Bacillus amyloliquefaciens로 제조한 콩 발효물의 발효시간에 따른 품질 변화 Changes in Quality of according to Fermentation Time of Fermented Soybean Produced Made with Bacillus amyloliquefaciens원문보기
The purpose of this study was to evaluate the appearance, physicochemical, physical, and fermentation properties of the fermented soybean produced by manufacturing with inoculation the different types of microbial strains. The strains were inoculated by the NSI (natural strains inoculation), and the...
The purpose of this study was to evaluate the appearance, physicochemical, physical, and fermentation properties of the fermented soybean produced by manufacturing with inoculation the different types of microbial strains. The strains were inoculated by the NSI (natural strains inoculation), and the SSI (selective strain inoculation) were treatments. The appearance showed differences in color, viscous substance, and hardness depending on strains inoculation and fermentation duration. The pH, and total acidity were 6.40~7.26%, and 0.10~0.39% respectively with differences depending on the samples. The moisture content as the fermentation duration increased, the NSI (56.03~57.66%) decreased and the SSI (56.71~58.63%) increased. The physical characteristics of the hardness increased as the fermentation duration increased for the NSI and the SSI decreased. The color values for the L, a, and b values were 47.64~58.56, 7.15~9.08, and 12.41~17.30, respectively. The α-amylase and protease activities of the SSI were the highest among all treatments. The total viable cell counts of the fermented soybean products by strains were 5.02 to 9.77 log CFU/g, and SSI (fermentation, 48 hours) was the highest. The amino-type nitrogen contents of all samples were 301.62~746.97 mg% and the SSI showed the highest content. The amino acid had the highest glutamic acid content.
The purpose of this study was to evaluate the appearance, physicochemical, physical, and fermentation properties of the fermented soybean produced by manufacturing with inoculation the different types of microbial strains. The strains were inoculated by the NSI (natural strains inoculation), and the SSI (selective strain inoculation) were treatments. The appearance showed differences in color, viscous substance, and hardness depending on strains inoculation and fermentation duration. The pH, and total acidity were 6.40~7.26%, and 0.10~0.39% respectively with differences depending on the samples. The moisture content as the fermentation duration increased, the NSI (56.03~57.66%) decreased and the SSI (56.71~58.63%) increased. The physical characteristics of the hardness increased as the fermentation duration increased for the NSI and the SSI decreased. The color values for the L, a, and b values were 47.64~58.56, 7.15~9.08, and 12.41~17.30, respectively. The α-amylase and protease activities of the SSI were the highest among all treatments. The total viable cell counts of the fermented soybean products by strains were 5.02 to 9.77 log CFU/g, and SSI (fermentation, 48 hours) was the highest. The amino-type nitrogen contents of all samples were 301.62~746.97 mg% and the SSI showed the highest content. The amino acid had the highest glutamic acid content.
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문제 정의
본 연구에서는 산업체에서 균일하고 표준화된 콩 발효제품을 개발하는데 기초 자료로 사용하고자 자연균과 선택된 단일균인 Bacillus amyloliquefaciens 균주를 이용하여 콩 발효물을 제조하여 발효 시간별 품질 변화를 조사하였다.
제안 방법
, Ltd, Seoul, Korea)를 이용하여 증자하였다(121℃, 30 min). 균주 접종은 증자된 콩을 자연균(NSI) 접종과 선택균(SSI) 접종으로 나누어 실험을 진행하였다. 자연균(NSI) 접종은 실험실에서 1시간 공기 중에 노출시켜 접종하였으며, 선택균(SSI) 접종은 증자된 콩을 무균 조건하에 40℃ 이하로 식힌 다음 전 배양된 균주(Bacillus amyloli- quefaciens HJ5-2, OD: 0.
본 연구에서는 균주 및 발효시간을 달리하여 제조한 콩발효물의 외관, 이화학적 경도, 색도, 효소, 점질물질, 총균수, 아미노태질소 및 아미노산 등의 품질변화를 비교 분석하였다. 콩 발효물의 외관은 균주 및 발효시간에 따라 색, 점질물질, 경도 등의 차이를 보였다.
7×108 CFU/g)를 1%(v/w) 접종하였다. 이것을 각각 스티로폼 상자(21×27×14 cm3)에 담아 온도가 37℃, 습도가 70%인 발효실에서 시료에 따라 0, 12, 24 및 48시간 배양하여 콩 발효물을 제조하였다. 추출물은 일정량의 시료를 채취한 다음 증류수를 첨가하여 homogenizer(HG-15A, Daihan Scientific Co.
균주 접종은 증자된 콩을 자연균(NSI) 접종과 선택균(SSI) 접종으로 나누어 실험을 진행하였다. 자연균(NSI) 접종은 실험실에서 1시간 공기 중에 노출시켜 접종하였으며, 선택균(SSI) 접종은 증자된 콩을 무균 조건하에 40℃ 이하로 식힌 다음 전 배양된 균주(Bacillus amyloli- quefaciens HJ5-2, OD: 0.5, 1.7×108 CFU/g)를 1%(v/w) 접종하였다. 이것을 각각 스티로폼 상자(21×27×14 cm3)에 담아 온도가 37℃, 습도가 70%인 발효실에서 시료에 따라 0, 12, 24 및 48시간 배양하여 콩 발효물을 제조하였다.
콩 발효물의 이화학적으로 pH, 총산도 및 수분함량을 측정하였다. pH는 시료를 10배 희석한 후 pH meter(Metrohm 691, Metrohm, Herisau, Switzerland)를 이용하여 측정하였으며, 총산도 측정은 시료 10 mL에 0.
대상 데이터
실험에 사용된 균주는 장류 유래 Bacillus amyloliquefaciens HJ5-2 균주(한국농업미생물자원센터, Korean Agri- cultural Culture Collection, KACC, Jeonju, Korean)를 분양받아 실험에 사용하였다. 균주는 LB broth(Difco, Sparks, MD, USA)에 18시간 배양된 배양액을 사용하였다.
균주는 LB broth(Difco, Sparks, MD, USA)에 18시간 배양된 배양액을 사용하였다. 실험에 사용된 콩은 대원콩(Miryang, Korea)으로 국립식량과학원(밀양 소재)에서 2018년 재배 및 수확한 것을 제공받아 콩 발효물 제조는 Lee 등(2014)의 방법으로 하였다. 콩 300 g을 수세하여 15시간 동안 23±2℃의 물에 침지시킨 후 30분 물빼기를 하였다.
데이터처리
실험결과 data는 SPSS 시스템(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc, Chicago, IL, USA) soft-ware package(version 12.0)를 이용하여 평균과 표준편차를 산출하였다. 평균값은 one-way analysis of variance(ANOVA)로 비교 분석하였으며, Duncan's multiple range test에 의하여 p<0.
0)를 이용하여 평균과 표준편차를 산출하였다. 평균값은 one-way analysis of variance(ANOVA)로 비교 분석하였으며, Duncan's multiple range test에 의하여 p<0.05 유의수준에서 평균 간 다중비교를 실시하여 검정하였다.
콩 발효물의 효소활성도는 α-amylase와 protease를 Von Worthington(1993)과 Lee 등(2014)의 방법에 준하여 측정하였다. α-Amylase 활성도는 시료 추출물 1 mL에 1%(v/w) soluble starch(0.
성능/효과
Shin 등(2019)은 균주 B. amyloliquefaciens를 선택 접종한 콩 발효물의 발효 24시간 후 아미노태질소 함량을 측정한 결과, 시료에 따라 401.07~524.47 mg%이었다는 보고와 본 실험의 선택균(SSI) 접종군 발효 24시간 결과와 비교해 보면 비슷한 수준으로 나타났다.
Shin 등(2020)의 연구에서 B. amyloliquefaciens를 스타터로 이용하여 24시간 발효하여 제조한 품종별 콩 발효물의 α-amylase 활성은 6.63~21.56 unit/g이었다고 보고한 것과 본 연구에서 콩 발효물의 선택균(SSI)을 접종한 시료의 발효 24시간을 비교해 보면 21.83 unit/g으로 비슷한 수준이었다. Protease 효소활성은 polypeptide와 아미노산 등을 생성하여 맛에 영향을 주며 소화흡수율을 높인다(Jung 등 2009).
63%로 증가하였다. 경도는 자연균(NSI) 접종은 발효시간이 증가할수록 증가하였고, 선택균(SSI) 접종은 감소하는 경향으로 나타났다. 색도는 L값의 경우 자연균(NSI) 접종은 발효 24시간(58.
30 수준으로 나타나 선택균(SSI) 접종이 더 낮았다. 따라서 균주의 접종 방법 및 발효시간에 따라 콩 발효물의 색은 발효숙성 과정에서 분해된 당과 아미노산의 양에 의해 색이 다르게 나타난 것으로 사료된다.
79% 범위로 발효조건에 따라 다른 것으로 알려져 있으며, Choi 등(2007)은 균의 종류 및 발효시간을 달리하여 제조한 청국장의 수분함량이 다르게 나타났다고 보고한 것과 본 실험의 결과와 유사하였다. 따라서, 미생물의 종류 및 접종방법, 온도, 습도, 시간 등의 발효조건에 따라 수분함량이 다르며, 발효정도를 알 수 있는 점질물질 생성량이 많으면 수분증발 방지효과가 있어 수분함량의 변화를 적게 할 것으로 사료된다.
한편, 발효 60시간에는 자연균(NSI) 접종의 발효 정도는 잘 이루어졌으나, 반면에 선택균(SSI) 접종은 암모니아 냄새가 더 많이 나고 색이 더 짙어진 것이 확인되었다(자료 미제시). 따라서, 콩 발효물 제조 시 균주 접종방법은 물론 최적 발효시간이 함께 결정되어야 할 것으로 보인다.
또한, 콩 발효식품의 색은 발효과정에서 발효균주가 지닌 단백질 분해효소와 당 분해효소에 의해 각각 생성된 아미노산과 당 성분에 의해 갈색색소가 생성되며, 초기에 비해 8배 이상 증가하고, 관능적 기호도에 영향을 주는 중요한 품질지표로 알려져 있다(Lee 등 1999). 색도를 측정한 결과, L값의 경우 자연균(NSI) 접종은 발효 24시간이 58.56으로 가장 높았으며, 선택균(SSI) 접종은 발효 12시간이 55.42로 가장 높았다. a값은 발효 48시간에 자연균(NSI) 접종은 9.
1a). 선택균(SSI) 접종은 발효시간이 경과할수록 콩이 덜 단단하였으며, 발효 12시간에도 많은 점질물질이 생성되었다(Fig. 1b).
27로 다소 증가하였고, 선택균(SSI) 접종은 변화가 없거나 다소 감소하는 경향을 보였다. 수분함량은 자연균(NSI) 접종의 경우 56.03~57.48%로 발효시간이 증가함에 따라 감소하였고, 선택균(SSI) 접종은 56.71~58.63%로 증가하였다. 경도는 자연균(NSI) 접종은 발효시간이 증가할수록 증가하였고, 선택균(SSI) 접종은 감소하는 경향으로 나타났다.
77 CFU/g 범위로 나타났다. 아미노태질소 함량은 자연균(NSI) 접종이 305.71~429.58 mg%이었으며, 선택균(SSI) 접종이 398.27~746.97 mg% 범위로 발효시간이 증가함에 따라 증가하였다. 총 아미노산 함량은 선택균(SSI)을 접종한 처리군의 발효 48시간에 가장 높은 함량을 나타내었으며, 아미노산 중 glutamic acid가 가장 많이 검출되었다.
Lee 등(2014)은 청국장 제조 시 균주를 자연균과 선택균 접종으로 유산균을 이용하였는데, 외관상 자연균 접종이 유산균을 단독 접종한 것보다 점질물질이 더 많이 형성되었다고 보고하였다. 이러한 보고와 본 실험결과, 콩 발효물의 외관은 반대 양상으로 선택균(SSI) 접종이 점질물질이 더 많이 형성되는 차이를 보였다. 이러한 차이는 자연균(NSI) 접종은 여러 가지 미생물이 존재하여 발효양상이 다를 것으로 예측되며, 선택균(SSI) 접종은 선택한 균의 종류와 접종방법 등 특성이 다르기 때문으로 사료된다.
총 아미노산 함량은 선택균(SSI)을 접종한 처리군의 발효 48시간에 가장 높은 함량을 나타내었으며, 아미노산 중 glutamic acid가 가장 많이 검출되었다. 이상의 결과로 부터 콩 발효물의 제조 시 균주 및 발효 시간에 따라 발효 양상이 다르다는 것을 확인하였다. 적합한 균주 접종 및 발효시간 등 발효 조건이 함께 결정되어 이루어진다면 제품의 품질을 개선하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
콩 발효물의 외관은 균주 및 발효시간에 따라 색, 점질물질, 경도 등의 차이를 보였다. 이화학적 특성으로 pH, 총산도 및 수분함량을 측정한 결과, 자연균(NSI) 접종은 pH 6.44~6.74, 선택균(SSI) 접종은 pH 6.80~7.26이었으며, 총산도는 발효시간에 따라 자연균(NSI) 접종은 0.10~0.27로 다소 증가하였고, 선택균(SSI) 접종은 변화가 없거나 다소 감소하는 경향을 보였다. 수분함량은 자연균(NSI) 접종의 경우 56.
67%이었으며, 발효 시간이 증가할수록 점질물질의 함량이 더 많았다. 자연균(NSI) 접종보다 선택균(SSI) 접종군의 점질물질 함량이 높게 나타나 발효가 더 진행되었음을 알 수 있었다. Baek 등(2008)은 청국장 발효 24시간 후의 점질물질 함량은 사용균주에 따라 2.
Table 2에서 보는 바와 같이 콩 발효물의 경도(hardness)와 색도를 측정하였다. 자연균(NSI) 접종은 발효시간이 증가할수록 증가하였고, 선택균(SSI) 접종은 감소하는 경향으로 앞서 외관특성(Fig. 1)과 수분함량(Table 1)에서 보듯이 비슷한 경향이었다.
Table 1에서 보듯이 수분함량을 측정한 결과, 균주 접종에 따라 다르게 나타났다. 자연균(NSI) 접종의 경우 57.50~57.48%로 발효시간이 증가함에 따라 감소하였고, 선택균(SSI) 접종은 56.71~58.63%로 증가하였다. 이러한 결과는 앞서 Fig.
콩발효물의 색은 외관상 두 처리군 모두에서 시간이 경과할수록 색의 더 짙어지는 변화를 보였다. 자연균(NSI) 접종의 경우 발효시간이 경과할수록 콩이 더 단단하였으며, 발효 48시간에는 약간의 점질물질이 형성되었음을 확인하였다(Fig. 1a).
97 mg% 범위로 발효시간이 증가함에 따라 증가하였다. 총 아미노산 함량은 선택균(SSI)을 접종한 처리군의 발효 48시간에 가장 높은 함량을 나타내었으며, 아미노산 중 glutamic acid가 가장 많이 검출되었다. 이상의 결과로 부터 콩 발효물의 제조 시 균주 및 발효 시간에 따라 발효 양상이 다르다는 것을 확인하였다.
Protease 효소활성은 polypeptide와 아미노산 등을 생성하여 맛에 영향을 주며 소화흡수율을 높인다(Jung 등 2009). 콩 발효물의 protease 효소활성을 측정한 결과, 발효 시간에 따라 자연균(NSI) 접종이 128.38~244.63 unit/g, 선택균(SSI) 접종이 130.25~965.25 unit/g으로 나타났다. 이는 Choi 등(2007)과 Lee 등(2014)의 연구에서 균의 종류에 따른 콩 발효물의 protease 활성은 발효 시간에 따라 차이를 보였다는 것과 본 실험결과와 유사하였다.
아미노태질소 함량은 발효정도를 알 수 있는 중요한 품질지표로 사용되고 있다. 콩 발효물의 아미노태질소 함량은 자연균(NSI) 접종이 301.62~429.58 mg%이었으며, 선택접종(SSI)군이 302.07~746.97 mg% 범위로 발효시간이 증가함에 따라 증가하였다. 이는 앞서 효소활성과 점질물질의 결과(Table 3)와도 비슷한 경향으로 나타났다.
점질물질은 발효과정에서 생성되는 polypeptide와 과당이 중합된 fructan의 혼합물로 생리기능성 물질로 알려져 있다(Yang & Kim 2013). 콩 발효물의 점질물질의 변화를 측정한 결과, Table 3에서 보는 바와 같이 자연균(NSI) 접종이 0.15~5.75%, 선택균(SSI) 접종이 0.18~8.67%이었으며, 발효 시간이 증가할수록 점질물질의 함량이 더 많았다. 자연균(NSI) 접종보다 선택균(SSI) 접종군의 점질물질 함량이 높게 나타나 발효가 더 진행되었음을 알 수 있었다.
1에서 보듯이 균 접종 및 발효시간에 따라 다른 양상을 보였다. 콩발효물의 색은 외관상 두 처리군 모두에서 시간이 경과할수록 색의 더 짙어지는 변화를 보였다. 자연균(NSI) 접종의 경우 발효시간이 경과할수록 콩이 더 단단하였으며, 발효 48시간에는 약간의 점질물질이 형성되었음을 확인하였다(Fig.
이러한 차이는 자연균(NSI) 접종은 여러 가지 미생물이 존재하여 발효양상이 다를 것으로 예측되며, 선택균(SSI) 접종은 선택한 균의 종류와 접종방법 등 특성이 다르기 때문으로 사료된다. 한편, 발효 60시간에는 자연균(NSI) 접종의 발효 정도는 잘 이루어졌으나, 반면에 선택균(SSI) 접종은 암모니아 냄새가 더 많이 나고 색이 더 짙어진 것이 확인되었다(자료 미제시). 따라서, 콩 발효물 제조 시 균주 접종방법은 물론 최적 발효시간이 함께 결정되어야 할 것으로 보인다.
20 수준으로 나타났다. 효소활성은 선택균(SSI) 접종에서 높은 활성을 보였으며, 발효시간이 증가할수록 증가하는 경향이었다. 점질물질은 균주 및 발효시간에 따라 2.
후속연구
이는 기 보고된 연구에서 콩 발효물의 발효 24시간에 아미노산중 glutamic acid가 가장 높았으며, 감칠맛이 가장 높았다는 결과와 본 실험의 결과와 유사하였다(Gil 등 2016). 이에 따라 콩 발효물의 아미노산 함량은 발효시간이 경과할수록 증가하였지만, 제품의 맛과 향, 성분 등 품질도 함께 고려되어야 산업체의 품질기준이 마련될 것으로 보인다.
이상의 결과로 부터 콩 발효물의 제조 시 균주 및 발효 시간에 따라 발효 양상이 다르다는 것을 확인하였다. 적합한 균주 접종 및 발효시간 등 발효 조건이 함께 결정되어 이루어진다면 제품의 품질을 개선하는데 도움이 될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콩 발효는 어떤 특징이 있는가?
콩은 영양적 측면 이외에도 생리기능성 물질로 식물성 sterol, phenol 화합물, phytic acid, saponins, isoflavones 등과 식이섬유, 올리고당 등이 보고되었다(Anderson & Wolf 1995). 콩 발효는 발효과정에서 미생물이 생성하는 여러 가지 효소들에 의해서 콩 껍질이나 세포막을 구성하는 식이섬유 및 세포 내의 당질이나 단백질이 분해되어 소화율이 향상되며, 유리아미노산의 함량이 증가한다(Kim & Hahm 2003). 이러한 콩 발효제품은 면역기능이 강화되고, 항산화, 혈전용해, 항돌연변이, 항암 등에 효과적인 것으로 알려져 있다(Cho 등 2000; Kwon 등 2004; Joo & Park 2010; Han 등 2015).
콩 발효물의 외관의 경우, 선택균(SSI) 접종이 점질물질이 더 많이 형성되는 차이를 보인 이유가 무엇인가?
이러한 보고와 본 실험결과, 콩 발효물의 외관은 반대 양상으로 선택균(SSI) 접종이 점질물질이 더 많이 형성되는 차이를 보였다. 이러한 차이는 자연균(NSI) 접종은 여러 가지 미생물이 존재하여 발효양상이 다를 것으로 예측되며, 선택균(SSI) 접종은 선택한 균의 종류와 접종방법 등 특성이 다르기 때문으로 사료된다. 한편, 발효 60시간에는 자연균(NSI) 접종의 발효 정도는 잘 이루어졌으나, 반면에 선택균(SSI) 접종은 암모니아 냄새가 더 많이 나고 색이 더 짙어진 것이 확인되었다(자료 미제시).
콩의 생리기능성 물질로 보고된 것들은 무엇이 있는가?
우리나라의 콩은 오래전부터 단백질 공급원으로서 두부, 두유, 장류 등 다양한 형태로 식생활에 이용해 왔으며, 영양적으로 가치가 높아 질병예방 및 치료 등 의학적 가치까지 알려지면서 그 이용도가 확대되고 있다(Jung 등 2016; Jayachandran & Xu 2019). 콩은 영양적 측면 이외에도 생리기능성 물질로 식물성 sterol, phenol 화합물, phytic acid, saponins, isoflavones 등과 식이섬유, 올리고당 등이 보고되었다(Anderson & Wolf 1995). 콩 발효는 발효과정에서 미생물이 생성하는 여러 가지 효소들에 의해서 콩 껍질이나 세포막을 구성하는 식이섬유 및 세포 내의 당질이나 단백질이 분해되어 소화율이 향상되며, 유리아미노산의 함량이 증가한다(Kim & Hahm 2003).
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