[논문]시금치 유래 천연 아질산염 생산의 최적화 연구

김태경; 서동호; 성정민; 구수경; 전기홍; 김영붕; 최윤상

doi:10.9721/kjfst.2017.49.4.459

초록
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본 연구는 Lactobacillus 표준균주를 활용하여 시금치 발효액의 질산염을 아질산염으로 환원시켜 천연 아질산염 생산량의 최적화 조건을 확인하기 위하여 진행하였다. 유산균 종, 발효온도, 발효시간, 탄소원에 따른 아질산염 생산량에 대하여 평가하였다. 본 연구에서 사용한 Lactobacillus 표준균주에서는 L. farciminis(KCTC 3618)가 가장 많은 아질산염을 생산하였고, 발효온도 및 배양온도는 $30^{\circ}C$에서 36시간이 가장 많은 양의 아질산염을 생산하였다. 설탕을 첨가하였을 때 다른 탄소원을 첨가하였을 경우 보다 많은 양의 아질산염을 생산하였다. 따라서 L. farciminis를 스타터 배양로 활용하여 시금치의 질산염을 아질산염으로 환원($30^{\circ}C$, 36 h)한다면 산업적으로 가장 효과적으로 천연 아질산염을 생산할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the screening and optimization of nitrite production from fermented spinach extract using different lactic acid bacteria, fermentation temperature, and time. Spinach extract was fermented using various lactic acid bacteria at 24, 30, and $36^{\circ}C$ for 6, 12, 18...

This study investigated the screening and optimization of nitrite production from fermented spinach extract using different lactic acid bacteria, fermentation temperature, and time. Spinach extract was fermented using various lactic acid bacteria at 24, 30, and $36^{\circ}C$ for 6, 12, 18, 24, 36, 48, 72, and 96 h in the presence of different carbohydrates (glucose, sucrose, fructose, and lactose). Lactobacillus farciminis (KCTC 3618) produced the highest amount of nitrite using fermented spinach extract at $30^{\circ}C$ for 28 h compared to Staphylococcus carnosus, L. coryniformis (KCTC 3167), L. fructosus (KCTC 3544), L. reuteri (KCTC 3677), L. amylophilus (KCTC 3160), L. hilgardii (KCTC 3500), L. delbrueckii (KCTC 1058), L. fermentum (KCTC 3112), L. plantarum (KCTC 3104), and L. brevis (KCTC 3498). Comparison of the yield at different fermentation temperatures showed that the highest amount of nitrite was produced using fermented spinach extract at $30^{\circ}C$. Similarly, maximum nitrite yield was observed after 36 h fermentationin in the presence of sucrose. Therefore, maximum nitrite production was observed upon L. farciminis-mediated fermentation of spinach extractat $30^{\circ}C$ for 36 h in the presence of sucrose.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 식육가공품에 첨가되는 천연아질산염에 대한 기초자료를 제공하고자, 다양한 표준 젖산균주를 활용하여 발효 시금치 추출물의 질산염을 아질산염으로 환원시켜 천연아질 산염의 생산량의 최적화 조건을 확인하였다.

제안 방법

아질산염의 생산량이 가장 많은 온도에서 발효시간 별 아질산 염의 생산량을 비교 평가하였다. 10% 시금치 추출액에 L. farciminis (KCTC 3618)을 첨가한 후 6, 12, 18, 24, 36, 48, 72, 96시간에서 동일한 조건으로 발효하여 아질산염의 생산량을 측정하였다(5).
아질산염의 생산량이 가장 많은 발효 온도와 시간을 조건으로 탄소원을 종류별로 각각 2% (w/v)의 농도로 첨가하여 아질산염의 생산량을 비교 평가 하였다. 10% 시금치 추출액에 미생물과 포도당, 설탕, 과당, 유당을 첨가하여 발효하여 아질산염의 생산량을 측정하였다(5).
farciminis (KCTC 3618)을접종시킨 시금치 추출물을 24시간 동안 온도별로 발효하여 아질 산염의 생산량을 비교 평가하였다. 10% 시금치 추출액에 미생물을 첨가한 후 24, 30, 36°C에서 동일한 조건으로 발효하여 아질 산염의 생산량을 측정하였다(5).

대상 데이터

1 (Whatman^TM , Maidstone, UK)을 통해 여과한 시금치 추출액을 사용하였다. 발효 미생물 균주로는 현재 산업적으로 활용되고 있는 Staphylococcus carnosus를 대조구로 선정하였으며(4), 처리구로는 Lactobacillus 표준균주들을 활용하여 실험을 진행하였다. Lactobacillus coryniformis (KCTC 3167), L.
분말 형식의 시금치를 시중의 A 시장에서 구입 후, 10% (w/v)의 농도로 멸균수에 희석하여 멸균된 Whatman No. 1 (Whatman^TM , Maidstone, UK)을 통해 여과한 시금치 추출액을 사용하였다. 발효 미생물 균주로는 현재 산업적으로 활용되고 있는 Staphylococcus carnosus를 대조구로 선정하였으며(4), 처리구로는 Lactobacillus 표준균주들을 활용하여 실험을 진행하였다.

데이터처리

통계분석은 SAS program (Statistics Analytical System, version 9.12, SAS Inst., Inc., Cary, NC, USA)의 GLM (General Linear Model) procedure를 통하여 분석하였고, 처리구간의 평균간 비교는 Duncan의 다중검정을 통하여 유의성 검정(p<0.05)을 실시하였다.

성능/효과

2(a)에나타내었다. 30°C에서 24시간 발효했을 시 가장 높은 양의 아질 산염을 생산하였으며, 24, 36°C 순으로 아질산염의 생산량이 많았다(p<0.05). Casaburi 등(4)은 질산염 환원균이 질산염을 아질산 염으로 환원시키기 위해서는 15°C 이상의 온도여야 하며, 최대로 아질산염을 생성하기 위해서는 30°C 이상의 온도여야 한다고 보고하였다.
farciminis는 특히 Lactobacilli 중에서도 프로바이오틱 균으로써 효율이 높아 병원균에 대한 항균성이 높다고 알려져 있다(7). 그러므로 L. farciminis (KCTC 3618)가 육가공품의 제조 과정 중 미생물의 오염방지와 아질산염에 의한 육의 풍미와 색의 발현에 적절할 것으로 사료된다.
2(b)와 같다. 동일한 조건에서 발효를 하여 시간별로 아질산염의 생산량을 측정하였을 경우 36 시간에서 가장 많은 양의 아질산염을 생산하였다(p<0.05). 이후점차 감소하는 경향을 나타내었는데 이는 미생물의 대사 활동, 발효액의 pH 감소, 항상화 물질에 의해 아질산염이 소거된 것으로 사료된다(2).
이는 탄소원으로 설탕의 첨가시 가장 많은 양의 젖산을 생산하여 발효공정 중에 다른 탄소원을 이용 했을 경우 보다 높은 대사활동을 보인다고 하였다. 본 실험에서는 설탕이 포도당보다 높은 아질산염의 환원량을 보여 상업적으로 설탕을 첨가하여 발효하는 것이 적절할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	합성아질산염의 용도는?	합성아질산염은 식육가공품의 육색 발현, 풍미생성, 산화방지 작용, Clostridium botulinum의 생장 및 독소 생성을 억제하는데 있어 필수적인 첨가제이다(1). 또한 혈관을 팽창시켜 협심증 등의 혈관관련 증세를 완화시키며, 병원성 균과 장내 유해균의 생장을 억제시키는 등 건강에 유익한 면도 존재하고 있다.
	아질산염을 남용하면 나타나는 부작용은?	그러나 베이컨, 햄 등의 식육가공품을 고온에서 가열시 합성아질산염과 아민이 반응하여 발암성 물질인 나이트로소아민(nitrosamine)을 형성한다. 또한 아질산염의 남용은 혈액속의 헤모글로빈을 산화시켜 메트헤모글로빈증 등 각종 중독현상 등의 부작용을 일으킨다. 이러한 합성아질산염의 장단점은 1970년대부터 현재까지 논쟁되어 오고 있으며, 현재는 세계적으로 여러 국가에서 사용에 규제를 하고 있는 실정이다(1,2).
	합성아질산염이 건강에 유익한 점은 무엇인가?	합성아질산염은 식육가공품의 육색 발현, 풍미생성, 산화방지 작용, Clostridium botulinum의 생장 및 독소 생성을 억제하는데 있어 필수적인 첨가제이다(1). 또한 혈관을 팽창시켜 협심증 등의 혈관관련 증세를 완화시키며, 병원성 균과 장내 유해균의 생장을 억제시키는 등 건강에 유익한 면도 존재하고 있다. 그러나 베이컨, 햄 등의 식육가공품을 고온에서 가열시 합성아질산염과 아민이 반응하여 발암성 물질인 나이트로소아민(nitrosamine)을 형성한다.

참고문헌 (9)

Lee KT, Kang JO, Kim CJ, Lee M, Lee SK, Lee JY, Lee JW, Cho SH, Joo ST, Chin KB, Choi SH. Studies on the regulation for use, metabolism, intake, and safety of sodium nitrite in meat products. Korean J. Food Sci. An. 25: 103-120 (2005)
Hung Y, Kok TM, Verbeke W. Consumer attitude and purchase intention towards processed meat products with natural compounds and a reduced level of nitrite. Meat Sci. 121: 119-126 (2016)

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Kim TK, Kim YB, Jeon KH, Park JD, Sung JM, Choi HW, Hwang KE, Choi YS. Effect of fermented spinach as sources of pre-converted nitrite on color development of cured pork loin. Korean J. Food Sci. An. 37: 96-104 (2017)
Casaburi A, Blaiotta G, Mauriello G, Pepe O, Villani G. Technological activities of Staphylococcus carnosus and Staphylococcus simulans strains isolated from fermented sausages. Meat Sci. 71: 643-650 (2005)

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AOAC. Official Method of Analysis Intl. 15th ed. Method 973.31. Association of Official Analytical Chemists, Arilington, VA, USA (1990).
Hammes WP, Bantleon A, Min S. Lactic acid bacteria in meat fermentation. FEMS Microbiol. Lett. 87: 165-174 (1990)

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Grimoud J, Durand H, Courtin C, Monsan P, Ouarne F, Theodorou V, Roques C. In vitro screening of probiotic lactic acid bacteria and prebiotic glucooligosaccharides to select effective synbiotics. Anaerobe 16: 493-500 (2010)

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Krause BL, Sebranek JG, Rust RE, Mendonca A. Incubation of curing brines for the production of ready-to-eat, uncured, nonitrite-or-nitrate-added, ground, cooked and sliced ham. Meat Sci. 89: 507-513 (2011)

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Acton JC, Dick RL, Norris EL. Utilization of various carbohydrates in fermented sausage. Food Sci. 42: 174-178 (1977)

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