Fortification of γ-aminobutyric acid and bioactive compounds in whey by co-fermentation using Bacillus subtilis and Lactobacillus plantarum

Biologically active substances including gamma-aminobutryric acid (GABA) were added into whey by co fermentation using Bacillus subtilis HA and Lactobacillus plantarum EJ2014. The first fermentation using B. subtilis HA with 5% monosodium glutamate (MSG) and 2% glucose enhanced the production of poly-${\gamma}$-glutamic acid (PGA), resulting in higher consistency of $4.09Pas^n$ as well as whey protein peptides. After the second fermentation using L. plantarum EJ2014, the remaining MSG (3.40%) as a precursor was completely converted to 2.21% GABA. Furthermore, the lactose content in whey decreased from 6.73 to 3.68% after co-fermentation, and the tyrosine content increased from 20.47 to 38.24%. Peptides derived of whey proteins were confirmed by SDS-PAGE. Viable cell counts of B. subtilis and L. plantarum were 5.83 log CFU/mL and 9.20 log CFU/mL, respectively. Thus, co-fermentation of whey could produce the novel food ingredient fortified with biologically active compounds including GABA, ${\gamma}$-PGA, peptides, and probiotics.

유청을 이용한 Bacillus subtilis와 Lactobacillus plantarum의 혼합발효를 통한 γ-aminobutyric acid와 생리활성물질 강화

본 연구는 모짜렐라 치즈 제조과정에서 분리된 유청을 B. subtilis HA와 L. plantarum EJ2014의 혼합 발효를 통해 ${\gamma}$-PGA, GABA 등의 기능성 물질이 강화된 발효물을 생산하고자 하였다. 유청 B. subtilis 발효 1일차의 시료 분석결과, pH는 6.51, 산도는 0.32%, 생균수는 8.39 log CFU/mL을 나타냈으며, 점질물과 점조도는 각각 6.06%와 $4.09Pas^n$로 발효 전보다 유의적으로 증가하였다. 2차 L. plantarum 발효를 통해 유청 혼합발효물의 최종 pH는 4.57까지 감소하였고 산도는 L. plantarum 발효 1일째 1.39%로 증가하여 최종 산도는 1.73%를 나타내었다. B. subtilis 생균수는 2차 L. plantarum 발효가 진행됨에 따라 5.83 log CFU/mL까지 감소하였으나 L. plantarum 생균수는 5.73 log CFU/mL에서 L. plantarum 발효 1일째 9.08 log CFU/mL로 급격히 증가한 후 L. plantarum 발효 7일까지 유지하였다. TLC 정성분석한 결과 L. plantarum 발효 5일 이후 MSG가 모두 소진되어 GABA로 전환되는 것을 확인할 수 있었다. HPLC 정량분석으로 MSG는 L. plantarum 발효 초기 3.40%에서 L. plantarum 발효 7일째 거의 소진 되면서 혼합발효물의 GABA 함량은 2.21%를 보였다. 환원당과 젖당 함량은 각각 발효 전 11.07과 6.73%에서 L. plantarum 발효 7일째 각각 4.97과 3.68%로 크게 감소하는 것을 보였다. 타이로신 함량은 발효가 진행되는 동안 증가되어 L. plantarum 발효 7일째 38.24 mg%를 나타내었다. 단백질 가수분해 정도를 확인하기 위해 SDS-PAGE를 통해 발효 후 유청 단백질들이 대부분 가수분해되어 저분자화되는 것을 확인하였다. 유청의 발효 전후에 따른 항산화 활성을 측정한 결과 ABTS $RC_{50}$값은 26.81 mg/g에서 발효 후 8.78 mg/g, DPPH $RC_{50}$값 또한 발효 전 17.58 mg/g에서 발효 후 10.38 mg/g으로 감소하면서 혼합발효를 통해 전자 공여능이 향상되는 것으로 확인되었다.