전분이용성 세포융합 효모를 이용하여 단세포단백질 생산을 위한 기초실험을 행하였다. 전분배지에서 균체생성이 우수한 fusant12 균주의 배양조건은 최적질소원 (NH$_4$)$_2$SO$_4$ 0.1%, 최적 soluble starch 농도 7%, 최적 초기pH5.6이었다. Fusant12균체의 자기소화에 의한 가용성 단백질의 추출은 효모현탁액에 ethyl acetate를 5%(v/ v)되게 첨가하여 30min간 액화전처리과정을 행하므로 효과적으로 얻을 수 있었다. 전분이용성 효모인 fusant 12균주와 비전분이용성 효모인 Torulopsis candida의 혼합배양으로 균체생성량을 증가시킬 수 있었으며, 혼합배양시 종균접종혼합비는 6대4일 때 효과적이었다. Fusant 12균주 단독 및 Torulopsis candida와의 혼합배양시 tapioca 배지에서의 균체생성량은 soluble starch 배지에서 보다 약 2.5배 증가하였다. 건조균체의 조단백질함량은 39%, 핵산함량은 5.8%이고 균체단백질은 FAO 표준단백질과 비교하여 필수아미노산중 methionine 함량이 낮으며, Iysine 함량은 높았다.
전분 분해능력을 갖는 알콜생산용 효모를 만들기 위해 Saccharomyces cerevisiae에 glucoamylase 유전자인 STA를 도입하였다. 도입된 형질의 발현증대를 위해 STA 유전자의 promoter 부위를 alcohol dehydrogenase isoenzyme I 유전자의 promoter 부위와 치환 시켜준 재조합 플라스미드를 재조하였으며 안정성을 증진시키기 위해 centrometer 부위를 치환시킨 결과 glucoamylase의 발현이 증가하였으며, STA 유전자와 centromere를 갖고 있는 재조합 플라스미드는 여러세대가 거듭되어도 비교적 안정하게 유지되었으나 낮은 copy 수로 인해 형질전환체의 효소 역가와 형질전환 빈도는 낮아졌다. STA 유전자가 도입되어 형질전환된 다배체 산업용 효모는 액화 과정만을 거친 주정생산 배지(액화액)에서 원래의 알콜 생산용 효모에 비해 훨씬 많은 양의 알콜을 생산해 내었다. 그러나 centromere를 보유하는 플라스미드에의한 산업용 효모의 형질전환에는 실패하였다.
쌀 전분의 사상균별 누룩에 따른 발효적성을 확인을 위해 7종의 곰팡이로 누룩을 제조하여 당화력, 액화력, 단백질 분해력을 비교하고, 누룩별 약주의 품질특성을 측정한 결과는 다음과 같다. 균주별 당화력은 R. oryzae KCCM 11272으로 제조한 누룩이 3,647.72 SP/g으로 가장 높았다. 시판 누룩과 본 연구에서 제조한 누룩의 당화력은 A. kawachii KCCM 32819와 A. niger KCCM 32005로 제조한 누룩 외 시판 누룩의 당화력 보다 높았다. ${\alpha}$-amylase 활성은 R. japonicus KCCM 11604로 제조한 누룩이 가장 높았고, M. rouxii KCCM 60148로 제조한 누룩의 액화력 또한 높았다. 단백질 분해력은 R. japonicus KCCM 11604로 제조한 누룩이 가장 높았다. 결과적으로 곰팡이 균주별 누룩의 당화력, 액화력 및 단백질 분해력의 효소활성은 Rhizopus 속이 Aspergillus 속 및 Mucor 속 보다 높았다. 누룩별 약주의 pH는 시판누룩으로 담금한 약주가 4.14로 가장 높았고 R. japonicus KCCM 11604 균주로 제조한 누룩으로 담금한 약주가 시판 누룩과 유의적 차이를 보이지 않았다. 총산함량은 R. oryzae KCCM 11273 균주로 제조한 누룩으로 담금한 약주가 가장 높은 함량을 보였다. Ethanol 함량을 측정한 결과 R. oryzae KCCM 11272 누룩으로 제조한 약주가 15.28%로 가장 높았고, 다음으로 R. japonicus KCCM 11604 누룩으로 제조한 약주가 15.10%이었다. 균주 속별 ethanol 생성능은 Rhizopus 속의 균주가 Aspergillus 속과 Mucor 속 보다 높았다. 관능평가 종합 기호도는 R. japonicus KCCM 11604 누룩으로 담금한 약주가 5.7로 높은 기호도를 보였다. 누룩별 효소활성 측정 결과 Rhizopus 속의 균주가 높은 활성을 보였고, 누룩별로 담금한 약주의 품질 특성 결과도 Rhizopus 속으로 제조한 누룩의 약주가 품질이 우수한 결과를 보여 쌀 전분의 발효에 적합한 곰팡이는 Rhizopus 속이라 판단되며, 그 중 R. japonicus KCCM 11604 균주로 누룩을 제조해 쌀약주를 담금할 경우 발효적성이 우수할 것으로 판단된다.
보리고추장 양조시 고추씨 및 마늘을 첨가하여 제조한 고추장의 숙성과정중의 효소활성도와 이화학적 변화 및 관능검사를 조사하였다. 고추장숙성 중 효소의 활성은 전분액화·당화효소, 중성 protease, lipase모두 증가되었고 전분액화효소를 제외하고는 숙성후기에도 효소의 잔존활성이 높았으며, 고추씨의 첨가도 효소 활성유지에 효과적이었다. pH와 적정산도는 고추씨의 첨가로 변화가 적었고, 마늘의 첨가도 숙성후기에는 큰 차이가 없었다. 총질소, 아미노태질소, 총당, 환원당은 고추씨나 마늘의 첨가로 증가되었으며, 암모니아태질소는 이들의 첨가로 숙성중기에 증가하나 숙성후기에는 큰 차이가 없었다. 알코올의 생성은 고추씨나 마늘의 첨가로 적었으며, 조지방은 고추씨의 첨가로 증가하였다. 10주 숙성 고추장의 맛, 향기 및 색은 전반적으로 마늘첨가구가 무첨가구에 비하여 우수하였다. 따라서 통고추를 이용한 보리고추장은 원료에 2%의 마늘을 첨가하므로써 품질을 개선할 수 있다.
제주민속주인 좁쌀약주의 제조를 위하여 전국에서 수집된 35종의 누룩으로부터 우수 곰팡이와 효모를 분리하였다. 수집된 누룩의 균수는 곰팡이가 6.4$\times$105~107개, 효모는 1.4$\times$104~107개로 나타났고, 이 중에서 곰팡이 169균주, 효모 103균주를 분리하였으며 전분당화력이 좋은 곰팡이 16균주와 효모 1균주를 선발하였다. 이 중에서 전분당화 균주의 효소활성을 분석한 결과 Aspergillus속으로 동정된 A8-3이 glucoamylase 활성, 액화력, xylanase 활성이 가장 높았고, Rhizopus속으로 동정된 B23-3은 당화력이 가장 우수하였다. 우수효모를 선발하기 위하여 pH, 무게 감량, 내당성, 내알코올성 등을 측정한 결과, Saccharomyces속인 A10-4가 가장 우수하였다. 같은 원료비율로 만든 누룩에 우수균주를 접종하였을 때, 단일 균주를 처리할 때보다 A8-3과 B23-3인 두 균주를 혼합하여 처리한 경우가 당화력이 높게 나타났다. 누룩을 원반형의 누룩과 팰릿(개량형) 형태로 만들어 혼합종균 배양액을 접종한 후 당화력을 측정한 결과, 비슷한 당화력을 나타내었다. 개량형 누룩을 사용하여 양조하는 경우, 좁쌀주 양조에 발효효율을 높일 수 있을 것으로 판단되었다. 수집된 누룩은 수분이 10~13%, 총당은 55~70%, 조단백질은 10~18% 조지방은 0.2~l.0%, 회분은 1.8~2.1%이었다. 본 연구에서 제조한 누룩은 수분이 12~15%, 총당은 61~7l%, 조단백질은 15~20%, 조지방은 0.4~1.5%, 회분은 1.1~1.5%이었다.
도열병균의 분생포자를 다량으로 형성하는 배지를 찾고자 여러 가지 영양분을 차진 한천 및 액체배지에 대하여 분생포자형성도를 시험하였다. 여러 가지 공시 배지 중에서 V-8배양액과 토마토 즙한천배지 상에서 가장 많은 분생포자가 형성되었고, 볏짚배지 상에서 가장 적은 수의 분생포자카 형성되였다. 이와 같이 V-8즙배양액화 토마토한천배지는 도열병균 분생포자형성도에 있어서 과거 연구자들이 최적이라고 보고한 쌀겨한천배지와 효모전분한천배지를 훨씬 능가하였다.
알코올 발효의 증자공정중에서 많은 에너지가 소요되므로 이를 줄이기 위한 방안으로서 저온증자법으로 Vietnam 산 cassava를 원료로 저온증자의 가능성을 고온증자와 비교 검토하였다. 알코올 발효에 당화 및 액화효소는 저온 및 고온증자에서 동일한 량을 사용하였으며 저온증자의 발효 mash중 소비된 glucose의 알코올 전환수율은 0.468g alcohol/gr. glucose로서 고온증자보다 좋은 결과를 보였다. 그러나 발효 불순물인 fusel oil은 고온증자의 0.48%보다 저온증자에서 0.64%로 다소 많았으나 증류과정에서 에너지소비 증가는 없었다.
Chitosan의 산업적 응용분야 중 효소의 고정화담체로서의 이용 가능성을 확인하기 위한 방법으로 알코올 발효공업에서 다량으로 사용되어지고 있는 담화효소인 amyloglucosidase를 공유결합에 의한 고정화를 시도, 여러가지 반응조건에서의 활성변화를 free enzyme과 비교해 보았으며, 생산공정에서 사용되어지고 있는 액화전분용액에 대한 반응을 실시하여 효소고정화를 위한 담체로서의 chitosan 적용가능성을 검토한 결과, 제조되어진 chitosan bead의 직경은 약 1.2mm 정도였으며 고정화시에 AMG의 농도 6mg/ml가 최적의 반응액농도로서 더 이상의 농도 증가에도 불구하고 거의 일정한 수준의 고정화율을 나타내었으며 pH 4.2인 0.01 M sodium acetate 완충액, 반응온도 $55^{\circ}C$, 15min의 조건에서 free enzyme에 대한 상대효소활성도는 $97.8\%$에 달하였고, 고정화효소의 효소활성의 최적온도조건은 $55^{\circ}C$로서 free enzyme의 그것과 동일한 것으로 나타났다. 고정화효소의 최적 활성조건은 pH 4.2로서 free enzyme과 동일하였으며 중성 이후의 영역에서는 free enzyme에 비하여 상대적으로 높은 효소활성을 나타내었고, 열에 대한 내성에 있어서, 가열온도 $30^{\circ}C$를 기점으로 free enzyme에 비하여 상대적으로 소폭 증대되어진 활성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 알코올발효용 액화전분용액에 대한 free enzyme 및 고정화효소의 반응시, 두 시료 모두 $55^{\circ}C$에서 최대의 활성을 나타내었으나 고정화효소의 free enzyme에 대한 상대활성도는 $62.6\%$ 였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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