culture called nuruk, which contains natural microbial flora. Because rice wine is consumed fresh without filtration, its viable cells contribute to the biological activities of the wine. In numerous studies, microbi...
Korea has a long history of brewing traditional rice wine using a authentic starter culture called nuruk, which contains natural microbial flora. Because rice wine is consumed fresh without filtration, its viable cells contribute to the biological activities of the wine. In numerous studies, microbial strains isolated from rice wine have been screened for their functionalities, which were mainly probiotic properties and antimicrobial activities. Indeed, some lactic acid bacteria (LAB) were confirmed to have strong probiotic activities as well as other health-promoting effects. Moreover, some of the isolated probiotic strains produced functional compounds, such as exopolysaccharides and γ-aminobutyric acid. For antimicrobial activities, some LAB and yeast strains were identified to produce bacteriocins and killer toxins, respectively, with significantly broad spectrum of antimicrobial activity. These functional strains originating from traditional rice wine and their metabolites can be used directly for the production of value-added food products.
Korea has a long history of brewing traditional rice wine using a authentic starter culture called nuruk, which contains natural microbial flora. Because rice wine is consumed fresh without filtration, its viable cells contribute to the biological activities of the wine. In numerous studies, microbial strains isolated from rice wine have been screened for their functionalities, which were mainly probiotic properties and antimicrobial activities. Indeed, some lactic acid bacteria (LAB) were confirmed to have strong probiotic activities as well as other health-promoting effects. Moreover, some of the isolated probiotic strains produced functional compounds, such as exopolysaccharides and γ-aminobutyric acid. For antimicrobial activities, some LAB and yeast strains were identified to produce bacteriocins and killer toxins, respectively, with significantly broad spectrum of antimicrobial activity. These functional strains originating from traditional rice wine and their metabolites can be used directly for the production of value-added food products.
본 총설은 막걸리 유래의 기능성 미생물에 관한 지금까지의 연구 결과를 크게 프로바이오틱스 활성과 항균 활성으로 나누어 정리하였다. 이를 바탕으로 막걸리 유래 기능성 미생물들의 산업적인 활용 방안과 향후 연구 및 개발 방향에 대해 고찰해 보고자 한다.
제안 방법
그러나 아직까지는 대부분의 연구가 막걸리 유산균의 분포와 종류에 초첨이 맞춰져 있고[8, 9, 15, 28, 35, 43, 45, 49], 분리된 미생물의 기능성 관련 연구는 아직 미흡한 실정이다. Table 1에 요약된 것처럼, 지금까지 수행된 막걸리 유산균의 기능성 관련 연구를 프로바이오틱스 효과, EPS (exopolysaccharide) 생산능력, GABA (γ-aminobutyric acid) 생산 능력으로 나누어 살펴보고 앞으로의 연구 방향에 대해 검토해 보도록 하겠다.
본 총설은 막걸리 유래의 기능성 미생물에 관한 지금까지의 연구 결과를 크게 프로바이오틱스 활성과 항균 활성으로 나누어 정리하였다. 이를 바탕으로 막걸리 유래 기능성 미생물들의 산업적인 활용 방안과 향후 연구 및 개발 방향에 대해 고찰해 보고자 한다.
pentosaceus TNO-4 유산균의 지방세포 분화 억제능을 in vitro 수준에서 확인한 결과는 주목할 만 하다[54]. 특히 해당 논문에서는 17종의 막걸리 유래 유산균을 대상으로 ariginine으로부터 ornithine을 생산하는 능력이 우수한 유산균을 스크리닝 함으로써 TNO-4 균주를 선별하였다[54]. 이외에도 막걸리에서 분리한 P.
대상 데이터
한 연구에서는, 막걸리 유산균 54종에 대해 콜로니의 morphology와 상등액의 생리활성을 스크리닝했고, 그 결과 기능성 EPS를 분비하는 P. acidilactici M76를 선별하였다[50]. 구체적으로는, P.
성능/효과
다른 연구에서는 막걸리에서 분리한 17종의 유산균에 대해 내산성, 내담즙성 및 장 부착능을 평가함과 동시에 in vitro 수준에서 면역활성을 측정하였다[37]. 면역활성은 세포에 처리했을 때 nitric oxide (NO)의 생성량을 통해 확인했는데, 종합적인 평가를 통해 프로바이오틱스 활성이 높은 4종의 유산균(L. curvatus L.
후속연구
더 나아가 막걸리 뿐만 아니라 전통 발효식품인 김치, 된장 등 다양한 발효식품에서도 기능성 미생물을 발굴하여 보다 기능성이 강화되고 품질이 뛰어난 고부가가치 발효식품을 개발하는데 활용될 수 있을 것이다. 궁극적으로는 이러한 토착 미생물의 활용을 통해 수입 종균에 대한 의존도를 낮추고 우리나라 식품산업의 세계 경쟁력을 향상시킬 수 있는 계기가 되기를 기대해 본다.
막걸리 유래의 미생물을 기능성 소재로 활용하기 위해 지금까지 수행된 연구는 주로 미생물의 프로바이오틱스 활성과 항균활성의 스크리닝에 초점이 맞춰져 있었다. 그러나 앞으로는 프로바이오틱스 활성을 가진 균주들에 대해서 추가 효능 평가 및 안전성 검증을 수행함으로써 균주의 상용화 방향으로 연구가 진행되어야 할 것이다. 또한 신규 항균소재의 발굴을 위해서, 유기산 효과를 배제한 항균 활성 균주의 high throughput 스크리닝과 항균 메커니즘에 관한 심도있는 연구가 필요하다.
이러한 막걸리로부터 발굴한 기능성 미생물은 기존에 많이 이용되고 있는 수입 종균보다 한국인의 체질에 잘 맞는, 보다 높은 효율의 프로바이오틱스 효과를 기대할 수 있을 것이며, 또한 발굴한 기능성 미생물이 가지는 항균효과는 식품산업을 포함한 다양한 분야에서 천연 항균제로 사용될 수 있을 것이다. 더 나아가 막걸리 뿐만 아니라 전통 발효식품인 김치, 된장 등 다양한 발효식품에서도 기능성 미생물을 발굴하여 보다 기능성이 강화되고 품질이 뛰어난 고부가가치 발효식품을 개발하는데 활용될 수 있을 것이다. 궁극적으로는 이러한 토착 미생물의 활용을 통해 수입 종균에 대한 의존도를 낮추고 우리나라 식품산업의 세계 경쟁력을 향상시킬 수 있는 계기가 되기를 기대해 본다.
또한 신규 항균소재의 발굴을 위해서, 유기산 효과를 배제한 항균 활성 균주의 high throughput 스크리닝과 항균 메커니즘에 관한 심도있는 연구가 필요하다. 덧붙여 다양한 유용미생물들의 유전자원 확 보 및 유전체 분석은 고기능성 유전자의 발굴 및 산업적 활용을 위해 필수적인 기초자료를 제공해 줄 수 있을 것이다.
그러나 앞으로는 프로바이오틱스 활성을 가진 균주들에 대해서 추가 효능 평가 및 안전성 검증을 수행함으로써 균주의 상용화 방향으로 연구가 진행되어야 할 것이다. 또한 신규 항균소재의 발굴을 위해서, 유기산 효과를 배제한 항균 활성 균주의 high throughput 스크리닝과 항균 메커니즘에 관한 심도있는 연구가 필요하다. 덧붙여 다양한 유용미생물들의 유전자원 확 보 및 유전체 분석은 고기능성 유전자의 발굴 및 산업적 활용을 위해 필수적인 기초자료를 제공해 줄 수 있을 것이다.
한 예로 발효식품의 부패 및 저장기간의 향상을 위해 이러한 killer yeast들이 활용될 수 있으며, 전통주 발효 과정에서도 killer toxin에 감수성을 가진 오염 요인들의 제거가 가능[3]하기 때문에, 이를 활용한 전통주 발효 균주를 분리동정하여 에탄올 발효의 특성도 연구되고 있다[40]. 뿐만 아니라, killer toxin이 소화효소에 의해 쉽게 분해될 수 있는 단백질 소재라는 측면에서, 인체 독성이 없는 항균소재로 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
막걸리는 한국인과 오랜 시간 함께 해 온 발효식품으로 다양한 토착 효모와 유산균의 보고이다. 이러한 막걸리로부터 발굴한 기능성 미생물은 기존에 많이 이용되고 있는 수입 종균보다 한국인의 체질에 잘 맞는, 보다 높은 효율의 프로바이오틱스 효과를 기대할 수 있을 것이며, 또한 발굴한 기능성 미생물이 가지는 항균효과는 식품산업을 포함한 다양한 분야에서 천연 항균제로 사용될 수 있을 것이다. 더 나아가 막걸리 뿐만 아니라 전통 발효식품인 김치, 된장 등 다양한 발효식품에서도 기능성 미생물을 발굴하여 보다 기능성이 강화되고 품질이 뛰어난 고부가가치 발효식품을 개발하는데 활용될 수 있을 것이다.
특히 고 GABA 생산 균주로부터 발굴한 GAD 효소를 성공적으로 대장균에 발현시킨 사례도 보고되었다[36]. 이처럼 막걸리 유래의 미생물을 직접 활용하거나[23], 그 유전정보를 이용한 재조합 미생물을 제작함으로써 산업적인 GABA 생산공정을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
참고문헌 (55)
Aoki H, Furuya Y, Endo Y, Fujimoto K. 2003. Effect of γ-aminobutyric acid-enriched tempeh-like fermented soybean (GABA-tempeh) on the blood pressure of spontaneously hypertensive rats. Biosci. Biotechnol. Biochem. 67: 1806-1808.
Baek H, Choi M-S, Oh K-H. 2012. Characterization and antibacterial activity of Lactobacillus casei HK-9 isolated from korean rice wine, makegeolli. Korean Soc. Biotechnol. Bioeng. J. 27: 161-166.
Bositan KA, Hopper JE, Rogers DT, Tipper DJ. 1980. Translational analysis of the killer-associated virus-like particle dsRNA genome of S. cerevisiae: M dsRNA encodes toxin. Cell 19: 403-414.
Eon-Ho C, Chang H-C, Chung E-Y, Chung W-C. 1990. Isolation and identification of wild killer yeasts Candida dattila. Korean J. Microbiol. Biotechnol. 18: 1-5.
Heo J, Ryu M, Jeon S, Oh H, Kim YS, Jeong D, Uhm T-B. 2014. Characterization of Lactobacillus brevis JBE 30 as a starter for the brewing of traditional liquor. Korean J. Microbiol. 50: 233-238.
Jeong S-T, Kwak H-J, Kim S-M. 2013. Quality charateristics and biogenic amine production of Makgeolli brewed with commercial nuruks. Korean J. Food Sci. Technol. 45: 727-734.
Jin J, Kim S-Y, Jin Q, Eom H-J, Han NS. 2008. Diversity analysis of lactic acid bacteria in Takju, Korean rice wine. J. Microbiol. Biotechnol. 18: 1678-1682.
Jung H-K, Park C-D, Lee G-D, Park S-C, Park H-H, Hong J-H. 2007. Characteristics of Pichia anomala K15 producing killer toxin isolated from traditional nuruk. Korean J. Food Nutr. 36: 1077-1082.
Kang KH. 2013. Health benefits of lactic acid bacteria. Curr. Top. LAB Probiotics. 1: 1-8.
Kim HR, Kim J-H, Bae D-H, Ahn B-H. 2010. Characterization of Yakju brewed from glutinous rice and wild-type yeast strains isolated from Nuruks. J. Microbiol. Biotechnol. 20: 1702-1710.
Kim J-H, Kim N-M, Lee J-S. 2000. Production of killer toxin from a mutant of Hansenular capsulata S-13. Korean J. Food Nutr. 13: 158-163.
Kim MS, Kim S, Ha B-S, Park H-Y, Baek S-Y, Yeo S-H, et al. 2014. Diversity, Saccharification capacity, and toxigenicity analyses of fungal isolates in Nuruk. Korean J. Mycol. 42: 191-200.
Kim Y, Oh S, Yun HS, Kim SH. 2010. Cell-bound exopolysaccharide from probiotic bacteria induces autophagic cell death of tumour cells. Lett. Appl. Microbiol. 51: 123-130.
Komatsuzaki N, Shima J, Kawamoto S, Momose H, Kimura T. 2005. Production of γ-aminobutyric acid (GABA) by Lactobacillus paracasei isolated from traditional fermented foods. Food Microbiol. 22: 497-504.
Kwon Y-H, Lee A-R, Kim J-H, Kim H-R, Ahn B-H. 2012. Changes of physicochemical properties and microbial during storage of commercial makgeolli. Korean J. Mycol. 40: 210-214.
Laws A, Gu Y, Marshall V. 2001. Biosynthesis, characterisation, and design of bacterial exopolysaccharides from lactic acid bacteria. Biotechnol. Adv. 19: 597-625.
Lee AR, Kim HR, Kim J-H, Ahn B-H, Lee J-E. 2014. Isolation of lactic acid bacteria and its application for synbiotics makgeolli fermentation. Curr. Top. LAB Probiotics. 2: 27-33.
Lee E-J, Lee S-P. 2015. Optimization of γ-aminobutyric acid (GABA) production using immobilized Lactobacillus plantarum K154 in submerged culture of Ceriporia lacerata. Korean J. Food Sci. Technol. 47: 438-445.
Lee H-L, Kang K-W, Seo D-H, Jung J-H, Jung D-H, Kim G-W, et al. 2015. Diversity of lactic acid bacteria (LAB) in makgeolli and their production of γ-aminobutyric acid. Korean J. Food Sci. Technol. 47: 204-210.
Lee J-K, Jo H-J, Yoon J-A, Chung K-H, Song BC, Kim KI, et al. 2014. Isolation and identification of microorganisms with antimicrobial activity in Makgeolli of different kinds Koji and Nuruk. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 43: 577-583.
Lee J-S, Kim H-K, Lee HB, Mun HY, Hyun SH. 2013. Isolation of yeasts from wild flowers in Gyonggi-do province and Jeju island in Korea and the production of anti-gout xanthine oxidase inhibitor. Korean J. Microbiol. Biotechnol. 41: 383-390.
Lee J-S, Lee T-S, Park S-O, Noh B-S. 1996. Flavor components in mash of takju prepared by different raw materials. Korean J. Food Sci. Technol. 28: 316-323.
Lee JH, Yu TS. 2000. Identification and charateristics of lactic acid bacteria lsolated from Nuruk. Korean Soc. Biotechnol. Bioeng. J. 15.
Lee S-H. 2015. Development of mulberry-leaf tea containing γ-aminobutyric acid (GABA) by anaerobic treatments. Korean J. Food Sci. Technol. 47: 652-657.
Lee SH, Kwon M-J, Kang H-T, Chung CW, Kim BO, Kim J-S. 2015. The anti-inflammatory effects of probiotic-produced exopolysaccharide. J. Life Sci. 25: 709-714.
Lee T-S, Han E-H. 2001. Volatile flavor components in mash of takju prepared by using Aspergillus oryzae nuruks. Korean J. Food Sci. Technol. 33: 366-372.
Lindgren SE, Dobrogosz WJ. 1990. Antagonistic activities of lactic acid bacteria in food and feed fermentations. FEMS Microbiol. Lett. 87: 149-164.
Min J-H, Kim Y-H, Kim J-H, Choi S-Y, Lee J-S, Kim H-K. 2012. Comparison of microbial diversity of Korean commercial Makgeolli showing high β-glucan content and high antihypertensive activity, respectively. Mycobiology 40: 138-141.
Moon Y-J, Baik S-H, Cah Y-S. 2014. Lipid-lowering effects of Pediococcus acidilactici M76 isolated from Korean traditional makgeolli in high fat diet-induced obese mice. Nutrients 6: 1016-1028.
Park C-D, Jung H-K, Park H-H, Hong J-H. 2007. Identification and fermentation characteristics of lactic acid bacteria isolated from Hahyangju Nuruk. Korean J. Food Preserv. 14: 188-193.
Park K-B, Oh S-H. 2007. Cloning, sequencing and expression of a novel glutamate decarboxylase gene from a newly isolated lactic acid bacterium, Lactobacillus brevis OPK-3. Bioresour. Technol. 98: 312-319.
Park Y-U, Kim M-D, Jung D-H, Seo D-H, Jung J-H, Park J-G, et al. 2015. Probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from Korean rice wine Makgeolli. Food Sci. Biotechnol. 24: 1761-1766.
Patel AK, Michaud P, Singhania RR, Soccol CR, Pandey A. 2010. Polysaccharides from probiotics: new developments as food additives. Food Technol. Biotechnol. 48: 451-463.
Piuri M, Sanchez-Rivas C, Ruzal S. 1998. A novel antimicrobial activity of a Paenibacillus polymyxa strain isolated from regional fermented sausages. Lett. Appl. Microbiol. 27: 9-13.
Rhee C-H, Woo C-J, Lee J-S, Chung K-T, Park H-D. 1996. Characteristics of ethanol fermentation by a killer yeast, Saccharomyces cerevisiae B15-1. Korean J. Appl. Microbiol. Biotechnol. (Korea Republic) 24: 331-335.
Rhee SJ, Lee J-E, Lee C-H. 2011. Importance of lactic acid bacteria in Asian fermented foods. Microb. Cell. Fact. 10: S5-S5.
Ruas-Madiedo P, Mereno JA, Salazar N, Delgado S, Mayo B, Margolles A, et al. 2007. Screening of exopolysaccharide-producing Lactobacillus and Bifidobacterium strains isolated from the human intestinal microbiota. Appl. Environ. Microbiol. 73: 4385-4388.
Seo D-H, Jung J-H, Kim H-Y, Kim Y-R, Ha S-J, Kim Y-C, et al. 2007. Identification of lactic acid bacteria involved in traditional Korean rice wine fermentation. Food Sci. Biotechnol. 16: 994-998.
Seo WT, Cho KK, Lee JY, Kim B, Cho KM. 2012. Quality characteeristics of wheat-rice Makgeolli by making of rice Nuruk prepared by Rhizopus oryzae CCS01. Korean J. Microbiol. 48: 147-155.
Sim H, Kim M-D. 2016. Antipathogenic activity of Bacillus amyloliquefaciens isolated from Korean traditional rice wine. Microbiol. Biotechnol. 44: 98-105.
Song SH, Lee C, Lee S, Park JM, Lee H-J, Yoon S-S, et al. 2013. Analysis of microflora profile in Korean traditional nuruk. J. Microbiol. Biotechnol. 23: 40-46.
Song Y-R. 2013. Exopolysaccharide produced by Pediococcus acidilactici M76 isolated from the Korean traditional rice wine, Makgeolli. J. Microbiol. Biotechnol. 23: 681-688.
Yokoyama S, Hiramatsu J-I, Kayakawa K. 2002. Production of γ-aminobutyric acid from alcohol distillery lees by Lactobacillus brevis IFO-12005. J. Biosci. Bioeng. 93: 95-97.
Yook J-S, Oh S-H, Kim S-G, Lee J-S, Mun E-G, Cha Y-S. 2015. Isolation of Pediococcus strain from nuruk and anti-lipid accumulation effect of ornithine-containing Makgeolli on 3T3-L1 cells. J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 44: 1264-1269.
Yu T-S, Kim H-S, Hong J, Ha H-P, Kim T-Y, Yoon I-W. 1996. Bibliographical study on microorganisms of nuruk (Until 1945). Korean J. Food Nutr. 25: 170-179.
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