High-level expression of the lipase B26 gene from Bacillus pumilus was achieved using Bacillus subtilis Chungkookjang isolated from the Korean traditional fermented bean paste, Chungkookjang. For the secretory production of recombinant lipase B26 in a Bacillus host system, pLipB26 was constructed by ligating the lipase B26 gene into the recently designed Escherichia coli-Bacillus shuttle vector, pLipSM, and that was then transformed into B. subtilis Chungkookjang. Among the various vector, medium, and host combinations, B. subtilis Chungkookjang harboring the pLipB26 exhibited the highest lipase activity in PY medium, and B. subtilis Chungkookjang secreted two times more enzymes than B. subtilis DB 104 under the same condition. When B. subtilis Chungkookjang harboring the pLipB26 was cultured in a 5-1 jar-fermentor containing 21 of a PY medium, the maximum lipase activity (140 U/ml) and production yield (0.68 g/l) were obtained during the late exponential phase from a cell-free culture broth. Although B. subtilis Chungkookjang also secreted extracellular proteases at the late exponential phase, these results suggested the potential of B. subtilis Chungkookjang as a host for the secretory production of foreign proteins.
본 연구에서는 Bacillus subtilis D7과 발아콩을 이용하여 발효된 청국장의 특성을 조사하였다. 백태는 6시간 침지 후, $25^{\circ}C$에서 2시간마다 4일 동안 물을 공급했을 때, 발아율이 가장 높았다. 총 이소플라본 함량은 발아 전 971.3 ${\mu}g/g$이었고, 발아 후 1023.8 ${\mu}g/g$이었다. 실험에 사용된 모든 청국장에서 아미노태 질소 및 암모니아태 질소 함량은 배양시간이 경과함에 따라 증가하였고, 청국장의 pH는 발효과정을 통하여 pH 7.8-8.0로 증가하였다. 청국장의 생균수는 발효 24시간까지 급증한 후, 약간 감소하였다. 청국장의 protease 활성은 발효 30-36시간까지 증가하였고, B. subtilis D7를 이용한 청국장의 ${\alpha}$- 및 ${\beta}$-amylase 활성은 발효 12-18시간까지 증가하였다. 청국장을 섭취한 마우스의 ALP 활성과 SOD 활성은 대조군보다 매우 높았다. AST 활성은 미발아콩 청국장 섭취군보다 발아콩 청국장 섭취군에서 더 높았다. 결론적으로 B. subtilis D7을 이용하여 조제된 발아콩 청국장은 품질 특성이 향상되었고, 기능성 성분의 함량이 증가되었다.
In order to investigate changes in quality and enzyme activity during Chungkookjang fermentation, germinated- and nongerminated yellow soybeans were fermented by Bacillus subtilis and traditional methods. When the soybean was soaked for 6 h and then watered for 4 days with 2 h-interval at $25^{\circ}C$, the highest germination rate was obtained. The germinated soybeans had a higher total isoflavone ($988.4{\mu}g/g$) than that of the nongerminated soybeans ($859.5{\mu}g/g$). Amino type nitrogen contents, protease and amylase activities were higher in germinated soybean Chungkookjang, which was fermented with B. subtilis, than nongerminated soybean Chungkookjang, which was fermented with B. subtilis and traditional methods. Reducing sugar and amino type nitrogen contents, the number of viable cells and protease and amylase activities, were higher for Chungkookjang fermented with B. subtilis, than Chungkookjang fermented by traditional methods. ALP and SOD activities in the Chungkookjang diet group were considerably higher than in the control group. AST activity in the germinated soybean Chungkookjang diet group was higher than in the nongerminated soybean Chungkookjang diet group. In conclusion, it is suggested that Chungkookjang prepared with germinated soybeans using B. subtilis D7 could be practically used as a functional product.
Bacillus subtilis p01 균주를 사용한 청국장 제조 시 유카 추출물의 첨가가 청국장의 숙성중 품질 특성에 미치는 영향을 검토하고자 청국장 숙성 과정중의 아미노태 질소, 암모니아태 질소, amylase 활성, pretense 활성, 유기산 성분의 변화, 향기성분의 변화를 조사하였다. 청국장의 숙성 중 아미노태질소 함량은 유카 첨가구에서 증가 하였으며, 암모니아태 질소는 유카 첨가구에서 감소하였다. Amylase 활성은 유카 첨가구들이 대조구와 비교 시 높게 나타났으며, 유카 추출물을 0.5 mg/g 첨가 시 효소활성이 가장 높았다. Pretense 활성 역시 유카 추출물 첨가구가 무첨가구보다 다소 높게 나타났다. 유기산은 유카 첨가구들에서 citric acid, acetic acid, malic acid가 검출되었고, 2,5-Dimethylpyrazine이 증가하였고, 불쾌취로 작용되는 cis-3-hexane이 숙성 기간 중 감소함을 보였다.
Bacillus natto 및 Bacillus subtilis 균(菌)을 이용(利用)한 청국장메주 발효과정중(醱酵過程中)의 아미노산(酸) 함량(含量)과 질소성분(窒素成分)의 변화(變化)는 다음과 같았다. (1) 발효과정(醱酵過程)중에 pH는 시험구(試驗區) 모두 증가(增加)되어 발효초기(醱酵初期)에 6.37에서 72시간(時間) 후(後)에는 8.2로 나타났으며 조단백질(粗蛋白質) 함량(含量)은 16.82%에서 18%로서 불규칙적(不規則的)인 증감현상을 보였고 총당(總糖)은 시험구(試驗區) 모두 감소한 반면에 Reducing sugar는 발효(醱酵) 24시간(時問)에 최대치(最大値)를 나타내다가 다소(多小)감소 하였으며 protease활성(活性)은 발효시간(醱酵時間)이 경과함에 따라 증가(增加)하여 $48{\sim}60$시간(時間)에서 최대활성(最大活性)을 보였으며 Bac. subtilis보다 Bac. natto구(區)가 높은 활성(活性)을 보였다. (2) Amino nitrogen과 수용성질소도 서서히 증가(增價)하였으며 Bac. natto구(區)가 더 높았다. 단백분해율(蛋白分解率)에 있어 Bac. natto시험구(試驗區)가 Bac. subtilis 보다 발효(醱酵) 72시간(時間)후에 4.4%가 더높은 것으로 나타났다. (3) 유리(遊離)아미노산(酸) 함량(含量)에 있어 두 시험구(試驗區) 모두 glutamic acid가 가장 높았고 그 다음이 leucine, phenylala nine, histidine, alanine, arginine순(順) 이었으며 Bac. natto구(區)가 Bac. subtilis구(區)에 비(比)하여 다소(多小) 높았다. 이상의 결과(結果)로 보아 청국장 제조(製造) 균주(菌株)로서 Bac. subtilis보다 Bac. natto가 더욱 우수 하였다.
GABA 함량이 높은 청국장을 발효하는 Bacillus subtilis MC 31의 청국장 품질특성을 조사하였다. B. subtilis MC 31에 의해 발효된 청국장으로부터 24개의 아미노산이 검출되었고 그 중에서도 leucine이 가장 높은 함량을 나타냈다. B. subtilis MC31에 의해 발효가 된 청국장의 미생물의 생육 변화를 조사한 결과 총 균수가 정지기에 들어서면서 log $9.52{\pm}0.5$~log $9.049{\pm}0.5$ CFU/g까지 증가하였다. 청국장의 일반성분은 수분 $61.7{\pm}0.01%$, 회분 $1.52{\pm}0.01%$, 조단백 $17.66{\pm}0.04%$, 조지방 $8.96{\pm}0.03%$, 조섬유가 2.61%를 함유하였다. 암모니아태, 아미노태, 환원당은 모두 삶은 콩보다 청국장의 함량이 높게 조사되었지만 산도와 총 당은 청국장이 삶은 콩보다 함량이 낮았다. 청국장의 pH는 시간이 지날수록 알칼리화되고 점질물은 $4.7{\pm}0.05%$, protease activity는 $0.519{\pm}7.36$ g/l로 나타났으며 Fibrin plate와 Robbin실험을 통하여 fibrinolytic activity도 높음을 확인하였다. 이상의 결과로 미루어 보아 B. subtilis MC 31은 우수한 청국장 품질을 띄어 제조용 균주로 사용이 가능한 것으로 사료된다.
청국장은 혈전용해능효과, 항산화효과, 항암효과 등의 여러 가지 기능성을 가지고 있으나 특유의 불쾌취로 인해 어린이들은 좋아하지 않는다. 청국장의 GABA함량과 풍미를 증진시키기 위하여 B. subtilis MC31과 L. sakei 383을 이용하여 혼합배양조건을 연구하였다. 두 균주의 비율이 1:1일 때 불쾌취가 크게 감소되었으며 점질물의 양과 점도는 일반 청국장과 비슷하였다. B. subtilis MC31과 L. sakei 383으로 $37^{\circ}C$에서 72시간동안 발효하여 얻어진 청국장의 GABA함량이 가장 높게 나타났다. 한편, 청국장 발효 기간 동안 혼합 발효 청국장의 생균수는 B. subtilis MC31가 6일째에 최대치(log 9.13 CFU/g)를 나타냈으며 L. sakei 383은 2일째에 최대치(log 6.78 CFU/g)를 나타내었다. 혼합 발효 청국장의 일반성분으로 수분은 61.71%, 조회분은 2.05%, 조단백은 17.54%, 조지방은 8.36%, 조섬유는 1.95% 의 함량을 나타내었다. 아미노태질소는 혼합 발효한 청국장이 B. subtilis MC31을 단일 발효한 청국장보다 함량이 낮았으며 암모니아태 질소와 환원당은 혼합 발효한 청국장이 일반 삶은 콩보다 함량이 높았다. 아미노산 분석기로 측정된 Glutamic acid와 GABA의 함량은 각각 1.40 mg/g 과 0.47 mg/g 이었다.이러한 결과를 보아 단일발효보다 B. subtilis MC31과 L. sakei383를 1:1 혼합발효시 불쾌취가 줄고 발효가 진행됨에 따라 GABA함량이 가장 높게 증가하는 것을 알 수 있었다.
Bacillus subtilis 028-1 균주는 청국장 발효에 사용하는 균주로 Staphylococcus sp. LS2 뿐만 아니라 여러 yeast 균주의 생장을 억제하는 항생물질을 생산하며, soybean meal 2%와 maltose와 같은 이당류를 1% 첨가하여 15~18시간 진탕 배양하였을 때 최대의 항생물질 생산을 보였으며 배지의 pH는 6.5 이하였다. 항생물질의 활성은 약염기성 조건에서 극대화되었으며, $100^{\circ}C$에서 20분간 가열하여도 활성은 크게 감소하지 않았고, 실온 보관 시 한 달 이상 효과가 지속되며 chymotrypsin과 papain 같은 단백질 분해효소 처리에 의해 서서히 활성이 줄어들었다. 투석에 의해 항생물질의 분자량을 측정한 결과 1,000에서 500 dalton 사이인 것으로 나타났으며 항미생물 효과는 있으나 fibrin 분해 능력이 없으므로 surfactin이 아닌 iturin 계열의 peptide성 항생물질로 보인다.
균주에 따른 청국장 발효중의 향기성분을 규명하기 위해 증자대두에 Bacillus subtilis 와 Bacillus natto균을 각각 접종시켜 청국장을 만들어 연속 증류 추출장치를 사용하여 향기성분을 추출 농축하고 GC와 GC-MS를 이용하여 향기물질을 분석 동정하였다. 그 결과 증자대두의 중요한 성분으로 3-methyl-1-butanol, 2-methylpropanoic acid 및 1-octen-3-ol 등이 밝혀졌고, B. subtilis균을 접종한 청국장은 숙성중에 이들 화합물들이 대체로 남아 있었으나, trimethylpyrazine, tetramethylpyrazine 등 7종류의 alkylpyrazine류가 현저히 증가하였다. B. natto균을 접종한 청국장은 증자대두의 중요한 성분들은 대체로 감소하고 alkylpyrazine 류 특히 tetramethylpyrazine 류는 숙성중에 현저히 증가하였다. 이상의 결과로부터 alkylpyrazine 류는 대두 냄새를 masking 하고 청국장의 향기에 크게 기여함을 알았다. 또 이들 향기성분들의 함량차는 두 가지 균을 접종한 청국장이 각각 다른 향기를 내는 요인이 되는 것 같다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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