Histamine, tyramine, cadaverine 및 putrescine과 같은 바이오제닉 아민은 소비자의 건강에 해로운 영향을 줄 수 있으므로 식품에서 독성 물질로 관리되어야 한다. 최근 몇 년 동안, 바이오제닉 아민을 분해할 수 있는 미생물의 적용은 바이오제닉 아민 함량의 감소를 위한 새로운 방법이 되고 있다. 먼저 Bacillus sp. BCNU 9171 균주를 한국 전통발효 된장으로부터 분리하였다. 4개의 아민 생성 식중독 세균들에 의한 바이오제닉 아민 생산에 대한 Bacillus sp. BCNU 9171의 배양 상등액(CFS)의 저해율을 HPLC를 사용하여 조사하였다. 본 실험 결과는 10% (1 ml + 9 ml HDB), 25%(2.5 ml CFS + 7.5 ml HDB), 50% (5 ml CFS + 5 ml HDB) 및 75% (7.5 ml CFS + 2.5 ml HDB)의 네 가지 CFS 농도가 대조군에 비해 4가지 아민 생성균에 대한 바이오제닉 아민 생산을 87%까지 감소시켰음을 보여주고 있다. 이 결과는 아민 생성균에 의한 발효 식품에 의한 다량의 바이오제닉 아민이 축적되는 것을 막기 위해 발효식품 및 식품 안전용으로 Bacillus sp. BCNU 9171를 starter 균주로 이용 가능하다는 것을 보여주고 있다.
Histamine, tyramine, cadaverine 및 putrescine과 같은 바이오제닉 아민은 소비자의 건강에 해로운 영향을 줄 수 있으므로 식품에서 독성 물질로 관리되어야 한다. 최근 몇 년 동안, 바이오제닉 아민을 분해할 수 있는 미생물의 적용은 바이오제닉 아민 함량의 감소를 위한 새로운 방법이 되고 있다. 먼저 Bacillus sp. BCNU 9171 균주를 한국 전통발효 된장으로부터 분리하였다. 4개의 아민 생성 식중독 세균들에 의한 바이오제닉 아민 생산에 대한 Bacillus sp. BCNU 9171의 배양 상등액(CFS)의 저해율을 HPLC를 사용하여 조사하였다. 본 실험 결과는 10% (1 ml + 9 ml HDB), 25%(2.5 ml CFS + 7.5 ml HDB), 50% (5 ml CFS + 5 ml HDB) 및 75% (7.5 ml CFS + 2.5 ml HDB)의 네 가지 CFS 농도가 대조군에 비해 4가지 아민 생성균에 대한 바이오제닉 아민 생산을 87%까지 감소시켰음을 보여주고 있다. 이 결과는 아민 생성균에 의한 발효 식품에 의한 다량의 바이오제닉 아민이 축적되는 것을 막기 위해 발효식품 및 식품 안전용으로 Bacillus sp. BCNU 9171를 starter 균주로 이용 가능하다는 것을 보여주고 있다.
Biogenic amines such as histamine, tyramine, cadaverine, and putrescine may have detrimental effects on consumers' health; therefore, they must be considered hazardous substances in foods. In recent years, the application of microorganisms that can degrade biogenic amines has become an emerging meth...
Biogenic amines such as histamine, tyramine, cadaverine, and putrescine may have detrimental effects on consumers' health; therefore, they must be considered hazardous substances in foods. In recent years, the application of microorganisms that can degrade biogenic amines has become an emerging method for reducing the amount of these amines in foods. Primarily, Bacillus sp. BCNU 9171 was isolated from Doenjang, a Korean traditional fermented soybean paste. The inhibitory effects of the cell-free supernatant (CFS) of Bacillus sp. BCNU 9171 on biogenic amine production by 4 amine-positive food pathogenic bacteria were investigated using high performance liquid chromatography (HPLC). Our results showed that 4 different CFS concentrations-10% [1 ml CFS + 9 ml histidine decarboxylase broth (HDB)], 25% (2.5 ml CFS + 7.5 ml HDB), 50% (5 ml CFS + 5 ml HDB), and 75% (7.5 ml CFS + 2.5 ml HDB)-reduced the biogenic amine production up to 87% compared with that of the control without CFS. These results suggested that it is advisable to use Bacillus sp. strain BCNU 9171 as a starter organism for the manufacture of fermented foods and to ensure food safety since it prevents the accumulation of high amounts of biogenic amines in fermented foods by amine-positive bacteria.
Biogenic amines such as histamine, tyramine, cadaverine, and putrescine may have detrimental effects on consumers' health; therefore, they must be considered hazardous substances in foods. In recent years, the application of microorganisms that can degrade biogenic amines has become an emerging method for reducing the amount of these amines in foods. Primarily, Bacillus sp. BCNU 9171 was isolated from Doenjang, a Korean traditional fermented soybean paste. The inhibitory effects of the cell-free supernatant (CFS) of Bacillus sp. BCNU 9171 on biogenic amine production by 4 amine-positive food pathogenic bacteria were investigated using high performance liquid chromatography (HPLC). Our results showed that 4 different CFS concentrations-10% [1 ml CFS + 9 ml histidine decarboxylase broth (HDB)], 25% (2.5 ml CFS + 7.5 ml HDB), 50% (5 ml CFS + 5 ml HDB), and 75% (7.5 ml CFS + 2.5 ml HDB)-reduced the biogenic amine production up to 87% compared with that of the control without CFS. These results suggested that it is advisable to use Bacillus sp. strain BCNU 9171 as a starter organism for the manufacture of fermented foods and to ensure food safety since it prevents the accumulation of high amounts of biogenic amines in fermented foods by amine-positive bacteria.
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문제 정의
licheniformis 등의 균주를 이용하여 BAs 함량의 감소를 확인한 바 있다 [16−18]. 따라서 이 연구에서는 전통발효식품의 starter로 개발하기 위한 목적으로 BAs 함량을 감소시키는 다른 Bacillus속 균주를 된장으로부터 분리하여 보고하고자 한다.
4% 저해되는 것으로 나타났다. 비록 실험 방법이나 비교 방법 등에서 상이한 점이 많아 비교에 어려움이 있으나 전반적으로 보면 짧은 시간에 비교적 BAs의 분해율이 상당히 높은 것으로 판단되기 때문에 본 연구는 의미가 있다고 사료된다. 또한 Bartholomew 등[22]의 연구에 따르면 histamine 함량이 200 mg/kg 이상인 경우 독성을 나타낸다고 여겨지며, Lee 등[23]에 의해 BAs을 분해하는 L.
제안 방법
Acetonitrile을 통해 혼합물의 총 부피를 5 ml로 조정한 뒤 원심분리(3,000 × g, 5 min, 4℃)하여 0.2 µm 필터로 여과한 후, HPLC 분석에 이용하였다.
coli 등 병원균의 BAs 생성률을 조사하였고 이어서 10%, 25%, 50% 및 75% 네 가지 농도의 Bacillus sp. BCNU 9171 배양 상층액의 histamine 외 tryptamine, putrescine, cadaverine, tyramine 및 spermine 생성에 대한 저해(분해)율을 측정하였다.
4개의 아민 생성 식중독 세균들에 의한 바이오제닉 아민 생산에 대한 Bacillus sp. BCNU 9171의 배양 상등액(CFS)의 저해율을 HPLC를 사용하여 조사하였다. 본 실험 결과는 10% (1 ml + 9 ml HDB), 25% (2.
Cell-free solutions (CFS)을 얻기 위해 원심분리(8,800 × g, 20 min,4℃)하고 0.22 µm 필터로 여과한 후, CFS의 농도는 10% (1 ml CFS + 9 ml HDB), 25% (2.5 ml CFS + 7.5 ml HDB), 50% (5 ml CFS + 5 ml HDB) 및 75% (7.5 ml CFS + 2.5 ml HDB)의 네 가지로 준비하고 대조군으로는 CFS을 첨가하지 않은 10 ml HDB를 사용하였다.
HPLC (LC-20AD series, Shimadzu, Japan)를 통해 식중독균에 의한 BAs의 생성량(control)과 CFS 처리 후 BAs 함량(감소량)을 정량적으로 분석하였다. 시료 1 ml에 2 M sodium hydroxide 200 µl와 sodium bicarbonate 300 µl를 혼합한 후, 1%의 dansyl chloride를 첨가한 acetone 용액을 2 ml 혼합하고 40℃에서 60분 동안 유도체화 하였다.
HPLC 는 오븐 온도를 40℃로 설정하였고 ODS C18 (250 × 4.6 mm, 5 µm, Kanto Chemical Co., Inc., Japan) 컬럼을 사용 하였다.
9% (w/v) saline에 10배 희석하여 nutrient agar (NA) 배지에 100 µl씩 도말하고 35℃에서 24−48시간 배양하여 순수 분리하였다. 분리된 균주의 계통학적 위치 확인을 위해 16S 리보솜 RNA 염기서열을 분석하였고 Bioedit (ver. 7.2.6, USA)과 Mega program (Molecular Evolutionary Genetics Analysis ver. 7.0)을 이용하여 phylogenetic tree를 작성하였다[19, 20]. BAs의 분해능 확인을 위한 방법은 Ozogul의 방법[9]을 참고하였고, 아민 생성 세균으로 식중독 원인균인 Escherichia coli ATCC 10798, Listeria monocytogenes ATCC 15313, Staphylococcus aureus ATCC 6538 및 Salmonella typhimurium enterica serova Typhimurium ATCC 14028을 사용하였으며, 된장에 풍부하게 존재하는 histamine 생성을 확인하기 위한 배지로 histidine decarboxylase broth (HDB, 2 g peptone, 1 g beef extract, 5 g NaCl, 2.
subtilis와 밀접한 관계가 있으며 Bacillus 속 유용 미생물로 알려졌다. 선별된 균주를 BCNU 9171로 명명하였고 16S 리보솜 RNA 염기서열을 토대로 phylogenetic tree를 작성하였다(Fig. 1).
아민 생성 세균이 HDB에서 histamine을 생성하며 이어서 선별된 균주의 배양 상층액의 첨가로 인한 histamine 함량의 변화를 HPLC로 관찰하였다(Fig. 2). E.
, Japan) 컬럼을 사용 하였다. 이동상은 0.1 M ammonium acetate (A)와 acetonitrile (B)을 이용하였으며 농도구배는 50:50으로 시작하여 19분에 10:90의 비율로 전개하였다. 유속은 1 ml/min이며 시료는 10 µl를 주입하여 254 nm에서 모니터링 하였다[1].
대상 데이터
먼저 Bacillus sp. BCNU 9171 균주를 한국 전통발효 된장으로부터 분리하였다. 4개의 아민 생성 식중독 세균들에 의한 바이오제닉 아민 생산에 대한 Bacillus sp.
coli after treated with 75% CFS of Bacillus sp. BCNU 9171, containing tryptamine (TRP), putrescine (PUT), cadaverine (CAD), histamine (HIS), tyramine (TYR), and spermine (SPM).
실험에 사용할 Bacillus 속 균주는 재래시장 또는 일반 가정에서 된장을 수집하여 분리하였다. 1 ml의 된장 시료를 0.
이론/모형
0)을 이용하여 phylogenetic tree를 작성하였다[19, 20]. BAs의 분해능 확인을 위한 방법은 Ozogul의 방법[9]을 참고하였고, 아민 생성 세균으로 식중독 원인균인 Escherichia coli ATCC 10798, Listeria monocytogenes ATCC 15313, Staphylococcus aureus ATCC 6538 및 Salmonella typhimurium enterica serova Typhimurium ATCC 14028을 사용하였으며, 된장에 풍부하게 존재하는 histamine 생성을 확인하기 위한 배지로 histidine decarboxylase broth (HDB, 2 g peptone, 1 g beef extract, 5 g NaCl, 2.5 mg pyridoxal HCl 및 0.1% histidine/l)를 제조하여 사용하였다.
성능/효과
BCNU 9171 배양 상층액 처리 후 식중독균에 의해 생성된 histamine 및 tyramine의 양은 각각 16.8− 87.3%, 19.2−86.4% 저해되는 것으로 나타났다.
BCNU 9171을 이용하여 식중독균이 생성하는 BAs의 분해를 관찰 하였으며, 4개의 식중독균 모두에서 Bacillus sp. BCNU 9171 배양 상층액의 영향으로 인한 BAs 함량이 감소됨을 확인할 수 있었다. 이는 배양 상층액에 포함된 항균 물질 또는 BAs 분해 효소 등을 통해 감소된 것으로 판단되며, 본 결과로 향후 전통발효식품 제조 과정에서 BAs 저감화 균주를 starter로 사용할 수 있는 가능성을 타진할 수 있었다.
coli의경우 tyramine, histamine 및 putrescine 순으로 많이 생성 하는 것으로 확인되었고, Bacillus sp. BCNU 9171에 의한 분해율은 histamine이 87.3%, tyramine이 62.8%까지 함량이 감소한 것이 확인되었다. L.
monocytogenes의 경우에는 tyramine 및 putrescine 순으로 생성하였으며 Bacillus sp.BCNU 9171에 의해 cadaverine의 함량이 72.7%, histamine이 54.3%까지 감소된 것으로 확인되었다. S.
typhimurium에서는 spermine, tryptamine 및 cadaverine 순으로 많이 생성되었으며 Bacillus sp. BCNU 9171에 의해 tyramine 함량이 최대 86.4%, histamine 함량이 최대 42.7% 감소된 것으로 확인되었다. 대체적으로 CFS 농도가 증가함에 따라 BAs 함량이 dose dependent 하게 감소하는 경향을 보였다.
BCNU 9171의 분해율을 계산한 결과, 4개의 식중독균에 대하여 모두 약 16.8−87.3%의 감소율을 확인할 수 있었다.
3%까지 감소된 것으로 확인되었다. S. aureus에서는 spermine, tyramine 및 putrescine의 순으로 많이 생성되었고, tyramine이 최대 73.1%, histamine이 51.3%까지 감소되었다. S.
7% 감소된 것으로 확인되었다. 대체적으로 CFS 농도가 증가함에 따라 BAs 함량이 dose dependent 하게 감소하는 경향을 보였다. B.
된장에서 분리된 한 균주는 16S 리보솜 RNA 염기서열을 분석한 결과 B. tequilensis와 98% 상동성을 가지고 있는 것으로 확인되었으며, 이는 포자를 형성하는 그람 양성의 간균으로, B. subtilis와 밀접한 관계가 있으며 Bacillus 속 유용 미생물로 알려졌다. 선별된 균주를 BCNU 9171로 명명하였고 16S 리보솜 RNA 염기서열을 토대로 phylogenetic tree를 작성하였다(Fig.
BCNU 9171의 배양 상등액(CFS)의 저해율을 HPLC를 사용하여 조사하였다. 본 실험 결과는 10% (1 ml + 9 ml HDB), 25% (2.5 ml CFS + 7.5 ml HDB), 50% (5 ml CFS + 5 ml HDB) 및 75% (7.5 ml CFS + 2.5 ml HDB)의 네 가지 CFS 농도가 대조군에 비해 4가지 아민 생성균에 대한 바이오제닉 아민 생산을 87%까지 감소시켰음을 보여주고 있다. 이 결과는 아민 생성균에 의한 발효 식품에 의한 다량의 바이오제닉 아민이 축적되는 것을 막기 위해 발효식품 및 식품 안전용으로 Bacillus sp.
BCNU 9171 배양 상층액의 영향으로 인한 BAs 함량이 감소됨을 확인할 수 있었다. 이는 배양 상층액에 포함된 항균 물질 또는 BAs 분해 효소 등을 통해 감소된 것으로 판단되며, 본 결과로 향후 전통발효식품 제조 과정에서 BAs 저감화 균주를 starter로 사용할 수 있는 가능성을 타진할 수 있었다. 최근 식품 안전성에 관한 관심이 고조되고 있으며 전통발효식품의 높은 BAs 함량이 문제가 되면서 이러한 균주를 starter로 이용하기 위한 추가적인 연구와 앞으로도 BAs에 대한 지속적인 연구가 필요한 것으로 사료된다.
plantarum을 된장 발효에 starter로 접종한 결과 된장의 histamine 함량이 221 mg/kg에서 92 mg/kg으로 약 58%가감소한 것을 관찰하였다. 이를 참고하였을 때 본 연구에 사용된 균주를 된장 제조에 이용 시 장시간의 발효공정으로 인해 현 실험 조건에서의 분해율 보다 더 높은 분해율을 나타낼 것이며, 이로 인해 된장의 BAs 함량이 현저하게 줄어들 가능성이 있기 때문에 안전성에 큰 문제가 없을 것으로 사료된다. 그러나 된장 제조에 starter 균주로 적용하여 최적 발효조건 등을 확인하는 추가적인 연구가 필요하다.
3%의 감소율을 확인할 수 있었다. 특히, E. coli에서 CFS 75%의 농도가 87.3%로 가장 많이 분해하였고, 이어서 50% 농도에서 68.1%의 감소율을 나타내었다. 먼저 E.
후속연구
이를 참고하였을 때 본 연구에 사용된 균주를 된장 제조에 이용 시 장시간의 발효공정으로 인해 현 실험 조건에서의 분해율 보다 더 높은 분해율을 나타낼 것이며, 이로 인해 된장의 BAs 함량이 현저하게 줄어들 가능성이 있기 때문에 안전성에 큰 문제가 없을 것으로 사료된다. 그러나 된장 제조에 starter 균주로 적용하여 최적 발효조건 등을 확인하는 추가적인 연구가 필요하다. 본 연구 에서는 전통발효식품인 된장에서 분리한 Bacillus sp.
subtilis group에 속하는 균주로 우리나라의 메주 및 된장에서도 발견되고 있다[21]. 그러므로 추후 안전성 연구가 필요하나 현재로서는 안전성에는 문제가 없는 것으로 판단된다.
이는 배양 상층액에 포함된 항균 물질 또는 BAs 분해 효소 등을 통해 감소된 것으로 판단되며, 본 결과로 향후 전통발효식품 제조 과정에서 BAs 저감화 균주를 starter로 사용할 수 있는 가능성을 타진할 수 있었다. 최근 식품 안전성에 관한 관심이 고조되고 있으며 전통발효식품의 높은 BAs 함량이 문제가 되면서 이러한 균주를 starter로 이용하기 위한 추가적인 연구와 앞으로도 BAs에 대한 지속적인 연구가 필요한 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Biogenic amines이란 무엇인가?
Biogenic amines (BAs)이란 Bacillus 속, Escherichia 속 등 기타 식인성 병원 미생물들, Lactobacillus 속 및 Enterococcus 속 등 주요 식품 미생물의 amino acid decarboxylase의 선택적인 작용에 의해 carboxyl기의 제거와 함께 생성되는 저분자량의 질소화합물로, monoamine류인 histamine과 tyramine, diamine류인 putrescine과 cadaverine 등이 보고되어 있다 [1−4]. BAs는 신체 기관의 성장, 대사과정 및 면역시스템 등의 대사활동을 하는 과정에 필수적이며 보통 장 점막에서 생성되는 mono 또는 diamine oxidase에 의해 해독이 가능하지만 과량으로 섭취할 시에는 발한, 메스꺼움, 구토 및 설사 등의 증상을 일으킨다[4, 5].
바이오제닉 아민은 어떻게 관리되어야 하는가?
Histamine, tyramine, cadaverine 및 putrescine과 같은 바이오제닉 아민은 소비자의 건강에 해로운 영향을 줄 수 있으므로 식품에서 독성 물질로 관리되어야 한다. 최근 몇 년 동안, 바이오제닉 아민을 분해할 수 있는 미생물의 적용은 바이오제닉 아민 함량의 감소를 위한 새로운 방법이 되고 있다.
Biogenic amines은 어떤 활동에서 필수적인가?
Biogenic amines (BAs)이란 Bacillus 속, Escherichia 속 등 기타 식인성 병원 미생물들, Lactobacillus 속 및 Enterococcus 속 등 주요 식품 미생물의 amino acid decarboxylase의 선택적인 작용에 의해 carboxyl기의 제거와 함께 생성되는 저분자량의 질소화합물로, monoamine류인 histamine과 tyramine, diamine류인 putrescine과 cadaverine 등이 보고되어 있다 [1−4]. BAs는 신체 기관의 성장, 대사과정 및 면역시스템 등의 대사활동을 하는 과정에 필수적이며 보통 장 점막에서 생성되는 mono 또는 diamine oxidase에 의해 해독이 가능하지만 과량으로 섭취할 시에는 발한, 메스꺼움, 구토 및 설사 등의 증상을 일으킨다[4, 5]. 특히 histamine은 홍조, 가려움증 및 두드러기 등의 증상을 일으키고 tyramine은 편두통, 심박수 증가, 혈관 수축 등의 증상을 나타낸다[4].
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