• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권3호
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• pp.598-609
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• 2017

Pediococcus pentosaceus ID-7 was isolated from kimchi, a Korean fermented food, and it showed high activity for lactose hydrolysis. The ${\beta}$-galactosidase of P. pentosaceus ID-7 belongs to the GH2 group, which is composed of two distinct proteins. The heterodimeric LacLM type of ${\beta}$-galactosidase found in P. pentosaceus ID-7 consists of two genes partially overlapped, lacL and lacM encoding LacL (72.2 kDa) and LacM (35.4 kDa). In this study, Escherichia coli MM294 was used for the production of LacL, LacM, and LacLM. These three types of recombinant proteins were expressed, purified, and characterized. The specific activities of LacLM and LacL were 339 and 31 U/mg, respectively. However, activity was not detected with LacM alone. The optimal pH of LacLM and LacL was pH 7.5 and pH 7.0, and the optimal temperature of LacLM and LacL was $40^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$, respectively. The optimal temperature changes indicate that LacLM is able to achieve higher activity at a relatively lower temperature. LacLM was strongly activated by $Mg^{2+}$, $Mn^{2+}$, and $Zn^{2+}$, which was not true for LacL. Consistent with this, EDTA strongly inactivated LacLM and LacL, but the presence of reducing agents did not dramatically alter the activity. Taken together, multiple alignment of amino acid sequences and phylogenetic analysis results of LacL and LacM of P. pentosaceus ID-7 suggest the evolution of LacL into LacLM and that the use of divalent metal ions results in higher activity.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제31권4호
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• pp.550-558
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• 2021

Lactobacillus kefiranofaciens contains two types of β-galactosidase, LacLM and LacZ, belonging to different glycoside hydrolase families. The difference in function between them has been unclear so far for practical application. In this study, LacLM and LacZ from L. kefiranofaciens ATCC51647 were cloned into constitutive lactobacillal expression vector pMG36e, respectively. Furtherly, pMG36n-lacs was constructed from pMG36e-lacs by replacing erythromycin with nisin as selective marker for food-grade expressing systems in Lactobacillus plantarum WCFS1, designated recombinant LacLM and LacZ respectively. The results from hydrolysis of o-nitrophenyl-β-galactopyranoside (ONPG) showed that the β-galactosidases activity of the recombinant LacLM and LacZ was 1460% and 670% higher than that of the original L. kefiranofaciens. Moreover, the lactose hydrolytic activity of recombinant LacLM was higher than that of LacZ in milk. Nevertheless, compare to LacZ, in 25% lactose solution the galacto-oligosaccharides (GOS) production of recombinant LacLM was lower. Therefore, two β-galactopyranosides could play different roles in carbohydrate metabolism of L. kefiranofaciens. In addition, the maximal growth rate of two recombinant strains were evaluated with different temperature level and nisin concentration in fermentation assay for practical purpose. The results displayed that 37℃ and 20-40 U/ml nisin were the optimal fermentation conditions for the growth of recombinant β-galactosidase strains. Altogether the food-grade Expression system of recombinant β-galactosidase was feasible for applications in the food and dairy industry.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권1호
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• pp.20-27
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• 2016

Lactobacillus kefiranofaciens ZW3 was obtained from kefir grains, which have high lactose hydrolytic activity. In this study, a heterodimeric LacLM-type β-galactosidase gene (lacLM) from ZW3 was isolated, which was composed of two overlapping genes, lacL (1,884 bp) and lacM (960 bp) encoding large and small subunits with calculated molecular masses of 73,620 and 35,682 Da, respectively. LacLM, LacL, and LacM were expressed in Escherichia coli BL21(DE3) and these recombinant proteins were purified and characterized. The results showed that, compared with the recombinant holoenzyme, the recombinant large subunit exhibits obviously lower thermostability and hydrolytic activity. Moreover, the optimal temperature and pH of the holoenzyme and large subunit are 60℃ and 7.0, and 50℃ and 8.0, respectively. However, the recombinant small subunit alone has no activity. Interestingly, the activity and thermostability of the large subunit were greatly improved after mixing it with the recombinant small subunit. Therefore, the results suggest that the small subunit might play an important role in maintaining the stability of the structure of the catalytic center located in the large subunit.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제48권3호
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• pp.287-295
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• 2020

Lactobacillus zymae GU240 was previously isolated from Kimchi, a Korean fermented vegetable, as a strong GABA producer. The strain showed β-galactosidase (β-Gal) activity on MRS agar plates with X-gal. When growth and β-Gal activities of GU240 were measured using MRS (glucose, 2%, w/v) and MRSL (lactose, 2%, w/v) broths, cells were found to grow slowly in MRSL, and the β-Gal activity (36 units at 4 h) was lower than that of cells grown in MRS (94 units at 16 h). The highest OD₆₀₀ value of the culture in MRS was 1.6 at 24 h at 37℃, whereas that of the culture in MRSL was 0.6 at 16 h. β-Gal activity of the culture in MRS reached the maximum (95.6 u/ml) at 16 h, decreased thereafter, and was not detected at 48 h. β-Gal activity for culture in MRSL reached its highest (36 u/ml) at 4 h and decreased gradually, but some activity (11.05 u/ml) still remained at 72 h. The structural gene encoding β-Gal in L. zymae GU240 was cloned as a 3.1 kb fragment, and DNA sequencing confirmed the presence of complete lacLM genes. lacLM genes from L. zymae GU240 showed 98-99% homologies in nucleotide sequences with other lacLM genes from L. brevis. Reverse transcription (RT)-PCR confirmed the operon structure of lacLM. The results indicated that L. zymae GU240 might be in the process of losing the ability to grow rapidly on lactose-containing medium, such as milk, due to adaptations to plant environments, including kimchi.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제33권4호
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• pp.241-247
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• 2005

선별마커로써 Lactococcus lactis ssp. lactis ATCC 7962 유래의 $\beta$-galactosidase 유전자를 포함하는 Lactococcus용 셔틀/발현 벡터 pWgall3T를 제조하여 Escherichia coli DH5$\alpha$와 고. Lactis MG1363내로 도입하였다. 이들 형질 전환체들은 X-gal을 포함하는 배지에서 파란색의 표현형을 보임으로써 쉽게 확인할 수 있었다. 또한, L. lactis MG1363 형질전환체로부터 $\beta$-galactosidase 활성을 측정한 결과 기존에 $\beta$-galactosidase를 활성을 지닌 L. lactis ATCC 7962에 비해 glucose를 포함하는 M17배지에서 4배정도 높은 활성을 보임으로써 선별마커로써의 효율성을 나타내었다. pWgal13T는 $\beta$-galactosidase 유전자 외에 L. lactis Wg2유래의 replicon과 외래 유전자의 발현을 위한 L. lactis ssp. cremoris LM0230의 promoter P13C, terminator를 포함하고 있다. 이 벡터의 이용가능성을 확인하기 위하여 외래 유전자 EGFP유전자를 P13C 아래에 삽입하여 E. coli와 L. iactis에서 발현을 확인하였다. 이 연구에서 제조된 Lactococcus용 발현 벡터 pWgal13T는 E. coli와 L. lactis에서 외래 유용 유전자를 생산을 위해 이용 할 수 있을 것이다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제33권1호
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• pp.41-50
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• 2005

Leu. mesenteroides KCCM 35471을 변이처리하고 젖산과 초산이 2:1로 함유된 유기산 조정 배지에서 screening을 하여 유기산 내성 변이균주 M-200을 얻었다. 내산성 개량균주 M-200과 야생균주 LM-W는 $10^{\circ}C\~30^{\circ}C$ 온도범위와 pH $3.5\~4.5$의 영역에서 생육 특성에 대해 실험을 행하였다. 내산성 변이균주 M-200의 경우에는 HCI로 조절한 배지에서는 $10^{\circ}C$, pH 3.5영역에서도 증식하였다. 유기산으로 조절한 배지에서는 $10^{\circ}C$, pH 3.8의 영역까지 증식하였다. 내산성 변이균주 M-200과 야생균주 LM-W를 김치에 starter로 첨가하여 $10^{\circ}C$에서 발효시킨 결과를 살펴보면, 내산성 변이균주 M-200은 김치 발효가 끝나는 시점까지 산도 0.55 이하를 유지하였다. 이는 김치의 적숙 기간을 산도가 $0.4\~0.75\%$일 때로 본다면 내산성 변이균주 M-200을 첨가한 군은 발효기간 내내 적숙기를 유지한다는 것을 알 수 있었다. 또한 이를 야생균주 LM-W를 첨가한 군과 비교해보면 가식기간이 약 3.5배 연장됨을 볼 수 있었다. 그러나 지나친 M-200의 생육으로 Lac. plantarum의 생육이 떨어지고 김치의 산도가 올라가지 못하고 신맛이 부족하여 김치의 관능이 떨어졌다. 유기산 분석에 있어서도 젖산의 생산이 대조군에 비해 발효 21일째부터는 약 절반 정도 밖에 생산하지 못하였다 따라서 starter 첨가량 조절과 다른 변이주 들과의 혼합첨가를 한다면 좋은 관능을 갖는 김치를 생산할 수 있을 것으로 생각되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제37권4호
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• pp.389-398
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• 2009

본 연구실에서 개발한, 김치에서 분리한 Leu. mesenteroides SY2 유래 pFMBL1 을 바탕으로 구축한 셔틀벡터인, pSJE[7]를 외래유전자 발현에 적합하게 개량한 발현벡터를 구축하였다. Lactococcus lactis LM0230에서 분리한 프로모터 P6C를 pSJE에 도입하였다. P6C 염기서열을 지닌 oligonucleotide 쌍을 따로 제조한 후 annealing을 통해 짧은 DNA 단편을 얻어서 제한효소 처리후 pSJE에 도입하여 pSJE6c를 구축하였다. PSJE6c 효능 검증을 위해서 외래 유전자인 aga와 lacZ를 각각 pSJE6c에 도입하였다. P6C 프로모터와 비교를 위해 고유 프로모터를 지닌 유전자들도 각각 pSJE에 도입하였다. 재조합 plasmid들을 electroporation 방법으로 Lactobacillus brevis 2.14 균주에 도입하고 재조합균주들의 생육곡선과 효소역가 그리고 slot blot으로 전사체 농도를 측정하였다. 결과를 보면 PSJE6c에 클로닝 된 유전자들이 pSJE상의 유전자보다 효소역가들이 약 1.5배에서 2배 정도로 높았다. 전사체 농도 측정 결과도 pSJE6c 들에서 더 많은 전사체가 생성됨을 보여주었다. 이상 결과들은 효율적인 발현벡터들의 사용을 통해서 김치유산균에서 외래유전자 발현 효율을 높일 수 있음을 보여준다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제47권4호
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• pp.655-666
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• 2005

본 연구는 젖산나트륨과 다양한 분자량이 각기 다른 키토산을 저지방 기능성 소시지의 제조 시 첨가하여 15$^{\circ}C$에서 저장 중 이화학적 및 조직적인 성상과 항균 효과를 조사하기 위해서 실시하였으며 락색소를 첨가하여 아질산염과 대체할 수 있는 발색효과를 나타내는지 알아보기 위하여 실시하였다. 제조한 저지방 기능성 소시지의 일반성분을 분석한 결과 수분 73.7- 76.0, 지방 2.5-2.7 그리고 단백질은 14.3-15.3%의 수준이었다. 각 처리구별 pH는 6.30-6.44 범위였으며 저장기간이 경과함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 저분자 키토산(1.5kDa)을 첨가한 처리구의 보수력이 중분자(30-50kDa) 키토산 처리구보다 높았으며 저장기간이 증가함에 따라 증가하였다. 젖산나트륨과 키토산의 첨가에 따른 진공 감량에서의 차이는 없었으며 저장 기간 중에서도 유의적 차이는 보이지 않았다(p>0.05). 키토산 첨가에 의한 명도(L)와 황색도(b)가 낮았으며 락색소를 0.05% 첨가한 처리구의 적색도는 아질산염 150ppm 보다 낮았으나 아질산염 무첨가 처리구보다 높은 값을 나타내었다. 15$^{\circ}C$에서 저장기간 동안에 명도(L)와 황색도(b)는 차이가 없었으며 적색도는 저장기간이 경과함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 젖산나트륨과 중분자 키토산(30-50 kDa)을 첨가한 처리구는 다른 처리구에 비해 모든 조직적 성상에서 높은 값을 나타내었고 탄력성, 검성, 저작성 그리고 응집성에서 저분자(1.5kDa)와 고분자(200kDa)의 처리구보다 높았다(p< 0.05). 저장 기간 중 모든 조직적 성상들이 증가하는 경향을 보였다. 103CFU/g 수준으로 접종한 병원성미생물의 성장도를 살펴보면 Salmonella typhimurium과 Listeria monocytogenes는 아질산염 150ppm을 첨가한 대조구와 무첨가구에서 차이를 보이지 않으나, E. coli O157:H7은 아질산염 150ppm을 첨가한 처리구에서 유의적으로 낮은 성장도를 보였다(p<0.05). 키토산 분자량별로 살펴보면 저분자의 경우 젖산나트륨만 첨가된 것과 비교하여 유의차를 보이지 않아(p>0.05) 상승효과를 보이지 않은 반면 중, 고분자의 경우 젖산나트륨 처리구에 비해 유의성 있게 낮은 미생물 성장도를 보였다(p<0.05). 특히 고분자 처리구는 저분자 키토산에 비해 안정된 미생물 성장도를 보이며, L. monocytogenes에 대해 가장 강한 항균 작용을 보였다(p<0.05). L. monocytogenes는 고분자 키토산 첨가구가 저장 9일째까지 4 log CFU/g 이하의 균수를 유지함으로써, 젖산나트륨 첨가구와 비교하여 2 log CFU/g 이상의 차이를 보이며 가장 뛰어난 항균효과를 보였으나 저장 후기로 갈수록 그 차이가 미미하였다. 결론적으로 젖산나트륨과 키토산을 첨가한 처리구의 항균 효과는 아질산염 150 ppm을 첨가한 대조구보다 훨씬 높았고 다양한 분자량의 키토산 중에서 고분자 키토산이 다른 분자량의 키토산의 처리구들보다 L. monocytogenes에 대한 강한 항균효과를 보였다. 젖산나트륨에 중분자 키토산을 첨가한 처리구는 대부분의 조직적 성상에서 다른 처리구들보다 높았으며 락색소에 의한 발색효과는 아질산염 150 ppm 보다 낮았지만 아질산염 무첨가구에 비해 발색효과가 좋아 일부는 대체가 가능하였으나 완전 대체는 불가능한 것으로 나타났다.

• 한국식품저장유통학회지
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• 제22권5호
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• pp.758-767
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• 2015

기후변화에 따라 오염도가 높아질 것으로 예상되는 곰팡이독소 중 아플라톡신을 김치에 오염시켜 발효 및 저장 중 이화학적 및 미생물학적 품질변화를 분석하고, 김치 제조 시 젖산균의 첨가가 아플라톡신의 함량 변화에 미치는 영향을 살펴보았다. 김치의 pH는 저장기간이 증가함에 따라 급격하게 감소한 반면 산도는 증가하는 경향을 보였으며, 염도는 저장기간 동안 2.30~2.40%의 수준을 유지하였다. 젖산균을 첨가한 김치의 일반세균수 및 젖산균수는 다른 시료에 비해 젖산균을 접종한 시료에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 또한 김치의 저장 중 효모 및 곰팡이 수는 약 1~3 log CFU/g 수준이 검출되었다. 대장균군은 대조구에서 저장 4주차까지 검출된 반면 다른 시료에서는 저장 2주 후 모두 불검출되었다. 아플라톡신이 오염된 김치에서 저장기간에 따라 아플라톡신이 감소하는 경향성은 확인되지 않았으나 저장 8주 동안 아플라톡신 오염수준의 평균 감소율은 AFs 오염구에서 7.1%, AFs+LP에서 21.5%, AFs+LM에서 24.1%로 나타나 젖산균을 첨가한 시료에서 감소율이 더 크게 나타났다. 아플라톡신 첨가에 따른 김치의 이화학적 및 미생물학적 품질 변화는 일반 김치와 비교 시 뚜렷한 차이가 나타나지 않았으나 젖산균을 첨가한 김치의 경우 저장 중 일반세균 수 및 젖산균수가 높게 검출되고, 아플라톡신의 감소효과가 더 크게 나타났다. 따라서 본 연구결과 김치에 Lactobacillus속이나 Leuconostoc속과 같은 젖산균 첨가 시 젖산균 증진 효과 및 아플라톡신에 노출 위험도를 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국축산식품학회지
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• 제23권2호
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• pp.128-136
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• 2003

본 연구는 젖산나트륨과 분자량에 따른 키토산을 저지방 기능성 소시지의 제조 시 첨가하여 냉장 저장 중 물리화학적 및 조직적인 성상과 항균효과에 미치는 영향을 조사하기 위해서 실시하였으며 락색소를 첨가하여 아질산염과 대체할 수 있는 발색효과를 나타내는지 알아보기 위하여 실시하였다. 제조한 저지방 기능성 소시지의 일반성분을 분석한 결과 수분 76-78, 지방 1~2 그리고 단백질은 14~15%의 수준이었다. 각 처리구별 pH는 6.37~6.50 범위였으며 냉장 저장중의 뚜렷한 변화는 보이지 않았다. 중분자 키토산을 첨가한 처리구의 보수력이 저분자와 고분자 키토산 처리구보다 낮았으나 저분자와 고분자 키토산의 처리구 사이에서는 차이를 보이지 않았으며 저장기간 중에 보수력은 차이가 없었다 (p>0.05). 젖산나트륨의 첨가에 의한 진공감량은 증가하였으나 0.3%의 키토산 첨가에 의하여 진공감량의 차이는 상쇄되었고, 냉장 저장 중의 진공감량은 대체적으로 증가하였다. 키토산 첨가에 의한 명도와 황색도가 낮았으며 락색소를 0.05% 첨가한 처리구의 적색도는 아질산염 75와 150 ppm 사이였다. 냉장 저장기간 동안에 명도와 적색도는 차이가 없었으며 황색도는 저장기간이 길어질수록 증가하는 경향을 보였다. 젖산나트륨에 저분자와 중분자 키토산을 각각 첨가한 처리구는 아질산염을 75와 150 ppm을 첨가한 대조구에 비하여 경도와 탄력성에서 높았으며 중분자의 경우 탄력성, 검성 및 저작성에서 다른 처리구들과 뚜렷한 차이를 보였다(p<0.05). 젖산나트륨의 첨가에 의한 Listeria monocytogenes에 대한 유의차는 있었으나(p<0.05) 키토산 첨가에 의한 상승효과는 없었다. 저장기간 중에 아질산염 75나 150 ppm을 첨가한 처리구의 경우 3주후에 $10^{6}$ CFU/g이상을 기록한 반면, 젖산나트륨과 키토산을 첨가할 경우 4~5주 후에 $10^{6}$CFU/g이상이 나타나 저장기간을 1~2주간 연장시킬 수 있었다. 하지만 Salmonella typhimurium과 E. coli O157:H7의 병원성 미생물은 냉장조건의 저장기간 중에 감소하는 추세를 보임으로써 저지방 기능성 소시지의 경우 냉장저장이 필수적이라고 사료된다. 결론적으로 젖산나트륨과 키토산을 첨가한 처리구의 항 미생물적 효과는 아질산염 75나 150ppm을 첨가한 처리구보다 훨씬 높았고 젖산나트륨에 중분자 키토산을 첨가한 처리구는 대부분의 조직적 성상에서 다른 처리구들보다 높았으며, 락색소에 의한 발색효과는 아질산염 75에서 150 ppm 사이로서 일부는 대체가 가능하였으나 완전 대체는 불가한 것으로 나타났다.