Optimization of Culture Conditions and Encapsulation of Lactobacillus fermentum YL-3 for Probiotics

This experiment was performed to improve the stability of Lactobacillus fermentum YL-3 as a poultry probiotics. The culture conditions that improve acid tolerance of L. fermentum YL-3 were investigated by changing several factors such as medium composition, temperature, anaerobic incubation and culture time. Also, L. fermentum YL-3 was encapsulated with alginate, calcium chloride and chitosan. The stable culture conditions of L. fermentum YL-3 were obtained in anaerobic incubation using MRS media without tween 80 for 20 hour at $42^{\circ}C$. The capsule after treatment with 1% chitosan was formed close membrane by a bridge bond. Immobilization of L. fermentum YL-3 in capsule was observed by confocal laser scanning microscopy, and cell viability was $2.0{\times}10^9\;CFU/g$ above the average. L. fermentum YL-3 capsule after acid treated at pH 2.0 for 3 hour survived about 40%, but those encapsulated with 1% chitosan survived about 65%. Survival rate of capsule stored at room temperature decreased about $2{\sim}3$ log cycle during 3 weeks, but viability of capsule stored at $4^{\circ}C$ during 3 weeks maintained almost $10^8\;CFU/g$ levels.

가금류 생균제 개발을 위한 Lactobacillus fermentum YL-3의 배양조건 최적화 및 캡슐화

본 실험에서는 L. fermentum YL-3의 생존에 관한 연구로 살아 있는 상태로 위를 거쳐 장내에 정착하여 생균제로서의 기능을 수행할 수 있도록 내산성과 저장성에 초점을 맞추었다. 유산균 성장촉진 물질로 첨가되어 온 tween 80 성분의 제거가 pH 2.0에서 L. fermentum YL-3의 내산성을 약 1 log cycle 정도 향상시켰다. 지방산 분석에서는 세포의 유동성 및 동결 등에 저항성을 가진다고 보고되는 $C_{19:0}\;cyc\;{\omega}8c(lactobacillic\;acid)$의 성분이 24.6% 증가함으로써 내산성이 향상됨을 알 수 있었다. 온도별에서도 배양 온도가 상승할수록 내산성은 향상되었으며 배양시간 역시 길수록 향상되나 생균수를 고려해야 하므로 $42^{\circ}C$의 배양온도에서 대수기 말기의 균제를 이용하였다. 그래서 최종 배양 조건은 tween 80이 제거된 $MRS^-$ 배지에서 $20{\sim}24$시간 $42^{\circ}C$에서 혐기 배양을 실시한 균체를 capsule 제도에 이용하였다. Alginate capsule이 산, 열, 인산염 등에 풀어지는 단점을 가져 무독성의 1% chitosan을 이용하였으며 표면의 관찰 결과, chitosan처리 후 가교 결함에 의하여 더욱 촘촘한 막이 형성되었으며 alginate capsule에서 여러 군데 보이던 미세 구멍이 줄었으며 CLSM을 이용한 L. fermentum YL-3의 포집은 안정한 상태로 포집 균수는 약 $2.0{\times}10^9\;CFU/g$ 정도였다. 캡슐화된 L. fermentum YL-3의 내산성에서는, 3시간 동안 pH 2.0에서 alginate capsule은 약 40 %가 생존한 반면 chitosan 처리 후의 alginate capsule은 약 65% 정도로 생존율의 향상을 보였다. 캡슐화된 L. fermentum YL-3의 저장성에서는 상온인 $25^{\circ}C$에서는 초기 균수에서 1주 사이 $2{\sim}3\;log\;cycle$정도로 급격히 사멸되었으며 chitosan 처리구나 zeolite 처리구에 의한 상온에서의 저장성 향상에서는 영향을 미치지 못했다. $4^{\circ}C$에서는 $2.0{\times}10^9\;CFU/g$이었던 초기균수가 3주까지 모두 $10^8\;CFU/g$ 이상의 생존율을 나타내었으며 특히 chitosan으로 처리한 capsule의 저장성은 3주 후 약 24% 정도로 alginate capsule에 비해 생존율이 높았다.